色域和显指的联系和区别

色域是背光LED必须要清楚的概念,而显指是照明LED必须要清楚的概念。为什么要把这两个应用方向分别会涉及到的两个概念放到一起来讲呢?作者认为这两个概念对于LED行业从业者来说容易混淆,也有很多人并不是很清楚这两个概念的联系和区别。其实色域和显指这两个概念看似LED行业两个细分领域分别会用到的概念,作者认为这两个概念从定义和使用上来说是完全区别开来的,但是从理论和原理上来说是有很多内在联系的。所以作者想通过自己的经验和对理论的理解来说说色域和显指这两个概念的区别和联系。

色域

色域:是指某种表色模式所能表达的颜色构成的范围区域。又称为色彩空间,在显示系统中表示能够产生的颜色的总和,CIE色域空间图中通常定义为三基色(RGB)构成三角形的面积。

色域有很多个标准,如:NTSC(美国国家电视标准委员会制定的标准)、sRGB(国际电工委员会IEC制定的数字影像的色域标准)、DCI-P3(数字电影倡导联盟(DCI)制定的数字电影标准)、Adobe RGB(由Adobe公司提出,主要用于印刷出版、图片处理等)等,如图1所示。每一个色域标准都由其对应的RGB三种颜色的坐标在色度图上标记出来的三角形区域。实际应用中,是通过仪器测试显示系统的RGB三点坐标组成的三角形与相应标准的三角形进行对比而计算的比例值,通常有三角形的面积比百分数和三角形重叠率百分比两种表示方法。例如,我们常说的NTSC 72%指的是显示系统测试RGB三点坐标组成的三角形与NTSC标准三角形的面积比百分数为72%

不同色域标准

提升显示系统色域最直接有效的方法是先确定需要满足的色域标准,再通过调整LED光源和液晶面板的匹配性,使整个显示系统测试的RGB三点坐标尽可能地跟对应的标准RGB三点坐标接近或者比标准范围更宽。针对直接显示的LED显示系统或其他显示系统(如:OLED)来说,色域值就取决于LED或者OLED本身。对于用面积比来表示的色域值是可以大于100%的,但是对于用重叠比来表示的色域值最大为100%

显指

显指(显色指数Ra/CRI):是指光源对被照物体色彩的还原能力的参数。国际照明委员会(CIE)将太阳光(太阳光光谱如图2所示)的显色指数定为100,并规定了15个测试颜色,用R1-R15分别表示这15个颜色的显示指数,如图2所示。当把一个光源与规定的参考光源(太阳光)进行比较时,指数值为100是最好的。

2 太阳光光谱图(可见光范围内)

3 R1-R15对应的标准颜色

LED光源发展的早期,提升白光LED光源的显指很困难,主要是因为效率最高最经典的蓝光LED芯片+黄色荧光粉(YAG)的白光实现方案中缺少饱和红色(即R9)部分的颜色,同时还缺少490nm附近的青光部分,导致整个LED发出的光谱缺失比较多。后来随着技术的发展,主要是荧光粉技术的飞速发展,红色荧光粉技术和应用越来越成熟,现在加入红色荧光粉的白光LED光源的显指已经能够做到非常接近100

白光LED光源提升显指最直接有效的方法是,将白光LED的光谱做到尽可能地接近太阳光光谱,也就是说光谱越接近参考光源显指就越高。换句话说LED光源所发出来的光在可见光范围内光谱越全面显指会越高。光源显指的最大值为100

基于以上对色域和显指相关定义和实际应用中的描述来看,我们总结了色域和显指的差异及关联点,如下表1所示。

1 色域和显指对比

对比项

色域

显指

定义

指某种表色模式所能表达的颜色构成的范围区域。反映的是能显示颜色的多少。

指光源对被照物体色彩的还原能力的参数。反映的是能还原物体本来色彩的能力。

应用领域

主要应用于显示行业

主要应用于照明行业

标准

有多个标准,NTSCsRGBDCI-P3Adobe RGB等。

唯一标准,以太阳光或者标准光源的显指定义为100

数值范围

色域面积比可超过100%,色域重叠比不大于100%

显指不超过100%

提升方法

确定对应的色域标准,调整背光源的RGB值,同时跟所搭配的液晶玻璃特性有关。通常背光源红色部分波长越长、半波宽越窄越好;绿色部分和蓝色部分波长越短、半波宽越窄越好。(例如:KSF红色荧光粉搭配β塞隆体系绿色荧光粉可以有效提高色域,但是亮度会降低)。针对直接显示类的显示系统来说,通过调整其自身的R、G、B值来提升色域。

光源所发出的光谱越全面越好,对应RGB半波宽越宽越好,光谱越接近太阳光光谱显指会越高。红色部分波长越长,对显指提升越有效。(照明产品使用KSF红色荧光粉可以提高显指的同时少牺牲亮度(相比普通长波长红色荧光粉))

判断方法

通常NTSC色域大于80才算是高色域,NTSC色域大于90优秀

通常显指大于80才算是高显指,显指大于90优秀

与亮度的关系

LED光源的色域或显指越高,亮度会越低

从以上描述和总结来看,色域和显指既有区别点也有关联点。区别点主要有定义、使用场景、标准、提升方法等。关联点主要有都是可以通过增加长波长红光来对色域和显指进行提高;色域、显指和亮度的关系都是色域、显指越高亮度越低。在LED光源的实际应用中,显指越高越好;但是在显示系统中却并不一定要追求极高的色域,因为色域越高红、绿、蓝三种颜色会显得越深,甚至会有刺眼的感觉,色域过高反而会看起来不舒服。

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