全球显示技术百家争鸣 第四代激光显示或夺魁

智能家居 编辑: 浩然
出处: 蓝科技 作者: 原创 2020-10-14 09:11 2900人浏览

摘要

近现代显示技术即为光与电的结合。

全球显示技术百家争鸣  第四代激光显示或夺魁

从上古世纪原始人的洞穴壁画、甲骨文再到雕刻技术、活字印刷术,无不是将实体图像作为信息载体进行传递,而近代显示技术通过将电子信号由设备传输到显示器上最终转化为可见光传输到人眼,实现信息的颠覆性传递。

简单的说,近现代显示技术即为光与电的结合。

随着显示技术的不断发展,从机械式黑白电视机诞生到到阴极射线显像管(CRT)再到如今的液晶(LCD)、等离子(PDP)、有机电致发光技术(OLED)等。因显示原理的差异性,有的被淘汰,而有的则继续在显示领域发挥余热。

本篇文章,我们试图简单回顾一下全球显示技术的迭代进化,从而厘清当前显示技术百家争鸣之际,哪一种技术最有优势,最有发展前景。

CRT:主宰一个世纪的显示技术

CRT显示技术,又被称为阴极射像管技术(Cathode Ray Tube),其主要由电子枪(Electron Gun)、荫罩(Shadow Mask)、高压石墨电极、偏转线圈(Deflection Coils)和荧光粉涂膜层_Phosphor)五大部分组成,当然还要严谨一点的话还包括大家熟知的曲面玻璃显示外壳。它的显示成像原理是利用电子枪使电子在加速电场以及阳极高压作用下获得巨大能量,以高速度的初始状态经过垂直和水平的偏转线圈控制角度,最终高速轰击屏幕上的荧光物质使其受激发光从而画面实现显示。

早在1897年就有人提出了CRT显示技术,到世界上第一台真正意义上的电视机诞生已经是1939年了,而我国的电视行业则发展更晚,1958年和1970年是具有特殊意义的两个年度—分别诞生了我国第一台黑白CRT电视以及第一台彩色电视。

作为主宰了上个世纪几乎整整一个世纪的显示技术,CRT阴极射线显示技术在对比度、色彩明亮、价格等方面具有一定优势,但是由于其故障率高、体积笨重以及带软X射线辐射,并且电子束扫描过程中的信号失真等原因,CRT为代表“大脑袋”显像管电视逐渐被轻薄、低功耗、低造价的平板显示器(FPD)所替代。

平板液晶显示:显示器厚度是硬伤

TFT-LCD(Liquid Crystal Display),又名液晶显示技术,利用液晶分子在电场作用下的排列会发生变化,从而影响其光学性质,也就是电光效应。

其大致显示原理为R、G、B三基色给予的电信号作用下使得液晶分子进行独立的排列偏转,最终是调制后的光线通过偏光片、滤光片实现时域与空域的色彩重现。

在这里需要指出的是液晶显示器里面的液晶分子自身并不会发光,需要额外的背光板提供光源进行反射式发光显示,这也是该类显示器厚度受到制约的硬伤。

LCD显示器同时还存在着可视视角小、响应时间过长、对比度过低(背光源无法完全关闭)等色彩方面的问题。

等离子显示技术:致命伤是烧屏

等离子体显示器又称电浆显示器PDP(Plasma Display Panel),其大致原理是在两张特制超薄的玻璃背板中填充中性的气体,在外部施加电压作用下电离出带电粒子轰击显示屏上的R、G、B三基色磷光物质,使其受激发出可见光。

由于结构为两张超薄玻璃板组成,因此其特点之一是厚度极薄。同时,等离子电视中的等离子腔体作为独立的像素点,理论上讲只要能做到足够小,其像素可以做到很高,所以分辨率高也是它的第二大优点。

但是,等离子电视有一个最大致命伤就是会发生前“烧屏”,就如以前人们看电视,长时间静态画面位置(如电视台标)再切换电视画面依然会有残影,这也与显示屏上的荧光物质寿命衰减相关。

OLED显示技术:小尺寸应用广泛

OLED(OrganicLight-Emitting Diode)也就是有机电致发光二极管,它不像传统的LCD液晶显示屏需要单独的背光模组提供光源,而是利用蒸镀在阳极上的有机高分子材料的特性,利用空穴和电子结合形成电子-空穴对,也就是激子。激子在跃迁过程中辐射产生可见光,而行业常用的RGB三种蒸镀有机材料则可以分别辐射出对应波长的可见光,从而实现屏幕自主发光。

正因为能够自主发光,因此OLED显示器在对比度、亮度上面得到大幅提升,同时响应快、重量轻、厚度薄。

而OLED柔性技术,则通过有机高分子材料聚酰亚胺薄膜涂层替代玻璃背板,结合COF&COP封装技术实现柔性显示,尤其是在手机、平板领域实现超窄边框高屏占比显示。

由于OLED大屏技术的不成熟性,目前应用于中小尺寸显示领域。同时OLED中的有机高分子材料由于衰减寿命不一致,同样面临烧屏等残影问题,不过目前各大面板企业通过独特的子像素排列设计可减轻该问题的发生,如三星的钻石结构。

以上各种显示技术包括没提到的LED等显示技术都在不断发展为、完善,也各有其优势与不足,未来的显示技术绝不会一家独大。目前比较热门的具有潜力的主要显示技术有激光电视、QLED、Mini-LED&Micro-LED、LTPO。

激光显示技术:未来空间或将放量

激光电视,被称为第四代电视技术,其大致原理为将调制过的R、G、B三原色激光信号利用DLP(Digital Light Procession)数字光处理技术进行图像显示,本质上属于超短焦投影技术。

既然是投影技术,所以除了投影系统(激光发生器、调制器、DMD偏转元件),激光电视还由外部投影屏幕构成。

其主要优点在于:由于光源是激光,因其单色性好,色彩效果好,色彩饱和度更好,色域覆盖更广。同时亮度高,寿命长,健康护眼,超短焦投影技术可实现大尺寸显示。

前景上,作为目前几大电视企业主推技术,相信未来几年随着技术成熟其价格会逐渐降低,相信后面会占据一定市场份额。

QLED:或是过渡产品

QLED(Quantum Dot Light Emitting Diodes)也就是量子点发光二极管。

在发展初期QLED有两种发展思路,一种是将QLED薄膜置于LCD显示器背光模组中,另外一种则是直接做成类似OLED的自发光面板。

目前市面上基本都采用前者这种技术,其优点在于当蓝色或紫外光(UV)背光源通过这层量子点薄膜,不仅能减少背光亮度的损耗,同时还可以减少液晶显示器中彩色滤光片的色彩串扰,这样可以有效的提升画质的色域,但其本质上还是LCD液晶显示技术的改进型。可以说QLED或多或少只是一种过渡产品,名气大于实质意义。

Mini LED:需要解决像素光源和超高密度封装难题

Mini LED,为芯片尺寸介于50~200微米的LED(发光二极管)器件,可以用作LCD背光源也就是直下式背光,也可实现真RGB主动显示。

与目前的LCD相比,Mini LED响应速度更高、极端运行环境更为广泛,同时在续航方面有着不错的表现。

Micro LED芯片尺寸则小于50微米。是LED器件微缩化、矩阵化技术的代表,通常需要将高密度微型LED器件集成在芯片上,简单的说就是LED背光器件的薄膜化、阵列化以及微小化。

其主要优势在于既能像OLED一样自发光,无需背光源,体积小、轻薄、功耗低,同时响应时间为纳秒级。

同时在第三代半导体材料兴起的未来时间里,氮化镓作为Micro LED制作的原材料,对其封装和极化技术有着不可估量的贡献。想必这也是美国苹果公司重下赌注,一心看好扶持的技术原因。

目前的主要难点在于,巨量转移技术、像素光源问题和超高密度封装问题。

LTPO:或是过渡小尺寸主流显示技术

LTPO(Low Temperature polycrystalline Oxide)低温多晶氧化物技术,也就是LTPS与Oxide技术的结合体。

OLED显示器为电流驱动型器件,如果需要提高显示器分辨率,则响应需相应减小电容,减小电容则势必会减小半导体沟道响应,造成延迟,而LTPS技术则具有极高的电子迁移率正好契合这一发展方向,同时随着手机屏幕刷新率的不断突破,高刷新率也加重了手机续航的功耗负担,而以igzo为代表的氧化物技术则因其关态电流低可适用于屏幕低频驱动,两者结合符合未来的降功耗趋势,参照苹果watch4、三星note20 ultra。

同样LTPO本质上属于OLED显示技术的改进型,可以预测的是在Micro-LED未解决三大难点之前,LTPO技术将作为过渡技术成为小尺寸主流显示技术。

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