147.1970年:液晶屏幕
液晶显示器中的反射式TN液晶。
微波炉(1946年),主动矩阵有机发光二极管屏幕(2006年),智能手机(2007年),平板电脑(2010年)
在工程学中,判断一种技术是否成功的方法之一,是看它的普适程度。用这个标准来衡量,液晶屏幕(LCD screen)技术无疑是成功的。手表、计算器、钟表、微波炉、智能手机、平板电脑、笔记本电脑和电视都在使用液晶屏幕。毫不夸张地讲,当今社会中许多人看液晶屏幕的时间要比他们看真实世界的时间还长。
如果我们回过头去看这项技术的诞生,会发现它解决了一类非常现实的问题。1972年出现的第一块电子手表脉冲星1号(Pulsar 1)是个很好的例子。你需要按一个按钮才能看见时间,因为发光二极管显示屏(LED display)太耗电了。但到了1973年,工程师完成了对TN液晶屏(twisted nematic fjeld efgect LCD)的改进,使它变得几乎不耗电。TN液晶屏的首个专利被授予给了瑞士医疗保健公司霍夫曼—拉罗什(Hofgmann-LaRoche,即罗氏集团)。
液晶屏的原理相当简单,因此量产时的成本很低。手表上的液晶屏是一个六层的“三明治”:最下面是一块玻璃,其上是一块单方向的偏振塑料,再上面是被透明导体(通常是铟锡氧化物)覆盖的一块玻璃,第四层是TN型液晶层,液晶层上方是一块用纯导体蚀刻了显示屏的段码或像素的玻璃,最上方是另一块偏振塑料,与之前那一块相比偏振方向旋转了90°。
由于90° 的转角,两块偏振片会阻挡所有的光,使液晶屏变为黑色。但液晶层会将通过它的光扭转90°,因此液晶屏反而是白色的。当有电压施加在液晶层的某个段码上时,产生的效应会破坏液晶层对光的扭转,从而使该段码变为黑色。显示屏实际上不消耗任何电能,因为没有电流通过—― 这是一种场效应。
通过缩小像素尺寸、增加反射光和红绿蓝三色滤光片,工程师制作出了彩色液晶显示屏。反射光会消耗能源,但液晶显示屏的性价比仍非常高。
也许主动矩阵有机发光二极管(Active Matrix OLED)或是某种类似的东西最终会取代液晶屏幕,但这并不能减损其数十年来获得的巨大成功,液晶屏的使用催生了诸多我们今天热爱的电子设备。■ 工程学之书