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芯片/顯示

全球顯示技術(shù)百家爭(zhēng)鳴 第四代激光顯示或奪魁

星之球科技 來源:藍(lán)科技網(wǎng)2020-10-18 我要評(píng)論(0 )   

從上古世紀(jì)原始人的洞穴壁畫、甲骨文再到雕刻技術(shù)、活字印刷術(shù),無不是將實(shí)體圖像作為信息載體進(jìn)行傳遞,而近代顯示技術(shù)通過將電子信號(hào)由設(shè)備傳輸?shù)斤@示器上最終轉(zhuǎn)化為...

從上古世紀(jì)原始人的洞穴壁畫、甲骨文再到雕刻技術(shù)、活字印刷術(shù),無不是將實(shí)體圖像作為信息載體進(jìn)行傳遞,而近代顯示技術(shù)通過將電子信號(hào)由設(shè)備傳輸?shù)斤@示器上最終轉(zhuǎn)化為可見光傳輸?shù)饺搜郏瑢?shí)現(xiàn)信息的顛覆性傳遞。

簡(jiǎn)單的說,近現(xiàn)代顯示技術(shù)即為光與電的結(jié)合。

隨著顯示技術(shù)的不斷發(fā)展,從機(jī)械式黑白電視機(jī)誕生到到陰極射線顯像管(CRT)再到如今的液晶(LCD)、等離子(PDP)、有機(jī)電致發(fā)光技術(shù)(OLED)等。因顯示原理的差異性,有的被淘汰,而有的則繼續(xù)在顯示領(lǐng)域發(fā)揮余熱。

本篇文章,我們?cè)噲D簡(jiǎn)單回顧一下全球顯示技術(shù)的迭代進(jìn)化,從而當(dāng)前顯示技術(shù)百家爭(zhēng)鳴之際,哪一種技術(shù)最有優(yōu)勢(shì),最有發(fā)展前景。

CRT:主宰一個(gè)世紀(jì)的顯示技術(shù)

CRT顯示技術(shù),又被稱為陰極射像管技術(shù)(Cathode Ray Tube),其主要由電子槍(Electron Gun)、蔭罩(Shadow Mask)、高壓石墨電極、偏轉(zhuǎn)線圈(Deflection Coils)和熒光粉涂膜層_Phosphor)五大部分組成,當(dāng)然還要嚴(yán)謹(jǐn)一點(diǎn)的話還包括大家熟知的曲面玻璃顯示外殼。它的顯示成像原理是利用電子槍使電子在加速電場(chǎng)以及陽(yáng)極高壓作用下獲得巨大能量,以高速度的初始狀態(tài)經(jīng)過垂直和水平的偏轉(zhuǎn)線圈控制角度,最終高速轟擊屏幕上的熒光物質(zhì)使其受激發(fā)光從而畫面實(shí)現(xiàn)顯示。

早在1897年就有人提出了CRT顯示技術(shù),到世界上第一臺(tái)真正意義上的電視機(jī)誕生已經(jīng)是1939年了,而我國(guó)的電視行業(yè)則發(fā)展更晚,1958年和1970年是具有特殊意義的兩個(gè)年度—分別誕生了我國(guó)第一臺(tái)黑白CRT電視以及第一臺(tái)彩色電視。

作為主宰了上個(gè)世紀(jì)幾乎整整一個(gè)世紀(jì)的顯示技術(shù),CRT陰極射線顯示技術(shù)在對(duì)比度、色彩明亮、價(jià)格等方面具有一定優(yōu)勢(shì),但是由于其故障率高、體積笨重以及帶軟X射線輻射,并且電子束掃描過程中的信號(hào)失真等原因,CRT為代表“大腦袋”顯像管電視逐漸被輕薄、低功耗、低造價(jià)的平板顯示器(FPD)所替代。

平板液晶顯示:顯示器厚度是硬傷

TFT-LCD(Liquid Crystal Display),又名液晶顯示技術(shù),利用液晶分子在電場(chǎng)作用下的排列會(huì)發(fā)生變化,從而影響其光學(xué)性質(zhì),也就是電光效應(yīng)。

其大致顯示原理為R、G、B三基色給予的電信號(hào)作用下使得液晶分子進(jìn)行獨(dú)立的排列偏轉(zhuǎn),最終是調(diào)制后的光線通過偏光片、濾光片實(shí)現(xiàn)與空域的色彩重現(xiàn)。

在這里需要指出的是液晶顯示器里面的液晶分子自身并不會(huì)發(fā)光,需要額外的背光板提供光源進(jìn)行反射式發(fā)光顯示,這也是該類顯示器厚度受到制約的硬傷。

LCD顯示器同時(shí)還存在著可視視角小、響應(yīng)時(shí)間過長(zhǎng)、對(duì)比度過低(背光源無法完全關(guān)閉)等色彩方面的問題。

等離子顯示技術(shù):致命傷是燒屏

等離子體顯示器又稱電漿顯示器PDP(Plasma Display Panel),其大致原理是在兩張?zhí)刂瞥〉牟AП嘲逯刑畛渲行缘臍怏w,在外部施加電壓作用下電離出帶電粒子轟擊顯示屏上的R、G、B三基色磷光物質(zhì),使其受激發(fā)出可見光。

由于結(jié)構(gòu)為兩張超薄玻璃板組成,因此其特點(diǎn)之一是厚度極薄。同時(shí),等離子電視中的等離子腔體作為獨(dú)立的像素點(diǎn),理論上講只要能做到足夠小,其像素可以做到很高,所以分辨率高也是它的第二大優(yōu)點(diǎn)。

但是,等離子電視有一個(gè)最大致命傷就是會(huì)發(fā)生前“燒屏”,就如以前人們看電視,長(zhǎng)時(shí)間靜態(tài)畫面位置(如電視臺(tái)標(biāo))再切換電視畫面依然會(huì)有殘影,這也與顯示屏上的熒光物質(zhì)壽命衰減相關(guān)。

OLED顯示技術(shù):小尺寸應(yīng)用廣泛

OLED(OrganicLight-Emitting Diode)也就是有機(jī)電致發(fā)光二極管,它不像傳統(tǒng)的LCD液晶顯示屏需要單獨(dú)的背光模組提供光源,而是利用蒸鍍?cè)陉?yáng)極上的有機(jī)高分子材料的特性,利用空穴和電子結(jié)合形成電子-空穴對(duì),也就是激子。激子在躍遷過程中輻射產(chǎn)生可見光,而行業(yè)常用的RGB三種蒸鍍有機(jī)材料則可以分別輻射出對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的可見光,從而實(shí)現(xiàn)屏幕自主發(fā)光。

正因?yàn)槟軌蜃灾靼l(fā)光,因此OLED顯示器在對(duì)比度、亮度上面得到大幅提升,同時(shí)響應(yīng)快、重量輕、厚度薄。

而OLED柔性技術(shù),則通過有機(jī)高分子材料聚酰亞胺薄膜涂層替代玻璃背板,結(jié)合COF&COP封裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)柔性顯示,尤其是在手機(jī)、平板領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)超窄邊框高屏占比顯示。

由于OLED大屏技術(shù)的不成熟性,目前應(yīng)用于中小尺寸顯示領(lǐng)域。同時(shí)OLED中的有機(jī)高分子材料由于衰減壽命不一致,同樣面臨燒屏等殘影問題,不過目前各大面板企業(yè)通過獨(dú)特的子像素排列設(shè)計(jì)可減輕該問題的發(fā)生,如三星的鉆石結(jié)構(gòu)。

以上各種顯示技術(shù)包括沒提到的LED等顯示技術(shù)都在不斷發(fā)展為、完善,也各有其優(yōu)勢(shì)與不足,未來的顯示技術(shù)絕不會(huì)一家獨(dú)大。目前比較熱門的具有潛力的主要顯示技術(shù)有激光電視、QLED、Mini-LED&Micro-LED、LTPO。

激光顯示技術(shù):未來空間或?qū)⒎帕?/strong>

激光電視,被稱為第四代電視技術(shù),其大致原理為將調(diào)制過的R、G、B三原色激光信號(hào)利用DLP(Digital Light Procession)數(shù)字光處理技術(shù)進(jìn)行圖像顯示,本質(zhì)上屬于超短焦投影技術(shù)。

既然是投影技術(shù),所以除了投影系統(tǒng)(激光發(fā)生器、調(diào)制器、DMD偏轉(zhuǎn)元件),激光電視還由外部投影屏幕構(gòu)成。

其主要優(yōu)點(diǎn)在于:由于光源是激光,因其單色性好,色彩效果好,色彩飽和度更好,色域覆蓋更廣。同時(shí)亮度高,壽命長(zhǎng),健康護(hù)眼,超短焦投影技術(shù)可實(shí)現(xiàn)大尺寸顯示。

前景上,作為目前幾大電視企業(yè)主推技術(shù),相信未來幾年隨著技術(shù)成熟其價(jià)格會(huì)逐漸降低,相信后面會(huì)占據(jù)一定市場(chǎng)份額。

QLED:或是過渡產(chǎn)品

QLED(Quantum Dot Light Emitting Diodes)也就是量子點(diǎn)發(fā)光二極管。

在發(fā)展初期QLED有兩種發(fā)展思路,一種是將QLED薄膜置于LCD顯示器背光模組中,另外一種則是直接做成類似OLED的自發(fā)光面板。

目前市面上基本都采用前者這種技術(shù),其優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)藍(lán)色或紫外光(UV)背光源通過這層量子點(diǎn)薄膜,不僅能減少背光亮度的損耗,同時(shí)還可以減少液晶顯示器中彩色濾光片的色彩串?dāng)_,這樣可以有效的提升畫質(zhì)的色域,但其本質(zhì)上還是LCD液晶顯示技術(shù)的改進(jìn)型??梢哉fQLED或多或少只是一種過渡產(chǎn)品,名氣大于實(shí)質(zhì)意義。

Mini LED:需要解決像素光源和超高密度封裝難題

Mini LED,為芯片尺寸介于50~200微米的LED(發(fā)光二極管)器件,可以用作LCD背光源也就是直下式背光,也可實(shí)現(xiàn)真RGB主動(dòng)顯示。

與目前的LCD相比,Mini LED響應(yīng)速度更高、極端運(yùn)行環(huán)境更為廣泛,同時(shí)在續(xù)航方面有著不錯(cuò)的表現(xiàn)。

Micro LED芯片尺寸則小于50微米。是LED器件微縮化、矩陣化技術(shù)的代表,通常需要將高密度微型LED器件集成在芯片上,簡(jiǎn)單的說就是LED背光器件的薄膜化、陣列化以及微小化。

其主要優(yōu)勢(shì)在于既能像OLED一樣自發(fā)光,無需背光源,體積小、輕薄、功耗低,同時(shí)響應(yīng)時(shí)間為納秒級(jí)。

同時(shí)在第三代半導(dǎo)體材料興起的未來時(shí)間里,氮化鎵作為Micro LED制作的原材料,對(duì)其封裝和極化技術(shù)有著不可估量的貢獻(xiàn)。想必這也是美國(guó)蘋果公司重下賭注,一心看好扶持的技術(shù)原因。

目前的主要難點(diǎn)在于,巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)、像素光源問題和超高密度封裝問題。

LTPO:或是過渡小尺寸主流顯示技術(shù)

LTPO(Low Temperature polycrystalline Oxide)低溫多晶氧化物技術(shù),也就是LTPS與Oxide技術(shù)的結(jié)合體。

OLED顯示器為電流驅(qū)動(dòng)型器件,如果需要提高顯示器分辨率,則響應(yīng)需相應(yīng)減小電容,減小電容則勢(shì)必會(huì)減小半導(dǎo)體溝道響應(yīng),造成延遲,而LTPS技術(shù)則具有極高的電子遷移率正好契合這一發(fā)展方向,同時(shí)隨著手機(jī)屏幕刷新率的不斷突破,高刷新率也加重了手機(jī)續(xù)航的功耗負(fù)擔(dān),而以igzo為代表的氧化物技術(shù)則因其關(guān)態(tài)電流低可適用于屏幕低頻驅(qū)動(dòng),兩者結(jié)合符合未來的降功耗趨勢(shì),參照蘋果watch4、三星note20 ultra。

同樣LTPO本質(zhì)上屬于OLED顯示技術(shù)的改進(jìn)型,可以預(yù)測(cè)的是在Micro-LED未解決三大難點(diǎn)之前,LTPO技術(shù)將作為過渡技術(shù)成為小尺寸主流顯示技術(shù)。


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