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        超高清液晶電視色彩顯示技術(shù)的特點及應(yīng)用

        2021-11-03 08:04:48范小霞
        電子技術(shù)與軟件工程 2021年16期
        關(guān)鍵詞:液晶電視色域背光

        范小霞

        (四川長虹電器股份有限公司 四川省綿陽市 621000)

        與高清電視顯示技術(shù)相比,超高清電視技術(shù)更具優(yōu)越性,尤其是隨著8K 時代的來臨,LED 背光的使用,HDR 技術(shù)的發(fā)展,需要進行色彩顯示的深入研究。

        1 色域覆蓋率

        色域覆蓋率是描述色彩顯示數(shù)量的指標,是指在CIE 色空間坐標系上,R G B 三基色對應(yīng)的坐標點形成的三角形面積占人眼可見全色域面積的百分比。色域覆蓋率越高,色彩顯示數(shù)量就越多,色彩越細膩。

        1.1 色域覆蓋率在實際工作中的不同計算方法

        色域覆蓋率根據(jù)色彩空間的不同有不同的度量方法,通常按國標的計算方法取值范圍分布一般在28%-43%之間;其他幾種根據(jù)色空間和應(yīng)用領(lǐng)域的不同,有Adobe、SRGB、DCI-P3、REC2020 等。在液晶電視領(lǐng)域一般應(yīng)用國標和DCI-P3 較為普遍。圖1 是部分色域計算方式下的色域圖。

        圖1:色域圖

        1.2 色域覆蓋率的影響因素

        主要有液晶屏和背光。量子點電視因增加了量子膜色域最大,可以達到44%,量子點是一種微小的納米材料,里面不同大小的粒子受到LED 藍光刺激時會吸收不同波長的光,同時發(fā)出不同波長的光,發(fā)出純度極高的紅色光和藍色光,驅(qū)動液晶分子,使液晶電視出光光譜分布圖中R 和B 的半波寬窄,波形度陡峭,顏色更純,極大提高液晶電視的色域,量子膜成本較高,在色域要求高的應(yīng)用領(lǐng)域可以采用;背光燈條熒光粉改善可以增加色域,通過此種方法,液晶電視色域最高可以達到41%,再就是普通色域電視,色域覆蓋率在29%-35%之間,這種色域范圍內(nèi)的電視,背光光源是普通的合成白色光源沒有增加KSF 紅粉,沒有增加量子膜,能滿足一般電視的觀看要求。

        2 色域重合度

        色域重合度表征顏色顯示還原度。色域重合度是指液晶電視R G B 三基色所圍成的三角形面積與DCI-P3 色域面積的重合面積與DCI-P3 色域面積之比。

        DCI-P3 是一種廣泛應(yīng)用于數(shù)字影視領(lǐng)域、具有更好的色彩還原性和表現(xiàn)力的一種色域標準,它的標準色域面積是0.081。重合部分面積越大,色域重合度越高,色彩還原度越高。色域重合度的影響因素及優(yōu)化措施如下:

        2.1 機芯因素

        機芯的色飽和度、白平衡、亮度和HDR、gamma 等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計;色飽和度影響最大,色飽和度主要是調(diào)節(jié)液晶電視色彩濃淡,調(diào)節(jié)范圍是0-100.當飽和度低于50 時,色彩激勵不夠,色域重合度會急劇下降,所以在色飽和度非線性調(diào)節(jié)對應(yīng)的內(nèi)部寄存器值一定要滿足要求,一般建議是128 以上;白平衡是通過調(diào)節(jié)R GAIN、G GAIN、B GAIN,這幾個參數(shù)值來調(diào)整整機的白色色溫,在0-100 的范圍內(nèi)調(diào)節(jié),R 和B 值的參數(shù)設(shè)計大于20 小于80,任何一個參數(shù)低于20,色域重合度將會降低1%;亮度指標也是影響的極大因素,用戶對于調(diào)節(jié)范圍是0-100,它的影響大小為5.1%,在標準狀態(tài)下亮度的寄存器范圍應(yīng)保持在124-134 之間;HDR 是高動態(tài)亮度調(diào)節(jié)參數(shù),在HDR 開時,動態(tài)亮度顯示范圍擴大,映射的色彩空間為BT2020,色域重合度會增加,所以在有HDR 顯示功能時,HDR 可以設(shè)置為開來色彩還原度;gamma 的影響大小為2%,因為gamma 調(diào)節(jié)實際上是調(diào)節(jié)R G B 三條曲線,達到每個灰階上的色溫一致,同時整個曲線的亮度曲線滿足2.2 的指數(shù)要求,在調(diào)節(jié)gamma 曲線時,R G B 三條曲線不可分隔太大,因gamma 曲線導(dǎo)致整機色溫降低或增加太多時,色域重合度會下降。

        2.2 TCON部分

        TCON 部分包括LINE OD、VAC 和C gain。

        (1)設(shè)置LINE OD 功能存儲寄存器,并設(shè)置為開,增加液晶顯示響應(yīng)時間同時提高色域重合度,提高幅度為3.2%;

        (2)設(shè)置VAC 寄存器,將VAC 功能設(shè)置為開,增加色度視角同時提高色域重合度。

        (3)C GAIN,設(shè)置C GAIN 寄存器,C gain 的值低于0x60。

        2.3 背光部分

        包括燈條、膜片及OC。在相同背光下,不同的OC 都有其不同穿透率曲線,針對IPS 和VAC 屏,RGB 和RGBW 屏,OC 在優(yōu)先選擇權(quán)方面RGB 大于RGBW,IPS 大于VA。規(guī)范液晶OC 和背光燈條的匹配,加強光譜曲線的測試和峰值波長值的定義,其中最為重要的是燈條的選擇,在燈條匹配中應(yīng)該規(guī)范RGB 三色的峰值波長值范圍,提高色域重合度。

        3 色度視角

        色度可視角包括水平可視角和垂直可視角。是從不同觀看角度來衡量色彩顯示性能的指標。當從不同角度看顯示屏時,色彩的變化程度。比如從側(cè)面看藍色變成紫色,色調(diào)發(fā)生了變化;或者色彩飽和度變淡,如綠色變成白色等。色度可視角越高,色彩顯示性能越好。

        色度可視角的測量和改善方法:

        色度可視角分別測試具有代表性的九種色彩(即紅、綠、藍、青、紫、黃、深膚色、淺膚色、灰色)在-80°到+80°(其中0°為屏幕的正方位)的范圍內(nèi),色度變化的程度,在九種顏色的平均誤差為0.02 時對應(yīng)的角度為該顯示屏的色度可視角。色度可視角的決定性因素在液晶OC;IPS 屏液晶分子是水平排列的,色度可視角大,最大可視角度指標可達160°;VA 屏因其液晶分子是垂直排布,所以從側(cè)面看,可視角度會變?nèi)?,色調(diào)和色飽和度都會有較大影響,對于VA 屏,水平可視角度范圍為30°—60°,所以在對可視角度要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域,采用IPS 屏較為合適。

        可視角度的改善主要從兩個方面進行:

        (1)對液晶分子的像素排列進行優(yōu)化,優(yōu)化其排列順序、角度和部分色彩的濾光特性;

        (2)對TCON 板的算法進行改善,通過改變R G B 驅(qū)動算法來優(yōu)化色度可視角。

        4 色深和色彩空間的信號轉(zhuǎn)換及處理

        色深指每個像素的顯示位數(shù),目前有8 位、10 位、12 位,位數(shù)越高,色彩顯示越細膩。8 位的像素,R G B 三色都有256 個灰度,能產(chǎn)生約1677 萬種色彩,10 位、12 位的顯示色彩就更多了。

        色彩空間轉(zhuǎn)換是電視內(nèi)部采用的色彩處理方法,在進行信號處理過程中,先進行色彩空間轉(zhuǎn)換,目前主要是采用RGB、YUV 和REC2020 色彩空間。一方面,空間轉(zhuǎn)換算法,在對超高清電視色彩性能問題解決時,色彩空間的轉(zhuǎn)換算法發(fā)揮著積極的意義,可降低轉(zhuǎn)換次數(shù),進一步優(yōu)化畫面色調(diào)及色彩亮度。通過色彩空間算法的使用,可實現(xiàn)源空間信號以非線性轉(zhuǎn)換解碼;另一方面,色彩空間管理,其與色彩性能有著直接的關(guān)系,通常液晶電視是將RGB轉(zhuǎn)化為YUV,進行色彩和亮度調(diào)節(jié),上屏之前轉(zhuǎn)化為RGB 空間,HDR 要轉(zhuǎn)化為REC2020 色彩空間;在液晶電視的色空間轉(zhuǎn)換時,尤其需要注意RGB 轉(zhuǎn)換為YUV 時,信號值范圍的換算和取值,轉(zhuǎn)換為REC 2020 時需進行色彩和亮度的匹配,才能達到最佳的色彩處理效果。

        5 結(jié)語

        綜上所述,在超高清液晶電視顯示領(lǐng)域,色彩性能的研究及應(yīng)用對畫質(zhì)效果起著關(guān)鍵作用,色彩指標是衡量顯示性能好壞的最重要指標之一。本文從色域覆蓋率、色域重合度、色度可視角、色深及色空間幾個方面進行淺析和改善方法研究。從機芯信號處理上,對于電視機機芯內(nèi)關(guān)鍵影響指標進行設(shè)計和設(shè)置;對TCON 的算法進行優(yōu)化;在背光上對燈條的光譜進行分析,定義RGB 三色峰值波長,準確匹配燈條;在色深和色空間轉(zhuǎn)換上,加強信號色空間轉(zhuǎn)換的處理,色彩和亮度的匹配等幾個方面進行改善研究,從而提高超高清液晶電視的色彩顯示性能,提升色彩顯示范圍、視角和還原度。

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