【導讀】相信絕大多數家庭從擁有第一臺電視機開(kāi)始,到現在已經(jīng)更換了好幾代了。從12寸黑白顯像管電視機,到現在的彩色大屏幕高清液晶,顯示技術(shù)或者說(shuō)是顯示屏,作為電子產(chǎn)品的重要交互手端,一直隨著(zhù)電子產(chǎn)品的進(jìn)步而飛速發(fā)展。
尤其是近年來(lái),隨著(zhù)通信技術(shù)的迅速發(fā)展以及人們對顯示設備的色彩追求和顯示實(shí)用性的追求,迫使著(zhù)顯示設備向多功能和數字化方向發(fā)展。具體來(lái)說(shuō),現代顯示器件正向高密度、高分辨率、節能化、高亮度、彩色化、大屏幕的方向發(fā)展。
從最傳統的CRT顯示器、LCD顯示器到現在的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(wú)不體現著(zhù)人類(lèi)的智慧與想象力,無(wú)不體現著(zhù)“沒(méi)有做不到,只有想不到”。
CRT陰極射線(xiàn)
顯像管技術(shù)
1897,諾貝爾獎獲得者、著(zhù)名物理學(xué)家和發(fā)明家卡爾·布勞恩創(chuàng )造了第一個(gè)CRT陰極射線(xiàn)管。其工作原理是:電子槍發(fā)射高速電子,經(jīng)過(guò)垂直和水平的偏轉線(xiàn)圈控制高速電子的偏轉角度,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(gè)用來(lái)研究電子特性的設備,和顯示技術(shù)沒(méi)有半毛錢(qián)關(guān)系。

1925年,約翰·洛吉·貝爾德在倫敦的一次實(shí)驗中使用CRT器材“掃描”出木偶的圖象成為一個(gè)轉折點(diǎn),其被稱(chēng)為電視誕生的標志,而同一時(shí)間斯福羅金也創(chuàng )造了自己的電視系統,但是這兩個(gè)人實(shí)現圖像傳輸的模式有些不同,但都是由CRT設備實(shí)現的。其中對未來(lái)影響最大的就是斯福羅金的“電視”系統了,這種全電子模式也是未來(lái)電視發(fā)展的一個(gè)起點(diǎn)。

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

球面顯像管

現在我們已經(jīng)很難看到最早的采用綠顯、單顯顯像管的顯示器。當時(shí)這些顯示器都是陰極射線(xiàn)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(chēng)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象,也使實(shí)際的顯示面積較小。
平面直角顯像管
隨著(zhù)電子整體水平的進(jìn)步,人們對顯示器的要求也越來(lái)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)的應用,使畫(huà)面質(zhì)量有了很大的提高。因此,各個(gè)顯示器廠(chǎng)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(kāi)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,三菱公司也緊隨其后,開(kāi)發(fā)出鉆石瓏(Diamondtron)技術(shù),這使得屏幕在垂直方向實(shí)現完全的筆直,只在水平方向仍略有弧度,另外加上柵狀蔭罩的設計,使顯示質(zhì)量大幅度上升。
從1998底開(kāi)始,一種嶄新的完全平面顯示器出現了,它使CRT顯示器達到了一個(gè)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(lái)窗”顯示器,它的蔭罩是點(diǎn)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(lái)越好,但顯像管要求電子槍發(fā)出的電子束從一側偏向另一側的角度不能大于90度,這使得顯示器的厚度要與屏幕的對角線(xiàn)一樣長(cháng),對于具有更大可視面積的顯示器來(lái)說(shuō),就意味著(zhù)更厚的機身和更大的體積。
彩色顯像管電視機占據主流市場(chǎng)長(cháng)達50年之久。直到2005年其主流地位才開(kāi)始受到來(lái)自液晶、等離子等新型顯示技術(shù)的挑戰。
LCD液晶顯示技術(shù)
早在19世紀末,奧地利植物學(xué)家就發(fā)現了液晶,即液態(tài)的晶體,也就是說(shuō)一種物質(zhì)同時(shí)具備了液體的流動(dòng)性和類(lèi)似晶體的某種排列特性。在電場(chǎng)的作用下,液晶分子的排列會(huì )產(chǎn)生變化,從而影響到它的光學(xué)性質(zhì),這種現象叫做電光效應。利用液晶的電光效應,英國科學(xué)家在上世紀制造了第一塊液晶顯示器即LCD。

LCD到目前為止是應用最為廣泛的一種顯示技術(shù),與傳統的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(wú)輻射,無(wú)閃爍并能直接與CMOS集成電路匹配。由于優(yōu)點(diǎn)眾多,LCD從1998年開(kāi)始進(jìn)入應用領(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(gè)列有細槽的平面之間。這兩個(gè)平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是說(shuō),若一個(gè)平面上的分子南北向排列,則另一平面上的分子東西向排列,而位于兩個(gè)平面之間的分子被強迫進(jìn)入一種90度扭轉的狀態(tài)。
由于光線(xiàn)順著(zhù)分子的排列方向傳播,所以光線(xiàn)經(jīng)過(guò)液晶時(shí)也被扭轉90度。當液晶上加一個(gè)電壓時(shí),液晶分子便會(huì )轉動(dòng),改變光透過(guò)率,從而實(shí)現多灰階顯示。
彩色LCD液晶顯示器的工作原理
對于更加復雜的彩色顯示器而言,還要具備專(zhuān)門(mén)處理彩色顯示的色彩過(guò)濾層。通常,在彩色LCD面板中,每一個(gè)像素都是由三個(gè)液晶單元格構成,其中每一個(gè)單元格前面都分別有紅色,綠色,或藍色的過(guò)濾器。這樣,通過(guò)不同單元格的光線(xiàn)就可以在屏幕上顯示出不同的顏色。

根據液晶分子的排布方式,常見(jiàn)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(因對比度加大)。
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的顯示面板結構已較TN與STN復雜,顯示畫(huà)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(chēng)為 “Super TFT”。從技術(shù)角度看,傳統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/常規狀態(tài)下分子的旋轉方向有所不同。
從液晶面板的驅動(dòng)方式來(lái)分,目前最常見(jiàn)的是TFT型驅動(dòng)。它通過(guò)有源開(kāi)關(guān)的方式來(lái)實(shí)現對各個(gè)像素的獨立精確控制,因此相比之前的無(wú)源驅動(dòng)可以實(shí)現更精細的顯示效果。

TFT-LCD的構成主要由螢光管、導光板、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(huì )先經(jīng)過(guò)一個(gè)偏光板然后再經(jīng)過(guò)液晶。
這時(shí)液晶分子的排列方式就會(huì )改變穿透液晶中傳播的光線(xiàn)的偏振角度,然后這些光線(xiàn)還必須經(jīng)過(guò)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的光線(xiàn)強度與色彩,這樣就能在液晶面板上變化出有不同色調的顏色組合了。
早期的LCD由于是非主動(dòng)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(shí)往往會(huì )產(chǎn)生陰影,影響視頻的顯示效果,因此,如今只被應用于需要黑白顯示的掌上電腦,呼機或手機中。
現在,幾乎所有的應用于筆記本或桌面系統的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(zhù)技術(shù)的日新月異,LCD技術(shù)也在不斷發(fā)展進(jìn)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(jìn)一步加快LCD顯示器的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程、降低生產(chǎn)成本,實(shí)現用戶(hù)可以接受的價(jià)格水平。
PDP等離子顯示技術(shù)
等離子顯示器又稱(chēng)為電漿顯示屏,是一種平面顯示屏幕,光線(xiàn)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(wú)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(wú)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(guān)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(wú)拖尾等各項畫(huà)質(zhì)指標均優(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(huì )越來(lái)越少了呢?
PDP技術(shù)有以下幾個(gè)缺點(diǎn):
1、生產(chǎn)精度高,成本高。
2、無(wú)法做小尺寸,一般都是40英寸已上的大電視機。
3、有“燒屏現象”。

其實(shí)PDP綜合來(lái)看效果要優(yōu)于LCD。曾經(jīng)以40英寸為分界線(xiàn),“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(wú)存。
好的技術(shù)與好的市場(chǎng)不是等號關(guān)系,液晶能一統江湖關(guān)鍵還在于生產(chǎn)成本適應了大眾需求。更重要的是,獲得了主導市場(chǎng)的眾多彩電企業(yè)的認可。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(méi),如曇花一現。
LED有機發(fā)光
二極管顯示技術(shù)
在CRT時(shí)代,英國無(wú)線(xiàn)電研究員Henry Joseph Round率先發(fā)現電場(chǎng)發(fā)光,奠定了之后LED技術(shù)發(fā)展的基礎。隨后的1961年,德州儀器為紅外線(xiàn)LED(首個(gè)發(fā)光二極管)申請了專(zhuān)利。然而,該產(chǎn)品是人眼不可見(jiàn)的。1962年,Nick Holonyack發(fā)明了首個(gè)人眼可見(jiàn)的LED燈,并被稱(chēng)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),為柔軟顯示設備的出現鋪墊了道路。因其具備面板結構簡(jiǎn)單、厚度薄、對比度高、響應速度快、溫度適應范圍廣等液晶電視不可比擬的優(yōu)勢,被業(yè)內稱(chēng)為未來(lái)最具競爭力的顯示器,被公認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)設備,施加電壓之后就能發(fā)光。OLED能讓電子設備產(chǎn)生更明亮、更清晰的圖像,其耗電量小于傳統的發(fā)光二極管(LED),也小于當今人們使用的液晶顯示器(LCD)。
OLED是一種固態(tài)半導體設備,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成;依照最新的OLED設計,第三層可協(xié)助電子從陰極轉移到發(fā)射層。
OLED的結構
OLED由以下各部分組成:

基層--基層用來(lái)支撐整個(gè)OLED。
陽(yáng)極--陽(yáng)極在電流流過(guò)設備時(shí)消除電子。
有機層--有機層由有機物分子或有機聚合物構成。
導電層--該層由有機塑料分子構成,這些分子傳輸由陽(yáng)極而來(lái)的“空穴”.可采用聚苯胺作為OLED的導電聚合物。
發(fā)射層--該層由有機塑料分子(不同于導電層)構成,這些分子傳輸從陰極而來(lái)的電子;發(fā)光過(guò)程在這一層進(jìn)行??刹捎镁圮套鳛榘l(fā)射層聚合物。
陰極--當設備內有電流流通時(shí),陰極會(huì )將電子注入電路。
相對于傳統顯示器及照明領(lǐng)域的設備,OLED具有以下優(yōu)點(diǎn)。
1、超薄。厚度可以小于1毫米,僅為L(cháng)CD屏幕的1/3,并且重量也更輕;
2、抗震耐用。固態(tài)機構,沒(méi)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(méi)有可視角度的問(wèn)題,很大的視角下觀(guān)看,畫(huà)面仍然不失真;
4、成本低。制造工藝簡(jiǎn)單,成本更低;
5、響應速度快。響應時(shí)間為μs量級,顯示運動(dòng)畫(huà)面絕對不會(huì )有拖影的現
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(lèi)
OLED 以驅動(dòng)方式可分為無(wú)源驅動(dòng)PMOLED)與有源驅動(dòng)(AMOLED)兩種,OLED的驅動(dòng)方式是屬于電流驅動(dòng)。

PMOLED具有陰極帶、有機層以及陽(yáng)極帶。陽(yáng)極帶與陰極帶相互垂直。陰極與陽(yáng)極的交叉點(diǎn)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(yáng)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(gè)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(lèi)型的OLED,這主要是因為它需要外部電路的緣故。PMOLED用來(lái)顯示文本和圖標時(shí)效率最高,適于制作小屏幕,例如人們在移動(dòng)電話(huà)、掌上型電腦以及MP3播放器上經(jīng)常能見(jiàn)到的那種。即便存在一個(gè)外部電路,被動(dòng)矩陣OLED的耗電量還是要小于這些設備當前采用的LCD。
而AMOLED在技術(shù)上的優(yōu)勢幾乎是傳統LCD難以企及的。
1、對比傳統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LCD那樣一個(gè)像素點(diǎn)等于紅綠藍三個(gè)亞像素的合集,而是一個(gè)像素=1綠0.5(藍 紅) ,大幅強調綠色,使畫(huà)面看起來(lái)更鮮艷。

3、AMOLED自發(fā)光,單個(gè)像素在顯示黑色時(shí)下不工作,顯示深色時(shí)低功耗。所以AMOLED在深色下省電,并且具有傳統LCD幾百倍的對比度,還不會(huì )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(wú)可比擬的優(yōu)勢,但是依然存在相當多的問(wèn)題。由于平面電視已進(jìn)入成熟期,價(jià)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(jià)格都非常敏感,然而OLED有機材料壽命不長(cháng),加上制程復雜,導致生產(chǎn)成本相當高,良率也不容易提升。短期內,業(yè)界人士認為OLED面板仍會(huì )先以小尺寸的行動(dòng)裝置市場(chǎng)為主力,導入電視、照明等應用,還需要時(shí)間發(fā)酵。
QLED量子點(diǎn)顯示技術(shù)
量子是現代物理的重要概念。最早是M·普朗克在1900年提出的。量子點(diǎn)是極小的半導體晶體,大小約為3到12納米,僅由少數原子構成,所以其活動(dòng)局限于有限范圍之內,而喪失原有的半導體特性。
也正因為其只能活動(dòng)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(guò)電子或光子激發(fā)量子點(diǎn),產(chǎn)生帶色彩的光子),科學(xué)家實(shí)驗的結果是,可依據其內部結構與大小的不同,發(fā)出不同顏色的光,量子點(diǎn)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(diǎn)技術(shù)如何應用于液晶面板
量子點(diǎn)材料需要在短波長(cháng)光線(xiàn)下才能激發(fā)發(fā)光,目前的做法是將量子點(diǎn)材料涂布在有機薄膜上,形成量子點(diǎn)光學(xué)薄膜應用在背光模組中,再搭配液晶面板使用。與傳統背光不同的是,白光LED需更換為藍光LED,從成本上來(lái)看,藍光LED不要封裝熒光粉,所以其價(jià)格會(huì )更低。

由于傳統白光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(méi)有明顯的峰值,導致在搭配彩膜時(shí),液晶模組的紅色和綠色的飽和度不高。而使用量子點(diǎn)背光紅綠藍三色光峰值明顯,經(jīng)過(guò)彩膜后顏色的飽和度也較高。使用量子點(diǎn)技術(shù)的液晶顯示器在顏色表現上不輸于OLED顯示器。


綜上所述,QLED的結構與OLED技術(shù)非常相似,主要區別在于QLED的發(fā)光中心由量子點(diǎn)物質(zhì)構成。量子點(diǎn)技術(shù)顯然具有不錯的應用前景,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(diǎn)顯示技術(shù)還存在如下問(wèn)題:
QLED的量子點(diǎn)因其容易受熱量和水分影響的缺點(diǎn),無(wú)法實(shí)現與自發(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、藍色元件壽命不穩定、溶液制程研發(fā)困難等制約因素,因此業(yè)內認為現階段離商用化還有一段較長(cháng)的時(shí)間。
未來(lái)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,底層是傳導電力的物質(zhì),中間一層在電力通過(guò)時(shí)會(huì )發(fā)光,最上面一層則是控制光通過(guò)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(wèn)題要克服,但OLET可以比OLED還要有效率2到100倍,未來(lái)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(xiàn)傳遞訊號。
IMOD干涉儀調節器顯示技術(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(yáng)光照射下,它也能使手機的顯示器清晰銳麗。它展現色彩的過(guò)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(zhù)的低功耗性能,可大幅延長(cháng)設備的電池壽命。
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(zhuān)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(guān)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(wú)與倫比的視角及行業(yè)最小的環(huán)境影響。與其它數字技術(shù)相比,LPD技術(shù)具有最低運營(yíng)成本并提供最先進(jìn)的功能性、優(yōu)越性和使用可能性。
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