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显示技术发展史:Mini LED是过渡技术吗?

Felix分析 来源:电子发烧友网 作者:吴子鹏 2023-01-19 06:05 次阅读

电子发烧友网报道(文/吴子鹏)数字时代,作为信息显示载体和人机交互窗口,显示屏可以说是无处不在,包括智能家居、智慧座舱、智慧医疗和社会传媒等场景基本都是依托屏幕为信息显示的载体。当前,创新型显示技术不断涌现,屏幕不仅越多越轻薄,同时柔性显示技术取得了巨大的进步。

实际上,显示器到今天已经有超过一百年的发展历史,期间经历了很多代不同的主流显示技术,逐渐形成了今天显示多样化的繁荣局面。

CRT时代

CRT(Cathode Ray Tube,阴极射线管)是第一代主流的显示技术,1897年Braun博世发明了这种技术,后来被引入到显示行业,成为20世纪最主流的显示技术。CRT显示器主要由电子枪、荧光屏和玻璃外壳三大主体组成。如果更细分去看,CRT显示器包括屏幕玻璃、荧光粉、铝膜、内石墨层、外石墨层、偏转线圈、第一/二/三/四阳极、阴极、控制栅极、灯丝和高压嘴等部分组成。

CRT的成像原理是,当灯丝发热时,阴极发射电子束流,并且电子束流随着栅极和阴极的图像信息发生变化,然后这些电子束流经过阳极加速,以及场偏转圈调整,最后高速地打在荧光屏幕上,屏幕上形成了不同的灰度,完成图像显示。

1907年,俄国科学家Boris Rosing第一次将几何图形通过CRT技术显示在屏幕上,不过这并不是历史上第一台显示器。第一台显示器诞生于1922年;然后在1925年贝尔德发明了第一台电视机;1936年,第11届柏林奥运会首次实现电视实况转播,加速了CRT电视的普及。

在中国市场,第一台CRT电视诞生于1958年,是一台黑白电视,国人后来给CRT电视起了很多通俗易懂的名字,包括“背头”和“大屁股”等。1970年,中国诞生了第一台彩色的CRT电视,通过红(R)、绿(G)、蓝(B)三原色组合产生彩色视觉效果,电子束发射枪中配备三个阴极,分别轰击不同的荧光体完成显示。

上世纪80年代和90年代是CRT电视在国内大规模普及的阶段,不过由于这种显示技术笨重的外形,最终还是败给了LCD显示技术。

流行至今的液晶显示

实际上,LCD在1964年就诞生了,并于1968年成为液晶显示器。不过,在技术发展的初期,由于CRT技术更为成熟,LCD在响应时间、色彩还原度、分辨率等方面均无法和CRT抗衡,只能用作电子计算器、电子表这样简单的数字显示。在1968年-1971年间,主要使用动态散射技术制作液晶显示器,也被称为DS-LCD,不过这种方式很容易破坏液晶,因此存在时间并不久。

从1971年到1990年,产业界相继研发出了TN-LCD(扭曲向列相液晶显示器)和STN-LCD(超扭曲向列相液晶显示器)。到了STN-LCD阶段,液晶显示的性能已经得到了大幅改善,在分辨率、视角和对比度等方面已经开始领先CRT显示技术。

1988年,TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)问世,日本厂商在这方面大幅度领先,TFT-LCD让液晶显示生产成本大幅度下降,最终超过了CRT的市场份额。TFT-LCD后来又发展成为IPS,也被称为“Super TFT”,是一种平面转换屏幕技术。IPS当前已经衍生出IPS、S-IPS、AS-IPS、IPS-PRO等多个分支。

从面板类型来看,在TN-LCD和IPS发展的同时,以夏普为首的产业链还发明了VA液晶面板,实际上也是TFT-LCD的一个变种。和TN-LCD一样,VA液晶也属于软屏,可以用于制作曲面屏。而IPS则是硬屏,不过具有优秀的全视角特性、动态清晰度、色彩还原效果。

发展至今,TN-LCD、IPS和VA都有了自己的主阵地。其中,TN-LCD凭借制造成本低、响应速度快等优势在电竞显示器市场成为主流;IPS由于色彩鲜明且饱满自然,同时还能展现出无拖影、拖尾的动态高清画面,主要用于专业显示器,面向摄影、设计、视频剪辑等场景;VA液晶比较高的宽容度与对比度,黑色与白色更纯粹,以及柔性特性,主要用于高端电视和市面上大部分曲面屏。

昙花一现的等离子技术

在LCD称霸全球显示市场的同时,除了需要打败原来的霸主CRT,也面临着同期等离子技术的竞争。

等离子显示技术诞生于1927年,随后在1964年被正式应用于显示器领域。等离子技术诞生于美国,不过真正的发展却是在日本。美国公司曾希望将等离子技术用于显示器和电脑显示屏,最终效果都不理想。1994年,松下电器开始跟Plasmaco共同发展彩色等离子技术,后者于1996年被松下收购。上世纪90年代,等离子技术主要的研究者是松下和富士通,随后飞利浦、先锋、三星、LG和长虹加入进来。

2006年的统计数据显示,当时全球液晶电视和等离子电视的出货量相当。随后,等离子技术开始陷入技术流派的争端,市场端的表现逐渐被液晶压制,最终2013年末松下宣布停产等离子面板。

未来主流的OLED

OLED的诞生是一个偶然的发现。1979年,就职于美国柯达公司的邓青云博士由于忘记带东西,再返回实验室时意外发现有机蓄电池在发光,于是OLED的研究便开始了。全球首个商用OLED正是来自柯达,发布于1987年。一经发布,OLED便展现出了更薄、更黑、响应更快的特点。

2005年之前,OLED的技术发展由柯达、先锋和UDC主导,这期间业界发现了OLED的柔性特性,并在汽车、相机和显示器等设备上先后实现了OLED的商用。同时,柯达在1998年和三洋公司联手,实现了全彩OLED。

2005年,三星投资8.5亿美元建设AMOLED产线,从此OELD进入产业成熟期,三星也成为OELD主要的供应商之一。

OLED有两条技术路线,一个是PMOLED,另一个是AMOLED。PMOLED制程相对简单,结构单纯,但是不能做成大尺寸且颜色显示丰富度不够,于是曾经用于手机的外屏;AMOLED结构复杂,成本较高,但是色彩更加丰富,可以制备各种尺寸,因此目前AMOLED是产业主流。

智能手机市场,率先商用AMOLED的是西门子,不过真正让其成为高端机标配的是三星。从第一代Galaxy S系列开始,三星将高端旗舰和AMOLED深度绑定,并且每一代三星旗舰手机的屏幕都领先业界至少一代。2017年,苹果在iPhone X上首次使用了AMOLED。

在电视市场,索尼在2007年推出了一款OLED电视,但市场反馈一般。随后LG于2013年进入OLED电视市场,使得OELD电视成为高端电视的主流。当前,LG和索尼是主要的OELD电视品牌。其中LG几乎垄断了全球OLED电视面板供应,并将82%的产能给了LG和索尼,剩余份额由海信、创维、小米等品牌瓜分。

充满想象的Micro LED

Micro LED即LED微缩化和矩阵化技术。LED的技术史可以追溯到1907年,不过红光LED商用已经到了1962年。然而,此后的三十多年里,产业界都没有攻克蓝光LED技术,直到1994年日本科学家中村秀二利用GaN基底研制出蓝光LED,这才让全彩LED得到了发展,并为白光LED奠定了技术基础。

传统LED主要有两大应用方向,一个是作为背光源,在手机、数码相机、电视、显示器等领域应用广泛;还有一个直显,主要用于商用拼接大屏。

从LED到Micro LED,中间还有一个跨度,那就是Mini LED,这种新型显示技术目前是各大厂商布局的重点。不过,有分析人士认为,Mini LED是过渡产品。Mini LED和Micro LED在芯片尺寸上有所不同,其中Mini LED芯片尺寸介于 50-200μm 之间,Micro LED则是小于100μm;在芯片制备上两者有着巨大的差异,Mini LED还需要蓝宝石衬底,Micro LED则完全不需要了。

如果从直显方面来看,Mini LED确实就是从LED到Micro LED的过渡产品。在此过程中,产业界将陆续验证巨量转移和先进LED封装等技术,为了Micro LED商用做准备。不过,目前大放异彩的是Mini LED背光,在这方面Mini LED是独一无二的,因为Micro LED并不会用于背光。因此,可以说Mini LED背光是传统LCD未来发展的大趋势,继续延伸LCD的技术寿命。

讲回Micro LED。自2001年日本Satoshi Takano团队发布一组Micro LED阵列后,至今这项技术也已经发展了超过二十年,不过由于从传统蓝宝石衬底到硅衬底,巨量转移等技术依然在困扰着Micro LED的发展,离规模性商用还有很远的距离。但Micro LED的潜力是不容忽视的,通过对LED薄膜化、微缩化和阵列化,Micro LED继承了无机LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等,并且Micro LED带来显示解析度方面的巨大提升,再加上节能、结构简易、体积小、薄型等优势,产业界将持续对Micro LED进行投入。

预计2024年,Micro LED将迎来商用元年,首批产品将是手表、VR等便携设备,以及高端电视。

写在最后

显示屏作为人机交互的窗口,在数字化和智能化的推动下,必将持续更新相关技术,不断有新型的显示技术面世。如今,LCD凭借成熟的产业链优势,加上Mini LED背光的加持,仍将在显示市场占据很长时间的主流。不过,OLED接棒是迟早的事情。除了显示技术不断更新,显示器视频接口等配套技术也在高速发展。这些技术叠加在一起,不仅给人们带来了更好的视觉享受,同时也让人们的生活越来越富有科技感。

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    SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上,Intel公司功不可没。2.MCU即微控制器(Micro Controller Unit)阶段,主要的技术发展方向是:不断扩展满足
    发表于 06-29 11:20

    第1章_通信发展史

    通信发展史介绍给大家 希望大家对通信有更进一步的了解
    发表于 05-13 14:06 21次下载

    {:4_120:}电子核心技术发展

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    发表于 03-11 22:09

    软件技术发展和智能制造的关系

    现在国家大力推进两化融合智慧制造。跟软件技术发展是不是很有关系?在线等回复
    发表于 07-28 17:38

    RFID发展史

    出一种生机勃勃的AIDC新技术——RFID技术。在20世纪中,无线电技术的理论与应用研究是科学技术发展最重要的成就之一,其应用领域将无可限量。以下是RFID技术发展的历程表,RFID技术发展可按10
    发表于 08-13 22:38

    跟从摩尔定律,见证芯片的发展史

    本文,将为您讲述摩尔定律下四十八载的芯片技术发展概况,并从中提炼得出每个发展阶段所体现的摩尔定律。希望能够帮大家了解一下芯片的发展史
    发表于 01-29 16:50 1.5w次阅读

    经典书籍询问

    高手指点:有知道关于信息技术发展史比较全面的书籍吗?
    发表于 09-15 12:43

    硅谷起源 仙童半导体辉煌曲折的发展史

    要想了解美国硅谷的发展史,就必须了解早期的仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor),也译作飞兆半导体公司
    发表于 08-30 14:50 9490次阅读

    多视角裸眼3D显示技术发展和市场动态

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    发表于 08-17 13:48

    定位技术发展史简介

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    发表于 12-02 09:05

    中国电机工业发展史首发书籍下载

    中国电机工业发展史首发书籍下载 该书序言中,阐述了对我国电机工业发展历程的认识和感受,以及时代背景下,对电机工业发展的观察和思考,高度概括了我国电机工业健康发展的基本经验:一我国电机工业持续蓬勃发展
    发表于 11-08 21:18

    LED显示屏校正技术发展与趋势

    LED校正技术越来越得到大家广泛的重视,校正技术也是 LED显示屏 确保品质的关键,LED显示屏校正技术发展从光谱校正、现场校正到如今最新基于摄像机的LED逐点校正技术。接下来让我
    发表于 10-09 09:39 501次阅读

    RTOS市场和技术发展的变化

    RTOS市场和技术发展的变化  可以看出,进入20世纪90年代后,RTOS在嵌入式系统设计中的主导地位已经确定,越来越多的工程师使用RTOS,更多的新用户愿意选择购买而不是自己开发。我们注意到
    发表于 08-15 11:38

    电力电子技术Power Electronics

    绪论1、什么是电力电子技术2、电力电子技术发展史3、电力电子技术的应用4、教材内容简介和使用说明
    发表于 03-10 15:13

    集成电源是电源技术发展的必由之路

    `本文指出了集成电源是电源技术发展的必然方向,目前混合封装技术是集成电源模块的主流方式,阐述了混合封装技术的若干关键技术问题和发展方向,最后介绍了若干基于混合封装技术的集成电源模块。`
    发表于 03-09 17:15

    通信直流开关电源产品的技术发展概述

    通信直流开关电源产品的技术发展概述&nbsp;通信直流开关电源产品技术是一项应用性的技术,其涉及到多个学科和领域的基础技术,例如电子器件技术、电力电子变换技术、计算机技术、工艺制造技术
    发表于 06-24 11:03

    中国LED路灯技术发展及问题

    中国LED路灯技术发展及问题 中国的LED路灯因商机庞大而被受LED路灯厂家重视。路灯是城市照明的重要组成部分,传统的路灯常采用高压钠灯,高压钠灯
    发表于 04-09 09:22 623次阅读

    CAN-bus 发展史

    CAN-bus 发展史 CAN发展史起源1986年2月,Robert Bosch 公司在SAE(汽车工程协会)大会上介绍了一种新型的串行总线——CAN控制器局域网,那是CAN诞生的时刻。今
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    声卡的发展史

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    发表于 12-26 11:23 1052次阅读

    SoC分类及其技术发展趋势

    回顾计算机发展史,计算机技术发展与IC(集成电路)技术发展紧密相关。半个多世纪以来,计算机发展主要经历了真空管(1 代)、晶体管(2 代)、集成电路(3 代)、微处理器(4 代)等时代。
    发表于 11-30 16:13 21次下载

    什么是蜂窝移动通信及其发展史

    什么是蜂窝移动通信及其发展史&nbsp; 蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式,在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来,进而实现用户在活动中可相互通信。其主要特征是终端的移动性,并具有越区
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    大家来谈谈电池的发展史  在古代,人类有可能已
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    电池发展史

    电池发展史 1600年Gilbert(美国)建立对电池的研究基础。1791年Gavani(意大利)提出“动物电”学说。1800年Volta(意大利)制成了闻名当且沿袭
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    LED技术全攻略 - 工程师必备手册:一、 LED发展史二、 LED的分类三、 LED驱动技术原理四、 LED驱动设计技巧五、 LED驱动设计参考案例及选型指导六、 LED散热解决方案
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    unix系统发展史

    unix系统发展史 unix系统发展史一、Multics计划1965年,AT&T贝尔电话实验室、通用电气公司、麻省理工学院MAC课题组一起联合开发一个称为Multics的新操作系
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    恒压变压器的发展史

    本电子书汇集了各类恒压变压器原理、产品以及它的的发展史,它的各项特性在电子行业得到普遍认可和广泛使用。清版主删除,以为附件超大了不能上传[此贴子已经被作者于2008-7-29 15:14:40编辑过]
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