淺談一種提高液晶電視可視角的方法

余明火，洪文生

（深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司研發(fā)總部，廣東 深圳 518108）

淺談一種提高液晶電視可視角的方法

余明火，洪文生

（深圳創(chuàng)維-RGB電子有限公司研發(fā)總部，廣東 深圳 518108）

液晶屏由于其固有的光學(xué)特性都存在可視角相對較小的問題，提高液晶電視可視角方法各有千秋。對液晶電視顯示結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，闡述了運用雙GAMMA控制提高液體電視可視角的方法，以超高清電視為例，對實現(xiàn)過程進(jìn)行了具體的分析。

雙GAMMA；可視角；液晶分子旋轉(zhuǎn)

在看電視時，當(dāng)站在電視機(jī)正前方水平方向的某一個角度范圍之內(nèi)，可以很清楚地看到電視機(jī)顯示屏上所顯示的內(nèi)容，畫面顏色也很自然、舒服；但當(dāng)斜著看時，并且達(dá)到水平方向某一斜視角時，就不能非常清晰地看到顯示屏的內(nèi)容，這就是電視機(jī)的可視角問題，可以不失真地看到畫面的斜視角范圍即為可視角范圍。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生是與液晶顯示屏的工作原理[1-2]密切相關(guān)的。

眾所周知，顏色都是由三原色混合而成，而看電視斜視會出現(xiàn)失彩等現(xiàn)象，原因也正是因為所接收到的各原色透光差異而產(chǎn)生，在視角上具有一定的局限性。解決可視角小、提高液晶屏可視角的方式也有多種，例如，硬屏通過IPS面板液晶分子始終都與屏幕平行，使開口率降低，減少了透光率，大大提高液晶分子的可視角。而可視角有水平可視角和垂直可視角，本文敘述的是提高液晶分子水平可視角的方法，采用雙GAMMA控制的方式。

1 方案設(shè)計實現(xiàn)

1.1 液晶電視顯示結(jié)構(gòu)

圖1為液晶屏顯示結(jié)構(gòu)原理框圖[3-4]，圖中的最上層為偏光板，偏光板的下面為濾色鏡，濾色鏡下面為液體晶分子，最下層為背光源組件。液晶分子通過旋轉(zhuǎn)不同的角度，來控制液晶分子的透光度，光源透過液晶分子后再經(jīng)過濾色鏡，從而顯示不同的顏色和強(qiáng)度。液晶分子的旋轉(zhuǎn)是由GAMMA電壓對驅(qū)動電壓校正后產(chǎn)生的控制電壓完成的，濾色鏡上每個像素點里面的三原色對應(yīng)著相應(yīng)的液晶分子。為了描述方便，文中對液晶分子的描述直接以RGB三原色表示。

圖1 液體屏顯示圖

1.2 單GAMMA控制原理分析

圖2a為目前單GAMMA控制的液晶屏三原色示意圖[5]，對于每個像素點有一組液晶分子對應(yīng)RGB三原色，如R1，G1，B1，對于分辨力為3 840×2 160的屏則有3 840×2 160個像素點組成的RGB三原色，RGB由一組GAMMA分別校正控制。如圖3所示，一般情況下，電視機(jī)正前面為θ=0°，GAMMA電壓控制液晶分子旋轉(zhuǎn)。如果目前可視角為60°，在60°范圍之外觀察到的畫面如圖4a所示，圖像缺色發(fā)白，在60°范圍之內(nèi)觀察的圖像則為正常的彩色圖。

圖2 GAMMA控制像素分布圖

圖3 觀看視角示意圖

圖4 效果對比圖

1.3 雙GAMMA控制的實現(xiàn)

采用雙GAMMA為本文中所述的提高液晶電視可視角的方法。如圖5所示，對于每個像素點里面的每種顏色由兩個GAMMA電壓分別對兩個驅(qū)動電壓校正后產(chǎn)生的控制電壓控制，紅色則為控制R和R'，綠色則為控制G和G'，藍(lán)色則為控制B和B'，則每個像素點由6個三原色，分別用GAMMA電壓校正后控制，這樣即在原來的基礎(chǔ)上加了一組驅(qū)動電壓和一組GAMMA電壓，由兩組GAMMA電壓控制。改進(jìn)后，每個像素點的液晶分子為兩組，GAMMA電壓對驅(qū)動電壓校正后的控制電壓也有兩組，分別使液晶分子旋轉(zhuǎn)不同的角度，使其中左邊的液晶分子旋轉(zhuǎn)到用戶向左移動θ5角度（如圖6所示），其中右邊的液晶分子旋轉(zhuǎn)到用戶向右移動θ6角度，由于單個液晶分子的可視角仍為60°，則用戶在顯示屏正前方向左移動θ5+60°（或者是顯示屏正前方向右移動θ6+60°）仍在該像素點的可視角范圍之內(nèi)，仍然可以看到正常的圖像?？梢暯欠秶龃罅甩?+θ5。

圖5 雙GAMMA控制對應(yīng)關(guān)系圖

圖6 液晶分子旋轉(zhuǎn)角度對比圖

圖7為硬件配置GAMMA電壓產(chǎn)生的示意圖，在設(shè)計中，選取電源VREF作為參考電壓，在每路GAMMA的VREF跟地之間都串有n+1個精密電阻，電阻的值和數(shù)量可以根據(jù)實際需要選擇，這樣在任意兩個電阻的連接端都可以得到一個電壓值，分別為Gamma1，Gam?ma2，…，Gamman，對應(yīng)著不同的灰階值。由于本方法中需要兩組GAMMA，上面的配置電路則有兩路。

圖7 GAMMA電壓的產(chǎn)生

彩色圖像信號在傳輸給Source之前為數(shù)字信號，根據(jù)每個彩色信號的亮度和顏色，都有一個對應(yīng)的電壓值，在進(jìn)入Source之后經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換模塊一，產(chǎn)生驅(qū)動電壓組V1，轉(zhuǎn)換后的信號為模擬信號，一般情況下，轉(zhuǎn)化后的電壓值跟實際的像素點對應(yīng)的電壓值有一定差異，此時主GAMMA電壓控制模塊根據(jù)比較電壓V1差異自動調(diào)節(jié)，對V1進(jìn)行校正，在跟DA轉(zhuǎn)換后的驅(qū)動電壓的共同作用下，產(chǎn)生一個跟本身需要的電壓極其接近的電壓值V3，此時V3對應(yīng)的液晶分子在電極的作用下偏轉(zhuǎn)。本文所述方法中，信號經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換模塊二后產(chǎn)生另一組驅(qū)動電壓為V2，副GAMMA電壓控制模塊根據(jù)比較電壓V2差異后自動調(diào)節(jié)，對V2進(jìn)行校正，在跟DA轉(zhuǎn)換后的驅(qū)動電壓V2的共同作用下，產(chǎn)生另一個跟本身需要的電壓極其接近的電壓值V4，而V3和V4之間又存在一定的差異，此時V4電極對應(yīng)的液晶在電極的作用下偏轉(zhuǎn)。由于V3和V4對應(yīng)的液晶分子在本系統(tǒng)中屬于同一個像素點，電壓值不同，偏轉(zhuǎn)角度也有差異，這樣就保持了在一定的角度范圍外也能看到較好的效果。

本文中數(shù)模轉(zhuǎn)換是將二進(jìn)制數(shù)字信號量轉(zhuǎn)換為模擬量[6]，將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)值大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，則所得的總模擬量與數(shù)字量成正比，具體的，數(shù)模轉(zhuǎn)換的輸出電壓uo等于數(shù)字信號量代碼為1的各位所對應(yīng)的各分模擬電壓之和，計算式為

式中：Dn為數(shù)字量各權(quán)值之和；di為該位的系數(shù)；2i為對應(yīng)的權(quán)值。

輸出的模擬電壓為

式中：UREF為參考電壓模擬參考量。

轉(zhuǎn)換過程如下：如圖8所示，數(shù)字量以模串行或并行方式輸入，并存儲于數(shù)據(jù)緩存器中，寄存器輸出的每位數(shù)碼驅(qū)動對應(yīng)數(shù)位上的電子開關(guān)，將在解碼網(wǎng)絡(luò)中獲得的相應(yīng)數(shù)位權(quán)值送入求和電路；求和電路將各位權(quán)值相加，便得到與數(shù)字量相對應(yīng)的模擬量。

圖8 轉(zhuǎn)換過程圖

2 雙GAMMA控制實現(xiàn)實例

以分辨率3 840×2 160（超高清）電視機(jī)為例[7]，共有3 840×2 160個像素點。如圖2右，GAMMA1需要控制3 840×2 160個像素點，分別控制對應(yīng)R1G1B1，R2G2B2，…,R3840×2160G3840×2160B3840×2160的液晶分子，GAM?MA2需要控制3 840×2 160個像素點，分別控制對應(yīng)

現(xiàn)以單個像素點為例，如圖5所示，GAMMA1產(chǎn)生的GAMMA電壓R1控制校正驅(qū)動電壓R2后產(chǎn)生控制電壓R，控制電壓R控制像素點里的R；GAMMA1產(chǎn)生的GAMMA電壓G1控制校正驅(qū)動電壓G2產(chǎn)生的控制電壓G，控制電壓G控制像素點里面的G；GAMMA1產(chǎn)生的GAMMA電壓B1控制校正驅(qū)動電壓B2產(chǎn)生控制電壓B，控制電壓B控制像素點里面的B。GAMMA2產(chǎn)生的GAMMA電壓控制校正驅(qū)動電壓后產(chǎn)生控制電壓R′，控制電壓R′控制像素點里的R′；GAMMA2產(chǎn)生的GAMMA電壓控制校正驅(qū)動電壓產(chǎn)生的控制電壓G′，控制電壓G′控制像素點里面的G′；GAMMA2產(chǎn)生的GAMMA電壓控制校正驅(qū)動電壓產(chǎn)生控制電壓B′，控制電壓B′控制像素點里面的B′。比如該像素點顯示為紅色，在電極電壓作用下R=255，G=0，B=0，正視時此角度接收到的光為紅色，此時電極電壓作用可對R′G′B′設(shè)置另一個值，比如R′=250，G′=5，B′=5，在這種情況下斜一個角度后為紅色，R對應(yīng)的有液晶分子跟R′所對應(yīng)的有一定的角度，G，G′和B，B′對應(yīng)的液晶分子也有一定的角度。

圖7顯示了一對原色（R和R′，G和G′，B和B′）所對應(yīng)的液晶分子旋轉(zhuǎn)示意圖，R′，G′或B′對應(yīng)的液晶分子旋轉(zhuǎn)到用戶向左移動θ5角度，R，G或B對應(yīng)的液晶分子旋轉(zhuǎn)到用戶向右移動θ6角度，由于像素點對于液晶顯示屏是比較小的，以電視機(jī)正前面為中心,整個可視角相對增加了。如圖4b的兩張圖片為在圖3b角度看電視的效果圖，可以看出，同樣在60°觀看范圍外，效果明顯好于之前的方案，沒有發(fā)生顏色失真。

控制原理的描述以8 bit的屏為例，則可以產(chǎn)生的灰階數(shù)為28，圖7中硬件配置GAMMA電壓產(chǎn)生的示意圖中，主、副GAMMA的VREF跟地之間均串有256個精密電阻，這樣在主、副GAMMA任意兩個電阻的連接端都可以得到一個電壓值，主GAMMA為Gamma1-1，Gam?ma1-2，…，Gamma1-n，副 GAMMA為 Gamma2-1，Gam?ma2-2，…，Gamma2-n，對應(yīng)著不同的灰階值。

彩色圖像信號在傳輸給Source之前為數(shù)字信號，同樣也為8 bit的信號，根據(jù)每個彩色信號的亮度和顏色，都有一個對應(yīng)的電壓值，將最亮灰階對應(yīng)255，最暗灰階對應(yīng)為0，并且以經(jīng)過GAMMA調(diào)節(jié)后的電壓小于實際電壓時液晶分析左轉(zhuǎn)，以經(jīng)過GAMMA調(diào)節(jié)后的電壓大于實際電壓時液晶分析右轉(zhuǎn)。

如果一個像素點進(jìn)入的信號為紅色，對應(yīng)的電壓值為13 V，在進(jìn)入Source之后經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生的一組驅(qū)動電壓如為12.5 V，轉(zhuǎn)換后的信號為模擬信號，轉(zhuǎn)化后的電壓值跟實際的像素點對應(yīng)的電壓值13 V有一定差異，此時主GAMMA電壓控制模塊根據(jù)比較電壓在主GAMMA中選取合適的電壓值，如Gamma1-（n-12）（即Gamma1-244）的電壓值為0.495 V，跟12.5 V相加后為12.995 V，最接近13 V，此時對該像素點的主色作用即為Gamma1-244，則液晶分子左轉(zhuǎn)θ5角度。

如果上面一個信號為紅色像素點，對應(yīng)的電壓值為13 V，在進(jìn)入Source之后經(jīng)過另一組DA轉(zhuǎn)換后，產(chǎn)生的另一組驅(qū)動電壓比如為12.4 V，轉(zhuǎn)換后的信號為模擬信號，轉(zhuǎn)化后的電壓值跟實際的像素點對應(yīng)的電壓值13 V有一定差異，此時副GAMMA電壓控制模塊根據(jù)比較電壓在副GAMMA中選取合適的電壓值，比如Gamma2-（n-28）（即Gamma1-228）的電壓值為0.605 V，跟12.4 V相加后為13.005 V，最接近13 V，此時對該像素點的主色作用即為Gamma8-228，則液晶分子左轉(zhuǎn)θ6角度。

由于12.995 V和13.005 V對應(yīng)的液晶分子在本系統(tǒng)中屬于同一個像素點，電壓值不同，偏轉(zhuǎn)角度也有差異，這樣就保持了在一定的角度范圍外也能看到較好的效果?？刂乒ぷ髁鞒倘鐖D10所示。

控制系統(tǒng)根據(jù)該彩色圖像信號的特點,分析出該像素點RGB對應(yīng)電壓值。DA轉(zhuǎn)換模塊一分別得到RGB對應(yīng)的電壓值VR，VG，VB。DA轉(zhuǎn)換模塊分別得到RGB對應(yīng)的電壓值V′R，V′G，V′B。然后分析信號的電壓值和DA轉(zhuǎn)換后的電壓值VR，VG，VB，使用合適的主GAMMA1電壓去校準(zhǔn)電壓值VR，VG，VB；同時分析信號的電壓值和DA轉(zhuǎn)換后的電壓值V′R，V′G，V′B，使用合適的副GAM?MA2電壓去校準(zhǔn)電壓值V′R，V′G，V′B。像素點里面的主三原色和副三原色對應(yīng)的液晶分子旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生不同的旋轉(zhuǎn)角度。

圖10 控制工作流程

3 小結(jié)

本文通過對液晶屏顯示結(jié)構(gòu)的分析，根據(jù)液晶屏的固有特點，將液晶屏的每個像素點在水平方向上進(jìn)行分割，分割為主輔像素點，并利用雙GAMMA對分割的每個像素點進(jìn)行控制，在GAMMA的控制下使每個像素點里的主輔像素對應(yīng)的液晶分子在以原始顏色旋轉(zhuǎn)角度的情況下，在水平方向上保持一定的角度偏差，從而在水平方向上提高液晶電視的可視角。

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[7]余明火，洪文生，李堅.一種提高液晶顯示屏可視角范圍的方法和裝置：中國，201310344202.3[P].2013-08-08.

M ethod of Im proving View ing Angle of LCD TV

YU Minghuo,HONG Wensheng
（R&D Headquarters，Skyworth-RGB Electronic Co.,Ltd.,Guangdong Shenzhen 518108,China）

The LCD suffers from a limited viewing angle due to the inherent optical propertly,and the methods of improving the LCD viewing angle are different as well.In this article,the LCD display structure is analyzed,and the method of enhancing TV viewing angle is described based on double GAMMA control.Then,the specific implementation process of enhancing TV viewing angle is analyzed,using UHD TV as an example.

double GAMMA;viewing angle;rotation of the liquid crystal molecules

TN948

B

?? 盈

2013-09-26

【本文獻(xiàn)信息】余明火，洪文生.淺談一種提高液晶電視可視角的方法[J].電視技術(shù)，2014，38（12）.