一種色域提升膜，可以使未來的顯示能夠再現(xiàn)超過人眼可見顏色75％的色彩

目前的商業(yè)顯示技術(shù)如OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）和QLED（量子點(diǎn)發(fā)光二極管）只能顯示略高于人眼可見顏色50％的色彩，這限制了顯示器顏色再現(xiàn)潛力的發(fā)揮。

由新加坡國(guó)立大學(xué)化學(xué)系和太陽能研究所（SERIS）的TAN Zhi Kuang教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一種色域提升膜，可以使未來的顯示能夠再現(xiàn)超過人眼可見顏色75％的色彩。這種技術(shù)是通過鈣鈦礦的半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)的，科學(xué)家可以通過改變其化學(xué)成分來調(diào)節(jié)其發(fā)光的效率和純度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高效地色域和強(qiáng)度提升。

為了制作這種色域提升膜，研究小組將納米級(jí)鈣鈦礦材料晶體材料與液態(tài)單體（塑料前體）混合，并通過用白光照射使得該混合物發(fā)生聚合反應(yīng)。借助這種方法，該團(tuán)隊(duì)能夠制造出高效發(fā)光的鈣鈦礦——聚合物復(fù)合膜，與傳統(tǒng)的鈣鈦礦納米晶體膜相比，該色域提升膜具有三倍的發(fā)光效率。如此高效的發(fā)光性能提升是聚合物復(fù)合材料中鈣鈦礦納米晶體之間空間分離程度增加的結(jié)果，這種空間分離程度的增加降低了發(fā)光晶體向缺陷和不發(fā)光晶體的能量傳遞概率。

這種創(chuàng)新使得鈣鈦礦材料在顯示產(chǎn)品中使用時(shí)能夠以更高的發(fā)光效率發(fā)光。這種方式制成的色域提升膜同時(shí)具有非常好的色域提升表現(xiàn)，與當(dāng)前顯示器中更有限的DCI-P3標(biāo)準(zhǔn)相比，它可以助力電視和桌上電腦等達(dá)到更高的Rec.2020標(biāo)準(zhǔn)。Rec.2020標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際電信聯(lián)盟針對(duì)下一代超高清電視（UHDTV）推出的標(biāo)準(zhǔn)，其標(biāo)準(zhǔn)色域范圍可以通過下圖中與現(xiàn)有DCI-P3色域的對(duì)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(dāng)將薄膜放置在背光單元和顯示屏之間時(shí)，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后能夠?qū)崿F(xiàn)的色彩覆蓋范圍，相比較來看，它更接近Rec.2020，而遠(yuǎn)超過現(xiàn)有的DCI-P3顏色標(biāo)準(zhǔn)的覆蓋范圍。

為了理解顯示器如何產(chǎn)生一系列顏色，首先要了解人眼是如何分辨出顏色的。因?yàn)槿搜鄞嬖趯?duì)紅色、綠色和藍(lán)色（RGB）敏感的三種類型的錐形細(xì)胞，所以我們的眼睛能夠感知顏色。這些錐形細(xì)胞的不同刺激程度（刺激量）使我們能夠看到無數(shù)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?yàn)樗軌虍a(chǎn)生光譜層面更純的紅、綠和藍(lán)光，能以更精確的量刺激我們眼中對(duì)三原色敏感的三種錐形細(xì)胞。這種對(duì)錐形細(xì)胞更精確的刺激使得顯示器能夠再現(xiàn)更多的顏色，以模仿我們的眼睛在現(xiàn)實(shí)世界中所感知的顏色。

研究小組成員黃英杰博士說：“還有一個(gè)附加優(yōu)勢(shì)是鈣鈦礦材料易于合成，這本身就有助于規(guī)模化生產(chǎn)，進(jìn)而降低顯示器的生產(chǎn)成本。鈣鈦礦材料和前體化學(xué)材料的反應(yīng)與形成納米晶體的時(shí)間通常在10秒量級(jí)。”

“鈣鈦礦材料可以以類似于油漆的溶液形式進(jìn)行涂布和加工，這潛在地有助于它在大尺寸顯示器領(lǐng)域的應(yīng)用。雖然我們的材料可用于提高電視和移動(dòng)設(shè)備的性能，但我的愿景是將它們應(yīng)用到墻壁大小的顯示器內(nèi)，進(jìn)而在我們的生活或工作空間中創(chuàng)建具有豐富自然色彩的虛擬環(huán)境”Tan教授補(bǔ)充道。

該研究團(tuán)隊(duì)目前正在與顯示器公司合作將鈣鈦礦色域提升膜商業(yè)化，并希望在未來兩到三年內(nèi)看到相關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用到消費(fèi)電子產(chǎn)品中。