显示技术发展史：Mini LED是过渡技术吗？

来源:电子发烧友网发布时间:2023-01-192608浏览

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。在智能手机市场，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。