「发明创造的故事」(244)——液晶显示技术的发明历程

液晶显示技术的发明历程

「发明创造的故事」(244)——液晶显示技术的发明历程

液晶显示技术---笔记本电脑

还记得小时候家里那个有着大屁股的电视吗? 那就是阴极射线管显示。

阴极射线管,一种电真空器件,通过驱动电路控制电子发射和偏转扫描,受控的电子束激发涂在屏幕上的荧光材料,而产生相应颜色的光,实现显示。

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阴极射线管

不知从何时起,开始流行液晶显示屏的大平板电视,随后是平板电脑。

液晶显示屏以耗电量低、占用空间小、辐射低的优点而备受人们喜爱。

液晶显示屏使用了两片极化材料中的液体水晶溶液,使电流通过该液体时会使水晶重新排列达到成像的目的。

液晶显示技术经历了漫长的发展历程。

1888年,奥地利植物学家弗里德里希•莱尼泽(Friedrich Reinitzer)首次发现了液晶。

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弗里德里希·莱尼泽

当他测量有机物的熔点时,发现了一种特殊的物质。他从胡萝卜中提炼出一种称为螺旋性甲苯酸盐的化合物,在为这种化合物做加热实验时,意外的发现此种化合物具有两个不同温度的熔点。当加热熔化后会经历一种不透明的白色浑浊液体状态,散发出五彩斑斓的珍珠光泽。再加热到一定温度,会变成透明清澈的液体。

第二年,德国物理学家奥托•莱曼用他当时亲自设计的带加热装置的偏光显微镜观察了这些脂质化合物。他发现这种白色浑浊的液体虽然在外观上属于液体,但却表现出各向异性晶体的特殊双折射。于是莱曼将其命名为“液晶”,这就是“LCD”这个名字的由来。

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奥托·莱曼

不过,虽然液晶早在1888年就被发现,但是真正实用在生活周遭的用品时,却是在80年后的事情了。

1963年,美国无线电公司的理查德.威廉姆斯发现,当液晶受到电刺激时,其光传输模式会发生变化。

当他对薄薄的液晶层施加电场时,晶体会形成条纹图案并进入向列状态。后来他将这一研究交给了他在美国无线电公司的同事乔治•海尔迈耶经过不懈的努力,海尔迈耶所带领的团队找到了一种在室温下操作晶体的方法,并发明了第一个液晶显示器,于1968年首次向世界展示。

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乔治•海尔迈耶

最初,液晶作为显示屏的材料是非常不稳定的。所以作为商业用途,还是有问题的。

随后,英国哈尔大学格雷教授发现了稳定的液晶材料---氰基联苯液晶。

令人玩味的是,液晶的发现比真空管或是阴极射线管还早,但世人了解此一现象的并不多,直到1962年才有第一本,由美国无线电公司研究小组的化学家乔•卡司特雷诺先生所出版的书籍来描述。而与映像管相同的,这两项技术虽然都是由美国的美国无线电公司所发明的,却分别被日本的夏普与东芝两家公司发扬光大。

1976年,夏普公司首次将液晶显示屏应用于生产数字手表和袖珍计算器显示屏,而氰基联苯液晶成为了液晶材料的基础。这种液晶显示器采用扭曲向列液晶显示技术,响应时间慢,输出光亮度低,因此被称为“无源”。

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计算器

这种液晶显示器不擅长显示动态和静态图像。而且视角小,涂抹现象非常明显,所以只用于电脑面板、电子表和电器零件显示器,以及早期的低成本笔记本电脑等对图像显示质量要求不高的设备。

接下来的10年,液晶技术发展非常缓慢。1985年东芝推出世界上第一台笔记本电脑时,液晶立即与笔记本电脑融为一体,并频频出现。但当时的液晶颜色单一,亮度低,用户能看到的是没有色度的黑白显示。

一年后,超扭曲向列屏液晶出现。 “超扭曲向列”是“扭曲向列”的改进增强。超扭曲向列屏的出现让液晶第一次出现彩色。它主要用于一些显示屏尺寸大,要求不高的产品。

1989年,在东芝公司的努力下,第一台彩色“伪彩色”( DSTN)显示器正式应用于笔记本电脑。这一创新让笔记本电脑用户面临的黑白世界瞬间进入了真实的色彩世界。尽管实现了彩色输出,“伪彩色”显示器仍然有许多难以忍受的局限性。由于视角窄、图像质量差、分辨率和色深低,“伪彩色”显示器只能提供增强图形适配器分辨率和显示16种颜色。

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液晶显示屏.

1994年,东芝推出专为笔记本电脑设计的薄膜晶体管(TFT)液晶显示屏,迅速走上时代舞台,成为当今IT行业的主流选择。薄膜晶体管液晶,具有对比度更高、色彩更丰富、更新频率更快的特点,俗称“真彩色”。与“伪彩色”相比,薄膜晶体管液晶的主要特点是为每个像素配置一个半导体开关器件,其处理技术类似于大规模集成电路。因为每个像素都可以通过点脉冲直接控制,所以每个节点都是相对独立的,可以连续控制。这种设计方法不仅提高了显示屏的响应时间,而且可以实现非常精确的灰度控制,这就是为什么薄膜晶体管的颜色比“伪彩色”更逼真。

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液晶显示屏

近两年来,随着薄膜晶体管制造技术的逐步提高和产品良率的提高,它的价格下降了不少。随着一些新技术的出现,薄膜晶体管液晶在响应时间、对比度、亮度、视角等方面都有了很大的进步,进一步缩小了与传统阴极射线显示器的差距。