基于TRIZ理論提高液晶顯示技術企業(yè)自主創(chuàng)新能力

李志廣，檀潤華

（1.河北工業(yè)大學理學院，天津 300401；2.河北工業(yè)大學國家技術創(chuàng)新方法與實施工具工程技術研究中心，天津 300130）

基于TRIZ理論提高液晶顯示技術企業(yè)自主創(chuàng)新能力

李志廣1，2，檀潤華2

（1.河北工業(yè)大學理學院，天津 300401；2.河北工業(yè)大學國家技術創(chuàng)新方法與實施工具工程技術研究中心，天津 300130）

為了增強液晶顯示技術企業(yè)的市場競爭力，提高液晶顯示技術企業(yè)自主創(chuàng)新能力，根據(jù)液晶顯示技術的發(fā)展特點，采用TRIZ理論中的技術成熟度預測方法，獲取了液晶顯示專利數(shù)量和銷售額數(shù)據(jù)，建立了專利數(shù)量曲線和銷售額曲線，對液晶顯示技術成熟度進行了預測，并分析了液晶顯示企業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略．將TRIZ理論中的沖突及其解決理論應用到液晶顯示領域，討論了如何發(fā)現(xiàn)液晶顯示器件中的沖突，并應用解決沖突產生方案的過程實現(xiàn)液晶顯示器件的創(chuàng)新設計．該研究將對液晶顯示技術企業(yè)的技術發(fā)展策略制定和新產品研發(fā)具有重要意義．關鍵詞自主創(chuàng)新能力；TRIZ；液晶顯示技術企業(yè)；技術成熟度；沖突

0 引言

平板顯示產業(yè)是信息社會的基礎產業(yè)，平板顯示器件是信息產業(yè)的核心器件．將來電視、電腦、電信，三電都要歸到平板顯示的麾下，由此可以看出平板顯示產業(yè)的戰(zhàn)略地位[1]．各種類型的平板顯示技術都有各自的技術特點以及優(yōu)缺點，而且技術發(fā)展程度不同．其中，LCD是現(xiàn)在發(fā)展比較成熟的主流平板顯示技術．

LCD產業(yè)在國內已經形成了相當大的規(guī)模，隨著經濟和信息產業(yè)的快速發(fā)展，國內的LCD產業(yè)還會繼續(xù)保持一個良好的發(fā)展趨勢[2]．產業(yè)的發(fā)展需要政府和企業(yè)等的扶持和投資，但也需要發(fā)展自身的創(chuàng)新技術．自主創(chuàng)新能力是企業(yè)在國際競爭中能否成功的關鍵因素，同樣也是國家增強國家競爭力，促進經濟發(fā)展的重要因素．液晶產業(yè)是一個多學科綜合的產業(yè)，所需要的技術也是多種多樣．在技術發(fā)展過程中，哪些技術是關鍵部分，哪些技術又是未來的發(fā)展趨勢？如何幫助企業(yè)認清自身技術的發(fā)展水平和發(fā)展?jié)摿?，審時度勢地進行技術創(chuàng)新？這些都需要一個科學依據(jù)為企業(yè)決策者和投資者提供指導，降低投資風險，提高投資效益，營造和保持企業(yè)的競爭優(yōu)勢[3]．液晶顯示技術企業(yè)屬于高新技術企業(yè)，具有高科技、高風險、產品生命周期短等特點[4]．這就要求液晶顯示技術企業(yè)必須提高自己的自主創(chuàng)新能力，才能在激烈競爭的市場環(huán)境中得以生存和發(fā)展．TRIZ是基于知識的工具，是一套系統(tǒng)化、具有實用價值的解決發(fā)明創(chuàng)造問題的方法．在企業(yè)新產品研發(fā)和生產中，可以幫助設計者認清技術發(fā)展趨勢，提供解決問題的思路和方法．

為了提高液晶顯示企業(yè)的自主創(chuàng)新能力，本文基于TRIZ理論，依據(jù)最新專利數(shù)據(jù)預測液晶顯示技術的成熟度．液晶顯示技術的成熟度是企業(yè)從戰(zhàn)略方面把握創(chuàng)新時機的重要依據(jù)．在液晶顯示企業(yè)引入TRIZ工具，對生產研發(fā)中的技術問題進行求解，有利于創(chuàng)新解的產生，從而提高了企業(yè)的自主創(chuàng)新能力．

圖1 技術成熟度預測曲線Fig.1Technology maturity mapping curve

1 液晶顯示技術成熟度預測與企業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略

1.1 液晶顯示技術成熟度預測

根據(jù)Altshuller提出的技術成熟度預測方法，采用性能、專利數(shù)量、專利級別和利潤率4個尺度變量來確定產品的技術成熟度[5-7]．如圖1所示，用3條虛線把橫坐標劃分為嬰兒期、成長期、成熟期、退出期4個階段，、、分別代表技術的嬰兒期—成長期—成熟期—退出期的轉折點．

根據(jù)基于TRIZ的技術成熟度預測方法，收集液晶顯示相關數(shù)據(jù)．利用大為專利分析下載軟件PatGet，選擇歐洲專利局worldwide數(shù)據(jù)庫，檢索條件為：IPC分類號G02F1/ 13；關鍵詞“display”，共檢索到專利52086件．該檢索方法可以比較全面的統(tǒng)計到與液晶顯示相關的專利，反映出液晶顯示相關專利的申請數(shù)量情況．液晶顯示器是應用液晶顯示技術的產品，液晶顯示技術是液晶顯示器的核心技術．液晶顯示的技術成熟度也是液晶顯示器的技術成熟度．液晶顯示器中還包括其他通用和輔助功能的一些技術，在檢索專利的時候，采用“液晶顯示”而不是“液晶顯示器”會更為合適．將檢索到的專利數(shù)量按年進行統(tǒng)計，可以得到時間—專利數(shù)量的曲線,如圖2所示．液晶顯示的專利數(shù)量曲線更新到了2013年，也就是最新的專利數(shù)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)．獲利能力的數(shù)據(jù)統(tǒng)計起來比較困難，可以用銷售額來代替，由于銷售額數(shù)據(jù)由一些行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計公司統(tǒng)計并出售，所以仍采用已獲得的截止到2008年的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，時間—銷售額曲線如圖3所示．因此，我們建立了時間—專利數(shù)量曲線和時間—銷售額曲線．至于性能和專利等級，液晶顯示技術的性能是多方面的，無法用單一技術指標來衡量；專利數(shù)量巨大，對液晶顯示技術的相關專利逐一分析并定級也是不太現(xiàn)實．因此，用時間—專利數(shù)量和時間—銷售額兩條曲線來做近似的評估．

1.2 確定液晶顯示技術成熟度并分析企業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略

仔細分析圖2中的專利數(shù)量曲線，1976年以前液晶顯示技術專利的數(shù)量稀少，而且增長緩慢．1976年到1979年出現(xiàn)了快速增長的階段，但是到1980年回落，之后又開始逐年增長，并且增速逐漸加快，曲線斜率逐漸增大．直到2006年開始下滑，雖然小幅震蕩，但到2013年仍總體保持下滑趨勢．將圖2的專利數(shù)量曲線和圖1a）的標準曲線進行比較．液晶顯示技術專利數(shù)量隨時間的發(fā)展過程，基本體現(xiàn)了技術發(fā)展經歷的四個階段：嬰兒期、成長期、成熟期和退出期．由時間—專利數(shù)量曲線體現(xiàn)出液晶顯示技術已經發(fā)展到退出期．根據(jù)圖3中1990年到2008年的液晶顯示器銷售額的曲線可以看出，液晶顯示器的銷售額在1990年到2008年呈現(xiàn)出了，從增長緩慢到快速增長的變化，而且曲線的斜率在后期保持很大．由此兩條曲線，可以判斷液晶顯示技術的成熟度已經發(fā)展到退出期．

圖2 液晶顯示專利數(shù)曲線Fig.2The curve of number of LCD patents

圖3 液晶顯示器銷售額曲線Fig.3The curve of value of LCD sales

如今液晶顯示技術競爭激烈，出現(xiàn)了許多新型技術，如更精細的液晶面板制造工藝、超低功耗驅動技術、LTPS低溫多晶硅技術、超窄邊框技術、更高的刷新頻率、光學觸摸校準方式、金屬氧化物薄膜晶體管、量子點技術、染料型彩膜技術、RGBW或RGBY四色技術等．這些技術的發(fā)展只是對輔助、次要和有害功能進行改進，能夠優(yōu)化現(xiàn)有系統(tǒng)，但不能滿足長期競爭的要求．

回顧我國液晶顯示技術的研究發(fā)展歷程，根據(jù)液晶顯示技術成熟度預測結果，液晶顯示技術企業(yè)應該采取何種發(fā)展戰(zhàn)略呢？圖4給出了企業(yè)技術發(fā)展采取決策的參考過程[7]．

根據(jù)液晶顯示技術成熟度的預測結果，結合當前的技術發(fā)展特點，企業(yè)應該認識到當前市場競爭的嚴峻局勢．90年代以前，由于液晶顯示技術未能列入國家發(fā)展計劃等原因，我國與國際先進技術的差距逐漸拉大．20世紀在國家的五年發(fā)展計劃中，又曾經未把液晶顯示技術看作平板顯示技術的發(fā)展趨勢，以致我國的液晶顯示技術發(fā)展長期落后．近些年來，隨著國家政策的引導，投資建設了多條高世代液晶顯示器生產線，我國在液晶顯示技術方面的發(fā)展突飛猛進．這些企業(yè)在國家政策的指引下，除了在液晶顯示器市場推進產品創(chuàng)新，擴大銷售額，贏取利潤之外，更應該注意到整個液晶顯示技術發(fā)展所處的階段，規(guī)劃企業(yè)創(chuàng)新戰(zhàn)略．根據(jù)技術成熟度預測結果，企業(yè)應該尋找替代技術，在新的替代技術上誰能把握對了方向，誰能在新的替代技術上掌握更多專利技術，誰就能在未來的顯示器市場掌握主動，在競爭中保持優(yōu)勢．

圖4 產品技術成熟度預測及決策Fig.4Product technology maturity mapping and decision making

2 TRIZ理論中的沖突及其解決理論與液晶顯示器件創(chuàng)新設計

2.1 液晶顯示器件中沖突的發(fā)現(xiàn)

TRIZ理論中就是靠發(fā)現(xiàn)和消除沖突，從而實現(xiàn)推動產品的進化和發(fā)展．產品進化和發(fā)展就是進行產品創(chuàng)新設計．在產品創(chuàng)新設計過程中，其核心是解決設計中的沖突．如果能發(fā)現(xiàn)需求與已有產品或產品內部的沖突，開發(fā)新產品或改進已有的產品，解決這些已發(fā)現(xiàn)的沖突，不僅滿足社會日益增長的需求，同時也為實現(xiàn)產品創(chuàng)新的企業(yè)帶來效益[8]．

由此可見，如何發(fā)現(xiàn)和確定產品設計中的沖突是十分關鍵和重要的．歸納起來，確定沖突的方法有TRIZ中的物質—場分析[9]、QFD、AD、TOC等分析問題的理論和方法．下面給出一個以液晶顯示器為例，說明發(fā)現(xiàn)沖突的一種方法．

液晶顯示器的基本原理是，夾在玻璃基板間的液晶分子在電場作用下，初始排列發(fā)生改變，從而液晶層的光學性質發(fā)生變化，使通過液晶層的光被調制，而實現(xiàn)顯示．然而，在固定電場的作用下，液晶材料會發(fā)生電化學反應，而使液晶器件失效．此問題可用如圖5所示的物質—場模型描述．

圖5中，S2表示帶有透明電極的玻璃基板，S1表示液晶材料，F(xiàn)E表示電場．圖5中的曲線箭頭表示存在有害的效應，表明液晶器件的功能存在沖突．需要進行創(chuàng)新設計，目標是消除現(xiàn)有設計中存在的沖突．即新的設計既要使玻璃基板間的液晶分子排列在電場作用下發(fā)生變化，又要保證液晶材料不發(fā)生電化學反應．改進后的模型應該如圖6所示．

圖5 液晶器件的物質-場模型Fig.5Substance-field analysis of liquid crystal device

圖6 改進后的液晶器件的物質-場模型Fig.6Substance-fieldmodelofimprovedliquidcrystaldevice

2.2 解決沖突實現(xiàn)液晶顯示器件創(chuàng)新設計

在確定系統(tǒng)中的沖突以后，就要借助TRIZ中的沖突解決理論，進行沖突求解[10]，消除沖突．消除沖突就標志著問題得到了解決，實現(xiàn)了產品的創(chuàng)新．TRIZ中的沖突解決理論包括解決技術沖突的發(fā)明原理和解決物理沖突的分離原理．可以采用如圖7的過程尋找消除沖突的解決方案．

首先，分析這個系統(tǒng)中的沖突是技術沖突還是物理沖突，如果此沖突屬于技術沖突，則應用39個工程參數(shù)進行描述，再應用TRIZ中的“沖突矩陣”來解決沖突．從矩陣中查找到被建議的發(fā)明原理，利用類比思考的方式可以得到解決沖突的思考方向．如果此沖突屬于物理沖突，則采用分離原理和類比的思考方式求解．此外，如果技術沖突找不到合適的工程參數(shù)來描述，或者在“沖突矩陣”中找不到合適的發(fā)明原理，則需要把技術沖突轉換成物理沖突，再進行求解．

例如2.1節(jié)中，對于液晶器件功能中存在的沖突，應用圖7中的解決過程．液晶器件功能中存在的矛盾是：要實現(xiàn)液晶分子的排列改變需要電場的作用，但是固定的電場會使液晶材料發(fā)生電化學反應而影響器件的壽命．該沖突屬于物理沖突，考慮利用分離原理解決沖突．液晶分子排列在電場下發(fā)生變化，響應時間是10 ms以下，而液晶材料在固定電場的作用下發(fā)生電化學反應相比之下是十分緩慢的過程．因此，在電場作用下液晶分子的響應時間內，液晶材料發(fā)生的反應可以忽略．因此可以采用基于時間的分離原理，在給液晶施加一個瞬間電場后，液晶分子已經響應而液晶材料還未發(fā)生電化學反應，然而我們需要維持一定時間的液晶分子在電場下的排列狀態(tài)，因此需要反復施加瞬間電場，不過相鄰兩次施加電場的方向應該相反，這樣從長時間看來施加的是一個不斷變化的電場，也就是脈沖電場．這樣，我們既實現(xiàn)了維持液晶分子在電場下的排列狀態(tài)，又消除了固定電場引起液晶材料發(fā)生電化學反應的有害效應．

圖7 TRIZ解決沖突產生方案的過程Fig.7The process of resolving conflict and generating solutions by TRIZ

3 結論

自主創(chuàng)新對于液晶顯示技術企業(yè)這樣資本和技術雙密集型的門檻行業(yè)發(fā)揮著越來越關鍵的作用．通過應用基于TRIZ的技術成熟度預測方法，對液晶顯示技術進行了成熟度預測，從戰(zhàn)略上指導液晶顯示企業(yè)的創(chuàng)新；通過應用TRIZ中的沖突及其解決理論，為液晶顯示企業(yè)在產品創(chuàng)新設計研發(fā)方面，提供了切實可行的方法和途徑．通過這兩個方面的探索，建立了一種基于TRIZ理論提高液晶顯示技術企業(yè)自主創(chuàng)新能力的方案．提高液晶顯示技術企業(yè)自主創(chuàng)新能力是產業(yè)發(fā)展的實際需要，也是高新技術企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的源泉．通過應用提出的方法，可以使液晶顯示企業(yè)在戰(zhàn)略、設想、研發(fā)、制造等方面顯著提高自主創(chuàng)新的能力．

[1]谷志華．發(fā)展平板顯示產業(yè)，抓住主流技術，解決核心問題[J]．現(xiàn)代顯示，2008，90（7）：5-10．

[2]應根裕．中國平板顯示技術發(fā)展30年[J]．現(xiàn)代顯示，2009，97（2）：6-16．

[3]張煥高．基于專利分析的產品技術成熟度預測技術及其軟件開發(fā)[D]．天津：河北工業(yè)大學，2003：3．

[4]李向東，徐勇，石陸魁．基于因子分析的高新技術企業(yè)自主創(chuàng)新能力提升影響因素研究[J]．河北工業(yè)大學學報，2014，43（1）：107-111．

[5]Altsehuller G S．Creativity as an Exact Science[M]．New York：Gordon&Breach，1988：205-213．

[6]檀潤華．創(chuàng)新設計[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2002：186-232．

[7]Miehael W Frauens．Improved selection of technically attractive projects using knowledge management and net interactive tools[D]．Urbana：University of Illinois，2000．1．

[8]檀潤華．TRIZ及應用[M]．北京：高等教育出版社，2010：1-2．

[9]周長青，彭偉．TRIZ理論物-場模型的演化及其應用[J]．輕工機械，2010，28（2）：89-92．

[10]檀潤華，張瑞紅．基于TRIZ的產品創(chuàng)新設計[J]．河北工業(yè)大學學報，2004，33（2）：90-95．

[責任編輯 田豐夏紅梅]

Improve the capacity for independent innovation of LCD enterprise based on TRIZ

LI Zhiguang1,2，TAN Runhua2

(1.School of Sciences,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China;2.National Technological Innovation Method and Tool Engineering Research Center,Hebei University of Technology,Tianjin 300130,China)

The aim of this paper is to improve the market competitiveness and the capacity for independent innovation of LCD enterprise.The data of number of LCD patents and the value of LCD sales were obtained and then the curves of Time-Number of LCD Patents and Time-Value of LCD Sales were established.So the maturity of LCD technology was mapped based on TRIZ theory and the innovation strategy was also analyzed according to the development characteristics of LCD technology.Conflicts and their solutions in TRIZ were introduced in LCD area.How to find conflicts in LCD device was discussed,and the process of resolving conflicts and generating solutions by TRIZ were applied to implement the innovative design of LCD device.This research will be significant in improving technology development strategy and new product development.

capacity forindependentinnovation;TRIZ;LCDenterprise;grade of maturity ofproducttechnology;conflict

TN873.93

A

1007-2373(2015)03-0033-05

10.14081/j.cnki.hgdxb.2015.03.007

2015-01-04

河北省科技計劃項目（134576260）；國家自然科學基金（51275153，61475042，11304074，11274088）；國家科技基礎性專項（2013IM030400）；河北省自然科學基金（E2012202104，A2014202123）；教育部新世紀優(yōu)秀人才計劃項目（NCET-11-0931）；河北省教育廳高層次人才項目（GCC2014048）；河北省教育廳項目（QN2014130）

李志廣（1978-），男（漢族），講師，博士．通訊作者：檀潤華（1958-），男（漢族），教授，博導，rhtan@hebut.edu.cn．

數(shù)字出版日期：2015-06-17數(shù)字出版網址：http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1208.T.20150617.1544.006.html