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从德热纳身上，中国液晶产业该反思什么 |
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6/11/2007 4:06:00 PM
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 P－G·德热纳小传
1991年，诺贝尔物理学奖颁给法国物理学家德热纳。诺贝尔奖评审委员会将他誉为“当今的艾萨克·牛顿”。颁奖词写道：“他发现，为研究简单系统中的有序现象而发展出来的方法，也适用于更复杂系统的研究，特别是液晶和高分子。”
德热纳1932年5月24日出生于法国巴黎。1957年获博士学位。1955年~1961年在法国萨克原子能委员会、美国加州大学伯克利分校从事中子散射与磁性物质研究，1961年~1971年任巴黎大学教授，1971年起任法兰西公学物理教授，1976年起任巴黎理化学院院长。
德热纳的研究横跨超导电性、液晶、聚合物等领域。他1958年发展了核扩散理论，1963年独立预言了无隙超导电性，1964年建立起一个理论，把阿布里科索夫—高尔基的超导电性的唯像理论推广到超导体中有磁场的情况，1962~1964年提出邻近效应；1968年转而研究“软物质”，即液晶、湿润动力学、黏滞机制的物理化学。
德热纳1966年出版的专著《金属与合金的超导电性》，至今仍是研究金属与合金超导性最好的入门书；1974年出版的《液晶物理学》，是液晶领域内的基准权威教材；1991年获得诺贝尔物理学奖后，他在一年多的时间里到全法国和非洲的马丁尼克岛等高中举行科普演讲，根据演讲记录，与同事巴杜共同写成《软物质与硬科学》一书。
“德热纳的研究方法极力遵循物理的美学原则，强调将复杂系统简单化，很少去做一些需要复杂计算才得到结果的研究课题，而是凭借他对基本物理的独特直觉技术，简化被多数人望而生畏的复杂性系统的原则性研究。”中国科学院院士、理论物理学家欧阳钟灿先后从事液晶物理、生物膜等的研究，曾为《软物质与硬科学》一书中文版做导读，他说：“这是一本非常好的科普书，足以激发读者对科学的热情和创造力。”
编者按
5月18日，法国物理学家、“液晶显示之父”、1991年诺贝尔物理学奖获得者P－G·德热纳在法国巴黎郊外的奥赛逝世，享年74岁。
德热纳一生的学术思想和治学方法都为后人树立了难得的学习榜样。作为德热纳的追随者，中国科学院院士欧阳钟灿向《科学时报》详细讲述了他从德热纳身上所获得的启发，其中既包括了对中国液晶产业的反思，也包括了对那些可能转换研究方向的科学同行的建议，还包括了有着强烈使命感的科学家对科学普及工作抱有的极大热情。
德热纳的去世给我们一个反思的机会，回头看看液晶的理论、技术和产业，都是如何发展起来的。我们一个很严重的问题就是理论脱离实际。液晶产业是事关国民经济的重要问题，但我们没有自己的核心技术。现在应该好好想想：政府、工业界、学术界、科学家和工程师们应该怎样有机地结合起来，保持我国彩电大国的地位。
——欧阳钟灿
科学时报2007年6月11日消息 5月18日，法国物理学家、1991年诺贝尔物理学奖获得者P－G·德热纳在法国巴黎郊外的奥赛逝世，享年74岁。
5月23日下午5时许，在中科院理论物理研究所，正准备离开办公室的中国科学院院士欧阳钟灿习惯性地打开科学网，头条新闻就是德热纳逝世的消息。“我为此震惊!他对我的影响相当大，从研究生到今天，我的研究都是在追随他的思想。去年夏天，德国马普学会与我们合作在北京香山举办了一个国际生物系统暑期学校，我们还邀请德热纳来讲课，但他很客气地回信说不能来。后来我才知道他生病了。”
一个多小时后，欧阳钟灿约见了《科学时报》记者。他说：“德热纳的逝世给我们一个反思的机会。液晶相概念是法国人提出的，液晶显示技术的概念是美国人提出的，液晶显示技术的原理是德国人提出的，而液晶的应用技术基本上全掌握在日本人手里。我国液晶显示技术研究始于1969年，基本与世界同时起步，但核心技术里怎么就缺少中国人的影子呢？”
欧阳钟灿认为，中国是彩电生产大国，如今，平板显示（FPD）, 特别是液晶显示（LCD）正在取代阴级射线显示，如何继续保持已经拥有的市场，这是一个关系到中国国民经济的重大问题。“现在到了一个非常重要的时刻，我们应该想想如何将研究与产业结合起来，解决生产中的问题。”
“需要提出的是，现在液晶显示器的产业规模已相当于半导体。我们应该加强反思，及时找到解决问题的办法，不能让液晶显示重蹈半导体的覆辙，成为不能形成自主知识产权的产业。”欧阳钟灿说。
“我热爱液晶，因为它既美丽又神秘”
液晶的概念不是德热纳提出的，液晶的技术也不是他突破的，但为什么他被称为“液晶显示之父”呢？欧阳钟灿说：“美国人黑尔迈乐提出了液晶显示的概念，但是只有在德热纳搞清液晶和液晶显示的物理原理之后，人们才找到现在的液晶显示技术。”
对今天的人们来说，液晶是一个耳熟能详的东西，它在电视、电脑、手机等的显示器上发挥着核心作用。液晶显示屏的出现让电视和电脑的“大脑袋”屏幕变成平板屏幕，而且，液晶显示所需要的能量微乎其微，一颗微型电池就能供手表用两年。
那么，到底什么是液晶呢？
欧阳钟灿介绍，液晶是一种性能介于液体和晶体之间的有机高分子材料，它既有液体的流动性，又有晶体结构排列的有序性。
1888年，奥地利博物学家莱尼茨尔（F. Reinitzer）在测定有机物的熔点时发现，将胆甾醇苯甲酸酯结晶加热到145.5℃时，结晶熔解为混浊黏稠的液体，这种液体会发出多彩而美丽的珍珠光泽，加热到178.5℃时，则形成了透明的液体。1889年，德国物理学家莱曼（O. Lehmann）将这种白而浑浊的液体称为液态晶体，即液晶。
法国物理学家乔治·弗里德尔（G. Friedel）是第一个真正弄清液晶本质的人。1922年，他在显微镜下观察到液晶分子的空间排列，提出可将液晶分为向列型、近晶型、胆甾型3类。20世纪60年代，正在准备博士论文答辩的美国RCA公司的年轻学者黑尔迈乐（F. Heimeier）对有机半导体产生了兴趣，为了研究外部电场对晶体内部电场的作用而想到了液晶，并提出液晶显示技术的概念。
1968年，RCA在广播报道中向世界报告了黑尔迈乐等人的成果，并引起了法国原子能委员会的兴趣。在巴黎市郊的奥赛，正在原子能所工作的德热纳组织了一个由结晶学、化学、材料缺陷、光学、核共振和理论方面专家组成的多学科研究小组，开展液晶物理的基础研究，他们发现软、硬两种物质存在着相似性。德热纳在回忆奥赛小组的工作时说：“用最小的财政投入和最短的时间，我们取得了令人尊敬的国际地位。时机的适合、思想的开放使合作非常愉快。”
在奥赛小组的工作中，德热纳认识到序参数、相变等概念是处理液晶等复杂系统的物理基础，因此提出许多新发现，并在这些研究的基础上写出专著《液晶物理学》。“我热爱液晶，因为它既美丽又神秘。我希望本书的读者也会感受到同样的魅力，同时帮助揭开它的奥秘，并且提出新问题。”他在书的序言中如是说。
德热纳将液晶的排列比喻为“篮子里的苹果”，当“篮子”晃动的时候，液晶就会重新排列，实际上就是液晶显示的原理。而突破液晶显示技术的人是一位德国科学家W.海尔弗里希（W. Helfrich）——欧阳钟灿在德国柏林自由大学做博士后时的合作导师。据欧阳钟灿介绍，1971年，海尔弗里希在《应用物理快报》上发表了一篇两页纸的论文，提出了“扭曲丝状相液晶（TN）显示器”的原理：按螺旋方式排列在几微米厚的玻璃盒中，然后用几伏的低电压就可以控制和改变盒内液晶分子的排列。这篇论文奠定了今天液晶显示技术的原理，并获得首次欧洲物理学会凝聚态物理最高奖——惠普奖。
1973年，两位英国科学家乔治·格雷和肯·哈瑞在室温下合成了稳定的液晶材料——联苯系。1990年，世界上第一台14英寸彩色薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)研究成功，从此开创了民用液晶显示器的历史。
“液晶显示技术的流失是最大的失误”
1989年5月，德热纳为《液晶物理学》中文版撰写序言，第一段就说：“液晶是100年前由德国学者发现，后来法国的弗里德尔建立了结构分类的基本方案，美国人最先注意液晶在显示器件中的应用潜力，今天的液晶应用技术大部分掌握在日本人手中……”
为什么美国人最早提出液晶显示技术的概念，却最终没能占有这一技术的市场呢？欧阳钟灿正在研究这段历史，他说：“主要原因是美国政府鼓励企业自由竞争，产业是自由发展的，公司领导不支持，就没有发展的可能。而日本的产业是政府、学术界和企业界合作推动的，比较有组织。二战失败后，日本很有危机感，总是要掌握和占有一些自主创新的核心技术，这使自主创新在日本最明显。他们把别人的知识拿来用，发展出自己的技术和产业。事实上，将一个科学原理转化为生产力是一个非常复杂的过程，其中的每一步都有专利的产生。”
20世纪60年代初，黑尔迈乐发明了液晶动态散射（DS）显示技术，RCA公司对此极为重视，一直将其列为企业的重大机密项目，直到1968年才在一项最新科技成果的广播报道中向世界披露，但立刻引起了日本和韩国科技界、工业界的重视。日本和韩国将当时正在兴起的大规模集成电路与液晶结合，以“个人电子化”市场为导向，很快开发了一系列商品化产品，打开了液晶显示实用化的局面，掌握了主动，并促成了日本和韩国微电子业的惊人发展。
而在美国，RCA公司一些生产部门领导人一方面局限于传统的半导体产品，一方面又过分强调了初出茅庐的液晶显示器件的缺点，以市场还未开拓为借口，诋毁液晶显示的产业化。为此，液晶小组成员开始外流，其中包括做博士后的海尔弗里希，液晶显示的专利也被卖出。据报道，当上世纪70年代中期液晶显示形成一个产业的时候，RCA公司在一次董事会上沉痛地总结，在RCA百年发展历史上，液晶显示技术的流失是最大的失误。黑尔迈乐在1976年发表的文章《液晶显示：从事交叉科学研究的经验教训》以及前两年因液晶显示获京都奖的演讲中，都回忆了这段令人痛惜的历史。
日本人最近也在总结这段历史，以期从昔日的辉煌中找出办法，克服因泡沫经济带来的困境。欧阳钟灿指着日本学者沼上幹所著的《日立技术革新史》说：“这本书有500多页，它专门讨论了在液晶显示技术和产业化方面，日本为什么会胜过欧美。日本人认为，他们超过欧美的关键就是‘官产学研’结合。”据书中介绍，日本支持基础研究的基金会（JSPS）设立了142号专门委员会长期资助液晶显示研究，东京农工大学（拥有日本液晶显示之父小林骏介）、东京工大（拥有第三任国际液晶学会主席福田纠夫）、东北大学（拥有彩色液晶电视原理发明家内田龙男），及几乎所有的“大手”电子企业（夏普、富士通、日立、松下等）都设有液晶显示研究机构。
现在，世界上最好的液晶显示技术掌握在日本夏普公司手里，日本人基本上将液晶显示技术的专利全部都申请完了，然后再将技术转让给韩国，韩国液晶显示器产量位居世界第一。欧阳钟灿说：“日本液晶显示企业很注意发展，一直在创新技术，它让韩国及我国台湾增加生产，自己坐收渔利，因为技术是它们的。”
“液晶显示对中国太重要了”
“现在，我国组建有3条从日本、韩国等进口的第五代TFT-LCD生产线，生产的液晶平板显示器能够作电视和笔记本电脑用，但在世界总产值中所占份额很小，而且我国在液晶显示技术上拥有的知识产权很少。这是一个值得我们严重关注的问题，液晶显示对我们国家太重要了。”
欧阳钟灿说：“现在我们面临平板技术革命。估计以TFT-LCD为主导的平板显示器（FPD）产业，在21世纪头几年就将赶上甚至超过普通的阴极射线管显示技术，用阴极射线制造的笨重大彩电将被淘汰。我国是彩电出口大国，主要采用的是阴极射线显示技术，因此，我国彩电业面临一个很大的危机，如果不上去，原来的电视大国地位就要下来。”
“我们面临一个市场的转型，应该通过液晶技术的研究来发展，政府要总结前些年组织‘彩管工程’的成功经验，支持、加强液晶技术的研发。我们也有光荣的‘角落’，比如我们有液晶材料的知识产权，发展液晶材料的液晶化学研究则一直被坚持下来，创建了自主创新、产量规模世界第五的液晶材料厂，但这点上游产业所占产值份量太小，占大头的液晶物理为主导的TFT-LCD屏制作技术还有很大差距。”
欧阳钟灿再次强调，德热纳的去世给我们一个机会，他在中文版中提出的问题，正是我们今天要反思的。欧阳钟灿说：“平板显示技术是信息产业部‘十一五’规划的重大专项，所以我们要回顾这段历史。为什么概念是法国人提出的，技术概念是美国人提出的，技术是日本掌握的，其中就是没有中国人呢？半导体产业50年，为什么不能诞生自主产业？这些都应该反思。我们的基础研究、应用基础研究、技术开发和市场化等方面，都有很多问题值得深思。”
光写文章 招致失败
1978年，欧阳钟灿成为“文革”后国内第一批学液晶物理的研究生，他说，选择液晶物理专业是考虑到了它未来的发展；而选择去清华大学深造，是因为当时它的液晶物理也很强。1984年，欧阳钟灿以论文《液晶的非线性光学》获得博士学位，但指导他们的导师退休后，清华液晶物理专业就被取消了，他所在的由周光召命名的“现代应用物理系”也不知不觉被易名为“物理系”。对此，欧阳钟灿现在仍有“想法”——“似乎‘应用’就要低人一等”。
“像液晶物理这样的物理专业，如果没有与生产结合，就没有生命力，而所写的论文也刊登不了高级杂志，基础研究也就得不到基金的支持。”欧阳钟灿认为，中国人没有掌握液晶技术的主要原因，类似于德热纳所批评的法国人不重视应用。德热纳在《软物质与硬科学》中说：“法国知识界曾有一个不幸的缺陷，就是认为基础研究人员更加高尚和聪明。事实上，来自于工业研究的许多产品证明，工业界的研究者至少具备了与基础研究者相当的创造天才……学术界与工业界的合作能开辟一些潜在的硕果累累的途径。”
在2004年中国科学院、中国工程院院士大会上，国务委员陈至立在报告中对出席会议的1000多名两院院士提出一个沉甸甸的问题：韩国这样一个小国，为什么能在液晶显示工业中占据世界第一的位置？作为中国物理学会液晶分会会长，欧阳钟灿自然十分关心液晶的产业化，因此，这也是令他“赧颜”的一个挑战性问题。
“我们要吸取半导体50年自主产业化的不成功的教训。20世纪50年代，咱们国家北有黄昆、南有谢希德，他们组织北大、复旦、南京、厦门和东北人大5校的师生，在北大举办‘五校联合半导体专门化’，以最快的速度培养半导体学科基础知识人才。我国当时的半导体晶体管的水平与国外是一样的，但后来到大规模集成电路，全部都垮了。”
“厦门大学的吴伯僖是‘五校联合半导体专门化’的成员之一，他在《历史地看我国半导体事业过去的五十年》中说，‘改革开放后，虽有较大发展，尤其是半导体基础理论研究在一些研究所与高校里得到重视与支持，有了较好的成果，但却有曲高和寡、与生产结合不紧的缺点，而在生产方面，受市场经济的牵引，生产线一条又一条地引进，使我们原来的半导体几乎都下马或转型或被外资买断，在我们的国土上，外资企业利用我们的人力向国际市场赚取利润，而我们的企业却缺乏竞争力。’”
“曲高和寡、光写文章，半导体为什么失败，就在这个地方；工业界也有问题，我们的工业界基本上没有研发能力。”欧阳钟灿说。
“不能因价格问题放弃市场”
“如果我们不能保持使我们领先一步的研究和革新精神，就难说西方的优势还能持续多久……如果我们法国继续走这样的路，我们无疑要走上第三世界国家的发展道路，不是鼓励发明新技术，而只是简单地直接向国外购买这些技术，在有许可证的情况下加以利用，设立工厂。”德热纳在《软物质与研究科学》一书中如是说。
“液晶显示技术问题是值得深思的问题。尽管我们现在有3条线，但技术设备大都是买的，都很贵，一条就是十多亿美元。现在人家又将市场价格压低，我们是做一个、赔一个。关键是怎么看。也就是说，韩国人提高了技术、升级了，他们的技术还在进步，我们还在原地踏步，价格就下去了，一旦竞争开始，我们的市场就出问题了。”欧阳钟灿说。但他认为我们不应该就此放弃，“因为价格问题就放弃，这个问题就永远解决不了”。
液晶显示的技术基本上全部掌握在日本人手里，我国的彩电产业又十分重要，该怎么办呢？
“技术是不断发展的，咱们也要发展。而且，我们国家的市场最大，我们可以用市场来抗衡，争取胜利。但现在是最困难的时候，应该学习日本的官产学结合，这是日本赢欧美的3个要点。产就是大公司，日本的大公司都有研发，日本的松下公司拥有最好的电饭煲技术，它研究做米饭的实验室就有篮球场那么大，几十人在那里研究，台湾一个液晶公司的研发单位也上千人啊，我们许多工厂没有实验室、没有做研发的概念。”
“咱们国家花很多钱来支持写文章，却没有支持应用开发研究。现在，我们至少有3条生产液晶显示屏的线，产能占到世界的5％（其余95％份额被韩国〈47％〉、我国台湾地区〈37％〉和日本〈11％〉瓜分），三者合并，就成为有相当竞争力的基地了。但在加入WTO后，国家的关税保护撤除了，现在它们都处于亏损状态，政府一定要采取其他补偿方式予以支持。要保证彩电世界出口量第一的地位，就必须将液晶显示屏的产量提起来，比如，让这3条生产线联合，利用劳动力低廉的优势，先稳住市场，让它像一个雪球一样，有了一个核，会越滚越大。而且，实践出真知，只要生产，就会出问题，出了问题去研发，就会有自己的技术。”
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