然而,液晶显示器的发展之路并不是我们想象中的那样一帆风顺。让我们共同重温一下LCD发展之路。
液晶改变了人类的生活形态
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,然而长期以来它并未给人类带来多少好处。到20世纪60年代,人们发现在电场的作用下,液晶分子的排列会产生变化,从而影响到它的光学性质,这种现象叫做电光效应,随即人类展开寻找实现扁平电子显示器的探索。世界上第一台液晶显示设备出现在20世纪70年代初,被称之为扭曲向列型(TN-LCD)液晶显示器,即在1970年,由Martin Schadt和Wolfgang Helfrich发明的扭曲向列型(TN-LCD)液晶显示器,由此开启了液晶显示产业的发展之路。
众说周知,TN-LCD是液晶显示器中最基本的显示技术,之后其它种类的液晶显示器均是以TN型为基础来进行改良,如在1973年至1985年间,日本厂商将单色显示的TN-LCD广泛应用于计算器、电子表、掌上游戏机等电子产品中;后续由TN-LCD改良的彩色TFT-LCD显示器,它拥有大尺寸、宽视角、高分辨的性能,被广泛应用在笔记本电脑、台式电脑显示器、手机。正是因为液晶显示技术的不断发展,将个人使用移动型手持显示器成为可能。
动态散射液晶显示器(DS-LCD)的发明由来
在当时迅速发展的半导体电子产品的推动下,工业研究团队于20世纪60年代末开始寻找能够实现扁平电子显示器的新操作原理。然而,没有一种已知的电光效应被证明是足够的。 Hewlett Packard的分立无机发光二极管(LED)在技术上是最先进的。其他方法基于电泳,电致发光,场发射,等离子体放电和体积较小的阴极射线管(CRT)。甚至提出了外来效应,例如来自固体有机晶体(OLED)的光发射。George Heilmeier于1968年提出的动态散射液晶显示器(DS-LCD)不稳定且看不清楚;它们是众多显示选项之一。
DS-LCD中的光散射是由离子电流的分子紊乱引起的。DS-LCD很简单;它们既不需要光吸收偏振器也不需要液晶在显示器表面的对准。由Martin Schadt和Wolfgang Helfrich于1970年发明的扭曲向列型TN-LCD引发了LCD运行方式的范式转变。与动态散射相反,TN-LCD和所有后续场效应LCD不是基于电流引起的分子紊乱,而是基于由于电场从一个高度有序的关闭状态切换到不同的液晶的长轴而引起的偏振变化高度有序的开启状态。切换时交叉偏振器之间的TN-LCD的光学对比度由两个有序状态的不同偏振特性产生。
从液晶发现到开启应用,人类历经沧桑;光电显示产业真正的发展正是建立在切切实实的应用技术和市场需求的基础之上的。液晶应用技术是光电显示产业发展的保障,为纪念液晶应用50周年,本届论坛(DIC2018)特别邀请到液晶应用创始人马丁·肖特(Martin Schadt)博士亲临论坛并发表题为《从动态散射到场效应LCD》的演讲,他将概述液晶显示器的开端,物理学的进步和LC材料趋向主导地位的发展,还包括LC的非机械光学对准。
Martin Schadt于1968年在瑞士巴塞尔大学获得分子固态物理学博士学位。在与Wolfgang Helfrich共同发明了TN-LCD之后,他领导了F.Hoffmann的跨学科液晶研究部门,是衍生公司Rolic Ltd.的第一任首席执行官。该公司以线性光对准技术(夏普命名为UV2A)为基础,他是该公司的主要发明人。Martin Schadt在电光学、晶体器件和材料领域拥有超过119项美国专利,在领先的科学期刊上发表了197篇论文。
在众多其他奖项中,Schadt博士是国际电机电子工程师学会(IEEE)西泽润一奖(Jun-ichi Nishizawa Medal)(2008年),美国国家科学院查尔斯·斯塔克·德拉普尔奖(2012年)和欧洲发明家终身成就奖(2013年)的获奖者。同时,他还是信息显示学会(SID)、欧洲科学院和美国发明家学会(NAI)的研究员。