La scienza dei display

Luca Ghironzi

Stai leggendo questo articolo, escluso l’improbabile caso che qualcuno l’abbia stampato per fartelo leggere, guardandolo da un display. Ormai la tecnologia degli schermi è intrinseca con l’età contemporanea, e non possiamo fare a meno di utilizzare questi pezzi di vetro nella nostra vita di tutti i giorni. Ma ti sei mai chiestə come sono fatti e come funzionano?

CRT

I display CRT, o Cathode Ray Tube, utilizzano un cannone di elettroni chiamato catodo. Gli elettroni vengono modulati per delle coordinate specifiche ed, arrivati a queste, ne determinano il colore. Ogni pixel è formato da tre led rosso, verde e blu e l’intensità di ognuno è regolata per raggiungere il colore desiderato. Furono una delle tipologie di schermi più utilizzate ma oggigiorno la loro produzione si è interrotta in favore di schermi più sottili ed efficienti.

LCD

Gli LCD, o Liquid Crystal Display, sono composti da due pannelli di vetro tra i quali sono poste sostanze organiche chiamate cristalli liquidi. I pixel, formati da tre led come nei CRT, sono posti sul retro dei pannelli. La luce prodotta da questi, che è ulteriormente amplificata da una retroilluminazione, è modulata dai cristalli, che sono influenzati dalla tensione che gli viene passata. Possono avere risoluzioni molto alte, hanno una lunga durata di vita e non consumano una quantità di energia troppo elevata. Le immagini che immortalano sono però soggette ad alterazioni per le condizioni ambientali e l’illuminazione. Sono attualmente i più diffusi nel mercato, data la loro lunga permanenza ed il costo di produzione contenuto dato da questa, ed anche i più utilizzati nei componenti e nei test elettronici.

OLED

Gli OLED, o Organic Light-Emitting Diode, funzionano in maniera quasi analoga agli LCD, ma la luce è direttamente emessa dai pixel, senza essere amplificata da una retroilluminazione. Questo consente la presenza di neri e colori più vividi, angoli di visione ampi e una flessibilità maggiore, che li rende adatti ad essere utilizzati come schermi pieghevoli. Esistono inoltre degli schermi OLED che possono mostrare i colori su sfondo trasparente, essendo capaci di farsi attraversare dalla luce. Tuttavia, il mantenimento della stessa immagine sullo schermo per un periodo di tempo eccessivamente elevato può contribuire ad un fenomeno chiamato “burn-in”, nel quale i pixel accesi rimangono “bloccati” alla stessa modulazione di colore. Questo rese la tecnologia non priva di critiche in passato, ma oggi è un problema quasi del tutto assente, che li porta ad essere tra i più utilizzati.

E-ink

I display ad e-ink utilizzano una tecnologia ad “inchiostro digitale” per visualizzare un’immagine nitida, facilmente osservabile al sole ed a basso consumo energetico. Questa tecnologia è basata su particelle bianche, di carica positiva e nere, di carica negativa. Ogni pixel rappresenta una cella in cui le particelle possono muoversi, e l’applicazione di una tensione le influenza a farlo. L’energia elettrica è quindi richiesta solo quando le particelle si muovono, e queste non generano luce propria. Gli schermi ad e-ink però hanno una velocità di aggiornamento abbastanza limitata, che li porta ad avere un’applicazione solo negli e-reader o, in alcuni prototipi recenti, come parte dorsale personalizzabile di portatili e dispositivi mobili.

QLED

Gli schermi Quantum-dot o QLED, Quantum-dot Light-Emitting Display, utilizzano dei nano-semiconduttori che, esposti ad una fonte di luce emanano un colore specifico. Sono retroilluminati da una luce blu o ultravioletta che, filtrata da uno strato di pellicola sottile, funge da valore per il colore che ogni pixel deve prendere. Permettono una risoluzione ed una gamma di colori più ampie e accurate degli schermi tradizionali. Hanno una flessibilità minore rispetto agli schermi OLED.

QD-OLED

I QD-OLED sono display ibridi tra i QLED e gli OLED. Utilizzano dei pixel di led rossi, verdi e blu, ma la luce blu di questi è diffusa ai quantum dot. In questo modo si ottiene la gamma di colore e la risoluzione dei QLED, mantenendo la vivacità dei colori degli schermi OLED. Tuttavia, la tecnologia è ancora neonata e non mantiene il livello di flessibilità degli schermi OLED.

Touch screen

Le varie tipologie di display possono essere utilizzate anche in funzione dei touch screen. A queste, viene aggiunto un controllo di coordinate del tocco sulla superficie che, nella maggior parte di questi, avviene con la creazione di un campo elettromagnetico tra due griglie. Esistono tuttavia touch screen meno comuni basati su infrarossi, luce o suono. Sono ampiamente utilizzati non solo nei telefoni, ma anche in tavolette grafiche, bancomat, ristoranti e tanto altro.

HDMI

Ogni schermo deve avere in input delle informazioni da poter mostrare all'utente in modo grafico. Tralasciando i dispositivi mobili, questo input è rappresentato per la maggior parte da un collegamento HDMI, High Definition Multimedia Interface, che ha sostituito i collegamenti VGA, audio/rosso/verde/blu o SCART. I cavi HDMI trasmettono segnali video in alta definizione (a partire da 720p) e segnali audio, con funzione digitale. Sono bidirezionali e implementano il protocollo HDCP, High-bandwidth Digital Content Protection, con il quale le informazioni vengono crittografate tra i due dispositivi per evitare intercettazioni. L'HTML si presenta in varie versioni con potenze di trasmissione diverse e varie tipologie, A, B, C, D e E. A è la più comune e diffusa, B non è utilizzata, C e D hanno dimensioni minori e le porte E permettono il collegamento non solo di HDMI ma anche di USB-C. Lo standard USB-C sta infatti, per la sua efficienza, prendendo piede per sostituire tutti i cavi, incluso l'HDMI.