Capire l'oscuramento locale: Migliorare il contrasto e i livelli di nero

Che cos'è il local dimming?

Gli schermi LCD tradizionali regolano la luminosità a livello dell'intero pannello LED. Quando lo schermo è illuminato, alcune parti sono troppo abbaglianti. Quando viene visualizzato con una luminosità inferiore, Non è possibile vedere i dettagli nell'ombra.

Per risolvere questo problema, è stato inventato il local dimming. Questa tecnologia divide l'area luminosa dello schermo in più zone controllabili in modo indipendente e regola la luminosità di ciascuna zona in base al contenuto visualizzato, per migliorare il contrasto e i livelli di nero.

La funzione dell'oscuramento locale

Migliorare il contrasto

Nel local dimming, lo schermo utilizza il proprio algoritmo per analizzare la luminosità del contenuto e dividerlo in diverse zone in base alla luminanza. Per le zone scure, lo schermo riduce la luminosità della retroilluminazione per rendere i neri più profondi. Per le zone chiare, aumenta la luminosità in modo appropriato per rendere più vivaci le luci. In questo modo, lo schermo contrasto dello schermo sarà notevolmente migliorato, rendendo le immagini più tridimensionali e realistiche.

Rendere più chiari i dettagli delle ombre

Rispetto al tradizionale oscuramento globale, in cui l'intero schermo si scurisce e le zone d'ombra si confondono facilmente, l'oscuramento locale consente di ridurre la luminosità complessiva dello schermo preservando i dettagli nelle zone scure o in ombra. Inoltre, i neri nelle aree scure non sono più brillanti o grigiastri, ma molto più vicini al vero nero che si vede nella vita reale.

Ridurre il consumo di energia

Con una retroilluminazione globale e senza dimmerazione locale, i LED dietro l'LCD devono rimanere completamente accesi anche se 90% l'immagine è nera. Con il controllo della regolazione locale della luminosità, i LED nelle regioni a bassa luminosità possono essere ridotti in modo sostanziale o disattivati del tutto per perfezionare i dettagli delle ombre e migliorare le prestazioni del contrasto. Grazie a questo meccanismo, la regolazione locale della luminosità può contribuire a ridurre il consumo energetico durante l'uso.

Tipi di oscuramento locale

Dimmerazione globale

La dimmerazione globale non prevede zone di retroilluminazione. Quando si regola la luminosità, l'intero schermo si schiarisce o si scurisce nel suo complesso. Questo approccio offre un notevole vantaggio in termini di costi ed è comunemente utilizzato negli LCD di fascia bassa e nei display aziendali.

Inoltre, a lungo termine, anche se si tratta di una tecnologia di base, il global dimming non sarà completamente eliminato, poiché alcune applicazioni non richiedono una qualità d'immagine altamente dettagliata.

Illuminazione diretta Dimmerazione locale

Le tecnologie di retroilluminazione si dividono generalmente in due tipi: a illuminazione diretta e a illuminazione perimetrale. Nella tecnologia di retroilluminazione a luce diretta, le lampadine LED sono distribuite uniformemente su tutta l'area dietro il pannello.

La dimmerazione locale a luce diretta suddivide queste lampadine LED in diverse zone, in genere da 2 a 32. Durante il funzionamento, queste zone possono controllare in modo indipendente la loro luminosità in base ad algoritmi dedicati. Rispetto alla dimmerazione locale con illuminazione ai bordi, la dimmerazione a zone con illuminazione diretta consente di creare zone più fini e controllabili, ottenendo una distribuzione più uniforme della luce sullo schermo.

Dimmerazione locale illuminata ai bordi

Nella tecnologia di retroilluminazione edge-lit, piccole lampadine LED sono disposte lungo i bordi destro e sinistro dello schermo e utilizzano microstrutture per distribuire uniformemente la luce sul pannello. La dimmerazione locale edge-lit si riferisce al raggruppamento dei LED lungo i bordi per il controllo, che in genere divide le piccole lampadine LED in 4-16 zone, con alcuni modelli che possono arrivare a 32 zone.

Da un lato, la dimmerazione locale edge-lit utilizza meno LED e, grazie alla funzione di dimmerazione locale, può ridurre il consumo energetico. D'altra parte, poiché la luce proviene dai lati, può risultare una luminosità non uniforme in alcune aree.

Dimmerazione locale a pieno campo

Il Full-Array Local Dimming (FALD) si basa sul local dimming a luce diretta aumentando notevolmente il numero di zone, in genere dividendo la retroilluminazione in centinaia o addirittura migliaia di zone. Inoltre, la FALD spesso incorpora componenti avanzati come pellicole di diffusione e di collimazione per ridurre al minimo la luminosità non uniforme.

Grazie a questa tecnologia, gli schermi possono raggiungere prestazioni impressionanti in termini di contrasto e HDR, migliorando al contempo l'efficienza energetica. Il FALD viene solitamente utilizzato nei televisori LCD di fascia alta, nei monitor e nei display professionali.

Dimmerazione locale in diverse tecnologie di visualizzazione

LED-LCD tradizionale

I LED-LCD tradizionali hanno in genere un numero ridotto di zone o non ne hanno affatto, e di solito utilizzano la dimmerazione globale. Con i progressi tecnologici, sono stati gradualmente adottati i sistemi di dimmerazione locale edge-lit e direct-lit, anche se la loro precisione di controllo della luce rimane limitata.

Mini LED

La retroilluminazione Mini LED utilizza un layout full-array e aggiorna la tecnologia FALD con un numero maggiore di zone. Il Mini LED può avere 500 o addirittura oltre 5.000 zone. Tra le attuali tecnologie di retroilluminazione LCD, il Mini LED rappresenta l'opzione più avanzata e può mostrare le migliori prestazioni che la tecnologia LCD può offrire.

Micro LED e OLED

In quanto tecnologie di visualizzazione LED autoemissive, Micro LED e OLED non si affidano alla dimmerazione locale per controllare la luminosità in aree specifiche. L'unità di dimmerazione per entrambe le tecnologie è costituita dai pixel. In altre parole, ogni pixel funge da unità di regolazione indipendente.

Pertanto, i micro LED e gli OLED offrono alcune delle migliori prestazioni di oscuramento tra tutte le tecnologie di visualizzazione, con livelli di nero ed effetti HDR migliori di quelli degli schermi LCD.

Costi e prezzi dell'oscuramento locale per le diverse tecnologie

LED-LCD tradizionale con dimmerazione globale

Gli schermi LCD senza local dimming non necessitano di algoritmi intelligenti correlati, pertanto sono l'opzione più economica tra tutte le tecnologie di dimmerazione. In genere, solo gli schermi LCD di fascia bassa o più vecchi rinunciano alla dimmerazione locale e i loro prezzi sono i più bassi. Ad esempio, i televisori intelligenti TCL entry-level hanno un prezzo di $129,99.

Dimmerazione locale a zona bassa

Rispetto ai tradizionali schermi a oscuramento globale, i display con oscuramento a zone comportano costi aggiuntivi per i moduli di retroilluminazione, i circuiti integrati dei driver e il controllo della retroilluminazione. Tuttavia, poiché il numero di zone è ridotto, il numero di LED e la complessità dei driver rimangono bassi, per cui il costo complessivo non è significativamente superiore.

FALD e Mini LED

Rispetto agli algoritmi PWM di base a basse zone, FALD richiede algoritmi di dimmerazione locale dinamica ad alta velocità e più circuiti integrati di driver per LED, con un conseguente aumento dei costi. Sebbene Mini LED utilizzi minuscoli LED con diametri di 10-100 μm per ottenere migliaia di zone, il suo costo è significativamente superiore a quello di FALD standard.

OLED e micro LED

Come già detto, ogni pixel delle tecnologie OLED e Micro LED richiede un circuito integrato di pilotaggio, che garantisce una precisione di controllo estremamente elevata. In particolare, i micro-LED dei display Micro LED sono più costosi e, insieme ai processi di alta precisione e ai complessi sistemi di pilotaggio, i Micro LED diventano la tecnologia di visualizzazione più costosa sul mercato.

Scenari applicativi dell'oscuramento locale

TV e dispositivi mobili

Per quanto riguarda i TV, è possibile vedere quasi tutti i tipi di local dimming, dal global dimming al Mini LED e al più avanzato Micro LED. Anche il numero di zone determina le prestazioni HDR. In genere, più zone ha un sistema di local dimming, migliori sono le prestazioni cromatiche del televisore.

Per i telefoni, lo scopo dell'oscuramento locale è quello di mantenere buone prestazioni di dettaglio scuro quando la luminosità dello schermo viene abbassata o vengono riprodotti video. Tuttavia, a causa delle dimensioni ridotte dello schermo, i display dei telefoni LCD hanno un numero inferiore di zone di retroilluminazione, in genere solo 2-16 zone, mentre alcuni schermi di telefoni utilizzano la tecnologia OLED, come l'iPhone 12 e i modelli successivi, che possono ottenere una migliore zonizzazione e prestazioni di dettaglio scuro rispetto agli schermi LCD.

Uso professionale

In generale, i settori professionali come la produzione cinematografica, l'imaging medicale e i display di sorveglianza richiedono un'elevata precisione nella resa delle aree scure, il che rende più importante il local dimming. Ad esempio, la post-produzione di film richiede la correzione HDR e il ripristino dell'autenticità delle immagini. Pertanto, i requisiti per il local dimming e gli algoritmi intelligenti sono estremamente elevati.

Esposizione commerciale all'aperto

Per espositori pubblicitari per esterni, La luce ambientale cambia costantemente. Pertanto, per mantenere prestazioni visive ottimali, lo schermo deve regolare la sua luminosità in base al ciclo giorno-notte. In generale, gli schermi pubblicitari per esterni non richiedono una qualità dell'immagine altamente dettagliata come i televisori di consumo o i dispositivi mobili; di solito includono meno di 20 zone di oscuramento, e alcuni utilizzano solo l'oscuramento globale.

Svantaggi dell'oscuramento locale

In fiore

Poiché i LED della retroilluminazione sono unificati, l'oscuramento locale può far sì che le aree luminose si riversino nelle aree più scure, facendo apparire le ombre sporche o sbiadite e provocando aloni visibili. Gli effetti di aloni sono solitamente più evidenti sui televisori con un numero relativamente basso di zone di regolazione della luminosità, ad esempio quelli con meno di 100 zone.

Transizione non sufficientemente fluida

Quando il numero di partizioni è particolarmente ridotto o l'algoritmo è particolarmente approssimativo, la variazione di luminosità da una partizione all'altra diventa spesso disomogenea, con differenze di luminosità irragionevoli alle giunzioni. In particolare, i display che utilizzano il local dimming illuminato ai bordi sono i più soggetti a questo problema.

Algoritmo software immaturo

L'algoritmo non solo deve gestire il dimming a zone, ma richiede anche un solido supporto tecnico per garantire una risposta tempestiva e transizioni fluide. Se l'algoritmo non è sufficientemente maturo, ma deve comunque controllare troppe zone di oscuramento, il display può soffrire di blooming, screen ghost, scarsa riproduzione dei dettagli e luminosità instabile durante il funzionamento.

Difficile ottenere il partizionamento a livello di pixel

Un numero maggiore di zone di oscuramento aumenta anche il carico algoritmico, compresa la frequenza di aggiornamento per il calcolo della luminosità delle zone, la compensazione della luce tra le zone e la soppressione dello sfarfallio. A differenza degli OLED e dei Micro LED, che possono controllare singolarmente ogni pixel fin dalla fabbrica, ottenere la suddivisione in zone a livello di pixel su un pannello LCD è estremamente impegnativo e quasi impossibile.

Domande frequenti

L'oscuramento locale può avere un impatto su affaticamento degli occhi?

Se le zone di retroilluminazione presentano una luminosità non uniforme, fluttuazioni di luminosità o fenomeni di alone, è molto probabile che si verifichi un affaticamento degli occhi. Tuttavia, se ci sono più zone e algoritmi più intelligenti, l'affaticamento degli occhi è ampiamente evitato. Inoltre, i display autoemissivi come gli OLED e i Micro LED presentano raramente questi problemi.

Il consumo di energia dello schermo aumenta di conseguenza all'aumentare del numero di zone di oscuramento?

Il calcolo del consumo energetico è un processo complesso. Il consumo di energia dei display con dimmerazione locale dipende dal tipo di contenuto, dal numero di zone di dimmerazione e dall'efficienza dell'algoritmo di dimmerazione. Ridurre la luminosità delle aree scure può effettivamente far risparmiare energia. Tuttavia, un numero maggiore di zone di regolazione significa circuiti di controllo della retroilluminazione e circuiti integrati di pilotaggio più complessi, che a loro volta consumano più energia.

Le tecnologie di local dimming sono utilizzate in proiettori, AR o VR?

Sì. A differenza degli schermi LCD, i proiettori in genere ottengono il controllo locale della luminosità attraverso sorgenti luminose controllabili combinate con micromirri digitali o valvole luminose a cristalli liquidi, mentre i dispositivi VR e AR utilizzano in genere display OLED o Micro LED, che possono consentire la regolazione indipendente della luminosità di ciascun pixel.

Riflessioni finali: Collaborare con un produttore esperto

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