数模转换时怎么进行的

数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，实现该功能的电路或器件称为数模转换电路，通常称为D/A转换器或DAC(Digital Analog Converter)。我们知道数分可为有权数和无权数，所谓有权数就是其每一位的数码有一个系数，如十进制数的45中的4表示为4×10,而5为 5×1，即4的系数为10，而5的系数为1, 数模转换从某种意义上讲就是把二进制的数转换为十进制的数。 最原始的DAC电路由以下几部分构成：参考电压源、求和运算放大器、权产生电路网络、寄存器和时钟基准产生电路，寄存器的作用是将输入的数字信号寄存在其输出端，当其进行转换时输入的电压变化不会引其输出的不稳定。 时钟基准产生电路主要对应参考电压源，它保证输入数字信号的相位特性在转换过程中不会混乱，时钟基准的抖晃（jitter)会制造高频噪音。二进制数据其权系数的产生，依靠的是电阻，CD格式是16bit,即16位。所以采用16只电阻，对应16位中的每一位。参考电压源依次经过每个电阻的电流和输入数据每位的电流进行加权求和即可得出模拟信号。这就是多比特DAC。 多比特与1比特的区别之处就是，多比特是通过内部精密的电阻网络进行电位比较，并最终转换为模拟信号，好处在于高的动态跟随能力和高的动态范围，但是电阻的精度决定了多比特转换器的精度，要达到24bits的转换精度，对电阻的要求高达0.000015，即便是理想的电阻，其热噪音形成的阻值波动都会大于此值，多比特系统目前广泛采用的是R-2R梯形电阻网络，对电阻的精度要求可以降低，但即便如此，理想状态的电阻达到的转换精度也不会达到 24bits,23bits已经是极限多比特系统的优点在于设计简单，但受制于电阻的精度，成本也高单比特的原理：依靠数学运算的方法在CD的脉冲代码信号（PCM）中插入过取样点，插入7个取样点就是18倍过取样，这些插入的取样点与原信号通过积分电路进行比较，数值大的就定为1，数值小的就定为0，原先的PCM信号就变成了只有1和0的数据流，1代表数据流较密集，0代表数据流较稀疏，这就是脉冲密度调制信号（PDM），脉冲密度调制信号经过一个开关电容网络构成的低通滤波器，1 就转换为高电压信号，0就转换为低电压信号，然后通过级联积分，最终转换为模拟信号。插入取样信号会制造出许多高频噪音，所以还要经过一个噪音整形电路处理，将这些噪音推移到人耳听不到的频域。 1bit的优点在于转换精度不受制于电阻，转换精度可以超过24bits,成本也低，但是设计过取样和噪音整形的电路难度很大。因为电阻在精密程度（光刻）和热噪音（材料）上对音质影响相对小些，而1比特的电容和积分电路对音质影响则相对大些对于CD的数据格式，单从声音素质上应该说多比特优于1比特，多比特对16比特的CD信号直接进行转换，而单比特还要经过一个PCM信号转换为PDM信号的程序，还要经过开关电容的充放电过程，虽然从理论上来说，最终得到模拟信号的速度和多比特相比不会慢到可以比较的程度，但是实际听感上，单比特不如多比特听起来更有活力，单比特似乎要慢一点，中频厚一点，音色比较浓郁。 1bit始创于飞利浦，分为三派，一派是以飞利浦为代表的比特流Bitsream，一派是以松下为代表的MASH，但是MASH的创始者是NTT公司，还有一派就是今天非常流行的Delta-Sigma.Bitsream采用最传统的 三阶或四阶噪音整形，MASH （Multi Stage Noise Shaping)就是多级噪音整形，它将最初的量化值与原信号的误差保留下来，下一次量化时先将上次量化值与误差从原信号中减去，这样重复数次，可以将二进制信号变换为脉冲宽度调制（PWM）的信号（PWM和PDM几乎一样）还可以将量化制造的噪音推到甚高频段，从而减少可闻频段的噪音。但是似乎只有松下公司大量采用这种技术。现在MASH已经很少见了，但从理论上来说它是很优秀的。 1987年，飞利浦公司首次推出采用数字比特流技术（Bitsream)的单比特DAC芯片，它为高性能低价格CD唱机的出现奠定了坚实的基础。1991年9月推出的DAC-7将比特流技术发挥到淋漓尽致的地步，同时还保持了合理的价格。音响史上有众多采用DAC-7的名机。如飞利浦的LHH-900R，800R,300R,951。马兰士的CD-72，CD-17，CD-23。麦景图的MCD- 7007。先锋的早年旗舰PD-T07。meridian的602/603,还有几乎所有欧洲数字音源厂家如 Rotel,Altis,Deltec,Revox,Studer等都在其旗舰系统中采用DAC-7。进入21世纪之后，TDA1547依然锋芒未减，目前世界上最高级的SACD唱机——马兰士的SA-1仍然采用DAC-7，令世人不得不对DAC-7再次侧目。迄今为止，DAC-7仍然是飞利浦最高级的比特流DAC芯片。在飞利浦的产品手册里，是这样评价DAC-7的；拥有顶级性能的双声道数字比特流DAC芯片，1Bit数字模拟转换器专用，使用DAC-7可以轻而一举获得高保真的数字音频再生。DAC-7非常适合用于要求高质量的CD和DAT播放器，或者用于数字放大器和数字信号处理系统之中。这样的评价非常中肯。 DAC-7包括TDA1547和SAA7350 ，因为过取样和噪音整形电路制造出的大量高频数字信号会对TDA1547中的模拟电路造成干扰和调制。所以将配合TDA1547的三阶噪音整形和24倍过取样电路单独设计于SAA7350之中。这也是TDA1547成功的最关键之处。现在飞利浦又对SAA7350加以全面改进，将数字滤波器也集成进来，新型号定为TDA1307，仍然是专门配合TDA1547的芯片。不过TDA1547和TDA1307合起来叫DF7。 TDA1547采用了双极组合型金属氧化物半导体工艺。在数字逻辑电路方面，采用最佳的时钟频率，可以减少数字噪音的产生。在模拟电路方面采用双极型晶体管，可以使运算放大器获得较高的性能。在电源供应方面，TDA1547费尽心机，首先是模拟电路与数字电路分开供电，在数字电路里面，高电平逻辑电路与低电平逻辑电路分开供电，并且都是左右声道独立供电。内部总体结构方面，TDA1547采用双单声道设计，彻底分离，输出也是左右声道独立输出。 TDA1307可以接收16、18、20bits格式的信号，输出音频格式32bits。内置接收界面，去加重滤波器，采用8倍过取样有限脉冲响应（FIR）滤波器，3阶或4阶可选型噪音整形电路。标准型芯片信噪比达致当今最高的142dB，动态范围高达137dB。 马兰士的SA-1将DAC-7最完美的运用，它采用四片TDA1547和TDA1307构成全平衡电路。模拟放大部分采用马兰士高级机型里大量使用的HDMA。今天Delta-sigma 1bit非常流行，它包括两部分电路，一部分是Delta电路，它将量化后的信号与初始信号进行比较求差，这些插值信号接下来进入Sigma电路，此电路将这些插值信号进行误差求和，然后与量化前的信号相迭加。然后再进行量化。通常采用飞利浦开发的动态元素配对（DEM）量化技术，此种量化包含一个极高精度的电流源和多个1/2镜像电流源，由于集成电路最擅长镜像电流源电路，所以对元器件精度的要求可以降低，提高了性价比。量化以后的信号通过开关电容网络转换为模拟信号。需要指出并非所有的Delta- sigma 转换都是单比特。Delta-sigma的优势在于它的高性价比，从而在中低档数字音源市场上非常流行。即便是那些坚持采用多比特的厂家，中低价位也得采用Delta-sigma。 坚持使用Delta-sigma的恐怕非Crystal莫属，CRYSTAL的cs4390,4396在业界也有大量使用，其中也不乏极品如mbl1611hr，还有发烧天书A级的Meridian 506.20 、 Meridian 508.24、 Meridian 506.24还有国内新德克的 DAC-1 。CS4390于1998年6月发售，是CRYSTAL第一块Delta-sigma DAC芯片。它是一块完整的立体声DAC解码芯片，信号先进入128倍内插值电路，然后经过128倍过取样Delta-sigma数模变化，接着输出模拟信号和经过调制的基准电压， 最后进入一个超级线性的模拟低通滤波器。其中Delta-sigma数模变换部分还没有采用飞利浦的DEM技术。CS4390的信噪比为115dB，动态范围是106dB，总谐波失真加噪音为—98dB，转换精度为24bits，对时基抖晃敏感程度较低。其后又在CS4390的基础上增加了音量控制，改名为CS4391。一年以后的1999年7月，CRYSTAL推出CS4390的升级产品——CS4396，CS4396与CS4390最大区别之处就是采用了DEM技术，CS4396也是一块完整的立体声DAC芯片，信号在经过内插值和Delta-sigma变换后，进入DEM程序块，然后通过开关电容网络，最后通过模拟低通滤波器，输出级采用了高音质的差分电路。DEM的采用使CS4396的失真和噪音都有所降低，达到了—100dB，动态范围也提高到120dB，转换精度还是24bits，最高取样频率升至192KHz，但是不在提供信噪比的参数。同时推出的CS4397是在CS4396的基础上支持外接PCM（对应DVD-AUDIO）和DSD（对应SACD）内插式滤波器。半年多以后，CRYSTAL公司又推出CS4396的升级产品——CS43122，与CS4396不同之处一个是采用了第二代的DEM技术，另一个是 Delta-sigma调制器不再采用1bit而采用了5bits三阶调制。对于内插值电路也加以改进，达到了102dB的阻带衰减性能。CS43122与CS4396的性能参数基本一样，只有动态范围达到了122dB，这也是目前动态范围最高的DAC芯片。2000年9月20日，CRYSTAL公司又推出CS4392，一款对应 DVD-AUDIO和SACD的DAC芯片，动态范围有114dB，总谐波失真加噪音为—100dB，但是只OEM，暂不流通销售，每片售价仅2.8美元。（注意CRYSTAL从头到尾都不在提信噪比，因为它的信噪比只有CS4390 达到了115dB) 日本的NPC公司同样以Sigma-Delta变换技术闻名于世，我们对NPC的高性能数字滤波器一定很熟，最出名的SM5842，乃是公认的极品。同样 SM5865则是Sigma-Delta 极品解码芯片，虽然不为人知，但是在不久的将来，SM5865也会被公认为极品。 SM5865是今年2月份推出的，首先它是单声道芯片，内部是真真正正的全平衡电路，信号先经过插值电路，然后进入三阶多比特Sigma-Delta变换程序，接着经过31级DEM量化，最后经过开关电容网络变为模拟信号，SM5865的DEM量化级数极高且非常成功，从而使得量化导致的可闻频域噪音可以完全忽略，所以最后一级的模拟低通滤波可以省掉，从而得到理想状态的失真程度和噪音量。SM5865是目前世界上失真最低噪音最小的DAC芯片，总谐波失真加噪音只有0.0003%，即— 110.5dB。同时仍然做到了120dB的信噪比和117dB的动态范围，接受数据格式在20-24bits之间，最高取样频率也是192KHz，从而顺利登上今日DAC之王的宝座。多比特DAC分为两大名家，一是UltraAnalog公司，另一个就是Burr-Brown公司。大多数人对UltraAnalog可能会比较陌生，因为它在1998年12月被Wadia收购了，从此再也没有它的消息。但是它在DAC历史上的地位远非Burr-Brown可比，使用 UltraAnalogDAC芯片有汇点（Conterpoint）的旗舰解码器 DA-10，宝丽音Parasound的旗舰解码器 D/Ac-2000，Mark Levinson的早年旗舰解码器 NO.30和 N0.30.5 还有日本静电耳机名厂Stax的起见解码器 DAC-x1，KinergetICs 的高级解码器 kcd-55 而Manleylab、 Sonic Forntiers、Camelot、Entech、Aragon、Audio Synthesis 的旗舰解码器都采用UltraAnalog的芯片。基本上采用UltraAnalog芯片的解码器都会是发烧天书的A级品。并且几乎1998年以前所有的美国顶级解码器都采用的是UltraAnalog的芯片。虽然UltraAnalog的产品很好但是利润低，因为UltraAnalog只有这一种产品，对集成电路生产厂家来说这样根本无法维持下去，UltraAnalog 可以活到1998年就已经不错了，Wadia将其收购以后，没有将UltraAnalog的技术资源吸收并转化。同时Wadia也认为 UltraAnalog是个包袱，渐渐地UltraAnalog香消玉陨了，今天仍有UltraAnalog的死终派如 Manleylab、 Sonic Forntiers、Camelot、Entech、Aragon、Audio Synthesis仍坚持采用UltraAnalog的芯片，可能库存还不少，Sonic Forntiers 还和UltraAnalog有合作关系。可能也生产UltraAnalog的芯片。UltraAnalog公司是世界上第一家对时基抖晃加以仔细研究的厂家，同时UltraAnalog的产品时基抖晃也是世界最低，UltraAnalog还提出一种可以大幅减少时基抖晃的数字音频信号接口界面。1993年 UltraAnalog还发明了非常廉价的时基抖晃分析仪。 UltraAnalog的芯片主要是D20040，我们对其知之甚少，只知道是20bits的转换精度，内部是两个19bits的DAC并联而成。其他就不知道了。相信再过10年，还有谁知道UltraAnalog？技术和商业绝对不是一会事。 Burr-Brown在今天的DAC芯片市场上份额甚大，声誉颇隆。Burr-Brown成立于1993年，和UltraAnalog一样是多比特的死终派，建厂伊始推出PCM58，PCM63，也是好评如潮，但仍无法与UltraAnalog匹敌。1995年推出PCM1702终于可以于 UltraAnalog一争高下，直到今天采用PCM1702的高级CD机也不在少数，Linn在2000推出的Sondek CD机采用PCM1702售价高达20000美元，发烧天书评为A级。这之后沉寂4年，1999年2月，推出多比特DAC的终极产品PCM1704。此时UltraAnalog已经被Wadia收购，渐渐式微。Burr- Brown也被TI（德州仪器）公司收购，依托TI的强大实力，Burr-Brown得到了良好的发展，成为今日DAC芯片市场上的龙头老大。 PCM1702推出于1995年6月，当时市场上1bit声誉甚隆，Burr-Brown对1bit提出挑战，Burr-Brown指出1bit插入取样点的做法会导致许多高频噪音的产生虽然这些噪音的频率比较高，但是仍有可能对可闻频域造成调制，并且这些人为制造的噪音还需要噪音滤波器来消除，滤波器的加入对信噪比的衰减较大，低电平时响应也不够好而Burr-Brown认为信噪比这个特性几乎是最重要的特性。多比特的唯一缺点就是过零失真，PCM1702采用了信号数值型（sign magnitude）结构完美解决了这一问题，在1702内部互补并联了一对DAC，并联的好处一是提高了信噪比，二是提高了转换精度，1702内部并联了两个19bits的DAC，转换精度就是20bits。这两个DAC共用一个参考电压，共用一个R-2R梯形电阻网络，梯形电阻网络的位电流源由双平衡电流级供应，确保位电流源具备完美的跟踪特性。每个DAC内部都采用激光微调的钼铬电阻，确保高精度，两个DAC经过精确微调确保相位一致。最终两个 DAC的正负半周转换完美解决了过零失真。而传统的R-2R形电阻数模转换则取得了高信噪比和低失真，还有近乎理想的低电平表现和高电流输出能力。 PCM1702的信噪比为120dB，这个数值直到现在也没有谁能打破，在当时更使人难以想象。1702的总谐波失真加噪音为—96dB，在当时也是非常好的特性。 PCM1704推出于1999年2月，是多比特DAC的终极产品，恐怕再也不会有多比特DAC超过它，Burr-Brown用它最擅长的电阻制造工艺制造出了达致理想精度的电阻，从而得到了世界上最高精度的多比特DAC，高达23bits。两个并联之后达到24bits。至于内部结构与PCM1702基本上没有差别。1704的信噪比还是120dB，动态范围112dB（K级），总谐波失真加噪音为-101dB（K级）。至1704后到现在，Burr-Brown再也没有推出比1704更高等级的多比特DAC，Burr-Brown也无法打破自己创造的记录，2001年4 月30日，Burr-Brown推出新一代的顶级DAC—PCM1738，采用了先进层次结构型DAC，Burr-Brown也知道传统的多比特走到了尽头。先进层次型结构先用一个24bits，八倍取样频率下工作的数字内插值滤波器对数字信号进行分流，分为上6bits信号，下18bits信号。上6bits信号进行反向互补位移型二进制译码，转换为62级数字信号，下18bits信号则进行三阶15级Delta-sigma调制，调制频率是取样频率的64倍，最终转换为4级数字信号，然后两者相加为66级数字信号，再加上1级LSB信号，总共67级数字信号，这67级数字信号然后通过数据加权平均（DWA）程序，以减少模拟元件不配对引起的噪音，实际上DWA就是第二代的DEM。经过DWA处理后，最后进入电流型数模转换器，将二进制脉冲信号变为脉冲电流信号，再由芯片外的运算放大器进行电流电压转换，并最终取得模拟信号。应该说这种DAC不是单比特也不是多比特，应该叫它电流脉冲型DAC。PCM1738的信噪比和动态范围都是117dB,总谐波失真加噪音为-108dB，应该说胜过PCM1704，但它的价格远低于PCM1704（K级）的25美元，只要5美元。Analog Device公司也非常擅长制作极品级的DAC芯片，象金嗓子从来都是只用Analog Device的芯片，在DAC芯片的理论设计上，Analog Device拥有至高无上的地位，Analog Device早在1998年就发明了多比特Delta-sigma调制，因为传统的单比特Delta-sigma调制，导致离散到连续的边界每步尺寸过大，从而对主时钟的稳定程度要求极高，例如要想在可闻频域内达到100dB以上的信噪比，那么主时钟的时基抖晃不能大于10PS，可这是不可能的，所以高信噪比的取得必须放弃单比特Delta-sigma调制。多比特Delta-sigma调制的缺点是不方便采用DWA程序，模拟元件引起的噪音无法避免，如果采用DWA程序，那么要求输入信号的格式低于18bits,可是现在是24bits的天下。显然无法接受。Analog Device另觅蹊径，采用了分段噪音整形技术解决了这一难题。而Burr-Brown则在一开始就将信号分流。传统的单比特解码必须采用开关电容，并且大约每增加一比特的转换精度，电容就要增加四倍，要知道每个电容都会制造噪音，并且大电容会对配合开关电容网络的运算放大器要求更高的转换速率，所以采用开关电容网络的DAC芯片，高转换精度会造成一定限度的声音品质下降，如果设计不良，有可能越高的转换精度声音越差，听感上声音过于清丽以致声音单薄。Analog Device采用电流脉冲型DAC，电流型DAC的脉冲电流输出上升与下降时间不平均，要采用一般的电压电流转换运算放大器会导致转换线性下降，对时基抖晃也很敏感，Analog Device采用双回转零开关电路解决了。此技术是于SONY联合开发的，最早用于SONY的顶级ES系列。因为电流脉冲型采用一个异常纯净的瞬间电流源，电流脉冲不会再有任何波纹，几乎可以等同于完美的方波。音质会非常纯净。 自1999年以后，Analog Device发现音响市场萎缩，于是转而对SHARC型通用DSP芯片的开发与研究，没有再对DAC作进一步的研究，尽管如此，Analog Device在1998年推出的DAC芯片AD1853，仍旧是目前最高级的DAC芯片，丝毫不比PCM1738或SM5865差，虽然这些芯片都是 2001推出的,但无论在性能还是技术上，AD1853都不差。并且AD1853还是世界上第一块取样频率为192KHz的DAC芯片，它还是世界上对时基抖晃敏感程度最低的DAC芯片，它的信噪比为120dB,动态范围是117dB,总谐波失真加噪音为—107dB，和SM5865相比应该说旗鼓相当，不分高下。对于目前新兴的音频格式的DAC芯片也应该有所了解。 DVD-AUDIO格式仍然使用PCM编码，所以DVD-AUDIO的DAC解码芯片与CD的解码芯片原理相同，只是要求更高的转换精度和取样频率以及输入格式宽度。 SACD就不同了，它在录制的时候，将输入的模拟信号经过Delta-sigma调制变为单比特取样频率为2822.4kHz的二进制数字信号,并且这时的数字信号已经是脉冲密度调制信号（PDM），所以在进行单比特解码时不必再加取样点和噪音整形电路，只要通过开关电容网络和模拟低通滤波器，就可以得到模拟信号。所以电路非常简单，并且在数模转换级没有任何数字运算电路更没有时钟基准产生电路，也就不会有任何数字噪音的混入，声音的纯净度极高。SONY的SACD机没有采用开关电容网络，而是采用了最高等级的电流脉冲型数模转换。顺便提一下，CD信号也是先将输入的模拟信号经过Delta-sigma调制变为16比特取样频率为44.1kHz的二进制信号，然后还得经过一个数字抽选滤波器，任何数字滤波器都会制造无法忽略的噪音，还有通频带内纹波和铃振的现象，降低了声音的纯度。SACD无论是录制还是重放系统中都没有一个数字滤波器，而CD不仅在录制时还是在重放时都有，单比特系统还要再加一个内插取样点滤波器。音质的纯度根本无法与SACD相比，SACD是现阶段声音纯度最高的记录媒体和重放系统，最接近与真实的声音。目前世界上有三片SACD用的DAC芯片，一是SONY的SACD机上用的DSD1700，由Burr-Brown公司制造。二是NPC公司的 SM5866，三是CRYSTAL的CS4392，但没有公开发售。由于SACD考虑到要有现阶段最优秀的声音表现，所以一般都采用电流脉冲型数模转换电路，这种电路一般都用分离元件构成，故DSD1700和SM5866 内部实际上主要就是模拟低通滤波器，严格地说DSD1700和SM5866不是DAC芯片，而是模拟低通滤波器芯片。DSD设计只能用于SACD系统，它的内部主要是四组模拟低通滤波器，分别是热端正向和反向滤波和冷端正向和反向滤波，每组滤波器内部是8个三端无限脉冲响应滤波器。四组滤波器最终输出双差分电路。DSD动态范围是110dB,信噪比是110dB，总谐波失真是—100dB，高频响应为100KHz（—3dB）。NPC公司的SM5866推出于2000年9月22日，它可用于SACD和DVD-AUDIO系统。其内部资料没有公布。它的信噪比为120dB，总谐波失真加噪音为—109dB，高频响应为100KHz(—1dB)。很明显要比DSD1700高一个级别。

文丨张家豪

编辑丨程曼祺

这样一项技术，索尼从高校实验室里发现了它，并做出了最早的样品，韩国三星对它持续投入，但进展不算迅速；京东方、华星光电等中国公司也在近 5 年跟进，据公开资料，2019 年以来中国大陆上下游企业对它的投资计划超过 700 亿元人民币。在上周结束的北京冬奥会开幕式上，令人称奇的巨大冰瀑布是这种技术的一个更简单实现版本——现代电子行业的一个规律是，做大、做奇特、做得独一无二不是最难的，难的是做小、做平平无奇，并复制千万上亿遍。

这项技术是 MLED，它是 Micro LED 及其过渡形态 Mini LED 的统称，被认为是下一代，甚至是终极的屏幕方案。

手机的、平板的、电脑的、电视的、广告牌上的、电影院里的，未来还有 AR 眼镜上的……屏幕这东西如此无处不在、随手可及，以至于人们常常意识不到，造出一块屏幕需要多么精深的技术和工艺。自上世纪 30 年代，民用电子显示屏伴随电视机一起诞生以来，造出屏幕的方法就一直在变化。每一次技术更替，都会带来分工改变、权力转移，有人落伍，有人上前，产业链随之重整。

演化到今天，世界上能制造屏幕的厂商几乎全部集中在 3 个地区：韩国、中国大陆和中国台湾。这些少数地区的公司支撑着全球 200 多个国家、数十亿人口对看到更大世界、看得更清楚的渴望。

中国人口多、市场大，但并不理所当然能从屏幕制造，这个消费电子领域的重要环节分一杯羹。用了数十年，投入超万亿元，中国大陆才在 2017 年成为全球最大的屏幕产地，并诞生了京东方、华星光电（由 TCL 科技 控股）等龙头企业。

准确地说，这些公司造的是 “面板”，即可供手机、电视等终端厂商使用的显示模组，它看起来薄薄的，但包含了液晶、薄膜晶体管、背光源等复杂零件。京东方做的事就是把这些零件拼成屏幕，这虽是一个集成环节，但和同属集成环节的 汽车 动力电池行业类似，有很高的技术和工艺门槛。2020 年，全球产出了超过 3 亿平方米液晶屏幕，中国大陆公司贡献了其中的一半。

但 “强比大重要” 的逻辑，也正是中国显示行业现在值得被注意的原因：正在发生的新一次技术更替给了中国大陆显示公司从大到强的机会。

MLED 是这次技术更迭的主角，它能实现全平显示之后的下一个显著体验升级：让黑色黑得彻底。目前应用最广的液晶屏幕在呈现黑色时会泛灰。MLED 能解决这一问题，且相比效果类似的 OLED（有机发光二极管）寿命更长、更稳定。

让黑变黑，听起来没什么大不了，但如果亲眼看过 “黑就是黑” 的效果，大部分人不会想再回到灰扑扑的、色彩对比不足的世界。

若能在 MLED 上，完成从成熟技术跟随者到新一代新技术定义者的转变，一批中国公司的商业价值将被改写。

从没有人守擂成功

MLED 之前，已有近百年 历史 的显示行业先后经历了三代技术，但尚未有哪个国家和地区的公司能连续成功两次。上一代技术的引领者，几乎无一例外地随着新技术到来被颠覆。制造一块屏幕的 历史 ，充分体现了高技术、高工艺、重投入、长周期的先进制造业的残酷一面。

最初是 19 世纪末，英国、德国、俄国等欧洲科学家完成了对 CRT（Cathode Ray Tube，下称显像管）的原理发现和技术发明，但成功量产了显像管的是美国人。

1929 年到 1939 年，美国公司 RCA （Radio Corporation of America，美国无线电公司）用了整整十年发明了电视，完成了显像管这项实验室技术的产业化。产业化的意思是，找到一种可行且成本合理的方式，大批量、大规模地制造销售某种标准品，把前沿技术变成普通人可以负担的商品，这个过程也会催生一些新的行业和公司类型，塑造一套上下游公司的分工方式。

和后来的两次显示技术变革相比，RCA 等美国公司参与的第一轮屏幕创新是开天辟地的。那会儿消费电子行业还没有成型，更谈不上行业分工，RCA 不仅发明并制造显像管，同时也定义和制造电视终端，甚至要推动建立电视广播系统——参与创立 RCA 的大卫·沙诺夫同时是美国国家广播公司 NBC 的创始人。最初 RCA 认为把电视变成大众商品只需要花 500 万美元，实际上 10 年里它们投入了 5000 万美元，这在上世纪 30 年代是一笔巨款。

但 RCA 的优势没能延续到液晶（Liquid Crystal Display）时代。这一次，美国成了欧洲，它提供了最初的发明，但实现液晶产业化的是日本。

液晶相对于显像管的一个大好处是，它能实现平面显示。在液晶之前，采用显像管的电视和电脑屏幕无法做到全平，且背后有一个大大的鼓包。那个年代的苹果电脑显示器也得老老实实背个大包。

图：苹果在 1998 年推出的 iMac G3 显示器中仍在使用显像管屏幕（左）；到 2002 年推出 iMac G4 时，改用了液晶屏幕（右）。

早在上世纪 50 年代，RCA、西屋电气等美国显示先驱就开始推动液晶产业化；但到 70 年代前后，各公司发现高画质的彩色液晶显示很难实现，液晶被打入冷宫。

此时全球消费电子业已逐步形成分工，并发生了产业转移。设计和制造分离，终端企业不再一手包，屏幕、外壳、芯片、内存等组件由不同地区的不同公司生产。

基于战后的美日同盟、较好的工业底子和政府支持，日本承接了美国成熟的显像管技术转移，搭建了本土显示供应链，为开发下一代技术积累了资金、人才、工艺和技术经验。到 70 年代，精工、夏普等日本企业以卓越的技术判断力，在液晶几乎被美国公司放弃时获得了相关技术授权，并在 80 年代取得一系列工艺、技术突破，实现了液晶产业化。从那时到 2000 年，日本一直是全球最大液晶屏幕产地，90 年代中期的顶峰时，日本生产了全球超 9 成的液晶屏，夏普、NEC（日本电气）和东芝分列前三。

错失了液晶时代的 RCA 则在 1976 年被钟表公司天美时（Timex）收购，这家开创了一个时代的 科技 公司渐不再为人所知。

接着是第三次技术变化——萌芽于 2000 年之后的 OLED。和之前的剧情类似：日本先锋公司是 OLED 产业化的最早尝试者，但中途放弃；后来把 OLED 做成的，是在液晶时代通过引入成熟技术做大规模、积累实力的韩国三星。

随着苹果在 2017 年于 iPhone X 上首次使用三星提供的 OLED 屏幕，OLED 在手机市场立足。三星享受了超额收益，在苹果 iPhone X 的物料成本中，OLED 屏幕高达 80 美元 / 台，位于所有零件之首。

迄今为止，在显示行业的三次技术升级中，从没有哪个国家的显示产业 “守擂成功”，上代技术的开创者都沦为了下代技术的路人，美国 RCA，日本夏普、松下皆是如此。（如果三星能在 Micro LED 上继续领先，它就打破了这个 “魔咒”。）

守擂难，是因为从显像管到液晶再到 OLED，生产技术和工艺不完全是延续的，而是跳跃的。比如液晶制造相比于显像管增加了很多半导体工艺，未来的 Micro LED 的半导体成分还将更高。仅靠行业里的既有人才和过往经验，很难做成需要跨领域知识和产业链重整才能做成的新产品。那些陷于自己过去成就、学习速度不够快的公司，就会被扫进故纸堆。

中国公司尚未体会过这种 “创新者的窘境”。上世纪 70 年代在民用领域引入显像管技术至今，中国公司主要在学习和跟随，即引入已有产线和技术，生产现成能用上的产品。它们缺乏余裕和能力做下一代技术投入。

跟随的性价比看起来不低，京东方、华星光电这样的龙头面板公司业绩非常好。京东方去年全年利润同比增长 4 倍，华星光电同比增长超 3 倍。京东方也反超三星电子，成为全球最赚钱的面板企业。

但止步于此是危险的。首先，京东方们的惊人增长与面板价格的周期波动有关，不可持续。上一轮液晶涨价周期已在去年夏天结束。

跟随的更大问题是会陷入追赶的循环：每当一代新技术到来，跟随者先是会遭遇技术封锁；做出来后又面临价格打压；终于熬过了价格战，份额开始提升，钱没赚几天，更新的技术又来了，好不容易建立的产能面临淘汰。

淘汰之惨烈，有时会导致一批公司全灭。随着 2007 年液晶电视销量超过显像管电视，此前花 30 多年陆续发展起来的中国大陆八大彩色显像管厂商陆续停产、欠薪、裁员、倒闭。

这就好像一个人刚刚跋涉数年，停下来吃口饱饭还没几天，马上又得重新赶路。做不出来，熬不过价格战，熬过了但利润一般……追赶循环中的每一关，都可能使公司倒闭、巨额投资付之东流。

新技术变革的速度正越来越快，从显像管被产业化的 1930 年代到液晶产业化取得突破的 1980 年代是 50 年，从那时到 OLED 是 20 多年。这意味着追赶者的喘息空间越来越少，刚赶上上一代技术，下一代新方案就已有应用苗头。

打破这种追赶循环的方法是自己参与定义下一代技术。它需要一个公司和它所处的产业链能在众多不成熟、不确定的技术路线里作出抉择，然后把实验室技术变成可重复生产亿万次，且成本合理的商品。做抉择要赌性，做抉择后的技术攻坚要肯拼且善于合作。

美国、日本和韩国先后在显像管、液晶和 OLED 上经历了这个过程。这三代技术萌芽时，中国公司尚没有实力参与技术定义、 游戏 规则和分工方式设计。但正在发展的 MLED 给了中国公司试一次的可能性。

四地竞合，两种选择

MLED 被提上日程，是因为目前最主流的液晶显示和已在高端手机市场立足的 OLED 都有缺陷。

液晶自己不发光，所以需要在背后有光照亮它，即 “背光”。即使显示黑色时，液晶的背光也会被点亮，这就像用强光照射半透明的黑色物体，黑色会显灰，色彩失真。OLED 解决这一问题的方法是用有机发光材料绘制单个像素点，让像素实现 “自发光”，这就省去了背光。但由于成本高、有机发光材料会衰减、不稳定，OLED 寿命相对短，使用场景受限，在平板、电脑、电视上的渗透率并不高。

MLED 技术中，于 2010 年前后被业界发掘的 Micro LED 与 OLED 思路相似，也是通过自发光省去背光解决黑色显灰的问题。但发光的不是 OLED 中使用的有机发光材料，而是一颗颗细小的 LED，即发光二极管。每颗 LED 都能被单独控制，汇聚在一起就形成了图像。LED 的稳定性优于 OLED 中绘制像素的有机发光材料，它同时避免了 OLED 的缺陷。

由于尺寸足够小，Micro LED 也可以和光波导技术配合，用在 AR （增强现实）眼镜上，其实现过程是把 Micro LED 微显示模组放到镜腿里，再让光波导组件把微显示器里的图像传导到眼镜的透明镜片上。

色彩保真、寿命长、稳定性好，Micro LED 被视为下一代乃至终极的显示方案，在大屏商显、可穿戴设备、车载屏幕、电影院屏幕和 AR 眼镜上都可应用。

但和过去液晶、OLED 技术刚萌芽时类似，现在生产 Micro LED 难度大、成本高，需要设计和突破一系列工艺，发明新的自动化设备。行业一般认为，Micro LED 未来五到十年都很难大规模落地，更近的机会是 2015 年前后被提出的中间方案 Mini LED。它实际上就是大一号的 Micro LED。Micro LED 的尺寸小于 50 微米，直径小于人的发丝；Mini LED 的尺寸则在 50-200 微米，二者被统称为 MLED。

目前参与 MLED 技术变革的主要是日本、韩国、中国大陆和中国台湾四地的企业。它们之间有竞争，有合作，各有优势，但还没有哪个地区的哪家公司取得了超越他人的重大突破。中国大陆公司第一次和全球主要玩家站到了相似的起跑线。

各家的 “跑步姿势” 不尽相同，大体可分为两派。一是走 “渐进路线”，投入主要精力开发 Mini LED ，这是一个踮脚就能够到的技术升级。

目前对 Mini LED 最主要的应用，是把它作为液晶显示的背光以优化液晶效果。这是最稳、最保守的路。

液晶背光本身经历了从荧光灯管到 LED 的进化。相比灯管，LED 组成的背光可以被分区控制、分别开关，分区越小，控制就越精准。目前主流的分区背光电视用的是约 1 毫米即 1000 微米的 LED。而 Mini LED 只有 50-200 微米。这个尺寸下，屏幕在显示非常小面积的黑色时，相应画面后的背光也能被针对性关掉，黑色得以回归彻底的黑。

中国光学光电子行业协会液晶分会常务副理事长梁新清告诉《晚点 LatePost》，现在有一种误区，看到韩国巨头退出了液晶产能，就认为液晶落后；实际上有很多方法可以改善液晶缺陷、延长它的商业周期，以 Mini LED 做液晶的背光就是重要方法之一。这条路适合本身拥有庞大液晶产能的公司，如中国大陆的京东方和华星光电。它们过去数年在液晶上投入了数千亿元才获得现在的地位，不能丢掉自己的优势。

京东方在 2016 年开始研发 Mini LED 产品，在 2020 年底设立了注册资本 9.5 亿元的全资子公司京东方晶芯 科技 ，以研发制造 Mini/Micro LED 显示和解决方案。晶芯 科技 总经理陈明曾在去年的一次行业活动上称，京东方已量产了玻璃基 Mini LED 产品，并成立了单独的 “MLED 事业部”。

华星光电的 Mini LED 项目启动于 2018 年。华星处于 TCL 体系中，TCL 集团有电视、电脑终端业务。华星光电的努力方向是把 Mini LED 用到高端电视上。2019 年，华星光电支持 TCL 推出了第一台 Mini LED 电视。

华星光电 COO 赵军告诉《晚点 LatePost》，他预计未来 5 年内 Mini LED 背光电视应能占到整个电视市场的 5-10%，即每年 1000 万-2000 万台。

目前 Mini LED 电视的渗透率还很低，据研究机构 Omdia 数据，2021 年 Mini LED 电视出货在 200 万台左右，只占去年电视总销量 2.15 亿台的 1%。

2019 年以来，苹果陆续在高端显示器、 iPad Pro、Macbook Pro 等产品上使用了 MiniLED 背光屏幕，打开了这一应用路线的市场空间。

苹果的 Mini LED 屏幕此前由一众台湾上游企业提供零件，由韩国 LGD （LG 显示）组装制造，中国大陆公司不在供应商之列。但天风国际苹果分析师郭明錤预测，京东方有望在今年为新版 MacBook Air 提供 Mini LED 屏幕。

为发展 Mini LED ，大陆面板企业不惜重金招人。据从业者称，大陆厂商近两年从台湾挖人时，能给出两到三倍的工资。台湾为防止人才流失已采取了防守举措，比如台湾招聘网站不再能公开发布大陆厂商对技术人员的招聘启事。

相对稳健的 Mini LED 背光之外，对 MLED 的另一种投入方式是直接做终极形态 Micro LED。

选择这一路线的公司共性是本身在液晶产能上不占优势，所以 Mini LED 与液晶的结合，不是它们的投入重点；这包括已经退出液晶产能的索尼等日本公司；主打高端市场，主动不再投资液晶产能的三星等韩国公司；成立之初就在做 OLED，并未投入液晶的维信诺，以及此前不做大屏液晶显示的深天马和利亚德等。

索尼在 2012 年的 CES (消费电子展）上展示了全球第一款 Micro LED 显示器 Cystal LED，但三星现在已赶超索尼。2018 年到 2021 年，三星连续四年在 CES 上展示 Micro LED 显示屏 “The Wall”，是目前全球唯一一个已在量产、销售 Micro LED 电视的公司。

但 Micro LED 电视离普及还有不小的距离。146 寸的 The Wall 推出时售价 32 万美元，真有一位美国消费者买了这台电视，光安装就花了 3 天。贵而麻烦，The Wall 尚不是成熟商品。

三星正努力降低 Micro LED 的成本，据韩国媒体 The Elec 报道，三星今年生产的 101 寸 The Wall 将降价 40% 至 1 亿韩元，约合 53.1 万人民币。

在推进 Micro LED 时，三星与上游的中国大陆和台湾企业均有合作。三星电子向中国大陆的三安光电和台湾企业錼创采购 LED 芯片，向台湾友达和三星集团的另一家子公司三星显示采购电路板，在越南建立了 Micro LED 电视产线，三星电子自己负责整合模组，测试等过程。这个链条里，屏幕制造原本的核心环节，面板环节被弱化了，三星正在主导一套新的上下游合作方式。显示行业研究机构 LEDInside 分析师王飞告诉《晚点 LatePost》，Micro LED 的产生改变了产业链分工，不再有传统意义的 “面板公司”。

三星电子和台湾錼创合作密切。这家公司成立于 2014 年，是一系列垂直整合、换股、产业投资的成果，多家台湾老牌显示厂商参与其中，它寄托了台湾显示产业的 “翻身” 期望。

目前三星是錼创最大的股东，持股超过两成；第二大股东为台湾 LED 芯片龙头企业晶元光电，持股 20%；铼宝、友达等台湾企业也对錼创注资。作为目前全球估值最高的 Micro LED 初创企业，錼创计划在今年上市。

一名从业者告诉《晚点 LatePost》，錼创的工艺目前领先于大陆企业。以巨量转移——这一 Micro LED 制程工艺中的关键技术举例，4K 分辨率的 Micro LED 面板，需要 2488 万颗 LED，巨量转移就是把微小且数量庞大的 LED 批量转移到基板上。

錼创在 2020 年披露的转移速度是 20 秒转移 100 万颗 Micro LED，转移良率可达 99.5%。速度尚可，在披露了类似指标的厂商中是最快的；但良率不够。量产的要求是转移每百万颗 LED，坏点不能超过一个，99.5% 的良率是每百万颗中坏点有 5000 个。

本来没有液晶产能的大陆 OLED 厂商维信诺、LED 显示龙头利亚德，也选择了跳过 Mini LED，直接布局 Micro LED。

维信诺在 2020 年与成都国资投资平台共同建立了研发制造 MicroLED 的新主体成都辰显，项目总投资约 12 亿元。同年 11 月，维信诺作价 3 亿，将 500 余项 Micro LED 相关专利转让给了辰显。

维信诺去年已建好了试制产线，它也是大陆厂商中少数公布了巨量转移良率的公司，去年的水平是 99.5%，与錼创相当，离量产要求仍有较大距离。

唯一一家已在 Micro LED 上实现大规模营收的公司是主要面向商业显示市场的利亚德。商业显示指面向 B 端客户的屏幕产品，比如超大型广告牌，活动、晚会显示屏等。2021 年半年报显示，利亚德 Micro LED 商业显示产品已在去年上半年给公司带来 1.03 亿元营收。尽管在 36 亿的总营收中占比中不高，但它是极少数已有 Micro LED 实质收入的公司。

在商业显示市场推广 Micro LED 的优势是，标杆性项目，比如一些地标建筑的外墙显示屏和大型活动显示屏单价很高，对价格没有那么敏感。

Micro LED 内部的另一条路线是做用于 AR 眼镜的 Micro LED 微显示，这是一个与原来的面板制造行业跨度颇大的领域，因而在 2010 年后涌现了一批创业公司。主要玩家有中国大陆的 JBD（显耀）、镭昱、斯坦 科技 ，中国台湾的錼创，美国的 LuxVue （已在 2014 年被苹果收购）。JBD、镭昱等公司在最近两年拿到了多轮融资，投资方包括高榕、同创伟业、三星创投、小米长江产业基金等。

Micro LED 微显示的量产进度可能会快于大屏 Micro LED 直显。2021 年， 小米、OPPO、雷鸟等品牌陆续展示了 AR 智能眼镜，均使用了 Micro LED 微显示模组。这些眼镜在形态上已接近传统眼镜，体积小、镜片透明，不影响日常佩戴。

据《晚点 LatePost》了解，这几款新品的 Micro LED 显示模组均来自 JBD，均为单色模组。镭昱则在去年对外公布，它们已实现了全彩单片显示。

彩色显示之外，Micro LED 微显示应用的另一挑战是成本。综合从业者的说法，目前微显示模组的单价可达数千元至 1 万元。OPPO、小米的 AR 产品只做了发布，但并未公布价格，也未开售。

一位 AR/VR 领域投资人称，未来 AR 设备消费者能接受的价格是不超过 3000 元人民币，倒推回来，一个 Micro LED 模组成本要控制在约 100 元。镭昱联合创始人孙婧萌告诉《晚点 LatePost》，镭昱希望在 AR 眼镜大规模量产时把显示模组做到 15 美元左右。

台湾錼创也在做 AR 方向的投入，它们在去年与台湾工研院合作推出了 Micro LED 微显示模组。錼创 CEO 李允立曾在接受台湾地区媒体采访时称，他们已获得了 5-6 家潜在客户。

面板大厂暂时没有在 Micro LED 微显示上投入太多。多位行业人士告诉《晚点 LatePost》，京东方目前有一个做 Micro LED 微显示的团队；但三星、华星光电等厂商暂时没有相关投入。

前述投资人认为，面板大厂不会像创业公司那样，在 AR 需求还不明确，市场规模还不清晰时大举投资。如果未来需求真起来了，京东方、华星光电等公司可以凭借体量优势，通过收购创业公司入局。

步步为营稳扎稳打，抓住更确定的 Mini LED，亦或是瞄准未来形态直接做 MicroLED，不同公司做出了自己的选择。

得来不易，凶险无比

站在现在这个时间点，难以判断正在发生的 MLED 显示技术革新中，谁会笑到最后。

InsideLED 分析师王飞认为液晶产能领先的中国大陆产业链，有机会在与液晶配合的 Mini LED 背光上继续领先。这是一个收益已相对确定的方向：随着苹果在 iPad 和显示器产品上使用 Mini LED 背光显示屏，更多终端厂商也将跟进，Mini LED 背光的使用范围也将逐渐从高端产品下探到中端产品。

而在 Micro LED 上，无论是微显示还是大屏直显，目前是韩国三星和与它紧密合作的錼创等台湾公司更有优势；在用于 AR 眼镜的 Micro LED 微显示应用上，中国、美国创业公司进展不分伯仲。日本企业在屏幕制造上游的材料、设备上有深厚积累，在巨量转移、修补检测等关键设备的研发上进度领先。

在各公司的差距没有拉开时，中国的屏幕制造公司面临的一大变数不在自身，而是下游的终端厂商。中国的消费电子业公司规模大，但利润薄，从终端到上游皆如此，它们往往不是新技术和产品趋势的引领者。

以智能手机市场为例，苹果的设计加上被它选中的全球供应商共同构成了一个庞大的产业链，苹果赚取了其中的大部分利润；那些能进入苹果供应链的公司诚然实力不弱，但它们还是被选择的一方，命运可能因苹果的变化而翻转，此前因苹果转投 OLED 而陷入颓势的液晶屏幕供应商日本 JDI 就是典型例子。华为本来有希望成长为能定义新产品和技术的中国终端厂商，但自被美国制裁后，华为消费电子业务遭受重创。

缺乏与下游终端厂商的互相成就，仅靠上游、中游环节的公司很难扛过九死一生的新技术定义和开发。

这一过程岔路繁多，选择艰难。在屏幕制造技术从显像管转向液晶的上世纪末，当时出版的《显示技术手册》列出了多达 6 种实现平面显示的技术方向，除了最终胜出的液晶之外，还有 LED 显示（现在 MLED 又重回了这种思路）、等离子显示等。这些技术路线亦有公司投入，日本松下就曾花重金开发等离子显示，但并未成功，它后来整个放弃了显示业务。

实际上，造出一块屏幕，或是制造其它标准品上游的核心零部件是吃力不讨好的生意，它没有 IP、品牌、文化和 情感 投射构成的护城河。这一类公司的下游客户理性且苛刻，就看性能、良率、成本。在一代技术上的成功，不能保证一家公司的持续成功，还往往使其在新浪潮中故步自封。

避免衰退和被颠覆的方式是获得不断创新和自我革新的能力，对未来技术提前布局。掌握这种能力的条件是至少要实践一次。

还在产业化早期阶段的 MLED 提供了这样一次实践机会：把一种实验技术变成可大规模生产、销售的商品，中国公司现在可以试着从头到尾参与这个历程。

这机会来之不易，从上世纪 70 年代初算起，铺垫了半个世纪。这机会也无比凶险，它还未产生太多收益，但已吸引了一众公司的数百亿投资，让一群从业者倾注了时间、精力；它现在只是一种未实现的可能。

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