一、近代主流光电显示技术

1.1.光电显示技术路线

光电显示技术即把经过电子设备所输出的电信号转化为可视的图像，在当前的很多技术领域都有着很广泛的应用，发展的速度也很快，在信息产业中占有很重要的地位。随着经济和技术的发展，对其也提出更高的要求，现在已经是诸多生产生活中不可缺少的一部分。光电显示技术是几个学科之间的交叉综合，主流的技术路线有阴极射线管、液晶和等离子显示等。

1.2.三种主流光电显示技术特点和应用的比较

光电显示技术是不断的朝着更薄更轻更大、更方便的方向发展，主要发展方向和趋势就是平板化、大屏化和定制化，三种主流技术路线都是有优点也有缺点。

阴极射线管是最为大众所熟悉的一种光电显示技术，因为它最早投入应用，并且造价也比较低，随着时代的发展，它的体积太大，也太重，与当下人们之间的生活方式不相符合，愈发的不适合发展的需要。机身很薄，轻便耗能少的液晶显示器逐渐的走入了人们的视野，不仅在视觉上可以有更好的观感，而且还大大的节省了室内空间，液晶显示是现在应用最多的技术。

等离子体显示是比液晶显示还高一级的技术，它更加薄，也更加轻便，并且有着极好的分辨率，对画面可以做真全彩的展示，但耗电比较多，而且由于技术的原因造价也比较高，所以一直未能大规模落地应用。

1.3.主流显示产品分类

就目前的主流显示器市场而言，目前常见的显示技术包括LCD（液晶显示器）、激光显示技术、OLED（有机发光二极管显示器）、电泳显示器（又称E-ink显示器）、以及新兴的MicroLED（微型发光二极管）显示技术等，各种显示技术均具有其独特的特点及应用领域。

随着科技的发展和时代的进步，CRT显示器由于体积较大、功耗较高、寿命较短、刷新率较低等多种缺陷已经逐渐退出了历史舞台。PHP由于产品成本高昂，产业应用有限产品落地困难。液晶显示器和有机发光二极管显示器是目前应用领域最广的显示技术，电泳显示器主要用于阅读领域，而微型发光二极管显示技术是目前新兴的显示技术，还有很多问题亟待解决。

2.1.LED技术的发展历程

发光二极管是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，它在指示和照明领域应用广泛。

LED早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、简单显示板等，到现在已经广泛地应用于照明和显示领域。

进入21世纪以后，LED显示屏的生产成本的大幅度降低，LED显示屏得到快速的发展。LED显示屏有着可用时间长、可视视角广以及可以按照实际需求任意组装成需要的大小等等优点，被广泛应用于传媒领域、信息发布领域。

?车站、机场的车次航班的实时信息显示。目前国内的几乎所有的火车站、汽车站、机场都安装大型的LED显示屏，实时显示车次、航班的实时信息更新，提升了旅客的效率和车站等的智能化程度。

?道路交通信息显示。LED显示屏由于其可视化程度高，在公路上可以实时提醒司机前方的路况信息，为人们的出行提供了安全保障，成为了道路交通领域重要一部分。

?商场购物中心和广告媒体等信息显示和业务宣传。随着国内服务行业的发展，实时的广告信息和业务宣传也变得越来越重要，其可视化程度高、成本低廉己经成为在该领域不可替代的唯一媒介。

2.2.LCD和LED显示技术

2.2.1.LCD显示屏的结构及原理

典型的TFT-LCD显示的基本结构如下，在上、下两层玻璃基板之间夹一层液晶材料，形成平行板电容器，其中上玻璃基板贴有彩色滤光片，下玻璃基板则有薄膜晶体管镶嵌于上。上下两块偏光板的光学偏振方向互相垂直，即相位差为90°。背光模组用来提供均匀的背景光源。

以不加电压液晶面板为亮态(即常白态)为例，背光源发射出来的非偏振光通过下偏光板成为线偏振光，下玻璃极板上的薄膜晶体管用来对每个像素位置施加电压，以控制液晶转向。如果某个像素位置没有电压，由于晶体的旋光特性，该线偏振光的偏振方向将旋转90°，正好与上偏光板的偏振方向相同，则光线顺利通过，则该像素显示状态为亮。如果某个像素位置有电压，该像素区域的液晶的旋光特性将消失，通过液晶的光线的偏振状态不变，因此光线无法通过上偏光板，则该像素显示状态为暗。此外，因为上层玻璃基板与彩色滤光片贴合，彩色滤光片使每个像素包含红蓝绿三原色，从而使其呈现出某一特定的颜色，这些不同颜色的像素呈现出来的就是面板前端的图像。

2.2.2.OLED显示的结构及原理

OLED显示属于自发光显示技术，典型的有源矩阵有机发光二极管(ActiveMatrixOrganicLightEmittingDiode，AMOLED)显示的基本结构和显示原理如下。

在玻璃基板上通过喷墨打印、有机气相沉积或真空热蒸发等工艺，形成阳极、空穴传输层、有机发光层、电子传输层和阴极．当对OLED器件施加电压时，金属阴极产生电子，ITO阳极产生空穴，在电场力的作用下，电子穿过电子传输层，空穴穿过空穴传输层，二者在有机发光层相遇，电子和空穴分别带正电和负电，它们相互吸引，在吸引力(库仑力)的作用下被束缚在一起，形成了激子。激子激发发光分子，使得发光分子的能量提高，处于激发状态，而处于激发状态的分子是不稳定的，它想回到稳定状态，在极短的时间内，它放出能量回到稳定状态，而放出的能量就以光子的形式发出。由于ITO阳极是透明的，所以可看到发出的光。

不同的有机发光材料发出不同颜色的光，依配方不同，可产生红，绿，蓝三原色，构成基本色彩。AMOLED的每个像素都配备具有开关功能的低温多晶硅薄膜晶体管(LowTemperaturePoly-SiThinFilmTransistor，LTP-SiTFT)，通过TFT开关控制电流大小来改变器件发光亮度，从而实现对每个像素点的精确控制。每个OLED显示单元(像素点)都能产生3种不同颜色的光，从而可实现彩色显示。

2.2.3.QLED(量子点LED)显示的结构及原理

QLED显示也属于自发光显示技术，其机构与OLED技术非常相似，由玻璃基板、阳极、空穴传输层、量子点发光层、电子传输层、阴极等组成。量子点是一种无机半导体纳米晶体，其晶粒直径在2～10nm之间。

量子点的光电特性很独特，当受到光或电的刺激，量子点便会发出色纯度非常高的高质量单色光，光线的颜色由量子点的组成材料和大小形状决定。

量子点层夹在电子传输和空穴传输有机材料层之间，外加电场使电子和空穴移动到量子点层中，它们在这里被捕获到量子点层并且重组，从而发射光子。通过控制无机物成分和颗粒尺寸等行状来显示不同的颜色，从而实现画面显示功能的一种应用。

2.3.微型LED（MicroLED）显示

2.3.1.MicroLED显示

1.MicroLED显示原理

1)基本定义

MicroLED即微型发光二极管，一般指使用芯片尺寸为10～μm的LED发光单元组成高密度集成显示阵列，阵列中的LED像素点距离在10微米量级，每一个LED像素都能自发光。

它是将传统的无机LED阵列微小化，每个在10微米尺寸的LED像素点均可以被独立的定址、点亮。简单的讲，可以看作是小间距LED的芯片尺寸进一步缩小至10微米量级。MicroLED的显示方式十分直接，将10微米尺度的LED芯片连接到TFT驱动基板上，从而实现对每个芯片放光亮度的精确控制，进而实现图像显示。

作为固体自发光显示技术，MicroLED有着很多LCD、OLED无法比拟的优点，是一种可以直接跟OLED和LCD竞争的显示技术。其优点包括无需背光，光电转换效率高，宽色域，高亮度，非常黑的暗态，阳光下能见度好，功耗低而且寿命长。

MicroLED显示器的亮度大于cd/m2，对比度大于：1，响应时间在ns级。与LCD比较，MicroLED的功率消耗量约为LCD的10％、OLED的50％；与OLED比较，达到同等显示器亮度，只需要后者10%左右的涂覆面积。同时亮度能达到OLED的30倍，且分辨率可达PPI（像素密度），相当于AppleWatch采用OLED面板达到PPI的5倍之多。所以，仅从各项数据对比来看，MicroLED完全有机会取代目前的主流显示技术。

2)MicroLED显示的原理和结构

MicroLED的典型结构是一个PN结面接触型二极管，由直接能隙半导体材料构成，当对MicroLED施加正向偏压，致使电流通过时，电子、空穴对于主动区复合，发出单色光。MicroLED阵列经由垂直交错的正、负栅状电极连结每一颗MicroLED的正、负极，通过过电极线的依序通电，以扫描方式点亮MicroLED以显示影像。

3)驱动分类

从驱动方式上可以将MicroLED显示分为两大类:被动驱动和主动驱动，根据驱动方式不同，发光单元结构不同。1）使用倒装方式将LED倒装到CMOS驱动基板上则为主动驱动。2）使用内部金属连线将同一行(列)的N极相连，将同一列(行)的P极相连，将行列电极引到四周，然后外加行列控制器进行行列动态扫描，这种驱动方式为被动驱动。

?金属互联式-被动驱动

被动驱动的MicroLED显示像素单元需要外部通过对N/P电极施加行列扫描信号来实现图像的显示。此结构的单个LED是互相隔离的，因此需要使用ICP刻蚀到衬底，由于刻蚀深度达到5～6μm，后续进行金属连线时，金属线容易在深隔离槽处出现断裂。

?单片集成式与晶粒转移式-主动驱动

以主动方式驱动的MicroLED发光阵列采用单片集成或晶粒转移两种方式进行组装的。

单片集成:LED外延片被制成LED阵列(N×N个LED)，然后将阵列整体倒装到驱动基板上。这种结构一次可以转移多个LED发光单元，但是它无法解决彩色化问题，而从同一个基底有选择的生长出三种波长的发光材料目前是不现实的。

但晶粒转移技术为彩色化方案提供了可能。与单片集成不同，这种技术将LED刻蚀成单晶粒形状，其中晶粒大小在1～60μm之间，结合巨量转移技术进行晶粒到驱动基底的大批量转移并键合。短期由于巨量转移技术尚不成熟，使得这种方式成本比较高。

2.MicroLED显示关键技术和工艺

1)LED器件封装技术

LED器件封装有两条主要技术路线SMD技术路线和COB技术路线。SMD（SurfaceMountedDevices）技术路线是LED上游厂商完成外延材料和芯片制造，下游厂商完成各种LED器件的封装和LED显示产品的制造。由于SMD表贴灯珠为分立器件，在形成显示产品的过程中需高温焊接，受热冲击影响，降低可靠性；同时SMD表贴灯珠粘接力差，防护性能弱，在应用过程容易造成损伤，影响产品使用。因此SMD技术路线不适用于小间距LED显示屏的制造。

COB（ChipOnBoard）技术路线是将驱动IC焊接直接焊接在显示基板后表面上，LED晶元固定于显示基板的前表面，薄膜粘贴在显示基板前表面，LED晶元为普通红、绿、蓝LED发光芯片，实现集成封装。由阵列模组、显示单元的高精密度组装实现LED超大屏幕拼接显示。

由于COB集成封装技术更易于实现更小点间距、更高像素密度，是Micro-LED显示产业研究的主要热点方向。

2)转移技术

目前MicroLED量产的关键技术便是巨量转移技术，巨量转移指的是通过某种高精度设备将大量MicroLED晶粒或器件转移到目标基板上或者电路上。

3)彩色化技术

彩色化是MicroLED显示商业化的关键技术，现在主要彩色化方式有如下几种:UV/蓝光LED+发光介质法、三色RGB法、透镜合成法。

2.3.2.MiniLED显示

MiniLED是采用微米量级的LED晶体制作的背光模组，介于传统LED与MicroLED之间。保证了体积小的同时，具有异形切割特性，所以在生产难度较低，良率高。

MiniLED和MicroLED是两种类似的小间距LED显示技术，只是LED芯片尺寸不同。MicroLED的芯片大约在10μｍ（0.01mm）量级，而MiniLED则是在μｍ（0.1mm）量级。由于MicroLED巨量转移技术还未达到可批量水平，技术门槛相对较低的MiniLED显示得到了较快的发展。

LED矩阵化和微缩化的效果，除了芯片尺寸的大小，还取决于像素间距。小间距LED显示像素间距在2.0mm以内，像素Pitch值在0.9mm以上的可归类为小间距显示范畴，像素Pitch值在0.9mm以下转移用Pick-up方式的归类为MiniLED，超高密度小间距LED显示屏像素间距能达到0.8mm和0.5mm,目前能做到的最小像素间距在0.49mm。

MicroLED需要使用光刻技术的驱动基板，而MiniLED可以使用光刻技术的驱动基板，也可以使用BT板，甚至高精密玻纤板，因此不受面板厂的基板绑定。目前MiniLED显示产品得到蓬勃发展，索尼、三星及国内一些厂家均展出了MiniLEDRGB显示产品，预计年开始具备量产能力。

2.4.LCD\OLED\MicroLED\MiniLED显示对比

2.4.1.MicroLED与MiniLED显示的比较

LEDchip从现有的mm级别，缩小到十分之一的mm级别为MiniLED，缩小到百分之一的10mm级别为MicroLED。也有人用是使用SMT工艺还是使用巨量转移工艺作为MicroLED与MiniLED显示的区别。

2.4.2.LCD、OLED与MiniLED显示的比较

MicroLED\MiniLED与OLED均属于主动型自发光显示，光的利用率高。而LCD则是被动型发光显示，面板本身不发光，需要背光源提供光源。目前LED背光的LCD在市场上仍然占据主导位置。虽然有OLED新技术的产生，但液晶电视由于其细腻的解析度以及成熟的生产技术和普众的价格,目前以及以后几年也仍然会是主流。

作为被动式发光的显示器件，LCD光源利用效率及主观画质很难提升。因为LCD面板透过率只有3-8%，光源利用率低，亮度比较难做上去。面板的穿透率取决于开口率，影响因素包括像素之间的遮光罩、电极与彩色滤光板的穿透比例。因RGB4K分辨率的玻璃的像素点数量是FHD面板像素点的4倍，每个像素点对应一套遮光罩和TFT及电容\CF膜，到达4K、8K之后，每个像素点对应的开口率成倍减小，因此高解析度的LCD显示亮度更难做上去。

各显示技术的性能对比如下表显示，OLED、Mini-LED\MiniLED在亮度、对比度等画质方面优于LCD，但OLED在残影、寿命、解析度等方面较差。Mini-LEDRGB性能优异，但在尺寸上受限，PPI到达值低，观看距离要求较高。而MiniLED+LCD方案可以同时解决上述问题。

目前手机、电视行业迅速发展的OLED面板技术已经拥有诸多技术优势，如省电、轻薄、可弯曲等特点，但是其弱点也是非常明显的，如烧屏、寿命短等问题。只不过由于手机的寿命较短，用户换机时间一般在两年以内，影响较小；而电视用的大尺寸OLED面板面积大、使用寿命往往达10年，影响就较为明显。

MicroLED显示产品性能优异、应用领域广、市场需求驱动旺盛。但MicroLED量产需要具备可量产工艺技术、低成本的大规模生产、集成性强、技术、资源以及资本的整合等较高的门槛，而且高速和高良率巨量转移、键合及颜色均匀性问题是急需解决的难题。因此MicroLED显示在近期还无法形成主流显示技术。但其过渡产品Mini-LED显示结合8K技术及5G通讯技术，在技术及工艺上均得以实现，产品性能优异，有破壁OLED的趋势。

如今随着市场需求驱动以及技术迭代，显示技术已经由画质与内容的二代技术逐渐过渡到第三代。行业内众多厂家如三星、苹果、友达等已加大对三代显示技术的研发和投入。同时，随着第三代显示的需求推动和技术发展，MiniLED由于其优异的电流饱和密度、更高的量子效率以及高可靠性，已经成为目前技术的热点，在显示，VLC通讯等方面被广泛研究。

3.1.显示平板化

3.1.1.平板显示技术的结构及材料比较

平板显示因具有体积小、重量轻、功耗低、画质好等优点，已被广泛应用于电子仪表显示、车载显示、数码相机、智能手机、个人电脑、电视产品等领域之中。

TFT-LCD具有色彩逼真、画质清晰、轻薄节能等优点，在许多领域都有着广泛的应用。除TFT-LCD外，平板显示技术还包括有机发光二极管(OrganicLightEmittingDiode，OLED)显示、量子点发光二极管(QuantumDotLightEmittingDiode，QLED)显示、微发光二极管(Micro-LED)显示等新型显示技术。

3.1.2.平板显示的主要应用领域比较

3.2.显示大屏化

3.2.1.显示屏大型化的三种主流显示技术

3.2.2.当前主流大屏产品或解决方案

1.室内大屏幕电视产品

从产品创新层面看，对比度、色域、响应时间、功耗等一直都是屏幕创新的几个核心战场，所以高端中大尺寸产品支持WCG与高对比度为未来重要产品差异化，也是中大尺寸产品下一个关键技术创新。

当前室内大屏幕电视，还是以LCD屏幕为主，由于OLED应用于大尺寸还不成熟，而MiniLED背光的LCD为当前条件下的最佳解决方案。各厂家对此均进行了较大研发投入。MiniLED+LCD的形式由于可以做到OLED的性能并且做到高PPI高解析度，且技术成熟成本低，有望在年实现量产。

2.大屏幕拼接

大屏幕拼接显示系统近60%的成本由显示单元组成。显示单元可以分为背投拼接（DLP为主）和平板拼接（LCD、PDP为主）两大类产品，各有优劣。高端市场（例如：控制室）客户以政府部门为主，对于拼接效果的要求比较高，所以主要被以无缝拼接以及优质画质（相对LCD，画质不依赖于分辨率）为特点的DLP产品尤其是激光DLP产品牢牢把控。而中低端市场（例如：安防监控、会商、户外活动）客户对大屏幕的拼缝要求较低，所以主要被以高清、高亮、低价为特点的LCD产品控制。

3.2.3.大型显示屏应用的定制化趋势

“定制化”并非只是针对项目进行的项目定制开发，而是指在不同的应用需求方面，从以往的大产品概念满足所有需求的基础上，开发出针对细分市场的定制化产品。

通常LED显示屏下游应用可简单地分为户外、半户外和户内，但这种简单分类不能为LED显示屏厂家的产品布局及市场调查提供清晰的方向：

针对不用的应用特点、获利模式及项目模式，LED显示屏可分为传媒市场应用、租赁市场应用和小间距市场应用;

在产品设计上，传媒产品趋向大尺寸、前后维护等方向发展;租赁产品趋向框架式设计、压铸设计、快速安装、快速维护等方向发展;小间距产品则向尺寸比例、系统解决方案、P高清、高精度设计等方向发展。

4.1.LCD和MicroLED显示技术新进展

4.2.光电显示的现状和趋势

4.2.1.LCD显示经过多年发展，技术成熟，成本低廉，仍然在显示市场占据着主流地位

OLED显示具有画质优良、轻薄、功耗低、可柔性显示等优点，OLED显示技术的出现使显示行业摆脱了传统LCD的背光源，开创了自发光显示的未来发展方向。但是虽然目前OLED显示技术发展较快，但与LCD显示相比，其技术还不够成熟，OLED材料的稳定性以及封装密闭性技术还有待提高，而且OLED成本还很高，尚待新的技术和材料的继续突破。而LCD显示正通过MiniLED背光技术、量子点背光技术、纯色硬屏技术、柔性显示等技术创新来不断提高其综合性能，保持其主流地位。在相当一段时期内，LCD和OLED仍将还会共存于市场中，相互补充，激烈的竞争有望让消费者以更低的价格获得更好的显示效果。

4.2.2.具有经济性的MiniLEDRGB直显技术的量产大概率在近两年内将会有突破性进展

MiniLED和QLED显示这两种自发光显示技术，在理论上较OLED显示拥有更好的颜色表现、更久的工作寿命等优势。

MiniLED可以做LCD的背光，也可以直接拿来做显示屏，目前MiniLED直显还面临主要困难还是成本较高，目前主要在高端酒店会议庆典等商用租赁、大型会议室视频显示和更高端的裸眼3D、AR和VR应用等场景开始试用推广。MiniLED直接制作显示屏分辨率必须够高，使人眼在观看距离内无法看出MiniLED的颗粒来。年以来，MiniLEDRGB直显的技术进步明显，国内部分领先厂商的LED芯片尺寸可以做到μｍ×μｍ，像素间距已经可以做到0.5ｍｍ。

4.2.3.年是MiniLED背光+LCD产品量产的元年，MiniLED技术应用当前已经具备经济性

1.高动态范围以及削弱的光晕效应是MiniLED带给LCD突出的优势

目前的LED背光的芯片尺寸大，导致了在黑白像素之间漏光比较严重，这种现象称为光晕效应。MiniLED技术跟普通的高亮度LED相比，MiniLED发光效率会差一点,但是它的耗电量跟普通高强度的LED比较不会差太多,目前发光效率比较低的问题可以通过（分区调光）来补偿。分区调光是指根据需要把MiniLED显示屏的背光划分为几百到几万个区域，每个区域对应多个像素点，且各区域的亮暗可以独立控制。这样做，显示屏的明暗对比度能够提升到跟OLED一样的１：１。对于图像暗的区域，MiniLED就设定在关闭状态。如果图像需要特别明亮，比如烟花，那么我们可以增大这个区域MiniLED的亮度。如此一来，不但明暗对比度大大提升，而且可以省电3到4倍。在TFT驱动的MiniLED背光源上面加一个散光膜，就可以获得均匀的背光。

2.MiniLED背光技术的接受程度比MicroLED更高

一个MiniLED控制大概30个LCD的像素，而人在某一距离下观看时，肉眼分辨率有限。利用这个原理，加上最佳的区域划分数目，我们可以将光晕效应压制到最低程度，达到和OLED一样出色的表现。此外，MiniLED的亮度、明暗对比度、色彩饱和度，都可以让LCD的动态范围提升百倍甚至好几千倍。而MiniLED比MicroLED更容易制造，良率更高，技术上已经证明可行。所以MiniLED是LCD此一轮发展的进化核心动力，这种升级将使得LCD如虎添翼。

年以来MiniLED显示产品密集发布，苹果、TCL、海信、华硕、群创、友达、京东方等巨头纷纷推出MiniLED背光或类似技术的电视、显示器、VR和车载显示等终端产品。

3.在移动显示的应用范围里，MiniLED的高动态范围、高色彩饱和度、长寿命和省电等特点非常重要

随着5G网络及工业4.0时代的到来，互联网+、物联网、人工智能、虚拟现实及增强显示等新技术的出现，对平板显示提出了更高的要求，这必将推动平板显示技术的快速发展和更加广泛的应用。

近年来的各类展会中，友达、京东方、天马和JDI都不约而同地展出MiniLED样机，包括游戏显示、智能手机、车载显示和VR等。据媒体报道，苹果最快将在年第四季度至年一到二季度分别推出配备MiniLED显示屏的iPad与MacBook。

4.2.4.未来的光电显示市场，MiniLED背光的LCD和OLED各自发展，长期共存

现在OLED最大的优势是柔性可折叠，但是柔性LCD也呼之欲出，友达、群创和JDI的可弯曲屏早已问世，只是没有量产。现在英国的FlexEnable公司把OLED（有机液晶显示技术）这种可卷曲的OLED技术转让给了中国的信利，再加上可以做在塑料基板上的MiniLED，MiniLED背光的柔性LCD指日可待。LCD技术汇纳百川，各种先进的背光技术都用得上，刚开始是CCFL，然后进步到LED、量子点，现在又把LED变成MiniLED分区调光，解决了LCD升级换代的各种瓶颈，让LCD的性能又上了一个新台阶。

OLED、LCD和MiniLED都是TFT技术，所以不会像当初LCD彻底取代CRT和PDP那样，而是会共存，有些应用对LCD更适宜，但有些应用也许对OLED或者MicroLED更有利。

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