スマートフォンを使うたび、スマートウォッチを見るたび、コンピューターを起動するたび、テレビを見るたび、または PowerPoint プレゼンテーションに耐えるたびに、あなたは少しだけダンディーを体験することになります。
現代のデバイスに使われているフラットパネル技術は、日本の巨大企業やシリコンバレーの企業ではなく、スコットランド第4の都市に住む二人の学者によって発明されました。彼らの発明、液晶ディスプレイ（通称TFT-LCD）用のアモルファスシリコン薄膜電界効果トランジスタスイッチは、40年以上もの間、時の試練に耐えてきました。
ウォルター・スピアとピーター・ルコンバーの発明が先進国だけでなく日常生活にも与えた影響を考えると、ティム・バーナーズ＝リー、ジョン・ロジー・ベアード、アレクサンダー・グラハム・ベル、チャールズ・バベッジといった著名な英国の技術エンジニアたちと並んで、ウォルター・スピアとピーター・ルコンバーが地元の英雄として称えられると期待した人もいるかもしれない。しかし、このダンディー出身の科学者二人を記念する記念碑は存在せず、紙幣も発行されていない。ベネディクト・カンバーバッチとトム・ヒドルストン主演のハリウッド伝記映画さえ制作されていないのだ。
つい最近まではそうでした。映画化のオプションはまだ保留中ですが、その間、IEEE（電気電子技術者協会、IEEE 802.11（つまりWi-Fi）を開発した団体）は、イースターの週末の直後、ダンディー大学でこの発明を記念するブロンズ製のマイルストーン銘板を除幕しました。この銘板は、1970年代から1980年代にかけてスピアとルコンバーが物理学科で働いていたハリスビルの入り口に恒久的に設置される予定です。
物理学部の実験室にいるウォルター・スピア（左）とピーター・ルコンバー。写真はダンディー大学アーカイブサービス提供。
世界への貢献について謙虚さを欠くことのないこの国が、なぜスピアとルコンバーをこれほどまでに痛ましいほど称賛しないのだろうか？ エジソンの同時代人たちがしばしば破滅的な結末を迎える中で学んだように、結局のところ、誰が特許を無事に取得し、公の場で騒々しく功績を主張するかにかかっている。誰もがショーマンを好み、白衣を着た勤勉な人々は無視される。
ウォルター・スピアーは1921年にフランクフルトで生まれましたが、ユダヤ人であった父親が1938年に家族をロンドンへ急遽移住させました。彼はロンドンで物理学を専攻し博士号を取得した後、レスター大学ユニバーシティ・カレッジの講師となり、最終的には1968年にダンディー大学の物理学ハリス教授に就任しました。スコットランドに到着して間もなく、彼はレスターで准講師をしていたときに一緒に働いていたピーター・ルコンバーをダンディーの新しい研究チームに招きました。
ルコンバーは1941年にエセックス州イルフォードに生まれ、レスター大学で物理学を学びました。博士号取得後、インディアナ州のパデュー大学で数年間研究に従事した後、1967年にレスター大学に戻り、物理学の講師を務めました。2年後、ダンディー大学カーネギー物理学研究所でスピアと共同研究を行いました。
その後の10年間だけで彼らが成し遂げたことは、同大学の現在の理工学部長であるイアン・スチュワートの言葉を借りれば「まったく驚異的」だった。
1960年代から70年代にかけては、独創的なアイデアの種を育てたいと願う学界の人々にとって、土壌はより豊かでした。想像しにくいかもしれませんが、公共投資の財布の紐を握る政治家から専門家が非難されたり嘲笑されたりすることなく、敬意と励ましをもって扱われていた時代を想像してみてください。
物語は1963年に始まる。労働党党首ハロルド・ウィルソンは、戦後の英国産業を変革し、経済発展につながる「白熱した技術革命」を起こすというスローガンで有権者を鼓舞しようとした。翌年、最初の労働党政権を樹立すると、彼はこのマニフェストの公約を実行に移し、技術省を創設してアンソニー・ウェッジウッド＝ベンを大臣に据え、後に悪名高い（詐欺師、偽死、チェコのスパイ）ジョン・ストーンハウス下院議員を大臣に据えた。
この新省は、政府資金による既存の技術事業を数多く引き継ぎました。その一つがマルバーンにあるレーダー研究施設（RRE）でした。1967年に同施設を訪れたストーンハウスは、RREの所長から、カラーディスプレイに使用されているブラウン管シャドウマスク技術のライセンス料としてラジオ・コーポレーション・オブ・アメリカ（RCA）に支払っていたロイヤルティが、超音速旅客機コンコルドの開発費を上回っていることを知り、愕然としました。
真偽はともかく、この主張を受けてストーンハウスは翌日すぐに電話をかけ、シャドウマスクに代わる自社製の代替ディスプレイシステム（できればフラットスクリーン）の開発プログラムの開始を承認した。RREの取締役は、上級管理職の一人であるシリル・ヒルサムCBE（大英帝国勲章第1位）を呼び出し、フラットパネルテレビの製造について相談した。
「人々に見せるためにLEDをいくつか作ればいいと言ったんです」とヒルサムは回想する。「彼はそれでは不十分だと言ったんです。そこで作業班を立ち上げ、いくつか提案をしました。その一つが液晶を使うというものでした。」
ヒルサム氏は、英国エレクトロニクスの歴史において揺るぎない存在であり、アメリカ人なら「革新的な技術のロックスター」と呼ぶかもしれない。彼はキャリアの大半を国防省で過ごした後、GECの研究ディレクター、そしてユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの物理学客員教授に就任した。現在92歳だが、デュラセルのウサギのように老齢の体躯を保っている彼は、あらゆることを見てきただけでなく、積極的に活動してきた。
1970 年までに、RRE の彼のディスプレイ グループは、携帯型レーダー ユニット用のフラット ディスプレイを必要としていた国防省から資金提供を受けるようになり、また、技術省が通商産業省に改組されたため、民間分野でも活動していました。
「フラットパネルディスプレイを実現するには、電気インパルスから光信号を生成する方法、この効果を発揮できる素材、そしてその効果を画像に変換する方法という3つの要素が必要です。
1971年、スイスで発明されたねじれネマティック効果という世界初の結晶材料が誕生しました。1972年には、安定した結晶材料であるビフェニルを開発しました。これはハル大学で発明され、マルバーンで改良された、まさに画期的な発明でした。すぐにデジタル時計やシンプルな数値計測機器に使われるようになったため、その優秀さは明らかでした。しかし、画像を生成するためのアドレス回路技術の実現には、まだ程遠い状況でした。
この 3 番目のテクノロジーは、Spear 氏と LeComber 氏が予想外に思いついたものです。
シリル・ヒルサムCBE、写真はアリスター・ダブス
この難しさを理解するために、1970年代半ばのデジタル腕時計に4つの数字を表示したいと想像してみてください。数字ごとに7つのバーパターンがあれば、必要な接続数は28個だけです。時計のディスプレイに他の要素をいくつか加えても、それでも50個程度です。しかし、テレビ画面の場合は数百万個必要になります。
ディスプレイの背面にX行とY列に沿って直交する配線を敷設し、片方に半分の電圧を、もう片方に半分の電圧を印加したとしても、一度に1つのピクセル要素を操作することはできません。つまり、十字型の配線になってしまうのです。X線とY線をトランジスタで制御し、閾値を制御する方が賢明です。チップ上のトランジスタではなく、画面全体を覆うトランジスタです。では、シリコンを使うのはどうでしょうか？
「シリコンを蒸発させてスクリーン上に堆積させようとすると、結局は役に立たない混乱に陥るだけです」とヒルサム氏は指摘する。「スクリーン上に薄膜トランジスタを置こうとした人は既にいましたが、それらは硫化カドミウム（CdS）やセレン化カドミウム（CdSe）といった化合物で作られていました。カドミウムは有毒なだけでなく、安定性も低いのです。数ヶ月で変化してしまうことを承知の上で、事実上永久に使える液晶が実現できるのです。」
シリコン（Si）の製造は非常に困難です。電子が物質内を移動できるようにするには、原子が非常に規則的に並んだ結晶を成長させる必要があります。しかし、砂から酸素を取り除くだけで（こちらの方が簡単です）、アモルファスシリコン（a-Si）と呼ばれる塊が得られ、これを蒸発させて表面に薄膜として塗布することができます。
しかし、アモルファスシリコンでは、電子は突出した不飽和結合に留まり、動きを拒む傾向があります。そのため、アモルファスシリコンは非常に悪い導体となります。スピアとルコンバーのチームは、アモルファスシリコンの絶縁体としての特性を研究していました。
突然、ほとんど偶然にも、ダンディーの研究グループは画期的な発見をしました。彼らは、結晶シリコンと同じように、水素を添加しながら材料をドーピングし、なぜ導電性がないのかを突き止めようと試みたところ、導電性があることを発見したのです。
電子の流れの性能は結晶シリコンの約1,000倍も効率が悪く、本質的に非常に悪いトランジスタでした。そこでスピアとルコンバーは、p型導体を作り、それをn型導体と組み合わせて単純なpn接合を作りました。
「これは世界で最もシンプルな回路の一つです」と、エディンバラ大学工学・電子工学部の電子ディスプレイ教授、イアン・アンダーウッド氏は語る。「各ピクセルには、コンデンサ1つにつきトランジスタが1つずつ配置されています。トランジスタはスイッチとして機能し、信号を入力し、その後スイッチを切って信号を分離し、保持します。実に美しい回路です。」
これは、アンダーウッド氏が「世界で最も極端な多重分離シナリオ」と表現するパッシブマトリックスLCDディスプレイとは大きく異なります。つまり、駆動信号を必要な液晶に入力し、そのまま放っておくことができるのです。「パッシブマトリックス方式に比べて波形が比較的シンプルであることは、アモルファスシリコンTFTによって実現された、今もなお受け継がれている伝統の一つです。」
1975年、彼らはアモルファスシリコンを用いた実験に関する論文を発表しました。翌年には、ドーピング方法を制御し接合を形成する方法について記述した続編論文を執筆しました。
彼らはそれを使ってデバイスを作れることに気づいたが、ビジネスマンではなく学者である彼らは、助言が必要だと感じていた。最初に思いついたのは太陽電池を作ることだった。スピアは、大学や政府機関のアイデアを商業的に開発することを支援するため、以前の労働党政権によって設立された国立研究開発公社（NRDC）に手紙を書いた。
NRDC はその後、その手紙をヒルサム氏に転送した。
ヒルサムは、当時既に非常に競争の激しい市場セクターとなっていた太陽電池ではなく、薄膜トランジスタに注力することを提案しました。こうして、ダンディー大学チームとヒルサムのグループの間で、数年にわたる緊密なパートナーシップが築かれ、今日私たちが知っているような現代的なフラットパネルディスプレイが誕生しました。
ヒルサムへの最初の返信で、スピアは薄膜トランジスタを作るのは原理的には非常に簡単で、「蛇口をひねるようなものだ」と表現しました。しかし実際には、それよりも少し難しかったのです。製作にはさらに18ヶ月かかり、ヒルサムがダンディーから最初のサンプルを受け取ったのは1978年11月でした。十分な電圧をかけるとトランジスタが動作することを確認すると、プロジェクトは順調に進みました。
チームの主要論文「アモルファスシリコン電界効果デバイスとその応用可能性」は1979年3月に発表されました。そこには、TFTが「ディスプレイパネルにおいて有用なスイッチング素子となる可能性がある」という、実に控えめな記述が含まれています。もちろん、彼らはそれが実現することを重々承知していました。ヒルサム氏と少なくとも6ヶ月間、この件について共同研究していたのです。しかし、スピア氏とルコンバー氏は当時既に、商業の世界における競争の激化を認識しており、特許出願を進めつつもひっそりと活動していました。しかし、結局、特許出願は成功しませんでした。
RCAは、アモルファスシリコンTFTの特許を自社で登録しようと試み、その出願書類では、SpearとLeComberの研究成果を、図々しく（あるいは露骨に）具体的に参照していました。しかし、RCAも失敗しました。
スピアが描いたアモルファスシリコンTFTの初期の図。画像はダンディー大学アーカイブサービス提供。
「特許を取得できなかったのは非常に残念でしたが、おかげで二人のキャリアは大きく前進しました」とヒルサム氏は語る。「二人とも王立協会のフェローになりました。ウォルターはあらゆるところで称賛されました（1988年に引退し、ハリス教授職はルコンバー氏が引き継ぎました）。ピーターが亡くなったのは（1992年に心臓発作で）本当に残念でした。彼は世間からの評価が高まり、契約も獲得し始めたばかりだったからです。アモルファスシリコンの専門家として、彼が引っ張りだこになっていたことは間違いありません。」
先週、大学とIEEEの代表者が幕を開け、ブロンズのマイルストーン銘板を披露した際、ダンディーに集まった参列者の中には、ヒルサム氏、アンダーウッド氏、そして老若男女問わず多くの電子技術者だけでなく、ピーター・ルコンバー氏の未亡人とその家族も含まれていました。彼らにとって、認められるのは遅すぎたとはいえ、それは嬉しいことでした。
何よりも、スピアとルコンバーの発明が、これだけの年月が経った今でもフラットパネル技術の主流であり続けていることに気づくのは衝撃的です。
「40年経ってもまだ同じフォーマットのままの電子機器がいくつあるでしょうか？」とヒルサムは問いかける。「液晶だけでなく、今日使われているより現代的なOLEDにも使えることを発見しました。アモルファスシリコンTFTは、ウォルターとピーターが1978年に作ったのと同じデバイスとして、今もなお誇り高く存在しています。携帯電話30億台、コンピューター3億台、テレビ2億3000万台、車載ディスプレイ7000万台、プロジェクションディスプレイ1000万台、標識、ナビゲーション、医療機器…これらすべてがアモルファスシリコンTFTを採用しています。」
「これは素晴らしい、そして長く続く遺産です。」®
