顯示技術的演變歷程

技術類型	特點	優點	缺點
CRT	電子束擊中熒光粉產生圖像	高亮度、對比度高、視角大	體積大、能耗高、存在環保問題
LCD	液晶分子控制光的通過，需背光源	輕薄、低能耗、環保	響應慢、動態表現差、視角有限
PDP	等離子體激發熒光粉發光	高亮度、響應快、對比度高	能耗高、發熱大、易燒屏
LED	半導體材料直接發光或作為LCD背光	高亮度、長壽命、堅固	藍光危害、散熱問題
OLED	有機材料自發光，無需背光源	優質畫質、輕薄、可彎曲、節能	壽命較短、成本高、燒屏風險
量子點技術	增強色彩和亮度，不是獨立顯示技術	色彩飽和度高、亮度好	應用成本高、依賴現有技術

顯示技術的分類

分類	子類	描述
顯像管顯示技術	CRT	電子束擊中熒光粉產生圖像
平板顯示技術	LCD	液晶分子調節光線通透實現顯示
	PDP	等離子體激發熒光粉發光
	LED	半導體材料直接發光或作為背光源
	OLED	有機材料自發光，無需背光
增強型技術	QLED	通過量子點提升色彩表現和亮度

顯示技術的進化與分類

隨著消費者對顯示畫質和使用體驗要求的不斷提高，顯示技術經歷了快速發展和迭代，呈現出“百花爭艷”的局面，其中一些技術曾占據市場主導地位。顯示技術大致分為兩大類：顯像管顯示技術和平板顯示技術。

陰極射線管（CRT）

陰極射線管（Cathode Ray Tube，簡稱CRT）是一種電真空器件，通過電子發射和偏轉掃描的方式實現圖像顯示。其工作原理如下：

電子槍發射電子束：通過紅、綠、藍三種陰極發射電子束，對應屏幕上的三種顏色。

聚焦與加速：電子束通過聚焦電極形成細小的點并加速，以擊中熒光屏。

偏轉線圈控制掃描：水平和垂直偏轉線圈控制電子束的掃描軌跡。

轟擊熒光粉發光：電子束高速撞擊屏幕內側的熒光粉，產生紅、綠、藍三色光。

圖像生成：通過控制電子束的強度和位置，形成彩色圖像。

優點：高亮度和對比度；長壽命；大視角；快速響應；高色彩飽和度

缺點：體積龐大；高能耗；含有有害物質，環境影響較大；已逐漸被平板顯示技術替代

液晶顯示（LCD）

液晶顯示（Liquid Crystal Display，簡稱LCD）依賴于液晶材料的獨特光學特性，通過控制液晶分子的排列和旋轉角度來調節光線通過量，并結合三色濾光片實現彩色顯示。由于液晶本身不發光，LCD需要背光源。

組成部分：液晶顯示屏（LCD）；集成電路（IC）；背光源；柔性線路板（FPC）；偏光片等

優點：輕薄便攜；高分辨率；色彩豐富；低耗電量；環保

缺點：響應時間較長；動態圖像表現不佳；可視角度有限；屏幕脆弱

等離子顯示（PDP）

等離子顯示（Plasma Display Panel，簡稱PDP）的成像原理類似于CRT的升級版，但采用紫外線激發熒光粉發光。顯示屏由兩塊玻璃板構成，中間填充惰性氣體，電離氣體形成等離子體，激發熒光粉發光。

優點：高亮度和對比度；色彩還原性好；快速響應；大視角；無輻射

缺點：高能耗；發熱量大；易于燒屏；壽命較短；不適用于小尺寸顯示

電致發光（EL）

電致變色器件結構圖

電致變色（Electroluminescent，簡稱EL）是一種物理現象，通過將電能直接轉化為光能。在外加電場的作用下，材料中的離子和電子遷移，改變材料的光學性質，使其顏色發生穩定且可逆的變化。電致變色材料主要分為有機材料和無機材料。以下是其顯示原理的簡述（以三氧化鎢WO?為例）：

電致變色發光原理圖

通電前：沒有施加電壓時，電致變色層呈現無色或淺色。

通電后：通電后，存儲在離子存儲層中的鋰離子在電場作用下通過電解質層注入到WO?薄膜的晶格空隙中，形成鎢青銅LiWO?-x，W??被還原為低價態的W??，電子從W??到W??的躍遷吸收光子，導致變色。

應用領域包括：

顯示器：電致變色顯示器低功耗、高對比度和寬視角，無需背光源，能大幅降低能耗。

電致變色用在手機后蓋

智能窗戶：根據光線強弱和用戶需求自動調節透明度，實現節能與舒適環境。

電致變色用在舷窗

汽車后視鏡：調節反射率，減少夜間車燈眩光，提高駕駛安全。

防眩目眼鏡：根據環境光線強弱自動調節鏡片顏色，保護眼睛。

優點與缺點：

優點：

節能：如在汽車應用中通過自動調節減少能耗。

響應速度快：能迅速改變顏色和透明度。

雙穩態性能：在顯示靜態圖像后無需持續供電。

設計靈活性：可制備成多種形狀和尺寸。

缺點：

工作溫度范圍有限：在極端溫度下性能可能下降。

色彩多樣性有限：與有機材料相比，無機材料色彩表現較少。

成本較高：材料和制造工藝復雜。

耐久性問題：長期暴露于紫外線等可能導致性能下降。

場發射顯示（FED）

場發射顯示

場發射顯示（Field Emission Display，簡稱FED）通過在真空帶中施加高電壓產生電場，使電子撞擊熒光粉而發光。

FED結合了陰極射線管的高對比度和快速響應，同時具有平板顯示的封裝優勢：

優點：

功耗優勢：比CRT更低的驅動電壓。

空間優勢：結構緊湊。

高分辨率和寬視角：適用于高清晰度圖像和動態顯示。

響應速度快：微秒級響應時間。

缺點：

制造工藝復雜及成本高：影響產出良率和市場競爭力。

均勻性問題：在較大屏幕上可能會亮度不均。

壽命與穩定性：長期使用可能導致性能衰減。

由于上述挑戰，FED技術在市場上逐漸被淘汰。

電泳顯示（EPD）

電泳顯示（Electrophoretic Paper Display，簡稱EPD），即電子紙顯示技術，以其微膠囊和微杯結構為主：

黑白雙色（微膠囊）：通過電場控制黑白帶電粒子在膠囊內的移動，實現圖像顯示。

黑白微膠囊結構

三色（微杯）：通過電場控制不同顏色的粒子在微杯中的電泳運動，實現多色顯示。

三色微杯結構

應用廣泛于：

電子閱讀器、貨架標簽、智慧醫療等領域。

電子紙平板

優點與缺點：

優點：

低功耗：雙穩態特性，僅刷新時耗電。

柔性可彎曲：有助于產品設計。

護眼：反射式顯示，無背光源。

缺點：

響應時間長：相比液晶顯示較慢。

圖像質量一般：灰階有限。

成本高：技術壁壘和市場競爭少。

發光二極管（LED）

LED芯片結構及發光原理

發光二極管（Light Emitting Diode，簡稱LED）是一種基于半導體材料的發光器件，主要由鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等化合物組成。LED通過電能直接轉化為光能，在通電時，電子與空穴復合釋放能量，產生光。

LED發光原理圖

在純凈的半導體中，通過摻雜形成P型和N型半導體，它們在連接時形成PN結。當施加正向電壓時，電子從N型向P型移動，空穴則反向移動。在PN結處，電子和空穴復合釋放能量，這些能量以光子的形式發射出來。不同半導體材料及雜質組合會產生不同顏色的光：

AlGaInP 和 AlGaAs 可以發出紅光。

GaN 和InGaN可以發出藍光和綠光。

然而，目前沒有任何單一半導體材料能直接發出白光，因此需要通過白光LED合成實現。

白光LED合成原理

RGB三基色混色原理：通過紅、綠、藍三色LED混合形成白光，但成本較高。

常用白光合成方法：

藍光LED加熒光粉：藍光LED發出的光子部分直接透過熒光涂層，部分激發熒光粉產生黃光，藍光和黃光混合成白光。

多色LED混合：使用多種顏色的LED芯片混合產生白光。

LED不僅作為背光源用于液晶顯示（LCD），還直接用于如戶外大型顯示屏等直接顯示（直顯）應用。

LED顯示屏的優缺點

優點：

壽命長：可達6萬到10萬小時。

高亮度：適用于戶外或高亮環境。

響應速度快：適合動態內容顯示。

堅固耐用：抗震抗沖擊。

缺點：

藍光危害：可能導致視網膜損傷。

發熱較大：需要有效的散熱設計。

維修困難：特別是大尺寸或復雜顯示屏。

有機發光二極管（OLED）

OLED內部結構

有機發光二極管（Organic Light Emitting Diode，簡稱OLED）是一種主動發光器件，不需要背光源。其結構包括：陰極、電子層（電子注入層和電子傳輸層）、發光層、空穴層（空穴注入層和空穴傳輸層）及陽極。

OLED發光原理圖

當在陽極和陰極間施加電流，電子和空穴在有機層中傳輸并在發光層復合，釋放能量使有機分子發光。

有機發光二極管（Organic Light Emitting Diode，簡稱 OLED）是一種無需背光源即可顯示的主動發光器件。其結構通常分為五層，分別是陰極、電子層（包括電子注入層和電子傳輸層）、發光層、空穴層（包括空穴注入層和空穴傳輸層）以及陽極。

OLED 的發光原理是：在兩片玻璃或柔性基材之間，夾有陰極電極、陽極電極、電子傳輸層、空穴傳輸層和發光層。當在陰極和陽極之間施加電流時，陰極注入電子，陽極注入空穴。電子與空穴在有機層中傳輸并以碰撞波的形式運動，最終在發光層內復合。復合后釋放的能量傳遞給有機發光材料的分子，激發分子從基態躍遷到激發態。當這些分子從激發態回到基態時，通過輻射躍遷產生可見光，從而實現發光。

OLED驅動方式

被動式PMOLED：結構簡單，適合小尺寸，但不適用于高分辨率、大尺寸。

主動式AMOLED：通過獨立驅動電路減少控制線路，適用于高端、大尺寸顯示。

PMOLED和AMOLED對比：

PMOLED 更簡單但受制于分辨率和尺寸。

AMOLED 提供更高的分辨率、更低的功耗和更快的響應。

OLED在智能手機等高端市場的應用比例逐年增加，主要因其以下優點：

優點：

優異的顯示效果：亮度、色彩飽和度、對比度優于LCD。

輕薄設計：無需背光源，厚度和重量大幅減少。

柔性可彎曲：適用于可折疊和曲面設計。

低功耗：比LCD節能。

缺點：

壽命偏短：有機材料老化會影響亮度和色彩。

成本較高：生產成本高，售價較高。

燒屏現象：長時間靜態顯示可能導致永久性像素損壞。

對水和氧氣敏感：需要高效封裝以保護有機層。

量子點（QD）

量子點概述

量子點（Quantum Dots，簡稱QD）是半導體納米晶體，尺寸在2到20納米之間，具有獨特的光學特性。量子點的結構包括配體、殼和核部分。

量子點特點：

尺寸可控：不同尺寸的量子點發出不同顏色的光。

高色純度和穩定性：覆蓋可見光譜，顏色純凈，壽命長。

量子點（Quantum Dots，簡稱 QD），又稱半導體納米晶，是一種在三個空間方向上對導帶電子、價帶空穴及激子進行束縛的半導體納米結構。其內部結構主要由配體、殼層和核組成。

量子點具有以下特點：

納米粒徑范圍：量子點的粒徑一般在 2～20 nm 之間。當受到光或電等外界能量的激發時，不同尺寸的量子點會發出不同顏色的光。

發光性能：其發光顏色覆蓋從藍光到紅光的整個可見光區域，具有色純度高、壽命長、穩定性好以及顏色可定制的優點。

材料特性：無機量子點比有機發光材料更穩定，具備單一純凈的發光顏色、超窄的半波寬（≤35 nm），且尺寸高度可控。通過改變量子點的尺寸即可調節其發光顏色。

量子點根據其發光驅動方式可分為光致發光和電致發光。目前市面上的量子點產品主要以光致發光為主，其發光原理如下：

量子點的發光是由電子和空穴的復合（或稱激子湮滅）產生的。要使量子點發光，必須首先生成一個激子，其生成方式通常有兩種：光致和電致。

光致發光：在未被激發（基態）時，電子全部位于價帶。當一個光子進入量子點且其能量適當時，價帶上的電子會吸收光子能量，從價帶躍遷至導帶，同時在價帶原來的位置形成一個空穴。由于庫侖力的相互作用，電子與空穴相互吸引，形成電子-空穴對（即激子）。

電致發光：通過外界電場向量子點的導帶注入電子，同時向價帶注入空穴。當電子與空穴在量子點中相遇時，也可形成激子。

無論是通過光激發還是電場注入，生成的電子和空穴通常不處于各自的最低能級。在復合發光前，它們會經歷帶內弛豫過程，最終釋放能量，完成發光。這種機制解釋了量子點的高效發光特性。

量子點發光原理

量子點可以通過光致發光（光激發）和電致發光（電激發）產生光。光致發光是通過吸收光子能量，電子從價帶躍遷到導帶，形成激子；電致發光則通過外加電場注入電子和空穴，形成激子并發光。

光致發光和電致發光原理

量子點在顯示、能源、醫學等領域有廣泛應用，特別是在顯示技術提升畫質方面。

量子點顯示應用的優缺點：

優點：提高色彩表現、穩定性、壽命。

缺點：應用在顯示上的具體優缺點需結合具體技術實現方式討論。

量子點技術的加入為顯示器提供了更好的色彩表現和能效，但其在顯示技術中的應用需要結合其他材料和技術來發揮最大效能。

顯示技術未來趨勢

OLED：市場份額持續增長，尤其是在移動設備和高端顯示器領域。

Micro-LED：可能成為下一代顯示技術，結合LED的高亮度和OLED的自發光特性。

量子點技術：繼續提升顯示性能，特別是在4K、8K顯示領域。

顯示技術的進化不僅滿足了更高畫質的需求，還在節能和環保方面不斷優化。隨著技術的發展，未來將迎來更多創新，為顯示技術向高效、環保、高分辨率方向邁進提供新動力。