視覺的進化：淺析顯示技術(shù)的種類和發(fā)展

顯示技術(shù)或者說是顯示屏，作為電子產(chǎn)品的重要交互手端，一直隨著電子產(chǎn)品的進步而飛速發(fā)展。

相信絕大多數(shù)家庭從擁有第一臺電視機開始，到現(xiàn)在已經(jīng)更換了好幾代了。從12寸黑白顯像管電視機，到現(xiàn)在的彩色大屏幕高清液晶，每一次更新?lián)Q代，都代表了人類在顯示技術(shù)方面的巨大進步。

尤其是近年來，隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展以及人們對顯示設(shè)備的色彩追求和顯示實用性的追求，迫使著顯示設(shè)備向多功能和數(shù)字化方向發(fā)展。具體來說，現(xiàn)代顯示器件正向高密度、高分辨率、節(jié)能化、高亮度、彩色化、大屏幕的方向發(fā)展。

從最傳統(tǒng)的CRT顯示器、LCD顯示器到現(xiàn)在的3d顯示器、最新的頭戴式顯示器，再到全息投影顯示技術(shù)等，無不體現(xiàn)著人類的智慧與想象力，無不體現(xiàn)著“沒有做不到，只有想不到”。

CRT陰極射線

顯像管技術(shù)

1897，諾貝爾獎獲得者、著名物理學(xué)家和發(fā)明家卡爾·布勞恩創(chuàng)造了第一個CRT陰極射線管。其工作原理是：電子槍發(fā)射高速電子，經(jīng)過垂直和水平的偏轉(zhuǎn)線圈控制高速電子的偏轉(zhuǎn)角度，最后高速電子擊打屏幕上的磷光物質(zhì)使其發(fā)光。但是，在CRT發(fā)明之初，就是一個用來研究電子特性的設(shè)備，和顯示技術(shù)沒有半毛錢關(guān)系。

1925年，約翰·洛吉·貝爾德在倫敦的一次實驗中使用CRT器材“掃描”出木偶的圖象成為一個轉(zhuǎn)折點，其被稱為電視誕生的標(biāo)志，而同一時間斯福羅金也創(chuàng)造了自己的電視系統(tǒng)，但是這兩個人實現(xiàn)圖像傳輸?shù)哪Ｊ接行┎煌际怯蒀RT設(shè)備實現(xiàn)的。其中對未來影響最大的就是斯福羅金的“電視”系統(tǒng)了，這種全電子模式也是未來電視發(fā)展的一個起點。

隨后的幾年，電視設(shè)備開始進入大發(fā)展階段，并且電視也開始逐漸普及。此后，業(yè)界開始大力研制彩色顯像管。1954年，第一臺民用支持NTSC標(biāo)準(zhǔn)的彩色電視機RCA CT-100誕生，這也是彩色電視機普及的開端。隨后全世界各國都在開發(fā)和生產(chǎn)電視，電視產(chǎn)業(yè)成為一個新興的產(chǎn)業(yè)蓬勃興旺的發(fā)展著。

球面顯像管

現(xiàn)在我們已經(jīng)很難看到最早的采用綠顯、單顯顯像管的顯示器。當(dāng)時這些顯示器都是陰極射線管（CRT）顯示器，采用的是孔狀蔭罩，其顯像管斷面基本上都是球面的，因此被稱做球面顯像管，這種顯示器的屏幕在水平和垂直方向上都是彎曲的，這種彎曲的屏幕造成了圖像失真及反光現(xiàn)象，也使實際的顯示面積較小。

平面直角顯像管

隨著電子整體水平的進步，人們對顯示器的要求也越來越高。到了1994年，為了減小球屏四角的失真和反光，新一代的“平面直角”顯像管誕生了。當(dāng)然，它并不是真正意義上的平面，只是其球面曲率半徑大于2000毫米，四角為直角。

它使反光和四角失真程度都減輕不少，再加上屏幕涂層技術(shù)的應(yīng)用，使畫面質(zhì)量有了很大的提高。因此，各個顯示器廠商都迅速推出了使用“平面直角”顯像管的顯示器，并逐漸取代了采用球面顯像管的顯示器。

在此之后，日本索尼公司開發(fā)出了柱面顯像管，采用了條柵蔭罩技術(shù)，即特麗瓏（Trinitron）技術(shù)的出現(xiàn)，三菱公司也緊隨其后，開發(fā)出鉆石瓏（Diamondtron）技術(shù)，這使得屏幕在垂直方向?qū)崿F(xiàn)完全的筆直，只在水平方向仍略有弧度，另外加上柵狀蔭罩的設(shè)計，使顯示質(zhì)量大幅度上升。

從1998底開始，一種嶄新的完全平面顯示器出現(xiàn)了，它使CRT顯示器達到了一個新的高度。這種顯示器的屏幕在水平和垂直方向上都是筆直的，圖像的失真和屏幕的反光都被降低到最小的限度。例如LG公司推出的采用Flatron顯像管的“未來窗”顯示器，它的蔭罩是點柵狀的，使顯示效果更出眾。

CRT顯示器歷經(jīng)發(fā)展，顯示質(zhì)量越來越好，但顯像管要求電子槍發(fā)出的電子束從一側(cè)偏向另一側(cè)的角度不能大于90度，這使得顯示器的厚度要與屏幕的對角線一樣長，對于具有更大可視面積的顯示器來說，就意味著更厚的機身和更大的體積。

彩色顯像管電視機占據(jù)主流市場長達50年之久。直到2005年其主流地位才開始受到來自液晶、等離子等新型顯示技術(shù)的挑戰(zhàn)。

LCD液晶顯示技術(shù)

早在19世紀(jì)末，奧地利植物學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了液晶，即液態(tài)的晶體，也就是說一種物質(zhì)同時具備了液體的流動性和類似晶體的某種排列特性。在電場的作用下，液晶分子的排列會產(chǎn)生變化，從而影響到它的光學(xué)性質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做電光效應(yīng)。利用液晶的電光效應(yīng)，英國科學(xué)家在上世紀(jì)制造了第一塊液晶顯示器即LCD。

LCD到目前為止是應(yīng)用最為廣泛的一種顯示技術(shù)，與傳統(tǒng)的CRT相比，LCD不但體積小，厚度薄，重量輕、耗能少（1到10 微瓦/平方厘米）、工作電壓低且無輻射，無閃爍并能直接與CMOS集成電路匹配。由于優(yōu)點眾多，LCD從1998年開始進入應(yīng)用領(lǐng)域。

單色LCD液晶顯示器的原理

LCD技術(shù)是把液晶灌入兩個列有細槽的平面之間。這兩個平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是說，若一個平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子?xùn)|西向排列，而位于兩個平面之間的分子被強迫進入一種90度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過液晶時也被扭轉(zhuǎn)90度。當(dāng)液晶上加一個電壓時，液晶分子便會轉(zhuǎn)動，改變光透過率，從而實現(xiàn)多灰階顯示。

彩色LCD液晶顯示器的工作原理

對于更加復(fù)雜的彩色顯示器而言，還要具備專門處理彩色顯示的色彩過濾層。通常，在彩色LCD面板中，每一個像素都是由三個液晶單元格構(gòu)成，其中每一個單元格前面都分別有紅色，綠色，或藍色的過濾器。這樣，通過不同單元格的光線就可以在屏幕上顯示出不同的顏色。

根據(jù)液晶分子的排布方式，常見的液晶顯示器分為：窄視角的TN-LCD，STN-LCD，DSTN-LCD和寬視角的IPS,VA,FFS等。

其中TN-LCD，STN-LCD和DSTN-LCD三種顯示原理相同，只是液晶分子的扭曲角度不同而已。

TN：扭曲向列型液晶分子扭曲角度為90度。

STN：超扭曲向列型其S即為Super之意，也就是液晶分子的扭轉(zhuǎn)角度加大，呈180度或270度，如此而達到更優(yōu)越的顯示效果(因?qū)Ρ榷燃哟?。

DSTN：雙層超扭曲向列型。其D為雙層之意，因此又比STN更優(yōu)異些。由于DSTN的顯示面板結(jié)構(gòu)已較TN與STN復(fù)雜，顯示畫質(zhì)較之更為細膩。

寬視角模式多用于液晶電視。以IPS為例，它也被俗稱為 “Super TFT”。從技術(shù)角度看，傳統(tǒng)LCD顯示器的液晶分子一般都在垂直-平行狀態(tài)間切換，而IPS 技術(shù)與上述技術(shù)最大的差異就在于，不管在何種狀態(tài)下液晶分子始終都與屏幕平行，只是在加電/常規(guī)狀態(tài)下分子的旋轉(zhuǎn)方向有所不同。

從液晶面板的驅(qū)動方式來分，目前最常見的是TFT型驅(qū)動。它通過有源開關(guān)的方式來實現(xiàn)對各個像素的獨立精確控制，因此相比之前的無源驅(qū)動可以實現(xiàn)更精細的顯示效果。

TFT-LCD的構(gòu)成主要由螢光管、導(dǎo)光板、偏光板、濾光板、玻璃基板、配向膜、液晶材料、薄模式晶體管等等構(gòu)成。首先，液晶顯示器必須先利用背光源投射出光源，這些光源會先經(jīng)過一個偏光板然后再經(jīng)過液晶。

這時液晶分子的排列方式就會改變穿透液晶中傳播的光線的偏振角度，然后這些光線還必須經(jīng)過前方的彩色的濾光膜與另一塊偏光板。因此我們只要改變加在液晶上的電壓值就可以控制最后出現(xiàn)的光線強度與色彩，這樣就能在液晶面板上變化出有不同色調(diào)的顏色組合了。

早期的LCD由于是非主動發(fā)光器件，速度低，效率差，對比度小，雖然能夠顯示清晰的文字，但是在快速顯示圖像時往往會產(chǎn)生陰影，影響視頻的顯示效果，因此，如今只被應(yīng)用于需要黑白顯示的掌上電腦，呼機或手機中。?

現(xiàn)在，幾乎所有的應(yīng)用于筆記本或桌面系統(tǒng)的LCD都使用薄膜晶體管（TFT）激活液晶層中的單元格。TFT LCD技術(shù)能夠顯示更加清晰，明亮的圖像。

隨著技術(shù)的日新月異，LCD技術(shù)也在不斷發(fā)展進步。目前各大LCD顯示器生產(chǎn)商紛紛加大對LCD的研發(fā)費用，力求突破LCD的技術(shù)瓶頸，進一步加快LCD顯示器的產(chǎn)業(yè)化進程、降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)用戶可以接受的價格水平。

PDP等離子顯示技術(shù)

等離子顯示器又稱為電漿顯示屏，是一種平面顯示屏幕，光線由兩塊玻璃之間的離子，射向磷質(zhì)而發(fā)出。與液晶顯示器不同，放出的氣體并無水銀成分，而是使用惰性氣體氖及氙混合而成，這種氣體是無害氣體。

等離子顯示屏甚為光亮，可顯示更多種顏色，也可制造出較大面積的顯示屏，最大對角可達381厘米。等離子顯示屏的對比度亦高，可制造出全黑效果，對觀看電影尤其適合。顯示屏厚度只有6厘米，連同其他電路板，厚度亦只有10厘米。

等離子顯示器色在彩還原度、可視視角、無拖尾等各項畫質(zhì)指標(biāo)均優(yōu)于液晶，這么好的產(chǎn)品，但是為什么市面上的等離子電視怎么會越來越少了呢？

PDP技術(shù)有以下幾個缺點：

1、生產(chǎn)精度高，成本高。

2、無法做小尺寸，一般都是40英寸已上的大電視機。

3、有“燒屏現(xiàn)象”。

其實PDP綜合來看效果要優(yōu)于LCD。曾經(jīng)以40英寸為分界線，“大屏看等離子、小屏看液晶”的差異化定位一度使兩者分野，但大尺寸的液晶電視量產(chǎn)后，等離子的優(yōu)勢蕩然無存。

好的技術(shù)與好的市場不是等號關(guān)系，液晶能一統(tǒng)江湖關(guān)鍵還在于生產(chǎn)成本適應(yīng)了大眾需求。更重要的是，獲得了主導(dǎo)市場的眾多彩電企業(yè)的認(rèn)可。所有的技術(shù)都在不停地尋找突破口，而等離子只是停留在了原地，然后被淹沒，如曇花一現(xiàn)。

LED有機發(fā)光

二極管顯示技術(shù)

在CRT時代，英國無線電研究員Henry Joseph Round率先發(fā)現(xiàn)電場發(fā)光，奠定了之后LED技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨后的1961年，德州儀器為紅外線LED（首個發(fā)光二極管）申請了專利。然而，該產(chǎn)品是人眼不可見的。1962年，Nick Holonyack發(fā)明了首個人眼可見的LED燈，并被稱為“LED之父”。

1987，伊士曼·柯達公司發(fā)明了OLED有機發(fā)光二極管技術(shù)，為柔軟顯示設(shè)備的出現(xiàn)鋪墊了道路。因其具備面板結(jié)構(gòu)簡單、厚度薄、對比度高、響應(yīng)速度快、溫度適應(yīng)范圍廣等液晶電視不可比擬的優(yōu)勢，被業(yè)內(nèi)稱為未來最具競爭力的顯示器，被公認(rèn)為新一代的顯示技術(shù)。

OLED是一種由有機分子薄片組成的固態(tài)設(shè)備，施加電壓之后就能發(fā)光。OLED能讓電子設(shè)備產(chǎn)生更明亮、更清晰的圖像，其耗電量小于傳統(tǒng)的發(fā)光二極管（LED），也小于當(dāng)今人們使用的液晶顯示器（LCD）。

OLED是一種固態(tài)半導(dǎo)體設(shè)備，其厚度為100-500納米，比頭發(fā)絲還要細200倍。OLED由兩層或三層有機材料構(gòu)成；依照最新的OLED設(shè)計，第三層可協(xié)助電子從陰極轉(zhuǎn)移到發(fā)射層。

OLED的結(jié)構(gòu)

OLED由以下各部分組成：

基層--基層用來支撐整個OLED。

陽極--陽極在電流流過設(shè)備時消除電子。

有機層--有機層由有機物分子或有機聚合物構(gòu)成。

導(dǎo)電層--該層由有機塑料分子構(gòu)成，這些分子傳輸由陽極而來的“空穴”.可采用聚苯胺作為OLED的導(dǎo)電聚合物。

發(fā)射層--該層由有機塑料分子（不同于導(dǎo)電層）構(gòu)成，這些分子傳輸從陰極而來的電子；發(fā)光過程在這一層進行?？刹捎镁圮套鳛榘l(fā)射層聚合物。

陰極--當(dāng)設(shè)備內(nèi)有電流流通時，陰極會將電子注入電路。

相對于傳統(tǒng)顯示器及照明領(lǐng)域的設(shè)備，OLED具有以下優(yōu)點。

1、超薄。厚度可以小于1毫米，僅為LCD屏幕的1/3，并且重量也更輕；

2、抗震耐用。固態(tài)機構(gòu)，沒有液體物質(zhì)，因此抗震性能更好，不怕摔；

3、可視角度大。幾乎沒有可視角度的問題，很大的視角下觀看，畫面仍然不失真；

4、成本低。制造工藝簡單，成本更低；

5、響應(yīng)速度快。響應(yīng)時間為μs量級，顯示運動畫面絕對不會有拖影的現(xiàn)

6、工作溫度范圍寬?？晒ぷ饔?40～75℃；

7、可彎曲。能夠在不同材質(zhì)的基板上制造，可以做成能彎曲的柔軟顯示器。

OLED的分類

OLED 以驅(qū)動方式可分為無源驅(qū)動PMOLED)與有源驅(qū)動(AMOLED)兩種，OLED的驅(qū)動方式是屬于電流驅(qū)動。

PMOLED具有陰極帶、有機層以及陽極帶。陽極帶與陰極帶相互垂直。陰極與陽極的交叉點形成像素，也就是發(fā)光的部位。外部電路向選取的陰極帶與陽極帶施加電流，從而決定哪些像素發(fā)光，哪些不發(fā)光。此外，每個像素的亮度與施加電流的大小成正比。

PMOLED易于制造，但其耗電量大于其他類型的OLED,這主要是因為它需要外部電路的緣故。PMOLED用來顯示文本和圖標(biāo)時效率最高，適于制作小屏幕，例如人們在移動電話、掌上型電腦以及MP3播放器上經(jīng)常能見到的那種。即便存在一個外部電路，被動矩陣OLED的耗電量還是要小于這些設(shè)備當(dāng)前采用的LCD。

而AMOLED在技術(shù)上的優(yōu)勢幾乎是傳統(tǒng)LCD難以企及的。

1、對比傳統(tǒng)LCD，AMOLED屏幕非常薄，并且可以在屏幕中集成觸摸層，做超薄機更有優(yōu)勢。

2、高分辨率AMOLED采用pentile排列，不像傳統(tǒng)LCD那樣一個像素點等于紅綠藍三個亞像素的合集，而是一個像素=1綠0.5（藍 紅） ，大幅強調(diào)綠色，使畫面看起來更鮮艷。

3、AMOLED自發(fā)光，單個像素在顯示黑色時下不工作，顯示深色時低功耗。所以AMOLED在深色下省電，并且具有傳統(tǒng)LCD幾百倍的對比度，還不會漏光。

4、AMOLED具有一定的柔韌性，比起玻璃基板的LCD屏幕不宜損壞。

5、AMOLED和SUPER AMOLED的色域都非常廣。

OLED顯示技術(shù)具體LCD及LED無可比擬的優(yōu)勢，但是依然存在相當(dāng)多的問題。由于平面電視已進入成熟期，價格競爭激烈，不管是消費者或電視品牌業(yè)者，對于產(chǎn)品價格都非常敏感，然而OLED有機材料壽命不長，加上制程復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)成本相當(dāng)高，良率也不容易提升。短期內(nèi)，業(yè)界人士認(rèn)為OLED面板仍會先以小尺寸的行動裝置市場為主力，導(dǎo)入電視、照明等應(yīng)用，還需要時間發(fā)酵。

QLED量子點顯示技術(shù)

量子是現(xiàn)代物理的重要概念。最早是M·普朗克在1900年提出的。量子點是極小的半導(dǎo)體晶體，大小約為3到12納米，僅由少數(shù)原子構(gòu)成，所以其活動局限于有限范圍之內(nèi)，而喪失原有的半導(dǎo)體特性。

也正因為其只能活動于狹小的空間，因此影響其能量狀態(tài)就容易促使其發(fā)光（目前一般通過電子或光子激發(fā)量子點，產(chǎn)生帶色彩的光子），科學(xué)家實驗的結(jié)果是，可依據(jù)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與大小的不同，發(fā)出不同顏色的光，量子點尺寸越大越偏向光譜中的紫色域、越小則越偏向紅色，如果計算足夠精確，就可如圖所指示發(fā)出鮮艷的紅綠藍光，正好用作顯示器的RGB原色光源。

量子點技術(shù)如何應(yīng)用于液晶面板

量子點材料需要在短波長光線下才能激發(fā)發(fā)光，目前的做法是將量子點材料涂布在有機薄膜上，形成量子點光學(xué)薄膜應(yīng)用在背光模組中，再搭配液晶面板使用。與傳統(tǒng)背光不同的是，白光LED需更換為藍光LED，從成本上來看，藍光LED不要封裝熒光粉，所以其價格會更低。

由于傳統(tǒng)白光LED采用的是藍光LED外加黃色熒光粉的方式，所以其光譜分布上，藍光部分相對比較純正，而綠光和紅光部分沒有明顯的峰值，導(dǎo)致在搭配彩膜時，液晶模組的紅色和綠色的飽和度不高。而使用量子點背光紅綠藍三色光峰值明顯，經(jīng)過彩膜后顏色的飽和度也較高。使用量子點技術(shù)的液晶顯示器在顏色表現(xiàn)上不輸于OLED顯示器。

綜上所述，QLED的結(jié)構(gòu)與OLED技術(shù)非常相似，主要區(qū)別在于QLED的發(fā)光中心由量子點物質(zhì)構(gòu)成。量子點技術(shù)顯然具有不錯的應(yīng)用前景，且很有可能因此取代一直難產(chǎn)的OLED顯示技術(shù)。

目前QLED的量子點顯示技術(shù)還存在如下問題：

QLED的量子點因其容易受熱量和水分影響的缺點，無法實現(xiàn)與自發(fā)光OLED相同的蒸鍍方式，只能研發(fā)噴墨印刷制程。目前，QLED技術(shù)還處于剛剛起步階段，存在可靠性/效率低、藍色元件壽命不穩(wěn)定、溶液制程研發(fā)困難等制約因素，因此業(yè)內(nèi)認(rèn)為現(xiàn)階段離商用化還有一段較長的時間。

未來顯示技術(shù)發(fā)展趨勢

OLET有機發(fā)光晶體顯示技術(shù)

OLET由三層材料組成，底層是傳導(dǎo)電力的物質(zhì)，中間一層在電力通過時會發(fā)光，最上面一層則是控制光通過的量，整組材料一共厚僅62nm。目前技術(shù)上還有一些電壓上的問題要克服，但OLET可以比OLED還要有效率2到100倍，未來將可以用在任何顯示屏幕上，甚至可以用在芯片上代替銅線傳遞訊號。

IMOD干涉儀調(diào)節(jié)器顯示技術(shù)

IMOD屬于反射式顯示技術(shù)，是一種新的顯示技術(shù)，即便是在陽光照射下，它也能使手機的顯示器清晰銳麗。它展現(xiàn)色彩的過程與蝴蝶翅膀的閃閃發(fā)光原理相同?；趇mod技術(shù)的顯示設(shè)備不需要背光源。這種顯示技術(shù)相對于其他顯示技術(shù)擁有顯著的低功耗性能，可大幅延長設(shè)備的電池壽命。

LPD激光熒光體顯示技術(shù)

LPD是Prysm獨有的顯示技術(shù)及大尺寸顯示平臺。它是所有Prysm顯示解決方案的核心且代表下一代大尺寸數(shù)字顯示。LPD由以下主要組件組成：激光引擎、激光處理器及熒光面板。LPD使用獲得專利的激光引擎和磷光熒光體面板，利用低功率固態(tài)激光創(chuàng)造令人嘆為觀止的等身尺寸圖像。

從根本上不同于基于LED和液晶技術(shù)的顯示方案，LPD解決方案——包含LPD技術(shù)和其它組件的封裝配置——提供鮮艷的等身大小圖像品質(zhì)、無與倫比的視角及行業(yè)最小的環(huán)境影響。與其它數(shù)字技術(shù)相比，LPD技術(shù)具有最低運營成本并提供最先進的功能性、優(yōu)越性和使用可能性。

審核編輯：湯梓紅