偏振光與視覺疲勞關系的實驗(一)

   TFT- LCD液晶平板電視逐步成為市場的主流電視產品，其性能不斷提高，視角問題已經基本解決，但是其它一些固有的缺點在用作大屏幕電視顯示時逐步暴露出來。主要有：1、隨著電視屏幕的增大，原先的低功耗優勢逐步消失；2、對比度小，黑電屏不夠黑；3、觀看液晶電視引起視覺疲勞；4、由于固有的顯示原理，顯示運動圖像產生模糊；使其高分辨率優勢在顯示運動畫面體現不出來。如何解決這些問題，一直困擾著LCD生產企業？

    目前在國內外其它企業還沒有采用動態控制技術在對比度、功耗、視覺舒適度3個方面同時進行改善的LCD TV產品。 TCL此項自然光技術成果，成功地解決了這一困擾。自然光技術填補了我國TFT-LCD電視技術在動態背光技術和偏振光技術上的空缺；同時也是我國TFT-LCD電視技術自主創新的又一成果； 該液晶電視數字視頻動態背光調制技術達到了國際先進、國內領先水平。

    自然光技術共包涵了兩個方面：
1、圓偏振光液晶電視技術------ 此項技術將液晶電視的出射光轉變成園偏振狀態，更接近自然光，減輕了人們的視覺疲勞，達到護眼的目的。

2、液晶電視動態背光調制技術------ 通過該技術的實施，可以提高畫質，提高視覺舒適度，節省功耗。

一、圓偏振光液晶電視技術

    幾萬年來，人類生活在自然界中，人們看到的絕大部分光是自然光，人眼最適應于自然光。普通LCD-TV發出的光是線偏振光，人眼對線偏振光適應嗎？

    由此,TCL開發了圓偏振光液晶電視技術:

    ■  在我們的方案中，通過該技術將液晶電視的出射光轉化成圓偏振光。
    ■  光是一種電磁波，具有振動方向。自然光的振動方向在傳播面各個方向上呈均勻分布，對人眼的作用在各個方向上是相同的；
    ■  圓偏振光的振動方向在傳播面上則是旋轉的，對人眼的綜合效果也表現為各向同性；
    ★  圓偏振光最接近于自然光。

    實施圓偏振光技術的實例照片

    裸眼下，未實施區域和實施區域間         偏光片下，實施區域仍可透光，
              差異很小。                             而未實施區域明顯消光。
              

    下面進行的是光的偏振狀態和視覺疲勞關系的實驗：

    

    對同一個被測試者，對比沒有偏振光技術的電視和有偏振光技術的LCD電視，監測其觀看電視過程中視力的變化，從而反映出其視覺疲勞的趨勢；

    本方案中，我們模擬家庭觀看電視的情形，組織被測試者觀看電視2.5小時，對其觀看電視過程中的視力進行研究 ；

    在每次觀看電視的過程中，每隔一段時間（如30分鐘）進行一次視力的測試 ，記錄其變化。

實驗數據(一)

    目前，我們已分職員、在校大學生、普通勞工等三組,進行了64人次的測試，，各被測試者視力變化的平均值趨勢如下：

圓偏振光 LCD-TV/普通 LCD-TV分級視力變化趨勢

偏振光與視覺疲勞關系的實驗(二)

   

    為了更準確地反映上述差異性，受TCL委托，國家平板顯示工程技術研究中心與國內某著名高校眼科中心視覺生理實驗室一起，借助專業的電生理記錄系統儀器和科學的分析手段，進行了長時間觀看LCD-TV的視覺疲勞研究。

    眨眼頻率是反映視覺疲勞的敏感指標，人眼疲勞后會本能地增加眨眼頻率來潤滑眼球。

    測試中，被測試人員分為兩組，分別觀看普通液晶電視和圓偏振光液晶電視，從眼電圖(EOG)中監測其觀看電視過程中眨眼頻率的變化，從而反映出其視覺疲勞的趨勢；

    偏振光與視覺疲勞關系的實驗現場(二)

     偏振光與視覺疲勞關系的實驗數據(二)

    偏振光與視覺疲勞關系的實驗分析結果(二)

    兩組受檢者觀看故事片前后的眨眼頻率（平均值±標準差  次/每200秒）

    分別對兩組受檢者觀看電視前后的眨眼頻率,應用專業軟件SPSS11.5 進行了配對t-檢驗，結果表明:觀看普通液晶電視后的眨眼頻率比觀看前高，差異有顯著意義（p<0.05）;圓偏組受檢者觀看故事片前后的眨眼頻率差異無顯著意義（p>0.05）。

實驗初步結論

    從實驗（一）與實驗（二）所獲得的數據曲線以及專業的分析表明: 相對于普通液晶電視，圓偏振光液晶電視對減輕視覺疲勞明顯有好處。

    相關的研究與論文發表于6月在臺灣舉行的SEMI 2007平板顯示展；本月（9月）國際信息顯示協會（SID）在莫斯科舉行的2007年歐洲顯示大會（Eurodisplay'2007）；以及即將于日本舉行的第14屆國際顯示會議（IDW’07）。同時也獲得了業內人士的高度評價和廣泛關注。

專利保護

    TCL已在國內提交了多項發明專利申請，對這一成果的方法進行保護。

    同時，在臺灣，TCL也提交了數項發明專利申請，對該成果的方法進行保護。

    在世界其他國家的專利申請也在進行中。

    上述專利中,包含了近100項權利要求.

動態背光技術

目前液晶電視廣泛采用的CCFL背光是恒定發光，會引起三個問題：

    1、無論什么畫面，背光始終保持恒定，浪費大量的電能；

    2、 漏光較多，如罩薄紗，通透感差，對比度不足；

    3、平均亮度高，長期觀看引起人眼睛的視覺疲勞。

現狀：

  1、  LCD目前所使用的CCFL背光源的恒定亮度，在較亮的圖像情況下導致很高的亮度和高的光通量輸出，

  2、 在一般的環境光下提供遠大于實際需求的畫面亮度，易于造成視覺疲勞，且造成不必要的浪費。另外，較高的底色會造成低亮度區域的細節丟失，使暗畫面的表現缺乏層次感。

動態背光控制技術

    TCL 液晶電視數字視頻動態背光控制技術，考慮到目前CCFL背光的特點，結合圖像處理技術，對背光進行分區亮度控制；

    同時本項目還增加以下技術：色彩補償，解決液晶顯示色域小的問題，喜好色校正，圖像局部色校正，膚色校正，黑電平拉伸，白電平擴展，藍電平擴展等方式。

動態背光控制技術

一般電視節目，視頻圖象的信號平均負載一般是30%～50%白色，電影平均負載更低。

CCFL背光亮度不可控到可控（PWM）。

動態背光控制技術

動態背光控制技術

    在不影響觀看效果條件下，對圖象負載（APL）大于30%的畫面，降低背光的亮度，避免過亮畫面對眼睛的強烈刺激。采用數字積分的辦法對圖像內容進行分析，確定全屏幕加權負載，對LCD CCFL背光進行非線性的亮度控制；

    在圖像平均亮度比較暗（平均亮度小于30%）時候，分析圖像的直方圖，根據圖像信號的亮度分布密度，動態的對圖像信號增益進行控制，對圖像gamma進行動態調整；相應的對背光亮度進行調整；

    對膚色、樹葉綠、藍天等局部圖像，進行色彩校正，使其更符合觀看習慣。

動態背光控制技術

技術成果：

TCL新一代動態背光控制技術通過了部級鑒定，屬專利技術，其創新點為：

1、先進的背光控制技術與視頻圖像數字處理技術的結合；

2、分區域CCFL背光控制與整體背光控制相結合；

3、由視頻圖像所計算的平均圖像信號水平（APL），來調節產生與人的視覺特性適合的亮度水平，提高視覺舒適度。

4、動態的背光控制在不同區域分別形成10％到100％的背光亮度，有效地降低了LCD TV的功耗。

技術成果：

    新一代動態背光技術實現靜態對比度大于10000：1 動態對比度更是達到了50000：1以上；是當前世界上CCFL背光液晶電視的最高性能，同時在一般電視觀看的條件下，功耗降低不低于54%。

    該技術的問世對于改善當前液晶電視的性能具有重要意義。對比度的提高使圖象質量有了極大改進，功耗的降低對節約能源非常有意義，根據人眼特性的亮度調節能夠保護視力健康。

合作成果：

    我們的成果很快便得到業界的認可。其應用推廣后所帶來市場潛力和巨大經濟效益，也被各界垂青。近期已有部分企業已經與TCL進行洽談，希望得到此項技術的授權使用。

    TCL集團的該項專利技術先后授權許可給與臺灣普誠可以、日本瑞薩科技（Renesas）科技，用于生產制造專用集成電路和SOC芯片，這也是中國整機企業第一次對外技術的授權許可！

    TCL集團與其合作伙伴一起努力，從核心技術研究、解決方案開發、IC制造等環節，有效的完成該技術的向市場的快速推廣，真正地造福消費者。