显示技术发展史：从CRT到OLED的演变
显示技术发展史：从CRT到OLED的演变
显示技术的发展历程是一部人类探索视觉呈现方式的创新史。从19世纪末的CRT技术到21世纪的OLED屏幕，每一次技术革新都为我们的生活带来了翻天覆地的变化。本文将带你穿越时空，回顾显示技术的演变历程，探索这些神奇的显示设备背后的工作原理。
CRT 的问世
1869 年，德国物理学家 Julius Plücker 和 Johann Wilhelm Hittorf 首次观察到了阴极射线。1897 年，德国物理学家 Karl Ferdinand Braun（Braun 也是 1909 年诺贝尔物理学奖获得者）发明了 CRT（cathode-ray tube，阴极射线管），它最初也被称为布劳恩管（ Braun tube），是世界上最早的电子显示器之一。
CRT 是一种特制的真空管，其中包含一个或多个电子枪，电子枪发射出来的电子光束撞击在荧光屏幕上，进而显现出图像。早期的电视机、电脑、自动柜员机、摄像机、监视器和雷达显示器等都内置有 CRT。
1907 年，俄国科学家 Boris Rosing （曾与电视发明者 Vladimir Zworykin 一起工作）使用 CRT 将简略的几何图像传输到了电视屏幕上。Rosing 的这一创举也使他成为电视领域的重要发明者。在此之后，CRT 技术不断发展，并于 1922 年首次商业化。在 LED、等离子和 OLED 等技术出现以前，CRT 一直作为绝大部分设备的显示器而使用。
在整个 20 世纪中后期，阴极射线管被普遍用于电视和计算机显示器。在这段时间里，制造商不断地提高性能和分辨率。20 世纪 70 年代的大多数计算机显示器只能在黑屏上显示绿色文本。到了 1990 年，IBM 的扩展图形阵列（XGA）显示器能以 800 x 600 像素的分辨率显示 1680 万种颜色。
等离子显示器（Plasma Display）
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，伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校的 Donald Bitzer、 H. Gene Slottow 和当时还是研究生的 Robert Willson 开发了第一个单色等离子显示器，用于 PLATO 计算机系统。
等离子显示器的构成（来源：Wikipedia）
等离子的发光原理是在真空玻璃管中注入惰性气体或水银蒸气，加电压之后，使气体产生等离子效应，放出紫外线，激发荧光粉而产生可见光，利用激发时间的长短来产生不同的亮度。等离子显示器中，每一个像素都是三个不同颜色（三原色）的等离子发光体所产生的。由于它是每个独立的发光体在同一时间一次点亮的，所以特别清晰鲜明。
直到 2000 年初，等离子显示器都是大型平板高清电视最受欢迎的选择。不过需要注意的是，因为等离子显示器容易出现图像残留，同时，由于材质和结构所限，它无法缩小尺寸，所以并不适用于电脑、平板和手机。这也是等离子显示器在市场竞争中失利的主要原因。
到 2013 年，它被低成本的 LCD 超越，显示质量上则面临昂贵但对比度更高的 OLED 平板显示器的竞争。等离子显示器几乎失去了所有的市场份额。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。
从 LED 到 OLED
1962 年，通用电器的工程师 Nick Holonyack 发明了世界上第一个可见光 LED。1962~1968 年期间，惠普公司的 Howard C. Borden 和 Gerald P. Pighini 带领团队一直在进行 LED 研发工作。1969 年 2 月，他们推出了 HP 型号 5082- 7000 计算器，它是第一台采用集成电路技术的 LED 设备，同时拥有世界上第一个智能 LED 显示屏。惠普对 LED 的商用掀起了一场数字显示技术的革命，并为后来 LED 显示技术的发展奠定了基础。
LED 是 Light Emitting Diodes 的简称，即 “发光二极管”，严格说来它也是 LCD（液晶显示器）的一种。传统的 CCFL（Cold Cathode Fluorescent Lamp，冷阴极荧光灯管等）作为 LCD 设备的背光源，只能均匀地照亮整个屏幕，无法改变照明强度。而相较于 CCFL， LED 背光的 LCD 设备可以使用局部调光，从而产生更好的对比度和更生动的显示，同时消耗更少的能量。
LCD
1888 年，奥地利植物学家 Friedrich Reinitzer 在研究胡萝卜中的胆甾醇苯甲酸酯（Cholesteryl Benzoate）时意外发现了液晶（Liquid Crystals）。
1962 年，RCA（Radio Corporation of America，美国无线电公司）实验室的物理化学家 Richard Williams 想要找到一种可以替代 CRT 的显示材质。他在研究的过程中发现，当他对薄薄的液晶层施加电场时，晶体会形成条纹图案并进入向列状态。Richard 后来将这一研究交给了他在 RCA 的同事 George H. Heilmeier。经过不懈的努力，George 所带领的团队找到了一种在室温下操作晶体的方法，并发明了第一个液晶显示器，于 1968 年首次向世界展示。
计算器中的 LCD 显示器（来源：Wikipedia）
LCD 的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置 TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过 TFT 上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。
虽然液晶显示器在 20 世纪 70 年代就已经问世（当时常见于计算器、手表、钟表和各种家用电器中），但直到 90 年代才获得广泛的应用。由于它功耗低、尺寸小、重量轻，所以被大量用于笔记本电脑中。随着 LCD 技术的不断改进，LCD 屏幕在电脑和电视中的使用越来越流行。2007 年，液晶电视在全球范围内首次超过了 CRT 电视的销量。
LCD（Liquid Crystal Display）是液晶显示屏，目前主流的显示技术。
说LCD屏之前，我们先看一下液晶屏里的几个主角。
首先是液晶（Liquid Crystal），液晶是一种特殊的有机化合物，介于固体和液体之间（常温是液态，而分子排列却和固体晶体一样规则），因此被称为液体晶体（Liquid Crystal）。液晶有个特殊的性质，受到电场的影响，分子排列会发生改变，入射到液晶里面的光线也会随着发生偏转。
偏光片(Polarizer)全称为偏振光片。自然光不具有偏振性（各个方向上有相同的振幅），在通过偏光片时，会变成偏振光，振动方向与偏光轴垂直的光将被吸收，只剩下振动方向与偏光轴平行的偏振光。
因此，如果叠加两块偏振片，它们的偏光轴垂直，那基本上就没有光可以通过了。
最后，彩色滤光片(Color Filter)，这就更好理解了，类似于我们的墨镜/彩色墨镜，并不是墨镜把白光染上颜色，而是当白光通过时，其它颜色的光被过滤，只剩下滤光片对应颜色的光（红（R）、绿（G）、蓝（B））通过。
接下来，LCD屏的工作原理就显而易见了，首先背光板产生的自然光通过第一块偏光片，转化为偏振光，然后通过给夹在两块玻璃基板之间的液晶施加电场，改变液晶的转向，进而改变偏振光方向，来调节通过第二块偏光片的光线，达到控制光线通过的目的，再配合彩色滤光片，每个像素点就产生了红（R）、绿（G）、蓝（B）三种不同强度的颜色，大量像素点汇集而产生图像。
从屏幕构成来看，LCD屏是由玻璃片堆叠而成，是玻璃的时代，包括背光板、滤波片、玻璃基板、盖板等等。别以为玻璃技术简单，也属于高科技，国内技术一直没突破，高端产品还掌握在康宁、旭硝子、电气硝子三家老玻璃企业手中。旭硝子、电气硝子是日本企业，“硝子"在日语中是玻璃的意思。
老东家东旭集团下属的东旭光电，也是做基板玻璃的，刚有突破，就要换时代了。前几天感慨，”柔性屏用不到玻璃，真是个悲剧！“其实是发自肺腑的。
柔性屏用不到玻璃，真是个悲剧！！！
——TFT-LCD及其它——
TFT-LCD是LCD显示屏的一种，另外还有其他的分支，比如UFB、TFD、STN等。
显示原理并无区别，都是通过偏光片、液晶、滤光片叠加的作用来实现成像。
区别在于驱动液晶发生偏转的器件不一样，即，TFT-LCD是通过TFT来驱动液晶。
TFT（Thin Film Transistor）薄膜晶体管，是指液晶显示器上的每一液晶象素点都是由集成在其后的薄膜晶体管来驱动（如下图所示）。
——LED电视屏——
LED电视屏，这个其实没有专业上的统一称呼，但是又不是之前提到过的LED屏（全部由发光二极管组合而成的屏幕）。
LED电视屏，是因平板电视年代炒作的LED电视而起。
其实，本质上说，LED电视也是LCD液晶电视的一种，与其他的LCD不同，仅仅体现在背光板上。
也就是说，LED电视屏采用的是LED背光（发光二极管），而通常的LCD采用的是CCFL背光（也就是荧光灯管），其实就是换汤不换药的液晶屏啊。
并非前端成像部分采用了LED技术。
——PDP等离子屏——
PDP（Plasma Display Panel）即等离子显示屏。
等离子显示屏大家应该都还有印象，当年曾经要和LCD屏幕拼个你死我活，因为针对的应用领域主要都是平板电视，简直到了有你没我的地步。
然等离子在细节保真、色彩柔和方面更胜一筹，但是由于发热量大，散热性的需求导致了面板厚度不能太薄，这在追求大屏、薄屏的时代，简直就是致命伤。所以留意观察一下等离子电视的广告宣传，基本都是正面照，极少有体现屏幕厚度的侧面照。
在滚滚的技术发展大潮面前，谁也无法独领风骚到永远。
慢慢地，等离子基本已经淡出了我们的生活，而液晶也不乐观，也在慢慢被替代。
下面我们看一下等离子屏的成像原理：
等离子成像，有点儿类似最古老的CRT成像的升级版，只不过不用电子束轰击荧光粉了，而是改成了紫外线激励荧光粉。
两块相距几百微米的玻璃板，中间密封排列大量小低压气体室（等离子腔），每个等离子腔都充有惰性气体，通过对其施加电压来产生紫外光，从而激励显示屏上的红（R）、绿（G）、蓝（B）三基色荧光粉发光。
——OLED——
等离子淡出，液晶也开始有计划地退出历史舞台，OLED时代到了。
前文提到过，真正OLED起航是2017年，苹果的iPhone X第一次使用了OLED屏，后来逐步成为目前智能机的主流。
OLED（Organic Light Emitting Diode）有机发光二极管（器件），OLED 屏依靠有机发光二极管发光成像，因此可以称为真正的LED屏。
有机发光二极管与发光二极管的区别在“有机”上，但并不是用有机肥浇灌出来的有机蔬菜那个“有机”，而是指的高分子，即高分子有机发光原件，区别于靠半导体PN结发光的LED。
所以相较于LCD液晶屏，又是偏光片又是液晶的，OLED屏可以直接通过二极管直接发光成像，结构上简单了好多。
上图为OLED屏的结构示意图，有人会问，为什么还要加一片偏光片，难道偏振光对人眼睛有好处么？
其实由于OLED的自发光的显示模式，当外界光源照射到OLED的金属电极上反射回来，就会在OLED的显示屏表面造成反射光干扰，降低对比度。偏光片的目的是为了消除反射光，增加屏幕的对比度。
OLED成像原理，靠OLED有机发光二极管发光成像，用ITO（氧化铟锡）导电薄膜做阳极，金属做阴极，中间沉淀一层有机发光材料来构成一个OLED有机发光二极管。
由于有机发光材料构成不同，可以发出不同颜色的光，形成了色彩绚丽的图像。
但OLED也不是完美的，有一个备受诟病的问题就是“烧屏”。
由于OLED屏幕采用自发光方式，长时间的使用之后，屏幕上就会出现轻微的视觉变化，其中包括图像残留或老化，这就是所谓的“烧屏”。
就跟我们眼睛长时间盯着书本/屏幕，会导致用眼疲劳，使我们的晶状体老化，无法再继续有效调节焦距而导致近视一样。
烧屏在一些手机的固定图标、触屏按键附近最容易产生，因为这些图像区域长时间不变，会导致图像残留。
在OLED产业中，虽然三星、LG、京东方都纷纷上马面板产线，需要天量资金投入，但OLED的最核心技术还不在于面板，而在于中间一个关键环节——ITO镀膜。
OLED屏需要高性能的ITO片，把OLED有机发光材料精准的蒸镀到基板上，就需要用到真空蒸镀机，被日本Canon Tokki独占高端市场，每年的产能只有十几台。
可以说，影响OLED产线建设进度的，
不是资金，而是真空蒸镀机。
——AMOLED及PMOLED——
AMOLED和PMOLED都属于OLED，或者OLED分为AMOLED和PMOLED，这是他们之间的关系。
AMOLED（Active Matrix/Organic Light Emitting Diode）主动矩阵有机发光二极管，是在OLED的基础上增加了主动管理（AM，Active Matrix）。
AMOLED则是采用独立的TFT去控制每个像素，每个像素皆可以连续且独立发光，也许称为“TFT-OLED”更合适。
PMOLED单纯的以阴阳极构成矩阵状，以扫描方式点亮阵列中的像素，每个像素都是操作在脉冲模式下，为瞬间高亮度发光。
基于以上的描述，我们也就能看出来了，AMOLED工艺复杂，成本较高，而PMOLED工艺简单、成本较低，但因为其扫描发光模式，会影响分辨率，不适用于大尺寸的屏幕。
AMOLED占据了OLED市场的绝大部分份额，代表着主流的发展方向。
因此，我们说的OLED基本上默认都是AMOLED。
相较于LCD液晶屏，AMOLED的最大优点体现在分辨率上，所谓分辨率，就是亮的更亮，黑的更黑。
OLED可以直接关闭某些像素点的发光源，实现100%的黑暗，因为画面的对比度很高；而LCD的背光层无法实现完全关闭，因此会存在漏光现象，影像画面的分辨率。
——柔性OLED——
缘于柔性屏，终于柔性屏。
所谓柔性OLED屏，顾名思义，是指可弯曲、可卷曲、可折叠的OLED屏。
原理在前面的OLED都讲完了，这里无话可说。
为什么能弯曲？
在技术是实现上，如果按照原来的OLED采用玻璃基板的方式，稍微弯曲一下是可以的，但是如果想折叠、卷曲，那是基本不可能，与玻璃的脆的特性相悖。
因此，所谓柔性OLED屏，就是将原来OLED显示面板内的玻璃基板替换成柔性高分子（塑料）基板。