LCD拼接屏特点和发展动向

信息来源:www.sxwled.com   日期:2014-12-02   

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LCD技术的发展已历经两代,第一代技术以小型化、轻量化和薄型化为主攻方向,主要应用对象是笔记本电脑;第二代技术则以高亮度、高色再现性和宽视角为代表,主要应用领域是电视机和监视器。目前的发展阶段介于第二代和第三代之间,其技术开发的重点是:突破LCD自身的各种局限性,提高其作为多媒体电视显示器的动画显示性能,并大力简化制造工艺以确保其在价格上具有竞争力。本文将对近期LCD技术的一些主要动向做简要介绍。
一、宽视角技术
与现有的TN模式液晶相比,视角更宽的IPS(In-Plane Switching,平面内开关)和PVA(Patterned Vertical Alignment,图形化垂直校准)模式在性能上各有优劣(见表1)。为此,人们在开发过程中采取了各模式相互取长补短的做法。

---比PVA视角更宽的IPS在向超级IPS(Super-IPS)发展的同时引入了V形像素(Chevron Pixel)结构,消除了彩色偏移的不对称现象,并利用高电压驱动和小单元间隙(Cell Gap)改善了液晶响应速度;而在对比度比(C/R)和亮度方面优于IPS的PVA也通过采用V形像素结构压缩了黑色矩阵(Black Matrix)的宽度,并减少了域(Domain)的数量,从而实现了高数值孔径和较快的响应速度。


二、液晶响应速度
对动画显示性能影响最大的因素就要算液晶的响应速度了。如果液晶的响应速度较慢,则在显示运动物体时就会出现图像的“拖曳”现象。而且,由于LCD是电压保持型器件,因此图像边缘的模糊现象会变得愈发严重。
为此,人们开发了多项旨在解决上述问题的技术,其中被业界广泛采用的方案有两种,一种是动态驱动(Dynamic Driving)方式,另一种是过驱动(Overdriving)方式。

---当液晶在灰度等级之间变动时,由于是以低于接通/关断(On/Off)时的电压来进行驱动的,因而导致驱动力(Driving Force)减弱,这样,灰度等级间的响应速度比接通/关断时下降了3~5倍。过驱动方式采用的是高于普通驱动电压的高电压,从而给液晶施加了更大的驱动力,以提高其响应速度(见图1)。


-最近,人们提出了一种旨在改善液晶响应速度的新提案,名为OCB(Optically Compensated Birefringence,光补偿双折射)。与TN方式不同,OCB方式使上下板的取向平行,在将液晶的排列形态变为喇叭形之后,施加1.5~2V的弯曲取向电压来形成弯曲状态。这样就消除了在“标准白”(Normally White)状态下进行驱动的TN方式中常见的“黑色流效应”,并能够将液晶响应速度提升至5ms(见图2)。
三、动画技术
不过,单凭响应速度的提高还不足以获得令人满意的动画质量,这是因为LCD是保持型显示器件,它在传递下一帧图像之前将对目前显示的这一帧图像加以保持,所以当图像发生瞬变时就会引发画面模糊现象。为此,人们开发出了与CRT相似的各种脉冲方式。
-第一种是“黑帧插入”(Black Frame Insertion)方式,其优点是能够有效地消除活动图像的模糊现象,但黑帧插入时间的增加会使画面亮度下降,导致液晶的响应时间必须短于帧周期的二分之一;第二种方式是背光灯闪烁(Blacklight Blinking),即使在液晶响应速度不高的情况下也能起到良好的画面模糊消除效果,但是,其缺点是会产生高达50%的亮度降幅。因此,如需维持现有的亮度就必须增加背光灯的灯管电流,以提高背光灯的亮度;第三种方式是120Hz驱动方式(即在60Hz帧中插入黑帧),这种方法必须在原有的图像帧之间生成新的图像帧,因而需要开发新型低电阻配线材料和新型帧倒相(Frame Inversion)方式,以解决显示屏的充电问题。

四、色再现技术


-在努力提高液晶的动画显示质量的同时,人们还在开发各种旨在表现丰富自然色的技术。
-色温、白平衡和γ校正等对于自然色的表现具有较大的影响。为此,研究人员在致力于改善色再现性和亮度的同时,还在尝试开发更加精巧的色表现技术,而且,相关技术的商用化也在加紧进行。
-目前,采用CCFL和C/F(滤色器)实现的最佳色再现性为72%左右。为了进一步提高这一数值,正在开发一些新的技术。然而,当把现有的CCFL和C/F作为基板时,色再现性每提高5%就会导致亮度下降7%。因此,如何在尽量减小亮度下降幅度的情况下提高色再现性便成为了技术开发的关键所在。
-为此必须采用C/F来遮断黄光的波长,以抑制光源的黄光强度。由此造成的亮度下降可通过优化C/F和背光灯的光谱匹配来补偿(见图3)。当采用LED时,可通过缩减R、G、B的波长范围来发出高色纯度的光,故色再现性有可能达到100%以上。因此,人们正在加紧开发采用LED的背光源。
-通过采用精确彩色捕获(Accurate Color Capture,ACC)算法(即借助灰度等级变化来对灰度系数进行校正),可实现更加精巧的色表现性能。ACC逻辑电路将8位256灰度等级的数据扩大至10位数据之后,再通过帧频控制以8位256级灰度显示。这样就能够利用灰度等级变化来缩小色坐标和色温的偏差,以实现精巧的色表现。
-与此同时,人们还在开发利用彩色控制(即调整像素的排列和色彩)来提高图像质量的技术。与现有的RGB像素排列相比,子像素复制(Sub-Pixel Rendering)技术的像素排列是由6个(RBG/GBR)子像素形成一个像素,在显示实际图像时通过共用拼接像素的子像素获得了更加精巧细致的画面和色彩。
-通过在三色(RGB)子像素结构中增加白色而形成四色子像素结构,可大幅度地提高亮度。虽然可采用多种四色子像素结构,但是,将采用子像素复制技术的六子像素排列的下端的蓝色变成白色(RBG/GWR)的做法可取得最佳的效果。这是因为数值孔径的增加实现了亮度的进一步提升,而且,子像素复制技术的运用还有望通过减少驱动器IC的数目而达到降低成本的目的。

五、背光源技术


-为了确保LCD电视能够在各种平板电视技术的竞争中脱颖而出,除了不断提高性能之外,降低成本也是至关重要的。其中,背光源首当其冲。背光源在大屏幕电视的总成本中所占的比例高达40%。因此,背光源的成本和性能指标的优劣是决定其竞争力高低的关键因素。为此,人们正在开发EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp,外部电极荧光灯)和FFL(Flat Fluorescent Lamp,扁平荧光灯)技术。
-其中,EEFL是最具实用性的提案,目前正在步入商用阶段(已在30英寸电视产品中得到应用)。EEFL最大的特点是可由一个逆变器对全部的荧光灯进行并联驱动,因而能够大幅度地削减成本;不仅如此,通过优化逆变器还可将光效率提高25%左右。另外,由于FFL的装配性得到了显著改善,因此,大屏幕电视模块工艺的自动化变得容易起来。
-人们目前最为关注的就是进一步提升LED背光源的发光效率,LED灯的RGB波长与CCFL不同,通过缩减波长范围能够去除其他彩色的波长,所以可获得100%以上的色再现性(见图4)。
-作为半导体元件的LED的调光范围约为1:30 000,这适合于那种能够使光源快速闪烁的脉冲驱动方式,因而只需采用3V左右的低DC电压,省去了逆变器。还有,由于它是一种无汞光源,故工作温度范围较宽,达-30℃~+85℃,同时也有利于环保。
-但是,LED背光源的成本比CCFL高出三倍以上,光效率也较低,其功耗中仅有15%被转换成了光,剩余的85%全部作为热量散失掉了,因此散热问题十分突出。不过,随着LED光效率的不断提高以及成本的下降,它对今后LCD电视市场的成长将起到不可低估的作用。

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