什么是色域?连联视界为您提供最佳的液晶显示解决方案

2018/05 长沙连联电子科技有限公司 28

文章转载 三星官网

我们怎样看到颜色,为什么颜色对PID方案非常重要

在2017年CES上,“更广的色域”是最热门的词语之一。在此白皮书中,我们的专家将为您讲解这个词,帮助您理解颜色及其与显示屏的关系。

这篇“回归基本”的文章将介绍人眼怎样感知颜色、色域的定义以及显示解决方案怎样生成颜色。希望此文章能帮助您将分散的知识点联系起来,并认识到创新显示屏制造商在色彩表现和图像品质方面取得的进步。

着迷于行业在色彩空间领域的快速发展?请阅读此系列的第二部分,深入了解显示屏中的量子点技术及其功能。

颜色与人眼 - 什么是颜色,我们怎样看到颜色?

颜色是我们的眼睛通过我们的大脑感知并处理光信息后得到的视觉感知。当光线照射到一个物体上时,物体会吸收一部分光并反射其余部分的光。吸收或反射的光波长取决于物体的特性。当光从物体上反射回来时,它会撞击到眼睛后面的光敏视网膜。视网膜上有数百万个专门的色素细胞,称为视锥细胞。人类的视锥细胞有三种不同的光谱敏感性 – 短、中、长。视锥细胞负责我们的三原色视觉

人眼能够感知到波长范围在约380纳米至780纳米的可见光。简单来说,每种类型的视锥细胞专门感知特定的波长。红色波长较长,绿色中等,蓝色较短。因此,当物体反射的光线射到视锥细胞上时,它对视锥细胞有不同程度的刺激。眼睛会将信号通过视神经传送到大脑中负责解读颜色的视觉皮层。

所有颜色都是由红色、绿色和蓝色组合生成的。当混合的颜色穿过人眼时,各种波长分别刺激各自的视锥细胞,而视锥细胞将启动光学网络进行识别和解读。许多不同的光波长组合可以让我们感知到相同的颜色。

颜色及人眼对颜色的解读

颜色及人眼对颜色的解读

颜色及人眼对颜色的解读

颜色及人眼对颜色的解读

光强度是影响我们颜色感知的另一个重要特性。色温用来表示组成光线的各种波长的相对强度。色温以开尔文(K)单位表示 - 色温低意味着光线更发红,色温高意味着光线更发蓝。在这种情况下,颜色以温度表示,因为物体升温时会辐射不同的光频。

色温对显示图像的影响

色彩还原,色彩空间和色域的标准

色彩空间 - 我们如何衡量颜色?

显示世界中有许多衡量色彩的标准,而CIE 1976 [1]是信息显示学会(SID)推荐的权威显示测量标准。,因为其只测量色彩质量,并能隔离如亮度等的其它因素所以色坐标图衡量色彩空间的首选方式。色彩空间是对人眼感知的可见光的统一表示。它将所有颜色映射在一个网格上,为它们分配光谱吸收率的可衡量值,从而可将色彩与色域标准的描述进行对比。

色彩还原,色彩空间和色域的标准

CIE色坐标图按亮度参数映射光的光谱分布,两个色度坐标表示色调和饱和度。一般人可见的所有色调都包含在“马蹄”图中。“马蹄”的边缘为光谱轨迹,表示光谱色(以纳米为单位的光波长测量)的最大饱和度。紫线是连接光谱轨迹两端的直线,它代表完全饱和的颜色,由紫色(360纳米)和红色(780纳米)组合而成。不饱和色位于中心,由白光发出。图白色区域中的曲线以开尔文单位显示绝对色温。

CIE 1976图和色域演进

上面的CIE图呈现了使用加色混合所获得的颜色集。使用加色三原色系统时,可以通过混合不同波长和不同亮度的光来创建新的颜色。此图表示正常人眼可见的全部颜色子集。但为了描述一个设备上可显示的颜色范围,行业使用色域的概念。

色域是显示屏可以产生的颜色范围值。正常人类视觉的色域覆盖整个CIE图,但通过显示技术实现这一目标只有理论上的可能。因此,色彩标准被表示为图中的三角形,定义为可通过在其角部组色来实现的颜色子集。近年来,随着色域逐渐变大,显示色彩空间的标准也不断演进。

色域标准的演进

了解色域的覆盖对评估显示技术及其产生逼真颜色的能力是至关重要的。大多数显示设备使用RGB颜色模型来定义每个像素的颜色。上面的色度图表明使用三原色可以覆盖大部分色彩空间。

RGB和sRGB

RGB标准于1990年获得批准,也称为ITU-R推荐BT 709或Rec 709标准 [2]。RGB仅覆盖CIE 1976紫外线图色坐标的33.2%。sRGB标准于1996年创建,并使用与Rec 709相同的原色和白点。这是消费电子产品中最常用的色域。该色域仍非常窄,仅覆盖CIE 1976紫外线色坐标38.7%

DCI-P3

2007年发布的DCI-P3 [3]色彩空间使用与REC 709和sRGB色彩空间相同的蓝色原色,但采用不同的绿色和红色原色。DCI-P3的红色原色是单色615纳米,绿色原色是稍微发黄的绿色,但饱和度更高。DCI-P3比sRGB色域大26%,覆盖CIE 1976坐标41.7%

BT 2020

ITU-R推荐BT 2020标准,简称为Rec 2020,建立了最广的显示色域,需要单色RGB原色(467纳米、532纳米和630纳米)。此色域非常广 – 比sRGB大72%,比DCI-P3大37%。这样产生的色彩空间覆盖CIE 1976坐标57.2%

Rec 2020采用的比色法持续增长,但合规性需要更明确的定义,因为这种颜色空间的100%不是物理上可实现的。目前只有少数显示屏接近于实现Rec 2020色彩空间。

在LCD面板中,只有量子点(QD)技术提供可调的原色,从而可以优化BT 2020色域。利用量子点的独特属性,我们可以生成超窄的原色,其半峰全宽(FWHM) [4]为30-54纳米(取决于量子点的类型),从而能实现最宽的色域覆盖。

我们之前探讨了颜色是如何感知和衡量的,下面来探索显示屏是如何产生颜色的。

色彩和LCD解决方案

广色域可产生最逼真的图像质量和最有活力的色彩。我们来了解LCD如何工作以及行业在色彩还原方面的发展方向。

LCD色彩生成原理

传统的LCD显示屏有一个由许多发光二极管(LED)组成的背光系统。这些LED是蓝色的,但被绿色和红色荧光体覆盖,以产生白光。通过改变荧光体的浓度,还可以改变和控制LED的色温。

从LED发出的光通过偏光滤光片后射到液晶(LC)上,液晶挡住光线或让光线通过红、绿、蓝彩色滤光片(CF)。这称为子像素。因为红色、绿色和蓝色可混合产生任何颜色,由三个子像素形成的每个颜色像素可创造出不同的色彩,然后形成图像。通过控制和改变电压可调节各子像素的强度,从而使其更亮或更暗,进而确定在显示屏上产生什么颜色。通过子像素的不同组合可产生数百万种颜色。

传统LCD面板中的色彩表现

传统LCD面板中的色彩表现

传统LCD面板中的色彩表现

传统LCD面板中的色彩表现

这种使用白光LED的机制简单、廉价 - 因此它在显示行业中得到了广泛采用,包括商用显示屏、电视、显示器、笔记本电脑、平板电脑和智能手机。

如果您想了解LCD是如何制作的,请浏览我们有关LCD制造工艺的博客,看看这些颜色的生成原理是如何通过硬件实现的。 

色彩表现的未来

为了实现更广的色彩空间,显示屏制造商提出了许多提高LCD性能的解决方案。量子点显示屏是更加接近BT 2020覆盖要求的最有希望和最现实的技术之一。

具有QD功能的LCD的基本工作原理与传统结构类似。主要区别在于QD显示屏使用蓝色LED,而不是白光。蓝色LED除了向子像素发光外,也会发出量子点,量子点经调谐后发出红光和绿光。由于QD色彩非常纯粹,它们可以发出RGB色且费光更少,从而让画面更丰富多彩。

QD显示设计的类型多种多样,我们将在此颜色系列的第二部分介绍。继续阅读以详细了解量子点技术、QD显示类型和色彩表现的未来。

[1] CIE(国际照明委员会)于1931年定义了最初的CIE标准。在1976年修订版中,标准采用了更为线性的色彩空间,最大限度地减少感知的色彩变化,使色彩对比更加准确。

[2] ITU-R推荐标准包括一套由国际电信联盟(ITU)无线电通信部门(前身为CCIR)制定的国际技术标准。

[3] DCI代表Digital Cinema Initiatives, LLC,这是各大电影公司合资的企业。

[4] 半峰全宽(FWHM)是测定色谱宽度的方法,计算方式为色谱曲线上功能达到其最大值一半时的两点之间的差。

重要术语解释:

  • 颜色是我们的眼睛通过我们的大脑感知并处理光信息后得到的视觉感知。

  • 人眼对波长的敏感度:人眼能够感知到的可见光波长范围在约380纳米至780纳米之间。

  • 色彩空间是对人眼感知的可见光的统一表示。

  • 色域是显示屏可以产生的颜色范围值。

  • 光谱轨迹 –表示光谱色(以纳米为单位的光波长测量)的最大饱和度。

  • 紫线是连接光谱轨迹两端的直线,它代表完全饱和的颜色,由紫色(360纳米)和红色(780纳米)组合而成。