Quali 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.
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.
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;
– 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 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
1024×768 (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.
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 primi mesi dell’anno. Attualmente la
risoluzione dei display HD è tarata sui 1920×1080, 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 3840×2160 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)
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 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
7.680×4.320 pixel, ben 16 volte maggiore dell’attuale immagine HD
(1.920×1.080). 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
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.
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 1.280×800 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 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.
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 1.920×1.200 (3.038×1.910 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.
• 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 408×306 mm con risoluzione di 750×540
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 9.600×3.840. Il sistema è dotato di un server che
fornisce immagini compresse da 8.000×3.200 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 480×360 mm con una risoluzione di 1.024×768 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 32×32 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
