廣色域

廣色域

目前傳統的液晶顯示器同樣存在或多或少的缺點,其中對對於LCD技術的批評最多的往往是在其色彩的表現上。人們總是抱怨LCD的色彩不如CRT和PDP漂亮。我們首先來看一組數據。傳統CRT的色彩表現數量是無限多的,PDP等離子顯示器可以達到幾十億,而LCD的色彩表現數量只有可憐的16.7M,在色彩表現上多少有些偏差。正因為如此,廠商們正在致力於推出各種新型LCD顯示技術,一些號稱支持廣域色值的LCD產品已經繼續上市,以更寬的色域徹底顛復了LCD色彩質量相對較低的舊形象

優勢

在計算機圖形處理中,色域是顏色的某個完全的子集。顏色子集最常見的套用是用來精確地代表一種給定的情況,例如一個給定的色空間或是某個輸出裝置的呈色範圍。1931年,國際照明委員會CIE制定了CIE1931RGB系統,規定將700nm的紅、546.1nm的綠和435.8nm的藍作為三原色,後來CIE1931-xy色度圖成為描述色彩範圍最為常用的圖表。色域就是在這張圖上所復蓋的範圍,而這個範圍就是由RGB三種純色的坐標所圍成的三角形或者多邊形(增加補色)的面積。

一般在PC監視器套用方面, 多以sRGB為標準的色域定義,sRGB是微軟作業系統所提供的標準定義,而在AV套用方面,採用的多是NTSC定義,在顏色涵蓋度方面要比sRGB來得廣。但是色域並不是越廣就越好,即使監視器本身能夠達到超高色域,但是這些多出來的顏色不一定能為人眼所辨識, NTSC算是普偏公認的色域定義標準, 而在部分特殊套用上(如印刷或印前作業),也有使用廠商自訂的色域規範。而顯示裝置所能提供的顏色範圍能夠涵蓋多大比例的特定色域定義,我們就可以將之稱為符合70%的NTSC色域飽和度,或者是符合90%的sRGB色域飽和度等。

色域的呈現主要在 背光的選擇上,眾所周知,液晶面板本身並不發光,而是必須透過背光的光線才能夠顯示畫面。無論是台式LCD,還是筆記本螢幕主要是使用CCFT(Cold Cathode Fluorescent Tube,冷陰極螢光燈)來作為背光源。傳統CCFL燈管在螢光材質上的限制,紅光呈現能力偏弱,加上所搭配的彩色濾光片的混色效果較差,最終呈現的色域飽和度不佳,導致主流的LCD監視器或電視在色域呈現能力上不足,色域範圍只有NTSC標準的65%~75%。當顯示器的色域範圍超過這個標準,就被稱為廣色域。(註:廣色域並不是一定很嚴謹的說法,只是為了與普通LCD的色域標準有所區,才有廣色域這一說。)說的直觀點,色域越廣顯示的色彩就越豐富,最終可以獲得更加真實的色彩還原。

針對CCFL背光技術存在色域表現不理想的缺點,LCD廠商一直有努力改進新一代LCD在色彩顯示的效果,已經有相當一部分主流LCD顯示器支持的色域達到NTSC的90%以上,甚至到了97%,這也就是我們要說的廣色域液顯顯示器。廠商提升液晶顯示器廣色域的方法主要有增加原色數目及改用更先進的背光技術。

增加原色數目,就是通過採用多原色(例如,4原色、5原色或6原色)的組合設計方式,增大欲複製的色域範圍,常見的就是採用多色彩色濾光片。比如,同樣是使用CCFL作為背光燈源的模組基礎下,奇美電子就開發出了採用4色以上多色濾光片來作為色彩表現,分別是在原有的R(紅色)、G(綠色)和B(藍色)3色上,增加了追加了Y(黃色)和C(青色)的5色濾光片的面板,這樣可以擴大液晶色彩表現範圍,以增加Y(黃色)和C(青色),及增加Y(黃色)的面板為例,其色彩表現範圍與NTSC範圍相較,分別為115%和109%。而增加白色的彩色濾光片的目的僅為提高面板整體的亮度。這種方法亦不失為一種有效的廣色域顯示設計方法,不過這並不能根本上解決問題,影響色域呈現能力主要還是在背光模組技術方面。因此廠商在CCFL基礎上又推出了W-CCFL背光技術來提升LCD的色域值。W-CCFL只是在屏光材質進行改良,在CCFL基礎上採用了特殊的塗層就能將色域飽和度從原本的72%NTSC提升到92% NTSC的程度,相對於多色濾光片方案來說幾乎不會增加成本,因此大多數主流廣色域液LCD顯示器都是採用此此種背光技術。只要是色域範圍在 NTSC90%左右者,幾乎都是此類燈管。當然,這是在CCFL光源的基礎下,利用以上技術可以來達到提升色域的目的,但是終究由於先天的限制,無法大幅度的讓色彩表現範圍擴大。這時廠商們將目光放到了LED背光技術之上。

LED 英文全稱為Light-Emitting-Diode,中文叫發光二極體,是一種將電流順向通到半導體PN結處而發光的器件。LED最顯著的優點是擁有更好的色域,色彩表現力強於冷陰極螢光燈背光,可對顯示色彩數量不足的液晶技術起到很好的彌補作用。目前LED背光源的色域範圍甚至超過最高等級的 Adobe RGB和NTSC色彩標準,令LCD顯示器可擁有極為出色的色彩表現(與NTSC規格相比,採用LED背光的LCD顯示器色域範圍一般可以達到它的 105%。

不過,LED背光源系統的成本要遠高於冷陰極螢光管。LED背光模組零組件的價格平約為CCFT的5倍左右,螢幕尺寸越大,採用LED背光技術的成本就越高。這也是為什麼採用LED背光技術的廣色域液晶的售價高居不下的原因。

色彩空間

首先,我們需要搞清楚色域到底是個什麼概念。色域 Color Gamut,就是指某種設備所能表達的顏色數量所構成的範圍區域,即各種螢幕顯示設備、印表機或印刷設備所能表現的顏色範圍。在現實世界中,自然界中可見光譜的顏色組成了最大的色域空間,該色域空間中包含了人眼所能見到的所有顏色。

伴隨“色域”這一辭彙,我們還常常能看見“色彩空間color space”這一名詞。色彩空間的是指某種顯示設備能表現的各種色彩數量的集合,色彩空間越廣闊、能顯示的色彩種類就越多,色域範圍也就越大。

為了能夠直觀的表示色域這一概念,CIE國際照明協會制定了一個用於描述色域的方法:CIE-xy色度圖。在這個坐標系中,各種顯示設備能表現的色域範圍用RGB三點連線組成的三角形區域來表示,三角形的面積越大,就表示這種顯示設備的色域範圍越大。

在不同的設備領域,還有一些不同的色域標準,而在廣播電視領域,我們最常用到的則是NTSC色域標準。

NTSC色域標準的是NTSC電視制式的一部分,由於使用的比較廣泛,因此已經成為衡量各種顯示設備,特別是電視機色域表現能力的標尺。但是, NTSC色域的範圍仍然是一種局限性比較大的標準,其空間相對較小,因此也受到了其他色域標準的競爭壓力,例如prophoto RGB、xvYCC色域等廣色域標準。

色深

另一個容易和色域混淆的概念是就是電視面板的色深。主流的液晶面板都採用的是每種原色8bit的色深,而SONY又推出了10bit液晶面板驅動技術,因此總有人會認為高色深帶來了更寬廣的色域,而這恰恰是一個誤區。採用高bit帶來的好處是色彩的精度會大大增加,而並不會提升顯示設備的色域範圍。

由於平板電視內部都是數字處理電路,所以每種色彩的都會用各種二進制數值來表示。以8bit為例,一個8位的2進制數可以表示從0-255共256 個數值,即某種色彩只有256級差別,而採用10bit後,則表示的數值範圍會擴展到從0-1023,可以描述出1024個色彩級別。所以對於同樣的原始信號而言,用高色深相當於用更加精確的數量級來描述原始信號,而不會改變原始信號本身。所以,高色深只能讓顯示設備表現的色彩更加精確,色彩之間的過渡更加平滑,而對色域並沒有什麼提升作用。

顯示途徑

目前業界的共識就是採用LED背光才是提高液晶顯示器色域範圍的最佳辦法。所謂的LED(Light Emitting Diode),即發光二極體,是一種半導體固體發光器件,它是利用固體半導體晶片作為發光材料,當兩端加上正向電壓,半導體中的載流子發生複合引起光子發射而產生光。LED可以直接發出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。這類LED背光技術在筆記本電腦螢幕、液晶電視上已經早有套用,但是桌面液晶顯示器上還未有太多的實踐。

在前面已經講到,液晶顯示器的液晶本身是不會發光的,而是靠透過背光的光線來顯示圖像,因此LCD的背光模板對色域具有決定性的作用。主流的CCFL (冷陰極背光燈)由於受到發光範圍限制,無法讓液晶顯示器達到寬廣的色域顯示範圍,因此主流的液晶顯示器的色域範圍都只有NTSC 70%左右,即使採用改善的設計令其擁有更大一些的色域範圍,但效果並不是非常理想,同時還有可能帶來降低燈管壽命的後果。

針對CCFL(冷陰極背光燈)的缺點,LED發光二極體就被寄與了厚望。與CCFL冷陰極螢光燈相比,LED發光二極體具有寬色域、白點可調、高調光率及長壽命等優點,主要有反饋型LED背光源、結合型LED背光源兩種。

在大家最為關注的色彩方面,由於LED背光源可以經過一個light guide分散以後通過反射鏡進行反射後達到一個統一的亮度,另外,隨機攜帶的軟體可以對色彩的背光進行全部控制,也就是說再也不需要對燈管的缺點進行補償,就可以達到一個真正完全的白色光源的效果。另外,在內置感測器以及電路物幫助下,用戶還可以根據自己的需要在SpectraView中對背光進行調節,也就是說色彩更加豐富,能夠提供普通LCD不能呈現出來的色彩範圍。採用LED背光的LCD的色域範圍都可以達到110%以上。

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