显示屏技术详解（显示屏技术简史）

显示屏技术简史——白话版

文 | 步日欣

一句话要点精读：柔性屏最近大热，但屏的江湖沉沉浮浮，每种技术出来，要么昙花一现，要么各领风骚数几年，柔性屏的命运如何，我们拭目以待。本文主要用较为通俗的白话方式，追溯了显示屏各个发展阶段的代表性技术，及技术原理，如CRT、LED屏、LED电视屏、LCD、TFT-LCD、PDP等离子、OLED、AMOLED、柔性OLED等。

显示屏的江湖沉沉浮浮，每种技术出来，要么昙花一现，要么各领风骚数几年，柔性屏的命运如何，我们拭目以待。

顺着柔性屏的线条，我们往远古追溯……

——柔性屏，展开还是折叠？——

柔性显示，柔性屏，展开未来，还是折叠未来？

大家都在议论，2019年是柔性显示屏的元年，一个新时代即将拉开大幕。

——显示屏的演进——

显示屏（display），也被称为显示面板，是电子设备最常见的输出装置。

显示屏的江湖，先后经历了三个典型的时代：

CRT | LCD | OLED

注：这三个术语都指代的是显示技术，文中为了叙述方便，一般指的是采用这些技术及衍生技术的显示屏/显示面板。

第一阶段是CRT阶段，相信看到本文的读者都会有印象，上世纪90年代还是主流的显示屏，电脑、电视那种带着肥硕屁股的显示器。

后来全面进入“超薄”的液晶时代，也就是LCD显示器，同时期出现了PDP等离子屏。液晶和等离子之争也是当时的产业关注焦点。其中LCD又因为技术细节不同，衍生出了类似于软屏、硬屏、TFT、UFB、TFD、STN等不同的技术流派。

其中最新的OLED显示技术，因其自发光、广视角、高对比度、低耗电、极高反应速度等优势，被誉为继CRT、LCD之后的第三代显示技术。

OLED屏真正产业化也不长，标志性时间节点是2017年，苹果公司率先在其iPhone X产品上使用了OLED屏，然后各大手机厂迅速跟进，现在已经成为智能手机主流屏。

OLED时代全面来临。

当下的OLED时代，最火的莫过于柔性OLED。

由于OLED具备柔性化特征（Flexible），是柔性屏幕最佳选择，国内独角兽柔宇科技一直在这个领域探索，并推出了自己的“柔派”可折叠手机。

华为、小米、三星、OPPO等手机厂商纷纷宣布推出自己的柔性屏手机，其中，2019年2月21日，三星全球首发量产折叠屏手机GALAXY Fold，更是引爆行业对柔性屏的关注。

以上是国内显示屏产业发展的几个历程。

下面将开始用“白话”对各个阶段的显示屏技术进行介绍：

不求严谨，但求通俗。

——CRT屏——

CRT（Cathode Ray Tube）“阴极射线显像管”，俗称屁股肥大显示器。

我们先来看看它的真身。

CRT显示器相信大部分人都见过、甚至用过，曾是上世纪90年代的主流显示器，不管是电脑还是彩电，都用的这种显示屏。

再往前，CRT还有黑白和彩色，球形显示和纯平显示之分。

老东家东旭集团，早在2012年借壳石家庄宝石A，当时主打产品就是CRT显示器的配件之一，玻壳。

下面看一下CRT屏的构造。

显示器的构成部件包括：电子枪（Electron Gun）、偏转线圈（Deflection coils）、荫罩(Shadow mask)、高压石墨电极和荧光粉涂层(Phosphor)及玻璃外壳。

CRT的工作原理，就是屏幕内层涂有荧光层，电子枪发射电子束，轰到屏幕上，激发荧光粉产生不同颜色，进而在屏幕上产生图像。

黑白CRT只有一个电子枪，通过电子束的强弱，来轰击荧光粉产生强度不同的黑白色彩。

彩色CRT有三个电子枪，每个像素点包含红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色的荧光粉点，在电子束的轰击下，产生不同强弱的RGB，构成了每个像素的颜色。

问题是，屏幕满满的荧光粉点（像素点）只有一个/三个电子枪，而且荧光粉被点亮后很快会熄灭，电子枪怎么够用？

这就涉及到CRT扫描频率的问题，电子枪必须循环地、按照顺序不断激发这些荧光粉点，俗称“扫描”。扫描又分为直线式扫描，圆形扫描，螺旋扫描等，就是电子枪按照不同的路径（从左到右直线、圆形、螺旋）来激发荧光粉点，产生图像。

说到扫描频率，不知道大家是否还有印象，相机在拍摄某些屏幕图像的时候，特别是一些老式屏幕，会产生闪烁的条纹，这就是因为相机快门频率和屏幕扫描频率不一致的原因。

相机快门速度一般很快，按一下快门，屏还没有扫描完一圈，因此也就产生了闪烁的问题。

不知道以前用过屁股肥大的电脑显示器的同学是否还有印象，电脑系统里可以调整显示器的刷新频率（仅限于CRT显示器，目前LCD液晶显示器没这功能了）。

对于CFR显示器来讲，刷新频率越低，刷新一次用的时间越长，图像闪烁和抖动的就越厉害，眼睛疲劳得就越快，长时间盯着屏幕，会引起眼睛酸痛，头晕目眩等症状。

——LED屏——

LED（Light Emitting Diode），即发光二极管，是一种特别简单的半导体组件，简单到只有一个PN结，属于半导体物理的基础。

通俗点儿，LED屏是由大量的发光二极管拼凑出来的屏幕，不论简单的户外宣传LED屏，还是室内的高清LED屏，仔细看看，都能看到无数的LED光点。

每个发光二极管都是独立发光的，需要独立电源供电。下图是LED大屏的背后布线图，一块超大的LED屏是由很多块小屏幕拼接而成。

整个屏幕也还是低电压扫描驱动发光的，也就是说，你如果碰见室内的LED大屏幕，举起相机照相，十有八九也会产生闪烁和条纹，这跟CRT的闪烁是一个道理。

——LCD屏——

LCD（Liquid Crystal Display）是液晶显示屏，目前主流的显示技术。

说LCD屏之前，我们先看一下液晶屏里的几个主角。

首先是液晶（Liquid Crystal），液晶是一种特殊的有机化合物，介于固体和液体之间（常温是液态，而分子排列却和固体晶体一样规则），因此被称为液体晶体（Liquid Crystal）。液晶有个特殊的性质，受到电场的影响，分子排列会发生改变，入射到液晶里面的光线也会随着发生偏转。

偏光片(Polarizer)全称为偏振光片。自然光不具有偏振性（各个方向上有相同的振幅），在通过偏光片时，会变成偏振光，振动方向与偏光轴垂直的光将被吸收，只剩下振动方向与偏光轴平行的偏振光。

因此，如果叠加两块偏振片，它们的偏光轴垂直，那基本上就没有光可以通过了。

最后，彩色滤光片(Color Filter)，这就更好理解了，类似于我们的墨镜/彩色墨镜，并不是墨镜把白光染上颜色，而是当白光通过时，其它颜色的光被过滤，只剩下滤光片对应颜色的光（红（R）、绿（G）、蓝（B））通过。

接下来，LCD屏的工作原理就显而易见了，首先背光板产生的自然光通过第一块偏光片，转化为偏振光，然后通过给夹在两块玻璃基板之间的液晶施加电场，改变液晶的转向，进而改变偏振光方向，来调节通过第二块偏光片的光线，达到控制光线通过的目的，再配合彩色滤光片，每个像素点就产生了红（R）、绿（G）、蓝（B）三种不同强度的颜色，大量像素点汇集而产生图像。

从屏幕构成来看，LCD屏是由玻璃片堆叠而成，是玻璃的时代，包括背光板、滤波片、玻璃基板、盖板等等。别以为玻璃技术简单，也属于高科技，国内技术一直没突破，高端产品还掌握在康宁、旭硝子、电气硝子三家老玻璃企业手中。旭硝子、电气硝子是日本企业，“硝子"在日语中是玻璃的意思。

老东家东旭集团下属的东旭光电，也是做基板玻璃的，刚有突破，就要换时代了。前几天感慨，”柔性屏用不到玻璃，真是个悲剧！“其实是发自肺腑的。

柔性屏用不到玻璃，真是个悲剧！！！

——TFT-LCD及其它——

TFT-LCD是LCD显示屏的一种，另外还有其他的分支，比如UFB、TFD、STN等。

显示原理并无区别，都是通过偏光片、液晶、滤光片叠加的作用来实现成像。

区别在于驱动液晶发生偏转的器件不一样，即，TFT-LCD是通过TFT来驱动液晶。

TFT（Thin Film Transistor）薄膜晶体管，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动（如下图所示）。

——LED电视屏——

LED电视屏，这个其实没有专业上的统一称呼，但是又不是之前提到过的LED屏（全部由发光二极管组合而成的屏幕）。

LED电视屏，是因平板电视年代炒作的LED电视而起。

其实，本质上说，LED电视也是LCD液晶电视的一种，与其他的LCD不同，仅仅体现在背光板上。

也就是说，LED电视屏采用的是LED背光（发光二极管），而通常的LCD采用的是CCFL背光（也就是荧光灯管），其实就是换汤不换药的液晶屏啊。

并非前端成像部分采用了LED技术。

——PDP等离子屏——

PDP（Plasma Display Panel）即等离子显示屏。

等离子显示屏大家应该都还有印象，当年曾经要和LCD屏幕拼个你死我活，因为针对的应用领域主要都是平板电视，简直到了有你没我的地步。

然等离子在细节保真、色彩柔和方面更胜一筹，但是由于发热量大，散热性的需求导致了面板厚度不能太薄，这在追求大屏、薄屏的时代，简直就是致命伤。所以留意观察一下等离子电视的广告宣传，基本都是正面照，极少有体现屏幕厚度的侧面照。

在滚滚的技术发展大潮面前，谁也无法独领风骚到永远。

慢慢地，等离子基本已经淡出了我们的生活，而液晶也不乐观，也在慢慢被替代。

下面我们看一下等离子屏的成像原理：

等离子成像，有点儿类似最古老的CRT成像的升级版，只不过不用电子束轰击荧光粉了，而是改成了紫外线激励荧光粉。

两块相距几百微米的玻璃板，中间密封排列大量小低压气体室（等离子腔），每个等离子腔都充有惰性气体，通过对其施加电压来产生紫外光，从而激励显示屏上的红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色荧光粉发光。

——OLED——

等离子淡出，液晶也开始有计划地退出历史舞台，OLED时代到了。

前文提到过，真正OLED起航是2017年，苹果的iPhone X第一次使用了OLED屏，后来逐步成为目前智能机的主流。

OLED（Organic Light Emitting Diode）有机发光二极管（器件），OLED 屏依靠有机发光二极管发光成像，因此可以称为真正的LED屏。

有机发光二极管与发光二极管的区别在“有机”上，但并不是用有机肥浇灌出来的有机蔬菜那个“有机”，而是指的高分子，即高分子有机发光原件，区别于靠半导体PN结发光的LED。

所以相较于LCD液晶屏，又是偏光片又是液晶的，OLED屏可以直接通过二极管直接发光成像，结构上简单了好多。

上图为OLED屏的结构示意图，有人会问，为什么还要加一片偏光片，难道偏振光对人眼睛有好处么？

其实由于OLED的自发光的显示模式，当外界光源照射到OLED的金属电极上反射回来，就会在OLED的显示屏表面造成反射光干扰，降低对比度。偏光片的目的是为了消除反射光，增加屏幕的对比度。

OLED成像原理，靠OLED有机发光二极管发光成像，用ITO（氧化铟锡）导电薄膜做阳极，金属做阴极，中间沉淀一层有机发光材料来构成一个OLED有机发光二极管。

由于有机发光材料构成不同，可以发出不同颜色的光，形成了色彩绚丽的图像。

但OLED也不是完美的，有一个备受诟病的问题就是“烧屏”。

由于OLED屏幕采用自发光方式，长时间的使用之后，屏幕上就会出现轻微的视觉变化，其中包括图像残留或老化，这就是所谓的“烧屏”。

就跟我们眼睛长时间盯着书本/屏幕，会导致用眼疲劳，使我们的晶状体老化，无法再继续有效调节焦距而导致近视一样。

烧屏在一些手机的固定图标、触屏按键附近最容易产生，因为这些图像区域长时间不变，会导致图像残留。

在OLED产业中，虽然三星、LG、京东方都纷纷上马面板产线，需要天量资金投入，但OLED的最核心技术还不在于面板，而在于中间一个关键环节——ITO镀膜。

OLED屏需要高性能的ITO片，把OLED有机发光材料精准的蒸镀到基板上，就需要用到真空蒸镀机，被日本Canon Tokki独占高端市场，每年的产能只有十几台。

可以说，影响OLED产线建设进度的，

不是资金，而是真空蒸镀机。

——AMOLED及PMOLED——

AMOLED和PMOLED都属于OLED，或者OLED分为AMOLED和PMOLED，这是他们之间的关系。

AMOLED（Active Matrix/Organic Light Emitting Diode）主动矩阵有机发光二极管，是在OLED的基础上增加了主动管理（AM，Active Matrix）。

AMOLED则是采用独立的TFT去控制每个像素，每个像素皆可以连续且独立发光，也许称为“TFT-OLED”更合适。

PMOLED单纯的以阴阳极构成矩阵状，以扫描方式点亮阵列中的像素，每个像素都是操作在脉冲模式下，为瞬间高亮度发光。

基于以上的描述，我们也就能看出来了，AMOLED工艺复杂，成本较高，而PMOLED工艺简单、成本较低，但因为其扫描发光模式，会影响分辨率，不适用于大尺寸的屏幕。

AMOLED占据了OLED市场的绝大部分份额，代表着主流的发展方向。

因此，我们说的OLED基本上默认都是AMOLED。

相较于LCD液晶屏，AMOLED的最大优点体现在分辨率上，所谓分辨率，就是亮的更亮，黑的更黑。

OLED可以直接关闭某些像素点的发光源，实现100%的黑暗，因为画面的对比度很高；而LCD的背光层无法实现完全关闭，因此会存在漏光现象，影像画面的分辨率。

——柔性OLED——

缘于柔性屏，终于柔性屏。

所谓柔性OLED屏，顾名思义，是指可弯曲、可卷曲、可折叠的OLED屏。

原理在前面的OLED都讲完了，这里无话可说。

为什么能弯曲？

在技术是实现上，如果按照原来的OLED采用玻璃基板的方式，稍微弯曲一下是可以的，但是如果想折叠、卷曲，那是基本不可能，与玻璃的脆的特性相悖。

因此，所谓柔性OLED屏，就是将原来OLED显示面板内的玻璃基板替换成柔性高分子（塑料）基板。

感谢阅读！

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