1.7 画质改善技术

常见的画质改善技术有量子点技术、高动态范围图像技术、局域调光技术、姆拉擦除技术、运动图像补偿技术和帧频转换技术等。
1.7.1 量子点技术
量子点(Quantum Dot,QD)是一种由II~VI族或III~V族元素(含锌、镉、硒和硫原子)组成的纳米级颗粒,其粒径一般介于 1~10nm。由于电子和空穴被量子限域,量子限域效应特别显著,连续的能带结构变成具有分子特性的分立能级结构,因此量子点颗粒受激后发射峰极窄,光谱纯度高。量子点的发射光谱可以通过改变量子点的粒径和化学成分来控制,使其发射光谱覆盖整个可见光区。因此,QD技术被应用于液晶显示器中,是作为蓝光LED的受激激励对象,在蓝光光谱的激发下,发射出更纯的红光和绿光,从而扩大了显示器的色域。QD技术被应用于液晶显示器的背光中,主要是以量子点膜材(QDEF)或量子点管(QD Tube)或作为荧光粉封装在LED灯帽上(QLED)来实现。
量子点技术出现后,平板显示在高色域画质方面掀起了一股旋风,其NTSC色域高达100%以上,显示画质鲜艳度甚至可以与OLED显示器相媲美。但是作为一种新兴的技术,QD点材料在可靠性方面还需要提高,而且可能含镉重金属,对环境有危害。QD点材料抗湿汽和抗高温能力差,受水汽或高温的影响,QD点的受激发射特性会下降,即发射红光和蓝光的能力下降,导致显示器出现色偏发蓝的现象。
1.7.2 高动态范围图像技术
高动态范围图像技术(High Dynamic Range,HDR)是目前正推广应用于液晶显示器中的画质渲染技术,其技术出发点就是让观众通过显示器能体验到更接近于自然的现实环境画面质量。相比普通画面,HDR显示的画面能提供更多的动态范围和图像细节,更能显示出高光区域和暗部区域的细节,使显示画面更柔和,如图1.13所示。

图1.13 有无HDR功能的显示图像对比
HDR技术是一种图像的后期处理技术。为了更好地反应高光区域和暗部区域的细节,对色深(Color Depth)的要求由目前的8bit提升到10bit以上,使画面灰阶数由256提升到1024灰阶以上;对背光的要求是LED背光具有高亮度峰值驱动算法的局域调光技术(背光要有128个区块以上),使显示亮度范围从0.4~500nit提升到0.05~1000nit;对图像数据的要求是输入原始HDR图像数据或经过算法把LDR(Low Dynamic Range)的数据提升为HDR数据。
1.7.3 局域调光技术
局域调光技术(Local Dimming)是将整个LED背光源分割为若干个可独立驱动的区块(Block),根据画面显示灰阶而自动调整该区块LED驱动电流,即调整该区块的背光亮度,实现显示画面对比度提升的画质提升技术。局域调光技术通常只适用于直下式背光。如果是侧光式背光,一般采用 LED 灯亮度整体调整的方式来提升画质或降低功耗,这种调光技术被称为全域调光技术(Global Dimming)。图1.14显示了局域调光技术显示的画面及其背光区块的亮度。从图1.14中可以看出,背光划分的区块越多,显示效果越好。在设计上,区块的划分与 LED 灯的排布、背光驱动电源效率和时序控制器支持的通道数有关。

图1.14 局域调光技术显示的画面及其背光区块的亮度
1.7.4 姆拉擦除技术
姆拉擦除技术(De-mura)是对显示画面的几个特定灰阶进行拍照拾取画面灰度数据,然后通过算法,把局部灰度异常的区域通过数据驱动信号的调整,实现整体灰度一致性的画面提升技术。对于应用了姆拉擦除功能的显示屏,其调整的数据驱动信号代码(Code)一般烧录到屏上X-PCB板上的存储器上。显示屏每次开机,时序控制器先调用该代码,实现对输入数据信号的校正,使屏幕中灰度异常区域得到抑制。姆拉擦除技术只能对屏幕上固定不动的、灰度变化不是太明显的块状不良有良好的修复效果。图1.15是姆拉擦除前后画面显示灰度的对比。

图1.15 姆拉擦除前和擦除后画面灰度改善效果对比
1.7.5 运动图像补偿技术
运动图像补偿技术(Motion Estimate and Motion Compensation,MEMC)是一种在帧与帧画面之间插帧的动态画面补偿技术,它首先通过运动图像评估算法,评估出图像的运动矢量,然后再通过运动图像补偿算法,估算出下一帧即插帧的图像数据,从而实现运动画面显示更加清晰流畅、无运动拖尾的显示效果。采用 MEMC 技术的显示器画面帧速提升了 1 倍。如果是 60Hz数据源输入到120Hz的显示器中,没有启动MEMC功能,则数据源中的每帧数据在显示屏上连续显示了两次,即两帧是同一数据;如果启动了MEMC技术,则数据源的帧与帧画面之间增加了一帧运动图像补偿画面,即显示屏上每帧数据各不相同,实现了运动图像的更连贯、更顺畅显示,如图1.16所示。

图1.16 运动图像补偿原理示意图
1.7.6 帧频转换技术
帧频转换技术(Frame Rate Conversion,FRC)利用了人的视觉惰性的生理特性,通过控制多个帧的像素实现插入中间灰阶的方法,从而实现显示画面灰阶数的增加。灰阶数增加,也使画面颜色更丰富更鲜艳。例如,输入信号为 6bit,则通过FRC功能,在每两个灰阶中插入3个灰阶,能实现将6bit数据转换为8bit数据。FRC实现原理如图1.17所示。

图1.17 帧频转换技术原理示意图
FRC是通过时分算法(时域)实现显示画面的灰阶数增加,从原理上来说会引起画面闪烁。而图像抖动技术(Image Dithering)是通过空域算法给多个相邻像素输入不同灰阶来合成新灰阶的方法,从原理上来说会降低画面分辨率。图像抖动实现原理如图1.18所示。

图1.18 图像抖动技术原理示意图