超高清液晶電視色彩顯示技術的特點及應用

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相比，超高清電視技術更具優越性，尤其是隨著8K 時代的來臨，LED 背光的使用，HDR 技術的發展，需要進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量的指標，是指在CIE 色空間坐標系上，R G B 三基色對應的坐標點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，色彩顯示數量就越多，色彩越細膩。

1.1 色域覆蓋率在實際工作中的不同計算方法

色域覆蓋率根據色彩空間的不同有不同的度量方法，通常按國標的計算方法取值范圍分布一般在28%-43%之間；其他幾種根據色空間和應用領域的不同，有Adobe、SRGB、DCI-P3、REC2020 等。在液晶電視領域一般應用國標和DCI-P3 較為普遍。圖1 是部分色域計算方式下的色域圖。

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。量子點電視因增加了量子膜色域最大，可以達到44%，量子點是一種微小的納米材料，里面不同大小的粒子受到LED 藍光刺激時會吸收不同波長的光，同時發出不同波長的光，發出純度極高的紅色光和藍色光，驅動液晶分子，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，在色域要求高的應用領域可以采用；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 是一種廣泛應用于數字影視領域、具有更好的色彩還原性和表現力的一種色域標準，它的標準色域面積是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化措施如下：

2.1 機芯因素

機芯的色飽和度、白平衡、亮度和HDR、gamma 等關鍵參數設計；色飽和度影響最大，色飽和度主要是調節液晶電視色彩濃淡，調節范圍是0-100.當飽和度低于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節對應的內部寄存器值一定要滿足要求，一般建議是128 以上；白平衡是通過調節R GAIN、G GAIN、B GAIN，這幾個參數值來調整整機的白色色溫，在0-100 的范圍內調節，R 和B 值的參數設計大于20 小于80，任何一個參數低于20，色域重合度將會降低1%；亮度指標也是影響的極大因素，用戶對于調節范圍是0-100，它的影響大小為5.1%，在標準狀態下亮度的寄存器范圍應保持在124-134 之間；HDR 是高動態亮度調節參數，在HDR 開時，動態亮度顯示范圍擴大，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 可以設置為開來色彩還原度；gamma 的影響大小為2%，因為gamma 調節實際上是調節R G B 三條曲線，達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 的指數要求，在調節gamma 曲線時，R G B 三條曲線不可分隔太大，因gamma 曲線導致整機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）設置LINE OD 功能存儲寄存器，并設置為開，增加液晶顯示響應時間同時提高色域重合度，提高幅度為3.2%；

（2）設置VAC 寄存器，將VAC 功能設置為開，增加色度視角同時提高色域重合度。

（3）C GAIN，設置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 在優先選擇權方面RGB 大于RGBW，IPS 大于VA。規范液晶OC 和背光燈條的匹配，加強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，在燈條匹配中應該規范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。當從不同角度看顯示屏時，色彩的變化程度。比如從側面看藍色變成紫色，色調發生了變化；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、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，色度變化的程度，在九種顏色的平均誤差為0.02 時對應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，最大可視角度指標可達160°；VA 屏因其液晶分子是垂直排布，所以從側面看，可視角度會變弱，色調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用領域，采用IPS 屏較為合適。

可視角度的改善主要從兩個方面進行：

（1）對液晶分子的像素排列進行優化，優化其排列順序、角度和部分色彩的濾光特性；

（2）對TCON 板的算法進行改善，通過改變R G B 驅動算法來優化色度可視角。

4 色深和色彩空間的信號轉換及處理

色深指每個像素的顯示位數，目前有8 位、10 位、12 位，位數越高，色彩顯示越細膩。8 位的像素，R G B 三色都有256 個灰度，能產生約1677 萬種色彩，10 位、12 位的顯示色彩就更多了。

色彩空間轉換是電視內部采用的色彩處理方法，在進行信號處理過程中，先進行色彩空間轉換，目前主要是采用RGB、YUV 和REC2020 色彩空間。一方面，空間轉換算法，在對超高清電視色彩性能問題解決時，色彩空間的轉換算法發揮著積極的意義，可降低轉換次數，進一步優化畫面色調及色彩亮度。通過色彩空間算法的使用，可實現源空間信號以非線性轉換解碼；另一方面，色彩空間管理，其與色彩性能有著直接的關系，通常液晶電視是將RGB轉化為YUV，進行色彩和亮度調節，上屏之前轉化為RGB 空間，HDR 要轉化為REC2020 色彩空間；在液晶電視的色空間轉換時，尤其需要注意RGB 轉換為YUV 時，信號值范圍的換算和取值，轉換為REC 2020 時需進行色彩和亮度的匹配，才能達到最佳的色彩處理效果。

5 結語

綜上所述，在超高清液晶電視顯示領域，色彩性能的研究及應用對畫質效果起著關鍵作用，色彩指標是衡量顯示性能好壞的最重要指標之一。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行淺析和改善方法研究。從機芯信號處理上，對于電視機機芯內關鍵影響指標進行設計和設置；對TCON 的算法進行優化；在背光上對燈條的光譜進行分析，定義RGB 三色峰值波長，準確匹配燈條；在色深和色空間轉換上，加強信號色空間轉換的處理，色彩和亮度的匹配等幾個方面進行改善研究，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。