近年來,隨著FAST LCD技術的發展,液晶顯示刷新速度越來越快。普及性電競顯示產品突破240HZ、高端產品直上750HZ。這種高速刷新技術的發展,也推動了“場序”,或者稱為“色序”、“時序”液晶顯示技術的發展,并惠及大屏LCD顯示、1LCD投影、1LCOS投影、AR與車載等顯示品類。
場序顯示的本質是時間復用
傳統液晶顯示器實現彩色的方式是,由不同的水平排列在屏幕上的子像素分別處理紅綠藍三原色。無論是液晶TV或者1LCD采用的彩色濾光膜;還是3LCD投影或者3LCOS投影采用的三片式光閥分別處理三原色,都是這種“空間”復用原理。
而場序顯示則是“時間復用”:即同一個像素點區域,第一個時間片顯示紅色,作為紅色子像素、第二個時間片顯示綠色,作為綠色子像素、第三個時間片顯示藍色,作為藍色子像素……這個過程高頻度重復,超過人眼-腦的時間分辨率,人類感知到的就是三原色的混色多彩效果。
通過以上過程可以看到,場序這種色彩順序顯示技術,至少要滿足一個條件:即液晶屏刷新速度足夠高,至少要達到傳統產品的3倍以上。事實上,為了更好的消除色彩分離和不同視角的彩虹感,需要更高的刷新率才行。所以,場序液晶顯示不是“新原理”,卻只能是在近年來FAST LCD高刷技術普及之后才能“提上日程”。
另一方面,場序顯示至少有一個好處,那就是“子像素”結構減少到原來的三分之一。或者說是將子像素從空間上,搬入到時間中。這種技術對于提升顯示分辨率有好處,也可以簡化液晶屏的生產難度,以及IC驅動復雜性——但是,對IC驅動的高刷新率要求也提升了。
對于場序顯示這一原理,在顯示行業已經有成熟的應用:那就是1DLP投影顯示技術。其就是通過時間片復用,依托DLP的DMD核心光閥高刷新能力,實現的彩色高分辨率顯示。這種技術帶來的優勢之一即為“低成本”特性。比較任何三片式光閥體系,1DLP的結構簡潔程度和緊湊程度都更高。
場序顯示的核心是“場序光源”
對于液晶場序顯示的發展,比對DLP投影技術可以看到,一個場序化的光源是與高刷顯示面板本并列的重要技術方面。
DLP投影技術通過彩色濾光片的色輪旋轉,將白光轉化成紅綠藍時序光源。這種方案,也適用于1LCD或者1LCOS的場序投影顯示。但是考慮到LCD或者LCOS必須處理偏振光,其光源需要增加偏振處理,理論上光閥面板比DLP系統效率低50%。
但是,在大尺寸LCD顯示,例如TV上,色輪技術無法適用。這時候的場序光源就變成了RGB-LED。即RGB三原色背光源在時序控制芯片驅動下,高頻次開關。——這種方式類似于LED直顯大屏,不區分像素結構,只顯示紅綠藍純色畫面。
到此,讀者也許已經發現,大屏LCD的場序顯示,需要的背光源要比傳統液晶電視的顯示方案,更為復雜。至少,這不是一個白光光源能夠解決的問題。且因為場序驅動需要極高的刷新率,所以背光源的芯片也要能應對長時間高頻次開關的穩定工作需求。如果說,大屏LCD的場序顯示,在液晶屏上對子像素作了明確的減法,那么其在背光源上就是作了明確的加法。就目前產業實際情況而言,背光源的復雜化,對成本影響更為明確。
場序顯示的競爭力,在于發揮差異化優勢
在大尺寸液晶的場序顯示產品上,友達光電強調,其研發 65 英寸 8K FSC 色序型顯示器,采用新型液晶材料,融合超高頻刷新率、主動式RGB LED背光技術和AI優化的色分離算法。——這部分重點強調了場序顯示對液晶刷新率的高要求,以及背光源的更新。
此外,友達更是直言,場序顯示的技術創新,主要面對實現低色分離和卓越的色域表現,成功解決過去FSC顯示器影像閃爍、視覺疲勞等問題。這部分的含義即是指出,場序顯示很容易存在色彩分離和閃爍,這種畫質劣化會導致視覺疲勞。解決這些問題主要依靠色分離算法的升級,以及更高的刷新率。
最重要的,友達指出,相較其他同尺寸顯示器,場序液晶顯示尺寸愈大愈省電,可助力推進數字顯示低碳轉型。對于這一低碳優勢,其核心在于RGB LED背光在一瞬間只提供單一原色,而非傳統白色背光源那樣提供白光,即三種原色。其理論上動態節能可達5-6成。對于大型顯示系統而言,是一個顯著的進步。同時,因為不需要彩色濾光片這一結構層,其產品厚度也會降低、彩色濾光片自身的約5-10%的透射亮度損失也會消失。
即大尺寸液晶的場序顯示主要競爭力不是畫質,而是節能特性。甚至是犧牲一定的畫質和感官體驗下,極限提升節能性能。
在微型顯示,如1LCD或者1LCOS產品上,因為是微顯示,所以RGB LED光源的結構會更簡單,甚至只有RGB三顆燈珠而已。特別是對于LCOS技術,其采用硅基CMOS背板和反射結構層后,較一般液晶面板,同尺寸成本提升巨大。如果能夠通過1LCOS場序顯示,無論是RGB光源直接驅動還是色輪轉化方案,都能較3LCOS節省光閥成本。
另外,RGB光源直接實現三原色場序顯示,其動態節能特性,有助于降低整體投影系統的熱功耗:或者更為安靜節能,或者在同等功耗下提升亮度輸出。對于目前,入門級投影產品而言,場序顯示有很大的推動體驗優化和設計進化的空間。
不過,如果以家庭影院、視聽娛樂為目標,1LCD或者1LCOS的場序顯示、或者是場序TV產品,必然要保證色彩等畫質效果。這對產品整體刷新率要求會更高。即場序顯示,對液晶層的核心需求就是“超級高刷”。以60HZ的邏輯幀率看,實現較好的消滅色分離和圖像閃爍,需要360HZ以上的FAST LCD刷新能力。
例如,顯示器領域,螞蟻電競 ANT27VQ MAX(360Hz,2024年1月推出)、KOORUI G7(750Hz,近期展示)等高刷產品,證明了液晶在突破刷新率瓶頸上的新極限,這種技術亦能滿足場序顯示的高品質需求。所以,從技術準備角度看,無論是液晶刷新率,還是LED的三色光源,現在都已經為場序顯示產品真正試水市場打開了創新之門。
成都九天畫芯科技有限公司開發的FSHD新型顯示技術,采用自主研發的FSHD 時序驅動架構、硬件級RGB三色直射LED光源、聯合京東方定制無 CF 膜 4K 液晶面板、國產 28nm 制程 TCON 芯片,實現了180Hz 超高刷新率,2000:1 原生對比度,100% NTSC 廣色域的產品性能,并做到了核心材料到終端產品本土供應鏈與技術閉環。
九天畫芯認為場序LCD會是低成本投影顯示市場的一個未來有力競爭者,甚至成為今天主流的1LCD技術的升維替代者。目前FSHD技術在解決單片式LCD投影的亮度瓶頸和4K化難點上,已經有突破性的成效。2024年3月份,央視《焦點訪談》和《東方時空》對九天畫芯和FSHD技術創新進行了報道。
劍走偏鋒,亦或重塑顯示未來?
場序液晶顯示如同一把新利劍——這項曾被視作“偏門”的技術,正悄然通過FAST液晶與RGB背光的雙重崛起,構筑新的顯示范式。不過,創新探索之余,場序顯示能否在畫質上匹敵傳統技術、能否將成本壓縮到市場接受點、能否解決市場消費認同問題,都還需要時間檢驗。
或許,場序顯示永遠無法取代所有傳統LCD屏幕,但在高能效大屏、超緊湊投影、輕量化AR等場景中,它有希望蛻變成“精準的市場手術刀”——在現有技術的瓶頸天花板上,切割出自己的疆域。場序革命的故事剛剛開始,值得行業同仁高度關注。