L'obiettivo di questo articolo è introdurre la tecnologia di optical bonding che permette di migliorare le prestazioni dei display TFT soprattutto per quello che riguarda la visibilità in condizione di luce solare intensa, ma non solo.
La tecnologia di optical bonding (letteralmente: di aderenza ottica) prevede di collocare una lente di copertura direttamente sopra il pannello del display eliminando lo strato di aria intermedio. La lente di copertura può essere di vetro antiriflesso ma anche di plastica, o può essere direttamente il pannello del touch screen. L’eliminazione dell’aria riduce il riflesso generato sul display sotto lo 0.2% e incrementa in maniera esorbitante il contrasto anche in ambienti molto luminosi. L’azienda che propone questa tecnologia è CiVUE Optotech Ind. Questa soluzione è pensata principalmente per i display posti all’esterno e sottoposti alla luce diretta del sole che impedisce a un utilizzatore di distinguere correttamente le immagini proposte. Questo rappresenta sicuramente un vantaggio, ma non solo: tale tecnologia, sovrapponendo due elementi ottici e mantenendoli in posizione con un adesivo trasparente, permette, come mostrato in Figura 1, di ottenere un display molto più resistente agli atti di vandalismo. Le applicazioni di una tecnologia di questo tipo sono molteplici e vanno dai PC industriali ai tablet PC, dai Bancomat ai dispositivi medici, senza dimenticare le console portatili per l’intrattenimento o la navigazione GPS.
VANTAGGI DEL BONDING
Come affermato, i vantaggi della tecnologia di optical bonding sono diversi, partiamo analizzandoli in dettaglio. Sicuramente il più immediato è la leggibilità del display in condizione di luce solare intensa. Non c’è bisogno di aumentare la retroilluminazione, soluzione di solito utilizzata per migliorare le prestazioni di visibilità del display. Questo permette anche di ridurre la temperatura del pannello, che di norma è piuttosto elevata a causa della retroilluminazione, e di risparmiare corrente. I riflessi sono notevolmente ridotti e il livello di contrasto aumentato. L’effetto slavato ottenuto in situazioni di luce intensa si trasforma in una straordinaria nitidezza delle immagini. Un semplice confronto, visibile in Figura 2, mostra le differenze per due cornici digitali con e senza bondatura del display. Il secondo beneficio, già citato, è la possibilità di creare un pannello antivandali in grado di avere resistenza superiore e di assorbire urti o shock senza rimanere danneggiato. La modalità di fissaggio degli elementi ottici impedisce che si formi condensa o qualsiasi altra contaminazione. Un ulteriore vantaggio derivante da questo processo è la riduzione di possibili errori di lettura per il fenomeno della parallasse, importante specialmente per gli strumenti di misura. Infine, non si può trascurare il fatto che, se l’applicazione richiede un trattamento antiriflesso, questo può essere realizzato sulla lente superiore e non direttamente sul vetro del display. In questo modo si possono utilizzare pannelli LCD più economici. Rispetto ad altri prodotti, in cui viene semplicemente resa più efficiente la retroilluminazione per rendere il display maggiormente visibile in condizioni di luce solare esterna, la tecnologia CiVUE presenta vantaggi unici, tra cui la possibilità di rilavorare il prodotto anche dopo la vendita, una durata maggiore nel tempo (si evitano problemi di invecchiamento, scolorimento e cristallizzazione del display), senza dimenticare che la maggiore robustezza consente un miglior assorbimento degli urti ed evita problemi di deformazione, specialmente per i touch screen.
Figura 1: principio della tecnologia di optical bonding
Figura 2: effetto dell’applicazione dell’optical bonding su un display illuminato da luce intensa
TEST DI AFFIDABILITÀ
A riprova di quanto detto, i risultati dei test eseguiti da CiVUE sulla sua tecnologia di bonding testimoniano un netto miglioramento delle prestazioni del display ma anche la possibilità di impiegare questa tecnologia in ambienti particolarmente ostili. Una serie di test in temperatura, della durata di 500 ore, ha dimostrato la possibilità di far funzionare il display da –40 a +85 °C, quando la maggioranza dei display non supera le condizioni di –20/+60 °C. Il sistema è stato posto anche a test in camera climatica con un elevato livello di umidità relativa (93%). In tutti i test climatici il prodotto CiVUE non ha mostrato alcun segno di deterioramento, ingiallimento, formazione di bolle o altro. Anche un ulteriore test di bombardamento del prodotto con raggi UV per ben 200 ore è stato superato con successo. Per dimostrare la robustezza e la solidità della soluzione, anche alcuni test di urto e di vibrazione sono stati eseguiti con successo.
UN CONFRONTO ALLA LUCE DEL SOLE
Tradizionalmente, per raggiungere un buon livello di leggibilità del display in qualsiasi condizione di luce solare, si possono scegliere tre strade. La prima prevede di realizzare una soluzione trasmissiva ad alta brillantezza, aumentando l’effetto della retroilluminazione del display. Più luce significa non solo consumare potenza ma anche produrre calore che deve essere dissipato. Il secondo approccio si può definire metodo riflessivo; si utilizza la luce solare riflessa da un elemento rifrangente posto dietro il display. Questo metodo è efficace specialmente per i display monocromatici, mentre incontra qualche problema con i display LCD. Se la luce ambientale è poca, la resa è scarsa, tanto che di notte senza una retroilluminazione il display diventa illeggibile. L’approccio cosiddetto “transflective” combina i due precedenti metodi e diventa efficiente in una molteplicità di situazioni di luce, mantenendo il consumo di energia ridotto. In questo modo si è ottenuto un display “sunlight readable”, ma l’ottimo è ancora lontano. Tutti i display per esterno richiedono una copertura in vetro o plastica e questo riduce la leggibilità alla luce del sole a causa delle riflessioni interne che riducono il livello di contrasto. Come visibile in Figura 3, ad ogni passaggio aria-vetro, la luce si disperde in tutte le direzioni, tipicamente 13% della luce solare in arrivo viene persa per fenomeni di rifrazione, così come 13% dell’efficienza della retroilluminazione viene dispersa. L’operazione di optical bonding elimina lo strato intermedio di aria, eliminando di conseguenza la riflessione associata. Inoltre, se abbinata ad un trattamento antiriflesso (AR) sulla copertura protettiva, la riflessione totale può essere ridotta allo 0.5%. Questa soluzione può essere abbinata a un semplice display con soluzione trasmissiva con buoni risultati; se la si abbina a un display transflective si ottiene una soluzione veramente ottimale. Il secondo grande problema di un display illuminato da una luce intensa è quello di garantire un buon livello di contrasto. Il contrasto è il rapporto tra il livello di bianco e il livello di nero ossia, molto più grossolanamente, la differenza di luminosità tra il pixel bianco più brillante e il pixel nero più scuro. Un buon contrasto per le situazioni di display in esterno è di 10:1, meglio ancora se si arriva a 20:1. La luce ambientale aumenta i fenomeni di riflessione e determina una diminuzione del livello di contrasto percepito. Se la luce dell’ambiente ha un livello di 10.000 nits (valore simile alla luce diretta del sole), con un valore di riflessione del 13.5% come nell’esempio visto in precedenza senza optical bonding, si ottiene un livello di luce riflessa pari a 1.350 nits. Una formula approssimata per il calcolo del livello di contrasto (CR) è la seguente:
CR = 1 + (luminosità display/luce riflessa)
Se consideriamo una luminosità del display di 300 nits, otteniamo un contrasto di 1.2:1, ovvero un display illeggibile. Nel secondo caso di Figura 3 si arriverebbe ad un rapporto teorico di 6:1 che CiVUE, grazie alla qualità dei materiali e all’esperienza accumulata nel settore, riesce a portare fino a 14.5:1. A testimonianza di ciò, la fotografia di Figura 4 mostra la differenza di resa di un pannello realizzato solamente a metà con la tecnologia di bonding. Il risultato lascia veramente senza parole.
Figura 3: confronto sulla quantità di luce riflessa e sulla resa della retroilluminazione
Figura 4: risultato dell’operazione di optical bonding
