LCD o OLED? Il nostro approfondimento di oggi riguarda un argomento di prim’ordine per tutti gli utenti Android, che vista la varietà di proposte animate dal robottino verde, si trovano spesso di fronte ad una marea di sigle e possibilità differenti che riguardano le tecnologie del display.

Lo schermo è forse l’elemento più importante di uno smartphone, ciò che cattura l’attenzione di un potenziale acquirente ma anche ciò con cui si dovrà fare i conti ogni giorno e quindi apprezzarne i pregi e subirne i difetti.
Per questo motivo i vari produttori cercano in tutti i modi di presentare al meglio il proprio gioiellino e addobbano la scheda tecnica di sigle più o meno altisonanti per descriverne le caratteristiche.

LCD, IPS, TFT, OLED, P-OLED, AMOLED, SUPER AMOLED sono sigle che abbiamo imparato a conoscere in questi anni, in molti casi vengono utilizzati totalmente a sproposito ma sempre rappresentano un importante criterio che dovreste valutare nell’acquisto di un nuovo smartphone.
In questo articolo proveremo a darvi un’infarinatura tecnica generale e farvi entrare in un mondo complesso, in cui i piccoli dettagli possono fare la differenza.

LCD e OLED: le due grandi famiglie

Di tutte le sigle che abbiamo elencato poco sopra, le due più significative sono LCD e OLED, due grandi famiglie che contengono diversi sottoinsiemi ma che separano nel profondo due tipologie di schermo, due tecnologie.
Parlare infatti di IPS, AMOLED, POLED ecc. è semplicemente un modo per indicare delle evoluzioni, o trovate di marketing, per display che sono sempre LCD oppure OLED.

Praticamente tutti gli schermi, da quello della calcolatrice a quello 4K degli ultimi televisori, sono distribuiti tra queste due categorie e affermare che una delle due tecnologie sia superiore, non ha alcuna valenza tecnica, tanto sono diversi e complessi gli approcci alla visualizzazione delle immagini; errato anche considerare gli OLED come i successori degli LCD solo perché sono stati inventati più tardi, basti pensare che da qualche anno Samsung ha abbandonato lo sviluppo degli OLED sui televisori, per concentrarsi su una rivisitazione degli LCD.

Sia gli LCD che gli OLED hanno ancora una lunga vita davanti, tante potenzialità inespresse e margine di miglioramento.
La complessità e la miniaturizzazione delle due specie sono arrivate a livelli inimmaginabili, che però lasciano presupporre nuove evoluzioni nell’immediato futuro, specialmente sfruttando il favoloso mondo delle nanoparticelle.

Una considerazione intelligente sul duello tra LCD e OLED andrebbe basata sulle caratteristiche intrinseche delle due tecnologie, che portano ad alcuni vantaggi e svantaggi con peso diverso a seconda del campo di applicazione.
Il nostro discorso sarà orientato al mondo mobile, ma tenete presente che sarebbe sufficiente spostarsi verso il mondo delle TV per rimettere tutto in discussione.
Come sempre si tratta di bilanciare al meglio i pro e i contro di entrambi i paradigmi e valutare quale dei due si può meglio adattare alle specificità di uno smartphone, piuttosto che di un TV, dello schermo del PC, di una console ecc.

LCD

Come funziona un display LCD

Liquid Crystal Display, ovvero schermo a cristalli liquidi, nome derivato dalla componente fondamentale dello schermo, ovvero proprio i cristalli liquidi.

I CL sono composti organici che si trovano in uno stato a metà tra una sostanza solida e liquida, possono quindi essere sfruttati per le capacità ottiche tipiche dei cristalli e per la mobilità di una materia allo stato liquido.

Un sistema LCD è composto da vari strati funzionali all’emissione di luce mediata e quindi di immagini.

Procedendo dall’interno verso l’esterno, la luce deriva da una fonte luminosa, tipicamente composta da LED (retroilluminazione), più sopra ci sarà un primo filtro polarizzatore, su cui è adagiato un vetro con elettrodi, questi potranno controllare l’orientamento dei cristalli liquidi disposti sullo strato superiore, a completare il panino ci sarà ancora il secondo filtro polarizzatore, disposto perpendicolarmente rispetto al primo.

E’ importante seguire l’andamento della luce che dalla sorgente LED interna, passa attraverso il filtro polarizzatore, poi incontra i cristalli liquidi che saranno orientati in base al campo elettrico generato da ogni elettrodo (pixel) e infine incontrerà il secondo filtro polarizzatore.
Quando la luce incontra il primo filtro polarizzatore viene orientata con un angolo ben preciso, con questa incidenza verrà piegata dai cristalli liquidi per poi trovare il secondo filtro polarizzatore, perpendicolare rispetto al primo. Se i CL sono attivi/inattivi, non modificheranno la direzione della luce, questa scontrerà contro il secondo polarizzatore esattamente come è uscita dal primo filtro, quindi verrà completamente bloccata.
Se invece i CL sono attivi, potranno far passare la luce RGB e tutto questo genera le immagini che il nostro occhio può percepire.

La quantità di luce che viene fatta filtrare costituisce la scala di grigi, mentre la componente RGB viene ottenuta con un filtro selettivo basato sulle lunghezze d’onda dei vari colori.

A questo sistema di base vengono poi applicate diverse complicazioni, prima di tutto uno specchio rivolto verso l’esterno e posizionato appena sopra la sorgente di luce: questo serve per riflettere la luce ambientale pur facendo transitrare la luce proveniente dai led posizionati più in basso. Questa configurazione è tipica degli schermi transreflective, capaci di sfruttare la luce ambientale per moltiplicare la propria intensità ma dotati anche di una retroilluminazione vera e propria che consente la visualizzazione dei colori anche quando l’ambiente esterno è buio.

Quando il componente a specchio non è presente, avremo uno schermo completamente trasmissivo che però sarà sempre meno leggibile man mano che la luce esterna diventa più forte di quella emessa dal pannello di retroillumazione.

Abbiamo quindi capito un aspetto fondamentale degli schermi LCD: la luce passa attraverso i diversi strati del pannello, questa luce però non deriva direttamente dai CL ma da una sorgente di illiminazione a LED. Tenete bene a mente questo concetto perché sarà la base per capire la differenza con gli schermi OLED.

Sviluppi degli LCD: TFT, IPS, VA

Un importante campo di sviluppo per gli LCD è rappresentato dalla matrice attiva (TFT) ovvero un ulteriore strato di transistor che ha permesso di controllare ogni singolo pixel con tempi di risposta decisamente elevati, si è potuto così aumentare sempre di più la risoluzione del display senza far decadere la resa.

Nel corso degli anni, l’efficienza degli LCD è incredibilmente migliorata, non solo sono stati costruiti pannelli LED più attenti ai consumi, ma anche i filtri polarizzatori, le matrici TFT e i processi produttivi per l’integrazione dei CL sono stati notevolmente snelliti; l’utilizzo delle nanotecnologie ha permesso di migliorare la disposizione dei pixel, aumentare la risoluzione e miniaturizzare sempre di più i componenti.

Sono nati LCD TN, IPS, VA che differiscono sostanzialmente per la disposizione dei cristalli e per il modo in cui vengono orientati per veicolare la luce. Nel settore mobile hanno trovato terreno fertile gli IPS, soprattutto per la loro capacità di riprodurre un vasto spettro cromatico e per la resa ottimale di contrasto e luminosità anche ad angoli di visuale elevati.

Il principale limite nelle applicazioni mobile è dato dai consumi energetici: uno schermo di questo tipo, infatti, ha bisogno di una costante retroilluminazione, indipendentemente da quale sia il colore che deve essere riprodotto, questo rappresenta uno spreco.

Variazioni sul tema LCD: Quantum Dots, QLED, Triluminos, Quantum IPS, Super LCD

Negli ultimi anni però si sta facendo largo una rivisitazione profonda dei display LCD, che fa uso abbondante delle nanoparticelle, denominate Quantum Dots.

In estrema sintesi Quantum Dots aggiunge un sottilissimo strato inorganico di nanoparticelle che si inserisce tra i cristalli liquidi e la retroilluminazione a LED, questo purifica la luce blu della sorgente luminosa, rendendola bianca, con una serie lunghissima di vantaggi, su tutti una resa cromatica elevata e un contrasto ancora mai visto.
A questo si aggiunge un impiego sempre più raffinato di filtri polarizzatori, che permettono di mascherare i problemi cronici degli LCD, e il cosiddetto local dimming, ovvero una gestione sempre migliore della retroilluminazione per simulare un contrasto migliore nella visualizzazione di immagini scure.

Il risultato ai nostri occhi sarà quello di un LCD quasi indistinguibile da un OLED per la riproduzione dei neri, ma estremamente più ricco di un OLED in quanto a riproducibilità del colore e con un tempo di vita praticamente infinito.

LCD sugli smartphone

Samsung ha scommesso tutto su questa tecnologia per le TV di ultima generazione, ha avviato una massiccia operazione di rebranding inaugurando la serie Q e brevettanto il nome QLED.
Il QLED di Samsung avrebbe tutte le potenzialità di arrivare sugli smartphone e sui tablet, l’ostacolo principale a questa adozione è dovuto al fatto che Samsung stessa si farebbe concorrenza in casa, andando a pestare i piedi al suo grosso business degli schermi OLED.

LG, Sony e HTC hanno da tempo lanciato prodotti rispettivamente con il brand Quantum IPS, Triluminos Display e Super LCD, tecnologie che seguono l’approccio delle nanoparticelle applicate al concetto di LCD.
Le case sopracitate sono sempre state considerate tra le migliori in fatto di display dei prodotti high-end ma sembra che gli investimenti non abbiano portato ai risultati sperati, tanto che LG ha cominciato a produrre massivamente OLED e presto Sony passerà alla stessa tecnologia per i suoi top di gamma.

Innegabilmente gli LCD di LG G6 e Sony Xperia XZ Premium sono appaganti però, complice anche il trend in crescita dei display flessibili, con buone probabilità la tecnologia non verrà ulteriormente sviluppata per la parte mobile, mentre troverà sempre maggiore impiego sulle TV.

OLED

Organic Light Emitting Diode, diodo organico a emissione di luce, così viene definita l’unità base di un display OLED. Ripetendo questa unità migliaia di volte otterremo un favoloso display di grande impatto.

Prima di addentrarci nella spiegazione tecnica dell’OLED è importante distinguere il percorso che è stato fatto da questi schermi nel campo delle TV e Monitor, da quello completamente diverso che è stato seguito nel settore mobile.
La tecnologia è sempre quella, ma gli attori in campo sono diversi: LG per le TV, Samsung per il mobile.
Bisogna dare atto a Samsung di aver posto le basi per un futuro radioso della tecnologia per la produzione di questi schermi anche sulle piccolissime dimensioni, mentre a LG di aver portato avanti la ricerca nel settore delle TV, dove i problemi a cui bisogna far fronte sono molto diversi da quelli di uno smartphone.
A distanza di tempo il lavoro compiuto dai due brand ha permesso alla tecnologia di svilupparsi sotto punti di vista molto diversi e che nei prossimi anni troveranno una convergenza.

Come funziona un display OLED

Come vi abbbiamo detto nel paragrafo dedicato agli LCD, la sostaziale differenza che li separa dagli OLED è la fonte luminosa: anche in questo caso avremo dei pixel e una struttura a strati ma sarà completamente assente il pannello LED che funge da sorgente luminosa, in quanto i pixel stessi (diodi organici) emetteranno luce.

L’ossatura di uno schermo OLED è composta da uno substrato in vetro o plastico (Plastic-OLED) su cui è montato uno strato di diodi organici (struttura carbonosa) racchiusi tra un anodo e un catodo.
Il funzionamento è semplicissimo: la corrente passa tra i due elettrodi, i diodi organici stimolati emettono luce colorata verso l’esterno generando le componenti RGB; se non passa corrente il diodo è a riposo, quindi non emette luce col risultato di far apparire il pixel nero, ecco quindi il nero assoluto dei display OLED.

Vantaggi dell’OLED

La tecnologia OLED si è dimostrata subito molto promettente, la particolare struttura dell’OLED permette di mantenere lo spessore del sistema molto ridotto, il materiale organico può essere installato su un supporto flessibile senza pericoli di rottura, gli angoli di visuale sono teoricamente infiniti, così come il contrasto.
Ottima anche la saturazione dei colori e i tempi di risposta.

Svantaggi dell’OLED

D’altra parte i problemi sono molteplici e questo è il motivo per cui sono stati necessari diversi anni perché raggiungesse risultati paragonabili agli LCD.
Prima di tutto gli OLED si consumano (burn-in), essendo particelle organiche perdono con il passare del tempo la loro capacità elettroluminescente, gli OLED rossi e blu si consumano meno velocemente di quelli verdi per cui con il passare del tempo la riproduzione cromatica sarà sbilanciata.

Il secondo problema è lo spazio: una matrice OLED ha bisogno di disporre in maniera ordinata i singoli diodi e ogni diodo può generare solo una componente RGB, quindi saranno necessari 3 diodi per un pixel. Ripetendo lo schema per 1920 x 1080 volte (FullHD) la questione diventa complicatissima.

Altra grana riguarda i costi di produzione, molto elevati rispetto ai più collaudati LCD; ci sono poi problemi di riflessione della luce ambientale che hanno costretto i produttori a integrare un filtro polarizzatore, che da un lato permette di mantenere intatto il contrasto e la nitidezza, ma dall’altro ha creato quei fastidiosi riflessi verdi, blu e rosa che vediamo guardando di sbieco uno schermo OLED (blue shift, quello famoso del Pixel 2XL).

Dulcis in fundo la questione di resa cromatica: per molto tempo gli OLED sono stati difficili da gestire, relativamente semplice emettere colori puri ma difficilissimo controllare le emissioni di luce per generare le sfumature senza sfociare in una sovra-saturazione e in colori irreali, ecco da dove deriva il mito dei display troppo saturi e innaturali nei confronti degli LCD.

La tecnologia OLED per molto tempo ha dovuto fronteggiare vari problemi che ne hanno tarpato le ali, solo la ricerca portata avanti tenacemente ha permesso di trovare soluzioni innovative e aprire la strada verso il successo.

AMOLED, Super AMOLED, P-OLED: questione di brand e sub-pixel

Mentre le TV hanno seguito una strada meno complicata avendo tendenzialmente più spazio e meno problemi di consumo, gli schermi OLED sugli smartphone hanno avuto bisogno di un ripensamento della struttura a livelli.

Sono stati introdotti in successione due importanti cambiamenti: la matrice attiva (AMOLED) e la disposizione PenTile.

La nascita degli AMOLED deriva dall’utilizzo di un film di transistor (due per pixel) che controlla il passaggio di corrente attraverso il diodo, questo ha permesso di ottenere grandi vantaggi in termini di luminosità e tempi di risposta.

La questione spazio è stata risolta modificando la disposizione dei sub pixel, di fatto simulando risoluzioni maggiori, ottenute solo condividendo parte dei sub pixel tra più pixel. La seguente immagine rende meglio l’idea.

Meno diodi ha significato poter ridurre le dimensioni mantenendo la risoluzione, il risultato sono gli schermi UHD visti su diagonali da 5,8 pollici come su Samsung Galaxy S8.

Via via nel tempo sono stati introdotti tantissimi affinamenti, sia al processo produttivo, tagliando drasticamente i costi, sia nell’efficienza del materiale elettroluminescente (qui la strada è ancora apertissima a nuovi sviluppi) ma anche nei pannelli polarizzatori che ora danno luogo a effetti di blue-shift molto più marginali.

Se Samsung da un lato ha portato avanti la ricerca per migliorare sempre di più la qualità e i consumi, dall’altro LG ha trovato un metodo interessante per salvaguardare la durata degli OLED nel tempo.
Anziché creare un sub pixel per ogni componente RGB, LG ha deciso di creare un’unione dei tre diodi per generare solo luce bianca purissima.
A sua volta questa luce incontra un filtro selettivo equivalente a quello degli LCD e vengono così nuovamente separate le tre componenti.

Il vantaggio di questo approccio è che i diodi avranno vita più lunga e non ci saranno più effetti di burn in, o per lo meno saranno molto meno presenti.
Al momento tutto ciò si applica solo agli schermi di grandi dimensioni ma in futuro chissà, ora che anche LG si è buttata con il suo LG V30 nella produzione di schermi OLED per smartphone.

Il discorso su LG ci permette di portare in campo le sigle alternative come P-OLED: è tutta questione di brand.
Samsung ci ha abituato a pensare che gli schermi OLED degli smartphone si chiamassero AMOLED, in realtà non è così, sempre di OLED si tratta e AMOLED è stato semplicemente associato al brand coreano perché l’unico a produrre appunto OLED con matrice attiva (AMOLED).

LG si è ben guardata dall’utilizzare la nomenclatura AMOLED per i propri schermi OLED a matrice attiva, per cui li chiama semplicemente OLED, anzi, Plastic OLED visto che hanno un supporto flessibile in plastica, ma utilizzano una matrice attiva e una disposizione PenTile.

Lo stesso ha fatto Apple, che per il suo iPhone X monta uno schermo Samsung con matrice attiva PenTile, in pratica un Super AMOLED che però si chiama semplicemente OLED.

LCD vs OLED sugli smartphone: la strada è segnata

Soffermandoci al settore mobile i pregi degli LCD sono tantissimi: l’ottima riproduzione cromatica, i buoni angoli di visuale, il processo produttivo semplificato che ha portato a costi relativamente bassi.
L’utilizzo dei display Triluminos e Quantum IPS ha dato ulteriore spinta allo sviluppo di questa tipologia di schermi che, negli ultimi tempi, è stata montata su supporti in plastica flessibile, permettendo di aprire un nuovo capitolo potenzialmente valido anche per gli smartphone del futuro.

I display LCD hanno consentito di avere sugli smartphone una resa cromatica esagerata e un aumento vertiginoso della risoluzione. Le performance sono ormai consolidate anche per i prodotti di fascia bassa e possiamo dire che un buon LCD sarà sempre migliore di un OLED di scarsa qualità. Un problema cronico degli LCD, gli angoli di visuale, è stato molto mitigato con gli IPS, mentre la questione energetica dovuta alla necessità di una retroilluminazione costante è stata resa meno importante dall’adozione di pannelli LED più efficienti.

Una strada potenzialmente a rosea per gli LCD, questo è vero, ma probabilmente non nelle applicazioni mobile, dove i recenti passi in avanti fatti dagli schermi OLED, hanno ormai segnato la rotta dei prossimi anni.
Potremmo dire che l’unico vero problema degli LCD sono gli OLED, perché in poco tempo sono riusciti ad eguagliarne i pregi senza però cedere a compromessi sulle peculiarità della propria tecnologia.

Sicuramente vedremo ancora molti validi pannelli LCD sugli smartphone e tablet di fascia media e bassa, ma sui prodotti high-end il destino è scritto, si punta tutto sugli OLED.

Gli schermi OLED, saranno i protagonisti della prossima generazione di smartphone flessibili e diverranno sempre migliori e meno soggetti a usura. In questo percorso Samsung è avanti ma ora che LG ha fatto il primo passo la concorrenza sarà spietata e a giovarne saremo noi consumatori.

Già in questo momento sono stati superati i concetti di colori innaturali e sparati degli AMOLED, il software e l’hardware hanno fatto passi da gigante riuscendo ad equiparare i livelli di fedeltà cromatica degli LCD.

A questo si aggiungono angoli di visuale estremi, contrasto elevatissimo, flessibilità nell’impiego e consumi ridotti: un cocktail che ne ha determinato l’affermazione ai danni degli LCD. Insomma, ne vedremo delle belle, ma lo faremo su uno splendido display OLED.