摘要:簡要介紹LCD電視以及影響色域覆蓋率的彩色濾光片(Color Filter,CF)與白光LED,并對LCD中CF與白光LED間的轉(zhuǎn)化關(guān)系、色域覆蓋率的計算方法進行了說明,同時結(jié)合實例對不同色域覆蓋率下背光用白光LED的熒光粉方案作了簡略說明。
關(guān)鍵詞:LCD、色域覆蓋率、CF、熒光粉方案
1引言
由于LED具有高色彩表現(xiàn)力、高光效、低碳環(huán)保、節(jié)能的特點,目前市面上有很大一部分LCD電視開始采用LED作為背光源。但由于LED白光合成的多變性,很多封裝廠商的技術(shù)人員對在已知色域覆蓋率的要求下如何選擇與LCD匹配的熒光粉方案不甚了解。同時,由于各電視廠商LCD的不同,導(dǎo)致封裝廠商的技術(shù)人員在尋找滿足色域覆蓋率需求且與LCD匹配的熒光粉方案上需要進行多次、長時間的封裝驗證。本文主要對LCD中CF與白光LED間的轉(zhuǎn)化關(guān)系、色域覆蓋率的計算方法以及在已知色域覆蓋率的要求下如何選擇與LCD中CF匹配的熒光粉方案進行了說明與分析,以供封裝技術(shù)人員進行參考。
2 LCD電視及色域覆蓋率的相關(guān)說明
2.1 LCD電視介紹
LCD:Liquid Crystal Display的簡稱,液晶顯示屏的全稱,它包括了TFT,UFB,TFD,STN等類型的液晶顯示屏。
液晶(Liquid Crystal):是一種介于固態(tài)和液態(tài)之間的物質(zhì),是具有規(guī)則性分子排列的有機化合物,如果把它加熱會呈現(xiàn)透明狀的液體狀態(tài),把它冷卻則會出現(xiàn)結(jié)晶顆粒的混濁固體狀態(tài)。正是由于它的這種特性,所以被稱之為液晶。用于液晶顯示屏的液晶分子結(jié)構(gòu)排列類似細火柴棒,被稱為Nematic液晶,采用此類液晶制造的液晶顯示屏也就稱為LCD。
LCD電視:用液晶顯示屏做顯示器的電視機。
2.2 LCD的構(gòu)造與顯像原理
2.2.1 LCD的構(gòu)造
以TFT類型的液晶顯示屏為例,其構(gòu)造中主要包含背光源、導(dǎo)光板、上下偏振片、液晶、彩色濾光片、薄膜晶體管等(構(gòu)造示意圖見圖1),主要構(gòu)造的作用說明如下:
背光源(Back Light):LCD的顯像原理是靠液晶阻擋光線的分量達到控制明暗,必須要有光源才可能在屏幕上看到圖像,所以背光源負責(zé)為液晶屏顯像提供最基本的光源。
導(dǎo)光板(Light Guide Plate):使光線均勻分布在整個屏幕上;
3、下偏振片(Up/Down Polarizer):背光源送出來的光線方向性不一致,呈放射狀,如果這樣的光線通過液晶分子的扭轉(zhuǎn),我們在屏幕上還是看不到我們想看到的圖像,此時,下面的偏振片則承擔(dān)了將光線的方向規(guī)范成一致后再送往液晶層的工作。
4、薄膜晶體管(Thin Film Transistor,TFT):控制液晶分子的扭轉(zhuǎn)角度
5、液晶(Liquid Crystal):這層液晶分子在TFT控制下發(fā)生扭轉(zhuǎn),達到將方向一致的光線通亮進行控制,從而在通往后面像素單元的光線明暗度發(fā)生了改變。
6、彩色濾光片(Color Filter):白色經(jīng)過濾光片后,我們可以看到與濾光片對應(yīng)顏色的光線被傳出,所以在液晶顯示屏中,彩色濾光片的功能是上色。
圖1 LCD的構(gòu)造圖
2.2.2 LCD的顯像原理
LCD的顯像原理是將液晶置于兩片導(dǎo)電玻璃之間,通過控制上下兩層偏振片及上下兩個電極間電場的驅(qū)動引起液晶分子扭曲向列的電場效應(yīng),以控制背光源的透射或遮蔽,同時結(jié)合其他的控制及附屬功能層共同實現(xiàn)還原畫面的功能。
2.2.3 LCD電視的背光源介紹
由于液晶必須借助額外的光源才能發(fā)光,LCD電視常用的背光源有CCFL(冷陰極熒光燈管,也就是我們常見的日光燈)、LED(發(fā)光二極管)、HCFL(熱陰極熒光燈管)等幾種。其中CCFL是目前最常用的LCD背光源,通常也稱傳統(tǒng)背光源;
CCFL與LED的對比:
CCFL——由硬質(zhì)玻璃和三基色熒光粉封接制作而成,燈管內(nèi)有適量的水銀和惰性氣體,管內(nèi)壁涂有熒光粉,兩端各有一個電極,缺點在于所表現(xiàn)的顏色有限。
LED——是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件,利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料,在半導(dǎo)體中通過載流子發(fā)生復(fù)合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射,直接發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。正因為LED發(fā)光二極管具有好的色彩表現(xiàn)力,目前已經(jīng)全面替代傳統(tǒng)冷陰極熒光管的光源。
2.3色域覆蓋率
2.3.1色域覆蓋率含義
色域(Color Gamut):就是指某個顯示系統(tǒng)所能表達的顏色數(shù)量所構(gòu)成的范圍區(qū)域。
為了能夠直觀的表示色域這一概念,CIE國際照明協(xié)會制定了一個用于描述色域的方法:CIE-xy色度圖。在這個坐標(biāo)系中,各顯示系統(tǒng)能表現(xiàn)的色域范圍用RGB三點連線組成的三角形區(qū)域來表示,三角形的面積越大,就表示這種顯示設(shè)備的色域范圍越大。
色域覆蓋率:在CIE-xy色度圖上用顏色標(biāo)出的馬蹄形色度三角形就是人眼能夠看到的顏色區(qū)域,如果某個系統(tǒng)能夠全部再現(xiàn)這個馬蹄形區(qū)域中的顏色就可以說其色域覆蓋率是100%。采用R、G、B三基色再現(xiàn)顏色時R、G、B三個基色坐標(biāo)組成的三角形區(qū)域就是這三種基色所確定的顏色再現(xiàn)區(qū)域,這個區(qū)域與馬蹄形區(qū)域之比就是色域覆蓋率。所以,色域覆蓋率是某個R、G、B三個基色坐標(biāo)組成的三角形區(qū)域面積與標(biāo)準(zhǔn)R、G、B三個基色坐標(biāo)組成的三角形區(qū)域面積的比值。
2.3.2色域覆蓋率的標(biāo)準(zhǔn)
習(xí)慣上,我們將色域覆蓋率稱為色域。在不同的領(lǐng)域,對標(biāo)準(zhǔn)R、G、B三個基色坐標(biāo)的要求不相同,這就涉及到不同的色域評判標(biāo)準(zhǔn)。色域的標(biāo)準(zhǔn)一般有以下幾個:
1)NTSC標(biāo)準(zhǔn):1953年,美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(National Television Standards Committee,簡稱NTSC)基于CIE1931色度圖制定的NTSC標(biāo)準(zhǔn),此標(biāo)準(zhǔn)也是目前國內(nèi)常用的標(biāo)準(zhǔn)。
2)ITU-R BT.709標(biāo)準(zhǔn):國際無線電咨詢委員會(CCIR)于1988年制定的標(biāo)準(zhǔn),用于高清晰度電視(HDTV)演播室的電視制作。
3)sRGB標(biāo)準(zhǔn):1996年,國際電工委員會IEC制定的關(guān)于數(shù)字影像的色域標(biāo)準(zhǔn),此標(biāo)準(zhǔn)主要應(yīng)用在數(shù)碼圖像采集設(shè)備上,在顯示器上沒有全面普及。
4)Adobe RGB標(biāo)準(zhǔn):1998年Adobe公司提出的、擁有比sRGB更為寬廣的色彩空間,一般用于印刷出版、圖片處理等領(lǐng)域。
5)ITU-R BT.1361標(biāo)準(zhǔn):國際電信聯(lián)盟無線電通信組(ITU-R)于1988年制定的基于Pointer色域的寬色域標(biāo)準(zhǔn)。
6)xvYCC標(biāo)準(zhǔn):經(jīng)國際電工委員會(IEC)認可并于2006年1月作為國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的最新一代光色域標(biāo)準(zhǔn),其色彩范圍不僅大大超越NTSC色域范圍,更可以達到sRGB色域的兩倍,此規(guī)格可以定義所有肉眼能見的顏色。
以上幾個色域標(biāo)準(zhǔn)中通用的標(biāo)準(zhǔn)主要為:sRGB、NTSC和Adobe RGB,各自的白光位置、色溫以及RGB基色的坐標(biāo)見表1:
在本文中,我們所說的色域都是NTSC標(biāo)準(zhǔn)下的色域,簡稱NTSC色域。