Wie wurde die Flüssigkristallanzeige erfunden? Die Evolutionsgeschichte der Bildschirmanzeigetechnologie

Jeden Tag sehen wir Streaming-Inhalte auf den Bildschirmen von Geräten wie Fernsehern, Computern und Mobiltelefonen. Mit der kontinuierlichen Entwicklung und Aktualisierung von Hardwaregeräten und Streaming-Media-Technologie entwickelt sich auch die Bildschirmanzeigetechnologie ständig weiter. Lassen Sie uns heute den Spuren der Geschichte folgen und die wichtigen Meilensteine ​​in der Entwicklung der Bildschirmanzeigetechnologie überprüfen.

1. Das Aufkommen der CRT

Kathodenstrahlen wurden erstmals 1869 von den deutschen Physikern Julius Plücker und Johann Wilhelm Hittorf beobachtet. 1897 erfand der deutsche Physiker Karl Ferdinand Braun (Braun erhielt 1909 auch den Nobelpreis für Physik) die CRT (Kathodenstrahlröhre, Kathodenstrahlröhre), die ursprünglich Braunsche Röhre genannt wurde, eines der ersten elektronischen Displays der Welt.

Eine CRT ist eine spezielle Vakuumröhre, die eine oder mehrere Elektronenkanonen enthält, die Elektronenstrahlen aussenden, die auf einen fluoreszierenden Bildschirm treffen und so ein Bild erzeugen. Frühe Fernseher, Computer, Geldautomaten, Kameras, Monitore und Radaranzeigen hatten alle eingebaute CRTs.

1907 nutzte der russische Wissenschaftler Boris Rosing (der mit dem Fernseherfinder Wladimir Zworykin zusammenarbeitete) eine Kathodenstrahlröhre (CRT), um ein einfaches geometrisches Bild auf einen Fernsehbildschirm zu übertragen. Rosings Pionierarbeit machte ihn zu einem bedeutenden Erfinder auf dem Gebiet des Fernsehens. Seitdem wurde die CRT-Technologie stetig weiterentwickelt und 1922 erstmals kommerzialisiert. Vor dem Aufkommen von Technologien wie LED, Plasma und OLED wurden CRTs als Displays für die meisten Geräte verwendet.

Von der Mitte bis zum Ende des 20. Jahrhunderts wurden Kathodenstrahlröhren häufig in Fernsehgeräten und Computermonitoren verwendet. Während dieser Zeit haben die Hersteller Leistung und Auflösung kontinuierlich verbessert. Die meisten Computermonitore in den 1970er Jahren konnten nur grünen Text auf einem schwarzen Bildschirm anzeigen. Bis 1990 konnten IBMs Extended Graphics Array (XGA)-Monitore 16.8 Millionen Farben bei einer Auflösung von 800 x 600 Pixeln anzeigen.

Ein 14-Zoll-Farbbildröhrenbildschirm

2. Plasmabildschirm

1936 beschrieb der ungarische Ingenieur Kálmán Tihanyi dieses Flachbildschirm-Plasma-Display-System in seiner Veröffentlichung. 1964 entwickelten Donald Bitzer, H. Gene Slottow und der damalige Doktorand Robert Willson von der University of Illinois in Urbana-Champaign das erste monochrome Plasma-Display für das PLATO-Computersystem.

Das Lichtemissionsprinzip von Plasma besteht darin, Edelgas oder Quecksilberdampf in eine Vakuumglasröhre einzuspritzen. Nach Anlegen einer Spannung erzeugt das Gas einen Plasmaeffekt, emittiert ultraviolette Strahlen und regt den Leuchtstoff an, um sichtbares Licht zu erzeugen. Die Länge der Anregungszeit wird verwendet, um unterschiedliche Helligkeiten zu erzeugen. In einem Plasmadisplay wird jedes Pixel von drei verschiedenfarbigen (primären) Plasmaemittern erzeugt. Es ist besonders klar und deutlich, da jeder einzelne Illuminator gleichzeitig leuchtet. 

Bis Anfang der 2000er Jahre waren Plasmabildschirme die beliebteste Wahl für große HDTV-Flachbildschirme. Es ist jedoch zu beachten, dass Plasmabildschirme anfällig für Bildeinlagerungen sind und gleichzeitig aufgrund der Material- und Strukturbeschränkungen nicht verkleinert werden können. Daher sind sie nicht für Computer, Tablets und Mobiltelefone geeignet. Dies ist auch der Hauptgrund, warum Plasmabildschirme im Marktwettbewerb verlieren.

Bis 2013 wurde es von kostengünstigen LCDs überholt, die in Bezug auf die Anzeigequalität mit teuren, aber kontrastreicheren OLED-Flachbildschirmen konkurrierten. Plasmabildschirme verloren fast alle Marktanteile. Die Produktion von Plasmabildschirmen für den US-Einzelhandelsmarkt wurde 2014 eingestellt und die Produktion für den chinesischen Markt endete 2016.

Plasmadisplay

3. Das Zeitalter der Flüssigkristallanzeigen (LCD)

1888 entdeckte der österreichische Botaniker Frei Reinezer zufällig Flüssigkristalle, als er Cholesterinbenzoat in Karotten untersuchte. Doch lange Zeit brachte dies dem Menschen keinen großen Nutzen. Erst in den 1960er Jahren brachen einige junge Elektronikforscher das Schweigen.

1961 bereitete sich der junge Elektronikwissenschaftler George Heilmeier auf die Verteidigung seiner Doktorarbeit im Princeton Laboratory der RCA Corporation in den USA vor. Sein Spezialgebiet waren Mikrowellen-Festkörperbauelemente. Auf diesem Gebiet war er sehr versiert.

Eines Tages erzählte ihm ein Freund von seiner aktuellen Forschung zu organischen Halbleitern und interdisziplinäre Themen weckten sein großes Interesse. Er suchte den Rat seines Tutors und mit der Unterstützung und Ermutigung seines Tutors gab er entschlossen das Berufsfeld auf, in dem er viel gelernt hatte, und betrat ein neues Gebiet, von dem er noch wenig wusste. Er wandte sein Wissen über Elektronik auf die organische Chemie an und erzielte schnell Ergebnisse.

Bald interessierte er sich für ein neues Thema – Laser – und beschäftigte sich so erneut mit Kristallen. Um die Wirkung des äußeren elektrischen Felds auf das innere elektrische Feld des Kristalls zu untersuchen, dachte er an Flüssigkristalle. Er platzierte einen mit Farbstoff dotierten nematischen Flüssigkristall zwischen zwei transparenten leitfähigen Gläsern. Wenn an beide Seiten der Flüssigkristallschicht eine Spannung von mehreren Volt angelegt wird, ändert sich die Farbe der Flüssigkristallschicht von rot zu transparent. Als geborener Elektroniker erkannte er sofort, dass dies ein Farb-Flachbildfernseher war! Begeistert von seinen Teammitgliedern begann er sofort, Tag und Nacht zu forschen, und sie entdeckten nacheinander eine Reihe elektrooptischer Effekte von Flüssigkristallen, wie dynamische Streuung und Phasenübergang von Flüssigkristallen. Und sie entwickelten erfolgreich eine Reihe von digitalen und Zeichenanzeigegeräten sowie Flüssigkristalluhren, Brückenanzeigen und andere praktische Produkte.

Der Aufbau eines LCDs besteht darin, eine Flüssigkristallzelle zwischen zwei parallelen Glassubstraten zu platzieren. Auf dem unteren Substrat befindet sich ein TFT (Dünnschichttransistor) , auf dem oberen ein Farbfilter. Durch Drehen der Substrate wird gesteuert, ob polarisiertes Licht von jedem Pixel emittiert wird oder nicht, um die Bilddarstellung zu ermöglichen.

Die RCA Corporation legt großen Wert auf ihre Forschung und hat sie immer als wichtiges vertrauliches Projekt des Unternehmens eingestuft. Erst 1968 berichtete sie der Welt in einem Rundfunkbericht über die neuesten wissenschaftlichen und technologischen Errungenschaften. Dieser Bericht erregte sofort die Aufmerksamkeit der japanischen Wissenschafts- und Technologiekreise sowie der Industriekreise. Japan kombinierte die damals aufkommenden integrierten Schaltkreise und Flüssigkristalle im großen Maßstab und nahm den Markt für „persönliche Elektronik“ als Leitfaden, entwickelte schnell eine Reihe kommerzieller Produkte, öffnete die praktische Situation von Flüssigkristallanzeigen und ergriff die Initiative, was zu diesem führte. Diese Dynamik trug zum erstaunlichen Wachstum der japanischen Mikroelektronikindustrie bei.

In den USA beschränken sich die Leiter einiger Produktionsabteilungen der RCA Company einerseits auf traditionelle Halbleiterprodukte, andererseits betonen sie die Mängel der noch jungen Flüssigkristallanzeigegeräte überbetont und versuchen mit aller Kraft, Flüssigkristallanzeigegeräte unter dem Vorwand zu zerstören, dass der Markt noch nicht entwickelt ist. Industrialisierung. Aus diesem Grund begannen Mitglieder des „Flüssigkristall“-Teams abzuwandern, und das Patent für „Flüssigkristallanzeige“ wurde ebenfalls verkauft. Es heißt, dass die RCA Company Mitte der 1970er Jahre, als sich die Flüssigkristallanzeige zu einer Industrie entwickelt hatte, bei einer Vorstandssitzung traurig zu dem Schluss kam, dass der Verlust der Flüssigkristallanzeigetechnologie in der jahrhundertealten Entwicklungsgeschichte von RCA ein großer Fehler war.

Flüssigkristallanzeigen gibt es zwar schon seit den 1970er Jahren (man findet sie häufig in Taschenrechnern, Uhren und verschiedenen Haushaltsgeräten), aber erst in den 1990er Jahren wurden sie weit verbreitet. Aufgrund ihres geringen Stromverbrauchs, ihrer geringen Größe und ihres geringen Gewichts werden sie häufig in Notebooks verwendet. Da sich die LCD-Technologie ständig verbessert, wird die Verwendung von LCD-Bildschirmen in Computern und Fernsehgeräten immer beliebter. Im Jahr 2007 übertrafen LCD-Fernseher weltweit erstmals die Verkaufszahlen von CRT-Fernsehern.

4. Von LED zu OLED

1962 erfand Nick Holonyack, Ingenieur bei General Electric, die weltweit erste LED mit sichtbarem Licht. Von 1962 bis 1968 leiteten Howard C. Borden und Gerald P. Pighini von der Hewlett-Packard Company die Forschungs- und Entwicklungsarbeit im Bereich LED. Im Februar 1969 stellten sie den HP-Taschenrechner Modell 5082-7000 vor, das erste LED-Gerät mit integrierter Schaltkreistechnologie und das weltweit erste intelligente LED-Display. Die Kommerzialisierung von LEDs durch HP löste eine Revolution in der digitalen Displaytechnologie aus und legte den Grundstein für die spätere Entwicklung der LED-Displaytechnologie.

LED ist die Abkürzung für Light Emitting Diodes, also „Leuchtdiode“, streng genommen handelt es sich auch um eine Art LCD (Liquid Crystal Display). Die herkömmliche CCFL (Kaltkathoden-Leuchtstofflampe, Kaltkathoden-Leuchtstofflampe usw.) als Hintergrundbeleuchtungsquelle des LCD-Geräts kann den gesamten Bildschirm nur gleichmäßig beleuchten und die Beleuchtungsintensität nicht ändern. Im Vergleich zu CCFLs können LCD-Geräte mit LED-Hintergrundbeleuchtung lokales Dimmen verwenden, was zu einem besseren Kontrast und lebendigeren Anzeigen bei geringerem Stromverbrauch führt.

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit und ihres geringeren Gewichts verwenden die meisten LCD-Displays von Smartphones und Tablets LEDs.

Im Jahr 1987 entwickelten zwei Chemiker von Eastman Kodak, Deng Qingyun und Steven Van Slyke, auf der Grundlage früherer Forschungen gemeinsam das erste praktische OLED-Gerät.

OLED (Organische Leuchtdiode) , auch bekannt als „Organisches Elektrolumineszenzdisplay“ , ist ein Bauelement, das mithilfe einer mehrschichtigen organischen Dünnschichtstruktur Elektrolumineszenz erzeugt. Diese emittiert helles Licht, sobald ein elektrischer Strom angelegt wird. Im Gegensatz zu LCDs benötigen OLEDs keine Hintergrundbeleuchtung, können ein leichteres emittierendes Substrat verwenden (anstelle der von LCDs und LEDs verwendeten Glassubstrate) und bieten größere Betrachtungswinkel sowie eine schnellere Reaktionszeit.

Die Entwicklung von OLEDs stellt einen großen Fortschritt für die Elektrolumineszenztechnologie dar. Im Vergleich zu LEDs sind OLEDs dünner, leichter und flexibler und werden häufig in Fernsehbildschirmen, Computermonitoren und Geräten wie Smartphones, Smartwatches und tragbaren Spielekonsolen eingesetzt.

Seitdem das iPhone X mit OLED-Displays ausgestattet ist , haben OLEDs den globalen Endgerätemarkt im Sturm erobert. Vollbild-, Falt- und flexible Bildschirme sind nacheinander auf den Markt gekommen, was die Entwicklung der Displaytechnologie maßgeblich gefördert hat.

5. Die Erfindung des elektronischen Papiers

In den 1970er Jahren entwickelte Nick Sheridon von Xerox Parc das weltweit erste elektronische Papier – Gyricon.

E-Paper ist ein dünner Film, der mit elektronischer Tinte beschichtet ist – einem flüssigen Material, in dem Hunderte von Mikrokapseln mit dem Durchmesser eines menschlichen Haares suspendiert sind. Jede Mikrokapsel besteht aus positiv und negativ geladenen Partikeln. Wenn ein positives oder negatives elektrisches Feld an eine einzelne Elektrode angelegt wird, bewegen sich farbige Partikel mit einer entsprechenden Ladung an die Ober- oder Unterseite der Kapsel und verleihen der Oberfläche des E-Paper-Displays eine bestimmte Farbe.

Wie OLED strahlt E-Paper selbst sichtbares Licht aus, behält aber den Glanz von „Papier“.

Obwohl elektronisches Papier bereits in den 1970er Jahren entwickelt wurde, erfreute es sich erst Anfang der 2000er Jahre großer Beliebtheit. Am häufigsten wird es in E-Readern wie unserem gängigen Kindle, BOOX usw. verwendet. Unter anderem wird es in elektronischen Preisschildern, digitalen Beschilderungen und einigen Smartphone-Displays verwendet.

E-Paper

6. DLP-Technologie

DLP (Digital Light Processing) ist die Abkürzung für Digital Light Processing. Das Funktionsprinzip besteht darin, das Bildsignal digital zu verarbeiten und es dann durch Licht zu projizieren. Diese Technologie hat eine extrem hohe Bildtreue und kann ein klares, helles und lebendiges Farbbild projizieren, das hauptsächlich in Projektorsystemen verwendet wird.

Das Herzstück der DLP-Technologie ist ein optischer Halbleiter namens Digital Micromirror Device (DMD), der Mikrospiegel aus Aluminium verwendet, um Licht zu reflektieren und Bilder zu erzeugen. DMDs, die oft als DLP-Chips bezeichnet werden, können jeweils mehr als 2 Millionen Mikrospiegel enthalten und sind weniger als ein Fünftel so breit wie ein menschliches Haar. Die Mikrospiegel sind in einer Matrix angeordnet (ähnlich einem Fotomosaik), wobei jeder Mikrospiegel ein Pixel darstellt.

Die Anzahl dieser Mikrospiegel entspricht der Auflösung des Bildschirms. Die DLP 1080p-Technologie liefert über 2 Millionen Pixel für eine echte Auflösung von 1920 x 1080p. Es gibt bereits 8K-DLP-Projektoren (mit 3 x DLP) auf dem Markt.

DLP wurde ursprünglich 1987 vom Physiker Larry Hornbeck von Texas Instruments entwickelt. 1997 stellte Digital Projection den ersten DLP-Projektor vor. 1998 gewannen sowohl Texas Instruments als auch Digital Projection die Emmys für ihre DLP-Technologie.

Im Vergleich zu Plasma- und LCD-Geräten sind DLP-Geräte günstiger, haben größere Bildschirme und sind dünner und leichter. Vielleicht ist Ihnen gar nicht bewusst, dass die DLP-Technologie tatsächlich Teil Ihres Lebens ist. Sie ist in allen Arten von Projektoren (für Schulungen, Unterricht), Heimkinos, Videowänden und großflächigen Projektionssystemen wie Konzerten und Konferenzen weit verbreitet.

DLP-Display und DLP-Projektor

Das Obige ist ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der Bildschirmanzeigetechnologie. Die Entwicklung der Anzeigetechnologie umfasst die Verschmelzung von mikrostrukturierten optischen Materialien, fortschrittlicher Fertigung, Bildverarbeitung und anderen Technologien, die nicht nur die Bildschirmauflösung von Geräten verbessern, sondern auch die menschliche Vorstellungskraft lebendig darstellen. Die Einführung einer neuen Generation neuer Technologien und Produkte, insbesondere die Einführung zeitgenössischer Hightech-Produkte, wird immer von jungen Menschen entdeckt und vollendet, die interdisziplinär und branchenübergreifend sind und über Innovationsgeist und Pioniergeist verfügen. Die Entdeckung einer neuen Technologie und ihre tatsächliche Entwicklung basieren auf der praktischen Anwendungstechnologie und der Marktnachfrage. Angewandte Technologie ist die Garantie für die Entwicklung von Hightech-Industrien, und die Marktnachfrage ist die treibende Kraft für die Entwicklung von Hightech-Industrien. Wir glauben, dass die Anzeigetechnologie mit der Entwicklung von Hardwaregeräten und der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie erneut innovative Durchbrüche erzielen wird.