李倩 發表於 2018-07-23 15:06:25
目前的商業顯示技術如OLED（有機發光二極體）和QLED（量子點發光二極體）只能顯示略高於人眼可見顏色50％的色彩，這限制了顯示器顏色再現潛力的發揮。
由新加坡國立大學化學系和太陽能研究所（SERIS）的TAN Zhi Kuang教授領導的研究小組開發了一種色域提升膜，可以使未來的顯示能夠再現超過人眼可見顏色75％的色彩。這種技術是通過鈣鈦礦的半導體材料實現的，科學家可以通過改變其化學成分來調節其發光的效率和純度，進而實現更高效地色域和強度提升。
為了製作這種色域提升膜，研究小組將納米級鈣鈦礦材料晶體材料與液態單體（塑料前體）混合，並通過用白光照射使得該混合物發生聚合反應。藉助這種方法，該團隊能夠製造出高效發光的鈣鈦礦——聚合物複合膜，與傳統的鈣鈦礦納米晶體膜相比，該色域提升膜具有三倍的發光效率。如此高效的發光性能提升是聚合物複合材料中鈣鈦礦納米晶體之間空間分離程度增加的結果，這種空間分離程度的增加降低了發光晶體向缺陷和不發光晶體的能量傳遞概率。
這種創新使得鈣鈦礦材料在顯示產品中使用時能夠以更高的發光效率發光。這種方式製成的色域提升膜同時具有非常好的色域提升表現，與當前顯示器中更有限的DCI-P3標準相比，它可以助力電視和桌上電腦等達到更高的Rec.2020標準。Rec.2020標準是國際電信聯盟針對下一代超高畫質電視（UHDTV）推出的標準，其標準色域範圍可以通過下圖中與現有DCI-P3色域的對比直觀看出（見下圖）。
上左圖為使用原型鈣鈦礦色域提升膜的顏色純度提升效果圖。當將薄膜放置在背光單元和顯示屏之間時，研究人員能看到光譜層面「更純」的紅色和綠色。上右圖顯示了使用鈣鈦礦色域提升膜後能夠實現的色彩覆蓋範圍，相比較來看，它更接近Rec.2020，而遠超過現有的DCI-P3顏色標準的覆蓋範圍。
為了理解顯示器如何產生一系列顏色，首先要了解人眼是如何分辨出顏色的。因為人眼存在對紅色、綠色和藍色（RGB）敏感的三種類型的錐形細胞，所以我們的眼睛能夠感知顏色。這些錐形細胞的不同刺激程度（刺激量）使我們能夠看到無數的顏色。例如，紅色和綠色錐體的組合刺激將給出黃色的感知。鈣鈦礦具有出色的色彩性能，因為它能夠產生光譜層面更純的紅、綠和藍光，能以更精確的量刺激我們眼中對三原色敏感的三種錐形細胞。這種對錐形細胞更精確的刺激使得顯示器能夠再現更多的顏色，以模仿我們的眼睛在現實世界中所感知的顏色。
研究小組成員黃英傑博士說：「還有一個附加優勢是鈣鈦礦材料易於合成，這本身就有助於規模化生產，進而降低顯示器的生產成本。鈣鈦礦材料和前體化學材料的反應與形成納米晶體的時間通常在10秒量級。」
「鈣鈦礦材料可以以類似於油漆的溶液形式進行塗布和加工，這潛在地有助於它在大尺寸顯示器領域的應用。雖然我們的材料可用於提高電視和行動裝置的性能，但我的願景是將它們應用到牆壁大小的顯示器內，進而在我們的生活或工作空間中創建具有豐富自然色彩的虛擬環境」Tan教授補充道。
該研究團隊目前正在與顯示器公司合作將鈣鈦礦色域提升膜商業化，並希望在未來兩到三年內看到相關產品應用到消費電子產品中。
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