【精品】液晶高分子材料在图形显示方面的发展与应用

液晶显示材料的发展与应用

郑磊

（安徽工业大学化学与化工学院安徽马鞍山）

摘要:液晶有许多特殊的性能，因而在许多领域得到应用。其中最常见是液晶显示技术.本文简述了液晶高分子材料在图形显示方面的发展历史、发展趋势以及研究与应用现状。

关键词:液晶；图形显示；显示材料；应用;发展

1引言

人们早已熟知液晶本身和液晶在电子显示器件方面、非线性光学方面的应用。液晶显示的手表、计算器、笔记本电脑和高清晰度彩色液晶电视都已经商品化，液晶的商业用途多达百余种，它使显示等技术领域发生重大的革命性变化.

2液晶显示技术的发展

经历4个阶段发展为液晶电视

“使用液晶可以制造超薄显示屏”。40多年前的1968年5月，美国RCA公司在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RCA公司的GeorgeHeilmeier，他甚至还表示,“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都开始参与液晶面板的开发工作,全球性开发的帷幕正式拉开。

但是，液晶显示屏的实用化并不容易.当时，液晶的使用寿命和可靠性等基

本问题都未能解决，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.

之所以会存在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还原反应而变质。虽然也可以采用交流电来驱动液晶，但是显示性能较差。最终解决这一问题的是夏普公司。该公司发现，如果在液晶材料中加入离子性杂质，使其导电率升高,就可以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.

夏普公司的液晶计算器上采用的液晶显示屏是由RCA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)模式液晶。但是，要采用DSM制造液晶电视是很困难的,这是因为DSM的点阵显示扫描线在数量方面存在一定的限制。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，通过使液晶分子在电场中移动，就可以控制光的开/关。目前，几乎所有液晶显示屏都在采用这个工作原理。

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,最初找出原因并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，英国皇家信号与雷达研究院（RSRE）发明了STN液晶。1985年，瑞士BrownBoveri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，还是很难制造液晶电视，这是因为STN液晶仍然存在对比度较低、很难显示细微灰阶的问题.突破这一壁垒的，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.与以往的单纯矩阵驱动不同，有源矩阵驱动技术可以独立控制各像素，从而防止因受到周围像素的影响而产生的交调失真,因此可以显示高对比度与细微灰阶。

技术竞争白热化在液晶显示器市场刚开始启动的1998年,当时的夏普公司社长（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，夏普在日本国内销售的电视将全部采用液晶屏。"当时，液晶电视并未普及，在夏普公司内部对于彩色液晶屏也并没有十足的把握.但是，这一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。在此过程中,液晶与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。

制造壁挂式电视的挑战变得具体化，TFT液晶面板与PDP面板的开发竞争可以追溯到“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

果在那时也相继发布.PDP阵营主张“液晶面板的尺寸应在20英寸以下”,TFT 液晶面板阵营则对此表示坚决反对.例如,夏普于1995年将两张21英寸面板接在一起,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.但在当时,无论是PDP面板还是TFT液晶面板,在显示性能上都明显不如CRT，制造成本也过高。因此,两大阵营的初期目标都是要改善显示性能，力争接近CRT 的水平。

TFT液晶面板与PDP的第二次交锋发生在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，当时这款电视在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，夏普公司推出30英寸的液晶电视。在面板开发上，三星公司也发布了40英寸的试制面板。但是，PDP与TFT液晶仍然无法完全取代CRT电视。PDP在支持全高清与低功耗方面、TFT

液晶面板在响应速度等视频显示性能上都存在很大的挑战。

之后，两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。这时两大阵营的电视画质都已得到大幅改善,各厂商纷纷开始加大投资。2005年，在全球同步推出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代与第8代工厂,扩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年只剩下三家公司。自此，TFT液晶面板确立了电视领域的核心地位。

参与壁挂式电视开发竞争的不光是TFT液晶面板与PDP。2004年，SED面板高调宣布参与竞争。佳能与东芝公司合资成立了SED公司，并发布了SED电视业务计划。但在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，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与液晶面板从开始研发到市场正式启动为止都花了20年～30年的时间，所以，OLED面板能否形成气候还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一直以来都有三个梦想:壁挂式电视、3D显示器及电子纸.

壁挂式电视目前已经实现，松下等厂商已公布了下一步的开发方向，即嵌入墙壁的“墙面电视"。今后，为了开发出更大的屏幕，必须进一步降低耗电量。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与彩色滤光片. 3D显示器的关键在于开拓杀手级应用。目前，在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。在进行开发之前，需要根据目标应用制定相应的