平面顯示器的真實色彩

巴斯夫創新顏料改善電視畫面品質

• 微小卻穩定
  奈米級顏料帶來高對比度的視覺體驗
• 降低光散射
  更細小、更規整的顏料晶體提高畫面亮度
• 豐富的色彩
  綠、紅、藍濾出萬千色彩

陰極射線管電視機早已不再風光。根據德國聯邦統計局的調查，目前四分之三的德國家庭都使用高能效、低排放的平面電視，且這一比例還在上升。2015 年，平面電視在德國的銷量約為800 萬台，其中絕大多數為液晶電視。液晶顯示技術（LCD）如今也是許多通訊設備的基礎，包括智慧型手機、筆記型電腦與平板電腦。專家預計，到2020年，平面顯示器的全球年平均銷售成長率為6%。

LCD 是液晶顯示器的縮寫，液晶構成了數十億平面顯示裝置的基礎。1968 年，美國人George H. Heilmeier 在專業領域內發佈了第一款黑白液晶顯示器。20 年後，首款彩色顯示器才正式商業化應用。20 世紀90 年代，平面電視開始風靡全球，主要因為高性能彩色濾光材料的誕生。

標準解析度的液晶顯示器圖像由約200 萬個像素（pixel）構成。液晶元件上的彩色濾光片顏料賦予每一像素色彩，但螢幕對比度與色彩純度仍是一大挑戰。

紅、綠、藍是每個像素都擁有的三原色。這些顏色由直徑約為頭髮千分之一的細微晶體構成。在白色背景光下，這些晶體作為濾片，僅讓可見光譜上特定可見波段的光波透過。這些光波可顯示純度最高的三原色之一，而其他波長則全部被濾光片所阻隔。巴斯夫染料研究主管Hans Reichert博士表示:「好的顏料對我們看到的色彩鮮豔度具有關鍵作用。」

「儘管吸波材料無法實現完美的色彩選擇，但使用我們的紅色濾光片能產生近乎完美的效果。」色彩純度對於可顯示色彩的種類也有一定的影響。三原色的純度越高，就能夠混合產生更多的組合，使圖像色彩更加豐富。

基本原理很簡單，當螢幕顯示紅色時，相應的子像素就讓光線中的紅色部分透過，並吸收其他波段的光線。此時，另外兩種顯示藍色與綠色的子像素未被啟動。相反的，當光線穿過紅色與綠色子像素而藍色子像素未啟動時，螢幕上將出現紅綠混合成的飽滿的黃色。透過此方式調節三原色各自的比例，可創造出數百萬種色調。

透過扭曲光波的擺動面，液晶能微調顏色組合。負責巴斯夫濾色材料應用工程的Ger de Keyzer 說:「這將決定子像素的鮮豔度與顏色，液晶能改變方向，進而根據所施電壓改變自身的光學特性。」液晶透過旋轉光波的擺動面，讓光線穿過第二層偏振濾光片。不過，電場開啟後，液晶將阻止部分或全部光線透過。

為確保子像素正常開關，必須防止彩色濾光片顏料的干擾。任何可引發光線散射與消偏光的干擾都將導致光線直接穿過濾片，進而影響色彩純度及對比度。

「晶體越小、形狀越規則，光散射就越少，LCD 圖像的品質也就越好。這是條很好的經驗法則。」de Keyer 說。研究人員主要透過管理顏料結晶條件來控制這一流程。深層分子結構決定了色譜中的哪一部分應被濾出。

巴斯夫生產的有機紅色顏料主要由碳、氮與氧構成，屬於吡咯並吡咯二酮類（DPP）。藍色與綠色顏料屬於酞氰金屬絡合物。透過化學合成生產的原始產品主要由不規則顆粒構成，必須加工成理想的大小與形狀，此流程被稱為顏料後處理。過小的晶體將被溶解，然後沉澱為較大的晶體；過大的晶體將透過機械加工粉碎為較小的晶體，直至達到理想的平衡狀態。負責新型濾色材料合成的巴斯夫實驗室團隊主管RomanLenz 博士解釋：「我們的技術可生產出大小為20 至40 奈米的色彩顆粒——小到足以將光散射降至絕對最低點，大到提供較高的穩定性。」巴斯夫產品採用的這一技術已臻完美。最新一代Irgaphor^® 紅色產品系列的色彩顆粒尺寸小於0.00004 公釐，其對比度性能為上一代產品的兩倍。。

未來的電視螢幕將在解析度與色彩純度上滿足更高需求。預見新需求的Lenz 及同事們正計畫展開進一步的實驗，目標是找到能顯示更多自然光色彩的新材料。

瑞士納沙泰爾CSEM研發中心薄膜光學主席Christian Bosshard 博士專訪。

能源效率是智慧型手機的關鍵。顏料是如何幫助液晶顯示裝置降低能耗的？
選定色譜上的特定部分，並讓這部分光線完全透過——彩色濾光片的這些性能越強，對降低電量消耗的幫助就越大。假如只有50% 的顏色透過，便需要使用更多的背景白光去穿透顏料，進而保證色彩效果。這樣，耗電量便會提高。因此，高能效最終是化學藝術的傑作。

化學到底發揮了何種作用？
濾光晶體的分子排列方式應保證其能準確地吸收光線，同時不能出現光散射，因為散射意味著光線損失。因此需要設計奈米微粒的合成條件，防止晶體成長。微粒越小越規則，光散射就越小。球體是最理想的，但晶體無法形成球體。

未來的電視機將帶來哪些新的挑戰？
全新4K 電視的濾色材料直徑為40 奈米，足夠細小均勻製造出高品質圖像。而下一代8K 電視首個原型也已亮相，預期性能也許會更高。但是，我們依然要探索這一領域的極限。某一方面的改進常常意味著另一方面的退步。例如，色彩微粒越小就越不穩定。總而言之，我們要找到一個恰當的平衡狀態。

液晶顯示技術的常見術語：

解析度是圖像銳利度的衡量單位，以像素總數為基礎。全高清（HD）電視螢幕的解析度為1920 x 1080，擁有超過兩百萬個紅、藍、綠像素。

液晶是兼具部分液體特性與晶體特性的物質，透過電場進行對齊。液晶控制顯示器的色彩精確度。

對比度是子像素最亮與最暗狀態的差異度。為了達到高對比，子像素在關閉時必須盡可能暗。

LCD 是液晶顯示器的簡稱，是手錶、電視、智慧型手機與平板電腦等各種設備上的液晶顯示器的總稱。

LED 是發光二極體的簡稱。如今市面上絕大多數LCD 電視都使用LED 作為螢幕白色背景光。即便螢幕全黑，背景光依舊亮著。

光波就是光源發出的電磁波，在各個方向擺動。

像素就是圖像元素，是顯示器中最小的像素。子像素中含有紅、藍、綠三色顏料。像素越多，圖像便越銳利、越精緻。

偏光片只讓電場朝特定方向擺動（偏振）的光波透過。

子像素是液晶顯示器中的最小單元。每一個像素中包含三個子像素，代表紅、藍、綠三原色。

超高解析度(Ultra-HD) 又被稱作4K。4K 面板所含的像素數是HD 顯示器的四倍，約800 萬個。