從上古世紀原始人的洞穴壁畫、甲骨文再到雕刻技術、活字印刷術,無不是將實體圖像作為信息載體進行傳遞,而近代顯示技術通過將電子信號由設備傳輸到顯示器上最終轉化為可見光傳輸到人眼,實現信息的顛覆性傳遞。
簡單的說,近現代顯示技術即為光與電的結合。
隨著顯示技術的不斷發展,從機械式黑白電視機誕生到到陰極射線顯像管(CRT)再到如今的液晶(LCD)、等離子(PDP)、有機電致發光技術(OLED)等。因顯示原理的差異性,有的被淘汰,而有的則繼續在顯示領域發揮余熱。
本篇文章,我們試圖簡單回顧一下全球顯示技術的迭代進化,從而當前顯示技術百家爭鳴之際,哪一種技術最有優勢,最有發展前景。
CRT:主宰一個世紀的顯示技術
CRT顯示技術,又被稱為陰極射像管技術(Cathode Ray Tube),其主要由電子槍(Electron Gun)、蔭罩(Shadow Mask)、高壓石墨電極、偏轉線圈(Deflection Coils)和熒光粉涂膜層_Phosphor)五大部分組成,當然還要嚴謹一點的話還包括大家熟知的曲面玻璃顯示外殼。它的顯示成像原理是利用電子槍使電子在加速電場以及陽極高壓作用下獲得巨大能量,以高速度的初始狀態經過垂直和水平的偏轉線圈控制角度,最終高速轟擊屏幕上的熒光物質使其受激發光從而畫面實現顯示。
早在1897年就有人提出了CRT顯示技術,到世界上第一臺真正意義上的電視機誕生已經是1939年了,而我國的電視行業則發展更晚,1958年和1970年是具有特殊意義的兩個年度—分別誕生了我國第一臺黑白CRT電視以及第一臺彩色電視。
作為主宰了上個世紀幾乎整整一個世紀的顯示技術,CRT陰極射線顯示技術在對比度、色彩明亮、價格等方面具有一定優勢,但是由于其故障率高、體積笨重以及帶軟X射線輻射,并且電子束掃描過程中的信號失真等原因,CRT為代表“大腦袋”顯像管電視逐漸被輕薄、低功耗、低造價的平板顯示器(FPD)所替代。
平板液晶顯示:顯示器厚度是硬傷
TFT-LCD(Liquid Crystal Display),又名液晶顯示技術,利用液晶分子在電場作用下的排列會發生變化,從而影響其光學性質,也就是電光效應。
其大致顯示原理為R、G、B三基色給予的電信號作用下使得液晶分子進行獨立的排列偏轉,最終是調制后的光線通過偏光片、濾光片實現與空域的色彩重現。
在這里需要指出的是液晶顯示器里面的液晶分子自身并不會發光,需要額外的背光板提供光源進行反射式發光顯示,這也是該類顯示器厚度受到制約的硬傷。
LCD顯示器同時還存在著可視視角小、響應時間過長、對比度過低(背光源無法完全關閉)等色彩方面的問題。
等離子顯示技術:致命傷是燒屏
等離子體顯示器又稱電漿顯示器PDP(Plasma Display Panel),其大致原理是在兩張特制超薄的玻璃背板中填充中性的氣體,在外部施加電壓作用下電離出帶電粒子轟擊顯示屏上的R、G、B三基色磷光物質,使其受激發出可見光。
由于結構為兩張超薄玻璃板組成,因此其特點之一是厚度極薄。同時,等離子電視中的等離子腔體作為獨立的像素點,理論上講只要能做到足夠小,其像素可以做到很高,所以分辨率高也是它的第二大優點。
但是,等離子電視有一個最大致命傷就是會發生前“燒屏”,就如以前人們看電視,長時間靜態畫面位置(如電視臺標)再切換電視畫面依然會有殘影,這也與顯示屏上的熒光物質壽命衰減相關。
OLED顯示技術:小尺寸應用廣泛
OLED(OrganicLight-Emitting Diode)也就是有機電致發光二極管,它不像傳統的LCD液晶顯示屏需要單獨的背光模組提供光源,而是利用蒸鍍在陽極上的有機高分子材料的特性,利用空穴和電子結合形成電子-空穴對,也就是激子。激子在躍遷過程中輻射產生可見光,而行業常用的RGB三種蒸鍍有機材料則可以分別輻射出對應波長的可見光,從而實現屏幕自主發光。
正因為能夠自主發光,因此OLED顯示器在對比度、亮度上面得到大幅提升,同時響應快、重量輕、厚度薄。
而OLED柔性技術,則通過有機高分子材料聚酰亞胺薄膜涂層替代玻璃背板,結合COF&COP封裝技術實現柔性顯示,尤其是在手機、平板領域實現超窄邊框高屏占比顯示。
由于OLED大屏技術的不成熟性,目前應用于中小尺寸顯示領域。同時OLED中的有機高分子材料由于衰減壽命不一致,同樣面臨燒屏等殘影問題,不過目前各大面板企業通過獨特的子像素排列設計可減輕該問題的發生,如三星的鉆石結構。
以上各種顯示技術包括沒提到的LED等顯示技術都在不斷發展為、完善,也各有其優勢與不足,未來的顯示技術絕不會一家獨大。目前比較熱門的具有潛力的主要顯示技術有激光電視、QLED、Mini-LED&Micro-LED、LTPO。
激光顯示技術:未來空間或將放量
激光電視,被稱為第四代電視技術,其大致原理為將調制過的R、G、B三原色激光信號利用DLP(Digital Light Procession)數字光處理技術進行圖像顯示,本質上屬于超短焦投影技術。
既然是投影技術,所以除了投影系統(激光發生器、調制器、DMD偏轉元件),激光電視還由外部投影屏幕構成。
其主要優點在于:由于光源是激光,因其單色性好,色彩效果好,色彩飽和度更好,色域覆蓋更廣。同時亮度高,壽命長,健康護眼,超短焦投影技術可實現大尺寸顯示。
前景上,作為目前幾大電視企業主推技術,相信未來幾年隨著技術成熟其價格會逐漸降低,相信后面會占據一定市場份額。
QLED:或是過渡產品
QLED(Quantum Dot Light Emitting Diodes)也就是量子點發光二極管。
在發展初期QLED有兩種發展思路,一種是將QLED薄膜置于LCD顯示器背光模組中,另外一種則是直接做成類似OLED的自發光面板。
目前市面上基本都采用前者這種技術,其優點在于當藍色或紫外光(UV)背光源通過這層量子點薄膜,不僅能減少背光亮度的損耗,同時還可以減少液晶顯示器中彩色濾光片的色彩串擾,這樣可以有效的提升畫質的色域,但其本質上還是LCD液晶顯示技術的改進型??梢哉fQLED或多或少只是一種過渡產品,名氣大于實質意義。
Mini LED:需要解決像素光源和超高密度封裝難題
Mini LED,為芯片尺寸介于50~200微米的LED(發光二極管)器件,可以用作LCD背光源也就是直下式背光,也可實現真RGB主動顯示。
與目前的LCD相比,Mini LED響應速度更高、極端運行環境更為廣泛,同時在續航方面有著不錯的表現。
Micro LED芯片尺寸則小于50微米。是LED器件微縮化、矩陣化技術的代表,通常需要將高密度微型LED器件集成在芯片上,簡單的說就是LED背光器件的薄膜化、陣列化以及微小化。
其主要優勢在于既能像OLED一樣自發光,無需背光源,體積小、輕薄、功耗低,同時響應時間為納秒級。
同時在第三代半導體材料興起的未來時間里,氮化鎵作為Micro LED制作的原材料,對其封裝和極化技術有著不可估量的貢獻。想必這也是美國蘋果公司重下賭注,一心看好扶持的技術原因。
目前的主要難點在于,巨量轉移技術、像素光源問題和超高密度封裝問題。
LTPO:或是過渡小尺寸主流顯示技術
LTPO(Low Temperature polycrystalline Oxide)低溫多晶氧化物技術,也就是LTPS與Oxide技術的結合體。
OLED顯示器為電流驅動型器件,如果需要提高顯示器分辨率,則響應需相應減小電容,減小電容則勢必會減小半導體溝道響應,造成延遲,而LTPS技術則具有極高的電子遷移率正好契合這一發展方向,同時隨著手機屏幕刷新率的不斷突破,高刷新率也加重了手機續航的功耗負擔,而以igzo為代表的氧化物技術則因其關態電流低可適用于屏幕低頻驅動,兩者結合符合未來的降功耗趨勢,參照蘋果watch4、三星note20 ultra。
同樣LTPO本質上屬于OLED顯示技術的改進型,可以預測的是在Micro-LED未解決三大難點之前,LTPO技術將作為過渡技術成為小尺寸主流顯示技術。
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