显示器如今已成为日常办公、娱乐不可或缺的一部分，它是人们与机器之间交互的窗口，随着显示器技术的不断发展，也让人机交互体验提升了一个又一个新的台阶，时至今日，历经超100年的发展。从早期的黑白世界到彩色世界，显示器走过了漫长而艰辛的历程，随着显示器技术的不断发展，显示器的分类也越来越明细。

1、CRT问世

1869 年，德国物理学家 Julius Plücker 和 Johann Wilhelm Hittorf 首次观察到了阴极射线。1897 年，德国物理学家 Karl Ferdinand Braun（Braun 也是 1909 年诺贝尔物理学奖获得者）发明了 CRT（cathode-ray tube，阴极射线管），它最初也被称为布劳恩管（ Braun tube），是世界上最早的电子显示器之一，且在LED、等离子和 OLED 等技术出现以前，CRT一直作为绝大部分设备的显示器而使用。

图1 一个14英寸的彩色CRT

2、液晶显示器（LCD）时代

1888 年，奥地利植物学家 Friedrich Reinitzer 在研究胡萝卜中的胆甾醇苯甲酸酯（Cholesteryl Benzoate）时意外发现了液晶（Liquid Crystals）。目前市场大都使用薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)技术，由两片玻璃基板中间夹着一层液晶，上层玻璃基板是彩色滤光片、下层玻璃则镶嵌著晶体管，当电流通过晶体管所产生的电场变化，使得液晶分子原本的旋转排列发生扭转，进而改变光线通过的旋转幅度，并以不同比例照射在彩色滤光片上，进而产生不同的颜色。

图2 LCD屏结构原理图

LCD通过光电效应控制液晶分子的取向来实现图像显示，像素点来自彩色滤光膜，光源来自LED组成的背光层发出的白光(背光层包括反光板、导光板、LED灯、扩散膜、棱镜膜。)具有成熟的制造工艺和相对较低的成本优势。目前，LCD 技术已经相当成熟，用于一般电脑和电视屏幕，且成本低廉，成为消费产品的基础技术。像TN、VA、IPS三种现在常见的显示屏种类都属于LCD。

特点：高亮度、低功耗、像素响应速度较慢、有限的对比度、观看角度受限。

3、LED显示屏

LED，就是light emitting diode ，发光二极管的英文缩写，简称LED。LED显示屏它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。深圳是LED显示屏研发生产始发地。

LED显示器与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。

图3  LED单色显示屏

特点：高亮度和对比度、节能和环保、根据背光源位置可分为边缘式和直下式、显示效果更好。

4、OLED显示屏

OLED(Organic Light Emitting Diode，有机发光二极管)：从技术原理上讲，它使用有机材料发光，每个像素点都能够自发地发光，无需背光源。

图4 OLED屏结构原理图

OLED显示屏可以自发光，因此不需要背光源，具备对比度高、厚度薄、视角广、反应速度快、可用于挠曲性面板、使用温度范围广、构造及制程较简单，被认为是新一代显示器应用技术。OLED具有出色的色彩表现力和对比度，能够实现真正的黑色和细腻的细节显示，适合高端消费电子产品和显示艺术品。OLED在显示黑色时能耗非常低，但在显示亮色和白色时，能耗较高，但因为由有机材料自发光且靠PWM调节亮度，所以容易造成烧屏和屏闪的现象。

OLED显示技术已经被广泛的应用在智能手机和平板电视领域中。由于技术以及成本的限制，所以在工业级拼接大屏幕中极少应用。

特点：自发光、高色彩还原性、快速响应时间、薄型设计，但寿命低、刷新率低、价格贵

5、Mini LED显示屏的发展

Mini LED，即亚毫米发光二极管，是介于50~200μm之间的LED器件，是小间距LED的精细化产品。

2016年，TCL启动Mini LED相关技术的研发，2018年在IFA上发布全球首款Mini LED电视—TCL X10。当还无法进行大规模量产，所以当时市场反响并不大。 但是确实是Mini LED实现了从0到1的跨步。2019年TCL可以量产TV X10，才真正意义上打开Mini LED的市场。2020年，笔记本电脑、显示屏、电视机等消费电子终端都推出Mini LED的产品。各个厂商纷纷布局。产业链也开始初具规模。从上游的设备原材料到终端的产品，厂商都开始加码这一领域。

在Mini LED市场上，不同于以往的每一代显示（以前都是日韩厂商处于显示技术领域的引领者。）国内厂商在这领域抢占了发展先机，日韩厂商尚未在这个领域形成技术垄断优势。

图5 搭载Mini LED背光车载显示屏部分车型

6、Micro LED技术的进步

Micro LED技术:即LED微缩化和矩阵化技术，简单来说，就是将LED背光源进行薄膜化、微小化、阵列化后，批量转移到电路基板上，然后加上保护层和电极，封装好以后制作成显示屏，其中每个LED单元可作为发光显示像素，可定址、单独驱动、将像素的距离由原本的毫米降至微米级。是一种尺寸小于50μmde的LED器件，被称为消费电子领域下一世代的显示技术。

Micro LED还未实现产业化。只有在小部分产品上实现了产品化，例如眼镜和电视，其余大部分产品都是处于概念阶段。在技术上，Micro LED的技术难点在于外延芯片结构、巨量转移、全彩显示和显示驱动上。需要等到技术突破、良率提升、成本大幅度降低的时候，Micro LED将会大放异彩。

图6.1 显示屏发展历史

图6.2 四种显示技术的对比

7、电子纸的发明

上世纪 70 年代， Xerox Parc 公司的 Nick Sheridon 开发了世界上第一款电子纸 ——Gyricon。

电子纸是一张薄薄的胶片，涂在上面的是一层电子墨 —— 这是一种液态材料，其中悬浮着成百上千个与人类发丝直径差不多大小的微囊体，每个微囊体由正电荷粒子和负电荷粒子组成。当对单个电极施加正或负电场时，带有相应电荷的彩色粒子将移动到囊体的顶部或底部，使电子纸显示器的表面呈现出某种颜色。

图7 电子阅读器

同 OLED 一样，电子纸自身也能发出可见光，同时保持作为 “纸张” 的光泽。虽然电子纸在上世纪 70 年代就已经开发出来，但直到 21 世纪初才流行起来。它最广泛的应用就是电子阅读器，比如我们常见的 Kindle、BOOX 等。除此之外，它还用于电子定价标签、数字标牌和一些智能手机显示屏。

8、DLP技术

DLP（Digital Light Processing）是数字光处理的简称，其工作原理是将影像信号通过数字处理，再通过光的方式投射出来。这一技术具有极高的图像保真度，能够投射出清晰、明亮、色彩逼真的画面，多用于投影仪系统。

图8 DLP投影仪 InFocus IN34

9、VR/AR技术

未来可视化显示屏也将不再局限于一块屏幕内，因为3D技术的发展，虚拟现实VR（VirtualReality）和增强现实AR（AugmentedReality）也逐渐走进人们的生活。

图9 佩戴全息眼镜后进行的人机交互界面

虚拟现实(VR，Virtual Reality)通过多种传感设备，用户可根据自身的感觉，使用人的自然技能对虚拟世界中的物体进行考察和操作，参与其中的事件，同时提供视、听、触等直观而又自然的实时感知，并使参与者“沉浸”于模拟环境中。虽然，目前大部分虚拟现实设备是增加游戏的现实感而设计，但我们需要注意是，它在电影业的影响力将远远大于游戏行业，而最终虚拟现实会颠覆整个影视行业。

增强现实（AR）是在虚拟现实（VR）的基础上发展起来的新技术，也被称之为混合现实。它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。

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