LCD40发展历程

使用液晶可以制造超薄显示屏”。40多年前的1968年5月，美国RCA公司在纽约召开的液晶显示屏新闻发布会上的发言震惊了全世界。发现液晶可用于显示的是RCA公司的GeorgeHeilmeier，他甚至还表示，“梦想中的壁挂式电视只需数年即可实现”。自那之后，日本、英国、瑞士、德国的显示屏研发人员都开始参与液晶面板的开发工作，全球性开发的帷幕正式拉开。经历4个阶段发展为液晶电视但是，液晶显示屏的实用化并不容易（见图1）。当时，液晶的使用寿命和可靠性等基本问题都未能解决，使用不到1个小时显示就会消失，更别提要用液晶制造电视了。图1液晶显示屏的发展历经4个阶段之所以会存在使用寿命和可靠性方面的问题，主要是因为将直流电压加载到液晶上时，液晶材料及电极会发生氧化还原反应而变质。虽然也可以采用交流电来驱动液晶，但是显示性能较差。最终解决这一问题的是夏普公司。该公司发现，如果在液晶材料中加入离子性杂质，使其导电率升高，就可以采用交流驱动获得良好的显示特性。利用这项技术，1973年5月，夏普公司推出全球首款液晶应用产品——使用液晶显示屏作为显示部件的小型计算器EL-805。夏普公司的液晶计算器上采用的液晶显示屏是由RCA公司生产的DSM（动态散射模式）液晶，而不是目前常见的TN（扭曲向列）模式液晶。但是，要采用DSM制造液晶电视是很困难的，这是因为DSM的点阵显示扫描线在数量方面存在一定的限制。1971年出现的TN模式解决了这个问题。TN液晶能起到快门的作用，通过使液晶分子在电场中移动，就可以控制光的开/关。目前，几乎所有液晶显示屏都在采用这个工作原理。虽然TN模式可使点阵显示的扫描线数量大为增加，但当扫描线增加到60条左右时，图像就会发生变形。对于这个问题，最初找出原因并提出解决方案的是日立制作所的川上英昭。他发现，扫描线的最大数量取决于电压-透过率曲线的上升沿。于是，各机构开始竞相研究如何提高电压-透过率曲线的上升沿。随之出现了将液晶的扭曲角从TN模式下的90度增大到270度的STN（超扭曲向列）模式。1982年，英国皇家信号与雷达研究院（RSRE）发明了STN液晶。1985年，瑞士BrownBoveri公司（BBC）试制出扫描线数量达到135条的STN液晶显示屏。然而，即使引入STN模式，还是很难制造液晶电视，这是因为STN液晶仍然存在对比度较低、很难显示细微灰阶的问题。突破这一壁垒的，是通过TFT（薄膜场效应晶体管）来控制各像素的有源矩阵驱动技术。与以往的单纯矩阵驱动不同，有源矩阵驱动技术可以独立控制各像素，从而防止因受到周围像素的影响而产生的交调失真，因此可以显示高对比度与细微灰阶。与彩色CRT竞争的时代要想制造TFT液晶电视，在大面积玻璃基板上形成硅膜的技术和彩色显示技术都不可或缺。在硅膜的形成技术方面，为太阳能电池开发的非晶硅（a-Si）在当时已经实用化。那时，石油危机将导致能源危机的说法十分流行，所以太阳能电池作为能源电池备受关注，非晶硅的开发非常活跃。继英国邓迪大学于1979年宣布试制出非晶硅TFT之后，日本及欧洲的企业及研究机构纷纷发布了非晶硅TFT驱动显示屏的开发成果。在彩色显示技术方面，日本东北大学的内田龙男于1981年发布了并置加法混色法，通过有序排列的三色滤光片来实现彩色显示，也就是彩色滤光片方式。在这些开发成果的推动下，1986年，3英寸非晶硅TFT彩色液晶电视上市，1988年，业界开始开发用于14英寸电视的非晶硅TFT彩色液晶显示屏。特别是夏普公司推出的14英寸液晶屏，实际验证了实现大屏幕非晶硅TFT液晶屏的可能性，引起众多厂商纷纷对此进行投资。如上所述，虽然TFT液晶已经开始朝着“梦想的壁挂式电视”迈进，但它的全面应用却是从PC的彩色显示器开始起步的。1988年出现了用于IBM公司与东芝公司的PC产品的10.4英寸TFT液晶屏。1991年，第1代320mm×400mm基板生产线投产，夏普公司在这种第1代基板上切割出4片8.4英寸面板。基板的大型化推动了液晶产业的发展玻璃基板的大型化对之后液晶产业的发展做出了重大贡献。随着基板的大型化，TFT液晶面板的种类出现飞跃性的增长，应用范围也不断扩大（见图2）。图2基板的大型化扩展了液晶屏的种类及应用范围1993年，NEC、东芝、夏普三家公司开始采用第2代的360mm×465mm基板。在这种尺寸的基板上可以切割出4张9.4英寸的面板。紧随其后进入该产业的日立制作所、松下电器产业及三星电子等厂商则采用了370mm×470mm基板，可以切割出4张更大的10.4英寸面板。对“后第2代”的摸索从1994年就已经开始。1995年，可切割出4张11.3英寸面板的400mm×500mm基板生产线（第2.5代）投产。1995年底~1996年，厂商们纷纷开始采用可切割出6张12.1英寸面板的550mm×650mm左右的基板（第3代）。1997年，可获得6张13.3英寸面板的590mm×670mm基板生产线投产。1998年，可切割出6张14.1英寸面板的600mm×720mm基板生产线投产。1998年，液晶显示器的实际售价已跌破10万日元（约合7000元人民币），液晶显示器获得市场普及的大幕拉开。1999年，三星公司开始采用600mm×720mm基板制造用于显示器的17英寸液晶屏。2000年~2001年，随着680mm×880mm与730mm×920mm第4代基板的出现，用于大屏幕显示器的液晶面板的生产效率得到大幅提高。在这样的发展态势下，显示器的成本不断降低。1998年，液晶显示器的出货量约为100万台，到2001年已增至1000万台，2005年甚至突破了1亿台。技术竞争白热化在液晶显示器市场刚开始启动的1998年，当时的夏普公司社长（现任董事长）町田胜彦的发言震惊了整个行业。他表示：“到2005年，夏普在日本国内销售的电视将全部采用液晶屏。”当时，液晶电视并未普及，在夏普公司内部对于彩色液晶屏也并没有十足的把握。但是，这一句话成为液晶电视扫荡市场的导火索，那以后，液晶电视以超乎町田胜彦预想的惊人速度推广开来。在此过程中，液晶与PDP（等离子）、SED（表面传导电子发射显示）等技术展开了激烈的竞争（见图3）。图3三次交锋后，TFT液晶控制了市场制造壁挂式电视的挑战变得具体化，TFT液晶面板与PDP面板的开发竞争可以追溯到“町田发言”3年之前的1995年。当时，上世纪80年代后期从PC市场撤出的PDP厂商纷纷宣布将涉足壁挂式电视业务。30英寸~40英寸面板的开发成果在那时也相继发布。PDP阵营主张“液晶面板的尺寸应在20英寸以下”，TFT液晶面板阵营则对此表示坚决反对。例如，夏普于1995年将两张21英寸面板接在一起，开发出相当于28英寸的TFT液晶面板，表示出欲制造壁挂式电视的意图。但在当时，无论是PDP面板还是TFT液晶面板，在显示性能上都明显不如CRT，制造成本也过高。因此，两大阵营的初期目标都是要改善显示性能，力争接近CRT的水平。TFT液晶面板与PDP的第二次交锋发生在2001年。日立制作所推出了大大低于100万日元（约合7万元人民币）、实际售价为60多万日元（约合42000元人民币）的32英寸PDP电视，当时这款电视在市场上成为热销产品。TFT液晶面板阵营则致力于继续扩大面板尺寸，夏普公司推出30英寸的液晶电视。在面板开发上，三星公司也发布了40英寸的试制面板。但是，PDP与TFT液晶仍然无法完全取代CRT电视。PDP在支持全高清与低功耗方面、TFT液晶面板在响应速度等视频显示性能上都存在很大的挑战。之后，两大阵营为了解决各自的问题而继续进行开发。到2005年~2006年，又发生了第三次交锋。这时两大阵营的电视画质都已得到大幅改善，各厂商纷纷开始加大投资。2005年，在全球同步推出PDP电视的松下电器产业宣布将继续投资尼崎生产工厂（兵库县）。TFT液晶面板阵营方面，夏普、三星以及中国台湾地区的厂商开始投资建设第7代与第8代工厂，扩大了电视面板的产量。经过激烈的投资竞争之后，PDP阵营的厂商开始陆续撤退，到2008年只剩下三家公司。自此，TFT液晶面板确立了电视领域的核心地位。参与壁挂式电视开发竞争的不光是TFT液晶面板与PDP。2004年，SED面板高调宣布参与竞争。佳能与东芝公司合资成立了SED公司，并发布了SED电视业务计划。但在2006年，SED电视的投产日期从最初计划的2006年春推迟到2007年第4季度。到2007年，又由于专利许可的问题，公司宣布再次推迟SED电视的上市时间。2007年，OLED取代SED加入开发竞争。索尼公司推出11英寸的OLED电视。不过，由于大屏幕技术不够成熟，所以目前OLED电视尚处于开发之中。OLED面板的量产始于1997年的小屏幕单色产品。CRT与液晶面板从开始研发到市场正式启动为止都花了20年～30年的时间，所以，OLED面板能否形成气候还将取决于今后的开发情况。壁挂式电视的后继者显示器领域的技术人员一直以来都有三个梦想：壁挂式电视、3D显示器及电子纸（见图4）。图4显示技术人员的三大梦想壁挂式电视目前已经实现，松下等厂商已公布了下一步的开发方向，即嵌入墙壁的“墙面电视”。今后，为了开发出更大的屏幕，必须进一步降低耗电量。因此需要开发全新的显示原理，如不再采用导致光利用效率低下的偏光板与彩色滤光片。3D显示器的关键在于开拓杀手级应用。目前，在家庭影院及数字标牌（digitalsignage）领域已经出现了完全不同于现有2D显示器的全新收视方案。电子纸方面则需要彻底改变此前以CRT为目标的开发策略。纸的特点是薄、轻、可弯曲、可书写、视认性较好。在进行开发之前，需要根据目标应用制定相应的开发策略。（日经BP社）