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LED背光与无彩色滤光片技术分析

2012-12-27 admin1

无彩色滤光片技术,可大幅度提高面板系统的电光转换效力达到约40%,对于提升系统色域及鼓和度、降低资料成本等,都有极度显著的影响。


近年来平面显示器产业蓬发展迅猛,显示技术一日千里,液晶显示器以量产规模而论,稳居平面显示器技术主流职位,然而,其它显示技术,诸如等离子、有机发光二极管,甚至是场发射式显示器等,各自占有优于LCD的个性,例如自觉光、急剧响应、高对比度、高色彩鼓和度、可挠性等诸多利益,给LCD产业带来分歧水平的威胁。为维持LCD显示技术现有的竞争优势,各厂商已投入大量研发力量,力求提升传统LCD的显示效能和质量。


在LCD技术发展中,新型背光技术的作用日益显著,对于LCD整体结构以及色彩阐发的改善起到极度沉要的作用。LED背光在LCD显示中的利用比例在近年来大幅提升,其意思不仅仅局限于色域阐发的提高,甚至有可能颠覆LCD的传统结构,对于LCD产业未来的发展拥有前瞻性的意思。RGB LED背光的利用,演绎出场序式色彩(Field Sequential Color,FSC)技术,部门厂商已经试造出无彩色滤光片的产品,可大幅度提高面板系统的电光转换效力达到约40%,对于提升系统色域及鼓和度、降低资料成本等,都有极度显著的影响。


两种分歧的混色道理

在传统彩色滤光片利用中,单一像素乃由三个子像素所组成,每个子像素由一颗场效晶体管(Field Effect Transistor,TFT)节造该子像素的电场强度,以决定通过该子像素的光强度;通过各子像素的光能量,再经由各子像素所对应的原色(红色、绿色及蓝色)滤光片调变,以得到各子像素所需的各原色光强度,最后再依附视觉系统的作用,将各子像素的原色混合成该像素所欲阐发的色彩。这样必须使用白色背源?,如冷阴极荧光灯管(Cold Cathode Fluorescent Lamp,CCFL)或是LED光源。在混色道理上,各原色是以空间轴混色,空间轴上的混色意思是,人眼看到器材能够看杰出彩,是靠空间轴上R、G、B三个子像素(sub-pixel)在幼于人眼视角的领域做出混色。


相对地,场序式技术则移除彩色滤光片(Color Filterless),且各像素不需再宰割出子像素,其色彩形成,必须依附背光?橹,三种原色光源依时序切换,搭配在各色光源显示功夫内,同步节造液晶像素穿透率,以调配各原色之相对光量,再由视觉系统对光刺激的残留效应,以形成并察知该色彩。也就是将正本以空间轴混色改为以功夫轴混色,就是让R、G、B三色急剧切换,若转换功夫短于人眼视觉所能分辨的功夫,借助人眼的视觉残留效应,就能产生混色成效。


免彩色滤光片技术益处多多

相对的,Color Filterless的作法,不使用彩色滤光片,让R、G、B急剧在人面前变换,开口率大,光的使用效能险些没有损失,一比力起来就突显出Color Filterless的优势。


无彩色滤光片之LCD在显示效力上的最大增益,则在于大幅提升光利用效能,理论上可提升至传统LCD的三倍。


传统以CCFL做为背光源的液晶显示器,当背光源提供8500nits的亮度时,经过各组件的损耗(最大损耗在彩色滤光片),现实输出的光亮度约为800nits。同样是输出800nits的光亮度,由于去除彩色滤光片使得光效能提升三倍,再思考开口率的提高,RGB-LED背光源只需提供不到2500nits即可等效传统背光源提供8500nits时的出光亮度。


光学效能的提升,意思在于背光功耗的大幅度降低,对于光源亮度要求的大幅度降低。LED背光在LCD市场的利用,最大的阻力在于成本、功耗和散热三项。光源亮度要求的降低,能够削减LED的选取数量,功耗和散热的瓶颈迎刃而解,成本能够大幅降低。同时,数量的削减更能够降低节造电路的复杂水平,加强系统的靠得住性。


另一方面,省下彩色滤光片,在造程上除节俭原料成本(约占面板15%左右)表,内容上还省略滤光片涂布、造作之工序、削减工时及提升良率;更能够免去配套建设CF厂房设备的大笔投资。


事实上,选取Color Filterless技术时,一个子像素即可组成一个像素,连带削减单一像素中所需之TFT个数,简化节造电路之复杂度,增长像素开口率,有利于提高面板像素的空间分辨率。


此表,若妥善选择适当光源,则可进一步推进系统的显示质量。例如色序法须使用脉冲式光源,LED最为适合,因LED通常均拥有窄半高宽之频谱个性,可出现出高色彩鼓和度的色彩,即可有效扩大系统色域(Color Gamut),即可出现更丰硕、多样的色彩。


液晶的反映速度和色分离节造是技术关键

事实上,Color Filterless不是很新的器材,它的技术道理问世事实上已经有很长一段功夫,但到目前为止都没有将此技术利用在电视领域,重要是由于它的速度要求要快3倍以上,才不会让人眼觉察到在做色彩的切换,但是这个技术已经在某些投影机上实现,例如DLP技术做成的投影机(Digital Light Processor,或称为Digital Micro-mirror Device;DMD)。由于DLP型投影机的微镜片(micro mirror)的反映速度够快,所以能够用色序法来实现彩色显像的成效。


LCD方面,液晶响应速度不够快,始终是无法选取色序法技术的阻碍。重要成分就是液晶速度不够快,由于正本画面频率为60Hz,使用Color Filterless就必须增为180Hz。通常较少使用的OCB技术,在液晶响应速度方面可快到1ms,这样的阐发能够满足必要。此刻液晶以IPS和MVA为两大堡垒,从前OCB一向不被看好,重要是由于它的对比只有600:1,相对于MVA的1000:1,显得较为逊色。不外将OCB结合动态区域节造(Dynamic Area Control)技术,使得OCB的对比能够达到数千比一,因而解决了对比不及的问题。


Color Filterless技术有几个关键地点,首先如上所述要有够快的液晶响应速度,使用OCB能够解决这个问题,另表就是此刻雷声很大雨点很幼的RGB LED背光?,固然导入量产还有一段功夫,不外若不思考价值,其实技术上已经没有阻碍。


同时,色序法产生的色分离景象也是一个技术上待解决的议题。色序法的道理是一幅彩色图像由三个陆续的图像色场组成,三种色彩的光投射至视网膜上各像素所对应的一样地位,则各像素的色彩信息将可被视觉齐全沉现。若是一彩色图像所蕴含的三图像色场,其对应像素投射在视网膜上分歧地位而被视觉系统察知,则观察者将看到色场分离错位的影像,此即称为色分离(CBU)景象。又由于CBU通常在图像中物体的边缘形成色带分列,如同彩虹条纹,故CBU又称彩虹效应(Rainbow Effect)。色分离景象除了降低观觉质量,亦有钻研汇报指出,在长功夫旁观色序型的显示器后,亦可能造成晕眩的感触。


至于改善色分离的步骤,重要有增长显示组件的响应速度、扭转色场挨次、动态画面赔偿等等,必要复杂的节造算法和壮大驱动电路能力。


国际大厂已有成就颁布

目前色序法已经成为各厂商钻研的沉点,陆续有一些新的成就颁布。

05年10月底横滨展,三星首度展出32英寸Color Filterless的液晶电视,造成轰动。三星电子这次开发的产品选取可发出RGB(红色、绿色、蓝色)的LED Backlight,具备110%(NTSC)的色再现性与78%的高开口率,以及500nits的画面亮度,其色彩阐发相当鲜艳,在色分离景象的节造上,若非专家不易觉察。同时,功耗只有82W,仅有现有500nits CCFL Backlight的60%,并支持适合电视产品的5ms以下的高速响应速度。这说了然色序法在提升光源使用效能上简直有显著的成效。


三星电子有关人员暗示,藉由免彩色滤光片LCD的开发,将可大幅降低设备投资、资料用度与造程功夫,并有助该公司主导32英寸、40英寸与46英寸等高画质大尺寸液晶电视市场,并打算在今年下半年量产。


华映早在2000年时就展示过1.5英寸Color Filterless技术的原型。06年6月的台湾平面显示器展,会场有一台华映的32英寸无彩色滤光片(Color Sequential,或称Color Filterless)LCD TV,是台湾厂商第一次展出使用该技术的大尺寸产品。

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