作为信息呈现的重要载体，显示设备已经成为现代生活中不可或缺的一部分。随着消费电子设备的更新迭代，各类显示技术如雨后春笋般涌现。通常，现代显示技术中可以分为被动发光和主动发光两大类。本文将依据这两种分类，深入探讨几种主要显示技术的工作原理，分析不同颜色呈现方式带来的优缺点，从而更好地理解它们的区别和适用场景。
▲ 被动发光和自发光显示代表：LCD与OLED面板
作为被动发光显示的代表，液晶显示（Liquid Crystal Display，LCD）最初应用于电子手表、计算器等小型设备。随着薄膜晶体管液晶显示（TFT-LCD）技术的出现，LCD的画质和性能显著提升。而LED背光源技术的引入，提高了LCD的对比度和色彩表现，使其被广泛应用于笔记本电脑、桌面显示器和电视等设备中。
▲ 反射式LCD
LCD主要由背光源、偏光片、液晶层、玻璃基板和彩色滤光片组成。直下式背光源位于显示面板的背面，负责提供均匀的白光，常见的有冷阴极荧光灯和LED。白光通过第一偏振片变成定向的偏振光进入液晶层。液晶是一种兼具液体的流动性和晶体的各向异性的特殊物质，其排布方式受到外加电场的影响。LCD显示的核心原理即通过对液晶分子施加电压，改变其分子取向，从而使入射光线依据液晶分子的光学特性改变偏振方向。液晶层位于涂有透明电极的玻璃基板之间，当没有施加电压时，液晶分子呈螺旋状排列，光线偏振方向旋转通过第二偏振片；当施加电压时，液晶分子根据电压大小重新排列，调整光线的偏转方向，从而控制通过第二偏振片的光线强度。出于图像质量和光线损耗的考虑，在光线被液晶层调整后，每个子像素通常需要通过特定的红、绿、蓝滤光片生成所需的颜色，再通过第二偏振片，从而获得最后的彩色图像。
▲ LCD面板结构示意图
LCD显示技术经过长期发展，生产工艺已经非常成熟，整体生产成本较低。LCD显示技术使用的液晶材料和背光源相对稳定，不易老化，具有较长的使用寿命。在屏幕亮度方面，LCD可以直接控制背光源亮度进行调节，相比于OLED在低亮时只能采用脉宽调制（PWM）方式调节具有一定的优势。这些优点使得LCD在商用显示屏、监控设备等需要长时间稳定运行的场景得到广泛的应用。但是，LCD显示图像时，背光源始终需要开启，即使显示黑色时液晶分子完全阻挡光线，仍会有少量光线漏出。因此，相比于OLED显示，LCD难以实现绝对的黑色，从而导致对比度较低。在响应速度方面，因为液晶分子在电场作用下改变排列需要一定时间，导致LCD在显示快速运动图像时可能出现拖影现象。
量子点发光二极管（Quantum Dot Light Emitting Diode，QLED）是一种基于量子点技术的显示方式，主要由三星等公司推动。QLED是LCD技术的一种改进，通过在背光源和液晶层之间加入量子点薄膜，以提高显示器的色彩表现和亮度。
QLED显示的主要结构与传统LCD相同，但是通常使用蓝光LED作为背光源，并且在背光源和液晶层之间加入一层量子点薄膜。量子点是一种纳米级的半导体微粒，具有量子效应。在电场或光的激发下，量子点可以发出非常纯净的单色光，颜色由量子点的大小决定。蓝光LED背光通过量子点薄膜时，部分蓝光被量子点吸收并重新发射出红光和绿光，再通过液晶层、彩色滤光片和偏振片而生成图像。
▲ QLED显示面板结构示意图
量子点技术不仅能够提供非常纯净的单色光，还提升了显示器的发光效率，因而在传统LCD优点的基础上，QLED显示器还具有更广的色域和更高的亮度。但是，由于传统LCD结构的问题，QLED显示器仍旧存在无法显示绝对黑色和视角受限的缺点。
小型发光二极管（Mini Light Emitting Diode，Mini LED）是一种改进的背光技术，通过使用更小的LED颗粒作为背光源，提升LCD显示效果，尺寸通常在100至200微米之间，介于传统LED和Micro LED之间。
Mini LED显示同样采用与传统LCD相同的结构，其改进的部分主要集中在背光源。将成千上万颗Mini LED背光源分成多个独立的控光区背光源，通过导光板均匀分布到屏幕，结合局部调光独立控制每个区域的亮度，从而实现更高的对比度和更精准的亮度调节。
▲ Mini LED显示面板结构示意图
在实现绝对黑色并拥有更加细腻、真实色彩的基础上，Mini LED显示还具备传统LCD寿命长、可靠性高的优点。但是，Mini LED技术同样具有明显的劣势。在厚度、重量上，Mini LED屏幕面板与主流的有机发光二级管（OLED）显示技术仍有差距；受制于控光区的数量和排列，其控光精细度仍有上限，无法做到与OLED显示像素级控光；Mini LED技术的成本高于传统的LCD和OLED技术。这些优缺点使得Mini LED在使用年限长的中大型尺寸显示器中具有更大的优势，而在小型高像素密度的移动设备屏幕中仍无法取代OLED显示技术。
有机发光二级管（Organic Light Emitting Diode，OLED）是一种基于有机材料的自发光显示技术。凭借着色彩鲜艳、高对比度、广视角的显示效果，OLED成为与LCD竞争的主流显示技术，尤其在移动显示端，OLED显示技术正逐渐取代LCD而成为高端设备的首选。
OLED显示器主要由基板、阳极、有机层和阴极组成，有机层主要包括包括空穴注入层（HIL）、空穴传输层（HTL）、发光层（EML）、电子传输层（ETL）和电子注入层（EIL），其中最关键的发光层由红、绿、蓝有机发光材料组成。
▲ OLED显示面板结构示意图
当电流通过显示器各个像素时，外加电压使得阳极和阴极分别注入空穴和电子。空穴和电子分别通过HIL、HTL以及EIL、ETL到达发光层并复合。电子从高能态跃迁到低能态，以光子的形式释放能量，根据发光层中不同有机材料的间隙发出不同颜色的光。通过控制每个像素的电流，调节每个红、绿、蓝像素的亮度，从而形成彩色图像。
与LCD不同的是，OLED无需背光，通过每个像素的独立控制可以显示纯黑色，不仅有利于节能，还能实现高对比度。在响应速度方面，OLED显示器的有机材料在电流作用下能够迅速发光和熄灭，显示快速运动的图像时不会出现拖影现象，适合用于游戏和视频的高质量播放。但是，OLED显示器使用的有机材料特别是蓝色有机材料，使用寿命较短，容易老化，在长时间显示同一个静态图像时可能导致某些像素颜色和亮度发生变化，最终形成永久性的残影，即烧屏现象。此外，OLED显示器的制造工艺要求高精度的真空蒸镀设备和复杂的有机材料涂布工艺，这些都增加了生产成本，从而限制了OLED在更多场景的应用。
微型发光二极管（Micro Light Emitting Diode，MicroLED）是一种新兴的自发光显示技术，被认为是未来显示技术的发展方向。MicroLED显示器以微型无机LED作为像素，通过微缩化和矩阵化技术将LED光源进行薄膜化、微小化、阵列化、集成化，具有自发光的特性。
MicroLED显示器由大量红、绿、蓝的微型LED晶粒组成，这些晶粒的尺寸通常在几微米到几十微米之间。通过电流的变化控制每个像素的独立发光强度和颜色，从而形成各种图像和视频。
▲ Micro LED显示的背板示意图
MicroLED显示器具有非常高的亮度，可以达到几千尼特甚至更高。即使在强光环境下，它也能提供清晰可见的图像。由于每个像素独立发光，可以实现近乎绝对黑色和无限对比度。结合高亮特性，无论场景亮暗，MicroLED显示器都能提供出色的图像质量。此外，由于MicroLED显示器由无机材料构成，其使用寿命具有明显的优势。但是，现阶段 MicroLED还有许多技术瓶颈有待突破，如芯片制造、巨量转移、检测修复等，导致其制造成本高、工艺复杂，尚未广泛普及。随着相关技术的进步，MicroLED有望在更多领域得到应用。
从LCD到MicroLED，现代显示技术经历了巨大的变革与迭代。每一种技术都有其独特的优势和局限，推动着显示行业不断向前发展。被动发光显示技术（如LCD和QLED）通过背光源提供光线，具有成本低、能效高的优势，但在对比度和视角方面表现较差。主动发光显示技术（如OLED、MicroLED）通过像素自发光，具有出色的对比度和色彩表现，但制造成本高、工艺复杂。这些技术适用于不同的应用场景，了解它们的工作原理和特点，能够在选择显示设备时做出更适合的判断。相信随着信息产业的不断发展，未来显示技术将会更加多样化，从而为用户提供更优质的视觉体验。
