L'evoluzione tecnologica che ha coinvolto le TV, nel corso degli ultimi anni, è stata repentina e ha portato numerose novità. I televisori si sono quindi trasformati radicalmente, divenendo dispositivi sempre più complessi, capaci di svolgere molteplici funzioni e di adottare tecnologie molto elaborate. Per comprendere al meglio il funzionamento di una moderna TV, è necessario conoscere gli aspetti che la compongono e che contribuiscono a generare le immagini. Nel corso delle prossime settimane cercheremo di fornire una guida su vari argomenti, per rendere più chiare le diciture che si leggono tra le specifiche. In questo articolo di occuperemo del local dimming, una tecnologia molto importante per le TV LCD.

Cosa si intende per local dimming

Per capire quale funzione svolge il local dimming, è necessario sapere come funziona una TV LCD. I display LCD non possono emettere luce in maniera autonoma, ma necessitano di una retroilluminazione. Le tipologie di retroilluminazione si suddividono per tecnologia e tipologia. Inizialmente i TV LCD sfruttano una sorgente CCFL (Cold Cathode Flourescent Lamp), poi evolutasi col tempo in varie forme (come al WCG-CCFL, Wide Color Gamut, soluzioni che espandevano il gamut dei pannelli). L'evoluzione tecnologica ha poi portato all'adozione dei LED (che sono, quindi, una forma di retroilluminazione: non esistono TV a LED, a parte il prototipo Crystal LED di Sony, mai giunto nei negozi), divenuti ormai pressoché onnipresenti sulle TV LCD.

I LED offrono vari vantaggi: quello che ci interessa, in questo caso, è la capacità di regolarne accensione e spegnimento, in modo autonomo rispetto agli altri LED presenti sul pannello. E' proprio questo il principio posto alla base del local dimming: poter controllare la retroilluminazione non come un unico insieme, ma a zone. Perché si adotta questo tipo di soluzione? La motivazione è sempre legata all'incapacità di emettere direttamente luce. I cristalli liquidi reagiscono in base ai segnali elettrici ricevuti, orientando le proprie molecole per comporre le immagini. Quando si deve riprodurre il nero, le molecole si orientano per bloccare la luce emessa dalla retroilluminazione (che normalmente è sempre attiva). Una certa quantità di luce filtra comunque su schermo, elevando il livello del nero. Per rendersene conto è sufficiente osservare un LCD su schermata nera (eliminando le funzioni che, se presenti, provvedono a spegnere lo schermo, in assenza di segnale): si può facilmente notare come la TV emetta una piccola quantità di luce.

Per ovviare a questa limitazione, si è pensato di pilotare i LED non globalmente, ma a gruppi, coprendo un certo numero di zone sul pannello, ciascuna delle quali può controllare la retroilluminazione in maniera indipendente. Ecco quindi il local dimming, una delle tecnologie utilizzabili per controllare la retroilluminazione. Il funzionamento di base, infatti è lo 0D dimming, detto anche global dimming. Si tratta, molto semplicemente, di controllare la retroilluminazione come un'unica entità. In sostanza si controlla, molto semplicemente, accensione e spegnimento, quello che accade su molti modelli, che disattivano la retroilluminazione su schermata completamente nera. Il passo successivo è l'1D dimming, che controlla la retroilluminazione lungo un segmento, su tutta la dimensione del pannello. Questa tecnologia viene utilizzata per la backlight scanning, che controlla solo porzioni orizzontali della retroilluminazione, simulando la scansione di una TV a tubo catodico (in questo modo si migliora la percezione di dettaglio sulle immagini in movimento).

Se invece si pilota la retroilluminazione considerando "due dimensioni" (quindi orizzontale e verticale, un po' come gli assi cartesiani), si delimita una zona sul pannello, applicando quello che viene definito 2D dimming, ovvero il local dimming vero e proprio. Questo sistema permette di separare la retroilluminazione in tante zone: il numero varia a seconda del numero di LED utilizzati e del grado di evoluzione dell'elettronica (che deve gestire accensione e spegnimento dei LED, in relazione alle immagini da riprodurre a video). Per dare un'idea dei numeri, la serie Reference di Vizio, recentemente annunciata, disporrà di 384 zone indipendenti.

Il local dimming non è però la forma tecnologicamente più evoluta. Esiste anche una versione qualitativamente migliore: si tratta del 3D dimming, noto anche come local dimming 3D. Normalmente negli LCD si utilizzano LED "bianchi" (in realtà sono LED blu con fosfori gialli, la cui azione combinata produce luce bianca), ma è possibile impiegare anche LED RGB, ovvero triplette di LED rossi, verdi e blu. Il vantaggio di questa soluzione consiste nella migliore fedeltà cromatica. Lo svantaggio, invece, è relativo ai costi di produzione, motivo per cui questa soluzione è stata molto poco utilizzata. Le triplette di LED possono essere pilotate come un unico insieme, generando luce bianca.

E' però possibile adottare una soluzione molto sofisticata, che consente di pilotare separatamente l'emissione luminosa dei LED RGB, ottenendo la possibilità di gestire, in modo raffinato, anche la riproduzione cromatica. E' proprio questo il local dimming 3D, che aggiunge una sorta di terza dimensione (oltre agli assi x ed y, abbiamo anche un asse z), da intendersi come profondità del colore. Per via degli alti costi, relativi sia ai LED RGB, sia all'elettronica chiamata a gestirne il controllo, il local dimming 3D è rimasto appannaggio esclusivo di una sola serie di TV, gli Sharp XS1.

I vantaggi del local dimming

Il vantaggio principale, legato all'utilizzo del local dimming, è l'aumento del rapporto di contrasto. Ad aumentare è soprattutto il contrasto dinamico (il rapporto tra una schermata completamente nera ed una completamente bianca, al massimo della luminosità). Su schermata nera, o quasi completamente nera, il local dimming può spegnere completamente la retroilluminazione, raggiungendo un nero non più misurabile. Ovviamente si tratta di una situazione ideale: per l'elettronica del pannello è chiaramente più semplice gestire immagini omogenee, prevalentemente molto scure o molto chiare. Col tempo, però, il local dimming si è decisamente evoluto, andando oltre il semplice ciclo accensione/spegnimento dei LED. TV come la serie AX900 di Panasonic, ad esempio, sono in grado di regolare il livello di luminosità di ciascuna zona in modo preciso, senza limitarsi al semplice on/off. E' quindi possibile abbassare la retroilluminazione all'interno di una zona, senza necessariamente spegnerla completamente, il che porta vantaggi anche in scene che presentano sia porzioni scure, sia porzioni chiare.

L'efficacia dell'intervento dipende anche dal numero di zone disponibili: è evidente che ad un maggiore numero di zone corrisponde una minore dimensione delle stesse, il che si traduce nella possibilità di intervenire in maniera più raffinata (controllare zone molto grandi impone, per forza di cose, maggiori compromessi). Da questo punto di vista sono i modelli Full LED (o Full LED Array) ad offrire le migliori prestazioni, con un numero di zone generalmente variabile tra 100 e 300 circa. Il local dimming si può comunque applicare anche ai LED Edge (i modelli con i LED collocati lungo il perimetro), ma si tratta di versioni meno raffinate, capaci di intervenire con meno precisione (e su un numero di zone decisamente inferiore). I vantaggi sono comunque visibili anche su questi modelli, pur con minor incidenza. Il local dimming sarà molto importante anche per la gestione dell'HDR (lo ha confermato anche Sony), la tecnologia volta ad aumentare la dinamica delle immagini, lavorando anche sull'aumento della luminosità (e sulla migliore riproduzione dei dettagli nelle scene molto luminose, dettagli che oggi si vanno a perdere a causa dei limiti dei pannelli, che "bruciano" le zone troppo luminose).

Anche l'uniformità dei pannelli può trarre vantaggio dalla presenza del local dimming: il controllo più raffinato può arginare o mitigare la presenza di imperfezioni, come luci spurie agli angoli, "nuvolette" più luminose in alcune zone (è il cosiddetto clouding) o bande più luminose (banding).

Gli svantaggi del local dimming

Come tutte le tecnologie, anche il local dimming non apporta solo benefici e non è esente da pecche. Il principale limite consiste nella mancata corrispondenza tra il numero dei pixel ed il numero delle zone. Centinaia di zone sono comunque molte meno di 1920 x 1080 pixel (sui Full HD) o 3840 x 2160 pixel (sugli Ultra HD). Questo significa che non è possibile controllare l'emissione luminosa di un singolo pixel, come avviene sui TV OLED (che, infatti, sono del tipo "self emitting", cioè capaci di produrre luce autonomamente), ad esempio. Cosa comporta questo limite? E' presto detto: le immagini non sono generalmente composte da schermate sempre molto scure o molto chiare. In questo tipo di situazioni il local dimming ha vita facile: può semplicemente accendere o spegnere i LED. Le immagini, però, presentano generalmente sia da porzioni scure che porzioni chiare: in queste situazioni, il local dimming non può sempre intervenire al meglio, poiché, all'interno di una singola zona, ricadranno spesso elementi luminosi e scuri, simultaneamente. L'elettronica dovrà quindi scegliere cosa privilegiare (anche mediante le impostazioni eventualmente presenti), tra il miglior nero possibile ed il bianco più luminoso. Non è infatti possibile riprodurli entrambi al meglio, all'interno della stessa zona: se i LED si spengono, si privilegia il nero a discapito del bianco, mentre se i LED rimangono accesi accade il contrario (ovviamente vi sono possibilità intermedie, come abbiamo detto, ma sono comunque compromessi).

Il secondo limite consiste nell'elettronica di bordo: per gestire il controllo di molte zone (con migliaia di LED), è necessaria una potenza elevata. Il carico da gestire diviene spesso evidente quando si utilizzano applicazioni come i videogiochi. Questo genere di sorgenti richiede una pronta risposta ai comandi, assolutamente necessaria per reagire in tempo rispetto a quanto accade in video. Generalmente il local dimming va a gravare proprio sulla reattività ai comandi, generando input lag (è il ritardo che intercorre tra il momento in cui i comandi vengono impartiti e quello in cui vengono recepiti a video), spesso niente affatto trascurabile (in molti casi si parla anche di oltre 100ms). Non a caso, quando si selezionano le impostazioni relative al gioco, il local dimming viene quasi sempre disattivato automaticamente (e in molti casi non è attivabile, se non abbandonando la modalità gioco).

L'ultimo difetto legato al local dimming è il cosiddetto blooming. Questo effetto si verifica quando si riproducono elementi molto luminosi in porzioni scure dell'immagine, oppure quando una zona molto luminosa è contigua ad una molto scura. In queste situazioni può capitare che la luce emessa dai LED accesi filtri nelle vicinanze, dove i LED sono spenti per riprodurre il nero. Lo spettatore percepisce una sorta di alone intorno agli elementi luminosi, oppure una sorta di luce spuria che filtra dalle zone luminose in quelle buie. L'effetto è particolarmente visibile quando l'intervento del local dimming è troppo aggressivo (generalmente si consiglia di non impostarne il funzionamento al massimo, se possibile). Le versioni più evolute possono mitigare questo effetto: in situazioni potenzialmente critiche si evita di utilizzare lo spegnimento totale o l'accensione al massimo, modulando più finemente la luminosità (AX900, che abbiamo menzionato in precedenza, agisce proprio in questo modo). Purtroppo esisteranno sempre casi limite in cui il difetto, seppur in maniera non troppo evidente, sarà comunque visibile (generalmente è più critica la visione non perfettamente frontale: l'angolo di visione amplifica l'effetto).

Conclusioni

Il local dimming è una tecnologia sicuramente utile: può elevare il contrasto percepito in modo evidente, migliorando la qualità delle immagini. Sarà inoltre molto importante per gestire l'HDR, quella che è sicuramente la principale novità del mercato video, per il prossimo futuro. Non è però la panacea in grado di risolvere tutti i limiti dei pannelli LCD, poiché simula il comportamento di tecnologie in grado di emettere luce senza una retroilluminazione (come gli OLED), ma si tratta di un'approssimazione. Ogni zona comprende più pixel, e questo impone spesso un compromesso, quando si tratta di riprodurre le immagini a video. Vanno inoltre considerati i limiti, sia in termini di input lag, sia per quanto riguarda gli effetti negativi, e questo impone di non esasperare sempre l'intervento, privilegiando il quadro generale, piuttosto che la ricerca del miglior rapporto di contrasto percepito (non molto utile, se ottenuto generando effetti negativi).