L’elettronica è ormai parte integrante della nostra vita: non esiste attività che non ne sia dipendente. La sua applicazione spazia dal settore domestico al professionale sino all’utilizzo nei controlli di processo. Il controllo di ogni attività avviene grazie all’elaborazione di dati eseguita da un microprocessore, ma di questo noi non ne abbiamo percezione. Occorre quindi uno strumento che ci comunichi lo stato delle elaborazioni: un’interfaccia uomo-macchina, ovvero i display.
Dai primi VFD ai DISPLAY A LED
Il primo esempio di informazione visiva ci è stato fornito nel 1954 dai NIXIE. Questo display è equiparabile ad una valvola termoionica con una serie di elettrodi sagomati come i numeri da rappresentare. Fornendo una tensione di circa 300 V il gas racchiuso nella valvola crea un alone luminoso in corrispondenza del numero selezionato. La selezione avviene fornendo una differenza di potenziale tra un comune e il pin selezionato.
Naturale evoluzione dei Nixie sono i VFD (vacuum fluorescent display). Nati nel 1967 per lunghi anni furono il display più evoluto sul mercato. Equiparabili ad un triodo hanno un catodo che emette elettroni verso un anodo ricoperto di uno strato di fosforo che con il bombardamento degli elettroni emette luce. Tra anodo e catodo è frapposta una griglia che, opportunamente pilotata, permette o nega il passaggio degli elettroni verso il catodo. È facile intuire come con questo sistema si possa non solo pilotare displays a 7 segmenti, ma arrivare alla produzione di display grafici. Per lunghi anni, infatti, i soli display grafici commerciali furono i VFD. Purtroppo, tale tecnologia ha i suoi limiti: primo il costo, essendo una lavorazione eminentemente meccanica di precisione richiede mano d’opera specializzata, secondo la tensione di utilizzo, che pur essendo calata nel tempo è comunque elevata, terzo una certa fragilità, essendo il display tutto in vetro con una pipetta usata per creare il vuoto può rompersi facendo entrare aria nel display.
Quasi in contemporanea ai VFD nei laboratori General Electric nel 1962 si ottenne il primo LED (Light Emitting Diode) a luce visibile, ma l’utilizzo commerciale dovrà attendere alcuni anni.
Nel 1968 Monsanto commercializzò i primi led in contenitore metallico, ovviamente molto costosi. La riduzione del costo dei LED aprì la strada alla realizzazione dei primi Display a Sette Segmenti, che segnarono una svolta nella comunicazione anche grazie al basso impatto economico che tale soluzione implicava: si passò infatti da molti dollari digit a pochi centesimi. La grande svolta nell’utilizzo dei LED avvenne comunque con l’introduzione dei LED bianchi nel 1997 e con la loro commercializzazione due anni dopo.
L’evoluzione dei LED comunque prosegue con l’introduzione dei Micro e Mini LED che con RGB di dimensioni di 0.3mm o minori diventeranno i pixel dei prossimi televisori.
LCD e TFT
Alcuni ricercatori della RCA nel 1965 realizzarono i primi displays a cristalli liquidi LCD. Gli LCD sfruttano le proprietà ottiche di sostanze chiamate cristalli liquidi. Sottoponendo ad un campo elettrico il liquido racchiuso tra due vetri, provvisti di numerosi contatti elettrici, si orientano le molecole del liquido di 90° permettendo o negando la luce che proviene da due polarizzatori posti all’esterno dei due vetri e orientati tra loro di 90°. Se non esiste campo elettrico il display appare trasparente, operando con il campo sui contatti elettrici dei vetri si possono generare delle scritte o disegni.
Gli LCD si dividono in tre famiglie: transmissivi, riflessivi e transflettivi. Di seguito in breve le caratteristiche:
- I transmissivi richiedono una luce sul retro del display, normalmente a led, con aumento dei consumi
- I riflessivi avendo uno specchio sul retro sfruttano la luce solare per la lettura e consumano poco
- I transflettivi sono un compromesso tra i primi due in quanto usano entrambi led e specchio. Inoltre sono i più usati nel mercato.
Per il loro basso costo e basso consumo questi display sono ormai i più usati nel mondo industriale e consumer.
Gli LCD monocromatici hanno una struttura a matrice passiva, cioè hanno un gruppo di contatti per riga e per colonna controllati in maniera sequenziale. Con questo sistema si può controllare solo un dot alla volta ed attendere il rinfresco del segnale fornito dal controllore. Quest’ultimo dettaglio limita molto il contrasto e la velocità di visualizzazione.
Per i displays ad alta risoluzione viene usata invece una matrice attiva utilizzando una pellicola di transistors TFT (Thin Film Transistor) che memorizza lo stato elettrico di ogni singolo dot mentre gli altri vengono aggiornati. Questo permette di avere schermi ad alta risoluzione e usando tre dots di colore diverso, rosso, verde, blu (RGB) ottenuti attraverso un filtro, generare un pixel con controllo del colore, con un alto contrasto e luminosità.
I primi TFT furono con tecnologia TN (Twist Nematic) con angoli di visualizzazione non elevati (circa 60°) e con un lato penalizzato (circa 40°). Nei nuovi progetti, in considerazione della riduzione dei costi, viene ora maggiormente usata la tecnologia IPS (In Plane Switching) con grandi vantaggi in termini di angolo di visualizzazione (80° e più sui quattro lati) colori più vivi e maggior contrasto. In negativo, i tempi di risposta sono leggermente più lunghi. Attualmente è la tecnologia più diffusa e usata nella nella maggior parte dei display a colori che ci circondano.
La prossima frontiera saranno i pannelli a micro led di cui abbiamo accennato sopra, ma per il momento è una tecnologia ancora in fase embrionale con costi molto elevati .
Gli OLED
Ultimo display di questa breve panoramica sono gli OLED. Display interessante, ma con alcuni limiti, il quale sfrutta la proprietà di un liquido organico che sottoposto a un campo elettrico emette luce .
Anche in questo caso, come con gli LCD, si possono avere display a matrice passiva PMOLED o a matrice attiva AMOLED. Le differenze tra i due sistemi sono uguali a quelle tra gli LCD TN e TFT.
Gli OLED hanno molti vantaggi rispetto agli LCD: sono display attivi, ovvero non hanno bisogno di backlight garantendo grande visibilità anche al buio, consumano poco e presentano alto contrasto e temperature di utilizzo elevate (-40+85). In negativo presentano una minore vita e una fastidiosa permanenza dell’immagine non ancora completamente risolta, non ultimo il costo ancora lontano dagli LCD.
Per informazioni e eventuali campionature contattaci.