国内外液晶技术及相关产业发展现状

李庆明

（江苏省生产力促进中心，江苏 南京210042）

虽然液体晶体或液晶材料早在1888年就被发现，但是直到20世纪60年代，当科学工作者发现它可以作为一种显示器件并有望替代笨重又耗电的阴极射线显示管的时候，才引起人们的广泛关注。如今液晶显示对于大众来讲已经是液晶的代名词，它也从简单的电子手表数字显示发展到智能手机屏、平板电视显示屏，完全融入了现代信息社会。液晶显示技术已经发展到巅峰阶段，液晶显示产业仅平板显示一项全球年营业额就近1 300亿美元，液晶显示产业已完全进入成熟的大规模生产时期。

液晶作为奇特而性能优良的光学材料，可以利用电、热、光、机械、磁等外力控制其光学性能。除了应用于显示技术之外，它还可以被广泛应用于建筑、通讯、化学生物医疗以及智能电子消费品等许多领域。事实上液晶技术的研发并没有因为显示技术的成熟而停顿，相反，国内外一直在加大对液晶技术的研发力度。只是最近十几年液晶技术的应用研究主要转移到智能纤维、智能涂料、光学功能薄膜、基于液晶技术的调光膜、化学与生物化学传感器以及其他液晶光子器件上而已。可以想像几十年后，人们穿着可以根据自己的喜好或者环境而变换色彩与图案的液晶基服装，或者居所的玻璃窗使用的是基于液晶技术的、可以自动调节房内太阳光的玻璃。那将是不仅能带来几个千亿元的产业，更会是给人类社会带来根本福祉的事业。

目前液晶技术虽然有庞大的潜在市场，但除了显示产业外，在其他领域的产业化还处于萌芽甚至休眠状态。即使具有极大市场应用空间的空间隔断电控调光智能玻璃窗（基于聚合物分散液晶膜技术），其产值也远不及平板显示产值的1/1 000。如何将平板显示以外、已经研发出来的液晶技术产业化，开发出第二个或更多千亿美元的液晶产业，具有重大的战略与现实意义。

1 欧美液晶显示技术研究与产业化现状

欧美既是液晶科研、显示技术的发源地，也是目前除平板显示工艺技术外实力最强的研发体。20世纪60年代末70年代初一系列液晶显示模式的发现，使得欧美从高等学府到大型企业都对液晶显示技术展现出空前的亢奋。国际知名公司RCA、IBM、ATT、Hughes Research Lab、Phillips Research甚至传统制药公司Hoffman La Roche等都建立了比较大的旨在开发液晶显示器件与原材料的研究中心。而大部分学术单位，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，都有相当多与显示直接相关的科研活动[1]。

平板显示的产业化早期需要政府协助承担一定的投资风险以及数目较大的风险投资，可惜欧美这两方面的条件都不具备。风险投资商将小额资本投入到磁盘、光纤通讯、互联网上就可以获得巨额回报，他们又怎会将巨额资金投入回报率相对低的技术上呢？加之欧美制造业多年的输出造成了生产技术的丧失和人力资源的昂贵，导致欧美对于液晶平板显示产业的放弃，液晶原材料以及部分光刻设备除外。与之相应的是欧美各大公司先后全部停止了对液晶应用技术的研究。现如今，除液晶材料公司Merck外，没有一家欧美知名大公司有任何液晶应用技术的研究，更谈不上产业化的开发。

欧美高等院校原有的科研资源也在液晶显示技术成熟的过程中逐步远离了显示技术的研究，目前比较集中的液晶技术研究中心仅有Kent LCI与中佛罗里达大学（CFLU，吴诗聪）。与显示技术研究相反，智能光学薄膜、智能液晶纤维、液晶基化学及生物化学传感器、可变焦透镜等非显示液晶技术的研究逐渐增多，其中有些主要研究人员以前在知名大公司研究所从事显示类产品的研发，比如中佛罗里达大学的吴诗聪教授原来在Hughes Research Lab，Eindhoven University of Technology的Dirk Broer教授原来是Phillips Research的技术骨干。吴诗聪教授不仅进行了不少显示方面的研究工作，还同时开展包括可变焦透镜等其他的液晶光子器件研究。Broer教授则几乎不再研究平板液晶显示技术，转而开展包括液晶智能玻璃、液晶纤维、液晶压电材料等研究[2]。总体而言，欧美大学有关液晶技术的研究近年来有增无减，其应用则分散于平板显示以外的各个领域。

除液晶显示器件商外，美国有约20家与液晶技术有关的小型公司正在开展液晶非显示技术的产业化，其中包括中国留美学者开创或管理的液晶公司，比如，从事光纤通讯的CoAdna公司，从事通讯、显示等多方面技术的Kent Optronics公司，而Polytronix公司是老牌的聚合物分散液晶膜（PDLC）液晶智能窗生产企业，Hitron Technologies公司研发新型显示材料与可控滤波片等[3]。

2 中国液晶技术研究与产业化的现状

中国的液晶显示工业在20世纪70年代末开始建立，最初是扭曲液晶（数码）显示器，随后引入超扭曲液晶显示器。目前中国已经基本控制了全球相对稳定的低端显示器市场。

中国在TFT-LCD显示技术中起步晚。最近几年，中国开始大力投资高世代TFT-LCD生产线，包括京东方、华星光电、中电熊猫、上海天马、龙腾光电等多家公司。截至2015年，共投资4.5代线20多条，投资3 000多亿人民币于大尺寸TFT-LCD生产线，全面生产应用于台式电脑监视器、笔记本电脑液晶屏和液晶电视的大尺寸液晶显示屏。根据清华大学张百哲教授的介绍，为实现中国显示屏自给自足的既定战略目标，在今后的几年内，中国仍将以每年1条8.5代线、超过300亿元投资的速度，增加TFT-LCD生产能力。虽然中国有越来越强大的生产能力，但由于没有核心技术，关键材料、设备都须进口，所以面板厂近年的利润主要是各级政府的税收补贴[4]。

中国大规模TFT-LCD的投入以及国产化的要求带来至少以下2个方面具有深远影响。

带动中国整个液晶产业链的形成。无论是相关上游产业，包括液晶材料、透明导电玻璃、彩色滤光膜、偏光片、背光源、衬垫粉、导电粉，还是液晶器件生产设备等，都得到了迅速发展，为液晶技术（无论是非显示还是其他显示技术）进一步产业化提供了良好的环境。

就全球范围而言，目前比较公认的最近几年市场走向是平板显示面板需求量有所下降，但是由于大屏幕高清晰度电视的需求在增加，使得平板显示面板总面积需求量有所上升。而对于液晶面板厂商来讲，产能的大规模提升速度超过平板显示总面积需求的增加速度，加之小面积面板已经受到有机发光二极管显示（OLED）的冲击，必然导致液晶面板产能过剩，从而使国内外液晶面板厂商本来就利润微薄的运营雪上加霜，企业整合、大量亏损在所难免。事实上大陆外低世代液晶生产线已经在被逐步关掉，而国内至少部分低世代生产线产能严重过剩，开机率极低。可以预测，在不远的将来，国内液晶面板厂将主动或被动寻求显示以外的市场。但是目前可以给他们的选择几乎完全没有，因为除了聚合物分散液晶（PDLC）智能调光膜目前有北京众智同辉公司、珠海兴业、九江科为等以每年7万～8万m2总产量在生产外，目前几乎没有液晶非显示产业。

3 国内智能液晶技术研究基础

国内外液晶产业的飞速发展带动了中国液晶技术研发队伍的壮大。1995年，全国共约有15位正副教授分别在清华大学、南京大学、东南大学、南开大学、河北工业大学这5所高校，长春光机所和南京55所两大研究机构进行液晶科学与技术研究。2005年后至今，液晶技术研究逐步推广到共约20个小组，分布于包括原来5所大学在内的20多所高校院所。目前，全国约有60位正副教授在从事液晶技术研究。

中国高校院所的液晶科研工作基本上从课题到研究趋势都跟随国际科研主流的研究与发展。以国内在液晶和液晶显示方面的硕士和博士论文为例，虽然研究生论文从2000—2004年的约120篇增加到了2010—2014年的超过700篇，但与显示有关的论文在同一时期仅从18篇增加到了52篇。也就是说，液晶科研活动虽然在过去的15年内增加了很多，但是从学术研究来讲，这些新增加的科研活动主要集中在非显示领域。

应该指出，中国液晶科学的高等教育与近年在平板液晶显示的投入极不匹配。在调研中发现，只有河北工业大学和陕西科技大学等少数开设液晶器件专业的高校为液晶行业输送供不应求的本科生和研究生。平板显示产业大规模的投入意味着产业界需要大批各层次的液晶显示技术人才，而高等教育没有跟进产业界如此巨大的投入，甚至已有的师资科研资源也与显示产业没有比较密切的合作与联系。中国液晶显示产业界因此面临着显示技术人才严重不足的问题，以至于京东方被迫在企业内部举办专业培训班。