从胡萝卜到4毫秒:液晶显示器发展的120年
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如果问今年最热门的电子商品是什么?大家的答案也许千奇百怪,不过要说起你用什么显示器或是想更换成什么显示器,大半数的人会喊出
你应该不会到液晶显示器和胡萝卜有什么关连,但是不要怀疑,液晶的发现就必须从胡萝卜说起。十九世纪末在布拉格有一位奥地利的植物学家莱尼泽(Friedrich Reinitzer),他从胡萝卜中萃取出胆固醇。他在1888年的
图为:LCD=胡
他注意到加热一种苯甲酸胆固醇(Cholesteryl ben zoate)所产生的顏色变化,当加热到达摄氏145度,固态化合物慢慢熔化成黏稠白云状的液体,继续加热温度上升到达摄氏179度,黏稠白浊的特性消失,变成了清澈透明的液体,这种化合物似乎有二个不一样的熔点,当该化合物冷却时同样的现象重复,只是次序反转,最后形成固态的结晶体。莱尼泽揉揉双眼确定自己没有眼花,重复几次实验还是得到相同的结果。一般的物质只有单一熔点,例如在一般情况下冰的熔点是摄氏零度,加热熔化成透明的水时,并不会出现牛奶般的混浊,这项新发现与当时的物理
图为:液晶状态时美丽的景象1
莱尼泽将这种现象告诉结晶学者诺发斯基(Van Zepharovich),诺发斯基没办法回答他的疑问,建议他寻求另一位德国学者李曼(O tto Lehmann)协助,在一八八八年三月十四日莱尼泽提笔写信给李曼,这封手写书信长达十六页,开启了往后一百多年液晶发展的序曲,每一本液晶教科书都会提到这封信,感谢上帝,这一切环环相扣没出半点差错,李曼顺利收到信件,否则
图为:液晶状态时美丽的景象2(um:微米,千分之一毫米)
莱尼泽随信附上化合物的样本,叙述双熔点的现象,并详细说明冷却过程的顏色变化,内文提到:
「……温度下降,样本显现蓝紫色,随即一闪即逝,紧跟著实验样品呈现牛奶般的混浊,但是还是流体状态,当温度继续下降,蓝紫色再次出现,但是很快消失,接著样品形成白色结晶状的固体。」
图为:液晶状态时美丽的景象3
图为:
注:上面的图片都是在高倍显微镜下,液晶处于无电路控制时的状态,我们显示器里的已经被分成若干细小的空间。
第二年,德国物理学家莱曼(O.Lehmann)使用他亲自设计,在当时作为最新式的 附有
图为:昂贵的原生晶体:钻石
图为:液晶的晶体状态
第一台LCD是?
这一发现第一次证明液晶可以应用在显示领域。另外还有两个特点令人振奋:首先,它很小,这就意味着,一旦把它运用到显示屏中,设备将会很轻;第二,不同于CRT
接下来,偏振滤光器被应用于液晶显示中。偏震滤光器的工作就像一个百叶窗,让光线通过也可以阻止光线进入,这取决于光线的角度。记住,液晶工作的本质就是改变光线的方向。
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名词解释:Lightwave 光波
Electrode 电极
Polarized Panel 偏振面板
Liquid Crystals 液晶
1963年,RCA公司的威利阿姆斯发现了用电刺激液晶时,其透光方式会改变。5年后,同一公司的哈伊卢马以亚小组,发明了应用此性质的显示装置。这就是液晶
图为:RCA公司的Optel试验室
图为:设计电路时的面包板(大学都用过吧?)
图为:RCA公司研制出的世界上第一片LC
注:你没有看错,世界上的第一片
![](http://image.21tx.com/image/20050628/14807.gif)
图为:LCD手表
这是ilixco在1971年正式量产化的LCD手表(上一个属于试验室制品),大家看看是不是有种似曾相识的感觉(尤其是生于70年代或之前的)
图为:1978年出品的传统表针显示模式的LCD电子表,是不是也很Cool的样子?
而当初,
图为:1976年夏普EL-8025计算器的广告1-神秘美女篇
图为:1976年夏普EL-8025
图为:看看实物
没错,第一台LCD其实就是手表上的屏幕!!!接下来夏普(SHARP)即将走进我们的视野。
夏普的崛起
70年代至今,液晶发展史上的许多项重要内容都和夏普(SHARP)有关。这里插播一个小插曲:作为液晶发展历史上占主力地位的日本厂商,在液晶显示器量产之初,从技术上并不看好液晶,原因很简单,就是色彩表现与速度与当时的CRT显示器相去甚远,当然超大尺寸的屏幕造价过高也是原因之一,很多厂商跑去研究生产PDP(等离子显示器)。所以在LCD面板制造,夏普成为日系面板厂商的领跑者。
SHARP(中文译音:夏普),于1912在日本的东京由四个日本人成立,在当时仅仅是一个小型的工作坊而已,并没有SHARP这个名字,但自从在1915年,它发明了第一支活动铅笔之后,便把工作坊的名字正式命名为:SHARP,并把其工作坊发展成公司。寓意其发明的活动铅笔“锐利的、锋利的”的意思。
图为:左.1987年夏普在便携式电视机上使用的3英寸彩色LCD
右.1988年世界上第一台彩色液晶显示器(14英寸)
图为:左.1989年世界上第一台100英寸LCD投影机
右.1992年世界上第一台高清晰液晶电视(LCD HDTV)
图为:1996年当时全球最大40英寸液晶电视
(比较奇怪的是,由两块29英寸面板拼接而成)
夏普大事记 (1973~1999年)
1973年 成功发明第一台液晶显示电子计算器;
1988年 研制成功14英寸TFT彩色液晶显示器,开创了LCD新时代
1989年 推出100英寸投影屏幕的便携式液晶投影机;
1991年 开发出8.6英寸彩色壁挂式液晶电视
1992年 发明“View CAM”液晶摄像机;以及16.5英寸多媒体显示器
1995年 成功开发世界最大的28英寸的TFT薄膜半导体液晶显示器;
1996年 推出亮度提高30%的液晶屏作显示设备的笔记本电脑;
1997年 发布20.1寸 “Super-View” 液晶屏;
1999年 发布使用CGS TFT液晶板的60寸高清晰度背投影机;
上个月,夏普又发布了全球最大尺寸的液晶电视,对角线长度达到65英寸。
当LCD遇到PC
大家应该记得在显示器没有发明出来之前,计算机的输出界面是十分抽象的打孔纸带、灯泡或是LED。大家观察计算机输出的结果都需要专业的训练,至少要会熟练的阅读二进制代码(0101010101010110111101~)。
图为:IMSAI 8080
1975年生产的IMSAI 8080,使用2MHz的Intel 8080ACPU,64K 内存,显示器就前方的三排LED灯,当时售价也接近1000美元,BASIC语言
时代进步了,当显示界面开始数字化的时候,LCD还没有被普及应用,这时候就出现了以LED灯显示数字的方式。
图为:1977年的AIM65
1977年的AIM65,看看前面的标志,“猫”(Modem)时代著名的Rockwell哦,采用了可显示20个包含文字与数字字符额LED,与内置式热敏打印机,作为双输出系统,1K内存、Rockwell 1MHzCPU,最大4K内存。
随着LCD被夏普投入到计算器作为显示系统,PC厂商们也开始以LCD来武装自己的产品。这时的显示器就像个计算器的屏幕,显示数字、字母倒是没有问题,但没有办法显示任何图案,数表等等。点阵型的LCD正在一步一步的酝酿着。
图为:1982年松下(Panasonic)出品的HHC
1982年松下(Panasonic)出品的HHC,设计上精致很多,指标和上一个AIM65相差无几,左面的热敏打印机是选配件,最多可同时显示26*1个字符,不过外形嘛,怎么看都还是像个计算器(其实它是一部电脑)。
最初的计算机几乎都是一体化设计,到了1981年IBM才推出了真正的个人电脑(Personal Computer 简称PC)。由于技术和成本的考虑大多计算机上配置的还是CRT。而从这个时代开始,由于便携的需要,出现了很多便携或者是携带比较方便的电脑(重量依然不轻啊!),这可和现在的笔记本型电脑(NoteBook)是不一样的类型,至少上面是没有电池的。由于尺寸和重量的优势,初具现代LCD雏形的单色点阵型显示器就这样与PC相遇了。
图为:1983年生产的Gavilan SC使用了一块可显示66*8文本、400*64点阵的LCD
1983年生产的Gavilan SC使用了一块可显示66*8文本、400*64点阵的LCD,同样是5MHz的8088CPU,内存32K,集成3英寸软驱,操作系统是MS-DOS2.11,售价高达4000美元。
液晶的分类:
TFT(薄膜晶体管), DSTN(双层超扭曲向列型)及其他
人们发现,液晶的棒形分子扭曲的程度越大,显示
图为:
图为:STN液晶显示器
图为:三原色对色彩的实现,60倍放大之下的液晶面板(与CRT的原理类似)
有源(Active)及无源(Passive)型
彩色LCD有两种:有源(Active)及无源(Passive)型。
有源LCD是指最目前应用普遍的薄膜晶体管(Thin Film Transistor:TFT)LCD,显示图象的效果与无源的比,更清晰、更分明、视角更大。
之所以如此,是因为有源LCD更新
但是这种技术在小屏幕LCD(移动电话、游戏机、数码相机)中的运用呈下降趋势,其原因是quarter-VGA (QVGA) 或 320x240的
总而言之,有源矩阵显然更先进。这也就是为什么,Casio(卡西欧)彩显Cassiopeia曾一度
然而,现行的无源显示运用了新的DSTN 和CSTN技术以及最新的HPA(High Performance AddressING )技术,其图象显示的分明度可与有源显示相媲美。并且其造价低。
DSTN (double-layer super-twisted nematic双层STN),是一种无源显示技术,使用两个显示层,这种显示技术解决了传统STN显示器中的漂移问题。不过,DSTN显示的分明
图为:DSTN显示器
CSTN(color super-twist nematic:彩色STN),是由SHARP开发的无源
图为:CSTN
通常,有源显示占据了
图为:用于虚拟现实的计算机辅助设计(CAD)
图为:游戏性就是一切!GBA
图为:PDA
图为:虚拟现实
液晶显示器的未来发展
制造商们不断去寻找好的方法以提高液晶显示器的性能,减少其耗电量。并且取得了成功:通过改善相对孔径,减少了传送时的耗电量,同时使背光更为有效地工作。目前,制造商正致力于发展更加低延迟、高清晰,大视角的液晶显示器。
图为:引领LCD走入4ms时代的优派(ViewSonic)VX924
图为:戴尔(DELL) 2405FPW的宽屏诱惑
图为:苹果(Apple)Cinema Display系列设计与品质并重
然而,仍然有很多即将出现的新技术与液晶技术分庭抗争,以取代古老的CRT显示器。
列举一二
电致发光显示器(ELs),其有着快速刷新技术,很好的稳定性,出色的光线,但是耗电量大。不太适合掌上电脑设备。
场发射
图为:试验室阶段的FED显示系统
有机发光显示器(OLEDS)使用的原料可以发射光线,而不是像典型的LCD显示器,吸收光线。这种显示器目前已应用在移动电话、数码相机上,打入
图为:柯达(KODAK)以将OLED显示技术应用到数码相机中
等离子显示器(PDP)已经流行了一段时间,但是其价格昂贵,但比LCD更容易制造出超
真空荧光显示器(VFDs),尽管非常省电,但分辨率低,比较适合于广告版上。
图为:VFDS
最后,让我们来看一下头盔微型
图为:双屏也是