超高清液晶電視色彩顯示技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用

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(jìn)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(biāo)，是指在CIE 色空間坐標(biāo)系上，R G B 三基色對應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)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(xì)膩。

1.1 色域覆蓋率在實(shí)際工作中的不同計(jì)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(biāo)的計(jì)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(biāo)和DCI-P3 較為普遍。圖1 是部分色域計(jì)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(diǎn)電視因增加了量子膜色域最大，可以達(dá)到44%，量子點(diǎn)是一種微小的納米材料，里面不同大小的粒子受到LED 藍(lán)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(lán)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)，它的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)芯因素

機(jī)芯的色飽和度、白平衡、亮度和HDR、gamma 等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)計(jì)；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(dāng)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(jī)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(jì)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(kuò)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?yàn)間amma 調(diào)節(jié)實(shí)際上是調(diào)節(jié)R G B 三條曲線，達(dá)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(jī)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(qiáng)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(biāo)。當(dāng)從不同角度看顯示屏?xí)r，色彩的變化程度。比如從側(cè)面看藍(lán)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(lán)、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(biāo)可達(dá)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)酰{(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(jìn)行：

（1）對液晶分子的像素排列進(jìn)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(jìn)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(xì)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(jìn)行信號處理過程中，先進(jìn)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(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)行色彩和亮度的匹配，才能達(dá)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(biāo)是衡量顯示性能好壞的最重要指標(biāo)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(jìn)行淺析和改善方法研究。從機(jī)芯信號處理上，對于電視機(jī)機(jī)芯內(nèi)關(guān)鍵影響指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)和設(shè)置；對TCON 的算法進(jìn)行優(yōu)化；在背光上對燈條的光譜進(jìn)行分析，定義RGB 三色峰值波長，準(zhǔn)確匹配燈條；在色深和色空間轉(zhuǎn)換上，加強(qiáng)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(jìn)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。