國內(nèi)外液晶技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

李慶明

（江蘇省生產(chǎn)力促進(jìn)中心，江蘇 南京210042）

雖然液體晶體或液晶材料早在1888年就被發(fā)現(xiàn)，但是直到20世紀(jì)60年代，當(dāng)科學(xué)工作者發(fā)現(xiàn)它可以作為一種顯示器件并有望替代笨重又耗電的陰極射線顯示管的時候，才引起人們的廣泛關(guān)注。如今液晶顯示對于大眾來講已經(jīng)是液晶的代名詞，它也從簡單的電子手表數(shù)字顯示發(fā)展到智能手機(jī)屏、平板電視顯示屏，完全融入了現(xiàn)代信息社會。液晶顯示技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到巔峰階段，液晶顯示產(chǎn)業(yè)僅平板顯示一項全球年營業(yè)額就近1 300億美元，液晶顯示產(chǎn)業(yè)已完全進(jìn)入成熟的大規(guī)模生產(chǎn)時期。

液晶作為奇特而性能優(yōu)良的光學(xué)材料，可以利用電、熱、光、機(jī)械、磁等外力控制其光學(xué)性能。除了應(yīng)用于顯示技術(shù)之外，它還可以被廣泛應(yīng)用于建筑、通訊、化學(xué)生物醫(yī)療以及智能電子消費品等許多領(lǐng)域。事實上液晶技術(shù)的研發(fā)并沒有因為顯示技術(shù)的成熟而停頓，相反，國內(nèi)外一直在加大對液晶技術(shù)的研發(fā)力度。只是最近十幾年液晶技術(shù)的應(yīng)用研究主要轉(zhuǎn)移到智能纖維、智能涂料、光學(xué)功能薄膜、基于液晶技術(shù)的調(diào)光膜、化學(xué)與生物化學(xué)傳感器以及其他液晶光子器件上而已。可以想像幾十年后，人們穿著可以根據(jù)自己的喜好或者環(huán)境而變換色彩與圖案的液晶基服裝，或者居所的玻璃窗使用的是基于液晶技術(shù)的、可以自動調(diào)節(jié)房內(nèi)太陽光的玻璃。那將是不僅能帶來幾個千億元的產(chǎn)業(yè)，更會是給人類社會帶來根本福祉的事業(yè)。

目前液晶技術(shù)雖然有龐大的潛在市場，但除了顯示產(chǎn)業(yè)外，在其他領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化還處于萌芽甚至休眠狀態(tài)。即使具有極大市場應(yīng)用空間的空間隔斷電控調(diào)光智能玻璃窗（基于聚合物分散液晶膜技術(shù)），其產(chǎn)值也遠(yuǎn)不及平板顯示產(chǎn)值的1/1 000。如何將平板顯示以外、已經(jīng)研發(fā)出來的液晶技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，開發(fā)出第二個或更多千億美元的液晶產(chǎn)業(yè)，具有重大的戰(zhàn)略與現(xiàn)實意義。

1 歐美液晶顯示技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

歐美既是液晶科研、顯示技術(shù)的發(fā)源地，也是目前除平板顯示工藝技術(shù)外實力最強(qiáng)的研發(fā)體。20世紀(jì)60年代末70年代初一系列液晶顯示模式的發(fā)現(xiàn)，使得歐美從高等學(xué)府到大型企業(yè)都對液晶顯示技術(shù)展現(xiàn)出空前的亢奮。國際知名公司RCA、IBM、ATT、Hughes Research Lab、Phillips Research甚至傳統(tǒng)制藥公司Hoffman La Roche等都建立了比較大的旨在開發(fā)液晶顯示器件與原材料的研究中心。而大部分學(xué)術(shù)單位，包括Kent LCI、University of Pennsylvania、University of Colorado、University of Gent、Chalmers Technical University、Labarotoire de Physique des Solides Orsay、University of York、University of Hull、University of Manchester、University of Cambridge等，都有相當(dāng)多與顯示直接相關(guān)的科研活動[1]。

平板顯示的產(chǎn)業(yè)化早期需要政府協(xié)助承擔(dān)一定的投資風(fēng)險以及數(shù)目較大的風(fēng)險投資，可惜歐美這兩方面的條件都不具備。風(fēng)險投資商將小額資本投入到磁盤、光纖通訊、互聯(lián)網(wǎng)上就可以獲得巨額回報，他們又怎會將巨額資金投入回報率相對低的技術(shù)上呢？加之歐美制造業(yè)多年的輸出造成了生產(chǎn)技術(shù)的喪失和人力資源的昂貴，導(dǎo)致歐美對于液晶平板顯示產(chǎn)業(yè)的放棄，液晶原材料以及部分光刻設(shè)備除外。與之相應(yīng)的是歐美各大公司先后全部停止了對液晶應(yīng)用技術(shù)的研究。現(xiàn)如今，除液晶材料公司Merck外，沒有一家歐美知名大公司有任何液晶應(yīng)用技術(shù)的研究，更談不上產(chǎn)業(yè)化的開發(fā)。

歐美高等院校原有的科研資源也在液晶顯示技術(shù)成熟的過程中逐步遠(yuǎn)離了顯示技術(shù)的研究，目前比較集中的液晶技術(shù)研究中心僅有Kent LCI與中佛羅里達(dá)大學(xué)（CFLU，吳詩聰）。與顯示技術(shù)研究相反，智能光學(xué)薄膜、智能液晶纖維、液晶基化學(xué)及生物化學(xué)傳感器、可變焦透鏡等非顯示液晶技術(shù)的研究逐漸增多，其中有些主要研究人員以前在知名大公司研究所從事顯示類產(chǎn)品的研發(fā)，比如中佛羅里達(dá)大學(xué)的吳詩聰教授原來在Hughes Research Lab，Eindhoven University of Technology的Dirk Broer教授原來是Phillips Research的技術(shù)骨干。吳詩聰教授不僅進(jìn)行了不少顯示方面的研究工作，還同時開展包括可變焦透鏡等其他的液晶光子器件研究。Broer教授則幾乎不再研究平板液晶顯示技術(shù)，轉(zhuǎn)而開展包括液晶智能玻璃、液晶纖維、液晶壓電材料等研究[2]。總體而言，歐美大學(xué)有關(guān)液晶技術(shù)的研究近年來有增無減，其應(yīng)用則分散于平板顯示以外的各個領(lǐng)域。

除液晶顯示器件商外，美國有約20家與液晶技術(shù)有關(guān)的小型公司正在開展液晶非顯示技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，其中包括中國留美學(xué)者開創(chuàng)或管理的液晶公司，比如，從事光纖通訊的CoAdna公司，從事通訊、顯示等多方面技術(shù)的Kent Optronics公司，而Polytronix公司是老牌的聚合物分散液晶膜（PDLC）液晶智能窗生產(chǎn)企業(yè)，Hitron Technologies公司研發(fā)新型顯示材料與可控濾波片等[3]。

2 中國液晶技術(shù)研究與產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀

中國的液晶顯示工業(yè)在20世紀(jì)70年代末開始建立，最初是扭曲液晶（數(shù)碼）顯示器，隨后引入超扭曲液晶顯示器。目前中國已經(jīng)基本控制了全球相對穩(wěn)定的低端顯示器市場。

中國在TFT-LCD顯示技術(shù)中起步晚。最近幾年，中國開始大力投資高世代TFT-LCD生產(chǎn)線，包括京東方、華星光電、中電熊貓、上海天馬、龍騰光電等多家公司。截至2015年，共投資4.5代線20多條，投資3 000多億人民幣于大尺寸TFT-LCD生產(chǎn)線，全面生產(chǎn)應(yīng)用于臺式電腦監(jiān)視器、筆記本電腦液晶屏和液晶電視的大尺寸液晶顯示屏。根據(jù)清華大學(xué)張百哲教授的介紹，為實現(xiàn)中國顯示屏自給自足的既定戰(zhàn)略目標(biāo)，在今后的幾年內(nèi)，中國仍將以每年1條8.5代線、超過300億元投資的速度，增加TFT-LCD生產(chǎn)能力。雖然中國有越來越強(qiáng)大的生產(chǎn)能力，但由于沒有核心技術(shù)，關(guān)鍵材料、設(shè)備都須進(jìn)口，所以面板廠近年的利潤主要是各級政府的稅收補貼[4]。

中國大規(guī)模TFT-LCD的投入以及國產(chǎn)化的要求帶來至少以下2個方面具有深遠(yuǎn)影響。

帶動中國整個液晶產(chǎn)業(yè)鏈的形成。無論是相關(guān)上游產(chǎn)業(yè)，包括液晶材料、透明導(dǎo)電玻璃、彩色濾光膜、偏光片、背光源、襯墊粉、導(dǎo)電粉，還是液晶器件生產(chǎn)設(shè)備等，都得到了迅速發(fā)展，為液晶技術(shù)（無論是非顯示還是其他顯示技術(shù)）進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化提供了良好的環(huán)境。

就全球范圍而言，目前比較公認(rèn)的最近幾年市場走向是平板顯示面板需求量有所下降，但是由于大屏幕高清晰度電視的需求在增加，使得平板顯示面板總面積需求量有所上升。而對于液晶面板廠商來講，產(chǎn)能的大規(guī)模提升速度超過平板顯示總面積需求的增加速度，加之小面積面板已經(jīng)受到有機(jī)發(fā)光二極管顯示（OLED）的沖擊，必然導(dǎo)致液晶面板產(chǎn)能過剩，從而使國內(nèi)外液晶面板廠商本來就利潤微薄的運營雪上加霜，企業(yè)整合、大量虧損在所難免。事實上大陸外低世代液晶生產(chǎn)線已經(jīng)在被逐步關(guān)掉，而國內(nèi)至少部分低世代生產(chǎn)線產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，開機(jī)率極低?？梢灶A(yù)測，在不遠(yuǎn)的將來，國內(nèi)液晶面板廠將主動或被動尋求顯示以外的市場。但是目前可以給他們的選擇幾乎完全沒有，因為除了聚合物分散液晶（PDLC）智能調(diào)光膜目前有北京眾智同輝公司、珠海興業(yè)、九江科為等以每年7萬～8萬m2總產(chǎn)量在生產(chǎn)外，目前幾乎沒有液晶非顯示產(chǎn)業(yè)。

3 國內(nèi)智能液晶技術(shù)研究基礎(chǔ)

國內(nèi)外液晶產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展帶動了中國液晶技術(shù)研發(fā)隊伍的壯大。1995年，全國共約有15位正副教授分別在清華大學(xué)、南京大學(xué)、東南大學(xué)、南開大學(xué)、河北工業(yè)大學(xué)這5所高校，長春光機(jī)所和南京55所兩大研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行液晶科學(xué)與技術(shù)研究。2005年后至今，液晶技術(shù)研究逐步推廣到共約20個小組，分布于包括原來5所大學(xué)在內(nèi)的20多所高校院所。目前，全國約有60位正副教授在從事液晶技術(shù)研究。

中國高校院所的液晶科研工作基本上從課題到研究趨勢都跟隨國際科研主流的研究與發(fā)展。以國內(nèi)在液晶和液晶顯示方面的碩士和博士論文為例，雖然研究生論文從2000—2004年的約120篇增加到了2010—2014年的超過700篇，但與顯示有關(guān)的論文在同一時期僅從18篇增加到了52篇。也就是說，液晶科研活動雖然在過去的15年內(nèi)增加了很多，但是從學(xué)術(shù)研究來講，這些新增加的科研活動主要集中在非顯示領(lǐng)域。

應(yīng)該指出，中國液晶科學(xué)的高等教育與近年在平板液晶顯示的投入極不匹配。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，只有河北工業(yè)大學(xué)和陜西科技大學(xué)等少數(shù)開設(shè)液晶器件專業(yè)的高校為液晶行業(yè)輸送供不應(yīng)求的本科生和研究生。平板顯示產(chǎn)業(yè)大規(guī)模的投入意味著產(chǎn)業(yè)界需要大批各層次的液晶顯示技術(shù)人才，而高等教育沒有跟進(jìn)產(chǎn)業(yè)界如此巨大的投入，甚至已有的師資科研資源也與顯示產(chǎn)業(yè)沒有比較密切的合作與聯(lián)系。中國液晶顯示產(chǎn)業(yè)界因此面臨著顯示技術(shù)人才嚴(yán)重不足的問題，以至于京東方被迫在企業(yè)內(nèi)部舉辦專業(yè)培訓(xùn)班。