色域

色域 色域是指光的颜色(波长)范围.色度学研究用色度图(图1)来描述人眼所能看 [1]见的颜色范围.色度图是国际照明委员会(CIE)于1931年发布的.从400nm到700nm是可见光波段,即人眼可见的光谱色,将光谱色点在xy坐标系中连起来(称光谱轨迹),构成的色度图像马蹄形,光谱轨迹上对应的光均为单色光,从物理上说就是光谱最纯,从视觉上说就是色饱和度最高,色彩最鲜艳.光谱轨迹和它所包围的马蹄形区域(包括轨迹两端400nm和700nm之间的连线)包含了人眼所能看到的一切颜色. 图1 色度图(xy为色度坐标) 从光谱轨迹过渡到色度图中心,光的光谱纯度越来越低,到中心就成了白光,自然界的所有颜色均包含在色度图内,对应在相应点上.色度图内的所有颜色在物理上均是能实现的,都可以用多个光谱色合成,两个光谱点连线上的一切颜色,仅需取两个光谱点的不同强度比即可实现.如果取三个光谱点构成三角形(称色度三角形),则三角形内一切颜色就可由这三点的相互强度比决定,这就是彩色显示技术中常用的三基色合成原理.当然按上述颜色合成原理,不是光谱轨迹上的光谱点,任意三种不同的颜色也可构成色度三角形,合成三角形范围内的所有颜色.按此原理,一种显示技术的色度三角形面积大,它所能合成的颜色就多,我们就说它具有大色域显示能力.通常用色域覆盖率(色度三角形面积与色度图马蹄形的面积之比) 来定量地表示色域大小.例如,图1中的白线三角形就是以荧光粉发光为基础的显象管电视机的色度三角形.它仅占了色度图的一小部分,它的色域覆盖率约为30%,即是说有差不多70%自然界的色彩它是显示不出来的(尤其是色度图中三个角对应的鲜红、翠绿和碧蓝三种鲜艳色彩).目前主要的市售显示器,如显象管显示(CRT)、液晶显示(LCD)、等离子显示(PDP)和灯泡投影显示(DLP)等,它们的红、绿、蓝三基色颜色纯度都不高,距色度图光谱轨迹都较远,所构成的色度三角形面积都很小,色域覆盖率不大于33%(图2),对图像颜色的还原性达不到实际的一半.因此,在数字显示技术实现“高清”图像之后,提高显示器色域覆盖率,实现大色域显示,就成了新一代显示技术的发展方向. 图2 各类显示的色域覆盖率 从色度学颜色合成原理出发,由色度图不难看出,如采用红、绿、蓝三基色技术,欲使显示器的色度三角形面积最大,原则上最好设计成色度图的内接最大三角形,即三顶点均在光谱轨迹上,且红光近700nm,绿光在515—520nm之间,蓝光近400nm.这样的光源实际上只有激光,激光可供选择的谱线很多,可以组成大色域覆盖率的色度三角形,如图1所示.全固态激光(DPL)和半导体激光(LD)均可实现80%色域覆盖率色度三角形,所以我们说以激光做光源的“激光显示”是大色域显示的代表,是新一代显示技术,也经常说第四代显示技术是激光显示.另外,激光方向性好,很易实现高清晰度的数字显示;激光功率高,效率高,易完成大屏幕显示;激光可实现小体积和低功耗,也易实现微型显示,所以其市场前景已被公认.但是激光作为显示光源,也有它的难点,如激光相干性好,在显示过程中极易产生相干条纹(时间相干性造成),破坏图像清晰度;也极易产生耀眼的散斑颗粒(空间相干性导致),严重降低图像画质.为降低激光相干的固有特性造成的显示噪声,人们想了很 多办法(专利),目前尚解决得不太好.另外激光方向性好,有可能对人眼造成伤害.目前激光显示多采用投影式,将激光束在机箱内散开,调制出图像后再投影到屏幕上,使出射光密度降低到人眼安全值之下,不提倡采用扫描式,因出射光为细光束,功率密度较高(屏幕越大,功率密度越高).投影式激光显示原理如图3所示,图中除消相干是激光显示特有的技术环节外,其他均和已有投影显示相似.红、绿、蓝三基色激光束经扩束、匀场、整形、消相干后均匀照明光调制器(光阀),视频图像信号通过光调制器分别将三色激光调制成三色图像后,被合成器(X棱镜)合成彩色图像,由投影镜头成像到屏幕上.屏幕也分为前投式和背投式,高画质、宽视场、灵活、小巧的前投式可能是激光显示的主流发展方向. 图3 投影式激光显示流程