顯示器技術的演進：對CRT到microLED的未來

佇現代的生活，逐所在攏看會著逐種無仝款的顯示器，親像手機仔、平板、智慧錶仔，抑是電視電腦的螢幕，遮个顯示器寸尺有大有細，共通點就是伊顯示的畫面會當隨時變換，這款特質予伊比白紙烏字閣較適合用佇電腦資訊的顯示介面，或者是講，咱有隨時顯示無仝資訊的需求，工程師siăn-pái選擇用電來控制，才發展出遮个螢幕類型。這篇文章主要會𤆬逐家回顧過去的顯示技術，紹介無仝技術是按怎顯示畫面？有啥物技術限制抑是欠點愛解決？尾仔會介紹目前逐家當咧研究的micro-LED，以及伊猶有啥物難關愛克服，閣有伊特別的創新應用。

• 映像管螢幕（CRT）

欲介紹顯示器，咱會當對上源初的CRT講起。1857年，德國物理學家Heinrich Geissler佇完全封密的玻璃管內底灌少量（~10^-3 atm）氣體（像講He、Ne），閣佇兩爿灌足懸的電壓，發見講規枝管會發光；英國物理學家William Crookes繼續共管內底的氣壓抽甲賰千萬份一的大氣壓，就干焦陽極彼爿玻璃壁會發光；經過閣較深入研究，物理學家知影有物件對陰極射出來，就共號做「陰極射線」。

後來物理學家就繼續實驗，發現這个射線的方向會予磁場影響。CRT螢幕簡單講就是共頭前講的陰極射線管的長度搝予長，陽極彼爿做予較闊，用電信號控制電子射出去的路徑方向。電子若去挵著陽極彼爿壁面頂的螢光材料就會發光，這就是螢幕號做「螢」幕的由來。

CRT顯示器結構簡圖

因為CRT螢幕是用電信號控制磁場來改變電子發射的方向，所以咱看古早的螢幕攏厚tuh-tuh閣重hoaiⁿh-hoaiⁿh，而且發射電子用著的電大部份攏變做熱，電換光的效率閣無夠懸。後來新的顯示技術出來，CRT沓沓仔就hông取代去矣。

• 液晶顯示器（LCD）

液晶顯示器看伊的名就知影是用「液晶」來控制畫面。液晶材料是介在液體佮固體之間的物質，伊的分子佇自然的狀態有固定的排列方式；若對伊加電壓，伊的排列會改變。液晶螢幕的結構分做幾若層，上主要的有backlight、液晶材料佇兩片偏光片之間，閣有RGB三色的濾光片。液晶本身袂發光，真正咧發光的是backlight，啊液晶佮偏光片藉著驅動電壓，就若像鱟百冊會當控制有偌濟光迵過。液晶顯示器就用按呢來控制逐个pixel的RGB光度變化，就顯出多姿多彩的畫面。

TFT-LCD螢幕分層簡圖

因為伊的工作原理，LCD佮進前的CRT比起來是較輕閣較薄，而且backlight一般是用LED電火，較袂有廢熱。因為LCD會當做甲真輕真薄，所以除了𫞼佇遐的電視佮電腦螢幕以外，嘛誠適合做隨身電腦佮手機仔的顯示器。檢采CRT的問題有改善矣，猶毋過LCD本身有新的問題。照理來講，螢幕欲顯示烏色就是用液晶共backlight的光閘起來，毋過現實的情形液晶無法度完全閘光，致使講烏色無夠烏。這个問題的根源除了液晶本身，上根本的源頭是規塊面板的backlight。無論顯示啥物畫面，傳統的backlight攏是規个光光，所以LCD工程師有針對backlight改良，共規个螢幕切做無仝區域，控制隨个區域的光佮暗，按呢烏色的區域就會當比原來閣較烏，畫面的對比度就會當閣提升。

• 有機發光二極體（OLED）

佇1956年，科學家發現有一寡有機分子過電會發光，毋過需要足大的電壓閣無偌光；一直到1987年，Kodak公司的鄧青雲佮Steven Van Slyke頭一个提出雙重有機材料結構的有機發光二極體（organic LED，簡稱OLED）。濟濟科學家紲接落去研究無仝色對應的有機分子，提升OLED的效率、改善製程。後來有公司開始共OLED挈來做顯示器。

OLED結構佮原理簡圖

因為OLED會當家己發光，灌電發出來的光會當直接出來，免像LCD著閣經過遐的光學膜，所以若欲仝款的光度，OLED食電較省。閣OLED製程溫度較無遐懸，所以甚至會當做佇塑膠膜頂懸，規个顯示器會當拗彎，就會當有閣較濟無仝應用，親像有的電腦螢幕若橫方向做較闊會予伊彎曲，若顧慮著一寡光學的性質，pixel會當家己發光是較好勢。閣OLED顯示器整個較薄LCD，所以這馬手機仔抑是智慧錶仔的螢幕差不多攏是用OLED顯示器矣。總是，OLED的材料是有機分子，佮無機晶體比起來是較無擋頭，OLED溫度嘛袂堪得傷懸，溫度傷懸遐的有機分子就會變質，火就化去矣。

• 微型發光二極體（micro-LED）

頭前講著的OLED佮一般咱咧講的LED，發光的原理攏是電子佮電洞佇材料內底重結合，干焦精差佇有機材料佮無機材料形成的能階結構無仝，詳細的過程嘛無仝。咱佇外口看著大面的電子顯示牆，若詳細共看就會看著一粒一粒的LED珠仔，毋過咱通常攏徛足遠看，所以LED珠仔的寸尺無遐要求。總是咱若要求欲共LED挈來做電視、電腦，甚至是手機仔、智慧錶仔，按呢LED珠仔的寸尺就愛縮甲較細100微米，這號寸尺的LED就共號做microLED。

咱共microLED挈來做顯示器，仝款有OLED遐的優點，閣因為microLED本身是無機的半導體材料，所以佮OLED比起來伊較光嘛較長歲壽，伊正常運作的溫度範圍嘛較闊。因為microLED比OLED閣較光，所以佇室外的顯示效果比LCD佮OLED閣較好；因為伊佇足熱足寒的環境猶會當正常運作，所以車內的顯示螢幕嘛足適合用microLED來做。

檢采microLED有遐濟優點，毋過伊相關的技術猶未發展甲成熟，嘛猶有一寡問題愛解決。因為microLED面板主要是驅動電路佮LED晶粒組成，這兩个部份是分開做，到尾仔才共合做伙。毋過一塊螢幕有規百萬粒pixel，一个pixel內底閣有RGB三粒sub-pixel，若一粒一粒沓沓仔種，時間成本是算袂和，所以目前有發展出一寡大量徙栽的技術，會當做一改共規區的microLED攏種起去面板電路面頂，總是實際的良率猶閣愛繼續進步。目前的大量徙栽技術毋是包成功的，所以愛閣想辦法共徙栽失敗的pixel位置掠出來閣補救。目前主流的做法是佇面板電路基板留ió-bih空位，第一改大量徙栽了，會送去檢查看有啥物位置的LED袂光，共遮个徙栽失敗的點記錄落來，就閣補新的，種佇ió-bih的位，用按呢提升面板pixel的良率。

除了咱一般看會著的螢幕、手機仔、錶仔這款顯示器，microLED猶會當用來做其他創新的顯示器。親像microLED本身寸尺足細，咱會當設計面板共遐的驅動電路元件藏佇microLED下底，基板逐个pixel會當閬一寡空位出來，按呢顯示器禁起來就若像一塊玻璃，共開開就會當顯示畫面；或者會當做微形顯示器，結合波導佮光柵，變做一个AR目鏡。

顯示器對上源初發展到今，咱對顯示畫面的品質，要求是愈來愈懸，嘛直直咧追求予能源效率閣較懸，遮个技術進步的背後是濟濟科學家佮工程師拍拚的成果。咱人發展新的技術改善本底的問題，仝時嘛會產生新的問題，毋過嘛會當刺激咱固有的想法，生出創新的應用，予咱生活閣較利便。