五基色LED显示的产业化探索

        随着zui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。

        一、三基色LED显示的现状及市场的进一步需求

        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zui大份额，而且这一状态还会持续很多年。然而，近期的国际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，已经不能满足一些领域的细节显示要求。比如专业广告领域，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） *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，zui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；

        *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zui后的显示，全部设备及接口的标准进入五基色的标准。

        在*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）*阶段的色度空间转换，因为运算结果的不*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，所以只能考虑应用及消费市场。

        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zui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。