美国无线电公司是如何错失液晶显示屏的？

1967年9月，理查德.克莱恩（Richard Klein）和他的老板劳伦斯.默里（Lawrence Murray）前往美国无线电公司（RCA）位于新泽西州普林斯顿的研究中心。克莱恩在萨默维尔镇附近的该公司的半导体业务部担任助理工程师，由于负责发光二极管方面的工作，他需要与普林斯顿的固态物理研究人员保持密切联系。因此对他而言，这趟旅行可谓驾轻就熟。然而，默里却保证这次普林斯顿之旅要让他看到一些新鲜玩意儿。

果不其然，克莱恩和默里一抵达普林斯顿就立即被带到一个房间，就在这里，电气工程师乔治.海尔迈耶（George Heilmeier）向他们展示了一款看似普通的连接电源的玻璃板。随着海尔迈耶打开开关，一幅熟悉的黑白画面突然出现在这块原本透明的方块上。克莱恩回忆道：“那是一个电视测试图案。那玩意儿突然亮起来时，我差点惊倒！”

克莱恩“惊魂甫定”之后，海尔迈耶向他们解释道，该模型是一种新型显示屏，基于一种不为人知的复合物——液晶。实际上，化学家自19世纪就知晓这种特殊材质，它可以像液体一样流动，但与此同时还保有晶状固体的光学性质。但在当时，没人知道这种材质可以用来做什么。
之后，在1962年，RCA公司的研究人员理查德.威廉姆斯（Richard Williams）突然萌发了利用此类晶体制造显示屏的想法，并且成功地通过电子方式调整这种材料的透光性。在50年前的这个月，威廉姆斯为RCA公司申请了第一个关于此项新技术的专利。此后，海尔迈耶和他的同事们耗时多年进一步拓展威廉姆斯的研究成果。现在，他们希望与萨默维尔的同事合作，共同将这些液晶显示屏（LCD）改造成为可以商用的产品。
位于萨默维尔的默里的团队早已就电光现象完成了相应研究工作，因此，让一个更加熟悉硅元素的部门负责液晶研究再适合不过了。克莱恩的任务就是从制造角度审查此项技术，而他对于这项任务有着极大的热情。
在普林斯顿的这次LCD原型展示仅八个月后，RCA副总裁詹姆斯.希利尔（James Hillier）便在于公司纽约总部高调召开的记者会上大肆宣扬了LCD的诸多优良特性。希利尔预测，在海尔迈耶的LCD原型中发现的电触发乳白光可以应用到多种产品中，甚至可能包括便携式平板电视。他开玩笑道：“大家可以带着这种电视去海滩，在欣赏比基尼美女的同时，也不耽误从电视上看大都会队如何变着花样输球。”

媒体报道了希利尔的预测，在20世纪60年代剩余的这段时间一直到70年代初期，舆论一直显示，同时负责黑白电视和彩色电视商用的RCA公司似乎又一次准备掀起电子显示屏领域的新革命。然而在距LCD推出不足十年的1976年，RCA公司还是出售了公司的液晶业务，而与该项目相关的关键人员也纷纷离开公司。这项以美国式创新起步的技术将在一批欧洲和亚洲公司的支持下走向成熟。

目前，液晶已经成为信息时代应用最为普遍的技术之一，它还是一个价值数十亿美元的产业的立足之本。然而，RCA公司从这一领域的突然退出还是极大地抹煞了与这项技术相关的大批化学家、物理学家以及电气工程师们为此做出的开创性贡献。促使该公司放弃努力的一系列事件和决定都值得我们再次重温，以便能够揭示创新的不可预测性，以及大型公司难以从中获利的趋向性。
促使克莱恩和默里前往普林斯顿的这项研究可以追溯到大约80年前的大西洋彼岸。1888年，位于布拉格的查理大学内一位名为弗里德里希.雷尼哲（Friedrich Reinitzer）的植物生理学家在研究从胡萝卜中提取的化学衍生物时发现，胆甾醇苯甲酸酯这种复合物在加热时会有奇怪的特性。在145.5°C时，这种物质会从固态转化成一种混浊的液体，而在178.5°C时，这一混浊液体又会变得透明。也就是说，这种物质似乎拥有两个熔点。而一般的纯净物只有一个熔点。
无法解释这一现象的雷尼哲将他的研究结果连同一份样本一起寄给了在德国阿肯市工作的物理化学家奥托.雷曼（Otto Lehmann）。雷曼确认指出，胆甾醇苯甲酸酯会在混浊状态下保持其流动性。此外，他还注意到这种物质还能够像固态晶体一样折射偏振光，这代表该物质比一般液体拥有更高级的分子结构。雷曼特创造出“液态晶体”（fliessende Krystalle）一词用于描述此种物质。
在接下来的20年内，欧洲科学家发现了二百多种有类似特性的化合物。RCA公司在多年后开展的大部分研究都以“向列型”液晶为主，这种液晶由其长轴呈平行分布的棒状伸长分子构成。这种组成结构使得各个分子能够像火柴盒内的火柴一样相互滑过，并且可以在电场中轻易地重新组合。
除了一些对于这些分子行为的理论研究方面的兴趣，当时几乎没有任何关于液晶商用的尝试。大部分科学家还是认为这只不过是实验过程中的异常现象。即使在20世纪60年代早期，也没有任何明显的迹象表明RCA公司将最终把液晶从实验室带到现实世界中。
当时，RCA公司刚刚开始回收他们在彩色电视领域内长达数十载的投入，而公司普林斯顿研究中心的研究经理当时正授权开展有关如何替代阴极射线管的研究性工作。但当时负责这一项目的工程师们并未意识到液晶非常适合制作这一产品。实际上，RCA公司围绕这项即将演变成LCD的技术所开展的早期工作，在最初只不过是当时的大型公司实验室开展的诸多小规模开放性研究工作之一，不会带来任何显著的商业收益。
物理化学家理查德.威廉姆斯（Richard Williams）在1962年4月份开展液晶实验时根本没有考虑使用这种物质制造显示屏。当时他对这种物质的电光特性更感兴趣，而且特别希望了解如何使用电场改变向列型材料吸收的光线的波长。在某次实验中，他将若干克名为二甲氧基氧化偶氮苯的液晶材料放在两片派莱克斯耐热玻璃载片之间，这两片耐热玻璃载片内侧均带有透明电导涂层。当他将液晶放置在1000伏特/厘米的电场中时，他发现了一种奇怪的“褶皱效果”，同时液晶的光吸收能力也相应地有所提高。当他将电场移除之后，液晶样本又回复到稳定的透明状态。

在他开展这些实验之前，威廉姆斯曾设想过开发一款能够保护飞行员免受原子弹眩目光线造成的暂时失明的高速光闸。然而，在将上述褶皱效果（他将其称为“畴形成”）向同事展示之后，他意识到可以使用液晶制作显示屏中的电光元件，并且开始构思一项能够详细阐述其创意的专利技术。
尽管威廉姆斯在早期的实验中取得成功，但他发现很难说服其他的工程师相信这款新研制的显示屏的实用性。除了其他缺点之外，该材料还必须加热到117°C以上方可发挥作用。由于当时室温液晶的缺乏，威廉姆斯开始转向研究其他项目。
若不是海尔迈耶当时正在寻求一种方法来调制激光以应用于电信行业，威廉姆斯的决定十有八九会标志着RCA公司液晶研究的终结。由于当时存在的晶体调制器要么难以人工合成，要么能耗过高，海尔迈耶便想到使用威廉姆斯发现的液晶作为一种替代品。1964年7月，他提议使用一种能够溶解在液晶溶剂中的多色性染料替代固体晶体，这种染料的颜色取决于它折射的偏振光。随后，他将上述混合物放置在类似于威廉姆斯使用的“三明治结构”中，即位于两片导电玻璃板之间。海尔迈耶猜测该溶液位于电场中时，液晶分子会重新排列，进而导致染料分子转动，当在偏振光下观察时会产生颜色变化。

接下来的实验进一步证实了海尔迈耶的预测。仅将溶液放置在只有几瓦特的电场中就会令其改变颜色。例如，从红色变为透明。海尔迈耶将这种现象称为“宾主效应”，多色染料为“宾”，液晶为“主”。他还在一系列测试中以不同方式为玻璃载片涂上导电涂层，并策略性地放置上绝缘光阻材料。通过这种方式，海尔迈耶制造出来各种静态图像。

（当然，目前的LCD要更加复杂，集成了上千个图形元素或像素，分别由相应数量的薄膜晶体管驱动。同时，每个像素都可以发挥光闸作用，有选择地允许偏振光透。这些像素点拥有以微秒计算的极高切换速度，以及宽度只有十分之几甚至百分之几毫米的微小尺寸，同时显示屏还含有红、绿、蓝三色滤光片过滤白色背光。得益于上述特性，现代LCD电视可呈现出全彩色的流动画面，远远超出了RCA公司的早期显示屏所呈现的简单图样。）

当时，年仅28岁但野心勃勃的海尔迈耶在RCA公司的普林斯顿实验室四处游走，展示这一宾主效应。最终他的策略得到了回报：1965年3月，海尔迈耶的上司同意建立一支由7个人组成的LCD研究小组。当三年后RCA面向公众推出LCD的时候，这支研究团队的规模已经扩大了不止一倍。
研究人员们很快便发现了利用宾主效应的这一方法有着致命的缺点：染料和液晶主体都不稳定，偏光过滤片会使显示屏亮度锐减，且整套设施必须加热到能够使液晶保持液态晶体状态。但在后来的1965年5月，研究有了重大突破：海尔迈耶发现了一种被他命名为“动态散射效应”的现象，这一效应既不需要染料，也不需要偏光镜。在这一具化的“三明治结构”中，液晶材料薄片在最初呈透明状，但处在一定电压之下则会变成乳白色。
海尔迈耶和他的同事假设，出现这一效应的原因是在电场的作用下，离子扰乱了液晶分子的有序排列，其效果如同船只在河道内运完木头后剩余的木料之间穿梭。稍后，研究人员们证实了施加电压会使分子沿着与玻璃平行的方向重新排列，直到电荷积累到一定程度，从而导致分子开始旋转，使入射光被任意散射，显示屏呈现乳白色（见图“LCD原理”）。

动态散射随即成为普林斯顿LCD研究小组的主要研究重点，而且研究小组还立即着手将这一效应引入能够生成静态画面或简单动画的小型显示屏中。
当理查德.克莱恩在普林斯顿看到海尔迈耶研制的液晶屏原型时，LCD研究小组已经朝这个目标迈出了极为重要的几步。最值得一提的是，他们已经利用亚大茴香基对氨基苯醋酸盐的衍生物合成出在室温下具有向列特性的液晶材料，这一重大突破使得液晶的商业应用成为可能。此外，研究小组还制作了若干原型样品，包括一台拥有液晶读出装置和座舱显示屏的电子时钟。

对于克莱恩而言，海尔迈耶研制的LCD最具吸引力的便是它的低耗能特征。由于只需要反射而无需发射光线，液晶显示屏运行所需电压和电流与当时的集成电路相差无几。例如，一款数字显示器可能只需要10至15伏特电压即可正常工作，而当时在类似应用中使用的霓虹灯管却需要至少10倍于此的电压。

尽管克莱恩非常钦佩这些普林斯顿的同事们所取得的成果，但是毫无疑问的是，在海尔迈耶研制的LCD能够真正上市销售之前还存在大量工作有待完成。克莱恩和他的团队将最终改变制造LCD的几乎每一个环节。这些变革包括研制更大规模地制造室温液晶的新程序以及改进填充和密封显示器的工艺。

1969年，液晶业务部门迁至新泽西州拉里坦市的一处仓库，该仓库为RCA公司的首个LCD装配线提供了充裕的安置空间。此次迁址看上去预示着液晶业务充满希望的前景，但与此同时，一股不确定性开始笼罩整个项目。尽管克莱恩付出了最大努力，纽约的公司高层还是对这项技术的商业前景持有怀疑态度。在这种态度下，他们并未直接向LCD业务开发提供经费，要求拉里坦业务部向外部寻求资金支持。克莱恩的团队最终争取到了三份合同。
第一份合同的签署对象是一家名为阿什利-巴特勒（Ashley-Butler）的公关公司，该公司出资10万美元请RCA公司建造一块动画显示屏，以宣传软饮、阿司匹林和其他产品。同时，生产计量器和机械计数器的维德路特公司（Veeder Root Co.）也出资相同数额以换取一款汽油泵的液晶读出装置。此外，杰维斯公司（Jervis Corp.）以5万美元的价格购买一款使用动态散射原理缓解前车灯刺眼强光的汽车后视镜。
拉里坦业务部的工程师们按时交付了上述三款产品。即便如此，RCA公司管理层还是拒绝为研究小组提供资金。同时，公司亦不愿出资支持开发克莱恩和海尔迈耶认为显然属于LCD产品之列的电子腕表。这一系列的事实令克莱恩的团队成员们忧心忡忡。
实际上，电子腕表的创意并不是第一次提出。在1965年发表的一份阐述以自己名字命名的定律的论文中，高登.摩尔（Gordon Moore）注意到阻碍电子手表制作完成的唯一原因便是缺乏一块可直接由集成电路驱动的显示屏。LCD完全符合相应标准，且RCA的工程师们已经为基于动态散射时钟的理论申请了专利。但与此同时，一份内部的市场营销研究报告却提出LCD数字手表充其量只有比较乐观的长期前景。然而，随着克莱恩成功组装出手表显示屏模型，这一结论未能阻止海尔迈耶向公司管理高层极力兜售电子手表的创意。
尽管付出了诸多努力，这两个人还是在不久之后遇到了来自一个极其傲慢的经理人的更多刁难。
在1968年底之前，半导体部门一直容许克莱恩的研究小组在无人监督的情况下自由工作。但在拉里坦工厂建立前不久，公司的高层行政人员认为液晶项目需要一个更加正式的管理结构。于是，他们任命曾协助设计首批彩色电视显像管的生产装配线的诺曼.弗里曼（Norman Freedman）取代了默里和他放任自由的管理风格。
作为一个强势的经理人，弗里曼坚持对项目的方方面面拥有绝对的控制。这一管理方式给LCD开发带来了灾难性的后果，那些为新兴技术的成熟和发展提供必需支持的人们都因此而渐渐远去。弗里曼不允许拉里坦的LCD研发人员与位于萨默维尔的半导体部门开展合作。克莱恩回忆道：“他曾经明确告知我们，‘你们不可以与集成电路部门的人有任何对话，’而当我们偷偷地与集成电路部门的朋友交谈时，他们的经理也告诉他们‘不能与这些人合作’。究其原因，就是他们所有人都讨厌诺曼。”除此之外，弗里曼还无视克莱恩等经验丰富的老员工而直接提拔外部人员，且毫不尊重普林斯顿研究中心内液晶研究人员的成果。普林斯顿和拉里坦之间日益恶化的紧张关系令海尔迈耶的团队逐渐滋生出一种悲观情绪，他们深觉RCA公司已无望开展LCD商用。多名研究人员，包括与海尔迈耶合作多年的技师路易斯.赞诺尼（Louis Zanoni）和有机化学家乔尔.谷德迈奇（Joel Goldmacher），均离开公司加入了一家LCD创业公司——奥普泰公司（Optel）。其他人则觉得动态散射的应用已经到达极限，于是转向研究其他项目。在1968至1970年间，被分配到普利斯顿LCD研究组的工作人员少了一半，仅剩8人。1970年，面对那个用他的话说视液晶“为威胁而非一项机遇”的经理人，海尔迈耶深感挫败，愤怒之余，他申请了一个白宫研究员的职位，离开RCA开启了他的政府服务职业生涯。
海尔迈耶的决定使RCA公司在紧急关头失去了一位最为坚定的LCD支持者。1969年，一项关于将计算业务作为公司主要战略重点的指示在RCA内部掀起了轩然大波。做出这项指示的便是RCA公司的首席执行官（后成为公司董事长）罗伯特.W.萨恩诺夫（Robert W. Sarnoff）。萨恩诺夫从自己富有传奇色彩的父亲戴维（David）手中继承了公司。自20世纪50年代初期开始，RCA公司便一直在设计和出售自有品牌的计算机，其Spectra 70型系统曾一度成为IBM主机的有力竞争对象。萨恩诺夫推出的新策略极大地推动了计算机相关项目的迅速扩张；在普林斯顿研究中心，近一半的工作人员被抽调去开展计算机相关研究。虽然萨恩诺夫并未心存销量赶超IBM的幻想，但他还是公开宣布自己的公司将成为全国第二大计算机制造商。
然而事与愿违。1971年，也就是短短两年之后，RCA公司便将其计算机部门卖给了斯佩里.兰德公司（Sperry Rand）。这笔交易过程中高达4.9亿美元的资产贬值一度成为当时美国企业所遭受过的最大损失。这一消息震动了整个公司，突然之间，公司的所有项目都面临严格的审查。其中，LCD项目尤为脆弱。已经不断缩水的普林斯顿研究团队缩减到只剩6人，拉里坦业务部门也则遭到大幅减员。拉里坦业务部门被解雇的众多人员之中还包括理查德.克莱恩，他在曾向RCA公司购买广告显示屏的阿什利-巴特勒公关公司找到一份新工作。而与此同时，一手导致液晶业务部门从整个RCA公司中孤立出来的部门经理弗里曼却保住了他的饭碗。
这次计算机业务危机并未将公司的液晶业务完全扼杀，至少没有立即扼杀掉。拉里坦研究团队剩余的工作人员被再次整合到半导体主业务部门，RCA公司也在1972年宣布计划成立一条新的动态散射读数器生产线。然而，事已至此，一切努力都为时已晚。
在全力应用海尔迈耶的技术的过程中，RCA公司已经与LCD制造行业逐渐脱节。这个日渐繁荣的行业内聚集了大批像奥普泰公司一样的创业企业和德州仪器等老牌电器公司，其中，大部分公司已逐步放弃制造动态散射显示屏。这种显示屏的主要元件是一块反光背板，其反光特性会导致图像在阳光直射的情况下消褪。于是，这些公司更倾向于生产新型的扭转向列显示屏，当放置在类似的阳光照射环境下，这种显示屏的对比度反而会增加（请见补充报道：《扭转液晶发展之路》）。具有讽刺意味的是，这项技术的合作发明人之一沃尔夫冈.海尔弗里奇（Wolfgang Helfrich）声称自己是在RCA公司工作期间想出了这一创意。海尔弗里奇回忆道，自己曾向海尔迈耶提出该构想，但由于需要使用偏光镜，海尔迈耶便将其否决了。失望之余，海尔弗里奇在离开RCA公司后加入了瑞士制药企业豪夫迈.罗氏有限公司（Hoffmann–La Roche）的液晶组，在这里，他与物理学家马丁.夏德特（Martin Schadt）很快便成功制造出一款扭转向列型LCD。

最终，RCA公司意识到了问题所在，并随即建立了一家工厂专门负责生产扭转向列型显示屏。但是该工厂的命运与此前位于拉里坦的业务部门极为相似，他们不得不通过外部合同寻求资金支持；罗伯特.萨恩诺夫在计算机业务方面的失败导致公司的财务状况千疮百孔，公司在对待非主业项目时也更加小心翼翼。如果说当时尚存任何正面因素的话，那便是LCD已成为一项相对成熟的技术，那些在1969年时还犹豫是否与RCA进行合作的公司已经愿意投资液晶领域。但即便如此，RCA公司的管理层依旧未把LCD制造视为公司显示器业务的未来发展方向，只是将其看作一项蚕食公司利润的业务。最终，RCA公司在1976年将其整个液晶业务部门出售给天美时公司（Timex），而天美时则将此笔交易视为其加速进军数字手表市场的有效手段。

当时，几乎没有人对RCA公司撤出液晶屏制造业感到吃惊，当然，这本也不足为奇。虽然这并非一个始终都显而易见的结局，但自1968年被公之于众以来，RCA公司的LCD项目便走上了一条慢性消亡之路。资金不足、科研人员与制造人员之间的紧张关系以及经理人和研究人员的短见等诸多因素都导致了项目的最终溃败。
然而，单纯的将RCA公司短暂涉足LCD制造业视为一次彻底的失败尝试也是不正确的。尽管放弃了作为业界先驱的优势，RCA公司还是在电子显示屏的发展过程中留下了深远的影响。例如，向美国规模最大的制表商出售其LCD工厂便有助于LCD成为制造数字时钟显示屏的不二之选。
此外，RCA公司在日本液晶行业崛起的过程中也发挥了至关重要的作用。在将LCD公之于众不久之后，RCA公司便收到一份来自早川电机公司（Hayakawa Electric Industry）关于合作开发液晶屏手持计算器的邀请。当时，位于萨默维尔的半导体业务部经理拒绝了这一邀请，但作为安慰，他们将RCA公司的LCD专利以300万美元的价格卖给了这家在1970年更名为夏普的电机公司。此举正是美国公司处理海外专利许可的一贯做法。尽管RCA的研究人员对于自己的发明创造被用于获利感到十分失望，但公司的管理层却毫不担心这种做法会给自己树立新的竞争对手。到20世纪70年代初期时，日本公司已经开始逐步蚕食美国的无线电和电视市场。此时，夏普很快加入精工和索尼之列，也开始利用液晶技术进军美国市场。
目前，LCD行业已被一批日本、韩国和台湾地区的公司统治。而曾经开创了这一切的公司却在1986年被通用电气收购，而后逐渐从人们的记忆中消失了。尽管如此，RCA公司的技术遗产却依旧存在于每一款LCD腕表、计算器、笔记本电脑和电视之中。这些设备的屏幕无一不是起源于RCA公司的实验室和工厂。在作为通向数字化未来的大门的同时，液晶显示屏也在时刻提醒我们记住，那个一度处于优势地位的美国电子行业拥有无限可能的过去。这些故事中蕴含的经验和教训，值得每一家技术公司学习和借鉴。
作者：Benjamin Gross