五基色LED显示的产业化探索
五基色LED显示的产业化探索
深圳市艾比森光电股份有限公司
梁文骥贺焱
摘要：随着最终用户对显示效果的要求不断提高，市场对大型LED显示系统色域的扩展有了进一步的需求；本文通过对基于三基色LED显示系统中色域的分析，探索技术解决方案。通过对基于五基色的LED显示技术的理论探索，试图找到产业化的具体方向。
关键词：五基色；LED显示系统；色域扩展
Search the industrial solution of five primary color LED display Shenzhen Absen Optoelectronic Co., Ltd.
Michael Liang Alan He
Abstract: With the end-user requirement for display is ever increasing, the market for large LED display system has been further expanded color gamut needs; Based on the three primary color LED display system for the color gamut analysis and exploratory technical solutions. Through the five primary color LED display based on theoretical exploration technology,trying to find the specific direction of the industry.
Key words: Five primary color; LED display system; color gamut expansion
一、三基色LED显示的现状及高端市场的进一步需求
LED显示，从上世纪80年代初的单色无灰度显示，到80年代末的双基色多灰度显示（R+YG），再到90年代中期的三基色(R+G+B)显示，人们一直致力于真实地还原自然界的缤纷多彩，经过长期的产业化发展，到了近期，三基色的LED 显示器件在亮度、波长、色纯度、减少光衰以及降低故障率等各方面性能都有了大幅度的提高，进入成熟阶段。到现在，LED显示设备一直占有户内户外大型显色领域中最大份额，而且这一状态还会持续很多年。然而，近期的国际高端的应用领域对现有的显示效果提出了进一步要求，特别是色域这一规格，已经不能满足一些高端领域的细节显示要求。比如高端专业广告领域，国际会议高清屏幕等等；一些国家的标志或公司的LOGO，有着及高的色值标准，产生任何视觉偏差都会引起异议甚至国际矛盾。
分析LED显示设备的色域再现能力，如图一所示：三基色LED显示器件的色域已经达到了NTSC标准色域的120%，然而，在CIE标准色域图中，还有接近40%的面积在三基色LED显示区域之外。怎样进一步扩大显示色域的范围是我们满足高端需求的重要探索方向。
图一：LED三基色显示与NTSC标准和sRGB的色域比较
二、颜色再现相关细分行业色域扩展上的解决方案：
随着市场对色域再现要求的不断提高，各个领域不断出台新的解决方案和标准解决这一问题。
a)LCD的解决方案：
LCD显示行业从传统的CCFL背光，到了2004年出现RGB LED背光，到
现在已经非常普及；到了2006年出现LED激光背光。到了2007年由三
洋-爱普森首先推出移动产品的四基色显示设备，使色域增加到了NTSC
标准的100%以上；
b)印刷行业的解决方案：从三基色印刷发展到四基色印刷，再进入六基色
印刷标准，近年还在进一步推出更多基色的印刷标准。
c)颜色再现的标准在色域上不断延伸，先后推出了：NTSC 1953标准，sRGB
标准， Adobe RGB标准，Adobe Wide Gamut RGB标准等等，这些标准
都是基于三基色的基础来推出的。
图二：三基色显示各个阶段的标准
三、LED显示在扩展色域方案上的选择和可行性论证：
根据色度学理论，有几种方法解决“现有三基色基础上色域拓展”的问题。
a)第一种方案：提高三基色每种颜色的色纯度，然而，常规工艺生产
出来的LED材料，每种颜色都有相近的杂散波长的分量，使这个努力方向始终没有结果。提高LED器件的色纯度，现在只有LED激光器能做到，如图三，色域可以达到NTSC标准的150%以上，效果比较好；然而这种方法用到批量化的生产中几乎不可能。
图三：激光LED器件的色域
b)第二种方案：增加基色的数量，选择现阶段量产成熟的波长的LED
发光材料，我们选择了青色（C：505nm）和黄色（Y：580nm），形成RGCB 四基色或者RYGB四基色或者RYGCB五基色的像素组合，如图四，五基色时色域可以达到NTSC标准的200%以上。实验也充分证明显示的色域有明显的改善。
图四：RYGCB五基色LED显示的色域图
c)沿着第二种方案的思路，继续增加基色的数量，问题出现了，首先是成本增加的比例和效果改善不成正比，其次是其它波长的LED材料量产的成熟度有也有问题；
综上所述，最佳的扩展色域的方法是RYGCB五基色显示的方案。比较结果如表一。
表1 LED显示色域扩展方案比较表
四、五基色LED显示系统产业化的探讨
1)分过程产业化：
完整的LED显示视频系统的应用如下表，分为前段和后段。前段为通用的视频设备，后段都是LED显示的专用设备。
表二：视频系统前段设备：
表三：视频系统后段设备：
五基色LED显示理论分析是没有问题的，产业化需要分两个阶段进行；
第一阶段，是基于现在的视频前段设备及接口的标准不变的前提下，即还是现在的三基色标准，只是将LED显示的后段设备完全进入五基色的显示标准中；这也是第二阶段的基础。
第二阶段，从前端的视频源的形成开始一直到最后的显示，全部设备及接口的标准进入五基色的标准。
在第一阶段中，后段设备的输入仍然是三基色的讯号，所以在视频处理器中做色度空间转换的工作，是本设计的关键理论，比较繁琐，将在另一文章中详细阐述。
2)产业化过程中注意的问题：
a)第一阶段的色度空间转换，因为运算结果的不唯一性，容易造成
颜色的失真，需要不断的实验校正，形成正确的数学运算模型。
b)开始阶段因为显示部分增加了两种波长的LED器件和驱动，整体
成本明显提高，所以只能考虑高端应用及高端消费市场。
c)因为器件数量的增加，小间距显示屏设计难度进一步增加。
五、结论
色度处理技术贯穿着LED显示屏的发展史，是LED显示屏这门综合性学科中最核心的技术之一。基于五基色的LED显示技术更能符合人类对显示设备的高端需求，是未来LED显示的一个重要发展方向。理论和实验都充分证明，基于五基色的LED显示技术进入产业化是可行的。
参考文献：
[1]李熹霖．LED全彩色显示屏的白平衡和色均匀问题．现代显示，2004，42：15-18．
[2]程德诗．LED显示屏色度处理技术诌议．现代显示，2006，64：23-26．
[3]洪震．LED显示屏主要参数与人眼视觉特性的关系．现代显示，2004，42：48-49．
[4]EUi Chin．广色域移动显示产品开发．现代显示，2007，78：25-28．
[5]崔晓艳，张晓冬．基色LED的光谱漂移及其对显色性能影响的研究．光谱学与光谱分析，2012，32：2190-2193．
[6]邹静燕，金笑丛，袁旦，屠彦，雷威，张晓兵．基于单片LCoS四基色时序彩色显示的模拟．液晶与显示，2007，22：55-60．
[7]张建勇．基于色度学的人眼彩色探测特性分析．北京理工大学学报，2003，23：440-443．
[8]屠彦，I．Heynderickx ，李晓华，王莉莉．基于颜色再现的多基色系统的研究．现代显示，2004，44：11-16．