自1968年美國RCA公司研發出世界上第一塊液晶顯示屏,便拉開了液晶顯示器發展的大幕,時至今朝,液晶顯示器歷經了50年的進化與蛻變!50年來,液晶顯示從單色到彩色,從模糊到清晰,從小到大,歷經了無數的成長和變化。目前液晶顯示器早已取代CRT顯示器成為主流的顯示設備,試想倘若人類未發明液晶應用,我們是生活會是如何般景象?人們使用笨重而模糊的CRT顯示器進行交流互動。電視機、手機、監視器乃至5G、物聯網時代的智慧教育、智能工廠、家居、無人汽車、遠程醫療等可移動應用均無法拓展與實現。
然而,液晶顯示器的發展之路并不是我們想象中的那樣一帆風順。讓我們共同重溫一下LCD發展之路。
液晶改變了人類的生活形態
早在19世紀末,奧地利植物學家就發現了液晶,即液態的晶體,然而長期以來它并未給人類帶來多少好處。到20世紀60年代,人們發現在電場的作用下,液晶分子的排列會產生變化,從而影響到它的光學性質,這種現象叫做電光效應,隨即人類展開尋找實現扁平電子顯示器的探索。世界上第一臺液晶顯示設備出現在20世紀70年代初,被稱之為扭曲向列型(TN-LCD)液晶顯示器,即在1970年,由Martin Schadt和Wolfgang Helfrich發明的扭曲向列型(TN-LCD)液晶顯示器,由此開啟了液晶顯示產業的發展之路。
眾說周知,TN-LCD是液晶顯示器中最基本的顯示技術,之后其它種類的液晶顯示器均是以TN型為基礎來進行改良,如在1973年至1985年間,日本廠商將單色顯示的TN-LCD廣泛應用于計算器、電子表、掌上游戲機等電子產品中;后續由TN-LCD改良的彩色TFT-LCD顯示器,它擁有大尺寸、寬視角、高分辨的性能,被廣泛應用在筆記本電腦、臺式電腦顯示器、手機。正是因為液晶顯示技術的不斷發展,將個人使用移動型手持顯示器成為可能。
動態散射液晶顯示器(DS-LCD)的發明由來
在當時迅速發展的半導體電子產品的推動下,工業研究團隊于20世紀60年代末開始尋找能夠實現扁平電子顯示器的新操作原理。然而,沒有一種已知的電光效應被證明是足夠的。 Hewlett Packard的分立無機發光二極管(LED)在技術上是最先進的。其他方法基于電泳,電致發光,場發射,等離子體放電和體積較小的陰極射線管(CRT)。甚至提出了外來效應,例如來自固體有機晶體(OLED)的光發射。George Heilmeier于1968年提出的動態散射液晶顯示器(DS-LCD)不穩定且看不清楚;它們是眾多顯示選項之一。
DS-LCD中的光散射是由離子電流的分子紊亂引起的。DS-LCD很簡單;它們既不需要光吸收偏振器也不需要液晶在顯示器表面的對準。由Martin Schadt和Wolfgang Helfrich于1970年發明的扭曲向列型TN-LCD引發了LCD運行方式的范式轉變。與動態散射相反,TN-LCD和所有后續場效應LCD不是基于電流引起的分子紊亂,而是基于由于電場從一個高度有序的關閉狀態切換到不同的液晶的長軸而引起的偏振變化高度有序的開啟狀態。切換時交叉偏振器之間的TN-LCD的光學對比度由兩個有序狀態的不同偏振特性產生。
從液晶發現到開啟應用,人類歷經滄桑;光電顯示產業真正的發展正是建立在切切實實的應用技術和市場需求的基礎之上的。液晶應用技術是光電顯示產業發展的保障,為紀念液晶應用50周年,本屆論壇(DIC2018)特別邀請到液晶應用創始人馬丁·肖特(Martin Schadt)博士親臨論壇并發表題為《從動態散射到場效應LCD》的演講,他將概述液晶顯示器的開端,物理學的進步和LC材料趨向主導地位的發展,還包括LC的非機械光學對準。
Martin Schadt于1968年在瑞士巴塞爾大學獲得分子固態物理學博士學位。在與Wolfgang Helfrich共同發明了TN-LCD之后,他領導了F.Hoffmann的跨學科液晶研究部門,是衍生公司Rolic Ltd.的第一任首席執行官。該公司以線性光對準技術(夏普命名為UV2A)為基礎,他是該公司的主要發明人。Martin Schadt在電光學、晶體器件和材料領域擁有超過119項美國專利,在領先的科學期刊上發表了197篇論文。
在眾多其他獎項中,Schadt博士是國際電機電子工程師學會(IEEE)西澤潤一獎(Jun-ichi Nishizawa Medal)(2008年),美國國家科學院查爾斯·斯塔克·德拉普爾獎(2012年)和歐洲發明家終身成就獎(2013年)的獲獎者。同時,他還是信息顯示學會(SID)、歐洲科學院和美國發明家學會(NAI)的研究員。