OLED Intelligenti

Le soluzioni integrate di 4D System per moduli OLED a basso costo. OLED (Organic Light Emitting Diode) è la tecnologia che promette di rivoluzionare nel prossimo futuro il mercato dei sistemi di visualizzazione. Le previsioni più recenti stimano un fatturato di 6 bilioni di dollari raggiungibile entro il 2015.

I display OLED consistono (vedi figura 1) di un sottile film di composto organico (tipicamente polimeri o piccole molecole, come dendrimeri coniugati o chelati organometallici) racchiuso tra due elettrodi, di cui uno trasparente.

Figura 1: la struttura di un OLED

Al passaggio di corrente nel film, si inducono fenomeni di eccitazione e decadimento nelle bande molecolari non occupate, più o meno allo stesso modo di quanto accade con elettroni e lacune nella bande di valenza e conduzione dei dispositivi inorganici quando vengono polarizzati. Il dispositivo emette quindi luce nello spettro visibile. Tra i vantaggi principali della tecnologia OLED vi sono un basso tempo di risposta che consente di realizzare schermi ad elevate frequenza di refresh, un maggiore rapporto di contrasto ed un più ampio angolo di visione rispetto ai dispositivi LCD, una minore dissipazione di potenza. Gli OLED possono inoltre essere impiantati su substrati praticamente di qualsiasi tipo, permettendo, ad esempio, di realizzare anche display rigido-flessibili. Gli svantaggi principali sono invece il tempo di vita inferiore, le difficoltà di bilanciamento del colore e i problemi di burn-in, con una degradazione non uniforme della luminosità schermo alle diverse frequenze della luce che porta, nel tempo, ad una predominanza di una certa componente di colore nell’immagine riprodotta.

A causa inoltre di difficoltà nel rendere economici i processi produttivi per display di grosse dimensioni, la tecnologia OLED è attualmente disponibile sul mercato esclusivamente per schermi piccoli, tipicamente fino a 7’’, trovando impiego principalmente in dispositivi portatili come telefoni cellulari, PDA, console di gioco e video camere. Samsung ha recentemente annunciato la commercializzazione dei primi TV OLED a 42 pollici per il 2011. A questo proposito, è opportuno sottolineare che i televisori LED che hanno da qualche tempo iniziato a diffondersi sul mercato non hanno nulla a che vedere con la tecnologia OLED. Sono infatti basati su schermi LCD che utilizzano dei LED piuttosto che le tradizionali sorgenti fluorescenti per la luce di retro-illuminazione del pannello, riuscendo così a migliorare la qualità dell’immagine riprodotta al punto da essere confrontabile con quelli dei dispositivi al plasma. 4D Systems è una compagnia australiana piuttosto conosciuta per la realizzazione di moduli di visualizzazione intelligenti. Di seguito sono descritte in particolare le principali soluzioni oggi rese disponibili dall’azienda per la realizzazione di display in tecnologia OLED a bassa risoluzione e costi contenuti impiegabili nelle più comuni apparecchiature embedded. Tutti i moduli includono un display OLED ed un processore grafico per il suo controllo.

MODULI SERIALI CONNESSI AD UN HOST

I dispositivi µOLED-96-G1 (SGC), µOLED-128-G1 (SGC) e µOLED-160G1(SGC), in particolare, impiegano uno schermo di tipo a matrice passiva. Il modulo µOLED-160-G1(SGC) (figura 2), ad esempio, supporta un pannello da 1.7’’ con un’area attiva di 33.6 x 27 mm ed una risoluzione di 160 x 128 pixel. Lo schermo ha una brillantezza di 100 cd/m2 ed un rapporto di contrasto di 5000:1; l’angolo di visione è superiore a 160°.

Figura 2: il modulo μOLED-96-G1 (a) il display Oled (b) il controller basato su processore GOLDELOX(SGC).

Tutti e tre le versioni adottano il processore grafico GOLDELOX(SGC) che dispone di una porta seriale di comunicazione verso l’host. Oltre a questa, sono poi disponibili una linea di reset, 5 ingressi con resistenze di pullup che possono essere connessi a switch, pulsati o joystick ed una uscita audio in grado di pilotare un classico speaker a bassa impedenza. E’ anche presente uno slot per la connessione di schede di memoria microSD di capacità fino a 2 GB e microSDHC. La tensione di alimentazione è 5 V; è disponibile in uscita una linea a 3.3V derivata da questa con capacità di corrente fino a 50 mA ed impiegabile per alimentare circuiti di interfaccia esterni. Il processore grafico può essere controllato, come si diceva, mediante porta seriale. Tra i principali comandi supportati vi sono quelli di tipo generico, grafico, testo e quelli per l’accesso a basso livello alla memoria uSD/uSDHC; il processore è inoltre in grado di eseguire script in un linguaggio dedicato denominato 4DSL. Tra le principali funzionalità di più alto livello disponibili, vi sono la capacità di caricare immagini dalla memoria SD e visualizzarle sullo schermo, disegnarvi figure geometriche o icone, sovraimporre stringhe di testo. Alcuni tool resi disponibili gratuitamente da 4D Systems supportano gli utenti in tali applicazioni. Graphics Composer, ad esempio, consente la creazione delle slide show, animazioni o clip animate da caricare in memoria; FONT Tool assiste invece nella conversione dei fonts Windows standard in bitmap utilizzabili dal processore grafico. FAT-Controller, infine, permette di controllare il corretto funzionamento del processore stesso oltre a simulare le sue principali funzionalità, consentendo così di verificare la validità degli script che si intende eseguire. 4D Systems rende disponibile una scheda di valutazione per il µOLED-xx-G1 (vedi figura 3).

Figura 3: una scheda di valutazione per i moduli μOLED-xx-G1.

Oltre al modulo di visualizzazione, la scheda includa una porta di alimentazione, un convertitore USB-UART per il controllo da PC remoto del processore grafico, un semplice joysitck a 5 posizioni e ad una area per prototyping. La serie μOLED-3202x-P1 è basata invece sul processore grafico PICASO (SGC) ed impiega OLED a matrice attiva di dimensione 2.4’’ o 2.83’’ , supportando così immagini di risoluzione standard fino a QVGA (240 x 320 pixel). Il display adottato nel modulo µOLED-32028-P1T è addirittura dotato di funzionalità touch-screen. Il processore grafico PICASO dispone di interfaccia seriale come il GOLDELOX(SGC) e di una porta per memoria micro-SD/micro-SDHC. E’ in grado però di accedere alla memoria utilizzando un file system standard FAT16 (compatibile DOS), potendo ad esempio riprodurre così file WAV. L’uscita audio supporta un controllo PWM ed include un amplificatore ed uno speaker da 8 Ω. Sono inoltre disponibili 16 linee generalpurpose (di cui 8 sono utilizzabili per realizzare una interfaccia parallela di trasmissione dati veloce) e l’interfaccia per la gestione di pannelli touchscreen resistivi a 4 fili.

LE SERIE GFX PER APPLICAZIONI STANDALONE

Gli stessi moduli µOLED-xx-G1 e µOLED-3202x-P1 sono anche disponibili nelle versioni GFX basate su processori GOLDELOX (GFX) e PICASO (GFX), i quali si differenziano dalle corrispondenti serie SGC, per un diverso firmware nativo. Questo implementa sul dispositivo fisico un processore virtuale denominata EVE (Extensible Virtual Engine) in grado di eseguire applicativi in linguaggio proprietario 4DGL. In questo modo, i moduli non necessitano di un processore host per il controllo e la configurazione ma possono essere utilizzati in applicazioni stand-alone; in alternativa, si può scegliere di codificare in linguaggio 4DGL funzioni grafiche complesse che vengono eseguite dal processore grafico in risposta ad una singola istruzione inviata dall’host, riducendo così il carico computazionale richiesto ad esso per la gestione del display. Il linguaggio 4DGL eredita molti degli aspetti di base dei più diffusi linguaggi di programmazione come C, Basic o Pascal rendendo disponibili classiche istruzione come If-Else-Endif, While-WEnd o Repeat-Untile; risulta così di facile e veloce apprendimento. Alle istruzioni tradizionali, ne aggiunge tuttavia delle altre specifiche, ad esempio, per la gestione degli oggetti grafici. Sono pure supportate funzioni matematiche complesse (come seno, coseno e radice quadrate) ed istruzioni per l’allocazione dinamica della memoria. 4DGL-Workshop3 IDE è un ambiente integrato con editor, compilatore e linker per applicativi 4DGL. Integra pure un Downloader che consente di copiare l’applicativo compilato dal PC alla memoria flash del modulo. Il modulo µOLED-3202x-P1(GFX) basto su processore PICASO-GFX2 (figura 4) integra, ad esempio, fino a 15 Kbyte di memoria flash per il codice e fino a 14 Kbyte di memoria SRAM di tipo dati/programma. Oltre alla funzionalità comuni alla versione SGC, dispone poi di una seconda linea seriale di comunicazione, di una porta I2C con funzionalità di master e di 8 timer a 16 bit con risoluzione 1 ms. Un header 2x30 pin facilita la connessione di eventuali schede di espansione.