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光模块基础栏目

从液晶显示到液晶无线

光电显示是将电子设备输出的电信号转换为视觉可接受的图像、数码及字符的一门光信号技术。

第一代的光电显示技术是阴极射线管CRT。


1897年,德国人布劳恩第一个做出黑白的CRT电子管。1950年代,彩色的CRT管诞生。一直到21世纪初,各类CRT管一直主宰着显示器件的市场。90年出生之前的人应该都对大脑袋的彩色电视机有印象吧。那个时候的彩电之所以笨重就是因为里面有个大的CRT电子管。


曾经学电子管专业的,当时做CRT管是很重要的就业方向。一入学就听老师讲起过当年国家最重要的彩色显像管项目,咸阳的4400工厂。那个时候全国各地有许多和国外合资的彩管厂,比如北京松下,深圳赛格日立,深圳三星,上海永新,南京华飞等等。CRT管的工作原理和灯泡相仿,都是真空器件,依靠电子枪发出的电子束在磁力线圈的偏转作用下打到屏幕不同的位置激发荧光粉来实现发光。


1983年,一家日本钟表公司率先实现了基于液晶显示的电子表,从此开创了显示的液晶时代,这也是CRT技术在显示行业没落的开始,当时还在上学的我也算见证了历史。1992年,我大四实习时去了上海电子管三厂的液晶车间看过,当时印象就是车间环境特别小巧干净!和CRT显像管的大车间完全不同。我本科毕业课题恰巧也和液晶有关,是基于液晶材料的光学特性做可调滤波器,在电压的作用下,液晶材料内部光学相位改变,实现对不同波长的选择。当时的液晶还要去南京的中电科55所拿。最初,液晶显示技术的发展似乎并没有特别引人注意。1990年代初的中国还是CRT的天下,做液晶的人很少。当时作为彩色显像管的重要生产材料——玻壳,一度供应紧张。河南安阳的玻壳厂就是那时全国最重要的玻壳制造商。


由于没有认清CRT显示将被液晶显示代替这一大趋势,安阳玻壳厂盲目引进了美国康宁公司大量淘汰下来的玻壳产线,结果随着整个CRT产业的没落也就此没落。而康宁公司却凭着在液晶显示技术方面的优势一举成为全球液晶显示面板龙头。


搞清楚液晶显示的原理首先得说一说液晶(Liquid Crystal)这种材料的特性。


液晶,顾名思义,一方面在某一温度范围内,它是具有流动性的液体;另一方面,它又是具有光学双折射特性的晶体。从物理学上,液晶属于一种介于固体和液体之间的特殊的液晶相,有人也说是物质的第四态。液晶之所以能做显示,就是因为其内部柔软的分子排列容易受到外面磁场,温度,应力等因素的影响发生再排列,相应地,光学性质会发生变化。最早发现液晶这种特殊材料及其特性的是一位奥地利科学家Friedrich Reinitzer,那时还是19世纪末。但是液晶发现很长时间后人们并不知道如何利用好这种材料。


1991年,法国物理学家P.G.de Gennes因为对液晶的研究获得了当年的诺贝尔物理学奖。这也标志着液晶的应用开始进入加速时期。液晶最初也是最广泛的应用就是显示。


典型的液晶显示器件LCD的结构就是采用两块具有透明电极的玻璃基板再用环氧类粘合剂封合,并把液晶材料封入其中。另外还有背光源,偏振片,取向膜,彩色滤光片等辅助部件。


LCD的显示原理是基于液晶分子在电压下的偏转作用,使原本受到偏振片影响透射的来自背光源的光受到阻碍。和上一代的CRT显示不一样,液晶显示的特点有二:第一,液晶显示是一种非主动发光显示;第二,液晶是一种平板显示技术。2000年以后,液晶显示基本上已经成为显示领域的最主流技术。一直到最近这几年OLED技术和MicroLED技术开始挑战其地位。


液晶除了用于显示,如今正在走向更多领域,比如当前大热的5G天线。2019年前后,两家德国公司Alcan系统和Kymeta先后宣布推出基于液晶显示产线的平板天线产品。这两家公司的技术都源自Darmstadt技术大学的Rolf Jakoby教授。不同于用于显示的小分子液晶,用作天线的是一种被称为液晶聚合物的大分子液晶材料,是1980年代初期发展起来的一种高性能特种工程塑料,主要生产商包括杜邦、Ticona、住友、宝理塑料、东丽等。在微波毫米波等高频领域,这种材料具有损耗低,灵活,密封性好等优点。苹果公司的iPhoneX已经率先使用了基于LCP材料的天线。就在最近,射频终端产品提供商深圳信维通信宣布在深圳宝安设立了基于LCP材料的射频天线研发基地。


在光通信领域,基于液晶材料的波长选择开关WSS技术一直是密集波分复用系统的核心技术。此外基于液晶的空间光调制器对于实现可编程的光学处理器技术非常关键。同样的技术还可以用于全息成像之中。液晶技术正成为光电领域一项无比重要的基础技术。


芯瑞科技在WSS研究上一直处于国内较为领先的位置,已经成功做出1*9,1*3等WSS的工程样品。假以时日,芯瑞科技会率先在国内实现WSS国产化产品的商用。

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