LCD液晶显示屏的发展历程经历了多个阶段，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，从不可调光到区域调光。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高要求的用户来说，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，为所有可见光的总和｡在二维空间中有两种表示方法:1 ) 用 x,y 坐标系( CIE 1931 非均匀色度空间);2) 用 u’,v’坐标系( CIE1976均匀色度空间)｡ 在色度空间图上用颜色标出的位置是可见光颜色区域,为马蹄形状｡
那什么是色域色度图呢?我们都知道红、绿、蓝是三原色，任何一种能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国际照明协会提出了CIE-XYZ色域色度图，这就是目前行业所普遍采用的色彩规范。
CIE-XYZ色域色度图展示了人眼可以感受到的所有颜色的范围。横竖坐标表示刺激值，色域由一条直线和曲线组成，曲线上标注的光波波长，单位为nm。
CIE-1931色域色度图
上面的图中，用虚线围绕的倒“U”形区域表示人裸眼可见的颜色范围。其他三个颜色线围绕起来的三角形，分别表示各个标准所能还原的色彩范围。
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，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区域作为标尺，定义了多种色域标准。
二、4种常见的色域标准
目前，市面上最常见的电脑显示器屏幕色域标准一般有四种，分别是sRGB、NTSC、Adobe RGB、DCI-P3,其区别主要是覆盖色彩的范围广度。
NTSC 色域，于1953年由美国国家电视标准委员会订制，目的是为了给当时刚出现不久的 CRT 彩色电视定制一套颜色标准，他们所推出的NTSC电视标准是一套广播电视传输协议，被运用在美国、日本等国家的广播电视系统中。当然这也就意味着，NTSC色彩空间更多被运用在电视行业。
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、投影仪等几乎所有的主流设备都支持 sRGB。互联网上的绝大多数的内容，包括文字、图片、视频的色域也都是以 sRGB 为准的。
Adobe RGB是专业软件生产商Adobe在1998年推出的色彩空间，初衷是为了同时囊括sRGB(电脑常用的色彩空间)和CMYK(印刷常用的色彩空间)，这样拍出的数码照片不仅能在电脑上正常显示和编辑，也能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。
DCI-P3是一种应用于数字影院的色域，因此经常被宣传为“电影色域”。它是一种以人类视觉体验为主导的色域标准，尽可能匹配电影场景中能展现的全部色域，拥有更广阔的红色/绿色系范围。目前在Apple公司的产品中普遍采用，所以如果使用MAC，尽量选择一台DCI-P3色彩覆盖率高的显示器才能够获得好的效果。
Rec. 2020是一种广色域，适用于高清电视和未来4K电视的标准。
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、印刷出版行业用户，以及对颜色要求较高的用户，可以多关注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色域的设备就可以了。
NTSC作为电视标准，也是三者中色域最广的，那么显示器用户中的广电和影视行业从业者就可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、影响色域大小的因素
影响色域大小的两个直接因素:LCD 液晶玻璃上使用的彩色滤光片( Color Filter, 简称 CF); 背光源设计｡
由透过率CF 后的 R / G / B 重新混合而成｡ 不同型号的 OC 采用了有差异的彩色滤光片,这就要求我们采用不同 LED 白光色区来调整 LCD 液晶显示器 的白点色坐标｡
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 RGB 的交叉影响,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,提升色域的方法有如下两种:
LCD液晶本身并不会显示图像,之所以能看到图像,是因为必须对液晶加上电信号和需要背光源｡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,只有与滤光片光谱相近的光源才能够透过滤光片｡ LED白光经过CF后得到一个新的混合白光。
LED白光过CF后的光谱示意图
1、使用高色域 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 实现的方式有多种,下面就各自方案做了个对比,见下图｡
芯片 + 绿粉 + 新红粉方案, 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,才能有效的提升 LED 色域｡
这里重点谈下新红粉KSF｡ KSF､KGF､KTF 都 为氟化物荧光粉,其中 KSF 为立方晶体,KGF､KTF 为六方晶体｡ 新红粉( KSF) 为四价锰激发的氟硅酸钾,在高色域 LED 中使用的比较广泛｡ KSF 荧光粉具有吸湿性､易氧化的特性｡
氟化物与水反应后粉体颜色变化图
在高温时容易和水发生可逆的化学反应,分体颜色由橙色变为褐色｡ 高温条件下氟化物荧光粉的亮度会衰减很大,回温后可恢复正常｡ 由于氟化物荧光粉的特性,其存储条件非常严格,要避免温湿度对粉体的破坏;在应用过程中需配备气密性和散热性好的材料,因此对LED支架和胶水要有针对性的选择｡
2、使用量子点提升色域
量子点为半导体纳米晶体,其组成成分主要有:锌､镉､硒和硫原子｡ 量子限制了电子和空穴的区域,让量子点具有了分立的能级结构,量子点受到光或者电的刺激会发出有色光｡ 量子点组成成分不同尺寸不同,都会使量子点被激发的光谱处于不同的波段区域｡ 可以根据需求,调整量子点的尺寸或者不同组成成分,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 的纳米晶体;与水氧接触产生化学反应会导致失效;电或光作用下能发出特定频率的光且无机发光材料比有机发光材料更稳定,发光效更高;发光颜色单一纯净,且半波宽超窄( ≤35 nm) ; 实际应用可操作性强,只需变化量子点尺寸大小,即可发出不同颜色的光｡
从环保上区分,量子点分为两种:有镉量子点和无镉量子点｡目前有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,量子点的主要应用包括两个方面:基于量子点电致发光特性, 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,应用到高色域的背光技术｡ 量子点应用在 LED 封装中,散热和水氧阻隔的问题很难解决,应用在膜片和扩散板上显示效果更佳, 可靠性更强｡
六、高色域背光技术的前景
分辨率和色域是用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户在清晰度上的需求,色域将会是用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力,很大程度的提升用户的感官体验｡ 随着社会发展､物质水平的提升,用户对电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｡
