國內外液晶技術及相關產業發展現狀

李慶明

（江蘇省生產力促進中心，江蘇 南京210042）

雖然液體晶體或液晶材料早在1888年就被發現，但是直到20世紀60年代，當科學工作者發現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注。如今液晶顯示對于大眾來講已經是液晶的代名詞，它也從簡單的電子手表數字顯示發展到智能手機屏、平板電視顯示屏，完全融入了現代信息社會。液晶顯示技術已經發展到巔峰階段，液晶顯示產業僅平板顯示一項全球年營業額就近1 300億美元，液晶顯示產業已完全進入成熟的大規模生產時期。

液晶作為奇特而性能優良的光學材料，可以利用電、熱、光、機械、磁等外力控制其光學性能。除了應用于顯示技術之外，它還可以被廣泛應用于建筑、通訊、化學生物醫療以及智能電子消費品等許多領域。事實上液晶技術的研發并沒有因為顯示技術的成熟而停頓，相反，國內外一直在加大對液晶技術的研發力度。只是最近十幾年液晶技術的應用研究主要轉移到智能纖維、智能涂料、光學功能薄膜、基于液晶技術的調光膜、化學與生物化學傳感器以及其他液晶光子器件上而已。可以想像幾十年后，人們穿著可以根據自己的喜好或者環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的、可以自動調節房內太陽光的玻璃。那將是不僅能帶來幾個千億元的產業，更會是給人類社會帶來根本福祉的事業。

目前液晶技術雖然有龐大的潛在市場，但除了顯示產業外，在其他領域的產業化還處于萌芽甚至休眠狀態。即使具有極大市場應用空間的空間隔斷電控調光智能玻璃窗（基于聚合物分散液晶膜技術），其產值也遠不及平板顯示產值的1/1 000。如何將平板顯示以外、已經研發出來的液晶技術產業化，開發出第二個或更多千億美元的液晶產業，具有重大的戰略與現實意義。

1 歐美液晶顯示技術研究與產業化現狀

歐美既是液晶科研、顯示技術的發源地，也是目前除平板顯示工藝技術外實力最強的研發體。20世紀60年代末70年代初一系列液晶顯示模式的發現，使得歐美從高等學府到大型企業都對液晶顯示技術展現出空前的亢奮。國際知名公司RCA、IBM、ATT、Hughes Research Lab、Phillips Research甚至傳統制藥公司Hoffman La Roche等都建立了比較大的旨在開發液晶顯示器件與原材料的研究中心。而大部分學術單位，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，都有相當多與顯示直接相關的科研活動[1]。

平板顯示的產業化早期需要政府協助承擔一定的投資風險以及數目較大的風險投資，可惜歐美這兩方面的條件都不具備。風險投資商將小額資本投入到磁盤、光纖通訊、互聯網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上呢？加之歐美制造業多年的輸出造成了生產技術的喪失和人力資源的昂貴，導致歐美對于液晶平板顯示產業的放棄，液晶原材料以及部分光刻設備除外。與之相應的是歐美各大公司先后全部停止了對液晶應用技術的研究。現如今，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用技術的研究，更談不上產業化的開發。

歐美高等院校原有的科研資源也在液晶顯示技術成熟的過程中逐步遠離了顯示技術的研究，目前比較集中的液晶技術研究中心僅有Kent LCI與中佛羅里達大學（CFLU，吳詩聰）。與顯示技術研究相反，智能光學薄膜、智能液晶纖維、液晶基化學及生物化學傳感器、可變焦透鏡等非顯示液晶技術的研究逐漸增多，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品的研發，比如中佛羅里達大學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的技術骨干。吳詩聰教授不僅進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，轉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，歐美大學有關液晶技術的研究近年來有增無減，其應用則分散于平板顯示以外的各個領域。

除液晶顯示器件商外，美國有約20家與液晶技術有關的小型公司正在開展液晶非顯示技術的產業化，其中包括中國留美學者開創或管理的液晶公司，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）液晶智能窗生產企業，Hitron Technologies公司研發新型顯示材料與可控濾波片等[3]。

2 中國液晶技術研究與產業化的現狀

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

中國在TFT-LCD顯示技術中起步晚。最近幾年，中國開始大力投資高世代TFT-LCD生產線，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生產線，全面生產應用于臺式電腦監視器、筆記本電腦液晶屏和液晶電視的大尺寸液晶顯示屏。根據清華大學張百哲教授的介紹，為實現中國顯示屏自給自足的既定戰略目標，在今后的幾年內，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生產能力。雖然中國有越來越強大的生產能力，但由于沒有核心技術，關鍵材料、設備都須進口，所以面板廠近年的利潤主要是各級政府的稅收補貼[4]。

中國大規模TFT-LCD的投入以及國產化的要求帶來至少以下2個方面具有深遠影響。

帶動中國整個液晶產業鏈的形成。無論是相關上游產業，包括液晶材料、透明導電玻璃、彩色濾光膜、偏光片、背光源、襯墊粉、導電粉，還是液晶器件生產設備等，都得到了迅速發展，為液晶技術（無論是非顯示還是其他顯示技術）進一步產業化提供了良好的環境。

就全球范圍而言，目前比較公認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，產能的大規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受到有機發光二極管顯示（OLED）的沖擊，必然導致液晶面板產能過剩，從而使國內外液晶面板廠商本來就利潤微薄的運營雪上加霜，企業整合、大量虧損在所難免。事實上大陸外低世代液晶生產線已經在被逐步關掉，而國內至少部分低世代生產線產能嚴重過剩，開機率極低。可以預測，在不遠的將來，國內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）智能調光膜目前有北京眾智同輝公司、珠海興業、九江科為等以每年7萬～8萬m2總產量在生產外，目前幾乎沒有液晶非顯示產業。

3 國內智能液晶技術研究基礎

國內外液晶產業的飛速發展帶動了中國液晶技術研發隊伍的壯大。1995年，全國共約有15位正副教授分別在清華大學、南京大學、東南大學、南開大學、河北工業大學這5所高校，長春光機所和南京55所兩大研究機構進行液晶科學與技術研究。2005年后至今，液晶技術研究逐步推廣到共約20個小組，分布于包括原來5所大學在內的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展。以國內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年內增加了很多，但是從學術研究來講，這些新增加的科研活動主要集中在非顯示領域。

應該指出，中國液晶科學的高等教育與近年在平板液晶顯示的投入極不匹配。在調研中發現，只有河北工業大學和陜西科技大學等少數開設液晶器件專業的高校為液晶行業輸送供不應求的本科生和研究生。平板顯示產業大規模的投入意味著產業界需要大批各層次的液晶顯示技術人才，而高等教育沒有跟進產業界如此巨大的投入，甚至已有的師資科研資源也與顯示產業沒有比較密切的合作與聯系。中國液晶顯示產業界因此面臨著顯示技術人才嚴重不足的問題，以至于京東方被迫在企業內部舉辦專業培訓班。