显示技术的简史及发展趋势

显示技术的简史及发展趋势
——由LCD技术到柔性显示技术随着人们对显示器的色彩追求和显示实用性的追求，近二十年前基于等离子技术和液晶技术的平板显示器问世，显示器市场发生了翻天覆地的变化。

显示器市场分为两路大军：LCD和CTR。

但是伴随实用性需求的增强，透明化及柔化的显示技术也问世。

就单纯的显示技术而言，百度百科上理解为是利用电子技术提供变换灵活的视觉信息的技术，其主要任务是根据人的心理和生理特点，采用适当的方法改变光的强弱、光的波长（即颜色）和光的其他特征，组成不同形式的视觉信息。

视觉信息的表现形式一般为字符、图形和图像。

从显示技术的发展情况来看，值得关注的莫非LCD液晶显示器、蓝相液晶显示技术以及柔性显示技术，下面，我将从这几个方面来进行对显示技术发展概况的阐述。

1、LCD液晶显示器
LCD（Liquid Crystal Display）液晶显示器的构造是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶盒，下基板玻璃上设置TFT（薄膜晶体管），上基板玻璃上设置彩色滤光片，通过TFT 上的信号与电压改变来控制液晶分子的转动方向，从而达到控制每个像素点偏振光出射与否而达到显示目的。

早在19世纪末，奥地利植物学家就发现了液晶，即液态的晶体，也就是说一种物质同时具备了液体的流动性和类似晶体的某种排列特性。

利用液晶的电光效应，英国科学家在本世纪制造了第一块液晶显示器即LCD。

今天的液晶显示器中广泛采用的是定线状液晶，如果我们微观去看它，会发现它特象棉花棒。

与传统的CRT相比，LCD不但体积小，厚度薄，重量轻、耗能少、工作电压低且无辐射、无闪烁，并能直接与CMOS集成电路匹配。

由于优点众多，LCD从1998年开始进入台式机应用领域。

从液晶显示器的原理上来看：
首先，就液晶的物理特性而言，当通电时导通，排列变的有秩序，使光线容易通过；不通电时排列混乱，阻止光线通过，让液晶如闸门般地阻隔或让光线穿透。

大多数液晶都属于有机复合物，由长棒状的分子构成，在自然状态下，这些棒状分子的长轴大致平行，将液晶倒入一个经精良加工的开槽平面，液晶分子会顺着槽排列，所以假如那些槽非常平行，则各分子也是完全平行的。

其次，LCD技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间，这两个平面上的槽互相垂直。

也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两
个平面之间的分子被强迫进入一种90度扭转的状态。

由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转90度。

但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转，这也就是单色液晶显示器的工作原理。

最后，较之单色，彩色LCD显示器的工作原理在于，对于笔记本电脑或者桌面型的LCD 显示器需要采用的更加复杂的彩色显示器而言，还要具备专门处理彩色显示的色彩过滤层。

通常，在彩色LCD面板中，每一个像素都是由三个液晶单元格构成，其中每一个单元格前面都分别有红色，绿色，或蓝色的过滤器。

这样，通过不同单元格的光线就可以在屏幕上显示出不同的颜色。

由于液晶显示器有着许多传统CRT不可比拟的优点，所以它会越来越多地用于桌面台式显示器上，液晶显示器是通过数字信号来显示影像的，和阴极射线管采用模拟信号不太相同，不过为了符合市场要求，目前液晶显示器的信号种类是模拟与数字两种均有。

采用模拟信号的好处是可以和目前绝大多数显卡兼容，但是这样做在液晶显示器内部还得加装一个APC，将传输进来的模拟信号再转换成数字信号，这样可能会影响显示品质。

目前一些供应商正在制定PC机与LCD之间的专用标准接口，其目的是提供在主流机型已存在的端口上直接兼容数字信号，不过目前的显卡很少有支持数字传输界面的，而且数字界面的管脚也尚未统一，这是近期内要解决的问题之一。

2、蓝相液晶显示技术
在液晶相与各向同性态之间存在的相态称为蓝相（ blue phase liquid crystal，BP- LC）。

以热致液晶为例，物质加热熔化，进入液晶态，温度进一步升高，结构呈双螺旋态，可以看到彩色，此时进入蓝相，再加热视野为黑色，即进入各向同性相。

首先，蓝相液晶较之目前常用的TN 型液晶具有下列优点：
（1）具有亚毫秒的响应时间，不但使液晶显示器有可能实现场序彩色显示模式，还可以大大降低动态伪像，而场序彩色显示模式显示器的分辨率和光学效率是常规的3 倍；
（2）不需要定向层，可以大大简化制管工艺过程；
（3）暗场时光学上是各向同性的，所以视角大，并且非常对称；
（4）只要液晶盒的厚度大于一定值，其透明度对液晶盒的厚度不敏感，所以特别适于制作大显示屏。

蓝相液晶显示实用化曾经面临的严重问题是蓝相存在的温度范围太窄，它只存在于手性向列相（胆固醇相）与澄清相（各向同性）之间的0.5～2℃范围中。

而随着聚合物稳定
蓝相液晶的发现，BP- LC 存在的温度范围已扩展到- 10～50℃，但是仍然面临下列两大问题：
①驱动电压太高。

如果采用如共平面开关结构（IPS）液晶盒中的交叉指电极，当BP- LC 的Kerr 常数K 为约10nm/V2 时，驱动电压约为50Vrms；
②透明度不够高，只有约65%。

其次，值得深究的是基于Kerr效应的蓝相液晶的工作原理。

将蓝相液晶置于两平行电极板之间就构成一个Kerr 盒，外加电场通过平行电极板作用在蓝相液晶上，在外电场作用下，蓝相液晶就变为光学上的单轴晶体，其光轴方向与电场方向平行。

当线偏振光以垂直于电场的方向通过蓝相液晶时，将分解为两束线偏振光，一束的光矢量沿着电场方向，另一束的光矢量与电场垂直。

它们的折射率分别称为正常折射率n0 与反常折射率ne。

蓝相液晶是正或负双折射物质，取决于ne- n0值的为正或负。

作为显示器，入射光是垂直于两平行透明电极板入射的，要产生与入射光垂直的电场，只能将平行电极制作在下透明电极板上。

为了增强电场，每组两平行电极必须很靠近，即做成如共平面开关结构液晶盒中的交叉指电极结构。

在液晶盒上、下各置一片偏振方向互相垂直的偏振片，当液晶盒上无电场时，蓝相液晶的表现如同一个各向同性介质，与上偏振片偏振方向相同的入射偏振光透不过液晶盒，呈现一个黑背景；当液晶盒上加有电场时，蓝相液晶的表现如同一个具有双折射特性的单轴晶体，其Δn 随外加电场的平方而增加，透过的光强度也随之增加，达到利用蓝相液晶的Kerr效应，用外电场实现调光的目的。

3、柔性显示技术
随着社会的发展，柔性显示技术的优势日益突出，由于其轻薄、可弯曲、便于携带的优点，在手机、笔记本电脑、电子书等显示方面的应用研究也越来越多。

目前，主要有 LCD、OLED、EPD 三种技术可以用于柔性显示。

针对 OLED 比较薄，能够在柔性基板上制造这一特点，自 OLED 出现以来，就被认为在可弯曲、柔性显示方面具有潜在优势。

1992 年，美国加州大学Heeger 研究小组，在 Nature 上首次报道了柔性OLED，他们采用聚苯胺(PANI)或聚苯胺混合物，利用旋涂法在柔性透明衬底材料 PET 上制成导电膜，作为 OLED 发光器件的透明阳极。

这一研究成果拉开了 OLED 柔性显示的序幕。

柔性显示中柔性衬底的选择至关重要。

柔性衬底包括聚合物柔性衬底、金属箔片、超薄玻璃、石墨烯等。

目前产业中通常所采用聚合物及金属箔片衬底。

柔性聚合物衬底材料
主要有 PET、PEN 等。

柔性衬底具有易于制备、质量轻、柔韧性更好等优点，但是这些材料对氧及水的阻挡作用很弱，不足以达到显示设备的要求。

在实际应用中，还需要采取其他措施以提高阻隔效果。

如采用聚合物与无机材料交替堆叠的办法，可以将阻隔效果提高几十倍。

另一方面，聚合物衬底不能承受高温，这对在其上制作 TFT及 OLED造成了很多不便。

这些问题极大地限制了聚合物柔性衬底的商业化进程。

相比聚合物衬底，金属箔片（厚度约为几十微米）在高温工艺下的稳定性更好，材料获取也比较容易，因而是目前柔性显示中应用较多的衬底材料。

如LG4- in 的 AMOLED 采用了不锈钢衬底材料作为柔性衬底。

同样石墨烯具有优异的机械韧性及电学性能，透明并且可以任意弯曲，是一种具有很大优势的潜在柔性衬底材料。

现如今，透明显示技术面临了一系列的发展问题。

透明OLED本质上讲，仅仅是在OLED 基础上的改进，因此，一些OLED亟待解决的问题，同时也是制约透明OLED发展的因素，如器件的发光效率、寿命、全彩等方面的问题。

另外，在可见光区高透过率的金属电极、以及透明TFT则是今后透明OLED研发的两个重要方向。

针对以上现在流行的显示技术，综合网络了解以及日常普及，我想，在未来，如同东南大学副校长王保平表示，3D技术、触摸屏技术、电子纸技术、激光显示技术以及OLED 技术等都将是未来显示技术的最新发展趋势。

我看，未来理想中的电子纸是一种超薄、超轻的显示屏，表面看起来与普通纸张十分相似，可以像纸张一样被折叠卷起，内容可以反复更新，既具备纸的优点，又具备液晶显示器不断刷新显示内容的优点，而且耗能很低。

现在3D效果的影片需要观众戴上专门的3D 眼镜，但是长时间使用3D眼镜，可能会导致观看者出现头痛、恶心的反应，王保平表示，如果要让3D技术真正占据市场，一个重要的技术瓶颈突破就在于视觉疲劳和裸眼方式。

立体显示技术的发展主要是裸眼3D的普及，到时候可以做到无视觉疲劳，大视觉范围，大尺寸、高亮度。