百年液晶路

综合报道

  相信读者都会注意到最近液晶面板价格大跌的消息,“每英寸10美元”的预测不仅在业界流传甚广,更让关注液晶产品的消费者兴奋不已。假如17英寸面板降至170美元、15英寸降至150美元的话,不仅笔记本电脑的成本将大幅下降,桌面CRT显示器的主流地位也势必将被液晶显示器取代的迹象也越来越明显。当然,在购买之前,我们需要的是对液晶有足够的了解。

  从实验室到商业应用

  1888年,奥地利植物学家Reinitzer首先发现液态晶体(Liquid crystals)的存在,中文被译作“液晶”。液态晶体在具有一般晶体的方向性的同时,又具有液体的流动性。如果要改变固态晶体方向,必须旋转整个晶体,而液态晶体就不同了,它的特性是晶体的排列方向可由电场或磁场来控制。

  1961年,美国RCA公司普林斯顿试验室的年轻电子学者F·Heimeier为了研究外部电场对晶体内部电场的作用,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几伏电压时,液晶层就由红色变成了透明态。出身于电子学的他,立刻意识到这就是彩色平板电视的原理。兴奋的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动态散射和相变等一系列液晶的电光效应。他们研制成功一系列数字、字符的显示器件,以及液晶显示的钟表、驾驶台显示器等实用产品。RCA公司对他们的研究极为重视,一直将其列为企业的重大机密项目,直到1968年,才在一项最新科技成果的广播报道中向世界报道。

  1968年由美国RCA公司正式发表的液晶显示技术立刻引起了日本科技界、工业界的重视。日本公司看到了液晶显示技术将对“个人消费电子”产生巨大影响,随即进行了相关的产品研制,并最终使液晶显示技术成为一个产业。其发明者美国RCA公司不得不在一次董事会上沉痛地总结道:“在RCA百年发展历史上,液晶显示技术的流失是最大的一次失误。”

  1968年后半年,精工爱普生集团的前身──诹访精工舍也开始了液晶面板的研发工作。1973年,精工爱普生发明了世界上第一款液晶表盘数字手表,掀开了液晶应用新的一页。同年,夏普公司也生产出了世界上第一台具有液晶显示屏特征的电子计算器──EL8025。

  1982年,爱普生公司推出了世界第一款迷你手表电视机。这款产品除了耗电低之外,还兼轻巧的外形和高分辨率,一时间成为全球关注的焦点。次年,爱普生将研发迷你手表电视机所获得的液晶影像显示技术加以活用,生产出了世界上第一台TFT彩色液晶显示器,这是真正意义上的显示器。

  在接下来很短的时间内,包括日立、NEC、东芝、三洋、松下、索尼在内的众多日本公司开始了将液晶显示器应用于电脑的新探索。1995年之前,LCD市场一直是日本的天下。20世纪90年代末,三星、现代、LG等一批韩国企业的跟进,宣告了日本垄断的结束,并以降低成本夺得优势,逐渐成为此产业的领先者。

  称霸显示领域

  出现在上世纪60年代末的世上第一块液晶显示屏被称之为TN-LCD。上世纪80年代,STN-LCD、DSTN-LCD出现,同时TFT-LCD技术也被提出。其中TN-LCD、STN-LCD和DSTN-LCD三种基本的显示原理都相同,只是液晶分子的扭曲角度不同而已,所以常常被统称为TN-LCD。与之相对的是TFT-LCD,因为TFT-LCD采用与TN系列LCD截然不同的显示方式。

  TN-LCD由于无法显示细腻的字符,通常应用在电子表、计算器上。STN由于扭转角度较大,字符显示比TN系列细腻,同时也支持基本的彩色显示,多用于液晶电视、摄像机的液晶显示器、掌上游戏机等。而随后的DSTN和TFT则被广泛制作成液晶显示设备,DSTN液晶显示屏多用于早期的笔记本电脑,由于支持的彩色数有限,所以也称为伪彩显。TFT-LCD则既应用在笔记本电脑上,又逐步进入主流台式显示器市场。与传统的CRT显示器相比,TFT-LCD不但体积小、厚度薄、重量轻,而且耗能少、工作电压低、无辐射、无闪烁,在短短的几年中很快成为CRT显示器最有力的竞争者。但TFT-LCD由于动态图像还原不佳及大屏幕显示实现难度较大,因而一直被认为只能跟CRT争夺PC和小屏幕电视市场。而近年来以宽视角为主要诉求的IPS、VA等技术,有效地提高了LCD的可视角度,并突破了色彩还原、响应时间等技术瓶颈,LCD开始踏上了全面超越CRT的辉煌之旅。

  2003年11月27日,韩国三星生产出了57英寸LCD, 这是迄今为止全球最大尺寸的LCD面板。这块堪称LCD中的“霸王龙”显示面板,超过了目前CRT显示器的最大尺寸,一举奠定了液晶显示器争夺显示领域霸主地位的基础,成为LCD技术发展的重要转折点,百年历史从此掀开新的篇章。

  未来的主流

  生产TFT-LCD面板的生产线可以分为三代线、四代线、五代线以及即将建成的六代和七代生产线。第三代生产线TFT玻璃基板尺寸为550mm×650mm,可切割成4片15英寸液晶监视器面板,第四代的玻璃基板尺寸为680mm×880mm,可切割成6片15英寸面板,而五代线生产基板尺寸为1100×1250mm,可以切割12片17英寸面板或6片24英寸面板。

  目前日本已经完全放弃了三代线的投产,全部转向四代线,夏普等厂商甚至跳过五代线打算直接投产六代线,争取在大屏幕的领域取得先机。而目前大多韩国厂商如三星、LG-Philips 等面板厂的五代线已经陆续开始投产,由于在关键技术上的革新,为LCD面板的成本下降打下了基础,因为面板在整个LCD显示器的总成本中要占到80%,所以面板成本的下降直接导致LCD显示器价格的下降。

  由于第五代面板生产线主要面向LCD TV产品,生产基板尺寸为1100×1250mm,可以切割12片17英寸面板或6片24英寸面板,生产成本相较四代线以及三点五代线有不小的降低,所以未来17英寸的TFT面板将很快成为LCD显示器市场的主流。笔记本电脑及桌面电脑LCD显示屏的主流尺寸为13~17英寸,五代线的基板尺寸对这些尺寸面板已达到经济切割的最大边际效益。然而面板业者仍积极开发六代、七代线,其着眼的市场就不再局限于信息市场,而是放眼更为广阔的LCD TV市场。这也是为何TV厂商夏普在投资新一代面板生产线时并没投入五代线的扩产动作,而是直接跳到六代线的原因──因为客厅中摆放的LCD TV需要的显示尺寸要比电脑来得更大。