電視機高色彩飽和度的實現(xiàn)方法

王永博　王博

摘要：隨著TV產(chǎn)品對色域指標(biāo)的追求，越來越多的廠家推出高色域產(chǎn)品，該文通過介紹對色彩飽和度及其影響因素的介紹，提出了目前提升電視機色彩飽和度的方法，為從業(yè)人員能夠地準(zhǔn)確迅速的設(shè)計產(chǎn)品提供一些理論與實際參考，并保證光學(xué)設(shè)計滿足行業(yè)規(guī)范及提升產(chǎn)品競爭力。

關(guān)鍵詞：色彩飽和度；頻譜；CIE；CF；晶片；熒光粉；量子點

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）35-8538-02

Method for Realizing TV High Color Saturation

WANG Yong-bo， WANG Bo

（Color TV Business Department Development Headquarter Engineering Research Institute Research Institute ，Shenzhen 518108， China）

Abstract： With the pursuit of color gamut indicators of TV products， more and more manufacturers to launch high color products， based on the introduction of the introduction of color saturation and its influence factors， puts forward methods currently promote TV color saturation， can provide accurate and rapid design of products for the practitioners of some theoretical and practical reference， and ensure to meet the optical design industry standards and enhance the competitiveness of products.

Key words： color saturation； spectrum； CIE； CF； chip； phosphor； quantum dots

1 色彩飽和度簡介和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

在電視行業(yè)，高色彩飽和度的產(chǎn)品一直備受關(guān)注，國內(nèi)外的顯示技術(shù)展上也多次展出了各種高色彩飽和度的產(chǎn)品，尤其是OLED的上市，更是以高色域為優(yōu)秀指標(biāo)。伴隨消費者對畫質(zhì)要求的提高和顯示技術(shù)進步，近期市場也涌現(xiàn)了大量高色彩飽和度（市場稱其高色域）電視機，如創(chuàng)維的65E900U，55E790U等。

飽和度，指的是色彩的純度。顯示器件引入色彩飽和度這個定義。其幾何意義為顯示器件呈現(xiàn)的紅綠藍三色座標(biāo)組成三角形面積在色域標(biāo)準(zhǔn)面積的占比，其物理表現(xiàn)為色彩顯示的范圍的廣度和逼真程度?？梢姽庾V的各種單色光是最飽和的顏色，當(dāng)光譜色參入的白光成本越多時，就越不飽和。當(dāng)光譜色摻入白光成分達到很高的比例時，在眼睛看來，就不再是彩色光了，而成為白光。色彩的純度越高，表現(xiàn)越鮮明，越接近真實；純度較低，表現(xiàn)則較黯淡。

現(xiàn)在色度學(xué)采用CIE（國際照明委員會）所規(guī)定的顏色測量原理和計算方法，成為CIE標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)；電視機所能呈現(xiàn)的顏色在CIE色度圖所占的面積，現(xiàn)在常用有3個標(biāo)準(zhǔn)： NTSC，EBU和sRGB。業(yè)界較為常用的為NTSC標(biāo)準(zhǔn)。NTSC 標(biāo)準(zhǔn)的色彩飽和度是依照其規(guī)定的三原色坐標(biāo)點圍成的三角形面積為0.1582做分母進行比較，參考圖1，如果某款電視機色彩飽和度為“72%NTSC”，那表明這個產(chǎn)品可以顯示的顏色范圍為NTSC規(guī)定的72%。

電視機的色彩飽和度由其顯示的色彩頻譜的帶寬與RGB的色波長帶來決定。提升顯示器件的色彩飽和度，可以通過調(diào)整CF上RGB色阻和LED PKG組合來實現(xiàn)，提升色彩飽和度的方法有以下3個方向，縮小頻譜中RGB波峰的帶寬，B、G的峰值向短波方向移動，R的峰值朝著長波方向移動參考圖2。

另外現(xiàn)在也有一些使用量子點激發(fā)形式來提升NTSC的產(chǎn)品，市場上各款液晶顯示器件檔次不同，其鮮艷程度亦大不相同，目前市場上普通液晶顯示器件NTSC一般為50%-72%左右，較高則在78-90%之間。

2 CF 對色彩飽和度的影響

CF為Color Filter的縮寫， 中文稱為彩色濾光片，當(dāng)液晶顯示器的背光光線通過CF后，同CF上的R G B色阻產(chǎn)生彩色顯示，由于液晶顯示器件每個象素由紅（R）、綠（G）、藍（B）三個子象素組成，背光頻譜通過液晶分子后再穿過液晶顯示器件的CF中的RGB彩膜組合成任意顏色光。彩膜中 CF由眾多微小的R G B像素按照一定的規(guī)則排列形成的，其俯視圖和截面圖如圖3、圖4所示。但多個點進行混光后，形成彩色畫面。

面板廠家在配CF上的RGB色阻時，因純度不同存在色阻有不同的型號，采用純度越高的RGB色阻，色彩飽和度越高。另針對同一型號的色阻，色阻的厚度設(shè)計的越厚，色彩飽和度越高。如下圖5是廠家使用不同CF的厚度和型號對于NTSC的和穿透綠的影響，針對Normal和CF厚度的增加數(shù)據(jù)來看，增加CF上RGB彩膜的厚度0.3um，可以提升4%NTSC，但會降低6%左右的穿透率；針對CF厚度增加和NEW CF厚度增加來看，使用新開發(fā)的的色阻材料，可以使得綠色頻帶向短波長的增加，NTSC提升12%，但RGB的穿透率下降約24%左右。由于在色阻的選材和厚度設(shè)計上，色彩飽和度和光線的透過率存在著此消彼長的關(guān)系，直接影響了電視機設(shè)計的光學(xué)指標(biāo)和綜合成本，所以在設(shè)計時必須尋找到平衡點，具體差異可參照圖5。

3 背光對色彩飽和度的影響

電視機使用的液晶顯示器件屬于被動發(fā)光器件，需要使用背光源進行照射而發(fā)光。目前背光源使用的白光LED多為藍色晶片激發(fā)黃色熒光粉（如YAG），這種方式的產(chǎn)生頻譜在紅綠兩色的頻帶較寬，故NTSC較低，通過LED可以改善色域，常見以下四種方式。

一是使用通過單色光LED進行組合，使用紅綠藍單色LED或者綠光LED和紫光LED混光形成白色，紅、綠、藍單色LED的產(chǎn)品NTSC在100%左右，綠光和紫光組合的產(chǎn)品NTSC在95%左右，優(yōu)點在于能夠獲得較高的色域值，缺點在于不同顏色的LED在驅(qū)動電流、亮度衰減上表現(xiàn)不一致，同時需要更大的光學(xué)混光距離，較難被大面積推廣。

二是用新型窄半波寬紅綠粉組合，即使用藍色晶片激發(fā)紅、綠色熒光粉，色域約為85%，這種方法實現(xiàn)起來比較簡單，且成本相對較低，但是可實現(xiàn)的色域值也較低。

三是再添加紅、綠光芯片補償，實現(xiàn)RGB三芯片同時驅(qū)動，色域能達到95%以上；但這種三色芯片解決方案的驅(qū)動比較復(fù)雜，芯片壽命不一致。通常比例為R：G：B：=1：2：1。

四是采用量子點方案，就可實現(xiàn)100%以上的色域，這種方案可通過兩種方式進行實現(xiàn)。

1） 早期有電視廠家使用具有量子點的玻璃管來實現(xiàn)高色域，即在側(cè)入式的液晶模組中，在藍光LED燈條與LGP之間放入一個封閉式內(nèi)部涂有量子點熒光粉的的玻璃管，通過藍色晶片發(fā)出藍光透過具有量子點后激發(fā)出紅光和綠光，故通過管子后進入LGP的光源為RGB單色光，混合后形成白光。這種產(chǎn)品缺點是難于組裝，但因量子點極易被氧化，故對其材料封裝的密閉性和機械試驗的可靠性等有很高的要求，故目前仍未進行大批量量產(chǎn)。

2） 2014年3M廠家推出的QDEF，是一種添加了兩種量子點的光學(xué)薄膜，這種膜片必須放在直接放在LGP上面，且搭配藍光LED，兩種量子點可以在藍光照射下產(chǎn)生紅光和綠光，與一部分透過的藍光混合形成白光，參照圖6光線通過QDEF的示意圖，由于此量子點比普通熒光粉受激發(fā)后的頻譜的頻帶較窄，參考圖7，故使用后至少可以提升20%NTSC，基本上可實現(xiàn)100%NTSC，并且具有防隔透的隔離層，但因量子點的封閉需求，必須要特定尺寸進行客制化的封閉，故價格較高，預(yù)計$200/平方米。

4 小結(jié)

文章介紹液晶顯示器件的色彩飽和度的影響因素，結(jié)合實際技術(shù)發(fā)展，給出提升電視機色彩飽和度的方向以及方法，對玻璃種CF的影響參數(shù)和背光的LED參數(shù)，給出了影響因數(shù)和實現(xiàn)方法簡介，在實際產(chǎn)品設(shè)計中，要結(jié)合二者的技術(shù)特點和產(chǎn)品定位及成本要求，選擇合適的設(shè)計方案。希望能給從業(yè)人員進行光學(xué)設(shè)計時針對提升色彩飽和度方面提供相關(guān)理論依據(jù)，對后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)有一定借鑒意義。

參考文獻：

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