LED显示屏各类颜色处理技术详细分析

信息来源:sxw   日期:2014-10-30   

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LED显示屏技术已经普及千万家,从单色到双色,再到三基色全彩。而如今我们的各种智能设备,手机平板。到处都是充满了LED色彩。那么如何处理越来越多的色彩呢?请看本文三鑫维工程师将一一为你分解。
LED显示屏技 术从二十世纪80年代初的单色显示屏,到80年代末的双基色显示屏,再到90年代中期的三基色(全彩色)显示屏,直到今天我们在平板显示领域广泛讨论的多 基色(大于三基色)处理技术。LED显示屏的色度处理技术从最基本的基色波长选择、到白场色温的调配、再到为提高色彩还原度而进行的色彩空间变换处理和为 改善画质的色度均匀性处理、直到今天我们为了扩大色域再现更多的自然界色彩而采取的多基色(大于三基色)处理。各种色度处理技术贯穿着LED显示屏的发展 史,成为LED显示屏这门综合性学科中最核心的技术之一。


各类色度处理技术
1、基色波长的选择
LED显示屏在各行各业有着非常广泛的应用,而在不同的应用场所对LED的基色波长有着不同的要 求,对于LED基色波长的选择有些是为了取得良好的视觉效果,有些是为了符合人们的习惯,而有些更是行业标准、国家标准甚至国际标准的规定。比如,对全彩 色LED显示屏中绿管基色波长的选择;早期大家普遍选用波长为570nm黄绿色LED,虽然成本较低,但显示屏的色域较小、色彩还原度差、亮度低。而在选 择了波长为525nm的纯绿管之后,显示屏色域扩大了近一倍,且色彩还原度大幅提高,极大地提高了显示屏的视觉效果。再比如,证券行情显示屏,人们通常习 惯于用红色表示股价上涨、用绿色表示股价下跌、而用$表示平盘。而在交通行业则是由国家标准严格规定了蓝绿波段表示通行、红色波段为禁行。因而,基色波长 的选择是LED显示屏重要环节之一。
2、白场色坐标的调配
白场色坐标调配是全彩色LED显示屏最基本的技术之一。但是在二十世纪90年代中期,由于缺乏行业 标准和基本的测试手段,通常只是靠人眼、凭感觉确定白场色坐标,从而造成严重偏色和白场色温的随意性。随着行业标准的颁布和测试手段的完备,许多制造商开 始规范全彩屏配色工艺。但是仍然有部分制造商由于缺乏配色的理论指导,常常以牺牲某些基色的灰度等级来调配百场色坐标,综合性能得不到提高。
3、色度均匀性处理。
LED显示屏色度均匀性问题一直以来是困扰业内人士的一大难题,一般认为LED的亮度不均匀可以进行单点校正,来改善亮度均匀性。而色度不均匀是无法进行校正的,只能通过对LED色坐标进行细分和筛选来改善。
随着人们对LED显示屏的要求越来越高,只对LED色坐标进行细分和筛选已无法满足人们挑剔的目光,对显示屏进行综合校正处理,使色度均匀性得到改善是可实现的。 我们发现即使是国际第一品牌同一档LED也存在较大的波长偏差和色饱和度偏差,而且该偏差范围大大超过了人眼对绿色色差鉴别的阈值因此,进行色度均匀性校正是有重要意义的。
在CIE1931色度图中,按重力中心定律,我们发现:在G档范围内(□abcd)的任意一点绿色混合一定比例的红色和蓝色,都可以将混合色的色坐标调整到直线cR和直线dB的交叉点O.
虽然可以使色度均匀性极大地改善。但是,经过校正后的色饱和度明显下降。同时,采用红和蓝来校正绿 色色度均匀性的另一个前提是同一个象素内红绿蓝三种LED尽可能采用集中分布使得红绿蓝的混色距离尽可能的近,才能取得较好的效果。而目前业内通常采用的 是LED均匀分布方法将会给色度均匀性校正带来混乱。另外,数以万计的红绿蓝LED色坐标的测量工作如何展开也是一个极为棘手的难题。对此我们给了提示。
4、色彩还原处理
纯蓝、纯绿LED的诞生,使全彩色LED显示屏以其色域范围宽、亮度高受到业内的追捧。但是,由于 红绿蓝LED的色品坐标与PAL制电视红绿蓝的色品坐标有较大的偏差(见表1),使得全彩LED显示屏的色彩还原度较差。尤其在表现人的肤色时,视觉上存在较 为明显的偏差。由此,色彩还原处理技术应运而生。在此笔者推荐两种色彩还原处理的方法:
其一:对红绿蓝三基色LED进行色坐标空间变换,使LED与PAL制电视两者之间的三基色色坐标尽可能靠近,从而大大提高LED显示屏的色彩还原度。但是,该方法大幅度缩减了LED显示屏的色域范围,使画面的色饱和度大幅下降。
其二:只对人眼最敏感的肤色色域进行适当校正;而对其它人眼不够敏感的色域尽可能少降低原有的色饱和度。如此处理,可在色彩还原度和色彩饱和度之间得到平衡。
5、3+2多基色色度处理方法
春天万物复苏,在蓝天的辉映下,绿草青青;秋天麦浪滚滚;在阳光的普照下,一片金黄。五彩缤纷的大 自然是那么的美好,遗憾的是现有的LED显示屏无法完全再现这美好的景色。LED虽然属于单色光,但是各色LED仍然有30~50nm左右的半波宽,因此 其色饱和度是有限的。从图3中可以看出:在大自然界色彩极为丰富的$和青色区域LED全彩屏的色饱和度是严重不足的。
近年来,在平板显示领域热衷于讨论3+3多基色显示(红、绿、蓝加黄、青、紫),以扩大色域,再现更为丰富的自然界色彩。那么,LED显示屏可否实现3+3多基色显示。
我们知道在可见光范围内,黄、青为单色光,我们已拥有高饱和度的$、青色LED.而紫色为复色光, 单芯片紫色LED则是不存在的。虽然我们无法实现红、绿、蓝加黄、青、紫3+3多基色LED显示屏。但是,研究红、绿、蓝加黄、青3+2多基色LED显示 屏却是可行的。由于自然界存在大量高饱和度的$和青色;因此,该项研究是有一定价值的。
在现行的各种电视标准中,视频源只有红绿蓝三基色,而没有黄、青二色。那么,显示终端黄、青二基色如何驱动?其实,在确定黄、青二基色驱动强度时;我们因遵循以下三点原则:
(1)增加黄、青二基色的目的是为了扩大色域,从而提高色饱和度。而总体亮度值不能改变;
(2)在提高色饱和度的同时,不得改变色调;
(3)以D65为中心;以RYGCB色域边界为端点,在色域范围内各点作线性扩张。
在上述三原则的指导下;按重力中心定律,我们可以找到3+2多基色色度处理方法。但是,要想真正实现3+2多基色全彩屏,我们还要克服黄、青色LED亮度不足;成本上升较大等困难,目前仅限于理论探讨。
综上所述,我们主要讨论了三个方面的问题:
(1)如何提高LED显示屏色度均匀性;
(2)如何提高LED显示屏的色彩还原度;
(3)如何扩大色域,还原更多自然界色彩。

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