2021-07-01 15:22:56
液晶研究起源
莱尼茨尔反复确定他的发现后，将这种现象告诉给晶体学家诺发斯基（Van Zepharovich），诺发斯基没办法回答他的疑问，建议他向德国亚琛大学物理学教授奥托·雷曼（Otto Lehmann）请教。3月14日，莱尼茨尔写了一封16页的长信寄给雷曼。
雷曼了解这一情况后，制造了一座具有加热功能的显微镜，去观察这些脂类化合物结晶的过程，后来还加上了偏光镜。此后雷曼对这些物质进行了系统性研究，发现了100多种类似性质的材料。他发现，这类白而浑浊的物质外观上虽然属于液体，但却显示出异性晶体特有的双折射性。开始时，雷曼将这些物质称为软晶体，然后改称晶态流体，并分为“晶状液体”（流体状液晶，德文：tropfbar flüssigen Kristalle）和“液态晶体”（粘稠状液晶，德文：schleimig flüssigen Kristalle）两大类。这就是液晶（Flussige kristalle）名字的来历。到1922年，研究者们已经发现了数以百计的液晶材料，法国斯特拉斯堡大学的弗里德（Georges Friedel）教授，根据晶体排序结构，进一步把液晶材料分为三类：向列相（nematic）、近晶相（smectic）、胆甾相（cholesteric）。
1913年至1922年间，雷曼多次被提名为诺贝尔物理学奖候选人，但是由于液晶研究当时还不被学术界广泛认可，所以最终还是没能获奖。1922年6月17日，雷曼在德国卡尔斯鲁厄去世，他为后世留下了物理学的一个全新篇章。可惜的是，雷曼所发现的液晶现象在当时并没有得到实际的应用，甚至几乎被遗忘了有将近六十年。但雷曼的先期研究，为1968年液晶产品的问世和迅速发展打下了基础。
纽约洛克菲勒中心，是纽约第五大道的标志性建筑，由19栋大楼组成。其中最大的主楼就是RCA公司的总部大楼，高259米，共70层，于1939年建成。这幢大楼是纽约第7高建筑，1988年之前称为RCA大厦，同时也是NBC（全国广播电视台，隶属于RCA）的总部。1919年，通用电气在购买了马可尼的无线广播技术后，建立了RCA公司经营广播业务。但是1933年通用在反托拉斯诉讼中败诉，被迫将RCA出售。1985年12月，通用宣布以63亿美元收购RCA和NBC。此后该大楼成为通用电气的纽约总部。1989年，日本三菱地产以13.73亿美元收购洛克菲勒中心的其他14幢大楼产权。成为日本崛起、衰弱的标志性事件。然而在1985年发动“广场协议”后，。1995年人仅用3亿美元现金和继承8亿美元债务，又从日本人手中买回了这些大楼。
人的千亿美元败局
现代液晶显示技术研究起源于，二战后，政府开始大力扶植半导体的研发，用以改进雷达等武器的性能。德州仪器、IBM、仙童等公司在半导体领域不断取得突破，尤其是1947年至1959年出现的晶体管和集成电路技术，使得迅速成为世界电子产业的中心。
1962年春天，新泽西州普林斯顿，无线电公司（简称RCA，当时的世界电视霸主）戴维·萨诺夫（Davia Sarnoff）研究中心的威廉姆斯（Richard Williams），发现了对氧化偶氮苯甲醚（一种淡黄色液晶粉末）的一种光电效应。这种材料在1000V/cm的电场条件下，会在液晶层中形成可视区域（后来被称为威廉姆斯域）。同一实验室的Simon Larach，根据这一发现进行了演示。他将对氧化偶氮苯甲醚，夹在两片玻璃之间，用显微镜灯加热到120℃时粉末熔化；再用电池给玻璃片施加电场时，出现了戏剧般的变化——液晶从透明变成了乳白色。这就是后来广为人知的动态散射现象。
但是这一研究并未深入下去，1962年中期，威廉姆斯被RCA派到瑞士苏黎世工作。不过他在11月9日提交了一份专利申请（这是RCA的第一项LCD专利）。1963年他又在一篇论文中提到，在更高的电场条件（如2000-3000V/cm）下，可以观察到更强的光电效应，届时能看到液晶发生剧烈而快速的搅动。与此同时，在RCA实验室兼职的普林斯顿大学博士研究生乔治·海尔迈耶（George Heilmeier），也开始对液晶机理展开研究。随着研究的不断深入，1964年秋天，他在高电场下的液晶动态散射特征方面取得了重大突破，这一年他只有28岁。
基于海尔迈耶的研究成果，RCA实验室管理层在1965年初，决定正式启动一个绝密的液晶研究项目，寻找一种能够制造平板显示设备的室温液晶材料，最终研制出“挂壁电视”。研究组成员主要包括海尔迈耶、Louis Zanoni和Lucian Barton。他们继续研究不同液晶材料及不同单元构造的光电特性。RCA实验室的其他小组开始制作不同的显示器，以证明LCD在时钟、手表以及类似应用当中的潜力。此外他们还开发了电子快门及消光镜。
1965年，两位化学家Joseph Castellano和Joel Goldmacher加入了这个项目。1966年，两人合成出能够在室温范围内工作的液晶材料，显示了液晶实用化的可能性。这种材料由多种液晶单体混合而成，被称为向列相液晶混合物，解决了研制LCD显示器的材料问题。
液晶技术出现后，最感兴趣的是军方，他们认为液晶平板显示器可以取代笨重的CRT显像管显示器，在飞机、潜艇和坦克上都有重要的应用价值。为此国防部开始对液晶技术提供资金支持。1966年，RCA实验室启动矩阵显示项目，为空军的战斗机，研制一种1200个单元的电致发光矩阵寻址平板显示器，用于显示实时移动的灰度电视图像。研究人员设计了一套电子系统，以NTSC全制式电视频率（每秒30帧），用60微秒脉冲来驱动一个2×18像素的矩阵，显示运动的灰白图像，每个液晶像素边长约1.5毫米。不过由于室温液晶材料打开时间为3-4毫秒，关断时间为50毫秒，所以图像存在明显的拖尾现象。
1967年年中，RCA实验室决定制作两个1200（30×40）单元的LCD显示器，一个基于D2C寻址方式，一个基于FETC寻址方式。液晶像素边长为0.38毫米，组成一个对角线长3/4英寸（1.9厘米）的显示器。D2C显示器采用在玻璃衬底上蒸发薄膜二极管来制作（未能成功），FETC显示器采用单晶硅晶圆制作。1968年5月28日，RCA实验室副主任James Hillier，在纽约RCA大厦召开了著名的LCD新闻发布会，介绍了LCD显示器的研究进展和其在电子产业中的重要性，并展示了2×18像素的矩阵显示器样品和其他部件。
经过5年的研究，RCA实验室虽然在液晶显示领域已经取得了关键性突破，但是这种采用动态散射模式（DSM）的液晶工艺，仍然存在材料稳定性差、对比度低、扫描线数量限制等问题，难以进行批量工业化应用。到1969年，RCA决定放弃研制LCD液晶电视显示器的全部计划。其原因是RCA这个当时的世界电视霸主，已经在彩色显像管电视上日渐成熟，并研制出了13英寸彩色显像管电视机。由于LCD技术在短期内无法与CRT显像管技术竞争，RCA管理层决定放弃继续投资。同时，大公司的傲慢也使得RCA管理层看不上液晶研发小组研究过的计算器、钟表、各种仪表显示器等“小玩意”。他们在1972年停止了这些研发计划，转而将注意力集中在开发电子计算机上，企图挑战IBM在电脑市场的地位。
这些缺乏远见的商业决定，让人在30年后痛失千亿美元的LCD市场。RCA这个当年的电视霸主，也在自身战略失误和日本电视机厂商的冲击下迅速没落，最终在1985年被通用电气并购。由于液晶研发计划的嘎然而止，1970年初，海尔迈耶离开了RCA公司。具有讽刺意味的是，当年11月，他却在日本获得了“液晶显示（LCD）京都创新奖”，这一奖项相当于日本的诺贝尔奖，奖金为42.5万美元。1975年至1977年，海尔迈耶在“国防部远景研究计划局”（DARPA）从事绝密研究工作，参与了F-117隐形轰炸机的研制工作，后加入德州仪器，成为公司首席技术官，帮助德州仪器击退了日本廉价芯片的市场攻势。
在RCA公司出走的人物中，还有一位德国人沃尔夫冈·海尔弗里奇（Wolfgang Helfrich）。他在1970年2月离开RCA后，加入了瑞士罗氏公司，与瑞士人马丁·夏德特（Martin Schadt），继续进行液晶研究工作。他们针对DSM（动态散射模式）液晶的缺陷，提出了TN（扭曲向列）模式，利用电场强度控制液晶的扭曲向列相，来显示屏幕画面。1970年12月4日，两人对TN-LCD申请了专利。这一技术使得液晶显示技术实现工业化，目前我们使用的计算器、电子表等产品上，仍然在使用这种黑白TN-LCD液晶屏。
在的液晶研发系统中还有另外一支，就是西屋电气公司（世界核电霸主，还有一个名字叫威斯汀豪斯）。上世纪50年代，西屋已经成为核电站的核岛主设备供应商，同时也制造电视机和半导体产品。它研究液晶的最初动机是开发热敏元件，用来检查因放射性而不便打开的核电管道里的水。由于液晶可以根据管道的温度而改变颜色，西屋实验室的詹姆斯·弗格森（James Fergusson）研究小组，于1963年首先用胆甾相液晶，制成了依据颜色变化来测定物体表面温度分布的温度计。这使液晶研究向着实际应用领域大大地前进了一步。随后弗格森又将研究重点转向了液晶显示领域。但是由于西屋公司完全退出了电视机制造行业，也不打算做电脑之类的终端业务，所以弗格森于1966年离开西屋，并于1970年创办了自己的公司，成为最早生产TN-LCD液晶屏的企业之一。
总之，在涉足过液晶显示的大企业中——RCA、西屋电气、罗克韦尔、摩托罗拉、AT&T、通用电气、休斯飞机、雷神公司、IBM、施乐和惠普，都在上世纪70年代放弃了液晶平板显示技术开发，液晶显示技术最终也没能在实现产业化。此后直至2000年，政府和产业界，一直试图重振平板显示产业，对日本企业提出反倾销诉讼并提高，但是在技术壁垒、资金壁垒、产业周期等因素的挚肘下，本土液晶产业几乎全部土崩瓦解，只剩下少量军工液晶生产线得以幸存。此外还有康宁、应用材料、3M等设备材料厂商，得以在亚洲液晶产业扩张中获利。
1973年上市的Sharp EL-805，是第一台使用TN-LCD液晶显示器的掌上计算器。
日本人的喜剧和悲剧
就在人放弃对液晶技术的研发时，日本人却从中嗅到了商机。早在1968年RCA实验室公布LCD成果时，正在IBM实验室工作的日本物理学家江崎玲於奈（1973年获诺贝尔物理学奖），就将这一技术介绍给了日本重点大学和大公司，引起日本产业界的关注。当时的日本正处于二战后经济崛起的黄金年代，对新技术有着异常的敏感性。小林骏介等日本学者获得信息后，在1969年就到学习，回到日本后开始液晶基础研究，由此被称为“日本液晶之父”。
1972年初，日本夏普（SHARP）公司买下RCA公司的LCD技术，并在次年推出了第一款采用TN-LCD为显示面板的计算器（Sharp EL-805）。日本精工（SEIKO）则从人弗格森手中买下了TN-LCD技术，并在1973年10月，推出了其第一款LCD数字显示电子表（06LC型），引发了数字电子表热潮。市场的热烈反应，使得日本Casio、Toshiba等厂商迅速加入LCD产品的研发行列。这些被大公司看不起的“小玩意”，让日本人赚得盆满钵满。
商业上取得的巨大成功，进一步推动了日本企业在LCD研发领域的热情。卡西欧、西铁城、精工等手表厂商，将注意力集中到研制单色液晶腕表电视机上。卡西欧和西铁城选择比较容易的被动矩阵工艺，但是这种显示器存在图像对比度不高的问题。精工则选择难度更高的主动矩阵工艺，以硅片为基材，于1982年12月宣布生产出世界第一块单色屏（TN-LCD）的腕表电视。精工的工程师诸角信二，在研制过程中认识到，硅片永远不会成为大量生产液晶电视的主流工艺，必须突破薄膜晶体管技术。他为此进行了大量研究，最终取得成功。1983年5月，精工在东京的一次记者招待会上，宣布研制成功1.2英寸的微型彩色液晶电视手表（Seiko TV Watch），引起业界轰动。
精工研制的这款DXA001型（出口型号为T001）彩色液晶电视手表，具有划时代意义。因为在此之前，液晶显示从未超出8位计算器和电子表这类既简单又转换缓慢的应用，显示屏主要是灰阶显示，没有彩色。这款手表电视采用的LCD液晶屏中，加入了蓝色二极性染料，使得屏幕可以出现蓝白10度灰阶显示。屏幕尺寸为1.2英寸（16.8×25.2mm），拥有31920个像素。手表只是显示终端，需要用一根电线穿过袖筒，连接到上衣口袋的谐调器（185克重）上才能接收电视信号，一组电池可供运行5个小时。这在当时是了不起的成就。
在看到精工研制液晶电视后，日本松下、日立、东芝等大企业纷纷行动起来。精工赶紧把LCD电视投入生产。由于是先行者，不得不从头创办工厂、安装设备、确立生产工艺。1984年，精工开始向和欧洲出口这种腕表液晶电视，售价约合495美元。
精工的营销部门并不指望能卖出去多少这种电视，而管理层也不认为会成为一个大项目。诸角信二认识到，如果把主动矩阵LCD变成消费品，那么为了降低价格就必须提高产量，开拓新的市场。于是，他采取的方法就是把LCD制成元件卖给其他制造商，装入他们的产品上。精工的LCD在录像投影显示器、录像带摄像机中的电子取景器和传真机中的读图感应器等领域获得了成功。80年代中期以后，精工遇到财务困难。1989年日本股市泡沫崩溃，由于在前些年有点扩张过度，不得不努力归还贷款。管理层以没有钱进行投资为由，否决了LCD业务负责人关于对新的LCD生产设备进行投资的建议。于是，精工的液晶故事居然与RCA和西屋电气的经历有了相似的结尾。
1983年精工研制的这款DXA001型（出口型号为T001）彩色液晶电视手表，具有划时代意义。它首次展现出液晶显示技术的潜在价值。右侧为1987年夏普研制的3C-E1型3英寸TFT（薄膜晶体管）液晶电视，是为TFT液晶的鼻祖。
夏普得道称王
最终把TFT-LCD做成的是日本夏普。夏普的前身是1912年，早川德治在东京创办的早川电气，以金属加工为主要业务。1915年，早川发明了带扣皮带，和一种金属活芯铅笔，叫做“Ever Sharp Pencil”，并且在获得了专利。这种自动铅笔，中国小学生应该都用过。1923年关东大地震后，早川工厂在大火中毁于一旦。在地震中幸免遇难的早川德次，转赴大阪再次创业。1925年，早川德次创建工厂，生产当时非常时髦的矿石收音机和黑胶唱片机。日本在亚洲发动侵略战争后，从1937年至1944年，，1942年更名为早川电机，下设泉、大阪工厂和研究所，年产量高达1500万台，产值超过5亿美元，成为一家大型公司。二战结束后，早川工厂在京都重新复业，经营无线电产品，1949年在日本联交所上市。1952年，早川电气成为日本第一家获得RCA黑白电视专利授权的企业，到1955年，早川已经占据了日本四分之一的电视机市场。1960年，早川电气开始量产彩色电视机。
但是当时的早川仍然只是一家低端的代工组装工厂，没有财力在显像管等核心元件方面进行投资。直到1964年，被誉为“火箭博士”的佐佐木加入了早川电气。在他的建议下，早川决定生产计算器。1964年6月30日，早川公司推出了第一款桌上计算器夏普CompetCS-10A，重55磅，售价2500美元，当时只有高级科研机构和大公司才买得起它。三年后，早川公司采用从罗克韦尔公司购买的集成电路，制成新一代CS-16A集成电路计算器，重量减至8.8磅，售价也降至1770美元。
1970年9月15日，已经领导早川电气长达58年的早川德治升为总裁，由佐佐木任总经理，同时公司名字也正式改为“夏普”。在佐佐木的领导下，新的夏普公司孤注一掷，投资75亿元（合2100万美元，相当于当时夏普资产总值的四分之一）建起了自己的半导体工厂。这座饱受非议的工厂，在投产后的5年内，每年亏损100万至200万美元。正当董事会准备卖掉它的时候，半导体厂却赢利了。
上世纪70年代初，有60多家日本企业在计算器市场上厮杀，如何提高技术含量，降低生产成本，成为决定各家企业成败的关键。由于夏普在技术上不断突破，1964-1976年，夏普把生产计算器所需的3000个元件减少到3个：一只硅片、一个显示屏和一只太阳能电池。这种结构大大降低了生产成本。为了研制计算器上的显示屏，1972年初，佐佐木花费300万美元，从RCA手中购买了TN-LCD技术。在1973年4月，夏普推出了第一款采用LCD显示屏的计算器（EL-805），采用一块能显示8位数字的黑白TN-LCD屏，比精工推出的第一块LCD电子表早了六个月。这个厚2.1厘米，重200克的掌上计算器，让夏普第一次敲开了未来显示技术的大门。
此后佐佐木力排众议，决定投资2亿美元建设TN-LCD工厂，这在当时是一笔天文数字。而RCA公司的LCD工厂，在几个月后被关掉了。LCD显示屏和大规模集成电路技术，让夏普的计算器如虎添翼。1980年，夏普推出的EL-826计算器，重量只剩下1.5盎司，一台也只卖23美元。之后夏普生产的计算器更小更轻，成本更低，消费者只花4美元即可买到一只夏普太阳能计算器，几乎垄断该市场。
然而就在夏普春风得意时，精工在1983年推出的1.2英寸（伪）彩色液晶显示器，让夏普的研究人员大吃一惊，不得不努力追赶精工，研究如何用薄膜晶体管技术，制造液晶面板。直到1985年，夏普还不能让单个TFT液晶单元工作，而那时他们的竞争对手如松下和三洋，已经开始了投产小尺寸主动矩阵液晶显示器。东芝甚至在1985年推出了世界第一台笔记本电脑T1000，采用9寸单色液晶屏。直到1987年，夏普终于设法使3英寸（3C-E1型，92160像素）TFT液晶电视投入生产，但是产品上市后，由于售价昂贵，始终没能流行起来（此时全球液晶市场的总规模也只有几亿美元）。当时夏普工程师最大的愿望就是不断增大液晶电视屏的尺寸，从3英寸到4英寸、再到5英寸。。。。。。但是夏普开发小组的负责人却另有想法，他于1988 年初召集LCD研究人员的会议上，提出了一个看上去不可能完成的任务——研制14英寸的液晶显示器！
这样一个面积的液晶屏，必须装有100多万只薄膜晶体管，远远超过当时的技术水平。但是恰恰是这种雄心激发了工程师们的斗志，并最终取得成功。1988年10月，夏普在日本电子展览会上展出了最新研制的14英寸液晶显示屏，只有2.7厘米厚，引起业界震惊。在此之前，夏普管理层一直对开发大尺寸液晶屏犹豫不决，因为在1987年，夏普已经开始批量生产笔记本电脑用的小尺寸STN-LCD，这在1988年WINDOWS操作系统和互联网出现之前，用于笔记本电脑是绰绰有余的。随着14寸TFT液晶屏研制成功，夏普管理层一下子看到了进入平板电视市场的希望。他们绝不会忘记当年，夏普曾经在显像管上依赖人的历史。尽管技术方面仍然存在问题，夏普的高层还是决定继续干下去。
此时，东芝和IBM日本子公司，为笔记本电脑合作开发的14英寸TFT液晶样机也诞生了。但是由于其成本大大高于当时笔记本电脑普遍采用的彩色STN-LCD，IBM高层对是否应该进入液晶面板制造领域，进行了将近一年的辩论。最终IBM与东芝在1989年8月宣布成立DTI制造联盟，双方投资1亿多美元，在姬路（Himeji）建设TFT-LCD液晶生产线。康宁（CORNING，世界最大玻璃制造商）在看到TFT产业的趋势后，也在日本静冈县建立了熔融溢流法玻璃工厂，由此确立了行业垄断地位。
应用材料公司研制的AKT-55K PECVD等离子体增强化学气相沉积设备。单台售价超过1亿元人民币。该系统是制造液晶显示屏中薄膜晶体管的核心设备。应材公司是世界最大的半导体设备制造商，自1993年10月，应材公司推出AKT-1600型CVD设备以来，其迅速垄断了液晶CVD设备市场。
液晶平板技术艰难蜕变
1989年，液晶平板产业到了起飞的边缘，日本的液晶面板制造商们处于生产投资决策的喜悦气氛中。1989年8月至1990年秋季，NEC、DTI和夏普，相继启动了各自的第一条大尺寸TFT-LCD量产线，拉开大尺寸液晶显示器产业的序幕。但是产业化并非轻而易举，这些电子巨头从宣布建设生产线到开始批量生产，用了差不多三年的时间。早期各家企业的玻璃基板尺寸没有统一标准。NEC选择在300×350mm的玻璃基板上生产两片9.4英寸的TFT液晶面板；DTI选择使用300×400mm的玻璃基板，能够切割成两片东芝选择的9.5英寸，或者IBM更喜欢的10.4英寸面板；而夏普建立的第一条320×400mm生产线，能切割成4片8.4英寸的面板。
因为几乎都是从零开始，所以没人有大尺寸TFT-LCD方面生产的经验。量产时出现了一堆难以预计的问题。主要是设备方面的问题，致使量产初期的良率远低于10%。直到1992年3月底，DTI共出货3万片，平均每月仅为4200片。
造成液晶面板量产成品率极低的一个重要因素，在于厂房内存在过量的尘埃颗粒。由于东芝、夏普、IBM等公司此前都具有丰富的半导体制造经验，半导体生产线的无尘环境要求必须清除直径大于0.18微米的尘埃颗粒，所以这些厂商们错误估计，认为无尘环境只要能达到0.5微米就够了。正是这一标准带来了致命缺陷。实际上与半导体相比，液晶面板在生产过程中对尘埃颗粒的敏感度更强。在半导体生产中，如果硅片上有尘埃颗粒，会使得同一张晶圆上几百颗芯片中，存在多个缺陷，有缺陷的可以丢弃，其他的可以继续利用。而大面积的液晶面板为尘埃颗粒提供了更多的机会，只要100万个像素里面有5个缺陷，液晶面板就难以达到成品要求。
还有一个问题是，早期制造TFT液晶面板的设备，本来主要用于制造非晶硅太阳能电池，而太阳能面板对尘埃颗粒的影响并不敏感。所以不断改进生产线设备性能，成了提高产品良率的最大挑战。1991年，还在为提高良率苦苦挣扎的东芝和夏普，找到了应用材料公司（世界最大的半导体生产设备供应商），探讨如何把半导体设备改变成TFT-LCD的专用设备。
为了解决客户的问题，应材公司派出工程师进驻夏普和东芝的生产线。经过分析，应材决定从化学气相沉积（CVD）设备入手，因为这是生产线的关键部分。经过两年多时间的研制，1993年10月，应材公司推出AKT-1600型CVD设备，宣称它能够使面板产出良率从10%上升至90%。从1994年，日本厂商开始建设第二代TFT生产线时，都采用了这些新型设备，每条2代线使用4台CVD。AKT-1600使得应材公司获利大增，同时标志着TFT产业推进到了一个新的历史时刻。解决了生产缺陷的平板技术，开始显现出挑战CRT显像管显示器的力量。
从1991年到1996年，全球至少兴建了25条TFT液晶面板生产线，其中有21条建在日本。伴随着液晶面板产业的崛起，日本形成了平板制造供应链中完整的上下游配套体系。在几乎所有关键设备和材料供应链的每一个环节上，都至少有一家日本企业产业。比如：（1）日本旭硝子和电气硝子为液晶平板提供玻璃基板；（2）尼康和佳能提供扫描式和步进式曝光机；（3）NEC-安内华制造干法刻蚀设备（4）日本电工制造彩色滤光片和偏光片；（5）大日本印刷和日本凸版印刷株式会社提供先进的平板印刷设备；（6）日本真空技术株式会社提供ITO导电膜；（7）佳能提供镜像投影系统；（8）还有一些公司做背光源，即使在日本企业不是很强的地方，比如液晶化学品、化学气相沉积设备（CVD），液晶驱动芯片和高性能玻璃等方面，外国企业也都是把他们的业务总部设在日本，或者与日本企业结成战略联盟。到1998年，夏普以2280亿日元（15.7亿美元）的营业额稳居行业第一，NEC以1300亿日元排名第二，东芝（DTI）以1000亿日元排名第三。这是日本液晶产业发展历史上的巅峰时期。
在东芝推出的笔记本电脑的第二年，1986年IBM推出的PC convertible 5140（左图），是其第一款笔记本电脑，采用8080处理器，4.77MHz主频，256K内存，两个3.5寸软驱，内置电池，重达5.5公斤，运行DOS3.2操作系统。它采用一块640×200分辨率的TN-LCD液晶屏。1992年10月5日面市的ThinkPad 700C（右图），是IBM第一台以ThinkPad命名的笔记本电脑，采用486SL处理器，25MHz主频，16MB内存、120MB硬盘，重量达3.5公斤，运行Windows 3.1操作系统。它采用一块10.4英寸TFT液晶屏，分辨率达到VGA（640x480）水平。
笔记本电脑推动液晶工业崛起
在液晶面板发展早期，电子表、计算器、仪表面板是小型TN-LCD单色液晶显示屏的主要用户。其后日本电子厂商开发出了大批使用单色液晶显示屏的掌上游戏机风靡世界。但是这些早期电子产品，只能算是过渡市场；直到笔记本电脑的问世，才成为推动液晶产业崛起的决定性力量。早在1979年，GRID系统公司的英国人威廉·莫格里奇（William Moggridge），设计出了世界第一款笔记本电脑——Grid Compass 1109。这台电脑专门为宇航局的航天飞机项目研制，采用金属镁压模外壳，采用一个能折叠的电致发光显示屏，有340K内存。1983年5月，Gavilan公司推出的Gavilan SC，是第一款能够运行DOS操作系统的笔记本电脑，采用8088处理器、有64K内存，重量约4公斤，其正面有个触摸板形式的“鼠标”。其后笔记本电脑便开始了长达30年的演进过程。早期的笔记本电脑存在一堆毛病：特别笨重、售价高昂、运行迟钝。1992年9月，IBM公司完成了个人电脑事业部重组；两个月后推出了划时代的产品——IBM 700C，这是Thinkpad系列的第一个型号。700C一经推出就立即受到关注，它是第一款使用彩色TFT-LCD显示屏的笔记本电脑，采用DTI的10.4英寸彩色液晶屏，售价4350美元。而竞争对手——东芝T4400SXC的显示屏为9.5英寸，售价却高达5499美元。
激烈的商业竞争，使得笔记本电脑的价格急剧下跌，价格战和产量大战由此开始了。1992年，IBM公司收到了超过10万台笔记本电脑的订单，这使得TFT-LCD找到了市场，预计每年有70%的增长，而10.4英寸屏也成为主流规格。同年微软发布了Windows3.1操作系统，支持256色显示，这加剧了对彩色显示器的需求。夏普、DTI、NEC、富士通等厂商纷纷调整投资计划，建设新的TFT生产线。到1994年，全球的笔记本电脑销量达到了7800万台，而其中大多数还没有采用彩色TFT液晶面板。面板极度短缺进一步刺激了厂商的投资计划。1994年6月，夏普发布了当时世界最大的21英寸液晶显示器。1994年7月，IBM和东芝宣布向DTI投资4亿美元新建生产线，使DTI产能翻倍。夏普在同年5月和6月开建两条2代线，日立则在同年12月开建。同时夏普和DTI已经开始与应材公司讨论研制3代线的设备。3代线需要550×650mm的玻璃基板，能切割6片以上的12.1英寸液晶屏。日立的管理层甚至决定跳过3代线直接做4代，他们认为14英寸的液晶屏可能会成为笔记本电脑的主流规格。市场需求推动着液晶面板急速更新换代。
1938年3月，年仅28岁的李秉喆在大邱市创办韩国三星集团的前身——三星商会。50年代，他在汉城建立起南朝鲜第一家糖厂和第一家纺织公司，从而雄居南朝鲜财阀的首座。60年代创建亚洲最大规模的肥料公司——韩国化肥生产公司（现为三星化学公司）。时至今日，三星集团已成为一个横跨钢铁、造船、电子、金融等产业，年销售额超过1700亿美元的巨型财团。1987年李秉哲去世后，由三子李健熙继承大权。在其执掌下，不惜连续亏损7年，发展液晶业务。为了发展DRAM（内存芯片）业务，三星持续亏损了25年，直至挤垮对手，成为世界第一。
韩国企业复制了成功
在1990年，日本TFT液晶面板占据了全球市场90%的份额，到1994年这一数字上升至94%，而只占了不到3%。人的失败并不意味着日本领先者的地位不可挑战，更不意味着后进者就不会成功。事实上，液晶面板从进入产业化竞争阶段开始，就显现出明显的起伏周期，成为推动产业发展的重要因素。1991年进入液晶面板产业的夏普、NEC、DTI是毫无争议的领先者。在1991-1992年内，他们为满足笔记本电脑的需求，建设了大批生产线，在满足需求高峰后，出现了产能过剩的危机。衰退释放出来的技术资源，为新的日本企业创造了进场机会。松下、日立和星电（Hosiden）就是在这个时期进入的。他们利用应材公司新研发的2代线CVD设备，迅速提高了良率，享受了1994-1995年产业上升期带来的利润。
在1995-1996年液晶产业的第二次衰退周期里，日立、富士通、卡西欧、三菱等厂商纷纷进场。不过这些企业后来大多处于长期亏损，最后退出了液晶产业。韩国企业也在此时大规模进入TFT液晶面板行业，用不到10年时间，硬是把日本人挤下了世界第一的宝座。韩国LCD产业的历史可以追溯到1979年，Orion电器公司开始生产计算器与电子表用的TN-LCD。1984年，三星电子的子公司三星显示设备公司（SDD），设立了TFT-LCD研究小组，随后从OIS公司获得了技术许可。驱动三星投资TFT研发的动力，更多是出于企业战略考虑，而不是近期盈利。因为韩国人发现日本人正在开发液晶显示器，经过研究还发现TFT-LCD与半导体存储器的技术结构非常接近。1991年，三星电子在其半导体事业部内设立了一个特殊事业部，专攻TFT液晶技术。
三星管理层希望TFT业务能够为周期性很强的DRAM业务提供多样化发展的机会，同时确保集团内的各种电子产品，能获得最先进显示技术的稳定供货。毋庸讳言，与日本竞争的民族自豪感也起了作用。因为韩国人认为日本同行并不把三星当成一回事，这反而激起了他们的斗志。而在三星集团内部，TFT事业部却是个丑小鸭，多年亏损，一直受到其他部门歧视。即使这样，三星集团仍然坚持投资。
LG电子则是从1987年开始了对液晶显示器的研发，到1989年才公开展示了成果。1990年，LG电子成立了专门的研发中心，有大约250名员工在试生产线上工作，每年生产12000片10.4寸和12英寸SVGA液晶面板。1988年，现代集团也开始了研发，设立了LCD事业部。1990年，现代电子从日本Oprex公司引进了TN-LCD技术，并从日本引起了一整条生产线。现代曾经向日美企业寻求TFT液晶技术帮助，但遭到拒绝。直到1992年，韩国现代在加州与一家名叫Alphasil的TFT-LCD小公司形成合作关系，获得了部分技术。这是现代的1代线，主要生产航空和军用的宽温液晶显示器。此后，现代投资1600万美元，与该公司创始人霍尔姆贝格成立合资的ImageQuest公司，研发10.4英寸液晶屏。现代通过该项目学习到大量技术，但是意识到生产线上的设备，未必会适应量产环境。到1997年11月，这家合资公司在完成使命后关闭。
由于液晶面板需要冒着大规模投资（动辄数亿美元）的风险，所以进入这一行业不仅需要能够开发出样品，还要掌握量产的工艺能力。上世纪90年代初，韩国企业就是通过试生产线中应用最先进的设备，来作为学习平台和培养量产能力。在自身技术能力不足的液晶灌注工艺等方面，就采用“偷师”的方式去学习日本。三星在日本设立了一个研发机构，利用产业衰退期，雇佣失业的日本工程师，积累研发能力。1991年，三星建成了一条300×300mm的试生产线，第二年又研发了在300×400mm玻璃基板上，一次生产2片10.4英寸液晶显示器的技术。
韩国三星位于忠清南道牙山市汤井工业区的液晶面板生产基地，最右侧是模组工厂，中间是2006年投产的两条7代线厂房，其中一条与索尼合资，另一条由三星单独投资。右侧蓝色方框及其后地块，是三星及与索尼合资建设的三条8.5代线，其中一条由三星独资，于2007年8月投产，另外两条与索尼合资，2009年6月投产。基地旁边还有大量配套企业厂房。
“反周期投资”成就韩企霸业
1993年，三星开建第一条2代线，采用370×470mm玻璃基板，1995年2月建成投产。1993年，韩国LG的第一条2代线在庆尚北道龟尾市（Kumi）动工，1995年8月建成投产（月产1万片，到1996年底增加到月产4万片）。1993年，现代也启动了第一条2代线项目，但是由于投资金刚山旅游项目，使得工程延误了一年多，直到1996年底才投产。这个延误是致命的，它使得现代集团的液晶业务从刚开始量产就遭遇了亚洲金融危机，以至于再也没能赶上三星和LG的步伐。
在竞争策略上，韩国企业采用的是加入主流进行赶超的方式，即通过参与技术合作、结成战略联盟，以及签订长期合同等形式与外国企业合作。1995年，三星和另外一个后进者，日本富士通签订了交叉许可协议，由富士通提供宽视角技术，交换三星的高孔径比率技术。虽然在很大程度上要依赖外国设备供应商，但三星也能依靠自身能力来满足需求。1996年上半年，三星与康宁成立合资公司生产熔融玻璃基板。三星航空（后改名三星Techwin）投资光刻机设备，三星显示设备公司制造彩色滤光片，而三星电子提供驱动电路。
LG采取了比三星更加开放的战略联盟。1994年，LG投资3000万美元和日本AlpsElectric合资开发超清洁制造工艺，并在3代线上应用了这一技术。LG还和测试设备厂商PhotonDynamics合作，该公司在测试单个TFT-LCD像素缺陷的检测设备方面居领先地位。这一合作项目，对于LG实现产品零缺陷的目标至关重要，它帮助LG获得了价值10亿美元的合同——为康柏电脑连续5年提供12.1英寸及更大尺寸的液晶屏，尽管此时LG还只有1年的量产经验。TFT液晶面板业务帮助LG摆脱了下游市场的位置，逐渐进入电子产业的高端市场。
自从韩国企业进入液晶面板产业后，“反周期投资”帮助他们获得了巨大成功。在1995-1996年的第二次衰退周期里，韩国企业大规模投资新生产线。1996年10月，三星建成第一条3代线，LG在1997年11月建成了3.5代线，并推出了全球第一片14.1英寸XGA等级的笔记本电脑面板。现代集团在1997年底建成了3代线，东芝与其签订了每月购买1万片12.1寸液晶屏的合同，还向现代转让了一些技术许可。
1997年亚洲金融危机爆发后，全球面板市场也陷入了不景气，日本厂商虽然占据绝对垄断地位，但大多面临亏损的窘境。在这种情况下，三星电子和LG却再一次采取了反周期的投资战略，果断投入数十亿美元，建设大尺寸液晶面板生产线，积聚了惊人的爆发力。继LG之后，三星也在1998年底建成了3.5代线（600×720mm玻璃基板）。韩国企业至此领先于当时只有3代线的日本企业。
韩国企业从开始量产到盈利，经历过痛苦的产业能量积累阶段。三星的液晶业务从1990年到1997年连续亏损了7年，在1991-1994年间，平均每年亏损1亿美元。但是凭借韩元贬值和生产规模扩大，三星到1997年末实现了“咸鱼翻身”；1998年三星的液晶面板出货量，跃居世界第一。LG的液晶业务从1987年到1994年，年均亏损5300万美元，持续亏损了8年。
韩国LG是世界第二大面板企业，生产基地主要在庆尚北道龟尾市和京畿道坡州市，其中龟尾市集中了LG的2代线至6代线。1995年建成P1工厂（2代线），1997年建成P2工厂（世界第一条3.5代线），2000年建成P3工厂（4代线），2002年建成P4工厂（世界第一条5代线），2003年建成P5工厂（5代线），2004年建成P6工厂（6代线）。2006年，LG在坡州建成世界第一条7.5代线（P7工厂）；2009年在坡州建成P8工厂（8.5代线）。如此高的投资强度，让日本企业望尘莫及。
韩国超越日本的分水岭
1999年是韩国企业的转折点：5月，LG和荷兰飞利浦宣布，后者投资16亿美元，换取LG液晶业务的50%股份，新组建的LG飞利浦公司于9月正式运营。这笔交易不仅为LG带来了投资，也使飞利浦成为LG的大客户。7月，苹果电脑向三星投资1亿美元，以加速其液晶生产线建设。10月，三星接到戴尔电脑价值85亿美元的订单。11月，现代集团与3家笔记本电脑制造商——IBM、康柏和Gateway，签订了5年80亿美元的供货合同。1999年，三星在全球液晶平板市场占据了18.8%的份额，名列第一；LG达到16.2%，名列第二；这两家韩国企业的市场占有率，都超过了原来的行业霸主——日本夏普。
当2001年全球TFT企业都在亏损时，LG咬牙投资了世界第一条5代线（1000×1200mm玻璃基板），当年8月装机，并于2002年5月建成投产。这条线使LG的市场份额在2002年10月首次超过了三星。三星在2001年底发现落后时，加快步伐，一口气建设了两条5代线，但直到2003年12月才再次小幅超过LG。当LG于2004年建成6代线后，气势更胜一筹的三星直接跳过了6代线，于2005年和2006年连续建成两条7代线，均为当时的世界第一。现代集团则彻底落伍了，它受到财务危机的影响，已经没有能力再建设5代线，最后不得不决定出售液晶业务。
韩国企业的凶猛扩张一举改变了TFT-LCD产业的游戏规则。日本人曾经质疑这种疯狂投资的行为，但事后看，率先建设5代线正是韩国超过日本的分水岭。具有讽刺意味的是：推动TFT液晶面板最终进入电视应用阶段的主角，已经换成了韩国人，而不是作为产业先行者的日本。2002年起在桌面电脑上替代CRT，并批量应用于电视的液晶面板，都是由5代线首先生产的。那时，日本企业不仅不相信韩国企业能够为5代线找到足够大的市场，而且业内认为5代线已经达到液晶工业的物理极限。只是当韩国企业凭借5代线获得巨大的竞争优势后，日本夏普才改变了保守态度，跳过5代线去直接建6代线。当三星在2005年建成7代线后，夏普于2007年率先建成了8代线。此后夏普又在2009年10月建成了世界第一条10代线，进一步巩固了优势地位。
同样的变化也发生在需求领域。液晶面板产业的发展，推动了其在电子产品领域的广泛应用，如电脑、电视、手机、数码相机、摄像机、移动多媒体、广告显示屏等。在这个信息时代，液晶面板无处不在，已经成为电子产业的核心力量。
1929年，，俄裔工程师兹沃里金（Zworykin）博士，用CRT（阴极射线管）球面显像管，制成了能显示黑白画面的电子式电视机。由此黑白显像管电视机进入大发展时期，并最终诞生了彩色显像管电视机。
1954年，RCA公司，采用德州仪器公司研制的晶体管，制成世界第一台全晶体管电视机RCA CT-100 ，这台电视采用了NTSC制式，当年售价为1000美元。由于彩色显像管非常昂贵，RCA每一部电视都是亏本生意，但是当新一代产品批量上市的时候，他们用很短的时间就赚回了两倍的利润。
1968年， Heilmeier）博士和早期的液晶显示器。
1979年，日本任天堂（Nintendo）公司第一开发部部长横井军平，在乘坐新干线出差时，无意看到邻座的青年人在专心摆弄液晶电子计算器，由此触发灵感，开发液晶屏便携式游戏机。任天堂随即展开周密的市场调查，同时利用日本夏普处于半停工状态的两条液晶面板生产线，低价订购了大量微型液晶面板。任天堂为此项目投入了10亿日元。1980年4月28日，日本第一款袖珍掌上电子游戏机GAME&WATCH以5800日元的低价上市，掀起销售狂潮，8个月内在日本销售量300万台。到1983年末，GAME&WATCH累计出货超过3800万台，不但帮任天堂一口气还清了过去积欠的80亿日元巨额债务，还积蓄下了40多亿日圆的现金。该机采用一块224X144点阵的黑白FSTN反射型LCD，屏幕39×55mm。掌上游戏机大获成功，对于推动日本电子工业升级和液晶产业发展，起到了至关重要的作用。【世界第一款电子屏掌上游戏机，是1976年Mattel公司开发的Mattel Auto Race。】
TFT（薄膜晶体管）液晶显示屏的结构拆解图，左下角的第一个小方框，是在玻璃基板上用封框胶围成的像素阵列。玻璃基板是液晶屏的主体，在玻璃基板上采用气相沉积、曝光、显影、刻蚀等工艺，制成上百万个薄膜晶体管。每一个晶体管用封框胶围成一个子像素，每3个晶体管子像素，对应彩色滤光片上的三个红绿蓝小方块，组成一个像素单元。在封框胶内滴注液晶材料（几微米厚度），由于液晶材料具有在电场条件下扭转分子排序结构的特性，就可以控制光线的透光量，光线经过彩色滤光片染色后，就可以显示出五彩缤纷的图像。左下角的第二个彩色小方块，就是彩色滤光片上印刷的红绿蓝三原色小方块，每3个组成一个像素。液晶是世界上最昂贵的高分子材料之一，每吨价格高达数千万元人民币，所以每块液晶屏的液晶用量，均以毫克来计算。
日企搁浅台企进场
液晶面板市场从1997年底亚洲金融危机后，急剧收缩，到1998年初跌至谷底。财务负担加重的日本企业失去了追加投资的勇气。除了夏普、日立和鸟取三洋继续对3.5代线和4代线投资外，其他日本企业的投资都处于搁浅状态。但这一轮的衰退却引来了新的入场者——台湾企业。
我国台湾省的LCD产业起步，比韩国还要早3年：1976年台湾敬业电子引进休斯公司的技术、材料和设备，开始生产电子表用的TN-LCD液晶屏。1978年，李逸士成立了中相公司，李担任过休斯飞机公司的液晶技术部主任，是最早将LCD技术带到台湾岛的人。但是由于无法与日本企业竞争，1981年，敬业电子破产倒闭，中相公司后来换手，称为美相科技（李逸士后因液晶诈骗集资40亿元新台币而潜逃）。台湾民营公司由于实力薄弱，多数都难逃倒闭的命运。由于日本与台湾岛的经济联系密切，到80年代初，夏普和爱普生先后在高雄和台中设厂，以生产大尺寸的TN-LCD为主。日本厂商的投资，刺激了台湾本地LCD产业的发展。1986年后，台湾当局连续出台政策，鼓励扶植LCD产业的发展。1988年，台湾工研院几乎与韩国三星同时开始对TFT-LCD技术的攻关。
1992年3月，台湾碧悠电子引进欧利宝公司的STN技术，在新竹县新丰乡建厂，成为最早涉足STN的厂商。在1992年和1993年，南亚塑胶和中华映管，分别引进英国GEC公司与日本东芝公司的STN-LCD技术。尤其是中华映管转移东芝的大尺寸彩色STN-LCD后，台湾的LCD产品进入了电脑应用领域。
本来日本企业一直拒绝向台湾转移TFT液晶面板技术。但是处于金融危机和产业衰退期的日本企业，已经难以像以往那样处心积虑地保护核心技术。再加上国际货币基金组织在金融危机期间对韩国的救援，让韩元大幅贬值，迅速提高了韩国企业的竞争力。这使得韩国大规模生产的液晶面板价格降低，，致使日本企业在台湾市场的份额急剧下跌。这种态势迫使包括三菱、东芝、DTI、夏普和松下等日本企业，都不得不寻求在台湾岛寻找合作伙伴，实现本土化生产。
1998年，日本企业在韩国人的凶猛攻势下，刻意高调地将技术转让给台湾企业作为反击。这样一方面可以收取高额的技术转让费，另一方面也可以弥补日本在产能上的不足。当年共有6家台湾企业相继获得了日方的技术许可，从而进入大尺寸TFT-LCD产业，是年被称为“台湾TFT-LCD产业元年”。
第一家进入台湾市场的是三菱集团的成员ADI（三菱电机与旭硝子合资），由于缺乏资金，ADI选择与台湾中华映管（CPT）合作建设3代线。中华映管成立于1970年，早在1973年就开始为RCA代工生产黑白电视机显像管。1998年3月，其与ADI达成协议，引进三代线技术，由ADI为其培训工程师和操作工，1995年5月正式量产3代线面板。它是台湾第一家取得日本TFT技术的公司。
第二家获得技术转让的是达基公司。这是一个由13名年轻工程师组成的研发小组，于1996年8月从母公司明基电通（当时的明基电脑还隶属于宏基集团）独立出来，研发PDP等离子电视。1998年3月，达基与IBM日本公司达成协议，在新竹科学园区建设一条3.5代线，但IBM日本自己只有一条3代线，所以双方明确达基的3.5代线属于共同开发。该项目1999年4月建成，同年7月量产。1999年8月，达基依靠自己的能力开工建设了第二条生产线（4代线），成为夏普和LG飞利浦之后建成的全球第三条4代线。
第三家是隶属于台湾联电集团的联友光电。该公司1990年11月成立，曾于1992年5月建设了第一条TFT-LCD生产线（1代线），是台湾液晶产业的先驱。1993年4月试制成功台湾第一片4英寸TFT彩色模组，并于1994年量产，主要出口日本用于掌上游戏机上；但是由于良率极低，造成1995-1999年连续5年亏损。1998年松下向联友转让TFT技术，合作开发3.5代线。
2001年，液晶面板价格狂跌。三星和LG试图以“流血竞争”迫使日本和台湾厂商出局。达基和联友也被迫跟进降价，亏损严重。联友的母公司无法承受亏损，便向达基抛出了橄榄枝。2001年3月13日，达基与联友光电宣布合并，成立友达光电（AUO），一跃成为当时台湾第一大、全球第三大的TFT厂商，这个事件震动业界。但是合并后的友达却面临产业衰退期，面板价格每月下降5-10美元，到2001年底，友达的积压库存已达数亿美元，财务非常紧张。面对这种情况，友达仍然宣布扩产，咬牙完成了4代线建设。就在开工后不久，发生了911事件，液晶面板价格跌至谷底。但1个月后，由于液晶价格跌破了成本价，刺激了下游市场的需求，整个市场迅速回升。友达的积压库存在短短几个月内得以消化。2001年友达税后亏损67亿元新台币，但到2002年，盈利达到60亿元。从2002年2季度开始，面板价格又开始下跌，台湾厂商全部出现亏损。此时友达连续上马了3条5代线，在2003年3月至次年2月实现量产。2005年，友达的两条6代线和第4条5代线投入量产。2006年10月，友达第一条7.5代线投入量产。2007年友达宣布建设第二条7.5代线和两条8.5代线，其后爆发了全球金融危机，导致项目停滞。
瀚宇彩晶是由台湾新丽华集团和华邦电子共同集资，于1998年6月成立的，接受了日本东芝与日立的技术转移，采用AP-IPS广视角面板专利技术，一次开建了两条3代线，并在2004年3月1日开工建设6代线。台湾奇美电子在高雄县路竹乡，南部科学工业园（简称南科）高雄园区的8.5代线，月产6万片，2010年3月量产。奇美集团以石化业起家，是世界最大的ABS树脂制造商。其创始人许文龙是著名的绿色台商，。
CINNO Research 平板显示领域专业行业咨询机构。针对智能终端、液晶面板、芯片、背光模组、AMOLED、触摸屏及光学膜片等各类关键部材为客户提供尽职调研服务及投融资信息。我们致力于多维度提升行业客户产业竞争力，持续为国内平板显示产业的健康发展助力。
相关推荐
友情链接
Copyright © 2023 All Rights Reserved 版权所有 香港腕表价格交流群