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Vol.028 如何显示准确的颜色

把一台显示器放大100倍,可以看到屏幕上整齐排列的像素点。继续放大,就能发现每一个像素点都由红绿蓝三色的子像素构成。

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为什么是红绿蓝?

现在普遍认为人眼的视锥细胞恰好对红绿蓝三种波长的光最为敏感,我们所能分辨的所有颜色,都由不同亮度的红绿蓝混合而成。

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这就是著名的 RGB 颜色模型。如果把每种颜色的亮度分为256级(8bit),就能组合出 16777216 种颜色,对于人眼已经够用了。

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但不同厂商定义的红绿蓝并不完全一样,生产出来的显示器也会有很大差别。

所以,为了让你在屏幕上能看到准确的颜色,需要先定义什么是红绿蓝。

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这就引出了一个新概念——色彩空间。

这是MAC OS自带的软件「ColorSync」,你可以在这里看到各种色彩空间的三维模型,这个模型里包含了这个色彩空间可以显示的所有颜色。

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XYZ 色度图可以帮助我们更直观的理解,这里的每个三角形都对应一个色彩空间。

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以最常见的 sRGB 为例,这里的三个点,是 sRGB 对于红色、绿色和蓝色的定义,三角形所围成的区域就是 sRGB 可以显示的所有颜色。

而 Adobe 制定的 ARGB 通过移动绿色的坐标,扩大色域,囊括了更多的印刷色彩。

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但今天的大多数显示器甚至不能 100% 覆盖 sRGB,这是由显示器的复杂工艺决定的。

你眼前的画面由数百万个像素点构成,每个像素点又有红绿蓝三个子像素,只有独立控制每一个子像素,才能准确的显示色彩。

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我们来看看显示器是如何控制单个像素的。

红绿蓝三色滤光片对应三个子像素,但两块开口方向相互垂直的偏光板,让背光无法通过。但中间的液晶可以让光的偏振方向旋转90°,穿过偏光板。

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而电压可以改变液晶分子的排列状态,减弱透光量。通过独立控制每个液晶单元格的电流,就能控制红绿蓝三个子像素的亮度,让对应的像素产生各种颜色。

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液晶面板是决定显示器质量的关键,制作过程相当复杂。

制作一块主流的 TFT-LCD 面板有两个最重要的阶段,Array 和 Cell。

Array 阶段的目的是在玻璃上印刻用于控制液晶的电路。

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LCD 玻璃厚度在 0.6mm 左右,首先需要沉积一层数百纳米的薄膜层,之后在薄膜上覆盖一层光刻胶,再盖上一层遮板,用紫外光照射后,把未被遮板覆盖的光刻胶清洗掉,再把未被光刻胶覆盖的薄膜蚀刻去除,最后再剥离剩下的光刻胶,就在玻璃上留下了我们想要的薄膜图案。

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重复以上的步骤,就可以在玻璃上构建复杂的电路图案,进而控制液晶单元。

Cell 阶段的目的是在玻璃基板与彩色滤光板之间注入液晶。

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配向工程是这一阶段的关键。为了让液晶分子按设计好的方向排列,需要在玻璃表面涂上配向膜,印出纹路。

之后在滤光板上涂布封框胶,注入液晶,与玻璃基板贴合,在真空室中加压成型。这里的封框胶,就是我们在屏幕上的看到的黑边。

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关于液晶屏工艺,还有很多有意思的细节。如果你想了解更多,可以在我们的微信公众号发送「显示器」,获取吴玉祥博士这份一百页的详细说明。

吳玉祥,「TFT LCD顯示原理製程技術與設備」,光機電奈米量測系統科技整合研討會

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因为液晶面板的复杂工艺,即使是不显眼的参数提升,都将带来高昂的研发成本。这也是为什么同样尺寸的显示器,会有几十倍的价格差距。

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从 TN 屏,IPS屏,到 OLED ,人类最顶尖的头脑在纳米尺度下完成了无数微小创新。拥有 37 年历史的联想 ThinkVision 系列就是这个行业的绝佳注脚,他们不断定义显示器的新标准,只为了屏幕前的你能看到更丰富更准确的色彩。

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比如在这块支持 99% Adobe RGB 的 ThinkVision P32u 4K显示器里,我们终于有机会看到更多的颜色。尽纳万象,所见不同。

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  • Mar 29, 2020. By parozhao
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