在短短的几年时间内，LCD迅速取代CRT，成为占据主流的显示技术。在价格不断平民化的同时，LCD的显示品质也变得越来越好。最初，可视角度小、响应时间长被认为是LCD最严重的缺陷，在各大面板厂商的共同努力下，新一代LCD面板纷纷研发成功，并在极短的时间内迅速实现量产。新一代面板普遍可实现160度以上的可视角度，部分优秀技术更可以达到170度视角，这样的水平与CRT相差无几，LCD视角窄小的缺陷有了一定的改观。其次，新型面板普遍拥有16毫秒以内的响应时间，许多产品甚至降到8毫秒的水准，而只有当响应时间超过25毫秒，人眼才可以感觉到明显的影像延迟，新一代LCD完全可满足3D游戏的应用需求。

    而上述两个问题的解决为LCD的普及打下一针强心剂，加之成本日益降低，不仅15英寸规格的LCD显示器实现价格平民化，连17英寸的产品都跌入2000元之内，取代CRT成为主流就是一件顺理成章的事情了，这也是我们今天在市场上见到的情况。    尽管视角与响应时间有了很大改观，LCD的显示品质获得一定的提升，但LCD的前进步伐并没有因此停顿，业界将技术改进的重点放在以下几个领域：提高画面对比度，使之可表现出更丰富的层次感；进一步提高LCD的色彩表现，使之能够接近甚至达到CRT的水准；不断降低显示器的功耗，使之能够更节能，满足移动应用的需求；将使用寿命在现有基础上作进一步提高；拓展新的应用领域，改革制造工艺，提高良品率并达到进一步降低制造成本的目的。
 
LCD的缺陷与技术突破口  
 
　　由于先天原理的限制，LCD在色彩方面的显示品质依然难与同CRT比肩。我们知道，液晶面板自身是无法实现自主发光的，但它可起到对光的遮挡作用，为了实现完整的显示功能，就必须为它设计一套背光组件（Backlight）—背光源发射出光线，经过反射板、导光板、光学扩散片、棱镜片等辅助部件后照射到液晶面板上，液晶面板在电信号的精确驱动下，确定每个像素区域的光通断情况，并在彩色滤光片作用下形成明暗不一、颜色各异的光线输出—在用户角度看来，就是液晶屏幕上显示出了既定的彩色画面。这样的工作原理存在许多弊端：首先，依靠滤光片才可实现彩色输出，而由于驱动IC的限制，早期的LCD显示器每个色彩通道只能够实现6bit组合，RGB三通道加起来就是18位色显示，可显示出的色彩总数只有262144种，这与24位真彩色有漫长的距离。由于无法显示出足够多的颜色，LCD的色彩显示效果就很难达到令人满意的程度；其次，LCD必须借助背光源才能够形成亮度输出，而背光的品质特性对LCD显示器的显示品质、使用寿命等指标都有重要影响。目前广泛流行的背光源类型为CCFL冷阴极荧光灯，它具有成本低廉、技术成熟等优点，无论是性能还是稳定性都久经考验，但冷阴极荧光灯属于管状光源，要将所发出的光均匀散布到面板的每一个区域就需要相当复杂的辅助组件，屏幕的厚度较难以控制。而且CCFL背光在色彩显示方面表现平平，使用寿命也比较一般；再次，背光源的能量利用效率低下。在光能从背光到屏幕的传输过程中，光能量损耗情况非常严重，最终大约只有6％左右的光能可被真正利用，能量利用率颇为低下。为了实现更高的亮度和对比度，厂商必须提高光源的输出功率或增加灯管数目，所带来的不良后果就是整机功耗上扬。这对于桌面型LCD显示器或液晶电视不会有多大的影响，但对笔记本LCD屏幕影响很大。LCD是笔记本电脑中功耗最高的部件，为了尽可能提高电池续航能力，业界积极发展低功耗的LCD屏，而背光源的能效显然与之背道而驰。   

　　上述几种不足成为LCD新技术发展的重点突破口：面板领域，低温多晶硅技术得到业界的广泛重视，该技术不仅可以有效提高屏幕的透光率，获得更出色的亮度和色彩输出，而且显示器的结构简单、稳定性更强，有利于LCD的进一步轻薄化；背光领域，LED技术被认为是明日之星，更出色的色彩表现和更长的使用寿命是它的两大法宝。而飞利浦公司近期提出的Aptura背光技术则另辟蹊径，通过创新设计令LCD的色彩表现力获得有效增强；驱动IC领域，LG公司带来的10位/12位驱动IC，将每个色彩通道提高到10bit和12bit，令LCD显示器可输出物理30位色和36位色。下面我们将向大家详细介绍LCD在这些领域近期出现的新技术及进展情况，从中大家将了解到该领域最新的技术动向。 

低温多晶硅：LCD的明日之星

　　早在1999年，低温多晶硅LCD便已经问世，因此它谈不上是什么新技术。但由于种种原因，低温多晶硅技术发展缓慢，甚至长时间停留在口头上，直到近期该领域出现突破性进展之后才开始被外界重新注意。低温多晶硅的全称是“Low Temperature Poly-Silicon（LTPS，多晶硅又简称为p-Si，下同）”，它是多晶硅技术的一个分支。对LCD显示器来说，采用多晶硅液晶材料有许多优点，如薄膜电路可以做得更薄更小、功耗更低等等，我们会在下面集中介绍。但在多晶硅技术发展的初期，为了将玻璃基板从非晶硅结构（a-Si）转变为多晶硅结构，就必须借助一道激光退火（Laser Anneal）的高温氧化工序，此时玻璃基板的温度将超过摄氏1000度。众所周知，普通玻璃在此高温下就会软化熔融，根本无法正常使用，而只有石英玻璃才能够经受这样的高温处理。而石英玻璃不仅价格昂贵且尺寸都较小，无法作为显示器的面板，厂商很自然选择了廉价的非晶硅材料（a-Si），这也是我们今天所见到的情形。不过，业界并没有因此放弃努力，发展低温多晶硅技术成为共识，在经过多年的努力之后，低温多晶硅终于逐步走入现实。与传统的高温多晶硅相比，低温多晶硅虽然也需要激光照射工序，但它采用的是准分子激光作为热源，激光经过透射系统后，会产生能量均匀分布的激光束并被投射于非晶硅结构的玻璃基板上，当非晶硅结构的玻璃基板吸收准分子激光的能量后，就会转变成为多晶硅结构。由于整个处理过程是在摄氏500-600度以下完成，普通的玻璃基板也可承受，这就大大降低了制造成本，将多晶硅技术引入LCD显示器领域也就完全可行。而除了制造成本降低外，低温多晶硅技术的优点还体现在以下几个方面。 
 
　　电子迁移率以“cm2/V-sec”为单位，指的是每秒钟每伏特电压下电子的运动范围大小。传统的a-Si非晶硅材料LCD，电子迁移率指标多数都在0.5cm2/V-sec以内，而P-Si多晶硅面板的电子迁移率可达到200cm2/V-sec，整整是非晶硅材料的400倍之多。由于在该项指标上多晶硅材料占据绝对优势，使得多晶硅LCD的反应速度极快，体现在显示器产品中便是响应时间可以做到更短，更好满足大屏幕LCD的实用需求。   
 
　　我们知道，液晶材料通过控制光的通断来显示不同的画面，这样，每个液晶像素都必须有一个专门的TFT薄膜电路。这个薄膜电路与液晶像素一一对应，且成为像素的一部分，由于电路本身并不透光，来自背光源的光线便会被它遮挡。薄膜电路占据的面积越大，能透过的光能就越少，体现在最终显示上就是液晶像素较暗。而如果薄膜电路占据的面积较小，透过的光线就较多，在背光源不变的情况下，液晶像素也可以拥有较高的输出亮度。LCD业界引入“开口率（Aperture Ratio）”指标来描述此种情况，开口率是指每个像素可透光的区域与像素总面积的比例。显然，薄膜电路占据的面积越小，可透光区域就越大，开口率越高，整体画面就越亮。    
 
　　传统a-Si非晶硅材料在开口率方面的表现难如人意，原因就在于对应的薄膜电路体积较大，虽然许多厂商想尽办法提升该项指标，但收效甚微。而p-Si多晶硅材料在这方面具有绝对的优势，用该技术制造的LCD面板，薄膜电路可以做得更小、更薄，电路本身的功耗也较低。更重要的是，较小的薄膜电路让多晶硅LCD拥有更高的开口率，在背光模块不变的情况下可拥有更出色的亮度及色彩输出。换个角度考虑，采用多晶硅材料也可以在确保亮度不变的前提下，有效降低背光源的功率，整机的功耗将因此大大降低，这对于笔记本LCD屏来说具有相当积极的意义。   
 
　　越来越多的液晶厂商开始重视p-Si多晶硅技术。如前所述，p-Si多晶硅面板的薄膜电路尺寸极小，开口率比传统非晶硅面板高得多，对应的LCD面板要做到高分辨率不仅相对容易，且可以拥有更为出色的显示效果。不妨举个例子，对于12英寸的笔记本LCD屏，如果改用低温多晶硅技术，显示屏就可以在实现1024×768高分辨率的同时，将开口率指标保持在与常规桌面型LCD显示器相当的水准，由此大幅度改善屏幕的亮度输出、对比度和色彩效果，“12英寸无好屏”的说法自然也就成为历史。事实上，多晶硅技术所能达到的分辨率远超乎人们的想象，如在三片式LCD投影机中，高温多晶硅（High Temperature Poly-Silicon）技术被广泛使用，而它可以在面板尺寸仅有1.3英寸时，就实现1024×768的超高分辨率，如果换作是普通的非晶硅技术则远远无法达到这一指标。 
 
　　对于传统的非晶硅LCD显示器，驱动IC与玻璃基板是不可集成的分离式设计，因此，在驱动IC与玻璃基板之间需要大量的连接器。一般来说，一块非晶硅LCD面板，需要的连接器数量在4000个左右，这不可避免导致结构变得复杂，模块制造成本居高不下，且面板的稳定性较差，故障率会比较高。再者，驱动IC与玻璃基板的分离式设计也让LCD难以实现进一步轻薄化，这对轻薄型笔记本电脑和平板PC而言都是个不小的打击。相比之下，低温多晶硅技术同样没有这个问题。驱动IC可以同玻璃基板直接集成，所需的连接器数量锐减到200个以下，显示器的元器件总数比传统的a-Si非晶硅技术整整少了40％。这也使得面板的结构变得很简单、稳定性更强，理论上说，多晶硅LCD面板的制造成本也将低于传统技术。与此同时，集成式结构让驱动IC不必占据额外的空间，LCD显示屏可以做得更轻更薄，这一点无疑可以得到市场的广泛欢迎。 
 
低温多晶硅的市场应用情况    

　　看到低温多晶硅LCD存在的巨大优势，各主要液晶厂商先后投入巨资从事该项技术的实用化研究。困扰业界的第一个问题在于，在早期阶段，低温多晶硅面板价格十分昂贵，当时业界多数人都认为多晶硅技术不适合用来制造计算机用的大尺寸LCD显示器，主要市场会集中于手机、PDA、数码相机等掌上型数码产品中，而后来的市场发展也就按照这样的脉络前进。    
 
　　东芝公司堪称低温多晶硅领域的先行者，早在2001年10月份，东芝公司就宣布推出针对笔记本电脑的14英寸低温多晶硅LCD面板，该面板仍采用1024×768分辨率，售价高达650美元—在同一时期，同样规格的非晶硅LCD面板的售价仅为220美元，两者相差三倍之多。当时许多业界观察员都认为东芝公司的做法非常不明智，但东芝公司不为所动坚持开发大尺寸多晶硅LCD面板。2002年，东芝、松下两家公司的显示器部门合并成立TMD公司（东芝/松下显示器技术），低温多晶硅技术转由新公司负责。但在此后，该技术都没有被真正投入实用，直到2004年9月份之后，东芝公司正式在新一代笔记本电脑中大范围采用低温多晶硅面板，如旗舰定位的Qosmio G10机型便采用17英寸宽屏低温多晶硅LCD，分辨率为1440×900，而亮度指标高达500尼特，创下笔记本电脑LCD屏幕亮度的最高纪录。东芝公司同时解释说，该技术可以轻易让17英寸屏幕实现2048×1536的超高分辨率，但对计算机用户而言，如此之高的分辨率更多是一种浪费，而且也会让屏幕上的字体变得非常之小，故而在分辨率指标上沿用规范设计。另外，TMD公司同时也开发成功32英寸宽屏低温多结晶硅面板，该型面板由TMD位于新加坡的工厂负责量产，由于采用730mm×920mm的第四代生产线，一张玻璃基板可裁出两块32英寸的面板。但由于在成本方面难同普通32英寸面板竞争，TMD公司暂不决定将之大量投产，而是定位在中小型低温多晶硅面板的“技术推进器”，优先发展笔记本型LCD屏幕，意图在该领域占据优势地位。TMD同时还表示，如果可实现高速响应及广视角的OCB（Optically Compensated Bend，光学补偿弯曲排列）技术开发成熟，不排除开发出大尺寸的OCB型低温多晶硅面板，而此种面板将被用在“超高端液晶电视”产品中。    除了东芝/松下外，STLCD（索尼与丰田合资成立）、精工爱普生、夏普、三洋电机等日系LCD企业都在2001年前后投身于该领域，由此奠定日系企业在低温多晶硅领域的领导格局。LG·飞利浦公司也有自己的低温多晶硅面板生产线，但该公司主要生产用于手机的小尺寸LCD，大尺寸面板仍采用传统的非晶硅技术。
 
高温多晶硅技术

　　与低温多晶硅技术对应的是高温多晶硅（High Temperature Poly-Silicon，简称HTPS）的概念，我们在前面提到，高温多晶硅采用耐高温的石英玻璃作为基板，而高纯度的石英玻璃相当昂贵，且极难做到较大的尺寸，这就决定了高温多晶硅技术不可能作为计算机的显示器。但在商用/家用前投影机（Front projectors）、HDTV液晶大屏幕投影电视（Large-screen projection TV）等领域，高温多晶硅技术找到了自己的位置，尤其是在三片式LCD投影系统中，高温多晶硅技术在全球领域的市场占有率高达55%。
 
　　高温多晶硅LCD能在这个领域取得不俗成绩，主要原因也是在于它所具有的一系列优点，如可以做到极高的分辨率—即便液晶面板只有2英寸大小，也可以实现1024×768的高分辨率，很适合作为投影设备的“光阀（Light Valve）”，控制透射光的通断。但为了实现高分辨率，这类高温多晶硅光阀不得不在开口率指标上作出牺牲（通常只有50％左右），为了获得足够高的输出亮度，投影设备必须使用大功率的卤素灯。但即便如此，投影设备依然很难在这方面有出色表现。我们在使用投影设备时，一般都要求将深色的窗帘紧闭，室内处于黑暗状态，此时投影设备才可提供较好的效果。另外，高温多晶硅液晶光阀虽然尺寸很小，但价格昂贵，这也是投影机成本长期居高不下的主要原因之一。
 
　　除了投影系统外，OHD抬头显示器（Over Head Display）和Helmet头盔显示器也都广泛采用高温多晶硅LCD技术。抬头显示器是指将影像投射到前方的挡风玻璃，以便驾驶者实时观察，该技术在新一代战斗机中应用最为普遍，一些前卫的概念车型也开始引入此项设计；而Helmet头盔显示器则多用于虚拟现实（Virtual Reality）环境，该项应用要求将虚拟生成的3D场景投射于使用者的眼前，达到完全仿真的效果，这样我们就可以在计算机的控制下培训驾驶员或航天员，大大加快人员培训的速度并降低风险。当然，这两项应用基本都还属于军事用途，普通用户暂时还难以体验到。
 
　　目前，全球范围内从事高温多晶硅生产的只有爱普生（Epson）和索尼两家企业，其中爱普生是专利持有者，它早在1987年就进入该领域，累计到现在爱普生公司共生产超过2000万枚高温多晶硅LCD面板，目前该公司拥有三座高温多晶硅生产线，无论技术实力还是产能都首屈一指。而索尼公司也不甘落后，尤其是近些年它花费巨额投资建设高温多晶硅面板生产厂，意图在投影机领域与爱普生分庭抗礼。由于投影市场不仅规模庞大且利润丰厚，这两家企业都将因此获得极为可观的收益。
 
LED背光技术
 
　　对于未采用多晶硅技术的LCD厂商来说，提高亮度和色彩表现的主要着眼点就是改良背光源。在这个领域，CCFL冷阴极荧光灯是绝对的主流，尽管该技术应用多年，已经相当成熟，但随着时间的推移，它的缺陷也变得日益明显。冷阴极荧光灯属于管状光源，为了将光线均匀散布在液晶面板各个区域，就要求动用一套包括反射板、导光板、光学扩散片、棱镜片的辅助组件，所构成的整套系统也被称为“背光模组”。但即便如此，常规型LCD要做到亮度均匀也较为困难，加之结构复杂，背光模组很难实现很薄的厚度。更重要的是，冷阴极荧光灯色域较为狭窄，导致几乎所有的LCD显示器都无法达到平面印刷的Adobe RGB色域标准，而普通CRT显示器和少数高端LCD才能达到SRGB标准，不过近期已经有相当一部分主流LCD显示器产品对SRGB标准提供支持。而在专业作图应用中，操作者往往需要在一个广泛的色域内进行色调调配，现有LCD显示器因色域狭窄、往往无法保证颜色的精确性。另外，冷阴极荧光灯使用寿命并不算长，许多LCD产品在使用几年后屏幕就会发黄、亮度明显变低，虽然理论上说LCD可以通过更换灯管来提升显示品质，但一般售后服务很少提供此项服务，没有多少用户愿意冒这样的风险。因此，LCD的最佳工作状态也只有短短几年。
 
　　有鉴于此，许多液晶厂商将着眼点放在新型背光技术上，其中最炙手可热的当属LED背光技术。LED（Light Emitting Diode，发光二极管）是一种革命性的半导体照明技术，LED器件由两层很薄的搀杂半导体材料制成—一层带有过量的电子，另一层则缺乏电子而形成带正电的“空穴”。工作时电流通过，电子和空穴相互结合，多余的能量则以光辐射的形式被释放出来，由此实现亮度输出。与现有的冷阴极荧光灯技术相比，发光二极管有许多优点，如它是一种平面状的光源，最基本的LED发光单元是3-5mm边长的正方形，很容易组合在一起成为既定面积的面光源，自身便具有很好的亮度均匀性，若作为液晶电视的背光源，所需的辅助光学组件可以做得非常简单，屏幕亮度均匀性更为出色；其次，LED背光源的色域范围甚至超过最高等级的Adobe RGB和NTSC色彩标准，令LCD显示器可拥有极为出色的色彩表现（与NTSC规格相比，采用LED背光的LCD显示器色域范围可以达到它的105%，而CCFL背光的LCD显示器色域仅有NTSC的70％）；第三，LED的使用寿命可长达10万小时，即便每天连续使用10个小时，也可以连续用上27年，且在漫长的时间内都可维持出色的亮度，而不会在几年以后就出现诸如屏幕发黄、变暗的糟糕问题；第四，LED使用的是6-24V的低压电源，十分安全，供电模块的设计也颇为简单，同时LED不需使用对环境有害的金属汞，这显然比传统的标有含汞的冷阴极荧光灯产品更为环保。
 
　　但是，LED也存在一些较严重的先天缺陷，其中最让业界饱受困扰的应该是LED的发光效率问题。作为背光源的LED器件以白光类型居多，而白光LED器件在开始时发光效率不高，致使屏幕亮度普遍偏低。目前CCFL冷阴极荧光灯的发光效率可达到50-100lm/W（流明/瓦），而白光LED器件在刚起步时发光效率仅为20lm/w甚至更低，这就注定LED在开始时并不适合作为LCD显示器的背光源。幸运的是，该领域的技术进展非常迅速，白光LED的发光效率以每年提高60％的幅度提升，到目前为止，白光LED器件的发光效率突破50lm/w，开始达到实用化水平。而业界希望能够到2007年之前，将白光LED的发光效率提高到75lm/w的高水平，此时采用LED器件作为液晶显示器的背光源将没有任何技术障碍。LED器件另一个主要缺陷在于成本高昂，目前LED背光模组零组件的价格平约为CCFL的5倍左右，屏幕尺寸越大，采用LED背光技术的成本就越高。而随着产能的增加，LED背光源的成本将快速下滑，预计到2006年LED背光的售价可降到CCFL背光的2倍左右，距离大规模普及仅有一步之遥。

　　早在2004年8月份，索尼就成功开发出使用LED背光源的40/46英寸液晶电视，两者分别使用325个和450个白光LED模块（美国Lumileds公司生产），色彩表现力明显优于传统产品。但由于索尼还来不及使用较高光效的LED器件，不得不通过加大功率来保证屏幕的输出亮度，导致这两款产品的显示屏功耗就高达470W和550W，比同尺寸的CCFL背光型液晶电视高出60％以上。除了索尼之外，三星公司对LED背光的态度也十分积极，该公司在2005年3月份也推出两款采用LED背光的40/46英寸液晶电视，技术规格与索尼的产品基本相当，三星方面没有透露具体的功耗数字，但官方声称比索尼的同类产品要低一些。由于背光模组和大尺寸LCD面板的价格都十分高昂，LED液晶电视的价格也十分昂贵，索尼40英寸产品的零售价约合人民币6.4万元，46英寸的产品竟高达8.4万元以上，而三星公司的产品甚至更为昂贵，这样的价格显然是绝大多数用户所难以承受的。当然，我们并不认为此种情况会持续太久，随着时间的推移，液晶面板和LED背光模块的成本都将以几何速度快速下跌，未来两年内出现技术成熟的平民化LED型液晶电视应该不是什么梦想。至于在中小屏幕的计算机显示器领域，LED背光源仍停留在试制品阶段，当前的主要矛盾还是LED器件发光效率不够高，显示器功耗偏大。即便这个问题能够得到解决，LED背光类型的液晶显示器也不会很快出现在消费市场，而会被优先用于图形艺术、出版、CAD/CAM、医学和高清晰度视频编辑等专业领域，毕竟LED背光成本较高是不争的事实。
 
总结

　　新技术的引入无疑将使LCD朝向越来越完美的方向发展—低温多晶硅的引入令LCD面板拥有更快的响应时间、更高的开口率和更出色的整合度，堪称传统非晶硅技术的最佳替代者。但非晶硅阵营在技术上十分成熟、成本优势明显，也拥有大量的坚定支持者，低温多晶硅技术要想完全取代它的地位并不现实—前者更多会停留在高端领域，而传统非晶硅产品则在主流和低端市场将更为常见。至于LED背光技术，目前实用化进程仍在继续之中，以现在的进度来看，2007年前后逐步进入主流市场应该没有太大问题，而它的应用范围会优先集中于大屏幕液晶电视领域。至于飞利浦独自发展的Aptura背光技术，大面积应用恐怕也要等到2006年之后。从这些新技术身上，我们看到LCD显示技术所具有的旺盛生命力，凭借不断的技术改良，LCD将可提供越来越完美的显示品质，它在可见的将来仍将是显示技术的中坚。

（源自：中关村在线）