LCD液晶顯示屏的發(fā)展歷程經(jīng)歷了多個(gè)階段，包括背光源從CCFL到LED燈條的升級(jí)，機(jī)身從厚重到輕薄的轉(zhuǎn)變，色域從普通到高色域的擴(kuò)展，以及進(jìn)一步發(fā)展到量子點(diǎn)技術(shù)，從不可調(diào)光到區(qū)域調(diào)光。一直在不斷完善,以提供更好的視覺效果?

對(duì)于設(shè)計(jì)師等對(duì)色彩有高要求的用戶來說，顯示器的色域參數(shù)至關(guān)重要。因此，在挑選顯示器時(shí)，色域參數(shù)是一個(gè)非常重要的考慮因素。

本文將系統(tǒng)地介紹顯示器色域的定義和標(biāo)準(zhǔn)，探討通過背光技術(shù)提升高色域的各種主流方法，并對(duì)高色域顯示技術(shù)的未來前景進(jìn)行展望。

一、色域定義

色域即色彩空間,色就是指顏色，域是指范圍，為所有可見光的總和?在二維空間中有兩種表示方法:1 ) 用 x,y 坐標(biāo)系( CIE 1931 非均勻色度空間);2) 用 u’,v’坐標(biāo)系( CIE1976均勻色度空間)? 在色度空間圖上用顏色標(biāo)出的位置是可見光顏色區(qū)域,為馬蹄形狀?

那什么是色域色度圖呢?我們都知道紅、綠、藍(lán)是三原色，任何一種能被我們認(rèn)知的顏色都是由三種不同顏色的光譜組合起來。

在1931年，CIE國際照明協(xié)會(huì)提出了CIE-XYZ色域色度圖，這就是目前行業(yè)所普遍采用的色彩規(guī)范。

CIE-XYZ色域色度圖展示了人眼可以感受到的所有顏色的范圍。橫豎坐標(biāo)表示刺激值，色域由一條直線和曲線組成，曲線上標(biāo)注的光波波長，單位為nm。

CIE-1931色域色度圖

上面的圖中，用虛線圍繞的倒“U”形區(qū)域表示人裸眼可見的顏色范圍。其他三個(gè)顏色線圍繞起來的三角形，分別表示各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)所能還原的色彩范圍。

事實(shí)上，最尖端的顯示技術(shù)仍然無法完全實(shí)現(xiàn)CIE-1931的全部色彩，所以根據(jù)在攝影、攝像，印刷等領(lǐng)域應(yīng)用，各行各業(yè)制定了相應(yīng)的色彩標(biāo)準(zhǔn)，并在CIE-1931色域色度圖中選擇特定的區(qū)域作為標(biāo)尺，定義了多種色域標(biāo)準(zhǔn)。

二、4種常見的色域標(biāo)準(zhǔn)

目前，市面上最常見的電腦顯示器屏幕色域標(biāo)準(zhǔn)一般有四種，分別是sRGB、NTSC、Adobe RGB、DCI-P3,其區(qū)別主要是覆蓋色彩的范圍廣度。

NTSC 色域，于1953年由美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)訂制，目的是為了給當(dāng)時(shí)剛出現(xiàn)不久的 CRT 彩色電視定制一套顏色標(biāo)準(zhǔn)，他們所推出的NTSC電視標(biāo)準(zhǔn)是一套廣播電視傳輸協(xié)議，被運(yùn)用在美國、日本等國家的廣播電視系統(tǒng)中。當(dāng)然這也就意味著，NTSC色彩空間更多被運(yùn)用在電視行業(yè)。

sRGB色域是微軟和惠普在1996年共同開發(fā)的色彩空間。由于 Windows 強(qiáng)大的用戶基礎(chǔ)，所以從 PC、Mac 再到相機(jī)、掃描儀、打印機(jī)、投影儀等幾乎所有的主流設(shè)備都支持 sRGB。互聯(lián)網(wǎng)上的絕大多數(shù)的內(nèi)容，包括文字、圖片、視頻的色域也都是以 sRGB 為準(zhǔn)的。

Adobe RGB是專業(yè)軟件生產(chǎn)商Adobe在1998年推出的色彩空間，初衷是為了同時(shí)囊括sRGB(電腦常用的色彩空間)和CMYK(印刷常用的色彩空間)，這樣拍出的數(shù)碼照片不僅能在電腦上正常顯示和編輯，也能印刷出顏色無損而正確的相片。Adobe RGB相比sRGB囊括的色彩范圍更廣，受到設(shè)計(jì)師的青睞，因此在專業(yè)的攝影和后期領(lǐng)域被廣泛使用。

DCI-P3是一種應(yīng)用于數(shù)字影院的色域，因此經(jīng)常被宣傳為“電影色域”。它是一種以人類視覺體驗(yàn)為主導(dǎo)的色域標(biāo)準(zhǔn)，盡可能匹配電影場(chǎng)景中能展現(xiàn)的全部色域，擁有更廣闊的紅色/綠色系范圍。目前在Apple公司的產(chǎn)品中普遍采用，所以如果使用MAC，盡量選擇一臺(tái)DCI-P3色彩覆蓋率高的顯示器才能夠獲得好的效果。

Rec. 2020是一種廣色域，適用于高清電視和未來4K電視的標(biāo)準(zhǔn)。

三、如何通過色域選擇屏幕?

Adobe RGB是由Adobe公司推出的色域標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)修圖、調(diào)色、視頻剪輯、印刷出版行業(yè)用戶，以及對(duì)顏色要求較高的用戶，可以多關(guān)注Adobe RGB數(shù)值的色域顯示器。

sRGB色域的標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)計(jì)算機(jī)外部設(shè)備提出的定義，那么對(duì)于普通辦公、網(wǎng)頁瀏覽，買sRGB色域的設(shè)備就可以了。

NTSC作為電視標(biāo)準(zhǔn)，也是三者中色域最廣的，那么顯示器用戶中的廣電和影視行業(yè)從業(yè)者就可以主要參考它的數(shù)值，在LCD液晶顯示屏行業(yè)，通常對(duì)標(biāo)NTSC色域標(biāo)準(zhǔn)。

DCI-P3色域則適合影視工作從業(yè)者。

四、影響色域大小的因素

影響色域大小的兩個(gè)直接因素:LCD 液晶玻璃上使用的彩色濾光片( Color Filter, 簡稱 CF); 背光源設(shè)計(jì)?

由透過率CF 后的 R / G / B 重新混合而成? 不同型號(hào)的 OC 采用了有差異的彩色濾光片,這就要求我們采用不同 LED 白光色區(qū)來調(diào)整 LCD 液晶顯示器 的白點(diǎn)色坐標(biāo)?

CF平面圖

CF對(duì)光的轉(zhuǎn)化示意圖

背光源設(shè)計(jì),則要求構(gòu)成LED 白光 RGB 的光譜峰值接近 CF 的 RGB 濾光片峰值,同時(shí)使 RGB 三色的半波寬越窄越好,減小 RGB 的交叉影響,才能得到更高的色域值?

五、提升色域的常用方法

LCD液晶玻璃確認(rèn)后 CF 也被固定下來, 提升LCD 液晶顯示色域的關(guān)鍵因素就是背光源? 在背光源設(shè)計(jì)中,提升色域的方法有如下兩種:

LCD液晶本身并不會(huì)顯示圖像,之所以能看到圖像,是因?yàn)楸仨殞?duì)液晶加上電信號(hào)和需要背光源?而液晶玻璃的構(gòu)造中,影響色域的是彩色濾光片( Color Filter 簡稱 CF),由紅?綠?藍(lán)三種濾光片組成,只有與濾光片光譜相近的光源才能夠透過濾光片? LED白光經(jīng)過CF后得到一個(gè)新的混合白光。

LED白光過CF后的光譜示意圖

1、使用高色域 LED 提升色域

普通色域的白光LED 由藍(lán)光芯片 + Yag 粉構(gòu)成,NTSC 色域在 72% 左右? 高色域 LED 實(shí)現(xiàn)的方式有多種,下面就各自方案做了個(gè)對(duì)比,見下圖?

芯片 + 綠粉 + 新紅粉方案, 實(shí)現(xiàn)高色域 LED 的關(guān)鍵在于色粉的峰值?半波寬等參數(shù)的選擇? 色粉的光譜選擇與彩色濾光譜匹配的波段,同時(shí)發(fā)射光譜的半波寬窄,才能有效的提升 LED 色域?

這里重點(diǎn)談下新紅粉KSF? KSF?KGF?KTF 都 為氟化物熒光粉,其中 KSF 為立方晶體,KGF?KTF 為六方晶體? 新紅粉( KSF) 為四價(jià)錳激發(fā)的氟硅酸鉀,在高色域 LED 中使用的比較廣泛? KSF 熒光粉具有吸濕性?易氧化的特性?

氟化物與水反應(yīng)后粉體顏色變化圖

在高溫時(shí)容易和水發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng),分體顏色由橙色變?yōu)楹稚? 高溫條件下氟化物熒光粉的亮度會(huì)衰減很大,回溫后可恢復(fù)正常? 由于氟化物熒光粉的特性,其存儲(chǔ)條件非常嚴(yán)格,要避免溫濕度對(duì)粉體的破壞;在應(yīng)用過程中需配備氣密性和散熱性好的材料,因此對(duì)LED支架和膠水要有針對(duì)性的選擇?

2、使用量子點(diǎn)提升色域

量子點(diǎn)為半導(dǎo)體納米晶體,其組成成分主要有:鋅?鎘?硒和硫原子? 量子限制了電子和空穴的區(qū)域,讓量子點(diǎn)具有了分立的能級(jí)結(jié)構(gòu),量子點(diǎn)受到光或者電的刺激會(huì)發(fā)出有色光? 量子點(diǎn)組成成分不同尺寸不同,都會(huì)使量子點(diǎn)被激發(fā)的光譜處于不同的波段區(qū)域? 可以根據(jù)需求,調(diào)整量子點(diǎn)的尺寸或者不同組成成分,使量子點(diǎn)發(fā)出單一性好且對(duì)稱的光譜?

量子點(diǎn)主要特性如下:粒徑在1 ~ 10 nm 的納米晶體;與水氧接觸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致失效;電或光作用下能發(fā)出特定頻率的光且無機(jī)發(fā)光材料比有機(jī)發(fā)光材料更穩(wěn)定,發(fā)光效更高;發(fā)光顏色單一純凈,且半波寬超窄( ≤35 nm) ; 實(shí)際應(yīng)用可操作性強(qiáng),只需變化量子點(diǎn)尺寸大小,即可發(fā)出不同顏色的光?

從環(huán)保上區(qū)分,量子點(diǎn)分為兩種:有鎘量子點(diǎn)和無鎘量子點(diǎn)?目前有鎘量子點(diǎn)在色域和光效上都優(yōu)于無鎘量子點(diǎn),在高色域背光設(shè)計(jì)成本上含鎘量子點(diǎn)成本相對(duì)低? 鎘在量子點(diǎn)成分中含量較少,在環(huán)保規(guī)定范圍內(nèi),所以含鎘量子點(diǎn)在業(yè)內(nèi)使用的比較廣泛;無鎘量子點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無害環(huán)保,它的突破將是量子點(diǎn)的下一個(gè)發(fā)展方向?

在顯示技術(shù)領(lǐng)域,量子點(diǎn)的主要應(yīng)用包括兩個(gè)方面:基于量子點(diǎn)電致發(fā)光特性, 開拓量子點(diǎn)發(fā)光二極管顯示技術(shù),即QLED;基于量子點(diǎn)光致發(fā)光特性,將量子點(diǎn)做成量子膜或者做成量子點(diǎn)擴(kuò)散板,應(yīng)用到高色域的背光技術(shù)? 量子點(diǎn)應(yīng)用在 LED 封裝中,散熱和水氧阻隔的問題很難解決,應(yīng)用在膜片和擴(kuò)散板上顯示效果更佳, 可靠性更強(qiáng)?

六、高色域背光技術(shù)的前景

分辨率和色域是用戶對(duì)一臺(tái)顯示設(shè)備最直觀的感受?目前 4K / 8K 已經(jīng)在一定程度上滿足了用戶在清晰度上的需求,色域?qū)?huì)是用戶接下來要追求的熱點(diǎn)?

色域的提升,讓人更加直觀的了解設(shè)備色彩顯示能力,很大程度的提升用戶的感官體驗(yàn)? 隨著社會(huì)發(fā)展?物質(zhì)水平的提升,用戶對(duì)電子產(chǎn)品的追求也在不斷提升,在未來幾年,高色域占比將不斷提升,或?qū)⒂瓉砀呱蝻@示時(shí)代?