显示技术介绍(2)_电子显示的前世今生

作者:wowo 发布于:2015-11-30 22:19 分类:显示

1. 前言

从1907年证实CRT(Cathode Ray Tube)技术可用于电视显示至今,电子显示技术经历了近100年的发展。100年的时间,说长不长,说短也不短;显示技术的发展,说快不快,说慢也不慢。

CRT技术是最原始的显示技术,但它的生命周期一直持续到2000年后,随着LCD(Liquid Crystal Display)的普及才逐渐退出历史舞台,跨度近90年,这是“不快”的由来。

而最近10年,各种新显示技术,又有层出不穷、快速发展之势,如OLED(Organic light-emitting diode display)、电子墨水(E Ink)、激光电视(Laser TV)、IMOD(Interferometric modulator display)等2D显示技术,如激光显示(Laser display)、光场显示(Light field display)等3D显示技术,这是“不慢”的由来。

蜗蜗本来只打算focus在Linux显示子系统的分析上,不想涉及太多的“题外话”,但专业技术的诱惑力,实在不比linux kernel小。另外,网上真正关注“技术”本身的资料又太少(大多是为了卖电视而写的软文)。因此就在兴趣的驱动下,对显示技术的发展做了一些较深入的了解,顺便在此记录一下。这就是本文以及后续相关文章的由来。

当然,只有兴趣还远远不够,因为任何商业化的技术背后,都有很多基础学科的支撑,数学、物理学、化学、材料学、等等。而离开学校越久远,对这些基础知识越生疏,也只能浅尝辄止了。不过还好,有强大的WJ百科,可以事半功倍,本文大多参考并翻译自下面链接,有兴趣的读者可以自行阅读:

https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_display_technology

https://en.wikipedia.org/wiki/Display_device

2. 电子显示技术汇整

目前为止,电子显示发展出了多种技术,罗列如下(后面再进行一些有针对性的解释):

LED(Light-emitting Diode Display),固体二极管在外加电场作用下发光。

OLED(Organic Light-emitting Diode Display),有机发光二极管在外加电场作用下发光。

OLET(Organic Light Emitting Transistor),有机发光晶体管在外加电场作用下发光。

QD-LED(Quantum Dot LED,量子点显示),类似LED、OLED,无机纳米晶体在外加电场的作用下发光。

ELD(Electroluminescent Display,电致发光显示),荧光类半导体,在外加电场作用下发光。

TDEL(Thick-film dielectric electroluminescent technology,无机厚膜电致发光技术),ELD的一种。

 

LCD(Liquid Crystal Display),LED(或OLED等等)发光后,穿透液晶分子显示。

FLD/FLCD(Ferro liquid display/Ferroelectric Liquid Crystal Display,铁电液晶显示器),液晶显示的一种。

LCOS(Liquid Crystal on Silicon),LED(或OLED等等)发光后,通过硅基液晶反射。背投。

TPD(Telescopic pixel display,伸缩像素显示),一个奇葩的显示技术,基于LCD,借用微型望远镜技术(miniature telescope),在每个液晶像素上增加2个反光镜(其中一个可以在电压的作用下,变成一个凸透镜,以聚焦光速)用于增强LCD背光的透光率,从而可以降低功耗。

 

CRT(Cathode ray tube display),加热金属阴极后发出电子,轰击屏幕上的荧光粉发光。

PDP(Plasma display panel,等离子显示),类似CRT,惰性气体加压后,产生气体等离子放电现象,放电产生紫外线,紫外线激发屏幕上的荧光粉发光。每一个像素都发光。耗电大。

SED(Surface-conduction electron-emitter display,表面传导电子发射显),类似CRT,碳纳米间隙施加电压产生电子流,然后利用电场使电子逃逸,轰击屏幕上的荧光粉发光。每一个像素都发光。

FED(Field emission display,场致电子发射),类似CRT,在电场自发射阴极(cathode emitter)材料的阴极表面施加强电场,使电子逸出,轰击屏幕的荧光粉发光。

LPD(Laser Phosphor Display,激光磷光荧光体显示),通过激光照射屏幕上的荧光粉发光。

 

EPD(Electronic Paper Displays),自然光漫射显示。

 

DLP(Digital Light Procession,数字光处理),先把影像信号经过数字处理,然后再把光投影出来。利用DMD(Digital Micromirror Device)做数字投影。

 

IMOD(Interferometric modulator display,干涉仪调节器显示技术),自然光漫射显示。两片镜面夹着一个空隙的微小结构,这个空隙决定光线照射显示器时所反射的颜色。

TMOS(Time Multiplexed Optical Shutter,时间多任务光学快门),LED背光系统周期性的产生R、G、B三色光,通过光学快门控制照射到一个像素上R、G、B光线的时间,产生不同的颜色。

DMS(Digital micro shutter,数字微快门),和TMOS类似。

 

Laser TV(激光电视),和投影机类似,利用半导体泵浦固态激光工作物质,产生红、绿、蓝三种波长的连续激光,经过反射后,投射到屏幕上。背投。

LFD(Light field display,光场显示),重建光场成像(记录光辐射在传播过程中的四维位置和方向的信息)的技术。

3. 思考和理解

3.1 光源的产生

电子显示的本质,是电信号(携带图像信息)转换为光信号,然后被视网膜感知到。因此,光源的产生,是显示过程中最重要的一个环节,同时也是显示技术发展、进化的主要手段,但万变不离其宗,产生光源的技术大概有这么几类:

1)自然光

人眼通过感知物体漫射的自然光,感知物体的存在。这是人类视力的基本原理。EPD、IMOD所使用的光源属于此类,因此这类技术也是最适合人类视力的技术。

2)刺激荧光粉发光

一般使用电子轰击荧光粉发光(CRT、SED、FED属于此类技术);PDP(等离子显示)比较特殊,使用紫外线刺激荧光粉发光;最直接的是LPD,使用激光刺激荧光粉发光。

3)半导体在外加电场的作用下发光

LED、OLED、OLET、QD-LED、ELD、TDEL等属于此类技术,区别在于半导体的类型。

3.2 电光转换的方法

光源产生后,还需要将表示图像信息的电信号,转换为有明暗变化、颜色变化的光信号,通常有如下的转换方法:

1)直接控制光源

通过电信号的强弱,控制每一个像素点发光的强弱,大部分类LED、类CRT以及Laser TV等显示技术属于此类,不同点是:

类LED以及Laser TV等显示技术,电信号的强弱,可以直接控制发光物质发光的强弱;

类CRT显示技术,电信号的强弱,控制电子、紫外线、激光等刺激源的强弱,进而间接控制荧光粉发光的强弱。

2)光源不变,改变光源的透射率

LCD、FLD/FLCD、LCOS、TPD等显示技术属于此类,一般情况下,使用类LED技术作为背光源,发出固定强度的白色光,穿透液晶分子(或者经过液晶分子反射)发光,通过控制透射率(或者反射率),控制显示的亮度(颜色)。

另外,TMOS(以及DMS)也属于此类,和LCD等技术的区别是,TMOS通过微小的光学快门,控制背光的照射时间,进而控制显示的亮度(颜色)。

3)光源不变,改变光的漫射方式

这一类显示技术比较特殊,是最接近人眼感知世界的方式的技术。代表的有EPD和IMOD两种。

EPD比较直观,其中的一种技术,是将每个像素都封装了带有负电的黑色颗粒和带有正电的白色颗粒,通过改变电荷使不同颜色的颗粒有序排列,从而呈现出黑白分明的可视化效果。

而IMOD则比较前卫,它是通过MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微机电系统)控制两个镜面,改变它们夹着的空隙,进而改变对光的漫射效果。

3.3 直射和反射

之所以强调这一点,是因为人眼对直射光线(例如荧光粉光、LED光)具有较强的不适感,因此显示技术发展的一个方向,是找出使眼睛更舒服的发光方式(反射),其中EPD、LCOS、TMOS、Laser TV等属于此类技术。

3.4 3D显示

Laser TV和LFD是比较适合做3D显示的技术。具体我们在后面的文章中再探讨。

4. 参考文献

https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_display_technology

FLD:https://en.wikipedia.org/wiki/Ferro_Liquid_Display

TPD:http://arstechnica.com/gadgets/2008/07/new-telescopic-pixel-displays-could-outperform-lcd-plasma/
         https://en.wikipedia.org/wiki/Telescopic_pixel_display

QD-LED:http://wenku.baidu.com/link?url=DObFHBFKq0aapPjEc7Qxsrs0cmTQfemXYTM5kNu9Wuaz3SrGHQlYE78QPU8mZe7gUcGWCjLSLHl0ZfmbPKEg2rJOIf0_NjgBHfd_B8NTOMy

LFD:http://wenku.baidu.com/link?url=Xi5IdJZ_tRbQwcLbBSJG1bC297YYVwaUBPYFm8IRWRnPeYbsXNn06AKY3rSiPjaCDgecGzXNllsJcFioVmWSoO5qsUoVfL-ayaZYpgKfpf7

DMS:http://www.aptchina.com/zhuanli/11162247/

TMOS:https://en.wikipedia.org/wiki/Time-multiplexed_optical_shutter

IMOD:http://baike.baidu.com/link?url=uX3-MCJ-He6bg7wqXnpKlHuK8YC6P3hXr7ZNRmTMSPhPVdhNEh-ezxs3BpsVwaNBOrl_8x7Xw7YivhCeekMFnq

DLP:http://baike.baidu.com/link?url=BkV5I8Pjgop8scGWiX2ZbE_0dyZJzTsjt7A7PuVSzaBWD8N2-Iyl0hF3-h2tvblMjZi3ALeD4o1LkFNl2vvMqq

 

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标签: CRT LED OLED Laser IMOD

评论:

HHPLow
2017-06-13 16:20
最近又转去看LCD相关的内容。高通的平台的LCD porting感觉没有什么技术可言,点亮去深入了解LCD,DSI,MIPI相关的内容。看着DSI spec,高通文档。网上的文章也没少看,转来转去,网上大多数文章也是转载来转载去,大多平都是一篇。
转了很久,还是回到了wowo这里,还是wowo写的好呀哈哈哈哈。
多谢wowo
wowo
2017-06-13 19:43
@HHPLow:多谢夸奖哈,不敢当啊!~~~

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