一文讲透LCD、OLED、QLED、microLED

过去的大显示屏技术，LCD液晶显示器才开始取代传统CRT、等离子和采用投影技术的设备而逐渐占主导地位。当时OLED也已经兴起，却因一些技术上的不足而受到限制，通常用于可穿戴设备、智能手机和其他小型和(或)“一次性”电子设备中。

接下来的十年，从某种意义上来说技术的发展是完全可以预见的。屏幕越做越大，像素密度(即给定屏幕尺寸的分辨率)也越做越高。

LCD

LCD （ Liquid Crystal Display 的简称）液晶显示器。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。

LCD已经替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，并已充分普及。

LCD技术的基本优势在于它长寿，或者说在于它成熟，因为它已经蓬勃发展了几十年(也可以说超过一个世纪，看从什么时候开始算)。我从2010年的文章中拷了几张图和一些文字来简单回顾一下LCD技术。

图1：传统的LCD像素结构很容易理解，但是这种结构发生极小的变化都会使结果产生很大的差异。向眼睛提供色彩最常见的方法是RGB子像素三元组，也有许多其他方法，例如左图中的PenTile排列。

通常，两个平行偏振片的偏振方向垂直，这阻挡了光的传输，从而产生可感知的黑色像素阵列。但ITO(氧化铟锡)可提供足够强的电场来改变中间液晶的调制特性，并转化为不同强度的透光率。

有源矩阵LCD使用TFT(薄膜晶体管)矩阵技术，每个像素至少分配有一个晶体管，以实现精确的列线到像素的相关性。显示控制器激活行线之后，将驱动列线上相关像素的电压。利用目前使用较多的扭曲向列型(TN)LCD，随着所施加的电压不断变化，液晶元件发生不同程度的扭曲，与偏光镜相互作用后可通过不同量的光。精确的电场控制与刷新模式调制技术相结合，可以生成任意值的每像素灰度。平面转换(IPS)LCD的出现满足了显示器用户对改善视角、更深的黑色及其他增强功能的要求。IPS LCD水平对齐液晶单元，并通过晶体端部对每个像素施加电场，每像素需要两个晶体管，这使得IPS技术比TN技术更加昂贵。

不断变化的扭曲和刷新调制技术使LCD能够动态校准每个像素的亮度，从而在范围极值之间产生纯黑、纯白和灰色阴影。子像素是LCD从白色背光源中产生颜色的关键。例如，传统VGA(视频图形阵列)分辨率面板307,200个像素中的每一个都包含三个近距离子像素，每个子像素具有相关联的红色、蓝色或绿色滤光镜，只有可见光谱部分才能通过。对子像素的选择性控制产生了纯色像素的错觉，抖动进一步欺骗眼睛和大脑，从而扩大了感知色调。

OLED

OLED 在手机OLED上属于新型产品，被称誉为“梦幻显示器”。

OLED属于一种电流型的有机发光器件，是通过载流子的注入和复合而致发光的现象，发光强度与注入的电流成正比。OLED在电场的作用下，阳极产生的空穴和阴极产生的电子就会发生移动，分别向空穴传输层和电子传输层注入，迁移到发光层。当二者在发光层相遇时，产生能量激子，从而激发发光分子最终产生可见光。

有机发光二极管（OrganicLight-Emitting Diode，OLED），又称为有机电激光显示、有机发光半导体（OrganicElectroluminesence Display，OLED），是指有机半导体材料和发光材料在电场驱动下，通过载流子注入和复合导致发光的现象。 

一般而言，OLED可按发光材料分为两种：小分子OLED和高分子OLED（也可称为PLED）。 

从器件结构上进行分类

OLED，是一种有机电致发光器件，由比较特殊的有机材料构成的，按照其结构的不同可以将其划分为四种类型，即单层器件、双层器件、三层器件以及多层器件。

从驱动方式上进行分类

OLED按照驱动方式来划分，一般分为两种，一种是主动式，一种是被动式。主动式的一般为有源驱动，被动式的为无源驱动。在实际的应用过程中，有源驱动主要是用于高分辨率的产品，而无源驱动主要应用在显示器尺寸比较小的显示器中。

从材料上进行分类

构成OLED的材料主要是有机物，可根据有机物的种类划分，一种为小分子，另一种是高分子。这两种器件的主要差别在制作工艺上，小分子器件主要采用的是真空热蒸发工艺，高分子器件采用的是旋转涂覆或者是喷涂印刷工艺。

OLED是一种利用多层有机薄膜结构产生电致发光的器件，它很容易制作，而且只需要低的驱动电压，这些主要的特征使得OLED在满足平面显示器的应用上显得非常突出。OLED显示屏比LCD更轻薄、亮度高、功耗低、响应快、清晰度高、柔性好、发光效率高，能满足消费者对显示技术的新需求。全球越来越多的显示器厂家纷纷投入研发，大大的推动了OLED的产业化进程。

OLED显示技术与传统的LCD显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板(或柔性有机基板)，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著的节省耗电量。

三星是“LED电视”这一营销用语滥用的“罪魁祸首”，恕我直言，我猜这可能是因为三星想要模糊其LCD和OLED显示器的区别。彼时其主要竞争对手LG刚开始加大OLED的促销力度(三星在2010年推出Galaxy S系列，成为首批采用OLED的智能手机制造商之一)。实际上，这两种技术是完全不同的，OLED具有自发光特性(用一个更文雅的术语就是“发射性电致发光”)，显示屏根本不需要单独的背光。

图2：LG在CES上展示了一系列弧形OLED显示屏。(图片来源：David Benjamin)

您可能认为OLED没有背光所以功耗会比LCD同类产品更低，嗯，您是对的……只不过是有时候。再次引用我2010年关于OLED报道，“当以黑色显示为主时它们提供了极佳的功耗;但当以浅色显示为主时，例如常见的在浅色或白色背景上显示深色文本，它们的电池消耗可能会显著高于LCD/背光组合。”这也解释了为什么Android、Chrome OS、iOS及相关应用程序多采用“暗”显示模式。

QLED

QLED是Quantum Dot Light Emitting Diodes的缩写，是将量子点（量子点（Quantum Dots）是一些肉眼无法看到的、极其微小的半导体纳米晶体，是一种粒径不足10纳米的颗粒）制作成量子点薄层，并将该层置入于液晶显示器(LCD)的背光模组(BLU，Backlight Unit)中以期相较于未使用量子点薄层的液晶显示器更能降低背光亮度落失及RBG彩色滤光片(Color filter)的色彩串扰(Cross talk)，进而得到更佳的背光利用率及提升显示色域空间(Color gamut)的优点，而此种方式的应用也同样使用于拥有彩色滤光片设计的白光，蓝光或紫外光(UV)的有机发光二极管(OLED)显示器或电视设备。

几年前，三星在CES上展示了基于QLED的原型，现在它已有多种型号投入生产。由于相似的命名，你可能很自然地认为“QLED”是“OLED”的变体，事实上这两种技术是完全不同的。首先，QLED不会自发光，它像LCD一样，需要补充背光(因此名称中包含“LED”)。但是，它用称之为“量子点”的结构代替了LCD的液晶矩阵(因此名称中有表示量子点的“Q”)。引用维基百科的解释：

量子点(QD)是尺寸只有几纳米的微小半导体粒子，具有与较大的LED粒子不同的光学和电子特性，是纳米技术的核心主题。很多类型的量子点在被电或光激发时会发光，其频率可以通过改变量子点的大小、形状和材料来精确调整，从而实现多种应用。

量子点的特性介于体半导体(bulk semiconductor)和离散原子或分子之间。它们的光电特性随尺寸和形状而变化。直径为5~6nm的较大QD发射较长波长的光，产生橙色或红色等颜色;较小的QD(2~3nm)发射较短波长的光，产生蓝色和绿色等颜色，具体的颜色和尺寸根据QD的不同组成而变化。

microLED

Micro LED是新一代显示技术，比现有的OLED技术亮度更高、发光效率更好、但功耗更低。2017年5月，苹果已经开始新一代显示技术的开发。2018年2月，三星在CES 2018上推出了Micro LED电视。

资料显示，microLED比现有的OLED技术亮度更高发光效率更好、但功耗更低 。

“microLED”听起来不像“QLED”，更不像“OLED”，但从概念上讲它实际上更接近三星的这两种技术。三星曾推出一款146英寸的microLED大显示屏，这绝对可以称之为“The Wall(墙显示屏)”，今年又新推出了更合消费者胃口(虽然很勉强)的75英寸型号(当然，随后还会有更大的219英寸型号)。下面是我在三星新闻稿中发现的最有趣的叙述：

由于Micro LED具有模块化特性，该技术可提供屏幕尺寸的灵活性，使用户可以定制屏幕尺寸以适应任何房间或空间。通过添加Micro LED模块，用户可以将显示屏扩展到他们想要的任何尺寸。Micro LED的模块化功能未来还允许用户创建9×3、1×7或5×1等不规则尺寸的终极显示屏，以满足其空间、美学和功能需求。

Micro LED显示技术是将LED结构设计薄膜化、微小化与阵列化，尺寸仅约1~100μm等级，但精准度可达传统LED的1万倍。此外，Micro LED在显示特性上与OLED类似，无需背光源且能自发光，唯一区别是OLED为有机材料自发光。目前OLED受各大厂商青睐，是因为在反应时间、视角、可挠性、显色性与能耗等方面均优于TFT-LCD，但Micro LED更容易准确调校色彩，且有更长发光寿命和更高亮度，有望继OLED之后，成为另一项推动显示品质的技术。

在发光效率上，Micro LED需要将衬底移除，留下3~5μm的薄膜磊晶，光线直接射出，出光效果优于其他显示技术。此外，Micro LED采用半导体微细加工技术，可将芯片尺寸控制在微米级别和高画质，如果巨量转移技术进一步突破，Micro LED在画质上能够实现高ppi，若应用在手机和穿戴装置等中小尺寸显示萤幕上，优势将十分明显。

无论屏幕的大小和形状如何，三星的Micro LED技术还可以优化内容。即使多添加几个模块，三星的Micro LED显示屏也可以进行缩放以提高分辨率，同时保持像素密度不变。此外，Micro LED可以支持从标准的16：9到21：9的宽屏幕电影，甚至支持非常规长宽比(如32：9，甚至1：1)的所有内容，而图像质量不打任何折扣。

最后，Micro LED显示屏不带挡板，即使添加更多的模块，模块之间也没有边框。这种无缝技术可以实现令人惊叹的无边泳池的效果，使Micro LED显示屏可以优雅地融入任何生活环境。

那么，microLED到底是什么?这次我可以说它与OLED一样，具有一个自发光结构(无背光)。然而，它本质上是无机的(还没有想到吗?“OLED”中的“O”表示“有机”)。下面是来自维基百科的解释：

microLED显示器由形成各个像素元件的微缩LED阵列组成。与广泛使用的LCD技术相比，microLED显示器具有更好的对比度、响应时间和能效……与传统LCD系统相比，OLED和microLED都能大大降低能耗。与OLED不同，microLED基于传统的GaN LED技术，提供比OLED产品高达30倍的总亮度，以及更高效的效率(以lux/W衡量)。

此外低功耗也是Micro LED一大优势。现有的显示萤幕耗电量大，续航问题是手机产业的痛点，而无需背光模组的Micro LED既能解决痛点，又能满足产业对高显示效果和产品性能的追求。

最后，超高亮度和奈秒级反应速度是Micro LED最大特性。在户外太阳光直射下，显示亮度至少需2,000 nits以上，但传统的LCD技术由于出光效率极低，因此显示效果较不理想；相较之下，Micro LED可轻松达到10,000 nits以上。在对比度方面，Micro LED每个画素是由若干个微型LED构成，理论上对比度可达到无穷极。至于反应速度，则是LCD的10倍。

然而，目前Micro LED仍面临层层技术瓶颈，包括磊晶与芯片、转移、全彩化、电源驱动、背板及检测与修复技术六大面向。过去普遍认为最大瓶颈是转移技术，但随着各种转移方案陆续问世，如Pick & Place转移、流体组装、雷射转印，以及滚轮转印等，可预期未来还会有更具成本竞争力的技术方案出现，将有机会加速Micro LED的开发进程。