视觉享受的进化!显示技术的分类和演进

2015-07-21 19:06:38来源: 太平洋电脑网
    小伙伴们家里的电视机应该有过好几代的置换了吧,从笔者记事起家里到现在已经是置换的第三台了,而笔者朋友家的电视已经是第六代了!因为他家境殷实,且又是一个电子产品发烧户,所以一直向我强调“我对电视的需求是源于不断更新的显示技术!”

    当今的智能硬件产品大多都已经进入一个平稳发展的阶段,但是关于显示屏幕的技术却一直通过各种不同的方式在不断进步着。大部分的智能产品向用户传递信息的方式都离不开显示设备,而显示技术的发展是永无止境的,包括更高的分辨率、更好的色彩输出、更加出色的透光率、更轻薄更柔韧等等,并且还有更多我们值得期待的新技术。今天笔者就带着大家来了解一下显示设备在显示技术上的发展以及未来显示技术发展趋势的分析。

显示技术的分类和演进:

电致发光显示器(ELD):出师告捷 宝刀未老

    这是一个历史悠久的显示技术了,1907年时Captain Henry Joseph Round 在研究碳化硅(SiC)时发现了电致发光。直到1960年代,电致发光显示器(ELD)才开始在商业上使用。这是一种利用电致发光现象的显示技术。电致发光是指电流或强电场通过材料时,材料发出光线的光学和电学现象。这种显示器的基本原理是将合适的发光材料夹在两层导体间,当电流流过时,材料层便会发出可见光。


彩色薄膜电致发光

    由于ELD的原理是当材料接通电流时,原子中的电子被激发并发光,而不同的原子具有不同能级的电子,所以通过改变材料的组成,可以发出不同颜色的光。电致发光显示器ELD的基本构造:两层平坦互相垂直的不透明电极板,中间夹着EL材料,这样每一个交点便是电流接通点,该处的EL材料便可以发光,成为一个像素;顶层必须透明,使光能穿透。近年来ELD的研究更集中于全彩色显示及更大容量的显示等方面。正从材料的角度进行研究ELD,所涉及的范围越来越广。

真空荧光显示器(VFD):曾经的家电显示面板之王 

    真空荧光显示器是一种和阴极射线管相似的显示设备,真空荧光管的主要器件是一个带有极的电子管,阴极射出的电子在栅极的吸引下加速射向阳极,撞击到阳极上涂覆的荧光粉发出可见光。通过调节栅极的电压可以改变真空中荧光管的亮度,大量的真空荧光管排列起来就可组成真空荧光显示器,每个荧光管显示一个像素。


Vacuum fluorescent 2

    真空荧光显示器件自发明以来,以其自发光、亮度高、体积小、色彩悦目、功耗低等优点,为广大用户所接受,每年的销售量稳步上升。1995年我国在浙江绍兴建立起一条年产300万片的VFD的生产线,我国的VCD开始大量生产,开拓了一个新的应用领域;随后国内又建成了不少的小企业,生产档次较低的VF屏,形成了具有我国特色的产品结构。我们在DVD、微波炉等家电的显示板以及汽车的仪表板上都可以看到真空荧光显示器。

发光二极管显示器(LED):多领域可塑之才

    这个显示技术相信大家都很熟悉了,汽车照明灯、指示器、点阵显示器这些常见的设备大多都是采用的LED技术。大部分LED显示屏由多颗分立封装的发光二极管够成,红、绿、蓝三种颜色的发光二极管形成一组方形的模组,在协调驱动下形成全彩画素,分辨率由像素间中心点距离决定。


拉斯维加斯的费利蒙街,长达460米长的发光二极管显示器。

    多数室内显示屏都用表贴SMT表面安装技术LED元件,每一个SMD像素模组包含多枚红、绿、蓝三色二极管在一封装内,然后焊接在PCB板上。比针头小的二极管非常接近地排在一起。这种显示屏比分立封装的发光二极管做的显示屏有更好的颜色一致性并减少约25%的最小像素距离。LED显示屏正处在一个高速发展与成长崛起的阶段,相信不久的将来,LED显示屏会应用在更多的领域,同时市场上也会涌现出各式各样的LED显示屏的新产品,带给消费者更好,更便捷,更节能的LED显示屏。

阴极射线管(CRT):顶级色彩还原 作图首选

    还记得当年的大头显示器吗?还有家里刚买的第一台彩色电视机,这些熟悉的设备都是采用的CRT显示技术。时至当今还有很多专业设计人员或者打印社都在使用这种显示技术的显示器。


阴极射线管中,电子束在磁场的作用下偏转。

    它是利用阴极电子枪发射电子,在阳极高压的作用下射向萤光屏,使萤光粉发光,同时电子束在偏转磁场的作用下,作上下左右的移动来达到扫描的目的。早期的阴极射线管仅仅能显示出光线的强弱,展现黑白画面。而彩色阴极射线管具有红、绿色和蓝色三支电子枪,三支电子枪同时发射电子打在屏幕玻璃上磷化物上来显示颜色。由于它笨重、耗电且比较占空间,几乎被轻巧、省电且又省空间的液晶显示器取代,市场剩下极重视色彩表现及低温环境下的工作使用。但是它最大的特点就是:色彩丰富、不存在拖影、理论上是无限色。所以目前的专业作图领域,依然使用CRT居多。

液晶显示器(LCD):环保节能最广泛

    LCD到目前为止是应用最为广泛的一种显示技术。根据产品结构特性、显示方式、特殊工艺的不同而分类不同。按物理结构可分为四种:扭曲向列型(TN-Twisted Nematic)、超扭曲向列型(STN-Super TN)、双层超扭曲向列型(DSTN-Dual Scan Tortuosity Nomograph)、薄膜晶体管型(TFT-Thin Film Transistor)。平时常常听到的IPS屏和VA屏其实都是TN的进化版,两者不同的特征是施加于液晶分子的电场不同。

 


液晶显示器的分类

    液晶显示器的原理:在不加电压下,光线会沿着液晶分子的间隙前进而转折90度,所以光线可通过。但加入电压后,光顺着液晶分子的间隙直线前进,因此光被滤光板所阻隔。液晶是具有流动特性的物质,所以只需外加很微小的力量即可使液晶分子运动,以最常见普遍的向列型液晶为例,液晶分子可轻易的借着电场作用使得液晶分子转向,由于液晶的光轴与其分子轴相当一致,故可借此产生光学效果,而当加于液晶的电场移除消失时,液晶将借着其本身的弹性及黏性,液晶分子将十分迅速的回撤到未加电场前的状态。

等离子显示器(PDP):超前技术 却昙花一现

    等离子显示器又称为电浆显示屏,是一种平面显示屏幕,光线由两块玻璃之间的离子,射向磷质而发出。与液晶显示器不同,放出的气体并无水银成分,而是使用惰性气体氖及氙混合而成,这种气体是无害气体。等离子显示屏甚为光亮,可显示更多种颜色,也可制造出较大面积的显示屏,最大对角可达381厘米。等离子显示屏的对比度亦高,可制造出全黑效果,对观看电影尤其适合。显示屏厚度只有6厘米,连同其他电路板,厚度亦只有10厘米。


台湾高铁车站的Panasonic TH-50PH10等离子显示屏

    等离子显示器色在彩还原度、可视视角、无拖尾等各项画质指标均优于液晶,这么好的产品,但是为什么市面上的等离子电视怎么会越来越少了呢?曾经以40英寸为分界线,“大屏看等离子、小屏看液晶”的差异化定位一度使两者分野,但也很快被液晶产品在尺寸上赶超,大尺寸的液晶电视量产后,等离子的优势荡然无存。看来懂市场远比懂技术更重要。好的技术与好的市场不是等号关系,液晶能一统江湖关键还在于生产成本适应了大众需求。更重要的是,获得了主导市场的众多彩电企业的认可。所有的技术都在不停地寻找突破口,而等离子只是停留在了原地,然后被淹没,如昙花一现。

数字光处理(DLP):革命性投影技术

    数字光处理是一项使用在投影仪和背投电视中的显像技术。其原理是将通过UHP灯泡发射出的冷光源通过冷凝透镜,通过Rod(光棒)将光均匀化,经过处理后的光通过一个色轮,将光分成RGB三色或者RGBW等更多色。


DLP的彩虹效应

    DLP相比LCD和CRT有很多优点:图像平滑流畅;优秀的色深以及对比度;不会烧屏、消除了传统LCD技术本身的“纱门效应”缺点,能够得到无缝画质;DLP背投电视比CRT电视更小、更薄、更轻;光源可更换,因此潜在寿命比CRT和等离子显示器更长;光源的更换比LCD投影仪更为简便,通常可由用户自己进行。当然也有一些不足:在单片设计中,一些人能够观察到“彩虹效应”;重量上与LCD或等离子显示器相差不大,但是却比它们要厚;存在风扇噪音。

氧化铟镓锌(IGZO):薄而精而省

    氧化铟镓锌是一种LCD薄膜晶体管显示器技术,IGZO技术由东京工业大学教授细野秀雄与日本科学技术振兴机构共同开发。IGZO技术可提高面板分辨率同时又降低成本,但IGZO面板对光、水以及氧都相当敏感,耐用度上只能用做民间消费品,不能用于高可靠度的军用或工业环境。


IGZO结构示意图

    提及IGZO、TFT显示技术,大家可能会又是一头雾水,容易和IPS、AMOLED等面板种类产生混淆。实际上,IGZO是一种薄膜电晶体技术,是指在TFT-LCD主动层之上,打上一层金属氧化物。因而和液晶分子排列的方式没有什么关系(与IPS、PVA等不是一个概念范畴),而是一项基于TFT驱动的改进技术。换而言之,即使是IPS液晶面板也可以同时采用IGZO TFT技术,两者之间并不矛盾。

有机发光二极管(OLED):将来的主流

    有机发光二极管与薄膜晶体管液晶显示器为不同类型的产品,前者具有自发光性、广视角、高对比、低耗电、高反应速率、全彩化及制程简单等优点,有机发光二极管显示器可分单色、多彩及全彩等种类,而其中以全彩制作技术最为困难,有机发光二极管显示器依驱动方式的不同又可以分为被动式(Passive Matrix,PMOLED)与主动式(AMOLED)。基于OLED的新技术有软性有机发光显示技术(FOLED),这项技术有可能在将来使得高度可携带、折叠的显示技术变为可能。


OLED电视

    2013年国际大牌厂商们的OLED电视就开始在市场上出现了,如LG 55EA9800-CA、三星KA55S9CAJ。而从去年开始,OLED就有大行其道的趋势了,曲面、4K等元素也争先恐后出现。国内外厂商的高端电视产品纷纷采用这项吸人眼球的显示技术,而移动产品端则出现了三星S6 Edge这样炫酷的曲面屏产品。OLED以其难以置信的图像质量俘获了消费者的心。不过OLED现在也还有很多不足,良品率、耐用性以及价格方面都没有太大的优势,但是经过技术不断的发展和改良,小编认为在不远的将来OLED必将取代LCD成为消费电子显示技术的新桂冠。

量子点显示器(QD-LED):液晶技术的改进版

    量子点显示器一种使用量子点或半导体奈米晶体作为显示应用的技术。量子点显示器借助量子点发出能谱集中、纯正的高质素红/绿单色光,超越了传统LED背光的荧光粉发光特性。其与有机发光半导体显示技术相似,光是按需提供的,这提高了显示效率。美国QD Vision公司率先将量子点技术应用于显示器领域。


量子点电视

    这也是近两年被电视厂商们炒的很火的显示技术,它本质上还是液晶电视,只是采用了全新的背光显示技术,基于此技术电视机的显示画质得到了显著提升。其实在移动产品端也有量子点技术的运用,如索尼的Xperia Z3,其拥有高达130% sRGB色域指标。电视最终发展阶段应该是OLED,而量子点电视只是向OLED过渡过程中的一个发展阶段。

未来显示技术发展趋势:

    有机发光晶体显示器(OLET):由三层材料组成,底层是传导电力的物质,中间一层在电力通过时会发光,最上面一层则是控制光通过的量,整组材料一共厚仅62nm。目前技术上还有一些电压上的问题要克服,但OLET可以比OLED还要有效率2到100倍,未来将可以用在任何显示屏幕上,甚至可以用在芯片上代替铜线传递讯号。

    干涉仪调节器显示技术(IMOD):属于反射式显示技术,是一种新的显示技术,即便是在阳光照射下,它也能使手机的显示器清晰锐丽。它展现色彩的过程与蝴蝶翅膀的闪闪发光原理相同。基于imod技术的显示设备不需要背光源。这种显示技术相对于其他显示技术拥有显著的低功耗性能,可大幅延长设备的电池寿命。

    激光荧光体显示(LPD):是Prysm独有的显示技术及大尺寸显示平台。它是所有Prysm显示解决方案的核心且代表下一代大尺寸数字显示。LPD由以下主要组件组成:激光引擎、激光处理器及荧光面板。LPD使用获得专利的激光引擎和磷光荧光体面板,利用低功率固态激光创造令人叹为观止的等身尺寸图像。从根本上不同于基于LED和液晶技术的显示方案,LPD解决方案——包含LPD技术和其它组件的封装配置——提供鲜艳的等身大小图像品质、无与伦比的视角及行业最小的环境影响。与其它数字技术相比,LPD技术具有最低运营成本并提供最先进的功能性、优越性和使用可能性。

    编辑点评:最近几年争论不休的关于智能电视的焦点,从模式到生态、从硬件到内容,然而笔者想强调的是电视的显示效果才是最核心的要素。显示技术的更迭,从人们渴望图像的传递,到虚拟现实的实现,这其中材料的革新、技术的进步,一直都在不断发生。占据家庭最首位的家电产品——电视、占据电视最首位元素的技术——显示技术,都在这个快节奏的科技世界中不断被摒弃、进化又重生,散发着它们独有的魅力与光彩。

关键字:进化  分类

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/szds/2015/0721/article_9117.html
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