Display
FUTURE TRENDS SUMMIT
Le tecnologiche nei display: quale futuro
uali sono i trend che caratterizzano i display video e cosa
dobbiamo aspettarci per il futuro? Con il contributo di
Robert Simpson, Founder Director di Electrosonic Group, ecco
una panoramica che passa in rassegna le tecnologie che i
laboratori R&D stanno sviluppando.
Q
Negli ultimi anni il mondo dei display è stato
interessato da importanti evoluzioni tecnologiche;
secondo gli esperti di questo settore, numerose novità
si prospettano all’orizzonte. L’argomento è molto
ampio ed è stato ben fotografato e rappresentato da
Robert Simpson al Future Trends Summit dell’ISE 2012,
il convegno organizzato da InfoComm International in
occasione di ISE 2012 ad Amsterdam. L’articolo analizza
alcuni degli aspetti principali che interessano da vicino
la sfera dei display.
La distanza ideale dell’osservatore è legata alla
dimensione del pixel pitch. Più grande sarà il pixel
pitch, maggiore dovrà essere questa distanza.
Secondo la formula riportata nella figura,
considerata la larghezza del pixel pitch, la distanza
ideale per il posizionamento dell’osservatore è
determinata quando l’ampiezza dell’angolo è pari
a 0,000291, che corrisponde ad un minuto d’arco.
Ricordando che un arco di un grado è suddiviso in 60
minuti, questa misura corrisponde ad 1/60 di grado
Le caratteristiche
della risoluzione
La qualità delle immagini è la principale
peculiarità principale di un display. Possiamo
declinare la risoluzione secondo tre
caratteristiche:
– risoluzione spaziale, ossia il numero e la
densità dei pixel (PPI = pixel per pollice) che
compongono lo schermo;
– risoluzione di ogni pixel, che misura la
profondità colore (in bit) assegnata a ciascun
pixel, e definisce il numero di colori e la scala
dei grigi in grado di riprodurre;
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Sistemi Integrati - Audio/Video Volume 2 - 2012
– risoluzione temporale, che definisce la
capacità di visualizzare le immagini in
movimento, ossia il numero di quadri per
secondo (fps, frame rate).
Se consideriamo unicamente la risoluzione
spaziale è semplice intuire che per visualizzare
i dettagli di un’immagine è opportuno disporre
di una quantità sufficiente di pixel; non solo,
vi è anche la necessità di garantire che chi
normalmente osserva lo schermo non sia in
grado di distinguere i singoli pixel. Un fattore,
questo, che dipende dall’acuità visiva, cioè la
capacità dell’occhio di osservare e distinguere
i dettagli. Più piccolo risulta il pixel pitch di un
display meno possibilità avrà un osservatore di
distinguere i pixel nel dettaglio.
In occasione del SID Symposium 2011, la
Society for information Display ha premiato
Apple con il Gold Award ‘Display of the Year’,
un ambito riconoscimento assegnato al ‘Retina’
dell’iPhone 4, che offre una densità di pixel
pari a 326 PPI, una risoluzione superiore a
quella dell’occhio umano. Il ‘Retina’ display può
Schermo UD 70” (3840 x 2160) presentato da
Samsung al SID 2011. L’immagine, nello specifico,
evidenzia la visione 3D con l’uso di occhiali attivi
primi mesi dell’anno. Attualmente la risoluzione
dei display HD è tarata sui 1920x1080, ma
le aziende di grosso calibro come Sharp,
Samsung, LG, AUO e Chimei Innolux contano
di realizzare entro quest’anno display tra i 60
e gli 84 pollici con una risoluzione doppia,
pari quindi a 3840x2160 pixel. Lo standard
di riferimento sarà dunque il QFHD (Quad
Full HD) o UD (Ultra Definition): ne sono una
conferma anche i videoproiettori 4K di Sony e
JVC, dedicati al mercato home theater. E non
v’è dubbio che, sebbene questi prodotti siano
destinati al mercato consumer, inevitabilmente
influenzeranno anche quello AV Pro, con
conseguenze significative sui player dedicati e
sulla distribuzione del segnale.
Super Hi-Vision (SHV)
essere guardato ad una distanza inferiore a 10
cm senza che l’osservatore possa distinguere
ogni singolo pixel. Per evidenziare l’elevata
risoluzione di questo display possiamo dire che
la risoluzione di un foglio di carta stampata è
pari a 300 PPI.
Oggi, molti produttori di display puntano
sulla metrica PPI per promuovere i propri
schermi ad alta risoluzione, ed è naturale
aspettarsi che tutti i display punteranno ad
avere una risoluzione sempre più elevata.
Pensiamo, ad esempio, all’iPad: si è passati da
una risoluzione di 1024x768 (XGA) con i suoi
132 PPI del primo modello, a quella di 2048
x 1546 (QXGA) dell’ultimo modello lanciato a
marzo di quest’anno, che presenta ben 264 PPI.
La NHK, il broadcaster di stato giapponese,
dal 1995 sta sviluppando un sistema ad
altissima risoluzione.
Si tratta di un formato video digitale
tutt’ora in via di sperimentazione che NHK ha
proposto di chiamare Super Hi-Vision (SHV),
presentandone dei prototipi all’EXPO 2005 di
Display di grandi dimensioni
Se spostiamo l’attenzione su display di grandi
dimensioni, aumentando i pollici, è ovvio che
dovrà essere maggiore la distanza di visione.
Pertanto, in linea di principio, è accettabile che
gli schermi di grandi dimensioni abbiano un
numero più basso di PPI. Tuttavia, anche questa
sezione del mercato si sta muovendo verso una
risoluzione più elevata dei display.
L’industria dei televisori, attualmente,
vive una fase di frenetica competizione e i
vari produttori tendono a specializzarsi e a
convergere verso questa direzione. Sharp,
ad esempio, si sta concentrando su schermi
di dimensioni che superano i 60” e ha già
registrato numeri di vendita molto elevati nei
NHK SuperHi-Vision 85” LCD all’IBC 2011
(a sinistra) e telecamera Super HiV nello
studio di registrazione (a destra)
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Display
Aichi, in Giappone, e più recentemente all’IBC
2011 di Amsterdam. Vediamo di cosa si tratta.
Super Hi-Vision (SHV) è uno standard video
con una risoluzione pari a 7.680x4.320 pixel,
ben 16 volte maggiore dell’attuale immagine
HD (1.920x1.080). Pur mantenendo l’attuale
formato 16:9, il frame rate delle immagini
potrà raggiungere i 120 fps e la profondità
di colore i 10 bit. Si prevede che l’arrivo sul
mercato di questa tecnologia possa avvenire
entro il 2020: per quella data si prevede siano
disponibili display LCD e Plasma con dimensioni,
rispettivamente, da 85” e 100” in su.
All’IBC 2011, l’NHK con monitor LCD Sharp,
telecamere e proiettori JVC, ha mostrato
immagini prodotte da BBC in Super Hi-Vision.
Ancora la BBC effettuerà sperimentazioni in
Super Hi-Vision durante i Giochi Olimpici di
Londra del 2012, con trasmissioni a circuito
chiuso. Per il mercato AV Pro questo sistema è
importante per una serie di motivi: l’evoluzione
con display sempre più grandi, la ricerca di
nuove tecnologie e lo sviluppo di transistor
backplanes necessari per ottenere una maggiore
risoluzione.
Le tecnologie degli e-reader
Il mercato e-reader oggi è suddiviso in ebook
reader, come il Kindle di Amazon, tablet e PC.
Questi dispositivi necessitano schermi a basso
consumo ma, allo stesso tempo, leggibili in
tutte le condizioni di luce normale, compresa
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Sistemi Integrati - Audio/Video Volume 2 - 2012
Prodotti che
utilizzano la
tecnologia E-link
presentati al SID
2011
Diagramma
del principio
del display
Pixtronix (a
sinistra); display
di 2.5” Pixtronix
presentato al SID
2009 (a destra)
quella molto luminosa del sole.
E-ink è l’azienda leader di mercato della
tecnologia e-reader. E-ink ha presentato
la prima generazione di schermi per ebook
reader, chiamati Vizplex, che fanno uso di
un particolare fenomeno elettrocinetico:
l’elettroforesi. Si tratta di minuscole particelle
di pigmento bianco e nero con opposta
carica elettrica contenute in delle capsule.
Con l’applicazione di una carica appropriata
attraverso la capsula è possibile visualizzare un
pixel bianco, nero o un sub-pixel. Anche Philips
ha sviluppato display tipo E-ink, avviando a
produzione di nuovi LCD, display a cristalli
liquidi a matrice attiva, da applicare ad un
backplane di plastica flessibile, sottile e leggero.
Successivamente ha venduto la tecnologia
a Prime View International (PVI), un’azienda
taiwanese che ha comprato E-link, dando
vita all’E-link Holdings. Ci sono altre aziende
che gravitano in questo settore come, ad
esempio, Liquavista, un altro spin-off di Philips,
indipendente per alcuni anni e acquisita, nel
2011, da Samsung. I display Liquavista, basati
sul principio di electrowetting, funzionano
con qualsiasi condizioni di luce, con capacità
trasmissiva, riflettenti e transflettiva. Il
vantaggio di questi display, rispetto a quelli
elettroforetici, è di poter visualizzare i video in
full motion. E non finisce qui: uno dei migliori
display in circolazione è Mirasol, prodotto
da Qualcomm. È basato su un modulatore
interferometrico (IMOD) realizzato con
tecnologia Micro Electro Mechanical Systems
(MEMS). Si tratta di strati di pellicola sottile
separati tramite un traferro da una membrana
riflettente; una combinazione tra forza
meccanica e campo elettrostatico spinge il pixel
verso lo stato di collasso (nero) oppure verso
uno stato di apertura (riflessione selettiva).
Ovviamente, gap diversi provocano differenti
colori. È possibile utilizzare il display anche
all’aperto, in condizione di forte luminosità,
e ha come pregio una velocità imponente. In
questi mesi, a Taiwan, è in corso una produzione
di massa di questo prodotto e risulta essere più
venduto in Korea.
Un’altra tecnologia interessante è quella
di Pixtronix, presentata per la prima volta al
SID 2009. È un altro prodotto basato sulla
tecnologia MEMS. Ogni pixel presenta un
otturatore meccanico che può assumere
due stati: aperto o chiuso. La scala di grigi si
ottiene dalla divisione del tempo e il colore
da un’illuminazione sequenziale a Led. Come
mostrato dall’immagine il display è illuminato
dal bordo e la luce viene diffuso da uno
stato a film ottico. Questa tecnologia può
essere considerata come antagonista diretta
dell’LCD, con un importante vantaggio: a
parità di illuminazione richiede il 25% in meno
di potenza. Lo scorso anno, sia Hitachi che
Samsung hanno dimostrato di poter costruire
display Pixtronix. Tuttavia, nel dicembre del
2011, Qualcomm ha annunciato l’acquisizione
di Pixtronix, destando non poca meraviglia,
visto l’impegno in prima linea nella produzione
di Mirasol. D’altronde, se non altro, queste
dinamiche sono un segnale tangibile di quanto
sia fiorente il mercato dei display reader.
OLED, una stima sull’attuale
situazione
L’introduzione dei display OLED (Organic
Light Emitting Diode) ha suscitato molta
curiosità e nuovi stimoli creativi. I dpslya OLED
presentano molti vantaggi: dai colori brillanti a
un contrasto sorprendente, dai tempi di risposta
rapidi a una buona resa di movimento.
Il fatto che abbiamo la capacità di emettere
luce propria li rende più efficienti degli LCD che
richiedono una retroilluminazione continua.
Anche se, nonostante siano apparsi nel corso
degli anni prototipi molto attraenti, i prodotti
reali tardano ad arrivare. Le ragioni di questo
ritardo e la cautela nel fare previsioni destano
un po’ di preoccupazione sulla vita degli
OLED, anche se c’è da evidenziare la carenza
di impianti di produzione disponibili alla
realizzazione di tali prodotti.
Tuttavia, le cose stanno cambiando. La
tecnologia OLED è sempre più utilizzata e trova
in Samsung Mobile Display il suo maggior
promotore.
È stato stimato che nel 2010 Samsung abbia
realizzato il 99,3% dei display OLED a matrice
attiva (AMOLED), con valori di mercato che nel
2011 hanno raggiunto quasi i 6 miliardi di euro,
tutti sviluppati su display di piccole dimensioni.
Display
Samsung OLED
da 55” di soli
5mm di spessore
presentato al
CES 2012
Basti pensare al modello di punta, il Samsug
Galaxy Note, lanciato nel settembre del 2011,
che dispone di un ampio display HD Super
AMOLED da 5,3’’ con risoluzione di 1.280x800
pixel, corrispondente a 300 PPI. Nel 2011 sia
LG che Samsung hanno effettuato importanti
investimenti in impianti di produzione di
schermi AMOLED, capaci di produrre pannelli
adatti a televisori di grandi dimensioni.
A gennaio 2012, al CES di Las Vegas, LG e
Samsung hanno presentato display da 55” di
soli 5mm di spessore. Da una parte LG ha usato
dei sub pixel bianchi con filtri di colore RGBW
e un backplane basato su transistor di ossido
metallico; una decisione presa per evitare
problemi d’invecchiamento e consentire una
rapida commercializzazione della tecnologia
che LG ha acquisito da Kodak. Dal canto suo,
Samsung ha usato OLED RGB, con un backplane
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Display
in polisilicio a bassa temperatura. Entrambe
le società hanno dichiarato di essere in grado
di lanciare dei nuovi prodotti entro la metà
di quest’anno, anche se gli esperti del settore
la ritengono una sfida alquanto ardua. Le
previsioni indicano, infatti, il 2015 l’anno entro
il quale saranno disponibili in ‘mainstream’ i
display AMOLED.
Display e stereoscopia
I produttori di televisori si sono avvicinati
sempre di più al 3D, individuando nella
stereoscopia una possibile fonte di business.
Secondo l’istituto di ricerca ‘Display Search’,
nel terzo trimestre del 2011, il 14% dei
televisori venduti nel mondo erano 3D, una
percentuale che sale di 4 punti se si considera
il solo mercato Europeo. Viaggia ad un passo
un po’ più lento il mercato statunitense dove,
nello stesso periodo, la vendita non è andata
oltre il 7,5%. Il telespettatore, attualmente,
può visualizzare contenuti 3D utilizzando gli
occhiali attivi o passivi. Entrambi, con valori
significativamente diversi, presentano ancora
problemi di cross-talking, anche se questo
fastidio è stato notevolmente ridotto nel corso
degli anni.
Naturalmente, la maggior parte dei
telespettatori preferirebbe una soluzione che
non preveda l’uso di occhiali, il cosiddetto
display auto stereoscopico; ad oggi, però, la
qualità di questi display sembra essere un
obiettivo molto lontano nel tempo.
Laser Phosphor Display (LPD), presentato da Prysm all’ISE 2011
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Sistemi Integrati - Audio/Video Volume 2 - 2012
Attualmente tali dispositivi utilizzano un
filtro posto davanti al pannello che, con
un sistema lenticolare, indirizza ad ogni
telespettatore posto lungo un’ipotetica linea di
visione e filtra le immagini destinate all’occhio
destro e sinistro di ciascuno: uno ‘sweet spot’
per la visualizzazione che però non lascia molta
libertà al posizionamento dello spettatore
stesso.
Il progresso tecnologico e le
nuove applicazioni signage
Oggi, vi sono numerosi metodi per creare
immagini di grandi dimensioni da visualizzare
su megaschermi (esclusa la proiezione frontale):
i videowall ‘cubes’, utili ad esempio per una
sala di controllo, i display al plasma “seamless”
di Orion, i grandi pannelli LCD con cornici
sottili (narrow bezel) di LG. Ma il progresso
tecnologico, si sa, non conosce sosta: vi sono
altre tre soluzioni che stanno conquistando il
favore dei mercati:
• Laser Phosphor Display (LPD), ideato da
Prysm che fa uso di tecnologia ‘vecchia
e nuova’. La parte ‘vecchia’ riguarda l’uso
dei fosfori per generare la luce. I fosfori
sono stampati su uno schermo secondo
uno schema che ricorda il Sony Trinitron
Cathode Ray Tube (CRT). Però, anziché
essere eccitati da un fascio di elettroni
come lo erano nel CRT, i fosfori vengono
accesi da invisibili raggi ultravioletti
prodotti da un laser UV. L’LPD si presenta
in forma modulare. Ogni modulo misura
509 x 382 mm e contiene
320 x 240 pixel, con un
pixel pitch di 1,6 mm.
Trenta di questi moduli
sono in grado di generare
un display WUXGA
1.920x1.200 (3.038x1.910
m). Uno schermo adatto al
funzionamento 24/7 con
un consumo energetico
molto basso, pari a 155W
per mq. Diventa così
un’importante applicazione
di digital signage, molto
utile anche per le sale
di controllo. Lanciato
nel 2010, il Prysm LPD
si è consolidato nel
mercato ed è presente in
studi televisivi e spazi di
presentazione.
Display ad alta
risoluzione
ottenuto da
120 Microtiles
(a sisnistra);
omniSHAPES,
all’ISE 2012
presso lo stand
dell’azienda
tedesca Eyvis
• Microtiles è stato presentato da Christie
nel 2009. Si tratta di cubi videowall in
miniatura che si basano sulla tecnologia
di proiezione a singolo chip DLP con
illuminazione a LED. Le piastrelle hanno una
dimensione di 408x306 mm con risoluzione
di 750x540 pixel.
Senza porre limite all’immaginazione,
Microtiles può essere configurato in
qualsiasi forma e dimensione, esibendo
sempre un display ad alta risoluzione. Diversi
integratori hanno sfruttato la versatilità di
questo prodotto, tra gli altri l’Università di
Salford, a Manchester, in Inghilterra. In un
edificio di recente costruzione nella zona
di Media City, 120 Microtiles sono stati
configurati in diversi modi, partendo da
un’installazione iniziale semplice, a parete,
con un risoluzione di 9.600x3.840. Il sistema
è dotato di un server che fornisce immagini
compresse da 8.000x3.200 pixel, in grado di
visualizzare contenuti NHK Super Hi-vision.
• omniSHAPES, presentato all’InfoComm 2011
dalla tedesca Eyvis, è un sistema alternativo
di piastrelle di proiezione. Leggermente
più grandi rispetto a quelle di Christie, le
piastrelle omniSHAPES misurano 480x360
mm con una risoluzione di 1.024x768
pixel; possono essere di forma eptagonale,
esagonale o, su richiesta, di altre forme.
Questo non può che offrire ai progettisti
e ai produttori interessanti opportunità
creative, anche se va detto che sono
piuttosto costose.
• Un’ulteriore opportunità è data dall’uso
degli OLED. Mitsibishi ha lavorato a
questa idea per diversi anni e nel 2010 ha
introdotto il suo display OLED modulare. È
piuttosto diverso dalla tecnologia AMOLED
descritta in precedenza e si rivolge al
mercato indoor del grande schermo a LED,
per offrire un’immagine di alta qualità ad
un costo competitivo. Con una luminosità
di 1.200 cd/mq questi prodotti hanno
un pixel pitch di 3mm: con riferimento
ai LED, questa caratteristica equivale
all’alta definizione. Poiché le singole
piastrelle sono abbastanza piccole (solo
32x32 pixel) è possibile usare tecniche
di pilotaggio passivo a basso costo. Una
tecnologia molto attraente, con un punto
di debolezza riguardo alla vita media che
non raggiungerebbe quella di un display
convenzionale inorganico a Led.
Si ringrazia
per il contributo
Robert Simpson,
Founder Director
di Electrosonic
Group
Robert Simpson
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