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液晶显示器的历史、现在与未来

更新时间:2013-09-03 13:18:31

走过“青春期”:液晶显示器的历史、现在与未来
前不久,显示器制造巨头LG发布了划时代的“复真芯片”。凭借“复真芯片”,LG将液晶显示器的画质提高到一个新的高度,将液晶显示器带入画质竞争时代。回首从液晶显示设备诞生一直到液晶显示器成为PC的主流“搭档”,再到以画质求胜,我们不能不感叹技术的进步和应用的升级为液晶不断注入的活力。

  开端:意外的发现开辟了液晶显示时代。


  液晶被奥地利植物学家F•Reinetzer发现已经有一百多年的历史了。然而在沉寂了半个多世纪之后,液晶在显示方面的应用才借一个很偶然的机会被发现。


  1961年,美国RCA公司普林斯顿实验室主攻微波固体元件的年轻学者F•Heineier在对新课题——激光的研究中,与晶体打上了交道。为了研究外部电场对晶体内部电场的作用,他想到了液晶。他将两片透明导电玻璃之间夹上掺有染料的向列液晶。当在液晶层的两面施以电压时,液晶层就由红色变成了透明态。出身于电子学的他立刻意识到这一现象可以用来制造显示设备。小组成员与他立即开始了夜以继日的研究,他们相继发现了液晶的其他特性,并研制成功一系列数字、字符的显示器件。RCA公司也意识到液晶的重要价值,便对这一技术严格保密,直到1968年才对世界公布。


  日本的科研机构和企业敏锐地察觉到这一技术广泛的应用前景,在1971年,第一台成型的液晶显示诞生,采用的技术就是现在已被业内所熟知的TN-LCD(扭曲向列)。随后,液晶显示设备迅速走向普及化。1973年,现已是精工爱普生总裁的山崎淑夫经过4年的苦心钻研,开发出世界上第一块液晶显示式数字石英手表“精工石英06LC”,成了引领时代的创举,也成为液晶成功应用的里程碑。TN-LCD这一技术,到现在仍在广泛应用,我们日常的手表、计算器、来电显示电话等地方仍是TN-LCD大展身手的舞台。


  显示器:液晶应用的新天地。


  进入上世纪80年代,液晶显示技术开始慢慢应用到计算机领域。1984年,欧美提出了STN-LCD(超扭曲向列),和尚不成熟的TFT-LCD(薄膜式晶体管)技术。到80年代末,日本开始大规模生产STN-LCD,LCD工业开始飞跃。1993年,日本又掌握了TFT-LCD大规模制造技术,液晶显示器随着面板制造成本的下降,它进入市场实际应用变为可能。1997年,高端的TFT-LCD技术发展,日本第三代TFT-LCD生产线的成熟,液晶显示器也逐渐为业界和消费者所接受。随后,液晶显示器制造的脚步越来越快,先是韩国、我国台湾的加入、第四代液晶面板的成熟制造,再到现在第五代面板生产的成熟、第六代面板的上马,液晶显示器一下子成了人们的新宠。


  回顾液晶显示器研发和制造的历史,从1969年液晶显示机理被发现的那时起就开始了。在这一领域,就不能不提液晶显示器制造的先驱者——夏普。1988年,世界上第一款14寸液晶显示器的研发正式上马。到1990年,夏普因为14寸彩色液晶TFT显示器的研发成就,获得德国AV最高荣誉的Eduard Rhein Award (E.R大奖)。14寸彩色液晶显示器的研发成功,从某种意义上来说,是液晶显示器实用化的开端。


  随后液晶显示器的制造如火如荼的展开。在日本,日立、东芝、夏普等厂商在液晶显示器的制造方面颇有造诣。而后来居上的韩国则在现在统领世界液晶显示器的制造,特别是液晶显示器的关键部件——液晶面板,更是被韩国的LG和三星所包揽(目前这两家分列全球液晶面板产量的第一和第二)。此外,我国台湾也是世界液晶面板和液晶显示器制造的中心之一,市场份额仅排在韩国之后位居第二位,主要厂商有奇美、友达光电等。


  而今,液晶显示器的制造已经非常成熟,随着第五代面板生产线的上马,17寸液晶显示器逐渐成为主流。从性能上来说,目前的主流产品的亮度能够达到400~500nits,对比度能够达到500:1以上,响应时间则有了16ms和12ms的新记录,从指标上看,液晶显示器已经能够满足日常应用的需要。


  未来,已经上马的第六代生产线和即将进入议事日程的第七代生产线将进一步加快液晶显示器和液晶电视的普及。而液晶显示器制造巨头LG-Philips、友达等,已经纷纷向中国内地转移。未来,中国大陆将成为下一个全球液晶显示器制造中心。


  纠缠于性能的日子。


  液晶显示器虽然相对传统CRT显示走过了一条迅猛发展的路,并在时下大红大紫,但是液晶显示器在很长一段时间里,因为性能被CRT显示器压得抬不起头来,一直“不得志”。


  说到这里,我们要简单说说液晶显示器的显示原理。液晶是一种介于固态和液态之间的物质,是具有规则性分子排列的有机化合物,如果把它加热会呈现透明状的液体状态,把它冷却则会出现结晶颗粒的混浊固体状态,具有液体与晶体的特性,故称之为“液晶”。


  液晶显示的原理简单来说,就是在两个电极之间的液晶,其分子排列顺序在电极通电时会发生改变,从而改变透射光的光路,从而实现对影像的控制。TFT液晶面板,由表及里分别有表层保护玻璃、三元色滤光板、偏光板、沉积在玻璃基板上的FET晶体管(薄膜晶体管)电极、液晶、同样沉积在玻璃质基板上的共通电极、底层偏光板、背光板(导光)以及背光源组成。光由底层透射出来,经过液晶的和偏光板的共同控制,借助滤光板产生色彩斑斓的图像。


  在旧有的技术条件下,液晶显示器的各项性能都存在着不足。由于是透射光成像,特别是要经过滤光板,所以液晶显示器的对比度和亮度都不是很理想。因为采用的光源会随着时间有老化的现象发生,早期液晶显示器的亮度也会偏差,色彩表现也远逊于CRT显示器。因为光源分布的问题,特别是光源如果镶嵌在面板的一边或两边,会让画面产生亮度的不均衡性。更重要的是,现在大部分面板的电极都采用非晶硅,与复晶硅(也称多晶硅)相比,电气性能仍不能让人满意,直接影响了液晶显示器的响应时间。另外液晶显示器由于液晶分子排列方向毕竟是有一定角度,透射光便有了方向性,因此液晶显示器还有可视角度的问题。


  于是从2001年底开始,液晶显示器迅速窜红的那时起,众厂商的宣传重点就集中在性能上。大家纠缠在亮度、对比度、可视角度、响应时间上,“大开杀戒”。随着新分子排列的液晶、改进过的电极和背光板,特别是低温多晶硅技术的逐渐成熟、灯管技术,特别是多灯技术的采用,而今的液晶显示器可是了得,以LG最新推出的采用“复真芯片”的液晶显示器新品为例,对比度最高有了700:1,亮度也高达300nits,响应时间最短达到16ms,可视角度更达到170度,可与传统CRT显示器一较高低了。


  LCD走过“青春期”。


  当产品的性能已经足够出色的时候,显示器厂商开始迷茫:为何在价格不断下降、性能表现日益成熟甚至“表现强悍”的情况下,液晶显示器反而“没了性格”,显得“后劲不足”?LG电子显示器产品经理郑宇胜说得明白:“以往显示器厂商大多忽视了用户的真正需求。”在显示器摆脱了性能瓶颈的情况下,用户真正需要的,是对显示器画面素质的完美表现的体验。用户的需求已经不再简单集中在显示上,而是追求更完善的画面还原。可以说,LCD已经走出诉求性能的阶段,走过了“青春期”。


  LG的复真芯片就在这种大潮下问世了。“复真芯片”优化液晶显示器画质,更准确的应该说是让LCD更准确的还原画面。这一目的主要是通过真实色彩管理(RCM)和对比增强(ACE)技术实现。其中真实色彩管理(RCM)技术主要是还原自然的肤色、鲜艳的自然色、高速运动画面的色彩,增强显示画面的感染力。对比增强(ACE)技术的应用,在优化色彩的基础上,大幅提升画面的对比度和亮度。经过优化和处理,LG新品所展现的画面更锐利,对比度更高、层次更丰富。刺眼或昏暗不自然的画面从此不复存在。


  “复真芯片”对画面的调节,实际上是通过独创的手段和算法对GAMMA、YUV等分量的独立调节,从而使得失真的画面回复原有的信息量,从而恢复我们亲眼所能见的真实色彩和高亮度、对比度。


  LG最新的采用“复真芯片”的L1730P显示器和L1930P显示器此次随“复真芯片”一同发布,当场就吸引了各界的目光。两款显示器借助“复真芯片”成功地展现出鲜艳锐利的画面呼之欲出,与传统显示器相比,犹如将原先画面前的一层纱帘揭了去,再加上最高700:1的对比度、300nits的亮度、水平与垂直各170度的可视角度,吸引众多眼球自然不足为奇。


  现在,消费“体验”大行其道的日子里,人们更注重的并不是简单的性能提升,而是一款产品、一种技术能够带来什么样的应用感受。显示器也不可避免地顺应这一潮流。LG凭借“复真芯片”,又一次走在业界的前面,把显示器从性能为先引向画质竞争。

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