导读

2009年8月3日第六届世界华人物理大会在兰州大学开幕，来自世界各地的600余名学者在5天时间内参与物理科学和教育两方面内容的讨论，我也应邀出席大会并荣幸地邂逅香港科技大学物理系主任沈平教授。沈教授是华人中最早介入液晶显示研究的第一人，他是加入美国RCA公司开创液晶显示研究的先辈，我们1978年读液晶物理的研究生，学习液晶显示的参考书就是1976年他与P.J.Wojtowich合编的名著《液晶导论》（《Introduction to Liquid Crystals》）。在交谈这几年液晶显示的大发展时，沈先生非常感慨，他说，在RCA时期人们都认为液晶显示（动态散射模式）只可能做数字显示，而不可能做图像显示，因此RCA把专利出卖，停止液晶显示研究。到了1990年代，有源液晶显示（AM-LCD）技术开发出来，人们开始做出图像显示，在笔记本电脑诞生时液晶显示应运而生走向产业化。但那时对于能否做大尺寸的电视显示，业界仍无信心。在日本夏普做出中小尺寸电视时，等离子显示（PDP）也开发出来，人们又担心，在大尺寸电视显示方面，LCD可能会被PDP取代，但随着日本将TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器件）技术发展到极致，在大尺寸显示方面LCD又战胜了PDP。观察TFT-LCD屡战屡胜的发展史，我们两位都认为，由于液晶与半导体技术的完美结合，目前TFT-LCD产业成为显示产业的主流。因此，发展我国显示产业，非掌握TFT-LCD技术莫属。但我们也感到，国内外全面介绍这个革命性技术的书籍还是阙如。

可喜的是，今年8月中，清华液晶技术工程研究中心张百哲教授交给我申智源博士新作《TFT-LCD技术：结构、原理及制造技术》的电子稿，希望我能为即将在电子工业出版社出版的这本新书写个序言。经过两个月的学习，我认为这本书正是我所期望的、我迄今所知道的最为结合生产实践、又有详细理论分析的TFT-LCD专著，对于我国正在后来居上的TFT-LCD产业发展大有裨益。因此，我自行决定把这个序言“扩版”为导读，论述这本书出版的重要性。

1.我国新型显示产业发展形势

进入21世纪以来，以平板、超薄、大屏幕、高清晰、节能环保等特点为代表的新型显示技术成为继软件、集成电路之后的电子信息产业的核心技术，是战略性高新科技的基础和最具活力的电子信息产业。新型显示技术含量高，占显示终端成本的比重高，如占平板电视成本的70%～80%，计算机的20%，手机的10%～20%。新型显示产业主要包括TFT-LCD、PDP（等离子）及OLED（有机发光二极管）三种平板显示。其中，TFT-LCD去年已占有市场近90%的份额。PDP其市场份额不足10%。OLED只在手机上有应用，笔记本电脑、电视还未市场化。至2010年，全球平面显示器面板的产值达到1120亿美元，占全球光电产业产值的36.2%。中国是世界上最大显示产品应用的潜在市场，已有十多种产品的产量占世界首位，其中显示器、手机、彩电、激光视盘机、笔记本电脑分别占全球总产量的67%、45%、55%、80%和80%。因此，市场的优势是我国发展TFT-LCD产业的天然条件。

2009年我国彩电产量近亿台，有一半出口，其中TFT-LCD液晶平板电视占68.3%。我国平板显示产业布局较晚，自主创新能力薄弱，电视生产所需的面板供给能力严重不足，特别是大尺寸电视用面板目前几乎全部依赖进口，致使整个彩电和平板显示产业面临十分严峻的挑战和巨大的转型压力。由于液晶面板占液晶电视整机成本的2/3，国内彩电厂商被迫花费巨资，从韩国、台湾、日本厂商手里采购液晶面板等关键零部件。2009年我国液晶面板进口1.8亿块（含中小尺寸），进口金额达350亿美元，居单一产品进口额第4位，仅次于集成电路、石油和铁矿石进口额。2010年，中国液晶面板进口额超过400亿美元，仅次于集成电路（1569亿美元）、石油（1351亿美元）和铁矿石（794亿美元）。因此，加速发展我国平板显示产业是保持我国全球最大的彩电生产国和消费国产业安全的需要。这已经引起我国政府高度重视，新型显示已被明确纳入“十二五”规划第十章“培育发展战略性新兴产业”第一节“推动重点领域跨越发展”新一代信息产业重点发展的领域。

在新型显示产业中，TFT-LCD液晶显示技术已经占据主导地位。全球范围在可预见的15年内，仍没有一种显示技术在应用领域的广泛性（尺寸从1英寸到超过100英寸）、产业化投资力度（全球对电视用TFT-LCD面板的投资已超过1000亿美元）、参与市场竞争和推广的普及面（全球超过800家制造企业）等三方面可与TFT-LCD液晶显示产业相抗衡。截至2009年底，全球共有42条5代及以上的TFT-LCD生产线，包括14条5代线（含中国大陆4条）、2条5.5代线、11条6代线、2条7代线、4条7.5代线、2条8代线，预计未来4年还将持续投资600亿美元以上（含中国在建的5条高世代线）。从2003～2004年起，若干中国企业进入了TFT-LCD工业，并建设起5代线（主要有京东方、上广电和昆山龙腾光电）。此后，由于5代及以下世代生产线的产品不能满足电视屏的需要，所以国内各方一直希望能够引进6代以上的所谓“高世代”生产线。但直到2009年夏天，国外企业一直封锁技术，拒绝向中国转让高世代生产线。

2010年我国电子信息产业的一个重大的突破就是中国大陆首条高世代液晶面板生产线——京东方合肥6代线的建设，填补了中国大陆32英寸以上液晶屏的制造空白，标志着信息产业在关键技术上实现突破。这条生产线自去年10月正式量产后，仅用了两个多月的时间综合良品率已经达到95%以上，达到国际领先水平，并于2011年5月已实现满产。这充分说明我国本土企业已完整掌握了液晶显示的核心技术。中共中央政治局常委、中央书记处书记、国家副主席习近平在安徽调研时也视察了京东方合肥6代线。习近平同志充分肯定了京东方在开展研发工作、提高自主创新能力方面所作的努力和取得的成果，并强调战略性新兴产业代表着科技创新和产业升级的方向，决定着未来经济发展的制高点，一定要大力培育和发展。

在这种形势下，2010年全球主要FPD企业陆续宣布到大陆投资计划：成都（富士康）8.5G；广州＆LG（韩国，已批准）8.5G；苏州＆三星（韩国，已批准）7.5G；南京＆夏普（日本）8.5G；合肥＆京东方（国资）8.5G。中国大陆正在成为平板显示的投资热点。在这种条件下，国内出现了一股“液晶热”——各地争相上马液晶面板生产线。根据媒体报道，各地计划准备上马的7.5代以上生产线一度达到8条（总投资超过2000亿元），而目前全球运行的7.5代以上生产线总共也不过12条。在此形势下，政府一方面要防止“产能过剩”，一方面要采取正确的发展战略支持、培育我国的TFT-LCD产业，使我国新型显示产业发展将有可能突破发展芯片产业长期徘徊不前的困境，在世界显示产业发展上后来居上。

2.我国发展TFT-LCD产业存在的问题

2.1 对支撑这个产业的核心技术TFT-LCD基础研究投入不足

目前，中央及各地已经出台的对平板显示产业的扶持政策和研发资金支持，绝大多数集中在对高世代生产线的引进上，而对下一代新型平板显示技术的重视和投入仍显不足。从短期看，对TFT-LCD技术和生产线的引进可以比较快地建立起国内的面板生产能力，对国家和地方的经济带动效应也可较快显现，但我们必须吸取CRT时代所带来的教训。由于我国当时在TFT-LCD技术研发和产业化方面的投入严重不足，政府有关部门在“十五”、“十一五”基本没有安排TFT-LCD研究项目，导致在面板技术领域再次面临国外垄断，不得不重走引进的老路，被局限在产业链的末端。缺乏前瞻眼光、没有构建梯次布局，导致我国彩电业在向平板转型出现“缺屏之痛”。

为追求更快、更高清的显示，TFT-LCD很多的新技术仍然在快速发展当中，以液晶显示所需的新材料为主的很多新技术研发还没有完成，还有待研究和突破，这些新材料包括有特殊光电性质的无机、有机膜材料，用于液晶分子取向的高分子材料，乃至用于驱动的半导体材料及背光源LED材料，所以液晶显示还是一个在不断发展中的产业。如目前TFT-LCD主流的是控制电压型a-Si工艺，但三星等已启用氧化物半导体技术，日本正在研发有机半导体技术（甚至液晶半导体技术），我们也应加强对液晶显示新技术的研究，否则一旦工艺有变化，我们又会跟不上。当前尤其要特别关注以OLED为背光源的TFT-LCD技术发展动向。通常背光源用LED来做，因为是点光源，所以还要加上光扩散膜工艺，如用OLED背光源，因为是面光源，扩散膜工序就可省去，工艺成本下降可观。据报道，2011年，三星、LG已开建用OLED做背光源TFT-LCD新生产线。

2.2 人才缺失，企业技术团队严重依赖“外援”

除京东方从4.5G、5.5G、6G到8.5G建线起培养了自有的技术团队外，我国大陆最近上马的6代以上的液晶显示生产线（龙飞-友达、夏普-南京、深圳-华星），采用的技术团队主要是从中国台湾、日本招来的混合团队，这对于企业自主掌握核心技术和工艺更新发展都是一个潜在的危险，上广电的前车之鉴就是没有独立于合资NEC公司的技术核心团队。因此人才缺失是我国发展新型平板显示的心腹之患。

我国台湾地区在发展TFT-LCD产业时，于1997年提出了“两兆双星”计划（一兆是半导体芯片年产值超一兆新台币，另一兆就是液晶显示屏年产值超一兆新台币）。为配合这个计划，台湾地区的教育部门同时也提出了“八五四专案”人才计划，即每年许可各大学电子专业招聘85名教授计划中，从2003年起，要保证20名是在全球招聘的LCD专业的，而且每人至少负责培训5名研究生。原因是经过“科技顾问组”2002年进行的高科技人力缺口调查，2003～2005年显示产业缺口8000多人。

从历史上看我国大陆的高等院校和研究所在液晶显示的科研工作几乎与国际同步。1968年美国RCA公司发明了液晶显示，而1969年清华大学、上海有机化学所、上海华东化工学院就开始了液晶的研究，后来又有长春物理所、南京55所、华中科技大学、东南大学等进行LCD和PDP的研究。20世纪70～90年代高校和研究所在平板显示的研究和人才培养上曾做出过重要贡献，我国液晶学会第一任主席谢毓章教授的著作《液晶物理学》（1988年出版，1998年再版）是这个时期的杰出代表。但2000年以后总体说来高校和研究所的工作落后于企业。随着液晶显示向技术转化，液晶研究的文章不太可能发表在SCI高影响因子的期刊上，加上基金部门申请经费的论文导向，迫使清华、北大等高校在液晶专业的教授们退休后，纷纷撤消了液晶物理和化学专业。中国大陆目前在大学里（除河北工大）基本没有液晶显示专业。所以在“十二五”期间，有必要加快培养这方面的人才。我国教育部公布从2011年起高校招生将新增140个新专业，全部为国家确定的战略性新兴产业相关本科专业，但是，此次新增专业中，基本没有提到液晶显示专业。借鉴我国台湾地区发展液晶显示人才引进的经验，人才计划一定要产学研结合，高校也要设置相应液晶显示专业。现在大学生毕业后就业难，从有些方面的反馈来看，是大学生专业不对口。

3.培育TFT-LCD人才，出版“产学研”结合的科技专著必须先行

新世纪开始，我国陆续有不少液晶显示有关的书籍出版，如刘永智等编著的《液晶显示技术》（2000年），范志新编著《液晶器件工艺基础》（2000年），应根裕等编写《平板显示技术》（2002年），小林骏介等编著《前沿显示技术丛书》（2004年），黄子强编写的《液晶显示原理》（2005年），李维諟等编写《液晶显示应用丛书》（2006年），王新久编写的《液晶光学和液晶器件》（2006年）。这些书籍由于编者没有参加生产实践、或依据出版较早的外国著作、或编译自没有现代液晶显示生产实践的西方国家专著，因此其内容相对简单，与正在产业中应用的工艺技术联系不紧密，因此对从事TFT-LCD产业研究与学习借鉴的意义有限。

近几年，随着我国大陆及台湾地区TFT-LCD产业发展的大好形势，开始出版了“产学研”结合密切的一批好书，如顾鸿寿、周本达、陈密、张德安、樊雨心、周谊衡等合编的《平面面板显示器基本概论》（2006年），高鸿锦等编著、用于北京清华液晶技术工程研究中心作为企业技术人员培训教材的《液晶与平板显示技术》（2007年），京东方集团公司王大巍等编《薄膜晶体管液晶显示器件的制造测试与技术发展》（2007年），复旦大学谷至华编《薄膜晶体管（TFT）阵列制造技术》（2007年），［美］CherieR.Kagan等编、廖燕平等译《薄膜晶体管（TFT）及其在平板显示中的应用》（2008年），田民波著、林怡欣校订的《TFT液晶显示原理与技术》（2008年）与《TFTLCD面板与构装技术》（2008年）。这些书籍全面叙述了正在生产线应用的工艺与技术，对于进入这个产业的技术人员与工人起着良好的科普与培训功能。但相对于申智源博士呈现在大家面前的新著，上述著作在基础原理性、理论性、实用性都仍然不够全面深刻。其中原因，不一而足，如顾鸿寿等的著作本来就限于“概论”；高鸿锦先生等的书本来是用于对企业技术人员的短期培训；王大巍等的书是对新进人员对企业认知的教材；谷至华教授的专著显然受益于曾经的上广电生产线的实践对工艺介绍甚详，但可惜他不是半导体（TFT）专业出身，因此不能苛求他的著作要包含TFT基础理论；田民波等两本书对TFT-LCD的原理与生产线进行了全面、但也只是科普性的介绍，这应与他核物理材料出身局限有关。

这里我们隆重推介的申智源博士的专著的质量之所以会更上一层楼，与他的专业出身与工作经历是分不开的。他1989.9～1993.7在吉林大学电子工程系半导体物理及其器件专业学习（工学学士毕业）；1993.9～1996.7在吉林大学研究生院电子工程系半导体光电子专业学习并获得理学硕士；1996.9～2000.8在韩国亚洲大学研究生院电气电子工程系微电子专业学习获得工学博士；2000.9～2001.8在KEC综合研究所从事大功率半导体器件开发、CMOS生产工艺开发、多晶硅电阻以及电容开发等；2001.9～2003.6加入DisplayTech产品开发部，从事手机用STN、CSTN、TFT-LCD模组开发；2003.7～2009.12在上海广电NEC液晶显示器有限公司任技术部科长、Array工程部科长、Array工程部部长，因此他的书自然是与他在半导体研究的基础知识、理论积累有关，与他在建设上广电的TFT-LCD生产线紧密联系。更重要的是，他为这本书真正付出了近两年的时间：从上广电出来后，他就静下心来，专门写这本书，直至2010年5月他成立上海友淇光电技术有限公司。作者舍得时间的投入是这本书诞生在中国大陆、而不是在日韩及我国台湾地区的一个原因。

4.本书简介及将来再版内容扩充的建议

申智源博士的书初稿共分三部分。第1部分（第1章）对液晶显示历史、液晶显示器的分类、从无源到有源LCD的工作原理及基本结构作了全面与深刻的论述，是读者了解LCD全貌的必备基础。第2部分（第2～6章）从基础理论高度阐述了液晶物理及用于显示的基本原理、LCD的各种模式、TFT的半导体物理及结构特性（这是其他已出版的书未涉及的）、TFT-LCD的光学（包括色度学）与液晶分子电场驱动取向动力学在显示特性（省电、视角、响应速度及彩色）改善应用。第3部分（第7～9章）紧密联系生产线工艺实践论述了非晶硅（a-Si）TFT-Array、CF（彩膜）、成盒、模块制造、测试与不良品分析方法。这些内容对现在中国大陆已经开始第八世代线的TFT-LCD生产线所需的知识是完全足够的。这里要特别补充的是，申智源博士的专著主要是对TFT-LCD技术的论述，在液晶材料方面该书有触及但不详细，为此建议读者应进一步参考高鸿锦先生今年7月刚刚出版的一本专著《液晶化学》（清华大学出版社，2011）。有2011年这两本新书，读者将不用参考其他旧作便能又好、又快地入门TFT-LCD技术。

但从最近世界各大厂商正在开发的新技术来看，自2007年开始到目前，每年我们都可以看到TFT-LCD重大的技术上的进步：从高清（HD：1366×768）到200多万像素全高清（FHD：1920×1080）以及比FHD高四倍、有800多万像素超高清（UD：3840×2160）；去年3D电视的推出、帧速率120Hz增长到240Hz。这是新一轮的TFT-LCD发展方向——智能手机与移动显示（包括平板电脑）的需要。它们要求分辨率高而且要求有低的功耗温度，所以现有的a-SiTFT-LCD技术正在向低温多晶硅（LTPS）TFT-LCD发展。在张百哲教授的建议下，申智源博士现在的书稿又增加了多晶硅部分的内容，其中新加一章“低温多晶硅TFT工艺流程与制造技术”特别有参考价值，因为我国也开始建设LTPS的生产线，如厦门天马今年开工的5.5代线。

2000年到2010年，LCD产业主要是由大尺寸电视显示屏带动的，但从2011年起，带动LCD产业的是中小尺寸的移动显示。今年8月31日宣布的东芝、日立制作所和索尼将合并子公司的中小尺寸面板业务，并以官民共同基金——日本产业革新机构为中心，在2012年春季由四家公司组成新公司“日本显示器（Japan Display）”就是一个信号，该公司业务合并后的市场份额方面，2010年的合计值为21.5%。新公司将超过夏普，成为全球最大的中小尺寸液晶面板厂商，其采用的核心技术可能是共面模式液晶显示（IPS-LCD）。因此大陆的TFT-LCD的“产学研”人士不能不前瞻关注这个技术发展动向。用于移动显示的下一代显示器有三大技术平台，一个是氧化物TFT，第二是绿色显示平台（比如不需要每天充电的节能显示），第三是互动显示平台。氧化物TFT方案平台，有可能跟LTPS生产线进行竞争。另外针对三维显示运动图像需要更高分辨率、更好的图像质量，还有更好的深度和角度。为此，申智源博士在本书最后版本中又增加“TFT器件及显示技术的进展与展望”，在这部分介绍了有机TFT、氧化物TFT、反射型LCD、三维立体显示、透明显示器、柔性显示技术等。

当然，这些新增章节因为不是作者亲临生产线的结晶，也还不是已经定型的大生产工艺，随着日韩、我国大陆及台湾新工艺的研发与产业竞争，其内容还有很大的修改与发展空间，因此，在结束我的导读时，我希望申智源博士继续密切注意下一代TFT-LCD技术的发展，诚挚建议本书将来再版时，在内容上，结合生产实践、更加详细介绍LTPS、氧化物TFT、3D、移动显示的工艺与制造技术的进展，因为这涉及正在来临的LCD的第三次革命。

欧阳钟灿

中科院理论物理所

写于2011年国庆长假