何勝斌，唐萬順

(深圳市兆馳股份有限公司，廣東 深圳 518026)

0 引言

隨著全球現(xiàn)代化水平不斷提升，顯示設(shè)備成為了信息社會(huì)重要的應(yīng)用平臺(tái)，在信息傳播和生活?yuàn)蕵分邪l(fā)揮重要的作用。目前，行業(yè)內(nèi)主流顯示方式包含：LCD液晶顯示、OLED、激光顯示、LED點(diǎn)陣等。其中，LCD液晶顯示的制造成本低、使用壽命長(zhǎng)，設(shè)計(jì)空間大等特點(diǎn)，使其保持行業(yè)的主流，如LCD液晶電視、顯示器等；OLED因?yàn)榱悸屎吞匦?，適合小尺寸便攜式設(shè)備；激光電視顯示適合超大尺寸特定場(chǎng)景；LED點(diǎn)陣顯示尤其MINI和MICRO是新型顯示技術(shù)，正在推廣和技術(shù)突破階段。

LCD液晶顯示的發(fā)展從CCFL到LED燈條、從厚重到輕薄、從普通色域到高色域、從高色域到量子點(diǎn)、從不可調(diào)光到區(qū)域調(diào)光等，一直在不斷完善，以提供更好的視覺效果。

1 色域的定義以及影響色域的因素

1.1 色域

即色彩空間，為所有可見光的總和。在二維空間中有兩種表示方法：1) 用x，y坐標(biāo)系(CIE 1931非均勻色度空間)；2) 用u’，v’坐標(biāo)系(CIE 1976均勻色度空間)。在色度空間圖上用顏色標(biāo)出的位置是可見光顏色區(qū)域，為馬蹄形狀。

圖1 色度空間圖

1) 色域是LCD液晶顯示設(shè)備的一個(gè)重要指標(biāo)，是單臺(tái)設(shè)備能夠產(chǎn)生的顏色總和，它代表的是顯示設(shè)備能顯示色彩的能力。影響色域大小的是RGB三基色色度點(diǎn)，如果能顯示出更紅、更藍(lán)、更綠的三基色，色域就越高。以RGB色度點(diǎn)在色度空間中形成的三角形區(qū)域大小來量化，三角形區(qū)域面積越大，色彩表現(xiàn)能力越強(qiáng)，顯示的色彩就越艷麗。當(dāng)選取RGB光譜色時(shí)，馬蹄形決定了光譜色形成的三角形無法涵蓋整個(gè)區(qū)域，即：三基色并不能混合出所有可見光，所以RGB色度點(diǎn)組成的三角形覆蓋標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域的比例，稱之為色域覆蓋率。

2) 行業(yè)內(nèi)常用的的色域標(biāo)準(zhǔn)有：NTSC標(biāo)準(zhǔn)、DCI-P3標(biāo)準(zhǔn)、sRGB標(biāo)準(zhǔn)、Adobe RGB標(biāo)準(zhǔn)、BT.2020標(biāo)準(zhǔn)等。

3)影響色域大小的兩個(gè)直接因素：LCD液晶玻璃上使用的彩色濾光片(Color Filter，簡(jiǎn)稱CF);背光源設(shè)計(jì)。

LCD液晶[1]本身并不會(huì)顯示圖像，之所以能看到圖像，是因?yàn)楸仨殞?duì)液晶加上電信號(hào)和需要背光源。而液晶玻璃的構(gòu)造中，影響色域的是彩色濾光片(Color Filter簡(jiǎn)稱CF)，由紅、綠、藍(lán)三種濾光片組成，只有與濾光片光譜相近的光源才能夠透過濾光片。LED白光經(jīng)過CF后得到一個(gè)新的混合白光，由透過率CF后的R/G/B重新混合而成。不同型號(hào)的OC采用了有差異的彩色濾光片，這就要求我們采用不同LED白光色區(qū)來調(diào)整LCD液晶顯示器的白點(diǎn)色坐標(biāo)。

背光源設(shè)計(jì)，則要求構(gòu)成LED白光RGB的光譜峰值接近CF的RGB濾光片峰值，同時(shí)使RGB三色的半波寬越窄越好，減小RGB的交叉影響，才能得到更高的色域值。

2 提升色域的常用方法

LCD液晶玻璃確認(rèn)后CF也被固定下來，提升LCD液晶顯示色域的關(guān)鍵因素就是背光源。在背光源設(shè)計(jì)中，提升色域的方法有如下兩種：

2.1 使用高色域LED提升色域

普通色域的白光LED由藍(lán)光芯片+Yag粉構(gòu)成，NTSC色域在72%左右。高色域LED實(shí)現(xiàn)的方式有多種，下面就各自方案做了個(gè)對(duì)比，見表1。

表1 高色域LED實(shí)現(xiàn)方案

高性價(jià)比的方案為L(zhǎng)ED藍(lán)光芯片+綠粉+新紅粉方案，實(shí)現(xiàn)高色域LED的關(guān)鍵在于色粉的峰值、半波寬等參數(shù)的選擇。色粉的光譜選擇與彩色濾光譜匹配的波段，同時(shí)發(fā)射光譜的半波寬窄，才能有效的提升LED色域。

這里重點(diǎn)談下新紅粉KSF。KSF、KGF、KTF都為氟化物熒光粉，其中KSF為立方晶體，KGF、KTF為六方晶體。新紅粉(KSF)為四價(jià)錳激發(fā)的氟硅酸鉀，在高色域LED中使用的比較廣泛。KSF熒光粉具有吸濕性、易氧化的特性。在高溫時(shí)容易和水發(fā)生可逆的化學(xué)反應(yīng)，分體顏色由橙色變?yōu)楹稚?。高溫條件下氟化物熒光粉的亮度會(huì)衰減很大，回溫后可恢復(fù)正常。由于氟化物熒光粉的特性，其存儲(chǔ)條件非常嚴(yán)格，要避免溫濕度對(duì)粉體的破壞；在應(yīng)用過程中需配備氣密性和散熱性好的材料，因此對(duì)LED支架和膠水要有針對(duì)性的選擇。

2.2 使用量子點(diǎn)提升色域

量子點(diǎn)[2]為半導(dǎo)體納米晶體，其組成成分主要有：鋅、鎘、硒和硫原子。量子限制了電子和空穴的區(qū)域，讓量子點(diǎn)具有了分立的能級(jí)結(jié)構(gòu)，量子點(diǎn)受到光或者電的刺激會(huì)發(fā)出有色光。量子點(diǎn)組成成分不同、尺寸不同，都會(huì)使量子點(diǎn)被激發(fā)的光譜處于不同的波段區(qū)域?？梢愿鶕?jù)需求，調(diào)整量子點(diǎn)的尺寸或者不同組成成分，使量子點(diǎn)發(fā)出單一性好且對(duì)稱的光譜。

量子點(diǎn)主要特性如下：粒徑在1～10 nm的納米晶體；與水氧接觸產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致失效；電或光作用下能發(fā)出特定頻率的光且無機(jī)發(fā)光材料比有機(jī)發(fā)光材料更穩(wěn)定，發(fā)光效更高；發(fā)光顏色單一純凈，且半波寬超窄(≤35 nm)；實(shí)際應(yīng)用可操作性強(qiáng)，只需變化量子點(diǎn)尺寸大小，即可發(fā)出不同顏色的光。

從環(huán)保上區(qū)分，量子點(diǎn)分為兩種：有鎘量子點(diǎn)和無鎘量子點(diǎn)。目前有鎘量子點(diǎn)在色域和光效上都優(yōu)于無鎘量子點(diǎn)，在高色域背光設(shè)計(jì)成本上含鎘量子點(diǎn)成本相對(duì)低。鎘在量子點(diǎn)成分中含量較少，在環(huán)保規(guī)定范圍內(nèi)，所以含鎘量子點(diǎn)在業(yè)內(nèi)使用的比較廣泛；無鎘量子點(diǎn)實(shí)現(xiàn)無害環(huán)保，它的突破將是量子點(diǎn)的下一個(gè)發(fā)展方向。在顯示技術(shù)領(lǐng)域，量子點(diǎn)的主要應(yīng)用包括兩個(gè)方面：基于量子點(diǎn)電致發(fā)光特性，開拓量子點(diǎn)發(fā)光二極管顯示技術(shù)，即QLED；基于量子點(diǎn)光致發(fā)光特性，將量子點(diǎn)做成量子膜或者做成量子點(diǎn)擴(kuò)散板，應(yīng)用到高色域的背光技術(shù)。量子點(diǎn)應(yīng)用在LED封裝中，散熱和水氧阻隔的問題很難解決，應(yīng)用在膜片和擴(kuò)散板上顯示效果更佳，可靠性更強(qiáng)。

2.2.1 量子膜實(shí)現(xiàn)原理

量子膜架構(gòu)為：量子點(diǎn)材料涂布在兩張高分子阻隔膜中間。阻隔膜主要作用為阻隔外界的水氧，防止量子點(diǎn)失效。量子點(diǎn)材料涂布前需要充分?jǐn)嚢瑁瑸榉乐沽孔狱c(diǎn)在生產(chǎn)過程中失效，生產(chǎn)設(shè)備需要絕對(duì)密封。隨著量子點(diǎn)材料層不斷升級(jí)，鎘含量逐步降低，對(duì)阻隔膜的要求也逐漸在降低，光學(xué)表現(xiàn)和穩(wěn)定性逐步增強(qiáng)。

量子膜在背光設(shè)計(jì)中，搭配藍(lán)光LED(常用波段為447～455 nm)，同時(shí)為了更好的被藍(lán)光激發(fā)，量子膜放在膜片架構(gòu)的第一張，即擴(kuò)散板/導(dǎo)光板上。通過藍(lán)光激發(fā)量子點(diǎn)產(chǎn)生綠光和紅光，與滲透過來的藍(lán)光混合為白光。

使用量子膜設(shè)計(jì)高色域背光時(shí)，除了LED波長(zhǎng)和面板會(huì)影響混合白光的色點(diǎn)，此外膜片數(shù)量的多少會(huì)影響藍(lán)光的滲透效率，對(duì)混合白光的色點(diǎn)也有較大的影響，需要針對(duì)膜片架構(gòu)選擇不同成分的量子點(diǎn)材料層。

表2 量子膜常用膜片架構(gòu)

2.2.2 量子點(diǎn)擴(kuò)散板實(shí)現(xiàn)原理

擴(kuò)散板使用在直下式機(jī)型中，通過透射、折射、反射、散射等光學(xué)作用，使LED點(diǎn)光源轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆蛎婀庠吹恼丈湫Ч?。目前常用的擴(kuò)散板都是將PS/PP和光擴(kuò)散粒子熔解攪拌均勻后通過設(shè)備擠出形成。通過調(diào)整原料配比擠出不同霧度和不同透過率的擴(kuò)散板，厚度可以通過擠出設(shè)備控制。光擴(kuò)散粒子由基體樹脂和擴(kuò)散劑組成。基體樹脂主要選擇的是PMMA、PS、PC等透光率高、機(jī)械性能良好的工程塑料；光擴(kuò)散劑主要包括有機(jī)光擴(kuò)散劑和硫酸鋇、二氧化硅等無機(jī)光擴(kuò)散劑，以微球形團(tuán)聚形式存在。擴(kuò)散劑會(huì)吸收入射光，導(dǎo)致入射光在通過擴(kuò)散板后損失亮度，所以擴(kuò)散板在實(shí)際應(yīng)用中，霧度提升，擴(kuò)散效果越好，亮度就會(huì)越低。

量子點(diǎn)擴(kuò)散板是普通擴(kuò)散板通過特殊工藝與量子點(diǎn)材料層二合一形成的功能板。其工作原理和量子膜一樣，只是將量子點(diǎn)材料層的載體由高分子阻隔膜更改為擴(kuò)散板，其作用可以取代擴(kuò)散板+量子膜，降低設(shè)計(jì)成本，同時(shí)也解決了阻隔膜依賴進(jìn)口的問題。

量子點(diǎn)遇到水氧會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)高溫也會(huì)犧牲一些量子點(diǎn)和降低量子點(diǎn)效率。量子點(diǎn)擴(kuò)散板的生產(chǎn)工藝采用更加復(fù)雜的三層共擠的方案生產(chǎn)。

3 高色域背光技術(shù)的前景

分辨率和色域是用戶對(duì)一臺(tái)顯示設(shè)備最直觀的感受。目前4K/8K已經(jīng)在一定程度上滿足了用戶在清晰度上的需求，色域?qū)?huì)是用戶接下來要追求的熱點(diǎn)。色域的提升，讓人更加直觀的了解設(shè)備色彩顯示能力，很大程度的提升用戶的感官體驗(yàn)。隨著社會(huì)發(fā)展、物質(zhì)水平的提升，用戶對(duì)電子產(chǎn)品的追求也在不斷提升，在未來幾年，高色域占比將不斷提升，或?qū)⒂瓉砀呱蝻@示時(shí)代。