Introduzione
Nel primo articolo di questa serie abbiamo parlato della tecnologia delle batterie, questa seconda parte è dedicata al componente più importante di ogni dispositivo, o almeno uno dei più importanti e che influisce direttamente sull'ergonomia, cioè lo schermo. Su un dispositivo mobile moderno lo schermo funge da principale sistema di input e di output. È la parte più visibile di uno smartphone e anche il componente che consuma più energia. Durante gli anni passati abbiamo assistito a un'evoluzione in termini di risoluzione e dimensione degli schermi, al punto tale che oggi molti telefoni integrano schermi Full HD (1080p), mentre alcuni modelli vanno anche oltre. Ma il futuro degli schermi per dispositivi mobili non è solo questione di dimensione e densità pixel.
Solo cinque anni fa il telefono Android di punta era dotato di uno schermo da 3.2" e aveva una risoluzione HVGA, cioè 320x480 pixel, dati che risultavano in una densità pixel di 180 PPI. Steve Jobs proclamò che il "numero magico" era attorno ai 300 pixel per pollice, quello che allora fu il dato dello schermo dell'iPhone 4, chiamato Retina Display. Questo accadeva nel 2010, e meno di cinque anni dopo siamo giunti a schermi QHD da 5.5", che portano la densità pixel a 538 PPI, ben oltre la risoluzione dell'occhio umano (a una distanza di 20 cm). Tuttavia gli accessori di realtà virtuale, dal Google Cardboard al Gear VR di Samsung – nonché dispositivi stand alone della famiglia dell'Oculus Rift – sono alla ricerca di risoluzioni superiori.
Ora i tre tipi di schermi più popolari sul mercato sono gli LCD, gli AMOLED e gli E-Ink. Prima di parlare dei futuri miglioramenti, diamo un'occhiata a ognuna di queste tecnologie.
LCD (Liquid Crystal Display)
Gli LCD sono in circolazione da decenni. La tecnologia usata nei laptop e smartphone moderni è la stessa che era alla base delle calcolatrici tascabili degli anni novanta. I cristalli liquidi (LC) sono precisamente quello che dice il nome, cioè un composto che esiste in fase liquida a temperatura ambiente, con proprietà cristalline. Non sono in grado di produrre un determinato colore, ma hanno la capacità di manipolare la luce polarizzata. Come saprete, la luce è un'onda di natura elettromagnetica, e quando la luce esce da una fonte luminosa si propaga in ogni direzione. Un filtro polarizzatore è in grado di filtrare tutte le onde che non sono allineate alla sua posizione, producendo quindi luce polarizzata.
La fase più comune degli LC è conosciuta come "fase nematica", cioè le molecole sono essenzialmente lunghi cilindri allineati in una singola direzione. Questa struttura permette di ruotare la luce polarizzata che ci passa attraverso, abilità che permette agli LCD di visualizzare le varie informazioni.
La tecnologia degli LCD è vecchia di decenni
Quando la luce è polarizzata, è in grado di attraversare un filtro polarizzato solo se i due sono allineati sullo stesso asse. Un secolo fa fu scoperta la transizione di Fréedericksz, fenomeno che permette di applicare un campo elettrico o magnetico a un LC (cristallo liquido) e cambiare il suo orientamento, senza influenzare l'ordine cristallino. Questo cambio di orientamento è in grado di alterare l'angolo in cui il cristallo liquido è in grado di ruotare la luce polarizzata, e questo è il principio base di funzionamento degli schermi LCD.
Nell'immagine qui sopra, la luce che arriva dalla retroilluminazione (backlight) è polarizzata e passa attraverso la matrice di cristalli liquidi. Ogni subpixel del cristallo liquido è controllato da un proprio transistor che regola la rotazione della luce polarizzata, che poi passa attraverso un filtro colore e un secondo polarizzatore. L'angolo di polarizzazione della luce che lascia ogni subpixel determina la quantità di luce che è in grado di passare attraverso il secondo filtro polarizzatore, e in questo modo si determina la luminosità di ogni subpixel. Tre subpixel creano un singolo pixel sullo schermo – rosso, blu e verde. A causa della complessità di questo sistema, ci sono una serie di fattori che influenzano la qualità dello schermo e incidono sull'intensità dei colori, contrasto, frame rate e angoli di visione.
AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode)
Samsung Mobile è l'azienda che ha adottato, più di altri, gli schermi AMOLED per i dispositivi mobile, con tutta la produzione affidata all'azienda sorella Samsung Electronics. Gli schermi AMOLED sono apprezzati per il loro "vero colore nero" (che non è grigio scuro come per gli LCD) e l'intensità dei colori, anche se spesso le immagini sono troppo sature e i colori non corretti. Diversamente dagli LCD, non hanno bisogno di un sistema di retroilluminazione. Ogni subpixel è un LED che produce luce propria di uno specifico colore, definito dallo strato di materiale presente tra gli elettrodi, conosciuto come "strato emissivo". La mancanza della retroilluminazione è il motivo per cui gli schermi AMOLED riescono a raggiungere neri molto profondi e anche perché portano il beneficio di consumare meno energia quando visualizzano immagini più scure.
Samsung è l'azienda più attiva nel mercato degli AMOLED
Quando un subpixel è attivo, in base all'intensità richiesta, una corrente passa attraverso lo strato emissivo presente tra gli elettrodi, e il componente dello strato emissivo converte l'energia elettrica in luce. Come per gli LCD, un singolo pixel è (solitamente) composto da tre subpixel: rosso, blu e verde – l'eccezione in questo caso riguarda gli schermi PenTile, che usano una varietà di configurazioni differenti per le matrici di pixel. Siccome ogni subpixel produce la propria luce, elevate intensità di energia deteriorano lo stato del subpixel, che porta a un'emissione luminosa inferiore nel tempo. I LED sono quelli che richiedono l'energia più alta, ma la nostra sensibilità al colore blu è minore rispetto agli altri colori, quindi devono essere più luminosi per raggiungere il risultato desiderato, condizione che velocizza il deterioramento.
E-ink (Electrophoretic Ink)
L'E-ink è usato dall'industria degli e-reader, di cui tutti conosceranno i Kindle di Amazon (lo schermo e-paper del famoso smartwatch Pebble è un po' differente). La russa YotaPhone l'ha adottato anche per uno smartphone.
Rispetto a LCD e AMOLED, l'E-ink offre due vantaggi. Il primo è puramente estetico, poiché l'apparenza e la mancanza di riflessi migliorano la lettura - nella pratica si avvicina molto alla carta stampata. Il secondo è il consumo estremamente basso; non necessita di retroilluminazione e ogni pixel può mantenere il suo stato senza necessitare di energia continua, diversamente da LCD e AMOLED. Gli schermi E-ink sono in grado di mantenere visualizzata una pagina (schermata) per un lungo periodo di tempo prima che diventi illeggibile.
Diversamente da quello che si crede, poiché è entrato nel gergo comune, la "E" non significa "elettronico" (E-ink, inchiostro elettronico), ma "elettroforetico". L'elettroforesi è quel fenomeno dove delle particelle cariche si muovono quando viene applicato un campo elettrico. Le particelle dei pigmenti di colore bianco e nero sono rispettivamente caricate positivamente e negativamente. Queste particelle sono immagazzinate all'interno di microcapsule, ognuna grande come la metà di un capello umano, colmate poi con un fluido oleoso al cui interno si muove la particella. L'elettrodo posteriore è in grado di indurre alla capsula una carica positiva o negativa, determinando così il colore.