前言
随着高画质LCD TV时代的来临，液晶电视品质主要取决于四大领域：低色偏及高对比的超广视角技术、改善动态影像画质技术、高色彩饱和技术，以及凸显影像层次的影像处理系统。针对这四个领域，相关厂商分别提出了超广视角技术、动态影像画质改善技术、高色彩饱和技术以及影像层次增强技术。以下就这四项平面显示技术作进一步的深入探讨。
超广视角技术
TN（Twisted Nematic）是最广泛应用于TFT-LCD的一种液晶操作模式。目前市场上的LCD萤幕与小尺寸液晶电视，大部分都是TN-LCD，TN-LCD的优点是：光穿透率高并且制程容易；但是TN-LCD的缺点是：无法达到广视角的要求。 (图1-1)为TN-LCD在正视与上下视角下所呈现的画面。上、下视角分别有画面泛白与灰阶反转的问题。
为了达到广视角，1998年日富士通（Fujitsu）提出名为MVA（Multi-domain Vertical Alignment）的新式液晶操作架构。 (图1-2a)表示在基板上以特别设计的突起物，使得液晶分子在突起物的两侧呈相对应的排列状态。如此，从左右视角都可以同时看到两种不同的液晶排列，这样对称的液晶分布让我们在左右视角方向都可以获得相同的光学特性。
(图1-2b)为面板画素的上视图，藉由折线状分布的突起物，就可以得到4个区域不同排列的液晶分子，进而在全视角方向都能获得相近的光学特性。 MVA-LCD可解决画面泛白与灰阶反转问题，亦具备高中心对比以及无需摩擦配向制程的功能。目前夏普（Sharp）的ASV、三星电子（Samsung Electronics）的PVA、奇美光电（CMO）的Super MVA以及友达光电（AUO）的AMVA，都属于此类技术。
MVA技术虽具有高对比和广视角的功能，不过却有大视角色偏的先天缺陷，而低色偏技术是未来LCD进攻大尺寸电视市场必备的武器。目前全球成功量产低色偏VA面板的厂商，分别是日本Sharp的ASV、Samsung的S-PVA以及AUO的AMVA。
以AMVA技术来看，如(图1-3a)所示，相较于传统MVA技术，AMVA采用特殊的画素设计，将画素分成两个区域，并利用电容耦合效应，在两区域间产生不同电压差V1&V2，使得液晶分子有两种倾倒角度，所以单位画素内，会同时有两个亮度区域，(图1-3b)即为实际由显微镜拍摄而得的不同灰阶画素。
如此，从MVA的4 domain演进到AMVA的8 domain，人眼可以在不同视角，看到更平均的液晶光学特性，让产品可同时达到广视角与低色偏的要求。在(图1-4)中，上、下方的面板分别为传统MVA面板与AMVA面板，两者在正视的色彩表现相似；但从大视角来看，可以明显地看出传统MVA面板呈现出惨白肤色，而AMVA面板的肤色表现几乎与正视相近。
除了降低色偏之外,MVA亦可将面板对比由800:1提升至2000:1。如(图1-5)所示,色阻材料、画素设计以及偏光片是影响面板对比的三大关键。
经由与上游厂商的密切合作，AMVA面板可导入色阻材料与偏光板材料新技术，大幅降低散射光（也就是暗态漏光）。另外，相关厂商改良画素设计，降低暗态的画素漏光，更经由减少液晶的错误排列，增加亮态的亮度。并且经由色阻、画素与偏光板最佳化，可以成功提升对比，改善画面品质，如(图1-6)所示。
当前电视市场虽然成长快速，但也面临持续跌价的严苛挑战，唯有持续改善面板特性，才能维持市场的领先地位。
改善动态影像画质技术
液晶的反应时间（Response Time）一直以来都是TFT-LCD的发展重点。因为若是反应时间不够快速，在液晶尚未到达应该达到的灰阶准位时，就要展现下一个画面（Frame）所需的灰阶，如此会产生所谓拖影的现象。于是厂商发展出所谓的OD（Over-Driving）的技术，来提升液晶的反应时间，目前市面上LCD萤幕已经可以宣称达到2甚至 1ms的反应时间。然而在LCD电视的应用上，对于动态画面的需求却更是严苛的，不是只用OD就可以达到。
TFT-LCD的液晶操作模式，给予每个画素（Pixel）一个灰阶准位，让该画素在一个画面的时间内，到达并维持该灰阶准位，直到下一个画面新的灰阶准位充电到液晶电容为止，这个被称为维持式（Hold-Type）显示。人眼之所以能看到一个个静态自动连结成为动态的画面，是因为人眼具有视觉暂留的特性。一般而言，视觉暂留的最低限度大约为每秒16个画面，例如人们看电影时每秒显示24个画面，当前一画面的影像还在脑海中尚未消失前，新影像又被眼睛捕捉到进而在脑海中产生连续的感觉，这就是视觉暂留的魔力。
如(图2-1)所示，在传统CRT的脉冲式（Impulsed Type）显示下，由于前一个画面出现在眼前的时间只有短短的一瞬间，到下一个新的影像进入眼帘前，有足够的时间释放对前一个画面的印象，只保留足够连结成动态影像的记忆，却不会太过于清晰而造成对新影像的干扰，所以不会发生动态模糊（Motion Blur）的现象。
但是在LCD维持式显示模式下，由于在整个画面的时间内，该影像都不会消失，所以当新的影像进来后，眼睛对于前一个画面的影像依然非常清晰，新旧影像重叠的结果，以致会产生动态模糊的结果，如(图2-2)所示。
| 《图2-2 》 - BigPic:626x174 | 数据源：AUO |
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当然，人类的视觉系统并不是如此单纯的系统，除了视觉暂留外，很多实验显示，人眼会随着物体移动的方向去追踪，人眼是无法察觉太高频的运动。由于在自然界，物体移动皆为连续动作，所以人眼看来不会有特殊之处。但是在LCD维持式显示模式下，物体却是会在停留固定一个位置一个画面的时间后，跳跃到下一个位置再度停留一个画面的时间。如此一来，若每个画面的更新频率低于人眼的取样频率，人眼随着物体移动方向去追踪，并把收到的画面自动重叠，就会变成连续收到多次的画面，而这些画面在显示端其实是固定不动的，但是因为眼球的运动，而使得看到的画面便会模糊，如(图2-3)所示。
由于人眼具有视觉暂留及沿着物体移动轨道的亮度进行积分的特性，使得动态画面在LCD这种维持式显示模式下，会产生动态模糊的结果，如(图2-4)所示。
因此，要如何克服甚至消除动态模糊，便成为LCD在电视应用上的重点。目前业界在解决动态模糊这个议题上，有两大主流，其一为类似CRT显示原理的脉冲式显示，其中又分为资料端处理或是背光源端处理两个方面，此种方法可以同时改善人眼的两种特性，如(图2-5a)与(图2-5b)所示。
| 《图2-5a 》 - BigPic:582x163 |
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其二为提高画面的更新频率，预测出原本不存在的画面，在物体运动的路径中插入创造出来的中间画面，以降低动态模糊的模糊区域宽度，最具代表性的为倍频画面技术（ Double Frame Rate），如(图2-6)所示。
举例来说，AUO的ASPD技术，即属于第一类脉冲式显示，藉由调整液晶画素的驱动方式，特殊的驱动IC，配合调整背光模组的扫描方式，使得LCD萤幕能呈现出脉冲式的光学输出，并调整整个画面的亮度均匀度（Uniformity），ASPD亦能同时使用在HD（1366×768p）或是Full HD（1920×1080p）而不需更改架构及成本的技术。
高色彩饱和技术
以往影像广播传输的内容多会考虑CRT电视的显色能力，主要是以sRGB（ITU-R BT.709）规格为基础。随着高品质电视HDTV的日新月异，过去sRGB显色范围对于HDTV视讯而言，便显得过于狭窄，无法满足HDTV环境下的高画质要求。不过随着LED以及高演色性的CCFL的出现，就能突破先前CRT显色能力的限制，达到高色彩饱和度的境界。
色彩饱和度的大小，可以1931年国际照明委员会所选的RGB光源三标准，在面板色品座标图上所构成的面积作为NTSC 100％来表示，如此电视所能显示RGB三种颜色在色品座标图所形成的面积与NTSC 100％相除，就可表示该电视的NTSC值。 NTSC值愈大，可显示的色彩愈多，色彩饱和度也愈高。以往CRT显色能力大约只在NTSC72％左右，目前大部份量产的液晶面板也约在NTSC72％左右。
液晶面板的色彩饱和度主要是由光源与彩色滤光片来决定，而目前大尺寸TV面板光源，主要还是以CCFL为主，虽然LED可以达到较高的色彩饱和度，但是LED背光模组仍须克服成本过高的问题。
目前显色能力NTSC72％左右的CCFL光源，其萤光粉组成主要由Blue （BaMgAl10O17:Eu）--450nm、Green （LaPO4:Ce,Tb）--545nm、Red（Y2O3:Eu）--611nm混合而成，并搭配现有的彩色滤光片材料。为提高NTSC值，厂商必须寻找更红、更蓝、更绿的萤光粉材料，且其亮度以及寿命必须符合产业要求；或者调整彩色滤光片的色阻，达到更高的色彩饱和度。不过调整色阻并无法像调整萤光粉那般大范围提高NTSC值。
因此厂商会先利用现有的色阻，去选择新的高演色性萤光粉，来满足高色彩饱和度的需求。新的CCFL萤光粉组成为Blue（Sr5(PO4)3Cl:Eu）--447nm、Green（BaMgAl10O17:Eu, Mn）--515nm、Red（Y(P,V)O4:Eu）--620nm。此搭配组合可将NTSC 值提高至92％。若以频谱图以及色品座标图来表示，如(图3-1)所示，研发人员将红色萤光粉频谱往更红的方向移动（611nm--620nm），在(图3-2)的色品座标图上，便可看出包含更红且更多红色的区域，同理可证于绿色萤光粉（545nm--515nm）。然而由于蓝色萤光粉频谱会影响到蓝色区域的颜色表现，研发人员必须将其宽度变窄、并略为往更蓝方向移动，才可保持原有蓝色的显色能力，所以蓝色部份的显色能力并没有增加。 (图3-3)为一般72％与92％的面板在颜色方面的示意图。
采用高演色性的CCFL会让灯管的亮度降低，且影响灯管寿命，因此必须增加一些film材料补足亮度，同时降低灯管的管电流，延续灯管的寿命表现，无疑地这些改良会增加面板的成本。目前面板厂商除了要求灯管材料伙伴提高亮度以及寿命外，也会寻求适当可搭配的彩色滤光片色阻，或者改良使用影响亮度及寿命较低的萤光粉材料，以提升NTSC值或是色彩饱和度，这样便能减少面板成本，以符合面板市场价格激烈竞争的趋势。
凸显影像层次技术
随着LCD产业成长重心逐渐由商业应用朝向数位家庭的方向发展，面板的显示技术也从求真逐渐变成求美境界，新世代的时序控制器，便能发挥电视面板的相关色域表现能力或视觉细腻度。
LCD相较于其他显示技术的优势在于能提供清晰视讯轮廓的高解像能力，然而目前除蓝光技术、新世代游戏设备与部份国家的高解析广播系统外，绝大多数的视讯来源，仍囿于频宽或储存能力，所提供的解析度明显不足，若直接呈现在高解析电视中，将会造成程度不一的模糊画面。所谓模糊讯源肇始于低解析度的讯源缩放与压缩过程高频讯号的保留程度。由于目前台湾的广播讯号和相关视讯仍以标准解析度SDTV为基础，输入视讯均需藉由缩放方式点满整个画面，且常以内插（Interpolation）预测出中间之未知像素，若以混入低频成份的数学模型分析，就显示视觉较缓慢变化的结果。
再者，高画质影像经常面临高位元率传输频宽或储存媒体容量的限制，因此各类压缩技术便应运而生，不过其基本概念仍不脱频域分离的范畴，也就是说尽可能保留低频成分、去除高频资讯，不过此举将会造成模糊的影像，如(图4-1a)所示原始影像、(图4-1b)所示为低频成份影像，(图4-1c)所示为高频资讯影像，若滤除高频资讯，虽可达到较高的压缩比，但还原影像时将只收到模糊的画面。
因此，目前的影像处理引擎均内建锐利强化的技术，其基本原理即在低频影像中，设法加入高频的刺激值（High Frequency Stimulus）。若以离散影像分析来看，高频资讯强度可定义为H = ΔY/ΔX，(图4-2a)为原始的边缘资讯，若在两侧各别加上向下与向上的力（即增加ΔY之值），则可以形成更强烈的边缘讯号，此法主要用于自然影像的处理。
另一种加强高频方式则缩小ΔX，即如(图4-2c)所示，则可增强画面的锐利度，方法二常用于经缩放文字之补偿，倘若将两种方法对调使用，将形成文字的环边效应，而自然影像对比将会过强，如同剪纸般的锐利化表现。
高解析面板除了有低解析视讯模糊技术问题尚待克服外，同时也有放大数位压缩误差所造成的杂讯问题。区块杂讯（block noise）在以往的CRT或PDP电视多难以察觉而可被忽略，不过在液晶面板的高解析度环境，原始小区域的异色区块，人眼便可察觉。异色区块原是起因于低位元率的储存或传输要求，现阶段常用之MPEG II压缩就是区块为最小的处理单元，在过程中易形成区块杂讯与量化误差（Quantization Error）。当整张影像分割为数个小单位方块处理时，分割的边界可视为高频资讯，若以?牲高频资讯而达成高压缩率，亦即频域大量滤除高频系数（High-Frequency Coefficient ），将形成显著的区块效应。目前利用机率统计与纹理侦测等相关技巧，将锐利的区块边界加以模糊化，便能达到较佳的观赏感受。 (图4-3a)即为原始影像，(图4-3b)即为在低位率下的区域效应形成之异色方块，若引入纹理与机率分析，可将其过滤为(图4-3c)的影像，可有效降低杂讯的突兀感。
除了画面的锐利度外，整体画面的对比特性，也就是各个物件在画面上的凸显程度，会影响观赏者对清晰度的感受。当对比愈强烈，整个画面的差异度愈显著，呈现较佳的立体感与层次感，观赏者较易分辨不同物体；反之物体间的差别则不易凸显，看来一片蒙胧。常见增强对比的方法就透过机率重新分配的方式，把过度集中的像素分配到尚未使用的灰阶，如(图4-4a)所示，像素较暗淡且对比低，依据像素直方图得知，数像素过度集中于低灰阶，过多可用的闲置灰阶，透过机率的重新分配，把较暗画面调亮、提高对比，呈现较佳层次感表现的整体画面。
自然影像的分布常具有局部性，例如(图4-5a)房子处的对比，就明显比船的对比高，而且两者直方图分布相去甚远，若使用相同的转移函数，势将无法达到最佳的处理效果。因此进阶的影像处理引擎，具有依据区域特性即时修正的能力，如(图4-5b)在小船处则提高暗态对比，在房屋处则倾向保留原始效果。
颜色三大属性包括亮度（Intensity）、色相（Hue）与饱和度（Saturation），其中色相即代表人眼感受的颜色外相，譬如红色或绿色的差别；饱和度则代表色泽鲜艳度与纯正度。透过调整色相比例，可以修正颜色的表现，例如将略显枯黄草地修正为鲜绿色，或将过度偏黄的东方脸孔修正为粉嫩色调。由于色相的修正牵涉到观赏者的心理层次，倾向喜好色（Prefer Color）的问题，已非单纯的功能性修正可满足，因此显示产品均内建可供使用者自行调整的机制，观赏者可依喜好任意调整。现阶段的面板色域表现度极佳，不过播放中的视讯往往仅集中小部份的色域，部份时序控制器已内建可增强色饱和度的电路，依画面内容自动增强色彩表现度，以充份应用面板所提供的色彩选择。
| 《图4-6b 色相/饱和修正影像 》 | 数据源：AUO |
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液晶面板的显示原理是透过薄膜电晶体调变背光模组，来达到不同的灰阶表现。不过随着面板尺寸不断扩张，相关广视角像素设计更显重要，液晶电视的暗态漏光效应（Light Leakage）将更为严重。暗态漏光系指在送出黑色资料时，液晶分子应转向调变极性光，使光源关闭以呈现纯黑的资料内容，却由于实际面板的像素无法完全遮蔽光源，导致黑色仍透出部份亮度，显著降低视觉表现，这包括降低黑色纯净度或是侧视角对比，影响在暗室环境的观赏感受，如(图4-7b)所示。
所以在技术上，调整背光模组可以降低暗态漏光，在整体画面偏暗时，把背光调降并提高资料数值可增强画面对比性，侧视角状态如(图4-7c)所示，可达成较佳的观赏感受，并有效提升数万至百万之谱的对比效果。
况且大尺寸背光模组的耗电量日益攀升，若透过时序控制器内建的图像分析电路，只要输入较偏暗的视讯内容，藉由降低背光强度，则可减缓漏光效应并降低电源消耗。除了降低背光外，时序控制器也能同步把资料强度放大，提高像素本身的穿透率，抵消由于背光降低所造成亮度下降的作用。
目前由于LED背光技术逐渐成熟，开始有取代部份冷阴极灯管的态势。特别是LED显著改善区域控制能力，以往模组仅能进行全域／扫瞄式的背光调变，只要整体画面中有部份较亮的像素，背光模组则必须维持一定亮度，因此限制动态调整的弹性。 LED背光模组的好处在于区域的控制能力与即时的反应时间，背光的角色也由单纯的照明，蜕变为低解析度的显示设备，承担高动态范围（High Dynamic Range；HDR）的显示能力。
LED背光可以分为64个明暗阶调，面板的解析能力为256阶调，整体的显示能力则为64×256＝16384个阶调，相当于传统面板的16bit解析度。此类具有高解析能力的面板，能满足医学影像的判读要求之外，整体对比能力也大幅提升，也可降低电能消耗。 (图4-8)即为LED背光模组在各种影像的对比与省电效果，动态对比可高达数万之外，功率消耗也只有以往面板的70％至40％，模组发热状况也有效改善。
结论
凸显影像层次、提高色彩饱和、改善动态影像画质与超广视角这四大部分，是面板厂商在革新高画质电视技术与品质的重要关键。若将这四大技术妥善地应用于液晶电视面板市场，相信能让台湾面板厂商在竞争激烈的战役中脱颖而出，并且在朝向提高技术竞争门槛的目标中，能够有个好的开始，与日韩竞争对手一较高下。 （作者何宇玺、陈政传、张庭瑞、周明忠、谢曜任 、廖上嘉、杨又先、黄嘉宏、简民峰、汪德美均任职于友达光电科技中心）
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