LCD液晶显示屏的发展历程经历了多(duō)个阶段，包括背光源从CCFL到LED灯条的升级，机身从厚重到轻薄的转变，色域从普通到高色域的扩展，以及进一步发展到量子点技术，从不可(kě)调光到區(qū)域调光。一直在不断完善,以提供更好的视觉效果｡

对于设计师等对色彩有(yǒu)高要求的用(yòng)户来说，显示器的色域参数至关重要。因此，在挑选显示器时，色域参数是一个非常重要的考虑因素。

本文(wén)将系统地介绍显示器色域的定义和标准，探讨通过背光技术提升高色域的各种主流方法，并对高色域显示技术的未来前景进行展望。

一、色域定义

色域即色彩空间,色就是指颜色，域是指范围，為(wèi)所有(yǒu)可(kě)见光的总和｡在二维空间中有(yǒu)两种表示方法:1 ) 用(yòng) x,y 坐(zuò)标系( CIE 1931 非均匀色度空间);2) 用(yòng) u’,v’坐(zuò)标系( CIE1976均匀色度空间)｡ 在色度空间图上用(yòng)颜色标出的位置是可(kě)见光颜色區(qū)域,為(wèi)马蹄形状｡

那什么是色域色度图呢(ne)?我们都知道红、绿、蓝是三原色，任何一种能(néng)被我们认知的颜色都是由三种不同颜色的光谱组合起来。

在1931年，CIE國(guó)际照明协会提出了CIE-XYZ色域色度图，这就是目前行业所普遍采用(yòng)的色彩规范。

CIE-XYZ色域色度图展示了人眼可(kě)以感受到的所有(yǒu)颜色的范围。横竖坐(zuò)标表示刺激值，色域由一条直線(xiàn)和曲線(xiàn)组成，曲線(xiàn)上标注的光波波長(cháng)，单位為(wèi)nm。

CIE-1931色域色度图

上面的图中，用(yòng)虚線(xiàn)围绕的倒“U”形區(qū)域表示人裸眼可(kě)见的颜色范围。其他(tā)三个颜色線(xiàn)围绕起来的三角形，分(fēn)别表示各个标准所能(néng)还原的色彩范围。

事实上，最尖端的显示技术仍然无法完全实现CIE-1931的全部色彩，所以根据在摄影、摄像，印刷等领域应用(yòng)，各行各业制定了相应的色彩标准，并在CIE-1931色域色度图中选择特定的區(qū)域作為(wèi)标尺，定义了多(duō)种色域标准。

二、4种常见的色域标准

目前，市面上最常见的電(diàn)脑显示器屏幕色域标准一般有(yǒu)四种，分(fēn)别是sRGB、NTSC、Adobe RGB、DCI-P3,其區(qū)别主要是覆盖色彩的范围广度。

NTSC 色域，于1953年由美國(guó)國(guó)家電(diàn)视标准委员会订制，目的是為(wèi)了给当时刚出现不久的 CRT 彩色電(diàn)视定制一套颜色标准，他(tā)们所推出的NTSC電(diàn)视标准是一套广播電(diàn)视传输协议，被运用(yòng)在美國(guó)、日本等國(guó)家的广播電(diàn)视系统中。当然这也就意味着，NTSC色彩空间更多(duō)被运用(yòng)在電(diàn)视行业。

sRGB色域是微软和惠普在1996年共同开发的色彩空间。由于 Windows 强大的用(yòng)户基础，所以从 PC、Mac 再到相机、扫描仪、打印机、投影仪等几乎所有(yǒu)的主流设备都支持 sRGB。互联网上的绝大多(duō)数的内容，包括文(wén)字、图片、视频的色域也都是以 sRGB 為(wèi)准的。

Adobe RGB是专业软件生产商(shāng)Adobe在1998年推出的色彩空间，初衷是為(wèi)了同时囊括sRGB(電(diàn)脑常用(yòng)的色彩空间)和CMYK(印刷常用(yòng)的色彩空间)，这样拍出的数码照片不仅能(néng)在電(diàn)脑上正常显示和编辑，也能(néng)印刷出颜色无损而正确的相片。Adobe RGB相比sRGB囊括的色彩范围更广，受到设计师的青睐，因此在专业的摄影和后期领域被广泛使用(yòng)。

DCI-P3是一种应用(yòng)于数字影院的色域，因此经常被宣传為(wèi)“電(diàn)影色域”。它是一种以人类视觉體(tǐ)验為(wèi)主导的色域标准，尽可(kě)能(néng)匹配電(diàn)影场景中能(néng)展现的全部色域，拥有(yǒu)更广阔的红色/绿色系范围。目前在Apple公司的产品中普遍采用(yòng)，所以如果使用(yòng)MAC，尽量选择一台DCI-P3色彩覆盖率高的显示器才能(néng)够获得好的效果。

Rec. 2020是一种广色域，适用(yòng)于高清電(diàn)视和未来4K電(diàn)视的标准。

三、如何通过色域选择屏幕?

Adobe RGB是由Adobe公司推出的色域标准，针对修图、调色、视频剪辑、印刷出版行业用(yòng)户，以及对颜色要求较高的用(yòng)户，可(kě)以多(duō)关注Adobe RGB数值的色域显示器。

sRGB色域的标准是针对计算机外部设备提出的定义，那么对于普通办公、网页浏览，买sRGB色域的设备就可(kě)以了。

NTSC作為(wèi)電(diàn)视标准，也是三者中色域最广的，那么显示器用(yòng)户中的广電(diàn)和影视行业从业者就可(kě)以主要参考它的数值，在LCD液晶显示屏行业，通常对标NTSC色域标准。

DCI-P3色域则适合影视工作从业者。

四、影响色域大小(xiǎo)的因素

影响色域大小(xiǎo)的两个直接因素:LCD 液晶玻璃上使用(yòng)的彩色滤光片( Color Filter, 简称 CF); 背光源设计｡

由透过率CF 后的 R / G / B 重新(xīn)混合而成｡ 不同型号的 OC 采用(yòng)了有(yǒu)差异的彩色滤光片,这就要求我们采用(yòng)不同 LED 白光色區(qū)来调整 LCD 液晶显示器 的白点色坐(zuò)标｡

CF平面图

CF对光的转化示意图

背光源设计,则要求构成LED 白光 RGB 的光谱峰值接近 CF 的 RGB 滤光片峰值,同时使 RGB 三色的半波宽越窄越好,减小(xiǎo) RGB 的交叉影响,才能(néng)得到更高的色域值｡

五、提升色域的常用(yòng)方法

LCD液晶玻璃确认后 CF 也被固定下来, 提升LCD 液晶显示色域的关键因素就是背光源｡ 在背光源设计中,提升色域的方法有(yǒu)如下两种:

LCD液晶本身并不会显示图像,之所以能(néng)看到图像,是因為(wèi)必须对液晶加上電(diàn)信号和需要背光源｡而液晶玻璃的构造中,影响色域的是彩色滤光片( Color Filter 简称 CF),由红､绿､蓝三种滤光片组成,只有(yǒu)与滤光片光谱相近的光源才能(néng)够透过滤光片｡ LED白光经过CF后得到一个新(xīn)的混合白光。

LED白光过CF后的光谱示意图

1、使用(yòng)高色域 LED 提升色域

普通色域的白光LED 由蓝光芯片 + Yag 粉构成,NTSC 色域在 72% 左右｡ 高色域 LED 实现的方式有(yǒu)多(duō)种,下面就各自方案做了个对比,见下图｡

芯片 + 绿粉 + 新(xīn)红粉方案, 实现高色域 LED 的关键在于色粉的峰值､半波宽等参数的选择｡ 色粉的光谱选择与彩色滤光谱匹配的波段,同时发射光谱的半波宽窄,才能(néng)有(yǒu)效的提升 LED 色域｡

这里重点谈下新(xīn)红粉KSF｡ KSF､KGF､KTF 都 為(wèi)氟化物(wù)荧光粉,其中 KSF 為(wèi)立方晶體(tǐ),KGF､KTF 為(wèi)六方晶體(tǐ)｡ 新(xīn)红粉( KSF) 為(wèi)四价锰激发的氟硅酸钾,在高色域 LED 中使用(yòng)的比较广泛｡ KSF 荧光粉具有(yǒu)吸湿性､易氧化的特性｡

氟化物(wù)与水反应后粉體(tǐ)颜色变化图

在高温时容易和水发生可(kě)逆的化學(xué)反应,分(fēn)體(tǐ)颜色由橙色变為(wèi)褐色｡ 高温条件下氟化物(wù)荧光粉的亮度会衰减很(hěn)大,回温后可(kě)恢复正常｡ 由于氟化物(wù)荧光粉的特性,其存储条件非常严格,要避免温湿度对粉體(tǐ)的破坏;在应用(yòng)过程中需配备气密性和散热性好的材料,因此对LED支架和胶水要有(yǒu)针对性的选择｡

2、使用(yòng)量子点提升色域

量子点為(wèi)半导體(tǐ)纳米晶體(tǐ),其组成成分(fēn)主要有(yǒu):锌､镉､硒和硫原子｡ 量子限制了電(diàn)子和空穴的區(qū)域,让量子点具有(yǒu)了分(fēn)立的能(néng)级结构,量子点受到光或者電(diàn)的刺激会发出有(yǒu)色光｡ 量子点组成成分(fēn)不同尺寸不同,都会使量子点被激发的光谱处于不同的波段區(qū)域｡ 可(kě)以根据需求,调整量子点的尺寸或者不同组成成分(fēn),使量子点发出单一性好且对称的光谱｡

量子点主要特性如下:粒径在1 ~ 10 nm 的纳米晶體(tǐ);与水氧接触产生化學(xué)反应会导致失效;電(diàn)或光作用(yòng)下能(néng)发出特定频率的光且无机发光材料比有(yǒu)机发光材料更稳定,发光效更高;发光颜色单一纯净,且半波宽超窄( ≤35 nm) ; 实际应用(yòng)可(kě)操作性强,只需变化量子点尺寸大小(xiǎo),即可(kě)发出不同颜色的光｡

从环保上區(qū)分(fēn),量子点分(fēn)為(wèi)两种:有(yǒu)镉量子点和无镉量子点｡目前有(yǒu)镉量子点在色域和光效上都优于无镉量子点,在高色域背光设计成本上含镉量子点成本相对低｡ 镉在量子点成分(fēn)中含量较少,在环保规定范围内,所以含镉量子点在业内使用(yòng)的比较广泛;无镉量子点实现无害环保,它的突破将是量子点的下一个发展方向｡

在显示技术领域,量子点的主要应用(yòng)包括两个方面:基于量子点電(diàn)致发光特性, 开拓量子点发光二极管显示技术,即QLED;基于量子点光致发光特性,将量子点做成量子膜或者做成量子点扩散板,应用(yòng)到高色域的背光技术｡ 量子点应用(yòng)在 LED 封装中,散热和水氧阻隔的问题很(hěn)难解决,应用(yòng)在膜片和扩散板上显示效果更佳, 可(kě)靠性更强｡

六、高色域背光技术的前景

分(fēn)辨率和色域是用(yòng)户对一台显示设备最直观的感受｡目前 4K / 8K 已经在一定程度上满足了用(yòng)户在清晰度上的需求,色域将会是用(yòng)户接下来要追求的热点｡

色域的提升,让人更加直观的了解设备色彩显示能(néng)力,很(hěn)大程度的提升用(yòng)户的感官體(tǐ)验｡ 随着社会发展､物(wù)质水平的提升,用(yòng)户对電(diàn)子产品的追求也在不断提升,在未来几年,高色域占比将不断提升,或将迎来高色域显示时代｡