你可能並沒有意識到你的眼睛每天要花多久的時間來通過各種螢幕和顯示裝置獲取資訊。

根據一個調查，2019年，人均每天有接近7個小時的時間眼睛是盯著各種各樣的螢幕看的。比如說你的手機，智慧手錶，電腦螢幕，電子閱讀器和各種可穿戴電子裝置等等。這就意味著除了睡覺的時間，現代社會的人每一天有接近一半的時間是盯著各種螢幕和顯示裝置看的，平均每過2秒鐘就有接近一秒的時間。你在看螢幕這個資料其實已經相當保守了。在各種電子裝置日益普及的現代社會，你和各類屏互動的這個時間只會越來越多。你可以認真地想一想，你每天花這麼長的時間來盯著顯示器。但是這件事本身你卻並沒有意識到。除此之外，我再說一個你更加沒有意識到的事情，那就是其實你並不了解你天天盯著的這種各類顯示器，如果讓你解釋出LCD 顯示器的工作原理，液晶分子和電壓的關係，你能很詳細地說清楚，那你可以扔掉你的手機，不看這篇文章，你不需要科普了。如果說不清楚，那你就來對地方了。這也就是我寫這篇文章的目的，就是為了讓你看完之後能夠掌握顯示技術相關的知識。畢竟你每天睜著眼睛的時間，有一半的時間都在看螢幕。如果不懂螢幕的相關知識是不是很說不過去呢？

在這篇文章中我會很硬核，同時又很淺顯地講解一切。看完這篇文章，你會完整系統地了解各種顯示器的原理和特點。

目前最普及的商用顯示器從技術原理上分成兩大類，分別是液晶顯示器，lcd liquid crystal display 和有機發光半導體olet organic light-emitting diode。 以前的CRT映象管顯示器太過久遠，我就不納入講解範圍了，有興趣的自行學習。目前這兩類顯示器的顯示原理都是基於通過三基色組合成畫素點的這個光學原理。

畫素點非常微小並且非常密集，人眼視距在正常的範圍是看不到畫素點的。這一段是我用微距鏡頭拍攝的一塊4k解析度的LCD 顯示器的一塊區域。

雖然原理是一樣的，但是LCD和OLED組成最小發光單元的原理卻有著本質上的不同。接下來我先講講LCD顯示技術的原理，

首先LCD 液晶顯示器面板是很多層的結構，LCD面板的發光原理是通過在顯示面板最下方的一層背光面板發射白光。光線透過顯示面板的多層結構，照亮整個顯示面板來實現發光。每一個物理畫素點pixel 由rgb 3個顏色的子畫素sub pixel 組成的。每一個子畫素都是一個可以被單獨控制的透光單元。子畫素本身是不帶顏色的，而是透過背光板發出來的白光啊，通過最外層r g b 3種顏色的塗層被白光照亮而顯示出來顏色。

在這個過程中，通過三個金色的子畫素分別控制進光量，實現三基色不同亮度的組合。加上距離足夠遠的話，人眼是無法分辨出三個不同顏色的子畫素啊，就能組合出特定顏色的畫素點。

舉個例子，一個畫素中的三個子畫素全部允許最大的背光通過。紅色，綠色和藍色同時達到最高亮度。那麼由這三個子畫素組成的一個畫素點在一定的距離外就會被人眼識別成白色。

紅色和綠色的子畫素如果不透光，而藍色透光從遠處看這個畫素就是藍色。

紅色和綠色都透光，藍色不透光。那麼這個畫素點顯示的就是黃色。

這裡可能有人會問到黑色是怎麼顯示出來的？

很簡單，三個子畫素全部遮蔽到背光，看起來就是黑色了。

那麼子畫素是怎麼遮蔽掉白色背光的呢？這就是LCD 液晶顯示屏的一個特點。那就是利用到了兩層偏振膜。偏執膜的作用是過濾掉多角度攝入的雜光，只保留某一個角度攝入的光線。

我來給你們直觀的展示一下我手裡的這個東西。一個是相機鏡頭上的偏振鏡。一個是一副3d電影的這個偏振的偏振眼鏡。這兩個你可以理解為一個子畫素的兩層編織膜。我把這一塊發光的l e d 面板放在最下面啊，你可以理解成顯示面板的背光板。通過兩層偏振膜分別過濾掉背光板發出來的光。當偏振角度達到90度的時候，光線基本上全被過濾掉了。

光從背光板發出，只有某個特定偏振角度的光通過過去在到達第二層偏振膜的時候，因為偏振角度跟第一層垂直光就無法穿透了。黑色就是通過這種方式顯示的。每個子畫素都是通過這種利用光的偏振原理實現單獨控制進光量大小來調節亮度，最終顯示彩色和黑白。

這個演示的只是原理，然而實際情況有一個很大的區別，那就是一塊LCD 螢幕上畫素點由幾百幾千萬甚至上億顆，每一個畫素點又由三基色的三個子畫素組成。那麼怎麼樣才能旋轉這麼大數量的偏振膜來單獨控制每一個子畫素的進光量呢？

重點來了，這就是為什麼LCD叫做液晶顯示器。這個原因在兩層偏振膜之間有一層特殊的材料，就是傳說中的液晶層通過電壓能夠控制液晶的螺旋結構改變通過液晶層的這個光波的光學特性，使光的偏振角度發生變化，最終實現控制光線是否能通過第二層偏振膜。

簡單來說就是相比剛剛演示的旋轉偏振膜。真實的LCD是通過電壓控制兩層偏振膜之間的這個液晶層的這個螺旋結構來改變光的偏振角度。旋轉的部分是在液晶層，而不是在偏振膜。

每一個子畫素都有單獨控制電壓的邏輯電路，這就解決了幾百上千萬級別的這個子畫素透光控制的問題。偏振膜也正是通過這個原理來實現在相機鏡頭上過濾雜光，過濾水面和葉子上的反光，甚至天空中的雜光讓風景更乾淨啊，天空看起來更藍更透明。3d電影專用的這個偏振膜眼鏡也是通過過濾光線，讓左右眼分別看到不同的畫面，實現3d的縱深感。當然3d電影的實現方式有很多種，利用偏振片只是其中一種實現方式。因為跑題不多說了，

我剛說的這些呢就是LCD液晶顯示器的一個子畫素的工作原理。三個子畫素組成一個畫素點，成千上萬個畫素點平鋪在一起就是一塊LCD螢幕了。LCD的優點在於技術和產業非常成熟，能夠以相對低廉的價格大量生產。所以目前不管是手機還是電腦，還是各類電子產品，使用LCD的顯示屏依然佔了絕大多數。LCD也同樣有缺點。缺點之一就是沒辦法顯示出純黑色。雖然經過兩層偏振膜，絕大多數的光線已經被過濾掉了，但是無論如何還是會有少量的光線穿過了偏振膜。這也就是為什麼LCD即使顯示一張全黑色的畫面啊，畫面看起來也是發揮的這個原因。

這也就導致了第二個缺點，就是畫面對比度不夠大，畫面對比度你可以理解為是最亮的白色和最暗的黑色的比值。因為LCD沒有辦法顯示真正意義上的黑色。所以這個比值是相對比較低的。

除此之外還有第三個缺點，就是背光板發出來的光線有至少80%的光線都被過濾掉了。即便是顯示白色，因為LCD面板除了有兩層偏振膜和液晶層之外，還有電極層，極板，玻璃層等等。光線通過這些層會造成相當大的亮度損耗，所以功耗也會相對比較大。即便顯示的黑色整塊背光板的功率也是恆定的，背光大部分會被白白浪費掉。造成LCD面板如果需要顯示更亮的畫面，就需要背光板提供更大亮度的背光。亮度更大呢就會導致黑色的畫素的黑度更加不夠。所以你看這就是l c d 面板面臨的尷尬，想要亮度更高，對比度就會下來。而對比度的提升需要更好的偏振膜來過濾出更純粹的黑色，同時亮度又不能太高。目前各大生產顯示面板的巨頭，包括三星，l g 之類都在不斷的尋找方案，重點解決剛才提到那幾個缺點。目前l c d 技術需要優化的主要就是對比度，功耗還有亮度。關於l c d 最後再加一句，前些年流行的這個l e d 電視，就是個很容易被坑的點。聽起來l e d 電視好像是跟l c d 沒什麼關係。實際上l e d 電視就是l c d 的面板，只不過背光板用的是l e d 發光板。從本質上來講就是液晶電視。

接下來講oOLED依然是通過三基色組成畫素的這個原理，不過不同於LCD的主要原因在於幾點。第一，OLED沒有背光板，OLED通過每一個畫素點自發光。

第二，OLED不需要兩層偏振膜。其實按道理來講，OLED根本就不需要偏振膜。至少偏振膜在OLED的顯示器上的作用跟LCD不一樣。OLED的面板的偏振膜是在最上層。用來過濾自然光，照射到顯示面板之後，再反射回人眼的這個雜光。就算沒有這一層偏振膜，OLED的照樣能看，只不過可能銳度和對比度受到雜光的影響，顯示效果會打折。但是LCD 缺了任何一層偏振膜都不能正常顯示了。第三個區別在於OLED顯示黑色的時候啊，子畫素是完全關閉的。不同於LCD 是通過偏振膜阻擋大部分的背光，光線，顯示出灰濛濛的黑。OLED德的黑那是純黑色，因為根本就沒有光被髮射出來，這就導致對比之下OLED德有幾個特別顯著的優點。

第一，因為不需要背光板和底層的偏振膜,少了很多層的結構，OLED的面板可以做得很薄。

第二就是省電。因為OLED的每個畫素自發光，而不依靠最下面一整層的這個背光板，所以電能轉換成光的這個效率非常高，沒有太多的熱損耗，不像LCD驅動背光板的能源80%都是浪掉的。

也正是這個原因呢，導致如果說顯示畫面中有純黑的元素。那麼這部分的顯示是不耗費電能的，因為畫素點根本就沒亮起來。這也就是為什麼搭載了OLED德顯示屏的這個手機，在黑夜模式下非常省電的原因。

第三個優點，因為黑色的顯示是純粹的黑色，顯示高亮的區域呢又由於OLED的自發光能效高無遮擋，使得這個顯示的對比度遠遠高於LCD的對比度。

第四個優點，OLED德可以做成柔性屏。在可穿戴裝置上啊，OLED的基本上是目前最好的解決方案。

剛才說了這麼多OLED的顯示屏的優點啊，那麼OLED的缺點有哪些呢？

首先是成本。避開成本，不談一切技術優勢都是耍流氓。造成OLED的成本高的原因分幾個方面，OLED德顯示面板在生產的時候，對氧氣和空氣溼度非常敏感，所以要在真空或者是氮氣環境中生產。有機材料對於封裝和隔絕也要求特別高，所以導致生產面積大的這個OLED面板的難度和工藝，那是指數級的上升。所以目前OLED的主要還是應用在尺寸相對比較小的裝置上。比如說手機手錶之類的。OLED面板的大屏顯示器啊和電視機只有土豪才消費得起。

另一個缺點就是燒瓶現象screen burning 。不懂的可以趁這個機會google 一下什麼是燒瓶現象。

導致這個現象的原因是，雖然從技術上來說，OLED有有一些優勢，但是碳基的有機發光半導體顯示屏從物理層面上避免不了這個自然損耗，也就是壽命問題。引起這個問題的原因主要是有兩個因素。一個是持續通電的時間，另一個就是溫度。這兩個因素互相作用。更長的通電時間意味著更多的發熱量。OLED的燒瓶現象主要出現在長期，並且高亮度的顯示的部分。

比如說顯示器上固定顯示邊框和u i 的位置。亮度是個很大的因素，有的時候最高亮度會導致燒瓶現象產生的速度提高一倍，並且燒瓶是永久並且無法修復的，但是其實也不用太擔心。首先正常的使用導致燒瓶現象出現的這個時間尺度至少是幾個月幾年。平時注意點不要長時間開最大亮度，那就問題不大。另外很多廠商的解決方案也都比較成熟，比如說l g 和蘋果都是通過位移那些長期固定顯示某個元素的畫素點的方式來避免呃畫素過度的使用。

比如說蘋果手機下方的這個拉桿兒，就會自己週期性的位移來避免燒屏。

除此之外呢你如果實在擔心燒屏現象的發生，注意週期性地更換桌布，以及控制螢幕的最高亮度，一般來說都不會有太明顯的問題。

這裡注意哈LCD 螢幕也有燒屏現象，但是產生的原理跟OLED的不一樣啊，並且不是永久性的。LCD 螢幕上出現燒屏現象，一般關機冷卻的幾個小時都會自動復原。AMOLED 和MicroLED 就不詳細說了。AMOLED本質上和OLED沒區別。MicroLED 從發光原理上也跟OLED差不太多。不過因為沒有使用到有機材料，所以基本上解決了燒瓶問題，並且從色彩亮度和功耗還有畫素密度上都是OLED的大幅升級版本。尤其是亮度可以亮到你懷疑人生，你基本上可以理解為MicroLED 是真正意義上的以後的螢幕技術的發展方向。

其實OLED的存在是個挺反常的現象。某些角度上來說比LCD 要先進。但是從某些角度上來說，相比LCD 反而是倒退，我自己覺得可能是因為MicroLED 的研發週期實在是太久了，所以才會催生OLED的這麼一個尷尬的過渡。

不過從成本和工藝角度考慮啊，MicroLED 目前你最多也就是期待一下蘋果用在手錶上，前兩年的生產工藝依然是隻能一個一個的堆砌畫素點。一塊螢幕你想想，幾百上千萬甚至上億顆畫素，不知道現在的生產工藝能不能滿足量產。

最後我想補充一下，目前最主流的仍然是LCD 液晶顯示屏。雖然說整體的顯示效果不如OLED，但是由於整個產業鏈非常成熟，成本優勢非常大。再加上各種新型的技術，不斷的在給LCD 一次又一次的續命和優化。LCD 和OLED顯示效果的差距，主要是體現在對比度上，整體顯示品質上並沒有說一個天一個地那麼大，只要不是在黑暗或者是某些極端的環境下。

採用LCD螢幕的ipad 對比oled 顯示屏的iphone 11 pro max ，我基本上看不出來太大的區別。雖然OLED的顯示面板的需求和供應連年上漲，但是lLCD依然是在高性價比和中低端市場佔據主流。

以上內容就是有關LCD和OLED的顯示原理和優缺點，後面我打算講一下顯示器和螢幕的一些引數。