液晶显示器
15,2023年XNUMX月
我们每天通过电视、电脑、手机等设备的屏幕观看流媒体内容。随着硬件设备和流媒体技术的不断发展更新，屏幕显示技术也在不断发展。今天，就让我们踏着历史的脚步，回顾一下屏幕显示技术发展的重要里程碑。
1. CRT 的出现
阴极射线于1869年由德国物理学家尤利乌斯·普吕克（Julius Plücker）和约翰·威廉·希托夫（Johann Wilhelm Hittorf）首次观察到，1897年，德国物理学家卡尔·斐迪南·布劳恩（Braun）（布劳恩也因此获得了1909年的诺贝尔物理学奖）发明了CRT（cathode-ray tube，阴极射线管），最初叫布劳恩管，是世界上最早的电子显示器之一。
CRT 是一种特殊的真空管，内含一个或多个电子枪，发射电子束，击中荧光屏以形成图像。早期的电视、电脑、自动取款机、相机、显示器和雷达显示器均内置有 CRT。
1907 年，俄罗斯科学家鲍里斯·罗辛（与电视发明家弗拉基米尔·兹沃里金合作）使用 CRT 将简单的几何图像传输到电视屏幕上。罗辛的开创性工作也使他成为电视领域的重要发明家。此后，CRT 技术不断发展，并于 1922 年首次实现商业化。在 LED、等离子和 OLED，大多数设备都使用 CRT 作为显示器。
在整个 20 世纪中后期，阴极射线管被广泛用于电视和计算机显示器。在此期间，制造商不断提高性能和分辨率。1970 世纪 1990 年代的大多数计算机显示器只能在黑屏上显示绿色文本。到 16.8 年，IBM 的扩展图形阵列 (XGA) 显示器能够以 800 x 600 像素的分辨率显示 XNUMX 万种颜色。
14 英寸彩色 CRT
2. 等离子显示器
1936 年，匈牙利工程师 Kálmán Tihanyi 在他的论文中描述了这种平板等离子显示系统。1964 年，伊利诺伊大学香槟分校的 Donald Bitzer、H. Gene Slottow 和当时的研究生 Robert Willson 开发了第一台 单色 用于 PLATO 计算机系统的等离子显示器。
等离子的发光原理是在真空玻璃管内注入惰性气体或汞蒸气，加电压后，气体产生等离子效应，发出紫外线，激发荧光粉产生可见光，利用激发时间的长短，产生不同的亮度。在等离子显示器中，每个像素由三个不同颜色（原色）的等离子发光体产生，由于每个单独的发光体同时点亮，所以显得特别清晰鲜明。
直到2000年代初，等离子显示器都是大屏幕平板高清电视最流行的选择。但需要注意的是，由于等离子显示器容易出现残影现象，同时由于材质和结构的限制，无法缩小体积，因此并不适合电脑、平板和手机等设备。这也是等离子显示器在市场竞争中败下阵来的主要原因。
到 2013 年，它被低成本 LCD 超越，后者在显示质量方面与价格昂贵但对比度更高的 OLED 平板显示器竞争。等离子显示器几乎失去了所有市场份额。美国零售市场的等离子显示器生产于 2014 年结束，中国市场的生产于 2016 年结束。
等离子显示器
3. 时代 液晶显示器（LCD）
1888年，奥地利植物学家F·赖内策尔在研究胡萝卜中的胆固醇苯甲酸酯时偶然发现了液晶，但长期以来它并未给人类带来太多益处，直到1960世纪XNUMX年代，才有几位年轻的电子学家打破了沉默。
1961年，年轻的电子学者乔治·海尔迈尔（George Heilmeier）在美国RCA公司普林斯顿实验室准备博士论文答辩，他的专业是微波固体元件，他在这个领域很有造诣。
一天，朋友告诉他自己目前正在研究有机半导体，交叉学科的课题引起了他浓厚的兴趣。他向导师征求意见，在导师的支持和鼓励下，他毅然放弃了已经学得很多的专业领域，进入了一个自己还不太了解的新领域，将电子学的知识运用到有机化学中，并很快取得了成果。
不久，他对另一个新课题—激光又产生了兴趣，并由此再次与晶体结识。为了研究外电场对晶体内部电场的影响，他想到了液晶。他把掺有染料的向列相液晶夹在两片透明导电玻璃之间，当在液晶层两侧加上几伏电压时，液晶层便由红色变为透明。电子出身的他立刻意识到，这是一台彩色平板电视！兴奋的他和团队成员立即夜以继日地展开研究，相继发现了液晶的动态散射、液晶相变等一系列电光效应。并成功研制出一系列数字、字符显示装置以及液晶显示钟、桥式显示器等实用产品。
LCD的结构是将液晶盒置于两块平行的玻璃基板中， TFT（薄膜晶体管） 在下基板玻璃上设置有偏振光片，在上基板玻璃上设置有彩色滤光片，偏振光片通过偏振光片的偏振方向旋转，从而控制每个像素的偏振光是否出射，达到显示目的。
RCA公司对他们的研究十分重视，一直将其列为公司的重大机密项目，直到1968年才以广播报告的形式向世人报道这项最新科技成果。这一报告立即引起了日本科技界和产业界的重视。日本把当时正在兴起的大规模集成电路与液晶结合起来，以“个人电子产品”市场为先导，迅速开发出一系列商品化产品，打开了液晶显示器实用化的局面，占据了先机，由此形成的势头，促成了日本微电子产业的惊人增长。
在美国，RCA公司内部某些生产部门的领导，一方面局限于传统的半导体产品，另一方面又过分强调刚刚起步的液晶显示器件的缺点，并以市场尚未开发为由，极力破坏液晶显示器件的产业化。为此，“液晶”团队的成员开始外流，“液晶显示器”的专利也被卖掉。据说在1970年代中期，当液晶显示器已形成产业时，RCA公司在一次董事会会议上悲哀地得出结论：在RCA百年发展史上，液晶显示技术的流失是一个大错误。
虽然液晶显示器自 1970 世纪 1990 年代就已出现（通常用于计算器、手表、钟表和各种家用电器），但直到 2007 世纪 XNUMX 年代才得到广泛使用。由于其功耗低、体积小、重量轻，它被广泛用于笔记本电脑。随着 LCD 技术的不断改进，LCD 屏幕在计算机和电视中的使用越来越普遍。XNUMX 年，LCD 电视的全球销量首次超过 CRT 电视。
4. 从 LED 到 OLED
1962年，通用电气工程师Nick Holonyack发明了世界上第一颗可见光LED。1962年至1968年，惠普公司的Howard C. Borden和Gerald P. Pighini领导了LED的研发工作。1969年5082月，他们推出了惠普7000-XNUMX型计算器，这是第一台采用集成电路技术的LED设备，也是世界上第一台智能LED显示器。惠普将LED商业化，掀起了数字显示技术的革命，为后来LED显示技术的发展奠定了基础。
LED是Light Emitting Diodes的缩写，即“发光二极管”，严格来说，它也是LCD（液晶显示器）的一种。传统的CCFL（冷阴极荧光灯、冷阴极荧光灯等）作为液晶显示器的背光源，只能均匀照亮整个屏幕，无法改变照明强度。相比于CCFL，LED背光液晶显示器可以使用局部调光，从而实现更好的对比度和更生动的显示效果，同时消耗更少的电量。
大多数 LCD 智能手机和平板电脑显示屏都使用 LED，因为它们用途广泛且重量较轻。
1987年，伊士曼柯达公司的两位化学家邓青云与Steven Van Slyke在前人研究的基础上，共同开发出第一个实用化的OLED器件。
OLED（有机发光二极管），也被称为 “有机电致发光显示器”OLED 是一种利用多层有机薄膜结构产生电致发光的器件，当通电时，OLED 会发出明亮的光线。与 LCD 不同，OLED 不需要背光，可以使用更轻的发光基板（而不是 LCD 和 LED 使用的玻璃基板），并且具有更宽的视角和更快的响应速度。
OLED的出现是电致发光技术的一大进步。与LED相比，OLED更薄、更轻、更灵活，常用于电视屏幕、电脑显示器以及智能手机等设备。smartwatch 以及掌上游戏机。
自从 iPhone X 开始使用 OLED显示器目前，OLED迅速席卷全球终端市场，全面屏、折叠屏、柔性屏等相继涌现，很大程度上推动了显示技术的发展。
5.电子纸的发明
1970世纪XNUMX年代，施乐公司帕洛阿尔托研究中心的Nick Sheridon开发出了世界上第一张电子纸——Gyricon。
电子纸是涂有电子墨水的薄膜——电子墨水是一种液体材料，其中悬浮着数百个直径与人类头发相当的微胶囊，每个微胶囊由带正电和负电的粒子组成。当在单个电极上施加正电场或负电场时，带有相应电荷的有色粒子会移动到胶囊的顶部或底部，使电子纸显示屏的表面呈现一定的颜色。
与OLED一样，电子纸本身也会发出可见光，同时保留“纸”的光泽。
电子纸虽然早在上世纪 1970 年代就被开发出来，但直到 2000 世纪初才开始普及，最广泛的应用就是电子阅读器，比如我们常见的 Kindle、BOOX 等，此外还用于电子标价标签、数字标牌、一些智能手机显示屏等。
电子纸
6. DLP 技术
DLP（Digital Light Processing）是数字光处理的缩写，其工作原理是对影像信号进行数字处理，然后通过光线投射出来。该技术具有极高的图像保真度，可以投射出清晰、明亮、逼真的彩色画面，多用于投影仪系统。
DLP 技术的核心是一种称为数字微镜器件 (DMD) 的光学半导体，它使用铝制成的微镜反射光线以产生图像。DMD 通常被称为 DLP 芯片，每个 DMD 可以包含超过 2 万个微镜，宽度不到人类头发的五分之一。微镜排列成矩阵（很像照片马赛克），每个微镜代表一个像素。
这些微镜的数量与屏幕的分辨率相对应。DLP 1080p 技术可提供超过 2 万像素，实现真正的 1920x1080p 分辨率。市场上已经有 8K DLP 投影仪（使用 3xDLP）。
DLP 最初由德州仪器物理学家 Larry Hornbeck 于 1987 年开发。1997 年，数字投影公司推出了第一台 DLP 投影仪。1998 年，德州仪器和数字投影公司均凭借 DLP 技术荣获当年的艾美奖。
相比等离子和液晶设备，DLP设备价格更低，屏幕更大，而且更薄更轻。也许你没有意识到DLP技术其实已经融入到你的生活中。它常见于各类投影仪（用于培训、教学）、家庭影院、视频墙、演唱会、会议等大型投影系统。
DLP 显示器和 DLP 投影仪
以上是屏幕显示技术发展的重要里程碑。显示技术的发展涉及微结构光学材料、先进制造、图像处理等技术的融合，不仅提高了设备的屏幕分辨率，还将人类的想象生动地呈现在人们眼前。新一代新技术、新产品的推出，特别是当代高科技产品的推出，总是由那些跨学科、跨行业、具有创新开拓精神的年轻人发现并完成。一项新技术的发现及其真正的发展，都是基于实际的应用技术和市场需求。应用技术是高科技产业发展的保障，市场需求是高科技产业发展的动力。我们相信，随着硬件设备的发展和技术的不断进步，显示技术将再次实现创新突破。
液晶显示器基础知识
2022年OLED发展新趋势