La percezione di un buon prodotto spesso deriva direttamente dall'aspetto del pannello frontale o dell'interfaccia utente grafica: è esteticamente gradevole? È funzionale? È facile da usare? Per i sistemi e le apparecchiature elettroniche che richiedono un'interfaccia utente grafica, i moduli display TFT LCD sono diventati una soluzione ampiamente utilizzata.
Per il progettista, le specifiche tecniche sono molto importanti, ma i pannelli dei display vengono sempre scelti per il loro impatto visivo. Le caratteristiche estetiche dell'immagine visualizzata e la conseguente esperienza utente devono essere attentamente valutate.
La tecnologia dei display IPS (In-Plane-Switching) TFT presenta le due principali limitazioni di un display TN (Twisted Nematic) TFT standard: angoli di visualizzazione limitati e scarsa riproduzione dei colori.
Leggibilità dello schermo:
La leggibilità dello schermo indica la capacità di un'immagine visualizzata sullo schermo di essere facilmente comprensibile. Questa caratteristica è influenzata da diversi fattori che incidono sulle prestazioni ottiche dello schermo. Le prestazioni ottiche di uno schermo si misurano in base alla luminosità e al contrasto.
La luminosità è definita dalla quantità di luce irradiata emessa dallo schermo. La luminosità si misura in candele per metro quadrato (cd/m²) o nit (dove 1 cd/m² = 1 nit).
Il contrasto è definito come il rapporto tra la luminanza del colore più brillante (bianco) e del colore più scuro (nero) che lo schermo è in grado di riprodurre. In generale, maggiore è il rapporto di contrasto, più facile è visualizzare l'immagine sullo schermo.
Twisted Nematic (TN)
TFT è la tecnologia di riferimento per i display TFT. In un display TN TFT, le molecole di cristalli liquidi sono allineate con i substrati di vetro superiore e inferiore. Le molecole di cristalli liquidi (LC) si allineano parallelamente alla direzione di attrito dello strato di allineamento. La direzione di attrito degli strati di allineamento dei due substrati è perpendicolare tra loro, creando una torsione (intreccio) di 90 gradi nei cristalli liquidi.
Quando viene applicata una tensione alla cella a cristalli liquidi, le molecole di cristalli liquidi si srotolano e si allineano lungo il campo elettrico verticale. Un limite fondamentale della tecnologia TN è che l'allineamento delle molecole di cristalli liquidi cambia man mano che ci si allontana dall'elettrodo ottico. Ciò può influire sulla trasmissione della luce attraverso la cella, con conseguente riduzione del contrasto, della luminosità e della definizione dei colori ad angoli di visione più ampi.
Allineamento verticale (VA)
L'allineamento verticale è stato originariamente sviluppato per ovviare ai limiti della tecnologia in modalità TN. Nei display VA, il materiale a cristalli liquidi è naturalmente verticale. In assenza di tensione applicata, le molecole di cristalli liquidi rimangono perpendicolari al substrato. Quando viene applicata una tensione, le celle a cristalli liquidi si spostano in posizione orizzontale, parallela al substrato, consentendo il passaggio della luce.
La tecnologia VA ha raggiunto ampi angoli di visione e un contrasto elevato, ma a scapito della luminosità e della normale riproduzione dei colori. Gli attuali pannelli VA offrono ampi angoli di visione (secondi solo alla tecnologia IPS), buoni livelli di nero e una buona riproduzione dei colori. Quando i pannelli VA vengono visualizzati da un'angolazione laterale, si nota una leggera variazione cromatica, ma molto inferiore rispetto ai pannelli TN.
I pannelli Multi-Domain Vertical Alignment (MVA) e Super Pattern Vertical Alignment (SPVA) hanno risolto alcuni dei limiti della tecnologia VA. Entrambe le tecnologie offrono un contrasto migliorato, soprattutto con angoli di visione più ampi.
La tecnologia In-Plane Switching
(IPS), sviluppata e introdotta per la prima volta da Hitachi Displays Ltd nel 1996, è stata la prima tecnologia LCD a offrire una qualità d'immagine eccezionale, soprattutto se vista da qualsiasi angolazione. La tecnologia IPS offre una saturazione del colore, una stabilità cromatica, un contrasto e livelli di nero straordinari, con un angolo di visione di 176° sia in verticale che in orizzontale.
In un display IPS TFT, i cristalli liquidi sono allineati orizzontalmente al substrato di vetro. Entrambi gli elettrodi sono allineati orizzontalmente sul substrato inferiore. Quando viene applicata una tensione tra gli elettrodi, i cristalli liquidi ruotano orizzontalmente e rimangono paralleli agli elettrodi e al substrato di vetro del display. Le molecole di cristalli liquidi possono muoversi liberamente nell'allineamento richiesto. Questo approccio mantiene i cristalli liquidi paralleli alla parte frontale del pannello, fornendo un ampio angolo di visione simmetrico.
Breve storia della tecnologia IPS:
il nucleo della tecnologia IPS si è evoluto in Super-IPS (S-IPS), Advanced Super-IPS (AS-IPS) e, più recentemente, IPS-Pro nel 2008. Il Super-IPS fu introdotto nel 1998 per contrastare la variazione di colore ancora evidente ad ampi angoli di visione nei display IPS originali. Più recentemente, con IPS-Pro, un progresso significativo è stato il perfezionamento del modello e della struttura degli elettrodi ottici e il passaggio da elettrodi opachi a elettrodi trasparenti.
Le applicazioni mediche, broadcast e di monitoraggio professionale richiedono prestazioni ottiche eccezionali da un display. L'ultima evoluzione della tecnologia IPS-Pro offre moduli display in grado di fornire immagini a colori estremamente stabili con un'eccellente saturazione del colore e un elevato rapporto di contrasto da qualsiasi angolazione. I neri più profondi, combinati con una trasmissione migliorata, garantiscono rapporti di contrasto fino a 1200:1. Queste caratteristiche consentono inoltre di ottenere un'elevata luminosità senza aumentare il consumo energetico della retroilluminazione.
Grazie al continuo miglioramento della tecnologia IPS LCD da parte di Hitachi, ora è possibile ottenere prestazioni d'immagine significativamente superiori e più stabili a tutti gli angoli di visualizzazione rispetto a qualsiasi altra tecnologia TFT.
Perché utilizzare la tecnologia IPS?
I display LCD IPS sono ampiamente utilizzati dalle multinazionali leader di mercato nella produzione di prodotti di consumo ad alte prestazioni e destinati al mercato di massa, come smartphone, tablet, monitor e televisori. Anche le aziende più piccole operanti in mercati industriali di nicchia possono ora beneficiare della tecnologia IPS come standard, grazie alla maggiore disponibilità di display TFT standard.
La domanda di display con ampio angolo di visione e ampio campo visivo è aumentata. Molte applicazioni richiedono ora prestazioni ottiche altamente costanti e una riproduzione accurata delle immagini. Le caratteristiche di contrasto e colore devono essere mantenute in un'ampia gamma di angoli e posizioni di visualizzazione.
Se osservato da un'angolazione acuta, uno schermo TFT convenzionale presenta una perdita di luminosità e i colori dell'immagine possono apparire invertiti. In alcune applicazioni, questa limitazione prestazionale non è critica, come ad esempio nei computer portatili, dove l'utente è in genere posizionato perpendicolarmente allo schermo TFT. Tuttavia, nei sistemi di diagnostica per immagini medicali e nei sistemi di trasmissione, l'immagine vista da una persona può essere percepita in modo diverso rispetto all'immagine vista da una seconda persona in una posizione di visione alternativa.
La tecnologia IPS TFT supera i limiti della tecnologia di visualizzazione TN TFT convenzionale e offre i seguenti vantaggi: ampi angoli di visualizzazione, riproduzione accurata dei colori, assenza quasi totale di alterazione cromatica e neri più profondi.
Il diagramma in Figura 2 illustra i migliori angoli di visione della tecnologia IPS-Pro rispetto ad altre tecnologie ad ampio angolo di visione. In particolare, è importante considerare gli angoli di visione ottenibili con un contrasto del 50%. Questo valore è noto come Half Contrast Angle (HCA), una misura più realistica delle prestazioni ad ampio angolo di visione. Il rapporto di contrasto massimo si ottiene guardando lo schermo perpendicolarmente.
Il futuro della tecnologia IPS:
la tecnologia TFT, nelle sue varie forme, esiste da oltre 30 anni. Rimane una tecnologia altamente efficace, efficiente ed economica. Lo sviluppo degli LCD continua a ritmo sostenuto, con ulteriori miglioramenti volti a ottimizzare tutti gli aspetti delle sue prestazioni.
L'OLED è stato ampiamente pubblicizzato e promosso come la prossima alternativa sostenibile e a lungo termine alla tecnologia LCD. Tuttavia, è ancora considerato una tecnologia immatura con continue sfide tecniche, come il raggiungimento di una durata del prodotto costante e prolungata. Ad oggi, l'utilizzo dell'OLED è stato limitato ad applicazioni di consumo di massa come fotocamere digitali e smartphone.
La tecnologia TFT IPS offre notevoli vantaggi rispetto alla tradizionale tecnologia TFT TN e ad altre tecnologie TFT concorrenti, e sta diventando la più diffusa in un'ampia gamma di applicazioni che richiedono una riproduzione delle immagini coerente e accurata, come apparecchiature mediche, navigazione marittima, segnaletica digitale e controllo dei processi industriali.
È altamente probabile che i display IPS TFT continuino a rappresentare una tecnologia di visualizzazione estremamente valida, garantendo la leadership di mercato in termini di prestazioni ottiche. Pertanto, per assicurare la migliore esperienza utente, è consigliabile optare per un display IPS TFT.
Autore: Mark Stephenson, Direttore Marketing di Prodotto presso Hitachi Display Products Group
