Come scegliere il display LCD

Con questo articolo desideriamo fornire un orientamento sui parametri chiave
– spesso poco noti – per scegliere un display LCD adatto alle proprie necessità.

Tempo di risposta
Anni addietro, il tempo necessario ai pixel per cambiare colore era molto alto,
decine di millisecondi. Mentre un monitor CRT cambia colore ai pixel quasi istantaneamente,
il materiale viscoso degli LCD richiede un certo tempo per riorientare i cristalli
e modificare la quantità di luce che li attraversa. Dato che manca uno standard
e che i produttori, fino a tempi recenti, hanno dato valori poco reali, il tempo
di risposta risulta uno dei parametri più sfuggenti.

Esso varia a seconda dei colori di inizio e fine, della direzione (chiaro-scuro
o scuro-chiaro) e dell’ampiezza della variazione. Mentre nella realtà
i colori variano mediamente da una gradazione all’altra, per lungo tempo
è stato dichiarato il tempo necessario per passare dal 10% al 90% di
luminosità e ritorno. Questo è il tempo più breve, perché
accelerato dall’ampia escursione di tensione sugli elettrodi. Misurando
il tempo di risposta nella transizione tra nero e grigio scuro, i cristalli
ruotano molto più pigramente a causa della bassa differenza di tensione.

Il tempo di risposta varia in base alle tecnologie utilizzate. Per gli LCD
TN si scende sotto i 16 ms, in modo da poter vedere le immagini in
movimento di video e giochi; restano comunque fenomeni spuri, come il ghosting
(scia degli oggetti che si spostano) e la sfocatura dei contorni (maggiore al
crescere del tempo di risposta). Essendo asimmetrico negli schermi TN il tempo
di salita e discesa del segnale, lo spessore delle linee in movimento è falsato
(non accade in schermi VA e IPS).

Nell’ultimo anno si è diffusa una misurazione più realistica chiamata Gray-to-Gray
(GtG), da grigio a grigio, che indica il tempo necessario per passare
tra due tinte dello stesso colore, rispecchiando più fedelmente cosa succede
con le reali applicazioni. Con l’etichetta GtG su un monitor (o nelle specifiche),
potete prendere sul serio il tempo di risposta dichiarato.

Acquistando ora un monitor LCD, tempi di 20-25 ms sono giustificabili
solo se: 1) non viene usato per i video, salvo per rari modelli che hanno dato
buona prova nei test, 2) il prezzo è basso e/o 3) la qualità del colore è ottima
e il monitor serve per applicazioni grafiche/fotografiche. Il tempo
di risposta non garantisce la qualità dell’immagine; solo un test può
verificare la presenza di scie, immagini eco e artefatti associati al movimento
dell’immagine.

Angolo di visione
Quando viene dichiarato un angolo verticale di 160° (80 sopra più 80 sotto)
per uno schermo TN, può sembrare ottimo. Quando va bene, la misura si riferisce
a punti in cui il contrasto scende a 10:1 (ben sotto il minimo accettabile);
se va male, i valori hanno contrasto di 5:1. Per di più, gli schermi TN hanno
un comportamento asimmetrico. Visti da sotto, appaiono scuri nella parte superiore
e chiari in quella inferiore; visti da sopra, l’immagine sbiadisce dopo un certo
angolo, e può esserci l’inversione in negativo. Di fatto, l’angolo di visione
superiore è maggiore di quello inferiore, nonostante le specifiche lascino credere
che l’angolo sia simmetrico. Inoltre, il contrasto dichiarato vale sull’asse
perpendicolare al pannello. Raramente viene mostrato il diagramma con i valori
di contrasto in tutte le direzioni, a 360°. In breve, l’angolo di visione utile
può essere molto inferiore a quello dichiarato.

Luminosità e contrasto
Non sono caratteristiche del monitor ma dello schermo. La luminosità
di esso è data da L=B+x*C, dove B rappresenta la regolazione
della luminosità (brightness), C la regolazione del contrasto, e x è
il segnale in ingresso.

Si nota che solo alla massima regolazione di contrasto si avrà la massima luminosità,
quindi i due termini risultano ambigui. Nella maggior parte dei monitor, la
variazione di B avviene variando la luminosità delle lampade di retroilluminazione.
In qualche caso, la luminosità è controllata anche attraverso la matrice LCD
(tramite valori di tensione); questo è un metodo da evitare, poiché abbiamo
visto che riducendo le escursioni di tensione (minore luminosità) aumenta il
tempo di risposta dei cristalli.

Riproduzione dei colori
La gamma dei colori riproducibili da uno schermo LCD è una frazione della
gamma di sensibilità dell’occhio umano. Molti schermi LCD, tra cui la
maggior parte di quelli a basso costo, non sono in grado di visualizzare più
di 256K colori (6 bit di colore per canale R, G, B – rosso, verde e blu). Perciò,
simulano 16,2M di colori utilizzando altri due bit per canale per il cosiddetto
FRC (Frame Rate Control), alternanza dei due colori più vicini a quello
da visualizzare.

Ad esempio, se occorre assegnare a un pixel il colore 154, 154, 154 (immaginando
24 bit per pixel, otto bit per canale, ciascuno con valori da 0 a 255), ma i
valori più vicini supportati sono 152 e 156, quel pixel simulerà
il colore 154, 154, 154 alternando i valori 152, 152, 152 e 156, 156, 156.

Un’alternativa più primitiva è il dithering (tremolio), che simula
i colori mancanti disponendo a scacchiera quelli più vicini, come toni
di giallo e di rosso per simulare un certo valore di arancione.Si dovrebbe trovare
specificato 6 bit per canale, o 6+2 bit per canale, o 16,2 milioni di colori,
per riconoscere la differenza con schermi più costosi da 8 bit per canale
(16,7M di colori effettivi).

La riduzione del reale numero di colori si ripercuote sotto forma di colori
scorretti e di artefatti (strisce trasversali nei gradienti uniformi, sfarfallio,
macchie di colore nelle immagini in movimento, ecc.) causati dall’interazione
tra la geometria dei pixel, le variazioni di colore dell’FRC o del dithering,
il refresh dei pixel e il movimento dell’immagine.

In generale, gli schermi TN hanno colori adatti per applicazioni da ufficio,
mentre si trovano modelli MVA/PVA e S-IPS con una fedeltà del colore
adeguata per il lavoro grafico e fotografico. Qualche raro modello ha introdotto
i 10 bit di colore per canale (un miliardo di colori).

Fondamentale per la fedeltà del colore è la taratura del monitor,
più complessa per un LCD che per un CRT. Mentre i CRT hanno una curva
esponenziale tra tensione d’ingresso e luminosità, gli LCD hanno una
curva a S, e richiedono una taratura individuale (con colorimetro o altra strumentazione)
per adattare la propria curva (diversa da modello a modello, e persino tra singoli
esemplari dello stesso modello) alla resa cromatica desiderata. Dato che la
taratura richiede almeno un quarto d’ora, normalmente non viene eseguita dai
produttori. Ne consegue uno scostamento tra colori previsti e colori reali.

Questo scostamento viene misurato sotto forma di Delta E,
e rappresenta la differenza di sensazione visiva tra il colore da visualizzare
e quello visualizzato. La formula del Delta E è piuttosto complessa,
con valori di luminosità e di coordinate cromatiche del modello CIELAB
della visione umana (CIE è la Commission Internationale de l’Eclairage,
commissione internazionale sull’illuminazione, che ha eseguito le ricerche e
pubblicato i diagrammi cromatici della visione umana).

Il Delta E viene misurato con colorimetro e relativo software. Valori minori
di 1 rappresentano piena corrispondenza del colore; tra 1 e 2 una buona precisione;
valori maggiori di 3 indicano colori diversi. I valori sono misurati lungo l’intera
gamma cromatica (grigi; rosso, verde e blu; toni intermedi).

Tra modelli di LCD le differenze di fedeltà cromatica sono notevoli;
a volte, anche un modello regolabile per una buona riproduzione dei colori esce
di fabbrica con valori altissimi di Delta E, e la taratura non è facile.
Premesso che i TN a 6+2 bit per canale non offrono colori fedeli, tra gli schermi
a 8 bit per canale (più costosi) occorre distinguere tra modelli, anche
in funzione dell’utilizzo.

Pixel difettosi
Le informazioni che interessano sono: a quale classe appartiene il monitor e
qual è la politica di garanzia sui pixel difettosi, applicata dal produttore
al modello. Talvolta il rivenditore, con un sovrapprezzo, offre garanzie supplementari.

Le classi previste dalla norma ISO 13406-2 sono quattro, e specificano quanti
pixel difettosi per milione possono esserci, suddivisi in Tipo 1 (accesi), Tipo
2 (spenti) e Tipo 3 (subpixel R, G, B accesi o spenti). Molti LCD sono di Classe
II, che tollera due pixel accesi, due pixel spenti e cinque subpixel difettosi
per milione di pixel (contro 5, 15, 50 della Classe III). Oltre a ciò,
ogni produttore applica dei criteri in base alla distribuzione dei difetti nello
schermo.

TN
Gli schermi TN (detti anche TN+film, per i film applicati per allargare l’angolo
di visione), utilizzati in molti monitor per il costo relativamente basso, sono
quelli di minore qualità. La riproduzione dei colori è approssimativa
e l’angolo di visione è ridotto, perché le proprietà ottiche
dei cristalli valgono solo sull’asse perpendicolare al pannello e dintorni.
Il nome TN deriva dalla rotazione (twist) delle molecole e dalla loro disposizione
a filamento (greco nemato). Il tempo di risposta è sceso, fino a pochi
ms.

S-IPS
Introdotti da Hitachi nel 1996 per risolvere i problemi di basso angolo di visione
e cattiva qualità del colore dei TN, gli schermi In-Plane Switching utilizzano
cristalli sempre paralleli al piano del pannello, che ruotano di 90° in
presenza di tensione. La luce passa solo applicando tensione (al contrario dei
TN) così, se un pixel va fuori uso, si avrà un punto nero anziché
uno luminoso. Dall’IPS sono nate le varianti tra cui Super-IPS, la più
diffusa. La qualità del colore è la migliore di tutti gli LCD
e l’angolo di visione è ampio, anche se il nero, visto di lato, tende
al viola (tipico degli IPS). Il limite è il contrasto modesto, e in luce
diurna rende il nero come grigio scuro.

MVA/PVA
Nata da Fujitsu nel 1998 come compromesso tra TN e IPS, la tecnologia MVA (Multi-domain
Vertical Alignment) è più veloce dell’IPS, con un buon angolo
di visione e valori di contrasto superiori a TN e IPS. L’angolo di visione è
ottenuto suddividendo i pixel in domini con diversi angoli di rotazione dei
cristalli, salvo per il bianco, che vede tutti i cristalli quasi paralleli al
pannello. La curva del tempo di risposta, favorevole nei passaggi estremi (bianco-nero),
sale nelle transizioni tra toni intermedi. La qualità del colore è
intermedia tra TN e IPS, ma la visione perpendicolare è priva di alcune
tonalità cromatiche, percepibili deviando dall’asse dello schermo. Il
contrasto è inferiore rispetto ai TN, e varia molto secondo i modelli.
La versione PVA (Patterned VA) di Samsung ha un contrasto migliore e una qualità
produttiva più costante rispetto agli MVA.