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LED背光与无彩色滤光片技术分析

发布时间:2020-06-11 发布时间:
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当前的平板显示器行业正在蓬勃发展,显示技术日新月异。就大规模生产规模而言,液晶显示器(LCD)是平板显示技术的主流。但是,其他显示技术(例如等离子(等离子显示面板,PDP),有机发光二极管(OLED)甚至场致发射显示器(场致发射显示器,FED,SED是FED的一个分支)等)都具有自发光,快速响应等优于LCD的特性;高对比度,高色彩饱和度和灵活性等诸多优势,对LCD行业构成了不同程度的威胁。为了保持LCD显示技术的现有竞争优势,各种制造商投入了大量的研发力量来提高传统LCD的显示效率和质量。在LCD技术的发展中,新型背光技术的作用越来越重要,并且在改善LCD的整体结构和色彩性能方面起着非常重要的作用。近年来,LED背光源在LCD显示器中的应用比例显着增加。它的意义不仅限于色域性能的提高,甚至可能颠覆液晶显示器的传统结构,这对液晶显示器行业的未来发展具有前瞻性意义。 RGB LED背光的应用推论出场序彩色(FSC)技术。一些制造商已经试用了没有彩色滤光片的产品,可以将面板系统的电光转换效率大大提高40%。系统的色域和饱和度以及材料成本的降低具有非常重要的影响。

两种不同的混色原理

在传统的彩色滤光片应用中,单个像素由三个子像素组成,每个子像素由场效应晶体管(TFT)控制,以控制子像素的电场强度以确定光强度;通过每个子像素的光能,然后通过与每个子像素对应的原色(红色,绿色和蓝色)滤镜进行调制,以获得每个子像素所需的每个原色的强度,最后依靠视觉系统的作用是将每个子像素的原色混合到像素要表达的颜色中。这样,必须使用白色的背光源模块,例如冷阴极荧光灯(冷阴极荧光灯,CCFL)或LED光源。根据颜色混合的原理,每个原色都与空间轴混合。空间轴上的颜色混合意味着人眼看到某物时可以看到该颜色。它基于空间轴上的三个子像素R,G和B。人眼的视角范围使色彩混合。

相反,场序技术去除了滤色器(无滤色器),并且不需要将每个像素划分为子像素。颜色形成必须依赖于背光模块。根据时间切换三个原色光源。在每种颜色的光源的显示时间内,同步控制液晶像素的透射率,以调整每种原色的相对光量,然后通过视觉系统对光刺激的残留效应来形成和检测颜色。即将原来在空间轴上的颜色混合更改为在时间轴上的颜色混合,以快速切换R,G和B的三种颜色。如果转换时间短于人类视觉的时间可以借助人眼的视觉残留效果来区分,然后可以产生混色效果。

无滤色镜技术有很多好处

相比之下,无滤色器方法不使用滤色器,从而允许R,G和B在人眼前快速改变。开口率大,光效率几乎没有损失。比较突出显示了无滤色镜的优势。

不带滤色器的LCD的显示性能的最大增益是极大地提高光的利用效率,从理论上讲,这可以是传统LCD的三倍。

传统的以CCFL为背光源的液晶显示器,当背光源提供8500nits的亮度时,通过损失每个分量(最大的损耗在彩色滤光片中),实际输出亮度约为800nits。它还输出800尼特的光。由于去除了滤色器,光效率提高了三倍。考虑到开口率的提高,RGB-LED背光源仅需提供小于2500尼特的亮度即可相当于传统背光源提供8500尼特的亮度。灯光亮度。

光学效率的提高意味着大大降低了背光源的功耗,并且大大降低了光源的亮度要求。 LED背光源在LCD市场的应用最大的阻力在于成本,功耗和散热。降低光源的亮度要求可以减少使用的LED数量,解决功耗和散热的瓶颈,并可以大大降低成本。同时,数量的减少可以降低控制电路的复杂性并增强系统的可靠性。

另一方面,节省了彩色滤光片,除了在制造过程中节省了原材料成本(约占面板的15%)外,还大大省略了滤光片的涂覆和制造过程,减少了工时并提高了产量。更多可以消除支持CF厂设备建设的大量投资。

实际上,当使用无滤色镜技术时,一个子像素可以构成一个像素,这一起减少了单个像素所需的TFT数量,简化了控制电路的复杂性,增加了像素开口率,并有助于改善像素密度。面板像素速率的空间分辨率。

另外,如果适当地选择适当的光源,则可以进一步提高系统的显示质量。例如,颜色序列方法需要使用脉冲光源。 LED最合适。由于LED通常具有狭窄的半高宽度光谱特性,因此它们可以显示具有高色饱和度的颜色,从而可以有效地扩展系统色域(Color Gamut),即可以呈现更丰富和多样的颜色。

液晶反应速度和分色控制是关键技术

实际上,Colorlessless并不是一个很新的技术,其技术原理已经存在了很长时间,但是到目前为止,该技术尚未应用于电视领域,主要是因为它的速度需要快3倍以上。不会让人注意到他们正在进行颜色切换,但是这种技术已经在某些投影仪上实现,例如DLP技术制造的投影仪(数字光处理器或数字微镜设备; DMD)。 )。由于DLP投影仪的微镜的反应速度足够快,因此可以使用颜色顺序方法来达到显色效果。

就LCD而言,液晶的响应速度不够快,这始终是无法采用颜色序列方法的障碍。主要因素是LCD速度不够快,因为原始图像频率为60Hz,因此必须将无滤色镜的使用增加到180Hz。就液晶响应速度而言,较不常用的OCB技术可以高达1ms,这样的性能可以满足需求。现在液晶显示器是基于IPS和MVA的两个阵营。过去,OCB并不乐观,主要是因为它的比较仅为600:1,不及MVA的1000:1。但是,OCB与动态区域控制(动态区域控制)技术的结合使OCB的比较达到了千分之一,从而解决了对比度不足的问题。

无滤色镜技术有几个关键点。首先,如上所述,LCD的响应速度必须足够快。使用OCB可以解决此问题。此外,现在有雷声大雨少的RGB LED背光模块。有一段时间,但如果您不考虑价格,就不会遇到技术障碍。

同时,通过色序法产生的分色现象也是要解决的技术问题。颜色顺序方法的原理是,彩色图像由三个连续的图像色域组成。将三种颜色的光投射到与视网膜上的每个像素相对应的相同位置,然后可以在视觉上完全再现每个像素的颜色信息。如果它是彩色图像中包含的三图像色域,并且其相应像素投影到视网膜上的不同位置以供视觉系统检测,则观察者将看到色域分离和未对准的图像,从而称为分色(CBU)现象。 。而且由于CBU通常在图像中对象的边缘上形成色带排列(如彩虹条纹),因此CBU也称为彩虹效果。除了降低感知质量外,在研究报告中还报告了分色现象,长时间观看色序显示后,也可能引起头晕。

至于改善分色的方法,主要有增加显示组件的响应率,改变色场顺序,动态图像补偿等,这需要复杂的控制算法和强大的驱动电路能力。

国际大公司发布业绩

目前,颜色序列方法已经成为各个制造商研究的重点,并且已经发布了一些新的结果。

在2005年10月底的横滨展览会上,三星首次展出了32英寸无滤色片液晶电视,引起了轰动。三星电子开发的产品采用可发出RGB(红色,绿色,蓝色)的LED背光灯,色彩再现性为110%(NTSC),高开口率为78%,屏幕亮度为500nits。它的色彩表现相当明亮,而且非专业人员很难控制分色现象。同时,功耗仅为82W,仅为现有500nits CCFL背光的60%,并支持5ms或更短的高速响应速度,适用于电视产品。这表明颜色顺序方法确实对提高光源效率具有显著作用。

三星相关人员表示,无滤色液晶的发展将大大减少设备投资,材料成本和工艺时间,并帮助该公司在高质量的大型32英寸,40英寸和46英寸液晶电视市场上独占do头。 ,并计划在今年下半年开始量产。

华英早在2000年就展示了1.5英寸彩色无滤光技术的原型。在2006年6月的台湾平板显示器展上,会场有一台华英32英寸彩色顺序(或彩色无滤光)液晶电视。台湾制造商首次展示了使用该技术的大型产品。 。


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