顯示技術:壁掛式電視40年發展曆程
發布時間:2010-01-05 來源:技術在線
機遇與挑戰:
“ 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隻需數年即可實現”。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麵板的開發工作,全球性開發的帷幕正式拉開。
經曆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2 基板的大型化擴展了液晶屏的種類及應用範圍

圖4 顯示技術人員的三大夢想
- 經曆4個階段發展為液晶電視
- 玻璃基板的大型化對之後液晶產業的發展做出了重大貢獻
- 技術競爭白熱化
- 顯示器領域的三個夢想:壁掛式電視、3D顯示器及電子紙
“ 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隻需數年即可實現”。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麵板的開發工作,全球性開發的帷幕正式拉開。
經曆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 液晶顯示屏的發展曆經4個階段
zhisuoyihuicunzaishiyongshouminghekekaoxingfangmiandewenti,zhuyaoshiyinweijiangzhiliudianyajiazaidaoyejingshangshi,yejingcailiaojidianjihuifashengyanghuahaiyuanfanyingerbianzhi。suiranyekeyicaiyongjiaoliudianlaiqudongyejing,danshixianshixingnengjiaocha。zuizhongjiejuezheyiwentideshixiapugongsi。gaigongsifaxian,ruguozaiyejingcailiaozhongjiarulizixingzazhi,shiqidaodianlvshenggao,jiukeyicaiyongjiaoliuqudonghuodelianghaodexianshitexing。liyongzhexiangjishu,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采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,要采用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麵存在一定的限製。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,就可以控製光的開/關。目前,幾乎所有液晶顯示屏都在采用這個工作原理。
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(薄膜場效應晶體管)laikongzhigexiangsudeyouyuanjuzhenqudongjishu。yuyiwangdedanchunjuzhenqudongbutong,youyuanjuzhenqudongjishukeyidulikongzhigexiangsu,congerfangzhiyinshoudaozhouweixiangsudeyingxiangerchanshengdejiaotiaoshizhen,yincikeyixianshigaoduibiduyuxiweihuijie。
與彩色CRT競爭的時代
要想製造TFT液晶電視,在大麵積玻璃基板上形成矽膜的技術和彩色顯示技術都不可或缺。
在矽膜的形成技術方麵,為太陽能電池開發的非晶矽(a-Si)在當時已經實用化。那時, 石油危機將導致能源危機的說法十分流行,所以太陽能電池作為能源電池備受關注,非晶矽的開發非常活躍。繼英國鄧迪大學於1979年宣布試製出非晶矽TFT之後,日本及歐洲的企業及研究機構紛紛發布了非晶矽TFT驅動顯示屏的開發成果。
在彩色顯示技術方麵,日本東北大學的內田龍男於1981年發布了並置加法混色法,通過有序排列的三色濾光片來實現彩色顯示,也就是彩色濾光片方式。在這些開發成果的推動下,1986年,3英寸非晶矽TFT彩色液晶電視上市,1988年,業界開始開發用於14英寸電視的非晶矽TFT彩色液晶顯示屏。特別是夏普公司推出的14英寸液晶屏,實際驗證了實現大屏幕非晶矽TFT液晶屏的可能性,引起眾多廠商紛紛對此進行投資。
如上所述,雖然TFT液晶已經開始朝著“夢想的壁掛式電視”邁進,但它的全麵應用卻是從PC的彩色顯示器開始起步的。1988 年出現了用於IBM公司與東芝公司的PC產品的10.4英寸TFT液晶屏。1991 年,第1代320mm×400mm基板生產線投產,夏普公司在這種第1代基板上切割出4片8.4 英寸麵板。
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基板的大型化推動了液晶產業的發展
玻璃基板的大型化對之後液晶產業的發展做出了重大貢獻。隨著基板的大型化,TFT 液晶麵板的種類出現飛躍性的增長,應用範圍也不斷擴大(見圖2)。
夏普公司的液晶計算器上采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,要采用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麵存在一定的限製。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,就可以控製光的開/關。目前,幾乎所有液晶顯示屏都在采用這個工作原理。
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(薄膜場效應晶體管)laikongzhigexiangsudeyouyuanjuzhenqudongjishu。yuyiwangdedanchunjuzhenqudongbutong,youyuanjuzhenqudongjishukeyidulikongzhigexiangsu,congerfangzhiyinshoudaozhouweixiangsudeyingxiangerchanshengdejiaotiaoshizhen,yincikeyixianshigaoduibiduyuxiweihuijie。
與彩色CRT競爭的時代
要想製造TFT液晶電視,在大麵積玻璃基板上形成矽膜的技術和彩色顯示技術都不可或缺。
在矽膜的形成技術方麵,為太陽能電池開發的非晶矽(a-Si)在當時已經實用化。那時, 石油危機將導致能源危機的說法十分流行,所以太陽能電池作為能源電池備受關注,非晶矽的開發非常活躍。繼英國鄧迪大學於1979年宣布試製出非晶矽TFT之後,日本及歐洲的企業及研究機構紛紛發布了非晶矽TFT驅動顯示屏的開發成果。
在彩色顯示技術方麵,日本東北大學的內田龍男於1981年發布了並置加法混色法,通過有序排列的三色濾光片來實現彩色顯示,也就是彩色濾光片方式。在這些開發成果的推動下,1986年,3英寸非晶矽TFT彩色液晶電視上市,1988年,業界開始開發用於14英寸電視的非晶矽TFT彩色液晶顯示屏。特別是夏普公司推出的14英寸液晶屏,實際驗證了實現大屏幕非晶矽TFT液晶屏的可能性,引起眾多廠商紛紛對此進行投資。
如上所述,雖然TFT液晶已經開始朝著“夢想的壁掛式電視”邁進,但它的全麵應用卻是從PC的彩色顯示器開始起步的。1988 年出現了用於IBM公司與東芝公司的PC產品的10.4英寸TFT液晶屏。1991 年,第1代320mm×400mm基板生產線投產,夏普公司在這種第1代基板上切割出4片8.4 英寸麵板。
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基板的大型化推動了液晶產業的發展
玻璃基板的大型化對之後液晶產業的發展做出了重大貢獻。隨著基板的大型化,TFT 液晶麵板的種類出現飛躍性的增長,應用範圍也不斷擴大(見圖2)。

圖2 基板的大型化擴展了液晶屏的種類及應用範圍
1993年,NEC、東芝、夏普三家公司開始采用第2代的360mm×465mm基板。在這種尺寸的基板上可以切割出4張9.4英寸的麵板。緊隨其後進入該產業的日立製作所、鬆下電器產業及三星電子等廠商則采用了370mm×470mm基板,可以切割出4張更大的10.4英寸麵板。
對“後第2代”的摸索從1994年就已經開始。1995年,可切割出4張11.3英寸麵板的400mm×500mm基板生產線(第2.5代)投產。1995年底~1996年,廠商們紛紛開始采用可切割出6張12.1英寸麵板的550mm×650mm左右的基板(第3代)。1997年,可獲得6張13.3英寸麵板的590mm×670mm基板生產線投產。1998年,可切割出6張14.1英寸麵板的600mm ×720mm基板生產線投產。
1998年,液晶顯示器的實際售價已跌破10 萬日元(約合7000元人民幣),液晶顯示器獲得市場普及的大幕拉開。1999年,三星公司開始采用600mm×720mm基板製造用於顯示器的17英寸液晶屏。2000年~2001年,隨著680mm ×880mm與730mm×920mm第4代基板的出現,用於大屏幕顯示器的液晶麵板的生產效率得到大幅提高。在這樣的發展態勢下,顯示器的成本不斷降低。1998年,液晶顯示器的出貨量約為100萬台,到2001年已增至1000萬台, 2005年甚至突破了1億台。
技術競爭白熱化
在液晶顯示器市場剛開始啟動的1998年,當時的夏普公司社長(現任董事長)町田勝彥的發言震驚了整個行業。他表示: “到2005年,夏普在日本國內銷售的電視將全部采用液晶屏。” dangshi,yejingdianshibingweipuji,zaixiapugongsineibuduiyucaiseyejingpingyebingmeiyoushizudebawo。danshi,zheyijuhuachengweiyejingdianshisaodangshichangdedaohuosuo,nayihou,yejingdianshiyichaohudingtianshengyanyuxiangdejingrensudutuiguangkailai。zaiciguochengzhong,yejingyuPDP(等離子)、SED(表麵傳導電子發射顯示)等技術展開了激烈的競爭(見圖3)。
對“後第2代”的摸索從1994年就已經開始。1995年,可切割出4張11.3英寸麵板的400mm×500mm基板生產線(第2.5代)投產。1995年底~1996年,廠商們紛紛開始采用可切割出6張12.1英寸麵板的550mm×650mm左右的基板(第3代)。1997年,可獲得6張13.3英寸麵板的590mm×670mm基板生產線投產。1998年,可切割出6張14.1英寸麵板的600mm ×720mm基板生產線投產。
1998年,液晶顯示器的實際售價已跌破10 萬日元(約合7000元人民幣),液晶顯示器獲得市場普及的大幕拉開。1999年,三星公司開始采用600mm×720mm基板製造用於顯示器的17英寸液晶屏。2000年~2001年,隨著680mm ×880mm與730mm×920mm第4代基板的出現,用於大屏幕顯示器的液晶麵板的生產效率得到大幅提高。在這樣的發展態勢下,顯示器的成本不斷降低。1998年,液晶顯示器的出貨量約為100萬台,到2001年已增至1000萬台, 2005年甚至突破了1億台。
技術競爭白熱化
在液晶顯示器市場剛開始啟動的1998年,當時的夏普公司社長(現任董事長)町田勝彥的發言震驚了整個行業。他表示: “到2005年,夏普在日本國內銷售的電視將全部采用液晶屏。” dangshi,yejingdianshibingweipuji,zaixiapugongsineibuduiyucaiseyejingpingyebingmeiyoushizudebawo。danshi,zheyijuhuachengweiyejingdianshisaodangshichangdedaohuosuo,nayihou,yejingdianshiyichaohudingtianshengyanyuxiangdejingrensudutuiguangkailai。zaiciguochengzhong,yejingyuPDP(等離子)、SED(表麵傳導電子發射顯示)等技術展開了激烈的競爭(見圖3)。

圖3 三次交鋒後,TFT液晶控製了市場
製造壁掛式電視的挑戰變得具體化,TFT 液晶麵板與PDP麵板的開發競爭可以追溯到“町田發言”3年之前的1995年。當時,上世紀80年代後期從PC市場撤出的PDP廠商紛紛宣布將涉足壁掛式電視業務。30英寸~40英寸麵板的開發成果在那時也相繼發布。PDP陣營主張“液晶麵板的尺寸應在20英寸以下”, TFT液晶麵板陣營則對此表示堅決反對。例如,夏普於1995年將兩張21英寸麵板接在一起,開發出相當於28英寸的TFT液晶麵板,表示出欲製造壁掛式電視的意圖。但在當時, 無論是PDP麵板還是TFT液晶麵板,在顯示性能上都明顯不如CRT,製造成本也過高。因此,兩大陣營的初期目標都是要改善顯示性能,力爭接近CRT的水平。
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TFT液晶麵板與PDP的第二次交鋒發生在2001年。日立製作所推出了大大低於100萬日元(約合7萬元人民幣)、實際售價為60多萬日元(約合42000元人民幣)的32英寸PDP電視, 當時這款電視在市場上成為熱銷產品。TFT液晶麵板陣營則致力於繼續擴大麵板尺寸,夏普公司推出30英寸的液晶電視。在麵板開發上,三星公司也發布了40英寸的試製麵板。但是,PDP與TFT液晶仍然無法完全取代CRT 電視。PDP在支持全高清與低功耗方麵、TFT 液晶麵板在響應速度等視頻顯示性能上都存在很大的挑戰。
之後,兩大陣營為了解決各自的問題而繼續進行開發。到2005年~2006年,又發生了第三次交鋒。這時兩大陣營的電視畫質都已得到大幅改善,各廠商紛紛開始加大投資。2005 年,在全球同步推出PDP電視的鬆下電器產業宣布將繼續投資尼崎生產工廠(兵庫縣)。TFT 液晶麵板陣營方麵,夏普、三星以及中國台灣地區的廠商開始投資建設第7代與第8代工廠, 擴大了電視麵板的產量。經過激烈的投資競爭之後,PDP陣營的廠商開始陸續撤退,到2008 年隻剩下三家公司。自此,TFT液晶麵板確立了電視領域的核心地位。
參與壁掛式電視開發競爭的不光是TFT液晶麵板與PDP。2004年,SED麵板高調宣布參與競爭。佳能與東芝公司合資成立了SED公司,並發布了SED電視業務計劃。但在2006 年,SED電視的投產日期從最初計劃的2006年春推遲到2007年第4季度。到2007年,又由於專利許可的問題,公司宣布再次推遲SED電視的上市時間。
2007年,OLED取代SED加入開發競爭。索尼公司推出11英寸的OLED電視。不過,由於大屏幕技術不夠成熟,所以目前OLED電視尚處於開發之中。OLED麵板的量產始於1997 年的小屏幕單色產品。CRT與液晶麵板從開始研發到市場正式啟動為止都花了20年~30年的時間,所以,OLED麵板能否形成氣候還將取決於今後的開發情況。
壁掛式電視的後繼者
顯示器領域的技術人員一直以來都有三個夢想:壁掛式電視、3D顯示器及電子紙(見圖4)。
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TFT液晶麵板與PDP的第二次交鋒發生在2001年。日立製作所推出了大大低於100萬日元(約合7萬元人民幣)、實際售價為60多萬日元(約合42000元人民幣)的32英寸PDP電視, 當時這款電視在市場上成為熱銷產品。TFT液晶麵板陣營則致力於繼續擴大麵板尺寸,夏普公司推出30英寸的液晶電視。在麵板開發上,三星公司也發布了40英寸的試製麵板。但是,PDP與TFT液晶仍然無法完全取代CRT 電視。PDP在支持全高清與低功耗方麵、TFT 液晶麵板在響應速度等視頻顯示性能上都存在很大的挑戰。
之後,兩大陣營為了解決各自的問題而繼續進行開發。到2005年~2006年,又發生了第三次交鋒。這時兩大陣營的電視畫質都已得到大幅改善,各廠商紛紛開始加大投資。2005 年,在全球同步推出PDP電視的鬆下電器產業宣布將繼續投資尼崎生產工廠(兵庫縣)。TFT 液晶麵板陣營方麵,夏普、三星以及中國台灣地區的廠商開始投資建設第7代與第8代工廠, 擴大了電視麵板的產量。經過激烈的投資競爭之後,PDP陣營的廠商開始陸續撤退,到2008 年隻剩下三家公司。自此,TFT液晶麵板確立了電視領域的核心地位。
參與壁掛式電視開發競爭的不光是TFT液晶麵板與PDP。2004年,SED麵板高調宣布參與競爭。佳能與東芝公司合資成立了SED公司,並發布了SED電視業務計劃。但在2006 年,SED電視的投產日期從最初計劃的2006年春推遲到2007年第4季度。到2007年,又由於專利許可的問題,公司宣布再次推遲SED電視的上市時間。
2007年,OLED取代SED加入開發競爭。索尼公司推出11英寸的OLED電視。不過,由於大屏幕技術不夠成熟,所以目前OLED電視尚處於開發之中。OLED麵板的量產始於1997 年的小屏幕單色產品。CRT與液晶麵板從開始研發到市場正式啟動為止都花了20年~30年的時間,所以,OLED麵板能否形成氣候還將取決於今後的開發情況。
壁掛式電視的後繼者
顯示器領域的技術人員一直以來都有三個夢想:壁掛式電視、3D顯示器及電子紙(見圖4)。

圖4 顯示技術人員的三大夢想
壁掛式電視目前已經實現,鬆下等廠商已公布了下一步的開發方向,即嵌入牆壁的“牆麵電視”。今jin後hou,為wei了le開kai發fa出chu更geng大da的de屏ping幕mu,必bi須xu進jin一yi步bu降jiang低di耗hao電dian量liang。因yin此ci需xu要yao開kai發fa全quan新xin的de顯xian示shi原yuan理li,如ru不bu再zai采cai用yong導dao致zhi光guang利li用yong效xiao率lv低di下xia的de偏pian光guang板ban與yu彩cai色se濾lv光guang片pian。
3D顯示器的關鍵在於開拓殺手級應用。目前,在家庭影院及數字標牌(digital signage) 領域已經出現了完全不同於現有2D顯示器的全新收視方案。
電子紙方麵則需要徹底改變此前以CRT 為目標的開發策略。紙的特點是薄、輕、可彎曲、可書寫、視認性較好。在進行開發之前,需要根據目標應用製定相應的開發策略。
3D顯示器的關鍵在於開拓殺手級應用。目前,在家庭影院及數字標牌(digital signage) 領域已經出現了完全不同於現有2D顯示器的全新收視方案。
電子紙方麵則需要徹底改變此前以CRT 為目標的開發策略。紙的特點是薄、輕、可彎曲、可書寫、視認性較好。在進行開發之前,需要根據目標應用製定相應的開發策略。
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