液晶顯示技術40年發展歷程回顧

2021-01-10 電子產品世界

　　「 使用液晶可以製造超薄顯示屏」。40多年前的1968年5 月，美國RCA公司在紐約召開的液晶顯示屏新聞發布會上的發言震驚了全世界。發現液晶可用於顯示的是RCA公司的George Heilmeier，他甚至還表示，「夢想中的壁掛式電視只需數年即可實現」。自那之後，日本、英國、瑞士、德國的顯示屏研發人員都開始參與液晶面板的開發工作，全球性開發的帷幕正式拉開。

經歷4個階段發展為液晶電視

　　但是，液晶顯示屏的實用化並不容易(見圖1)。當時，液晶的使用壽命和可靠性等基本問題都未能解決，使用不到1個小時顯示就會消失，更別提要用液晶製造電視了。


圖1 液晶顯示屏的發展歷經4個階段

　　之所以會存在使用壽命和可靠性方面的問題，主要是因為將直流電壓加載到液晶上時，液晶材料及電極會發生氧化還原反應而變質。雖然也可以採用交流電來驅動液晶，但是顯示性能較差。最終解決這一問題的是夏普公司。該公司發現，如果在液晶材料中加入離子性雜質，使其導電率升高，就可以採用交流驅動獲得良好的顯示特性。利用這項技術，1973年5 月，夏普公司推出全球首款液晶應用產品—— 使用液晶顯示屏作為顯示部件的小型計算器EL-805。

　　夏普公司的液晶計算器上採用的液晶顯示屏是由RCA公司生產的DSM(動態散射模式) 液晶，而不是目前常見的TN(扭曲向列)模式液晶。但是，要採用DSM製造液晶電視是很困難的，這是因為DSM的點陣顯示掃描線在數量方面存在一定的限制。1971年出現的TN 模式解決了這個問題。TN液晶能起到快門的作用，通過使液晶分子在電場中移動，就可以控制光的開/關。目前，幾乎所有液晶顯示屏都在採用這個工作原理。

　　雖然TN模式可使點陣顯示的掃描線數量大為增加，但當掃描線增加到60條左右時， 圖像就會發生變形。對於這個問題，最初找出原因並提出解決方案的是日立製作所的川上英昭。他發現，掃描線的最大數量取決於電壓-透過率曲線的上升沿。於是，各機構開始競相研究如何提高電壓-透過率曲線的上升沿。隨之出現了將液晶的扭曲角從TN模式下的90度增大到270度的STN(超扭曲向列) 模式。1982年，英國皇家信號與雷達研究院(RSRE)發明了STN液晶。1985年，瑞士Brown Boveri公司(BBC)試製出掃描線數量達到135條的STN液晶顯示屏。

　　然而，即使引入STN模式，還是很難製造液晶電視，這是因為STN液晶仍然存在對比度較低、很難顯示細微灰階的問題。突破這一壁壘的，是通過TFT(薄膜場效應電晶體)來控制各像素的有源矩陣驅動技術。與以往的單純矩陣驅動不同，有源矩陣驅動技術可以獨立控制各像素，從而防止因受到周圍像素的影響而產生的交調失真，因此可以顯示高對比度與細微灰階。


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