Spazio colore nei display LCD, OLED e QLED. Differenze anche di luminosità e volume

Negli ultimi anni i principali produttori di TV e monitor hanno presentato dispositivi capaci di migliorare significativamente la qualità delle immagini grazie a una spiccata fedeltà cromatica e a livelli di luminosità mai raggiunti in precedenza.

Lo spazio colore o color gamut rappresenta la combinazione di un modello di colore e di una appropriata funzione di mappatura di questo modello.
Un modello di colore un modello matematico astratto utile per descrivere un modo per rappresentare i colori.

All’atto pratico ogni dispositivo, si pensi a un display (di un monitor, di una TV, di uno smartphone, di un tablet,…) o a una stampante, può riprodurre solamente una porzione di uno spettro colore di riferimento. Nella fotografia digitale lo spazio colore aiuta a capire quali variazioni cromatiche possono essere rilevate e rappresentate.
Visualizzando o stampando lo stesso contenuto con dispositivi differenti, quindi, i risultati possono essere largamente difformi.
In generale, i dispositivi elettronici non possono riprodurre il numero dei colori che può vedere l’occhio umano.

Ogni dispositivo ha quindi a disposizione una tavolozza di colori più o meno ampia che consente di avvicinarsi ai contenuti originali.
Mentre il modello di colore è una rappresentazione astratta, lo spazio colore offre una modellazione molto più concreta che definisce anche qual è la miscela dei colori primari da utilizzare per la resa di ciascun colore e quale luminosità dovrebbe essere utilizzata.

Il concetto di spazio colore nacque nel 1931 quando la Commission Internationale de l’Eclairage (CIE, “Commissione Internazionale per l’Illuminazione”) definì uno spazio colore che comprendeva tutte le tinte visibili dall’occhio umano (diagramma di cromaticità).

A livello grafico lo spazio colore assume la forma di un grafico triangolare che a ogni vertice presente ciascuno dei tre colori primari RGB (rosso, verde e blu).
Il diagramma di cromaticità definito nel 1931 è infatti diventato lo spazio colore noto con la denominazione CIE XYZ: gli assi indicano vari stimoli che attivano i fotoricettori dell’occhio umano su lunghezze d’onda brevi, medie e lunghe.
Se due colori hanno lo stesso valore XYZ sono di fatto identici.

L’idea del CIE XYZ (a sinistra nell’immagine, fonte: BenQ) è vincente perché per la prima volta si è stabilita una modalità per descrivere i colori in modo univoco, in modo del tutto indipendente rispetto ai dispositivi utilizzati.

Lo spazio colore originariamente proposto dalla CIE, tuttavia, non esprime davvero quei colori ai quali l’occhio umano è più sensibile (lo è ad esempio alle tonalità di blu ma molto di meno al verde).
Così nel 1976 è stato proposto uno spazio colore che riflette molto meglio le sensazioni visive degli esseri umani (nell’immagine sopra, a destra).

La terza dimensione dello spazio colore rappresenta la luminosità o intensità del colore: una luce brillante in una stanza luminosa o una luce soffusa in una stanza più buia possono far rilevare all’occhio umano lo stesso colore. Ecco perché è necessario un parametro che permetta di confrontare la luce con diverse intensità o colori.

Nel corso degli anni sono stati presentati, approvati e utilizzati diversi spazi colore: alcuni sono basati sul modello RGB, altri sono ottimizzati per il cinema e le apparecchiature informatiche, la televisione e la stampa.
Spazi colore standard sono, ad esempio, sRGB, Adobe RGB, ProPhoto RGB, DCI-P3, Rec. 2020 (o BT.2020).

Le differenze tra gli spazi colore risiedono essenzialmente nelle “dimensioni” della gamma cromatica: abbiamo fatto qualche nome proprio partendo dal più piccolo, sRGB, per salire via via.

L’obiettivo di chi realizza display è allontanare il più possibile i tre vertici del sotto-triangolo che rappresenta l’accuratezza cromatica del dispositivo e che può essere immaginato come idealmente disegnato sullo spazio colore di riferimento. In questo modo i vertici di tale sotto-triangolo vengono il più possibile avvicinati ai corrispondenti colori primari.
Allo stesso tempo, è fondamentale l’aspetto della luminosità e la gestione di un’ampia gamma dinamica (intervallo che intercorre tra il nero e il segnale più luminoso).

Accuratezza cromatica e luminosità: una ricerca mostra le evoluzioni di LCD, OLED e QLED dal 2017 al 2022

A dimostrazione di quanto siano importanti metriche come l’accuratezza cromatica e la luminosità, vogliamo segnalare i risultati di un’interessante ricerca elaborata da Palomaki Consulting e pubblicata nelle pagine di c’t Magazin – Heise.

Peter Palomaki ha raccolto i dati prodotti a margine dei test svolti dai tecnici di Rtings concentrandosi sulle caratteristiche dei pannelli TV LCD, OLED e QLED. I QLED o quantum dot, pur essendo di fatto display LCD, sono stati correttamente posti in una categoria a sé perché migliorano il colore grazie all’uso di nanoparticelle. Queste ultime sono minuscoli cristalli che intervengono sul blu e permettono di ottenere una luce bianca pura.

Immagine: Fonte e analisi dei dati: Palomaki Consulting; Fonte dati: Rtings.com

Il grafico mostra l’accuratezza cromatica per le varie tipologie di pannello. La suddivisione per anno e per produttore mostra gli enormi passi avanti che sono stati compiuti in un breve lasso di tempo.

Palomaki ha preso in esame solo gli spazi colore DCI-P3 e Rec. 2020 che sono diventati i punti di riferimento per i pannelli migliori.
Le aree contrassegnate in grigio nel grafico sono quelle per cui la copertura del corrispondente spazio colore (DCI-P3 e Rec. 2020) risulta pari o superiore al 90% (il sotto-triangolo che abbiamo menzionato in precedenza).

Una copertura superiore al 90% nel caso di Rec. 2020 è un obiettivo molto ambizioso che al momento non è stato raggiunto da alcun display in commercio. Tutti i TV OLED realizzati dal 2016 a seguire superano il 90% di copertura per lo spazio colore DCI-P3 rientrando nella categoria Wide Color Gamut (WCG).

I dati dei TV QLED vengono definiti interessanti: quasi tutti i prodotti rientrano nella categoria WCG (copertura DCI-P3 >90%). L’eccezione è Samsung: circa la metà dei campioni corrispondenti ad altrettanti modelli di TV messi alla prova sono rimasti appena al di sotto della soglia del 90% DCI-P3.

Per quanto riguarda lo spazio colore Rec. 2020 si nota un andamento simile a quanto accaduto in passato con DCI-P3: due modelli QD-OLED raggiungono quasi il 90% della copertura. Gli altri OLED, invece, si fermano tra circa il 70% e il 75%.

Immagine: Fonte e analisi dei dati: Palomaki Consulting; Fonte dati: Rtings.com

Per quanto riguarda la luminosità dei televisori, esaminando i dati contenuti nel grafico, che in ordinata riporta i nit (dal latino nitere, brillare) ovvero il numero di candele su metro quadro (1 nit = 1 cd / 1 m2), si scoprono alcune informazioni di rilievo.

LCD e QLED vantano una gamma di controllo della luminosità molto ampia: basti pensare che nell’ultimo biennio alcuni QLED hanno raggiunto i 1.000 nit.
Gli OLED si comportano molto bene ma la luminosità è da sempre stata un “neo” per queste tipologie di pannelli. Come si vede nel grafico, le cose sono cambiate molte nel 2022 con l’avvento dei QD-OLED e ai progressi compiuti da LG, con la tecnologia OLED.EX che sfrutta il deuterio per migliorare significativamente la luminosità garantendo l’efficienza del TV.

Infine, Palomaki si è concentrato sul volume colore ovvero sul parametro che esprime saturazione, tinta e luminosità e che è essenziale per ottenere risultati migliori, per esempio, per la visualizzazione di contenuti HDR.
Un volume colore più ampio indica che il pannello può riprodurre contenuti con un’ampia gamma di colori a diversi livelli di luminosità.

Immagine: Fonte e analisi dei dati: Palomaki Consulting; Fonte dati: Rtings.com

In quest’ultimo grafico si vede come il volume colore sia cresciuto di anno in anno, anche nei TV LCD più economici. I QD-OLED si mostrano comunque all’avanguardia con un’ottima combinazione di colori e luminosità.