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本帖最后由 San_Spirit 于 2015-2-4 23:26 编辑
0、前言 2013年索尼在W950A、X9000A等机型上推出了特丽魅彩（Triluminos）技术，采用量子点改善液晶电视背光系统，提升色彩效果，但到了2014年又偃旗息鼓，W950B、X9000B等机型不再采用量子点，只剩下通过固件算法进行色彩增强。 2015年的CES忽然成为量子点大放异彩的节点，三星、LG、TCL等厂商均将量子点应用于自己的电视产品，特别是三星，单独将其命名为SUHD产品，推出了多款量子点背光产品，并且创造了一个新名词“色彩体验（color expression）”声称采用量子点提高了64倍，LG随之也创造了一个新名词“色彩再现率（color reproduction rate）”声称采用量子点提高了30%。相信等国内各大家电卖场上市春季新品以后，必定会掀起量子点的宣传大潮。 那么究竟什么是量子点，量子点我们的电视又有什么帮助，我们就来一起看一下。
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1、 什么是量子点 我们今天说的量子点(quantum dot)，主要指CdS、CdSe、CdTe、ZnSe、InP、InAs等半导体纳米级结晶体。其具有受激（电激发或光激发）后可以发光的特性。由于其发光原理与以往的发光材料不同，所以具有独特的光学特性（此前主要用于生物荧光标记）。
A、量子点的发射光谱可以通过改变量子点的尺寸大小来控制。量子点所产生的具体颜色取决于其自身大小，不同尺寸的量子点发射的光波长（颜色）不同，越大波长越长（颜色越红），越小波长越短（颜色越蓝），以CdTe量子为例，当它的粒径从2.5nm生长到4.0nm时，它们的发射波长可以从510nm（绿色）红移到660nm（红色）。
B、量子点具有宽的激发谱和窄的发射谱，也就是说多种颜色的光源都可以用来激发量子点，同时量子点发出的光仍然可以保持纯净（目前用不同颜色的光激发量子点，然后再发出的光是否一致尚未找到文献和实验数据，但是知道其色纯度仍然可以保持较高，至于是不是原来的颜色尚无法证实）
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2、 为什么需要量子点 2.1、电视机对光源的要求 自然界的白光是由连续的从红到紫无限多种光组成的，也是人们视觉上最舒适的白光。实际上任何我们看到的自然界的颜色都是由连续的多种颜色组合的。对于照明行业而言，除了要求寿命、能效，还有一个重要的就是显色性，光谱越均匀，越能模拟日光，显色性就越强。 图-1 自然光及白炽灯光谱图 然而显示设备由于设计上不可能提供足够多的原生颜色，妥协的办法是通过红绿蓝三色通过尽可能平缓的灰阶控制，组合出尽可能多但还是有限的颜色。对于电视要提升色彩表现就是RGB越纯，越不含有其他辅色的混合，色域就越广。在亮度调整时分阶步进越小（灰阶越平缓），能混合出的颜色就越多。 所以电视行业对于光源的要求与照明行业对于显色性平缓光谱的要求是正好相反的，那就是RGB三色越孤立越好，光谱越离散越好。虽然都是白色（忽略色温），但是一个是由无数种颜色混合成的白色（连续光谱），另一个是由三种单一的颜色混合成的白色（离散光谱），所以本文以下部分所说白色均为离散光谱白色。
2.2、等离子和液晶电视如何满足该要求 PDP电视是在微小腔体里，形成小“电弧”（等离子体）然后用其发射的紫外光激发RGB荧光粉，分别发出RGB光。 图-2 等离子面板显示原理示意图 所以对于等离子面板（不考虑电路和软件选型影响）而言，影响色彩表现最直接的就是用的什么材料的荧光粉。荧光粉发光的色纯度越高，色域就越广；荧光粉发光效率越高，电视机亮度就越大。
液晶电视通过背光系统发光（白色），然后经过液晶层去调整光的强度（变暗的白色），然后再照射到彩色滤光片（CF）上（彩色）。 图-3 液晶面板显示原理示意图 所以对于液晶面板（不考虑电路和软件选型影响）而言，影响色彩表现有两点： A、 彩色滤光片（CF）的性能：例如红色子像素的滤光部分，允许通过的波长越窄，滤掉了与红色接近的橙色，通过的颜色就越纯，就是比较好的CF；反之差的CF，背光穿透以后，红色中残留有橙色，所以无法显示真正的纯红，而且控制逻辑并不知道红色是不纯的，所以在显示其他混合颜色时也容易出现偏色。（还有值得一提的是，CF具有一定的线性空间，同样以红色子像素部分为例，若亮度高于线性段，背光中蓝绿色部分的通过量会增加。所以CF线性段能够覆盖的亮度越大，性能就越好）
B、 背光的性能：彩色滤光片滤除除目标颜色外的其他颜色段是一方面，如果光源本身的离散性越强，也就是RGB混合白光中，含有的橙色非常少，那么最终反映出来的红色纯度越高，混合出的辅色也就相对准确。（此处只是色准问题诸多影响因素之一）
2.3、液晶电视背光发展历程 A、CCFL CCFL的发光原理与一般荧光灯管是一样的，从电极跑出的电子撞击到水银，激发水银使其释放出紫外线，这个紫外线照射到涂在玻璃管内侧的荧光体成为可见光。 图-4标准色域的CCFL背光源的光谱图 从上图可以看到标准色域的CCFL背光源绿色表现很好，蓝色过于离散杂色多，红色及蓝色相对强度较低。 在这要说两点问题：一是本文中光谱图由于来自不同文章，横纵轴取值不同，只做示意性比较。二是如前文所述背光只是液晶电视色彩表现的一个方面，CCFL背光源蓝色分量较少，但是由于目前的CF制作，蓝色部分有非常好的性能，所以在CIE图上仍然可以产生很好的蓝色效果。 B、 RGB-LED 随后出现的RGB-LED，是三种不同颜色的LED灯珠，安装在一起，直接看灯珠是三个分别为RGB的，然后经扩散板混合变为白色。 图-5 RGB-LED背光源的光谱图 从上图可以看到RGB-LED背光源几乎与CCFL相反，绿色无论是离散型还是相对强度表现均较差，红色两方面表现都很好，蓝色两方面也相对较好，但是峰值波长约480nm，相对较高。 C、 WLED WLED是蓝色LED照射黄色荧光粉的工作原理，直接看灯珠就是一只白色的。 图-6 WLED背光源的光谱图 这张图很明显可以看出，蓝色部分是由蓝色LED直接发出并穿过黄色荧光粉的部分，所以离散性和相对强度都不错。但是红、绿部分几乎没有，都是靠黄色撑起来的，无论是离散性还是相对强度都不足，所以这也是现在WLED在红绿方面很难做好的重要原因之一。
此外，还有戴尔出过GB-LED配合红色荧光粉的液晶显示器，基本原理就是上面的一种混合情况，成本比RGB-LED要低一些； 还有就是三菱出的激光背光液晶电视，三菱除扫描显示的三色激光背投外，也有过三色激光背光、双色激光背光的液晶电视的展示机，但是由于成本较高，没能成功商业化，直至其出品了红色激光+青色LED的背光组合，由于激光器和LED存在发散角不同的问题，所以三菱采用专门的光学系统进行均匀混合。其光谱图目前没有找到，但是由于其采用青色的补色发光体，恐怕也会面临不小的困难。
2.4、小结 可见我们现在的背光光谱并不是十分的完美，甚至因为成本因素出现了倒退，加之2013年UHD提出的Rec.2020和即将出台的BD-4K标准，都对色域方面提出了更高的要求，所以必然要求厂家去寻找一种突破现有WLED色域限制，同时成本也不能太高的技术，CF的优化已经基本到达一个平台期，RGB-LED成本又相对较高，而量子点技术正是大多数厂家的首选。
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3、量子点背光 前文说了量子点的发光原理，本章主要阐述电视机如何应用量子点 现在供应量子点的企业有很多，例如：美国NanoSys、mknano、QDvision等公司、英国曼彻斯特大学、韩国陶氏化学、中国浙江大学等等。 各家出品的量子点也是有着各自的特点，有的是不含镉等有毒重金属元素，有的是发光效率高，有的是价格便宜，其中QDvision公司比较早的形成了为企业服务的整体解决方案，其称之为“Color IQ” 根据Color IQ方案，将电视领域的量子点应用分为On-Chip、On-Edge、On-Surface三大类，我们就按这种分类方式，分别介绍量子点如何应用。 3.1、On-Chip方案 On-Chip方案就是将量子点材料放入LED灯柱里，由蓝色LED点亮并激发量子点，灯柱射出白光。该方案主要针对LED灯珠生产厂家例如日亚化学，但目前尚未得到反馈，所以目前无该方案商业化产品。
3.2、On-Edge方案 On-Edge方案是目前最成熟，成本最低，而且我们见过的量子点应用方案，SONY在2013年的量子点产品和TCL的量子点产品均采用这一方案。该方案主要适用于侧入式背光电视。 其工作原理是通过蓝色LED从侧面进行打光。在LED的正面是一根内含红色和绿色量子点溶剂的细玻璃管。蓝色LED发出蓝光，一部分直接穿过量子点管，另一部分激发量子点使其发出绿光和红光，最终实现输出离散白光的目的。 图-7 On-Edge量子点背光方案示意图 图-8 On-Edge量子点玻璃管
3.3、On-Surface方案 On-Surface方案是将量子点材料部署于扩散层上，蓝色LED发出蓝光，在扩散层上与量子点材料共同作用发出离散白光。 图-9 On-Surface量子点背光方案示意图 上图是关于侧入式背光采用On-Surface方案的示意图，据CNET报道LG和三星可能采用了此种技术，但未经证实。 除此以外，On-Surface也可以被用于直下式背光电视。
3.4、一些杂七杂八的信息 A、量子点的效果到底怎么样 目前尚未找到有关第三方机构测量的电视机里所采用量子点材料的光谱，各类论文中也均是有关新型量子点材料光谱特性的描述，并不是用于电视机领域 此外，NanoSys公司给出了一个光谱图，但是作为量子点材料提供商，无法验证其是否与电视机现在采用的是一致的，请各位看客自行判断 图-10 NanoSys公司QDEF（On-Surface方案）量子点光谱图
B、买到的量子点电视里到底有多少量子点材料 这是人民日报记者对杭州纳晶公司的采访，其中提到“一桶2000毫升的溶液提纯后，晶体大概只有手指头那么点。但可以用来制造1万台使用量子点的新型彩电。” 这就是为什么大多数生产量子点的公司都与大学有关，QDvision公司依托麻省理工、NanoSys公司依托伯克利、杭州纳晶公司依托浙江大学。 任何一个高水平大学的化学实验室一个多星期就可以生产出足够SONY公司全年需要的量子点材料。所以，量子点技术成本低廉，可广泛应用于照明、显示行业。
C、量子点技术发展历程 对于这个比较关心的朋友可以参看浙江大学彭笑刚教授的演讲，还是说的很通俗易懂的
D、更多的量子点产品的信息 多数量子点材料厂家的网站都是做各种新闻，mknano这家公司的网站还是不错的，大家可以查到不同尺寸量子点对应的不同波长（颜色） 可以看到该公司现有2大系列，13种材料，108种产品，常见的碲化镉（CdTe）量子点，可以提供波长范围从510nm的绿色到720nm的红色，每10nm为步进的22种产品。
E、苹果公司已经向美国专利局递交了“有关在视网膜显示屏中应用量子点技术的专利”
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4、要不要买量子点电视 4.1、色彩表现方面考虑 首先将量子点应用与电视是一项很好的技术实践，用较低的成本，切实提高显示设备的色域水平，使得厂家与消费者实现双赢，但是这句话有个前提，就是“在显示广色域视频信号的情况下” 自1990年通过Rec.709标准以后，无论NTSC或PAL的电视输出，还是DVD、蓝光等电影在家庭端的输出均遵循该标（分别于1994、1995、1998、2000、2002年进行了5版修订） 其中关于关于色彩的描述如下： 按照其RGB三点在CIE图中圈定的色域范围面积为NTSC色域的72%，也就是说我们现在面对的电视、电影、网络视频的99.99%以上都是72%色域的视频源，我们在给电视校色时根据以上标准进行才能做到真实还原导演所要表现的画面。 （SONY公司曾推出过x.v.color高色域视频标准，但是真正按该标准制作的蓝光电影非常非常的少，连索尼影业自己出品的蓝光电影都几乎不执行该标准，我自己家里数百部电影都没有一部，还是经坛友指点找到一部《菲利普船长》有x.v.color版本，所以本文忽略该部分，自己用DV拍摄拿电视当监视器的朋友请见谅 这些电视产品中虽然数字都不小，但是实际上有一些并不能覆盖住Rec.709规定的RGB点 例如电视面板（上图为该电视机输出表现而不是面板色域，此处仅作距离，便于理解），虽然色域面积为74%NTSC，但是未能在绿色方向覆盖住Rec.709（sRGB在色域方面基本与Rec.709一致），所以此类的电视在这个方向就必然会出现欠饱和；对于超出的部分，如果不进行色彩管理，就会出现颜色过饱和，现在的电视机里的固件都针对自身面板带有色彩管理方案，考虑到同型号间的面板也有差异，所以很多厂家提供CMS设置选项，允许用户在使用时再进行微调。 经过色彩管理，面板色域超出Rec.709标准范围的颜色将不会显示出来，以保障色彩准确性（同样是色准诸多因素之一，至于HTPC色彩管理的方法论坛里多位前辈均以叙述过） 那么我们买到的高达100%~110%色域表现的量子点有什么用呢？ 只能说在现阶段是没有太大用处的，2015年年中将会推出BD-4K标准，目前大多数预测相信，该标准将会扩大色域范围。到2016年，将会有部分电影根据BD-4K标准发行蓝光光盘，已改善现在4K片源极少的尴尬。未来Rec.2020规范的色域范围更是更加广阔。 可惜还是需要提醒，今年不太适合购买量子点电视，因为BD-4K不只是色域的提升，而是色域、色深等因素全方位的改善。2015年采购量子点电视即使色域方面满足要求了，但是色深方面仍然无法满足相关要求。预计2016年各大电视厂家均会推出全面满足BD-4K标准要求的电视产品。 4.2、其他方面 以上仅是对液晶量子点电视的分析，量子点材料的引入仍然无法改变液晶层造成的在动态响应、可视角度方面的短板，以及CF显色带来的层次感缺失的缺憾。 最后引用CNET电视频道资深编辑David Katzmaier的一句话“广色域输出需要像DCI、Rec.2020这样的新的色彩空间和内容，可是这些标准目前还没有发布，此外无论是否使用了量子点，他们仍然还是液晶电视，我们不指望他们能达到等离子的画质，更别说OLED了” ——David Katzmaier
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 量子点技术应用于电视机还是很好的技术应用，可以使得液晶电视这一各厂家花大价钱推广、生产的技术得以继续存续一段时间。 量子点技术是类似于CCFL到LED一样的背光技术变化，不像是OLED那种大的革命性变化，但也是液晶显示技术的改进 | 
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狗仔卡
发表于 2015-2-4 19:26
变色卡
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发表于 2015-2-4 23:09
