显示器分类：透射式、反射式、自发光式及更多其他类型

随着我们越来越多地被智能手机、数字标牌、计算机、电子阅读器、触摸屏设备、智能手表、电视机、平板电脑、交互式信息亭等数字设备包围，显示器在全球范围内的应用迅速激增。从LCD屏幕中的液晶到OLED显示器的有机层，再到纳米级量子点，显示器领域涉及无数的技术、材料和复杂的工程。今天，我们一起来看看显示器分类、各种显示器类型的工作原理以及它们之间的区别。

自发光式 Vs 非自发光式

所有电子显示器的共同点在于照明，也就是说，必须有一种光源来创建用户在设备屏幕上看到的数字图像。不同显示器类型的一个关键区别在于，显示器是基于自发光技术（自己产生光）还是非自发光技术（依赖于单独的光源）。

对于自发光显示器，显示屏中的每个像素都是一个发射器，这是一种在施加电流时能够输出光线的元件。举例来说，OLED显示器包含数百万个微型二极管，它们发出红光、绿光、蓝光或白光，结合在一起可以在屏幕上形成图像。自发光显示器包含以下多种类型，其中每个LED（发光二极管）都是一个像素：

• LED显示器，比如大幅面户外标牌和视频屏幕
• OLED显示器（有机LED，包括有源矩阵、AMOLED和无源矩阵、PMOLED），凭借高亮度、逼真色彩和高能效优点，已成为如今计算机和智能手机显示屏的一种常见技术
• MicroLED显示器，一种新兴显示技术，目前主要用于高端、超高分辨率电视，凭借超越OLED显示器的卓越视觉性能而在市场上赢得了一席之地

此外，LED及其同类型的更小型miniLEDs也可用于非自发光显示器，比如LCD显示器，用作背光灯从后面照亮显示器像素。

LCD显示器各层图示

 

OLED显示器各层图示

 

标准非自发光LCD显示器结构图示（上图），其中LED用于后续各层的背光照明，以及自发光OLED显示器结构图示（下图），其中有机LED的“发光层”为高分辨率图像产生光线，以确保在屏幕上能够观看到图像。（上图：FlatpanelsHD，下图：Android Authority）

OLED等自发光显示器得到普及的原因是所提供的出色视觉体验质量：“大多数自发光显示器都采用朗伯发射器，这意味着不同视角下的亮度相同，从而产生宽视角性能。基于自发光特性，显示器可以在环境光线不充足的条件下使用。由于在关闭状态下是完全黑暗的，自发光显示器往往具有非常高的对比度。”¹

等离子显示面板（PDP）是另一种自发光显示器类型，其使用微小的彩色荧光像素（红色、绿色和蓝色）在屏幕上形成发光图像。荧光来自等离子体，一种由电荷激发的气体。场发射显示器（FED）和真空荧光显示器（VFD，现已过时）也属于自发光显示器类别。

量子点（QD）显示器称为光电发射显示器。蓝色（或紫外线）背光照射QD半导体纳米晶体层，促使量子点发射纯基色光线。电发射（或电致发光）QD显示器目前仍处于实验阶段，其使用QD发光二极管（QDLED或QD-LED）。

LCD显示器和非自发光显示器

在非自发光显示器中，大多数都是液晶显示器（LCD），其将一层液晶分子夹在两个偏光玻璃薄层之间，其中配有光源，比如背光板或反射器，用于照亮像素。LCD显示器可以通过三种不同的照明配置运行，这使其适用于各种环境光条件：

• 透射式 – 来自背光源的光线穿过 LCD显示器。“LCD玻璃或面板起到‘光开关’的作用，其中来自背光源的光线根据液晶分子的移动方向穿过LCD单元。液晶分子的移动方向可以通过电场‘打开’或关闭。”² 背光源可以产生大量光线，使显示器图像变得明亮。然而，传统背光源通常消耗大量能源，因为即使没有显示图像内容，它们也始终处于“开启”状态（例如，电视机开启，但显示的是黑屏）。
• 反射式 – 环境光提供照明。通常情况下，将反光镜置于液晶层后面，用于接收光线，然后通过LCD将光线反射回来。这类显示器的优点是能耗低，并且即使在户外环境中，在明亮的阳光下也具有高度的可读性。LCD显示器可以是反射式的，例如：硅基液晶（LCoS）面板。但如今，最常见的反射照明应用是电子纸（e-paper）显示器。电子纸显示器上的图像是通过操纵带电的黑白粒子（最近出现了彩色粒子）创建的，但照明源来自反射的环境光。
• 透反式 – 将反射光源与透射光源组合使用。举例来说，LCD显示器包含一个半透明反射层（其允许背光在需要时透过）和一个反射层（每个像素带有一个孔洞，以在必要时反射环境光）。这使显示器能够根据环境光条件从反射模式切换到透射模式，以优化图像可见性，例如从白天转换到夜间。

反射式、透反式和透射式显示器的照明原理比较。（图片：New Vision Display）

其他非发光显示器采用不同的照明原理，包括：

• 光吸收 – 有些透明显示器采用光吸收方法。由于液晶是透明的，因此可以将不同强度的光线投射到透明的LCD面板上以创建图像。有些透明的增强现实（AR）和抬头显示（HUD）屏幕以这种方式工作。
• 光散射 – 有些透明显示器是由纳米粒子制成的，其可以选择性地散射光线以创建图像。此类显示器的应用包括零售橱窗和抬头显示（HUD）。举例来说，特殊的光散射透明薄膜的应用可以将任何玻璃表面变成显示器。

来自Lux Labs的光散射显示器，其使用一个窗口来显示一系列图像。

• 光衍射 – 不同于其他显示器，衍射式显示器不需要面板或表面来显示图像内容，其可以将全息图像投影（例如：通过激光）到空气中，激发分子，使光线衍射成可以从任意角度观看的3D形状。

显示屏的视觉分类；不同的照明原理以橙色字体表示。LCD显示器最常见的照明原理包括透射式、反射式或透反式。电子纸显示器也使用反射照明原理。透明显示器可以采用光吸收或光散射方法（例如：采用光吸收照明原理的LCD面板），也可以使用自发光显示元件。全息显示器通常依靠光衍射来创建3D图像。

反射式显示器技术可确保视觉健康

OLED等显示器技术在许多应用中很受欢迎，部分原因在于它们的出色亮度和对比度（在各种环境光条件下提供高度的可见性）以及生动逼真的显色性能。然而，一些医学专家担心强光（尤其是蓝光）对人体健康的影响。眼睛疲劳、昼夜节律睡眠模式中断等问题的出现部分归因于显示屏。

电子纸显示器在电子阅读器产品领域（例如：Kindle、Nook）变得流行起来的一个原因在于，反射技术对我们的眼睛而言不会那么累。³人类视觉经过逐步进化，能够感知到反射自我们周围物体表面的光线（例如，来自太阳光）。举例来说，一个红苹果在我们眼中看起来是红色，是因为所有其他波长的光（绿色、黄色、靛蓝色等）都被吸收，而只有红色波长光谱从苹果上反射到我们的眼睛中。电子纸显示器将光线反射到我们的眼睛，就像书本的印刷纸一样，因此我们的眼睛可以更自然地感知到这些光线。

Onyx BOOX Note Air新型电子阅读器设备，配备电子纸显示屏和触摸屏笔记功能。（图片：© Onyx)

新型反射式LCD（RLCD）显示器目前也在开发中，其充分利用用途广泛且具有成本效益的LCD技术及其完善的制造供应链，并利用反射技术（例如：来自前置照明技术) 的反射）来减少直接照射进我们眼睛的强光。

确保显示器的亮度、色彩和视觉性能

人类的聪明才智给我们带来了广泛的显示技术和照明方法。每种技术和方法都有其优缺点，并且在不同程度上适合各种显示器应用。所有电子显示器的共同之处在于视觉性能的先决条件：所有显示器都必须以最清晰且易读的形式向观看者呈现数字内容，同时在能源效率、制造成本等考虑因素方面取得良好的平衡。

显示器制造商在开发和生产过程中依靠视觉检测来确保显示器的质量和性能符合品牌标准和客户期望。为了实现最高检测效率和精度，采用亮度成像原理的自动化视觉检测系统可为任何类型的显示器快速提供经过标定的亮度、色度和缺陷数据。

无论显示器设备采用何种技术，瑞淀都可以提供专业知识和解决方案，用于对其进行测量。过去30年来，我们一直为显示器的自动化视觉检测提供行业领先的硬件和软件解决方案：从平板显示器到车载曲面显示器；从头戴式虚拟现实设备到透明HUD；从LCD电视机到自发光显示器，均可提供像素级和亚像素级测量。

瑞淀提供用途广泛的ProMetric^® 成像亮度计和色度计，包含一系列高分辨率传感器选项，可优化实验室环境和生产线上显示器自动化检测的准确性和速度。结合我们的 TrueTest™软件，瑞淀的ProMetric 解决方案使显示器制造商能够快速、轻松地识别缺陷，测量和校正均匀性，并评估多种视觉性能参数，以确保最终产品提供用户期望的使用体验。

瑞淀的显示器检测解决方案包括（从左到右）ProMetric® I成像色度计、ProMetric Y成像亮度计、TrueTest 软件（包含多个模块，适用于AR/VR设备和车载显示器等特殊应用）以及配备瑞淀FPD 锥光镜头的ProMetric I成像色度计，用于可靠评估显示器的视角性能。

 

引用文献

1. Roehrig, H., “Displays Chapter 2: Physical Characterization & Image Quality.” Displays for Medical Imaging, published by the Society for Imaging Informatics in Medicine, Krupinsky, E. Editor. (Retrieved July 15, 2021)
2. “What LCD Modes Mean: Reflective, Transmisssive, Transflective.” New Vision Display, March 14, 2017.
3. Casper, M., “Developments in New IT Products Using Reflective LCDs.” Presented at Society for Information Display (SID) Display Week 2020 Business Conference.