L’evoluzione tecnologica, così come i nuovi strumenti funzionali a una litografia con nanometri ridotti, è particolarmente evidente nei LED, infatti, le componenti organiche stanno diventando sempre più piccole, inserendosi prepotentemente nei settori dove VR e AR possono dare ancora molto.
Il flop di Google Glass
Google Glass, prototipo di visore per la realtà aumentata (AR) lanciato nel 2013, ha mostrato in passato le sue potenzialità. Esso prometteva un accesso a mani libere molto intuitivo che sostituiva buona parte delle funzioni dello smartphone e consentiva agli utenti di ottimizzare il tempo, come la registrazione di un video, la navigazione web o semplicemente l’invio di e-mail, liberandosi di fatto del touch screen e dei pulsanti.
Dati alla mano, Google Glass si è rivelato un disastro commerciale, doto che risultava scomodo da indossare e la qualità delle immagini non era delle migliori, soprattutto quando veniva utilizzato all’aperto. Quindi, teoricamente la realtà aumentata a mani libere era molto divertente, ma le limitazioni pratiche e tecnologiche rendevano il prodotto troppo rivoluzionario per l’utenza ancora legata alle soluzioni passate.
Dopo più di dieci anni, la stessa azienda Google ha un immaginario completamente diverso verso questo tipo di prodotto, infatti, grazie all’introduzione di minuscoli display, alcuni anche capaci di essere posizionati sulle dita grazie alle tecnologie micro-LED e micro-OLED, sembra poter scalfire quella fetta di mercato ancora scettica nei confronti dell’AR.
L’attesa per Vision Pro di Apple
Vision Pro di Apple, che sarà rilasciato nel 2024, con molta probabilità sarà il volano per il cambiamento, anche se l’estetica potrebbe scontentare diversi consumatori; infatti, il visore è completamente chiuso, avvicinandosi molto al design degli occhiali da sci. A differenza di Google Glass, sviluppato prettamente per la realtà aumentata, Vision Pro è un mix di AR e VR (Realtà Virtuale), che Apple ha denominato spatial computing.
Da un punto di vista prettamente pratico, Vision Pro si svincola da alcuni problemi evidenti già presenti in Google Glass, infatti, la vera innovazione è da ricercare nella coppia di display micro-OLED che hanno una dimensione poco più grande di un francobollo, ma capace di raggiungere una risoluzione 4K in ogni schermo, quest’ultimi di soli 1.3 pollici quadrati. Il singolo display contiene più di 11 milioni di pixel distanziati di 6.3 micrometri, valore inferiore al diametro di un globulo rosso umano.
Display ad alta intensità: è tutta qui la differenza tra la soluzione Apple e quelle concorrenti
L’aggiornamento è oggettivamente significativo, proprio come Meta Quest 3 e HTC Vive XR Elite, poiché vengono implementate anche telecamere funzionali a replicare il mondo esterno sui display interni, garantendo, quindi, il massimo controllo di ciò che circonda l’utilizzatore finale. Tale strumento è denominato realtà mista pass-through. La differenza sostanziale tra la soluzione proposta da Apple e quelle delle concorrenti, come Meta, è però la tecnologia del display; infatti, Quest 3 e XR Elite utilizzano ancora display a cristalli liquidi, che non garantiscono la stessa nitidezza e soprattutto non offrono una visuale perfetta di ciò che circonda chi sta indossando il visore.
Anshel Sag, analista di Moor Insights & Strategy, pensa che nel complesso Apple abbia ottenuto un risultato impressionante, dato che con tali tecnologie il consumatore potrà realmente comprendere le potenzialità di AR e VR. Sag aggiunge che i singoli pixel di Vision Pro non saranno visibili alla gran parte delle persone, garantendo un’immagine chiara e nitida.
I benefici della combinazione tra audio 3D e display micro-OLED
Il display ad alta densità è il prodotto di anni di lavoro del gruppo Semiconductor Solutions di Sony, il progetto iniziale è partito dalla realizzazione di mirini digitali, solo successivamente vi è stata la creazione di un dispositivo da montare sulla testa. Il tutto è stato implementato con un sistema audio che incrementava l’immersività durante la riproduzione di file multimediali.
La combinazione di un audio 3D e i display micro-OLED ha permesso di ottenere diversi benefici rispetto alle tradizionali soluzioni a diodi con emissione di luce. Infatti, con i micro-OLED ogni pixel è auto emissivo, ciò si traduce in una luminosità pari a zero quando il pixel è spento. I display LCD purtroppo non possono spegnersi completamente, dato che hanno un pannello retroilluminato, lasciando di fatto un nero più vicino al grigio che durante la riproduzione di film o contenuti multimediali rende la scena nebbiosa.
Luci e ombre dei dispositivi con tecnologia LED
I due display del Vision Pro raggiungono una luminosità di 5000 nit che migliora di 50 volte rispetto al Meta Quest 2, quest’ultimo non supera i 100 nit.
Vision Pro con molta probabilità velocizzerà l’adozione della tecnologia micro-OLED, anche se non esente da difetti. Michael Murray, SEO di Kopin, azienda di display del Massachusetts, precisa che i pannelli micro-OLED sono particolarmente efficienti per riprodurre immagini in movimento, come i film, ma sono meno concreti per il testo statico. Il fenomeno del burn-in, cioè la capacità delle immagini statiche di restare sul pannello per diverso tempo, è una problematica ancora molto spinosa.
Punti in comune tra micro-OLED e micro-LED
Sebbene i display micro-OLED e micro-LED siano sostanzialmente molto diversi per tecnologia e resa dei colori, condividono comunque alcuni punti.
Entrambe le soluzioni accoppiano un backplane in silicio che irrobustisce la struttura, così come il frontplane capace di creare una luce visibile. Nello specifico, il display micro-OLED è realizzato con uno strato di materiale organico che emette luce in risposta a una corrente elettrica, mentre un pannello micro-LED ha una serie molto piccola di diodi elettrici realizzati da semiconduttori. I display micro-LED riescono, quindi, a eliminare il burn-in, e come afferma Murray sono i migliori per qualità di visualizzazione e longevità.
Tecnologia LED, le soluzioni Mojo Vision
L’azienda Mojo Vision è stata tra le prime a sviluppare dispositivi con tecnologia LED, già nel 2020 con una lente a contatto con display AR flessibile e trasparente ha fatto molto scalpore. Tale tecnologia consente di avere una densità di pixel estrema, con 28 mila pixel per pollice, garantendo ottime prestazioni anche in spazi molto piccoli.
I primi display micro-LED vennero costruiti con una tecnica denominata “trasferimento di massa“, in cui i LED rossi, verdi e blu venivano prodotti su wafer e veicolati singolarmente verso un substrato di visualizzazione, cioè una tecnica capace di realizzare pannelli più grandi. Le soluzioni progettate da Mojo Vision sono monolitiche, cioè i micro-LED e il backplane in silicio vengono legati in una pipeline di produzione molto simile a quella già presente per produrre chip per computer, come processori o APU.
I pannelli micro-LED monolitici sono quasi tutti monocromatici, cioè, hanno la capacità di riprodurre un solo colore: rosso, verde o blu. Bisogna sottolineare però, che i display completamente a colori sono prossimi all’uscita sul mercato, sia Mojo Visione che la concorrenza, come Jade Bird Displays, stanno sviluppando diversi prototipi a colori con pixel su pitch di cinque nanometri. Oltre a ottenere una qualità eccellente delle immagini, con i micro-LED si migliora notevolmente anche la luminosità.
Sebbene una luminosità più elevata possa comportare un danno maggiore per gli occhi, l’utilizzatore finale non guarderà mai direttamente i micro-LED, poiché verranno posizionati lateralmente per consentire alla luce di penetrare con le modalità di visione esterna.
Michael Miller, responsabile dell’hardware di realtà aumentata presso Niantic, evidenzia che l’efficienza si attesta tra il 5% e il 10%, ciò si traduce in 300 nit con un display da 3000 nit e una lente scura capace di utilizzare il visore anche all’aperto.
Efficienza energetica e costi di produzione: i principali ostacoli da superare
I visori VR attualmente in commercio non sono particolarmente all’avanguardia come l’imminente Vision Pro, ma possono essere acquistati a un prezzo notevolmente inferiore. Il prodotto di casa Apple sarà commercializzato con un costo di 3499 dollari e ciò è dovuto principalmente alle tecnologie del display.
La produzione del singolo pannello micro-OLED può avere un costo intorno ai 400 dollari, come affermato da Murray. Realizzando un Meta Quest o un prodotto simile servono due display, raggiungendo 800 dollari di spesa solo per questi elementi. Sebbene possa sembrare strano un prezzo così alto per pannelli così piccoli, in realtà, una scala ridotta necessita di una fonderia dedicata e una struttura specializzata nella produzione di chip. Nel corso degli anni, con l’impiego crescente di altre aziende di tali prodotti, i costi dei display si ridurranno, ma in questo periodo storico si è ancora in una fase di transizione e non tutte le aziende hanno una struttura e macchine per lavorare su dimensioni così contenute.
Se la tecnologia micro-OLED è utilizzata su ampia scala, quella micro-LED è ancora acerba, infatti, le aziende si affidano ancora a wafer da 4 pollici, molto meno efficienti rispetto agli 8 pollici dei micro-OLED.
La produzione di display con una densità così alta di pixel, sia essa per micro-LED o micro-OLED, presenta un problema significativo: il pixel morto. Un pixel morto, cioè non funzionante, può presentare un colore nero oppure bianco brillante che non risponde ai segnali del display. Già sugli smartphone non è facile evitare questo difetto, lo è ancor di più sui visori, dove le dimensioni sono contenute e il minimo difetto renderebbe inutilizzabile il prodotto.
Ed è proprio qui che Murray evidenzia le difficoltà nel produrre tali soluzioni, dato che la quantità di display utilizzabili una volta completato il ciclo di produzione è probabilmente un decimo del silicio iniziale. Ciò significa che più del 90% di wafer di silicio viene sprecato, incidendo negativamente sui costi di produzione aziendale.
Per arginare tale problema, soprattutto per i display micro-LED, le aziende stanno investendo in strumenti e processi che riducano l’iter di produzione. Snellendo il processo di produzione si possono ridurre i rischi delle varie fasi. Il CTO dei display Micledi, Soeren Steudel, sta lavorando proprio su questa problematica, infatti, la sua azienda sta legando una partnership con GlobalFoundries, produttore di semiconduttori, al fine di ridurre i costi con il trasferimento della produzione.
Steudel sottolinea come la tecnologia micro-LED non sia matura e che, se 10 anni fa era un sogno folle, ora si iniziano a vedere i veri progressi. Il CTO si pone la domanda: è possibile produrre soluzioni micro-LED in quantità importanti senza difetti?
La realtà aumentata a portata di tutti
Per quanto le difficoltà nel produrre display micro-LED e micro-OLED sia elevata, vale comunque la pena risolvere i problemi che li caratterizzano. Tali soluzioni potrebbero rendere l’AR uno spazio virtuale in cui tutti gli utenti possono accedere velocemente e con facilità nella loro quotidianità. I pannelli non solo sono molto più realistici, ma riescono a garantire dimensioni inferiori e una qualità molto più alta.
I micro-OLED sono ormai una certezza, l’azienda Kopin da anni produce display per i chirurghi, come il modello CR3 di HMDmd. Così come soluzioni dedicate alle azioni militari con i modelli di mirino AR per il carro armato M1 Abrams.
Le possibilità per il futuro sono enormi, l’estrema luminosità, il basso consumo energetico e le dimensioni ridotte potrebbero diventare il trampolino di lancio per la creazione di occhiali AR leggeri e convenzionali. Steudel afferma che le persone desiderano utilizzare la realtà aumentata, ma che cercano soluzioni leggere e accattivanti che possano migliorare il comfort. Vuzix, leader nei visori VR leggeri, ha già raggiunto tale obiettivo con Ultralite, piattaforma che utilizza la tecnologia micro-LED per occhiali eleganti e sottili, con un peso inferiore a 40 grammi.
Conclusioni
Sicuramente la realtà aumentata non ha ancora avuto il suo momento di svolta, come per il primo iPhone, ma l’impiego di display migliori renderà l’AR sempre più interessante, con prezzi convenienti, piacevoli da usare, raggiungendo una scala più ampia di utenza.
