维普资讯 http://www.cqvip.com Ｅｉｊｉ Ｃｈｉｎｏ：广色域移动显示产品开发 文章编号：１００６—６２６８（２００７）０８—００２５—０４ 广色域移动显示产品开发 ＥＵｉ Ｃｈｉｎｏ （三洋爱普生映像元器件公司） 摘 要：当移动电话、ＰＤＡ等电子产品迅速涌入市场，宽色域将成为应用于相同领域的下一代 ＬＣＤ的要求。本文介绍了一种可用于移动电子产品的四基色宽色域技术。 关键词：．广色域；ＬＣＤ；四基色滤色片 中图分类号：ＴＮ１４１．９ 文献标识码：Ａ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｗｉｄｅ－Ｃｏｌｏｒ－Ｇａｍｕｔ Ｍｏｂｉｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙｓ Ｅｉｊｉ Ｃｈｉｎｏ （Ｓａｎｙｏ－Ｅｐｓｏｎ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｃｏ．） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｄｅｖｉｃｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｃｅｌ ｐｈｏｎｅｓ ａｎｄ ＰＤＡｓ ｌｃｏｎｔｉｎｕｅｓ ｔｏ ｆｌｏｏｄ ｔｈｅ ｍａｒｋｅｔ，ｎｅｘｔ—ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ＬＣＤｓ ｆｏｒ ｓｕｃｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｗｉｌｌ ｒｅｑｕｉｒｅ ｗｉｄｅｒ ｃｏｌｏｒ ｇａｍｕｔｓ．Ｈｅｒｅ，ａ ｎｅｗ ｆｏｕｒ—ｐｒｉｍａ ｒｙ—ｃｏｌｏｒ ＬＣＤ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｉｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｄｅ—ｃｏｌｏｒ—ｇａｍｕｔ；ＬＣＤ；ｆｏｕｒ－ｐｒｉｍａｒｙ—ｅｌｅｍｅｎｔ ｃｏｌｏｒ ｆｉｌｔｅｒ 液晶显示器被广泛应用于要求低功耗的移动 电话、个人数字助理（ＰＤＡ）和笔记本电脑等产品 中。随着对移动广播、视频通讯、数码照片浏览器等 产品的需求日益增长，使广色域特性和对比度、亮 度参数一起均成为下一代移动ＬＣＤ产品的最重要 的性冶巨。 使用多基色（＞三基色）的显示器用于Ｔｖ产品１１－２］或 谱序ＬＣＤ产品１３ 中。然而，这些产品原型由于高成 本、技术障碍以及高功耗而没有实现商业化。 为达到上述要求，我们开发了一种新型的移动 直视广色域四基色ＬＣＤ技术：Ｐｈｏｔｏ Ｆｉｎｅ Ｃｈｒｏｍ— ａｒｉｃｈ（ＰＦＣ）。图１中标出了ＰＦＣ（红线）颜色点、典 不同类型的ＬＣＤ样机出现的满足广色域、高 型的喷墨打印机颜色再现区域（黄线）以及ＮＴＳＣ 色域（大三角形）。很明显ＰＦＣ技术能覆盖常规的 ＬＣＤ色域（小三角形），几乎整个ＮＴＳＣ色区和诸如 翠绿色、蓝色的再现与喷墨打印机相差无几，这之 前不可能在中、小尺寸ＬＣＤ中实现（目前的移动电 对比度、高亮度等特性要求并实现彩色图像匹配，在 这种情况下，相机照出的图片和喷墨印刷图片效果 相当，打印输出的图片和从数码相机ＬＣＤ取景屏上 看到的图像具有相同的画质。例如，在每个子像素上 收稿日期：２００７—０１—２９ Ａｕｇ．，２００７，总第７８期 现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ２５ 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｅｉｊｉ Ｃｈｉｎｏ：广色域移动显示产品开发 话ＮＴＳＣ值平均为５０％左右）。使用ＰＦＣ技术得到 广色域和高透过率，但是为防止显示闪烁并减少颜 色分离，必须用很高的帧频驱动。 我们开发了四基色彩色滤光膜去克服以上问 题。使用这种由红、蓝、黄绿、翠绿四色滤光膜和典 型的白色ＬＥＤ背光，ＬＣＤ可实现ＮＴＳＣ值大于 １ ００％的广色域显示。图２（ａ）表示了四基色滤光片 的基本概念，从图中可以看出，传统的绿色被分成 黄绿色和翠绿色。采用黄绿色可以使ＬＣＤ显示丰 的图像可以比标准的显示器实现更高的分辨率、更 广的颜色再现能力，可以较好的图像表现性显示更 清爽的、活泼的图像。为获得上述性能实现高清显 示，ＰＦＣ技术使用了四基色滤光膜系统和精细制造 技术，同时采用了由三洋爱普生成像器件公司原创 的基于其喷墨打印技术的“彩色调制计算法”。 富的金黄色（如金秋的树叶），这是传统三基色ＬＣＤ 显示很难做到的。而青绿丰富了青色和翠绿色，陡 峭的山峰、暗色的峡谷或深水域中会有这些颜色。 另外，将红色和绿色基色滤光膜 口厚使得超过 １００％的更宽的色域再现成为可能。图２（ｂ）是最近 开发的一款四基色滤光膜显微照片，４个子像素组 成和传统三基色ＬＣＤ一样规则的正方形像素。 为减少四基色系统边缘伪彩的发生，我们利用 图１ ＰＦＣ技术、喷墨打印机、ＮＴＳＣ及典型ＬＣＤ Ｓ—ＣｌＥＬＡＢ 模拟研究了１２种子像素排列方案和 色域对比 边缘伪彩出现的所有关系。将测试画面（白背景中显 示一条黑线）作为模拟对象，这１ ２种子像素的所有 排列方式都会出现边缘显示模糊的现象，这是因为 系统概要 在Ｓ—ＣＩＥＬＡＢ模型中使用低通空间滤波，而在无子 像素时没有边缘区域伪彩色显示。图３（ａ）中列出了 标准ＬＣＤ使用红、绿、蓝（ＲＧＢ或三基色）滤光 ３种情况，其中一个是无子像素的例子，其他子像素 膜生成颜色子像素并组合显示彩色图像。这些传统 按如下方式排列：蓝一黄绿一经一青绿或红一蓝一 的Ｒ、Ｇ、Ｂ三基色ＬＣＤ仅能获得４０～７０％的 青绿一黄绿。 ＮＴＳＣ值，而且显示蓝绿色、翠绿色 效果不佳。然而市场需要色度延伸 范围更广、色彩更丰富、颜色更逼 真的显示屏。传统的ＲＧＢ子像素 ， ＬＣＤ的色域可以通过缩成彩色滤 ８ 糌 光片光谱而得以提高，但同时使 ＬＣＤ面板透过率下降；另外，一种 拓宽色域范围的方法是使用ＲＧＢ 发光二极管［５１（ＬＥＤ）作为背光源， 波长（ｎｍ） 红 黄绿蓝 青绿 但其能量效率低，比常用的白色 （ａ） （ｂ） ＬＥＤ背光厚度大，而且白色ＬＥＤ 图２ （ａ）四基色基本概念，传统绿色用黄绿色（ＹＧ）和青绿色（ＥＧ）替 有温度依赖性。只有色序ＬＣＤ［６１在 代；（ｂ）最新开发的四基色彩色滤光膜显微照片，４个子像素组成 不需要彩色滤光片时，才可以实现 和传统三基色ＬＣＤ一样的正方形 ２６现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ａｕｇ．，２００７，总第７８期 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｅｉｊｉ Ｃｈｉｎｏ：广色域移动显示产品开发 在中心位置最小，但颜色随横断面位置也变化较 露 露 一大。像红和黄绿这样的高色度颜色子像素，在组合 显示黑色时也显示了其各自的颜色。同样在图３ （ｂ）中可以看出，在黄绿和青绿颜色相邻的红一蓝 青绿一黄绿子像素排列情况下，有明显的绿色显 示，组合显示颜色有严重的伪彩出现。如图３（ａ）中 子像素位置 子像素位置 间图所示，尽管蓝一黄绿一红一青绿排列的Ｌ 值 和如图３（ａ）右所示的最差的情况变化几乎相同， ａ＊、ｂ＊变化也相差较小，但其对比度最好，边缘伪 无子像素 蓝一黄绿～红一青绿 红一蓝一青绿一黄绿 （ａ） 彩也相对轻微，这种排列可以弥补红一蓝一青绿 一黄绿排列的不足。图３（ｂ）对单词”Ｎｅｗ”的模拟 结果也证明蓝一黄绿一红一青绿的排列方式是四 闺嗑一黄绿一红一青绿懿红一蓝一青绿一黄绿 （ｂ） 基色彩色滤光膜设计的首选。 开发这种四基色显示屏，我们采用了一种用于 低温多晶硅（ＬＴＰＳ）或非晶硅（ａ—Ｓｉ）ＴＦＴ—ＬＣＤ超 精细工艺技术。此技术可使驱动器走线更细，晶体 管尺寸更小，从而使四基色系统和传统的三基色有 图３ （ａ）在白色背景上显示一条黑线的测试画面上进 行Ｓ—ＣＩＥＬＡＢ模拟．研究１２种子像素排列方式 和边缘伪彩色显示之间的关系．左图是无子像素 情况，中间图是子像素蓝一黄绿一红一青绿排列情 况．右边图是子像素红一蓝一青绿一黄绿排列情 况；（ｂ）类似（ａ）作显示字符”Ｎｅｗ”的模拟结果 相同的像素结构，而像素密度更高。一般的移动电 话显示屏像素密度大约为２００ｐｐｉ，而ＰＦＣ技术结 合ＬＴＰＳ技术可达２８０ｐｐｉ。 Ｓ—ＣｌＥＬＡＢ模型模拟结果如图３（ａ）所示，此图 ＲＧＢ—ＬＥＤ和色序背光系统可用于拓宽ＬＣＤ 色域。但为获得白平衡显示，ＲＧＢ—ＬＥＤ背光系统必 须调整每个ＬＥＤ灯电流强度，为控制每个ＬＥＤ灯 亮度平衡必须增加外部控制电路。色序背光系统也 需要额外的电路和三倍频驱动来防止显示闪烁、颜 说明了Ｓ—ＣＩＥＬＡＢ模型如何在人的视觉系统（ＨＶＳ） 中呈现出相同的低通空间滤波效果。Ｓ—ＣＩＥＬＡＢ是 一种考虑了人眼怎样处理空间频率依赖的色差信息 并提供了一种在四基色系统中的不同子像素排列方 式下对边缘伪彩显示进行量化的方法。 图３（ａ）举例说明了３种沿显示黑线横断面的 色分离。这两种拓宽色域手段都有高功耗的缺点， 难以应用于移动产品。ＰＦＣ自开发之初即锁定移动 产品市场，因此，我们使用有良好市场应用记录的 白背光系统。使用在现有商业化背光基础上改良的 适用于四基色ＬＣＤ的白色ＬＥＤ背光即可。 亮度和颜色变化，它们分别是最佳子像素排列、最 差的子像素排列以及无子像素排列的情况。在 Ｓ—ＣＩＥＬＡＢ表色系统中，Ｌ 是和亮度相关并表示人 眼能觉察到的那部分亮度，ａ 和ｂ 值分别是沿红 一我们通过缩短白背光的峰值波长来补偿四基色 滤光片（图２（ｂ））的绿色浅化。白背光颜色在量产中 有从黄色至蓝白色几个类别，我们选择蓝白色ＬＥＤ 背光进行量产，在有双绿色区域的四基色ＬＣＤ上，通 绿和黄一蓝轴的色度坐标。在图３（ａ）所示无子 像素的情况下，图中Ｌ 值随位置变化在横断面有 最小值，ａ 、ｂ＊值沿横断面位置均不变，也就是亮 度在横断面中间位置有最小值，颜色不变，这和预 期结果一致。最差的情况如图３（ａ）所示，Ｌ 值随位 置变化几乎呈左右对称变化，但ａ 、ｂ 值依位置不 过控制所用的白色ＬＥＤ背光峰值波长也可以获得好 的白态显示。这样ＬＣＤ模组结构简单、功耗低，适用 于移动产品。通常所用的移动电话显示屏ＮＴＳＣ一般 为５０％，而ＰＦＣ技术可使ＮＴＳＣ值高达１０８％。 同有呈现左右相反的较大波动。这意味着黑线亮度 Ａｕｇ．，２００７，总第７８期 现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ ２７ 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｅｉｊｉ Ｃｈｉｎｏ：广色域移动显示产品开发 过程中，加载数据集并根据输入位置写入这些数据。 色彩控制 具体的色彩转换电路将在ＩＤＷ２００６中详细介绍 ２１。 我们同时开发了使用这种色彩转换算法的驱 颜色管理系统是电子显示器件基本技术之一。 动ＩＣ（图４（ｂ）），它具有压缩格式的色域延伸算法， 低ＮＴＳＣ比是电子器件颜色信号输出的基础。因 因此无需增加产品的主存。使用这种色彩转换系 此，如果在ＰＦＣ显示屏上使用这样未经修正的颜色 统，在输入常规的三基色信号后，内置在ＬＣＤ驱动 信号则将产生很多问题，例如，灰度分级不明显，彩 电路中的系统能自动地将其转换成四基色信号。 色显示不够逼真。为此我们开发了具有色彩转换运 算功能的ＬＣＤ驱动ＩＣ，它可以实现将ＲＧＢ型号转 显示性能 换成适用于ＰＦＣ的四色信号。 一般来自主系统的ＬＣＤ模组输入信号由Ｒ、 图５中分别展示了ＰＦＣ面板色度点（四边形）和 Ｇ、Ｂ信号组成。有些文献［１０－１１ 报道了ＲＧＢ三基色 喷墨打印机色域 （彩色线条），这是众所周知的自然 信号转换为多基色信号的转换算法，而一个简单的 色和真实的表面色。除紫红色色坐标部分有少许不一 算法有利于降低硬件成本和功耗。为此，我们开发了 致外，喷墨打印的整个色域几乎都可以被四基色 三基色和多基色信号转换ＩＣ，优化用于四基色系统 ＬＣＤ色域覆盖。换句话说，我们开发的用ＬＥＤ作为白 的输入信号。图４是最近开发的将三基色转换为四 背光的四基色ＬＣＤ能再现所有的自然色和真彩色。 基色信号的颜色转换运算总图，该算法具有ｙ转 换、三基色向四基色信号转换、反转ｙ转换功能。为 获得简单的颜色转换运算，我们选用三栅高饱和色 彩转换技术（３ＤＬＵＴ）作为三基色转换为四基色算 法。图４（ａ）是三栅格３ＤＬＵＴ算法结构图。被转换数 据（Ｒ２，ＹＧ２，Ｂ２，ＥＧ２）位于立方体每个格子中。转换 （Ｒ ｚ，ＹＧ：，Ｂ：，ＥＧ）／ ／ ＼‘ Ｂ。，■ ｊ： ３ＤＬＵＴ Ｌｏａｄｉｎｇ １ Ｉ ｌ ，．＇－，－－－ｒ－￣－．，，４－ １ 图５ ＰＦＣ面板色度坐标点（四边形）和喷墨打印 差值计算 ｝ Ｒ２，ＹＧ２，Ｂ２，ＥＧ２ ｌ ：： ：： 机色域比较 使用这种ＰＦＣ技术的ＬＣＤ今年夏天已经批量 输出信号至 生产，目前主要应用于２ｉｎ至１０ｉｎ的中小尺寸产品 ＰＦＣ ＬＣＤ 中。同时ＳＥＩＤ将锁定移动电话、数码相机、ＰＤＡ、数 阼 ． ｌＲ 字照片浏览器、手持视频游戏机、汽车仪表板和正 蓬勃发展的移动卫星电视市场。 ‘ ．＿＿巳 参考文献： （ｂ） 【１】～【１３】略 图４（ａ）三栅３ＤＬＵＴ算法，被转换数据（Ｒ，ＹＧ２， Ｂ２，ＥＧ２）－｛￣－于立方体每个格子中；（ｂ）新开发 刘金权，潘良玉译自 的使用三栅３ＤＬＵＴ算法驱动ＩＣ ｛Ｉ ｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ｝ｌ １／０６ ２８现代显示Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ａｕｇ．，２００７，总第７８期
