2020年LCD发展历程

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1、（发展战略） LCD 发展历程使用液晶能够制造超薄显示屏”。40 多年前的1968年 5月，美国RCAXX公司于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RCAXX公司的GeorgeHeilmeier，他甚至仍表示， “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均开始参和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可是，液晶显示屏的实用化且不容易（见图1）。当时，液晶的使用寿命和可靠性等基本问题均未能解决，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

2、历经 4 个阶段之所以会存于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仍原反应而变质。虽然也能够采用交流电来驱动液晶，可是显示性能较差。最终解决这壹问题的是夏普 XX 公司。该 XX 公司发现，如果于液晶材料中加入离子性杂质，使其导电率升高，就能够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 XX 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 XX 公司的液晶计算器上采用的液晶显示屏是由RCAXX 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

3、晶。可是，要采用DSM 制造液晶电视是很困难的，这是因为 DSM 的点阵显示扫描线于数量方面存于壹定的限制。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，通过使液晶分子于电场中移动，就能够控制光的开/ 关。目前，几乎所有液晶显示屏均于采用这个工作原理。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，最初找出原因且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

4、模式下的 90 度增大到 270 度的 STN （超扭曲向列）模式。1982 年，英国皇家信号和雷达研究院（ RSRE）发明了 STN 液晶。 1985年，瑞士 BrownBoveriXX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，仍是很难制造液晶电视，这是因为STN 液晶仍然存于对比度较低、很难显示细微灰阶的问题。突破这壹壁垒的，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。和以往的单纯矩阵驱动不同，有源矩阵驱动技术能够独立控制各像素，从而防止因受到周围像素的影响而产生的交调失真，因此能够显示高对比度和细微灰阶。和彩

5、色 CRT 竞争的时代要想制造 TFT 液晶电视，于大面积玻璃基板上形成硅膜的技术和彩色显示技术均不可或缺。于硅膜的形成技术方面，为太阳能电池开发的非晶硅（a-Si ）于当时已经实用化。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。于彩色显示技术方面，日本东北大学的内田龙男于1981 年发布了且置加法混色法，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。于这些开发成果的推动下，1986年，3

6、 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 XX 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 IBMXX 公司和东芝 XX 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 XX 公司于这种第 1 代基板上切割出 4 片 8

7、.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 XX 公司开始采用第 2代的 360mm 465mm 基板。于这种尺寸的基板上能够切割出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，能够切割出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

8、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 XX 公司开始采用600mm 720mm基板制造用于显示

9、器的17 英寸液晶屏。 2000 年2001年，随着 680mm 880mm和 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。于这样的发展态势下， 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。技术竞争白热化于液晶显示器市场刚开始启动的1998 年，当时的夏普 XX 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，夏普于日本国内销售的电视将全部采用液晶屏。”当时，液晶电视且未普及，于夏普XX 公司内部对于彩色液晶屏也且

10、没有十足的把握。可是，这壹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。于此过程中，液晶和 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 液晶面板和PDP 面板的开发竞争能够追溯到“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于那时也相继发布。PDP 阵营主张“液晶面板的尺寸应于20 英寸以下”， TFT 液晶面板阵

11、营则对此表示坚决反对。例如，夏普于1995 年将俩张 21 英寸面板接于壹起，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。但于当时，无论是 PDP 面板仍是 TFT 液晶面板，于显示性能上均明显不如CRT，制造成本也过高。因此，俩大阵营的初期目标均是要改善显示性能，力争接近CRT 的水平。TFT 液晶面板和PDP 的第二次交锋发生于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，当时这款电视于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，

12、夏普XX 公司推出 30 英寸的液晶电视。于面板开发上，三星XX 公司也发布了40 英寸的试制面板。可是，PDP 和 TFT 液晶仍然无法完全取代CRT 电视。PDP 于支持全高清和低功耗方面、TFT 液晶面板于响应速度等视频显示性能上均存于很大的挑战。之后，俩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。这时俩大阵营的电视画质均已得到大幅改善，各厂商纷纷开始加大投资。2005年，于全球同步推出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 代和第 8 代工厂，扩

13、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XX 公司。自此， TFT 液晶面板确立了电视领域的核心地位。参和壁挂式电视开发竞争的不光是TFT 液晶面板和 PDP。 2004 年， SED 面板高调宣布参和竞争。佳能和东芝 XX 公司合资成立了SEDXX 公司，且发布了SED 电视业务计划。但于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，XX 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X

14、X 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 和液晶面板从开始研发到市场正式启动为止均花了20 年 30 年的时间，所以， OLED面板能否形成气候仍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壹直以来均有三个梦想：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壹步的开发方向，即嵌入墙壁的“墙面电视”。今后，为了开发出更大的屏幕，必须进壹步降低耗电量。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和彩色滤光片。 3D 显示器的关键于于开拓杀手级应用。 目前，于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。于进行开发之前，需要根据目标应用制定相应的开发策略。（日经 BP 社）