顯示設備防藍光模式和色域的關系

鄧湘楠

摘? 要：隨著消費電子產品種類和功能的逐漸增多，用戶體驗變得更加重要。特別是在顯示類產品中，用戶觀看的舒適感顯示設備質量的重要組成部分。GB/T30117.2和IEC62471等行業標準均指出，以藍光為代表的，過強的光輻射會對身體產生危害。兩種標準均對照明系統的輻照度提出了限制。CIE于2000年發布的《CIE藍光光化學和光生物學危害匯編》中將藍光危害分為兩種：視覺危害和非視覺危害。視覺危害指藍光照射視網膜對視網膜視錐細胞和視桿細胞的損傷。它由1966年Noell針對小鼠視網膜的研究和1978年Ham針對恒河猴視網膜的研究所發現，這種損傷主要由400-500nm的光產生進一步詳細研究了藍光對視網膜的損害機理。這一損害在波長為435nm-440nm達到極大值。

關鍵詞：顯示;立體色域;藍光危害

引言

隨著超高清顯示、廣色域（WideColorGamut，WCG）顯示和寬動態范圍（HighDynamicRange，HDR）顯示技術的發展，超高清顯示系統進入10bit、12bit時代。大尺寸、超高清晰度、廣色域（WCG）和寬動態范圍（HDR）是超高清顯示的優勢，可以給消費者帶來更細膩、逼真的圖像，更強臨場感的畫面。因此應該采用全面考量顯示設備的色度體積這一指標詮釋超高清顯示設備的色彩能力。本文重點介紹超高清顯示設備色度體積的測量方法，體現色度體積的重要性。

I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坐標系（CIE1931非均勻色度空間）;2）用u’，v’坐標系（CIE1976均勻色度空間）。在色度空間圖上用顏色標出的位置是可見光顏色區域，為馬蹄形狀。1）色域是LCD液晶顯示設備的一個重要指標，是單臺設備能夠產生的顏色總和，它代表的是顯示設備能顯示色彩的能力。影響色域大小的是RGB三基色色度點，如果能顯示出更紅、更藍、更綠的三基色，色域就越高。以RGB色度點在色度空間中形成的三角形區域大小來量化，三角形區域面積越大，色彩表現能力越強，顯示的色彩就越艷麗。當選取RGB光譜色時，馬蹄形決定了光譜色形成的三角形無法涵蓋整個區域，即：三基色并不能混合出所有可見光，所以RGB色度點組成的三角形覆蓋標準區域的比例，稱之為色域覆蓋率。2）行業內常用的的色域標準有：NTSC標準、DCI-P3標準、sRGB標準、AdobeRGB標準、BT.2020標準等。3）影響色域大小的兩個直接因素：LCD液晶玻璃上使用的彩色濾光片（ColorFilter，簡稱CF）;背光源設計。

2CIELab均勻色空間下的色度體積

CIELab色彩空間是均勻的色彩空間，所謂均勻是指當數值均勻變化時，人的感官也是均勻變化。CIELab色空間是將XYZ坐標變換成坐標L*，a*，b*的非線性變換。CIELab色彩空間是顏色-對立空間，帶有維度L表示亮度，a和b表示顏色的維度。CIELab色彩空間具有以下特性：（1）CIELab色彩空間中亮度和色度是分開的;（2）在CIELab中進行調節簡單，速度快;（3）色域覆蓋率寬，人的肉眼能感知的色彩，都能通過CIELab模型還原重現出來;（4）在CIEL*a*b*模型中均勻改變對應于在感知顏色中的均勻改變。在CIELab色空間中表征色度體積有兩點好處。

3提升色域的常用方法

3.1使用量子點提升色域

量子點為半導體納米晶體，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域，讓量子點具有了分立的能級結構，量子點受到光或者電的刺激會發出有色光。量子點組成成分不同、尺寸不同，都會使量子點被激發的光譜處于不同的波段區域。可以根據需求，調整量子點的尺寸或者不同組成成分，使量子點發出單一性好且對稱的光譜。量子點主要特性如下：粒徑在1～10nm的納米晶體;與水氧接觸產生化學反應會導致失效;電或光作用下能發出特定頻率的光且無機發光材料比有機發光材料更穩定，發光效更高;發光顏色單一純凈，且半波寬超窄（≤35nm）;實際應用可操作性強，只需變化量子點尺寸大小，即可發出不同顏色的光。

3.2應用三基色激光顯示的防藍光模式

三色激光激光顯示技術目前被認為是新一代的新型顯示技術，由于激光光源本身光譜寬度窄且亮度高，具有大色域，高亮度，高獨立性等優點。2018年9月，中國電子技術標準化研究院賽西實驗室聯合北京協和醫院眼科專家以80寸4K激光電視和80寸4K液晶電視為樣本的人眼觀看舒適度對比測試顯示方面做了一定的探索，他們認為，同等條件下，激光電視對人體的藍光危害小于液晶電視這種測試基于主觀的人眼測試，具體的量化指標還有待進一步的研究。我們在這里以自制的三基色激光顯示系統為測試對象，在兩種光源的藍光危害一致的假設前提下，利用前面的方法獲得其光譜分布、立體色域、視覺和非視覺藍光危害。此外，綠光由于其窄譜特性，它的波長遠離藍光危害區域的峰值，其強度不需要隨著藍光的減少而減少，這使得激光顯示設備的防藍光方式對色域的影響降低。

3.3量子點擴散板實現原理

擴散板使用在直下式機型中，通過透射、折射、反射、散射等光學作用，使LED點光源轉變為均勻面光源的照射效果。目前常用的擴散板都是將PS/PP和光擴散粒子熔解攪拌均勻后通過設備擠出形成。通過調整原料配比擠出不同霧度和不同透過率的擴散板，厚度可以通過擠出設備控制。光擴散粒子由基體樹脂和擴散劑組成。基體樹脂主要選擇的是PMMA、PS、PC等透光率高、機械性能良好的工程塑料;光擴散劑主要包括有機光擴散劑和硫酸鋇、二氧化硅等無機光擴散劑，以微球形團聚形式存在。擴散劑會吸收入射光，導致入射光在通過擴散板后損失亮度，所以擴散板在實際應用中，霧度提升，擴散效果越好，亮度就會越低。

3.4 SMCT在基于Unity3D的三維模擬訓練系統中的應用

Unity3D是丹麥UnityTechnology公司開發的跨平臺綜合型游戲開發引擎，它以優質的3D渲染效果和支持跨平臺的特點在虛擬仿真領域得到廣泛應用。目前，該引擎已經是虛擬仿真領域中三維模擬訓練系統的主要開發引擎之一。SMCT在基于Unity3D引擎的三維模擬訓練系統中將操作系統外接輸入設備的信號轉換為Unity3D引擎中的操作事件，驅動場景中對應的虛擬輸入設備產生動作。Unity3D引擎在其場景中虛擬設備所處的當前位置發射一條射線，該射線在場景中進行碰撞檢測，第一次碰撞檢測到的模型為該虛擬設備拾取的對象模型。當多個用戶進行協同訓練時，每個用戶所對應的虛擬輸入設備所產生的不同動作會映射到該虛擬設備所拾取到的不同的對象模型上，使場景中的多個模型同時產生相應的操作，達到多用戶協同訓練的目的。目前該技術已成功應用于多套三維模擬訓練系統中，達到了很好的效果。在某裝備模擬訓練系統中基于SMCT實現了對裝備的多人協同操作訓練，該系統運行于一臺計算機中，采用三個顯示器以擴展模式進行連接，在計算機中接入三套鼠標設備，通過標定過程分別為每個用戶綁定一個顯示器區域和一個虛擬鼠標指針。該系統中三位用戶分別使用綠色、黃色和紅色的虛擬鼠標通過點擊、拖動等動作同時對同一輛裝備進行訓練操作，協同完成裝備模擬訓練的過程。

結束語

通過上述剖析、實測及實驗結果分析，色度體積為超高清顯示設備提供了一種新型的色彩評價方式，綜合考量顯示設備的色彩飽和度。色彩飽和度受亮度和色度影響，僅以二維的色度測量表征顯示設備色彩還原能力具有很大的局限性，使用三維空間評價色彩還原能力可以直觀、全面地評定顯示設備的能力。

參考文獻

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