电视常识每日新知:关于量子点的故事

2014-12-16 17:44:53来源: 万维家电网

    色彩是通过眼、脑和我们的生活经验所产生的一种对光的视觉效应。

    在人类物质生活和精神生活发展的过程中,色彩始终焕发着神奇的魅力。生命的长河中,人们永不满足于长时间的色彩单一,不仅发现、观察、创造、欣赏着绚丽缤纷的色彩世界,还通过日久天长的时代变迁不断深化着对色彩的认识和运用,发现新奇的色彩激励。

    旧石器时代,人类在岩壁上用单纯的色彩画出当时的狩猎生活,原始色彩反映了人类生命自发的色彩。当陶器和木结构建筑的出现后,世界上不同种族的具有创造力的艺术家们开始将缤纷的色彩和丰富的纹样描绘于其上,从此色彩具有更广泛的社会性功能;自从1976年牛顿用三棱镜折射出阳光中红橙黄绿青蓝紫七色光谱后,近现代色彩画家的色彩感知突飞猛进,这时候的色彩展现了画家们对色彩的敏锐观察力和独到的色彩个性;而静态和动态相结合的光色造型艺术的出现则反映了当代人们全面审美的色彩个性对人类发展至今的色彩本质的全部占有。


    这一切的一切都是为了展现世界的美好。而科技对这种美好的呈现也从未停息。 

    1925年英国人约翰.洛奇.贝尔德成功发明了世界上第一台电视机,虽然只是简单的黑白显示,但人类已充分体会到了科技带来的视野的开阔及对世界的初步认识。随着彩色电视的研制,大自然的美好首次被屏幕还原,为人类展现了绚丽的色彩视界,人们仿佛这才真正地认识了这个世界。 

    那电视的色彩,可以被量化吗,怎样才能更好地显示真实的大自然色彩呢?当然可以。色域就是指某种设备所能表达的颜色数量所构成的范围区域,即各种屏幕显示设备、打印机或印刷设备所能表现的颜色范围。在不同的设备领域,还有一些不同的色域标准,而在广播电视领域,最常用到的则是NTSC色域标准,是电视机色域表现能力的标尺。

    让我们将时光倒回到1953年,当时美国国家电视标准委员会(NTSC)基于CIE 1931色度图,根据当时CRT的荧光粉技术定义了RGB三原色的x、y值,即为NTSC色域标准,该标准采用C光源(对应白为CIII,色温6766K)。1966年的時候, 由于NTSC制定的RGB坐标所用的RGB荧光粉发光效率不好,由欧洲广播联盟(European Broadcasting Union, EBU) 根据当时现实的需求重新定义了RGB以及白点的坐标规范。新定义出來的色坐标三角形面积刚好涵盖原本NTSC标准的72%, 因此后来的的彩色电视系统都遵循着 NTSC 72%的规则。 而近代液晶屏幕出现之时为了取代传统CRT市场, 在色域规格上也先按照原本的NTSC 72%, 久而久之成了色彩科技从未突破的桎梏。

    其实色域和电视机的很多指标有关,其中很重要的就是背光源,而背光因素主要取决于红,绿,蓝三种光波的纯度,在光谱图上三种颜色的光谱越窄越尖锐,表示3种颜色的光越纯,混合得到的白光亮度也就越高,因而所表现的色域也就越广。由于普通LED电视采用的是蓝色LED芯片+黄色荧光粉产生混合白光,从而导致背光纯度不足,自然界大部分的蓝色绿色及一部分红色还是无法被准确显示出来,所以在播放视频电影时,画面显示色彩的表现多少会有偏差,也因此,受到了消费者的诟病。

    为了突破色彩桎梏,人们不断探索如何改进LED背光源方案。随着技术的发展,研究人员发现了使用RG粉(红绿荧光粉)代替黄色的荧光粉并添加彩色滤光片辅助增强型技术方案。通过这种技术增强方案, LED电视的色域值可达到82%左右,相对于普通的LED电视色域度提高了10%,背光色纯度提升至70--85%,因此被称为第一代高色域电视。然而采用这种方案的电视在绿色和红色的表现力上仍然不足,最终导致色域饱和度不佳,图像的灰度和色彩过度不好,所以在使用这类高色域电视时,画面感还是显灰蒙。为此行业提出全新背光荧光粉方案即新RG粉方案,通过这个方案,LED电视的色域值理论可达到96%以上,亮度可提升10%以上,并且在同等亮度下节能15%以上,因此被称为第二代高色域电视。

    其实介绍这么多了,大家应该都认识到了这些提升色域值的方法都是荧光粉方案,然而荧光粉即使再如何改进,其为LED电视提升色域值的能力已经达到了极限。那有没有更高效的色彩解决方案呢?

    1979年美籍华裔教授邓青云在实验室中发现了有机发光二极体,也就是OLED,由此OLED开始吸引了行业专家的竞相研究。OLED显示技术具有自发光的特性,采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板,当有电流通过时,这些有机材料就会发产生所需要的彩色光,由于不需要背光源,OLED具有轻、薄、色域广并且可弯曲等特点,按显示原理色域值可达到100%,因此一度被行业认为是下一代显示技术。然而目前OLED良品率极低;有机材料及金属对氧气及水气相当敏感,易氧化,使用寿命短;精准色彩控制能力不足,存在色彩纯度不够的问题;而受技术限制,各种已有OLED电视的实测色域也只有89%左右。

    当行业其他企业都在纠结OLED量产化的时候,TCL率先打破迷思,于2014年12月15日正式推出中国首款采用量子点显示技术打造的量子点电视 H9700,引领全球彩电业进入了全新的量子点时代。

    那问题来了,什么是量子点电视?它比OLED更能代表下一代显示技术吗?

    为了回答这一问题,首先让我们认识一群人。早在2011年,TCL就携手在全球享有盛名的斯坦福研究院,在硅谷成立了TCL硅谷研究院。而这个在中国业界不太为人知的研究院,其实有一项秘密使命,就是寻找和研发下一代领先全球的显示技术。正是这个研究院发现了量子点技术应用在电视上的无限潜力。

    量子点,英文名Quantum Dot,一种非常前沿科技的纳米材料,其晶粒直径在2-10纳米之间。而正是这些肉眼看不到的微小晶体给予电视呈现更多大自然色彩的契机。

    研究人们发现量子点的光电特性很独特,它受到电或光的刺激,会根据量子点的直径大小,发出各种不同颜色的非常纯正的高质量单色光,于是便产生了将量子点显示技术应用到电视上的构思。经过不断的开发,TCL研发团队最终实现了通过纯蓝光源,激发量子点光管中不同尺寸的量子点晶体,从而释放纯红光子和纯绿光子,并与剩余的纯蓝光投射到呈像系统上面,这样就可以借助量子点发出能谱集中、非常纯正的高质量红/绿单色光,完全超越传统LED背光的荧光粉发光特性,实现更佳的成像色彩。

    为什么TCL TV+量子点电视能超越普通的LED甚至是OLED,引发色彩科技革命呢?

    首先,色域覆盖更宽广。在CIE 1931色度图上,TCL量子点电视H9700在红色上的x.y坐标达到了0.6901与0.2979,绿色的x.y坐标是0.2091与0.7415,蓝色的x.y坐标是达到0.1468及0.0708,最终就构成了H9700高达110%的NTSC色域值。目前普通LED背光色域为72%NTSC色域,备受关注的OLED色域原理上可达到100%NTSC色域左右,而TCL TV+量子点电视的色域达到了行业最高110%NTSC,是目前色域覆盖率最广的技术。

    其次,色彩控制更精确。目前业界在显示技术上普遍采用的是光致发光(PL)原理,传统的荧光粉是多级能级结构,当蓝光激发荧光粉时,荧光粉发出的光的频谱不是单一的,除了显像需要的红/绿/蓝光外,还有其它杂色光,这些杂色光严重影响了色彩还原的纯净度与精确度;而量子点是单能级结构,每个固定大小的量子点受激发出的光的频谱是唯一的,也就是说色彩是唯一的,是纯色的。因此,通过调节量子点晶粒尺寸,就可以方便、精确地调节其产生的光波波长,产生不同颜色的发光,从而可以更精准地控制色彩,达到精确的色彩还原显示效果。针对4K*2K/8K*4K特高分辨率电视,国际电信联盟(ITU)于2012年8月发布了BT2020标准,BT2020定义的色域覆盖范围高达133% NTSC色域,而量子点电视H9700的110%色域值是目前最接近该标准的技术,此外其红/绿/蓝顶点坐标做到了与BT2020色域顶点坐标方向一致,也是目前唯一可以符合BT2020色域标准的显示方案。

    最后,红、绿、蓝色彩更纯净。电视机色域的表现除了受屏体、驱动等因素影响外,还取决于背光源的纯度,而背光因素主要取决于红,绿,蓝三种光波的纯度,在光谱图上三种颜色的光谱越窄越尖锐,表示这三种颜色的光越纯,混合得到的白光亮度也就越高,因而所表现的色域也就越广。TCL量子点电视H9700的红绿蓝三基色对应的光谱峰清晰明了,彼此无重叠,并且能量集中,波峰窄,因此H9700所显示的红、绿、蓝色更纯净。

    除此之外,在量子点显示技术的基础上,TCL研发团队还为量子点技术在电视上的应用落地也集中研发了真彩显示技术。这是TCL核心画质提升技术之一,包括混合调光技术、精准色域匹配技术、自然光技术,实现色域值、对比度、能效、亮度等画质参数的综合提升,进而提升显示画质。 

    首先,混合调光技术是TCL的独家专利技术。混合调光是指在100%-30%最大亮度区间调整LED电流,此时色温一致性好,光电效率升高,节能不闪烁;在调光后半段电流峰值不变,调LED电流PWM占空比,色温保持不变。混合调光技术具有健康、绿色节能两大特点:可以实现家庭观看(小于最大亮度)情形下背光连续发光,不闪烁;家庭观看亮度下,背光功耗相对PWM调光减少20%(折算整机功耗降低5-10%)。

    其次是自然光技术。大家都知道在低光亮和高光亮条件下我们的眼睛使用不同的部位。眼睛包括圆锥和杆型细胞分别在相反的状况下运行。圆锥细胞识别光亮条件下的颜色和细节(适光的)而干细胞承担昏暗下的责任(暗视的)。在光亮处,我们的瞳孔缩小以便感觉更多的细节,同时景深和感觉光亮也增加。在弱光下,瞳孔放大以使更多的光进入。因此通过自然光技术的应用,在暗画面时背光设置为最大,内容清晰、而在亮画面时,适度降低背光,不刺眼,使得人们在观看H9700时,减少瞳孔调节变化量,从而提高收看的舒适、自然度。

    最后通过精准色域匹配技术的应用,使得普通片源显示时,景物更为艳丽,人物更真实自然,可以说是让普通画面也能发挥量子点广色域的优势。

    综上所述,由于量子点显示技术和真彩显示技术的应用,TCL TV+量子点电视突破了传统LED显示技术在色域显示上的限制,达到了110%NTSC色域。110%,这也许是当初制定NTSC制式时不曾想象的数字,也是人类在探索显示技术所达到的一个巅峰,更表达了人类对于色彩的不懈追求。而TCL TV+量子点电视的诞生不仅引发了行业色彩科技革命,更是打破了量子点技术落地的世界难题,一举带领中国彩电企业首次在显示技术领域真正领先全球,引领全球彩电业正式进入“量子点”显示时代。

    从72%到110%,TCL TV+量子点电视的出现,让全球彩电业的显示技术向前迈进了一大步。

关键字:电视  常识  故事

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2014/1216/article_8320.html
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