顯示器如今已成為日常辦公、娛樂不可或缺的一部分，它是人們與機器之間交互的窗口，隨著顯示器技術的不斷發展，也讓人機交互體驗提升了一個又一個新的臺階，時至今日，歷經超100年的發展。從早期的黑白世界到彩色世界，顯示器走過了漫長而艱辛的歷程，隨著顯示器技術的不斷發展，顯示器的分類也越來越明細。

1、CRT問世

1869 年，德國物理學家 Julius Plücker 和 Johann Wilhelm Hittorf 首次觀察到了陰極射線。1897 年，德國物理學家 Karl Ferdinand Braun（Braun 也是 1909 年諾貝爾物理學獎獲得者）發明了 CRT（cathode-ray tube，陰極射線管），它最初也被稱為布勞恩管（ Braun tube），是世界上最早的電子顯示器之一，且在LED、等離子和 OLED 等技術出現以前，CRT一直作為絕大部分設備的顯示器而使用。

圖1 一個14英寸的彩色CRT

2、液晶顯示器（LCD）時代

1888 年，奧地利植物學家 Friedrich Reinitzer 在研究胡蘿蔔中的膽甾醇苯甲酸酯（Cholesteryl Benzoate）時意外發現了液晶（Liquid Crystals）。目前市場大都使用薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)技術，由兩片玻璃基板中間夾著一層液晶，上層玻璃基板是彩色濾光片、下層玻璃則鑲嵌著電晶體，當電流通過電晶體所產生的電場變化，使得液晶分子原本的旋轉排列發生扭轉，進而改變光線通過的旋轉幅度，並以不同比例照射在彩色濾光片上，進而產生不同的顏色。

圖2 LCD屏結構原理圖

LCD通過光電效應控制液晶分子的取向來實現圖像顯示，像素點來自彩色濾光膜，光源來自LED組成的背光層發出的白光(背光層包括反光板、導光板、LED燈、擴散膜、棱鏡膜。)具有成熟的製造工藝和相對較低的成本優勢。目前，LCD 技術已經相當成熟，用於一般電腦和電視螢幕，且成本低廉，成為消費產品的基礎技術。像TN、VA、IPS三種現在常見的顯示幕種類都屬於LCD。

特點：高亮度、低功耗、像素回應速度較慢、有限的對比度、觀看角度受限。

3、LED顯示幕

LED，就是light emitting diode ，發光二極體的英文縮寫，簡稱LED。LED顯示幕它是一種通過控制半導體發光二極體的顯示方式，其大概的樣子就是由很多個通常是紅色的發光二極體組成，靠燈的亮滅來顯示字元。用來顯示文字、圖形、圖像、動畫、行情、視頻、錄影信號等各種資訊的顯示幕幕。深圳是LED顯示幕研發生產始發地。

LED顯示器與LCD顯示器相比，LED在亮度、功耗、可視角度和刷新速率等方面，都更具優勢。

圖3  LED單色顯示幕

特點：高亮度和對比度、節能和環保、根據背光源位置可分為邊緣式和直下式、顯示效果更好。

4、OLED顯示幕

OLED(Organic Light Emitting Diode，有機發光二極體)：從技術原理上講，它使用有機材料發光，每個像素點都能夠自發地發光，無需背光源。

圖4 OLED屏結構原理圖

OLED顯示幕可以自發光，因此不需要背光源，具備對比度高、厚度薄、視角廣、反應速度快、可用於撓曲性面板、使用溫度範圍廣、構造及制程較簡單，被認為是新一代顯示器應用技術。OLED具有出色的色彩表現力和對比度，能夠實現真正的黑色和細膩的細節顯示，適合高端消費電子產品和顯示藝術品。OLED在顯示黑色時能耗非常低，但在顯示亮色和白色時，能耗較高，但因為由有機材料自發光且靠PWM調節亮度，所以容易造成燒屏和屏閃的現象。

OLED顯示技術已經被廣泛的應用在智能手機和平板電視領域中。由於技術以及成本的限制，所以在工業級拼接大螢幕中極少應用。

特點：自發光、高色彩還原性、快速回應時間、薄型設計，但壽命低、刷新率低、價格貴

5、Mini LED顯示幕的發展

Mini LED，即亞毫米發光二極體，是介於50~200μm之間的LED器件，是小間距LED的精細化產品。

2016年，TCL啟動Mini LED相關技術的研發，2018年在IFA上發佈全球首款Mini LED電視—TCL X10。當還無法進行大規模量產，所以當時市場反響並不大。 但是確實是Mini LED實現了從0到1的跨步。2019年TCL可以量產TV X10，才真正意義上打開Mini LED的市場。2020年，筆記本電腦、顯示幕、電視機等消費電子終端都推出Mini LED的產品。各個廠商紛紛佈局。產業鏈也開始初具規模。從上游的設備原材料到終端的產品，廠商都開始加碼這一領域。

在Mini LED市場上，不同於以往的每一代顯示（以前都是日韓廠商處於顯示技術領域的引領者。）國內廠商在這領域搶佔了發展先機，日韓廠商尚未在這個領域形成技術壟斷優勢。

圖5 搭載Mini LED背光車載顯示幕部分車型

6、Micro LED技術的進步

Micro LED技術:即LED微縮化和矩陣化技術，簡單來說，就是將LED背光源進行薄膜化、微小化、陣列化後，批量轉移到電路基板上，然後加上保護層和電極，封裝好以後製作成顯示幕，其中每個LED單元可作為發光顯示像素，可定址、單獨驅動、將像素的距離由原本的毫米降至微米級。是一種尺寸小於50μmde的LED器件，被稱為消費電子領域下一世代的顯示技術。

Micro LED還未實現產業化。只有在小部分產品上實現了產品化，例如眼鏡和電視，其餘大部分產品都是處於概念階段。在技術上，Micro LED的技術難點在於外延晶片結構、巨量轉移、全彩顯示和顯示驅動上。需要等到技術突破、良率提升、成本大幅度降低的時候，Micro LED將會大放異彩。

圖6.1  顯示幕發展歷史

圖6.2 四種顯示技術的對比

7、電子紙的發明

上世紀 70 年代， Xerox Parc 公司的 Nick Sheridon 開發了世界上第一款電子紙 ——Gyricon。

電子紙是一張薄薄的膠片，塗在上面的是一層電子墨 —— 這是一種液態材料，其中懸浮著成百上千個與人類發絲直徑差不多大小的微囊體，每個微囊體由正電荷粒子和負電荷粒子組成。當對單個電極施加正或負電場時，帶有相應電荷的彩色粒子將移動到囊體的頂部或底部，使電子紙顯示器的表面呈現出某種顏色。

圖7  電子閱讀器

同 OLED 一樣，電子紙自身也能發出可見光，同時保持作為 “紙張” 的光澤。雖然電子紙在上世紀 70 年代就已經開發出來，但直到 21 世紀初才流行起來。它最廣泛的應用就是電子閱讀器，比如我們常見的 Kindle、BOOX 等。除此之外，它還用於電子定價標籤、數字標牌和一些智能手機顯示幕。

8、DLP技術

DLP（Digital Light Processing）是數字光處理的簡稱，其工作原理是將影像信號通過數字處理，再通過光的方式投射出來。這一技術具有極高的圖像保真度，能夠投射出清晰、明亮、色彩逼真的畫面，多用於投影儀系統。

圖8 DLP投影儀 InFocus IN34

9、VR/AR技術

未來可視化顯示幕也將不再局限於一塊螢幕內，因為3D技術的發展，虛擬現實VR（VirtualReality）和增強現實AR（AugmentedReality）也逐漸走進人們的生活。

圖9  佩戴全息眼鏡後進行的人機交互介面

虛擬現實(VR，Virtual Reality)通過多種傳感設備，用戶可根據自身的感覺，使用人的自然技能對虛擬世界中的物體進行考察和操作，參與其中的事件，同時提供視、聽、觸等直觀而又自然的即時感知，並使參與者“沉浸”於模擬環境中。雖然，目前大部分虛擬現實設備是增加遊戲的現實感而設計，但我們需要注意是，它在電影業的影響力將遠遠大於遊戲行業，而最終虛擬現實會顛覆整個影視行業。

增強現實（AR）是在虛擬現實（VR）的基礎上發展起來的新技術，也被稱之為混合現實。它是一種將真實世界資訊和虛擬世界資訊“無縫”集成的新技術，是把原本在現實世界的一定時間空間範圍內很難體驗到的實體資訊(視覺資訊,聲音,味道,觸覺等),通過電腦等科學技術，模擬仿真後再疊加，將虛擬的資訊應用到真實世界，被人類感官所感知，從而達到超越現實的感官體驗。