1.2 显示技术的分类

现在人们经常遇见OLED、QLED、Mini-LED等术语，这些术语有些是技术名词，有些是宣传用语。比如在2016—2017年，韩国LG较早推出了“OLED”电视（有机发光二极管电视），其他厂家为了区分自己的产品，陆续推出了“XLED”电视、“ULED”电视、“QLED”电视等。然而，XLED和ULED都是在液晶显示（LCD）技术的基础上，加上了分区背光；QLED则是在LCD中引入了量子点来改善背光。

本书对显示技术从器件性质、驱动方式、形态这三个方面进行分类。以柔性AMOLED显示技术为例，可以将这个术语划为三部分来理解。首先，“OLED”定义了该技术的器件性质，其次，“AM”定义了该技术的驱动方式；最后，“柔性”定义了该技术的形态。这种方式有助于更准确地理解各种显示技术的特性和区别。柔性AMOLED命名的逻辑如图1-3所示。

1.2.1 器件性质分类

按照显示器件的性质（显示技术的本质）分类，显示技术可以分为两大类：非自发光型（受光型）和自发光型。受光型和自发光型的示意图如图1-4所示。

受光型显示器件本身不会主动发光，本身不具备成为光源的能力，而是依赖外部光源或内部光源等来实现显示。例如，它需要依靠环境光将其照亮，如通过反射或室内外光线来实现反射式显示，或者通过内置背光来实现，比如有些LCD屏幕后面会采用一个灯珠阵列，将前面的LCD屏幕照亮，根据光线透过的程度来呈现不同亮暗的像素点。

自发光型显示器件本身就能像灯一样主动发光。比如LED（发光二极管）显示，通过LED灯珠发光的明暗组成文字和图像，常用于公共场所，如商场、公交站牌、广告牌等地方。再比如OLED（有机发光二极管）显示，目前市场上的智能手机中，采用OLED显示屏的产品已经占主导地位。

目前，两类技术的代表性例子就是LCD和OLED，它们之间的主要区别就在于器件本身是否具备自发光的能力。下面简要介绍两者的特点和区别。

1.LCD技术

LCD技术是一种通过电场改变液晶材料的排布方式，调制光的偏振态，来实现显示内容的技术。

要理解这种技术，首先需要了解的是，光是一种电磁波，电磁波是一种以正弦波形式存在的电场与磁场交替振动的形式。其中电磁波是横波，振荡振动垂直于波的传播方向，即光的偏振方向。而液晶是一种液态晶体，可以被认为是物态的一种，同时具有液体和固体的性质，既有固体晶体性质，又有液体流动性的性质。液晶分子的排列类似于晶体，液晶的长杆形分子朝着同一方向排列，从而能选择性地调制光的偏振态。同时，液晶可以通过电场改变排列的方向，对光的调制就会随之发生变化。

以扭曲向列型液晶为例，未通电时，液晶分子呈螺旋阶梯状排布可以将光的偏振方向旋转。而通电后液晶分子竖立，则不会改变光的偏振方向。背光源的光线通过偏光片过滤出一种方向的光线，经过扭曲排列的液晶调制，偏振方向会旋转90°，再由上层90°的偏光片过滤，光线就能透射出来被看见，因此产生了亮的状态。若给液晶加电场，让液晶分子竖立就失去了对该方向光的调制，偏振光仍是原方向，就被上面的偏光片滤掉，因此产生了暗的状态。依据此原理控制每个像素的明暗，即可显示出图像，如图1-5所示。

彩色液晶显示屏采用白色背光源，每个像素的顶部都配备了滤色片，以分别滤出红、绿、蓝三种颜色的光线。这种设计就可以使三种颜色的子像素，通过光的三基色组合，实现多种不同的颜色。增加由红、绿、蓝子像素组成的像素数量，就能构建更大的液晶显示屏，以展示更加复杂、丰富的图像和内容。

LCD技术是一项经过多年发展的成熟技术，具有较长的发展历史和稳定的性能，同时成本相对较低。此外，在中国市场上，LCD技术有着相当大的市场份额，吸引了大量的投资，如京东方等国有控股企业已经成为全球最大的液晶显示屏制造商之一。在液晶显示屏领域，中国无疑是佼佼者。

2.OLED技术

在当前的显示技术领域，LCD和OLED两种技术各有占领市场的优势。到了2023年，国内大多数手机已采用OLED技术。OLED技术之所以如此受欢迎，是因为它具备自发光的特性，提供了卓越的显示效果，并且支持新颖的形态，如柔性屏幕应用等。

OLED是一种能发光的半导体器件。在OLED中，电子和空穴分别从阴极和阳极注入，在中间的有机发光层相遇并发生复合，以光的形式释放能量。光的能量大小和发光的颜色取决于发光材料的能量差或禁带宽度。例如，使用Alq3材料的OLED会产生绿色的光线。OLED的结构图如图1-6所示。

在OLED技术中，实现彩色显示需要使用基本的红（R）、绿（G）和蓝（B）三原色的OLED来实现。每个像素都由这些基本颜色的子像素组成。这些子像素排列在整个屏幕上，形成了一个像素阵列，从而组成了屏幕。通过控制每个子像素的亮度和颜色，可以实现各种颜色的混合和变化。

3.LCD与OLED的对比

LCD是一种受光型显示，需要外部背光源发光来显示内容，而OLED是一种自发光型显示。OLED在色域、亮度、对比度、可视角度、响应时间均优于LCD。但早期的OLED寿命存在一些挑战。但随着技术的不断成熟，现代OLED屏幕已经大幅改进，寿命得到了显著的提高。此外，OLED的制造工艺也更复杂。通常，OLED的制造工艺采用蒸镀技术，其基板尺寸也与LCD的不太一样。比如LCD的10.5代线使用很大的基板（288cm×313cm），而目前OLED生产所用基板一般为6代线，基板尺寸是185cm×150cm，而且需要半切或四切后再进行OLED工艺，其尺寸相比LCD的更小。这也导致了OLED的生产成本更高，需要设计更多的材料和设备等。LCD和OLED的对比如表1-1所示。

图1-7显示了LCD与OLED的像素排列，两者通常并不相同，这主要是由于它们的制造工艺不同。LCD的红绿蓝三色子像素通常是通过光刻技术使滤色片图案化而制造的，而OLED通常采用布满孔洞的金属掩膜版进行蒸镀，因此OLED的像素排列需要满足一定的间距要求。

1.2.2 驱动方式分类

驱动方式分为无源矩阵和有源矩阵两大类。

无源矩阵也称为被动矩阵（Passive Matrix，PM），是一种不采用有源器件的显示驱动方式。通常，驱动矩阵采用行列线交错的排列方式，其中两根线之间的交叉点用于控制显示器件的状态（例如，LCD的液晶被调制或OLED被点亮，如图1-8所示），这就是无源矩阵的基本原理。

例如，无源矩阵OLED（PMOLED）中，行线和列线的交叉点处包含一层OLED的材料，OLED是发光二极管，它可以在通电时自发光。采用逐行扫描的方式，当扫到某行线（扫描线）时，如果想让某点被点亮，则选通相应的列线（数据线）。通过增加扫描速度，并利用视觉暂留或余晖效应来实现显示，这种方法虽然相对简单，但有一定的限制，如不能制作过多行，因为行数过多会导致点亮时间有限，从而限制了亮度和对比度。

有源矩阵也称为主动矩阵（Active Matrix，AM），是指在显示器件背后集成了有源器件，用于有效地进行显示驱动控制。常见的有源器件包括薄膜晶体管（TFT）、CMOS硅基芯片、微芯片Micro-IC等。

目前，大部分AMOLED均采用薄膜晶体管这类半导体器件来驱动。薄膜晶体管是一种具有三个端口的器件，含源极（S）、栅极（G）、漏极（D）三个端口或电极，如图1-9所示。比如在N型薄膜晶体管中，当在栅极上施加正电压时，由于电场的作用，源极和漏极的电子会受到吸引，从而流向栅极，但由于绝缘层的阻挡，吸引出来的电子聚集在半导体中，当电子聚集到一定量时，沿绝缘层的界面在半导体的沟道中建立了一个电子连通带，使得源极和漏极之间导通，形成了电子流。其工作原理就像一个水龙头。

图1-10（a）展示了一个简单的OLED像素驱动电路，通过采用晶体管作为驱动来实现单独地对一个像素的控制。在扫描过程中，当一行被扫描时，相应的开关晶体管将打开，数据通过列线输入，开关晶体管关闭后数据仍存储于存储电容内，电容的电压控制着另一个晶体管的电流，从而实现如图1-10（b）所示的三个OLED时序的操作。也就是说，与PMOLED相比，AMOLED大部分时间均在发光，只有少部分时间在写入信号，如图1-11所示。

1.2.3 形态

形态（Form-Factors）也是显示技术另一个重要的分类方式。在这里，形态指的是电子设备的物理特征，包括尺寸、形状、柔软性、弯折性等。对于屏幕而言，其形态包括屏幕的尺寸，如长宽、长宽比等。屏幕的形状有椭圆形、方形，对于手机而言，还有刘海屏、打孔屏、全面屏等。此外，还有其他物理特征，如是否透明、是否可拉伸等，这些属性都属于显示技术的形态核心。显示屏形态变化的不同维度如图1-12所示。

形态在推动显示技术发展中扮演着关键的角色。举例来说，在2000年左右，传统的CRT被以LCD为代表的平板显示取代。平板显示指的是显示屏对角线的长度与整机厚度之比大于4:1的显示，但形态更轻薄，使得更多新形态的设备（如移动设备）成为可能，因此逐渐取得了市场主导地位。随着技术的发展而后出现了更多新形态的屏幕。如图1-13所示，在2010年以后，柔性可折叠的屏幕技术开始崭露头角。近些年还有很多新形态出现，如全息显示、光场显示、AR/VR等近眼显示技术。

柔性OLED的出现标志着现代显示技术进入第三个时代。AMOLED的形态具有轻薄、可弯曲折叠的特点，适合用作移动便携的产品。2014年，柔宇公司所展示的0.01mm厚的柔性AMOLED屏薄如蝉翼。经过若干年的发展后，各大显示公司已经制造出了各种尺寸的柔性AMOLED屏，进而催生了折叠屏智能手机。第一台消费级折叠屏智能手机商品一般被认为是柔宇公司于2018年做出的。在那之后折叠屏智能手机如雨后春笋般产生。柔性AMOLED屏不仅可以应用于折叠屏智能手机，还可以应用于各种智能设备上，如智能音响。此外，柔性AMOLED屏在文娱、教育、传媒等领域都有应用。

然而，柔性屏技术充满着复杂性，需要克服材料、工艺、器件、电路系统等多个领域的难题。柔性屏的制造难度甚至被一些专业人士认为与28nm以下的芯片制造难度相当。经过近些年的发展，柔性屏的技术问题已经得到了基本解决。现在柔性OLED屏基本已经得到了市场的认可，手机的屏幕超过一半都是柔性OLED屏，或许不是折叠屏，但也是应用了柔性基板上芯片（Chip on Plastic，COP）封装技术的柔性屏。 EQRihMejr//7Rfi1YSuENst9hc8U0hS98fV84EIMtjB/ZWzqAh8JbFDWOJtQENoz