基于TRIZ理论提高液晶显示技术企业自主创新能力

李志广，檀润华

（1.河北工业大学理学院，天津 300401；2.河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心，天津 300130）

基于TRIZ理论提高液晶显示技术企业自主创新能力

李志广1，2，檀润华2

（1.河北工业大学理学院，天津 300401；2.河北工业大学国家技术创新方法与实施工具工程技术研究中心，天津 300130）

为了增强液晶显示技术企业的市场竞争力，提高液晶显示技术企业自主创新能力，根据液晶显示技术的发展特点，采用TRIZ理论中的技术成熟度预测方法，获取了液晶显示专利数量和销售额数据，建立了专利数量曲线和销售额曲线，对液晶显示技术成熟度进行了预测，并分析了液晶显示企业创新战略．将TRIZ理论中的冲突及其解决理论应用到液晶显示领域，讨论了如何发现液晶显示器件中的冲突，并应用解决冲突产生方案的过程实现液晶显示器件的创新设计．该研究将对液晶显示技术企业的技术发展策略制定和新产品研发具有重要意义．关键词自主创新能力；TRIZ；液晶显示技术企业；技术成熟度；冲突

0 引言

平板显示产业是信息社会的基础产业，平板显示器件是信息产业的核心器件．将来电视、电脑、电信，三电都要归到平板显示的麾下，由此可以看出平板显示产业的战略地位[1]．各种类型的平板显示技术都有各自的技术特点以及优缺点，而且技术发展程度不同．其中，LCD是现在发展比较成熟的主流平板显示技术．

LCD产业在国内已经形成了相当大的规模，随着经济和信息产业的快速发展，国内的LCD产业还会继续保持一个良好的发展趋势[2]．产业的发展需要政府和企业等的扶持和投资，但也需要发展自身的创新技术．自主创新能力是企业在国际竞争中能否成功的关键因素，同样也是国家增强国家竞争力，促进经济发展的重要因素．液晶产业是一个多学科综合的产业，所需要的技术也是多种多样．在技术发展过程中，哪些技术是关键部分，哪些技术又是未来的发展趋势？如何帮助企业认清自身技术的发展水平和发展潜力，审时度势地进行技术创新？这些都需要一个科学依据为企业决策者和投资者提供指导，降低投资风险，提高投资效益，营造和保持企业的竞争优势[3]．液晶显示技术企业属于高新技术企业，具有高科技、高风险、产品生命周期短等特点[4]．这就要求液晶显示技术企业必须提高自己的自主创新能力，才能在激烈竞争的市场环境中得以生存和发展．TRIZ是基于知识的工具，是一套系统化、具有实用价值的解决发明创造问题的方法．在企业新产品研发和生产中，可以帮助设计者认清技术发展趋势，提供解决问题的思路和方法．

为了提高液晶显示企业的自主创新能力，本文基于TRIZ理论，依据最新专利数据预测液晶显示技术的成熟度．液晶显示技术的成熟度是企业从战略方面把握创新时机的重要依据．在液晶显示企业引入TRIZ工具，对生产研发中的技术问题进行求解，有利于创新解的产生，从而提高了企业的自主创新能力．

图1 技术成熟度预测曲线Fig.1Technology maturity mapping curve

1 液晶显示技术成熟度预测与企业创新战略

1.1 液晶显示技术成熟度预测

根据Altshuller提出的技术成熟度预测方法，采用性能、专利数量、专利级别和利润率4个尺度变量来确定产品的技术成熟度[5-7]．如图1所示，用3条虚线把横坐标划分为婴儿期、成长期、成熟期、退出期4个阶段，、、分别代表技术的婴儿期—成长期—成熟期—退出期的转折点．

根据基于TRIZ的技术成熟度预测方法，收集液晶显示相关数据．利用大为专利分析下载软件PatGet，选择欧洲专利局worldwide数据库，检索条件为：IPC分类号G02F1/ 13；关键词“display”，共检索到专利52086件．该检索方法可以比较全面的统计到与液晶显示相关的专利，反映出液晶显示相关专利的申请数量情况．液晶显示器是应用液晶显示技术的产品，液晶显示技术是液晶显示器的核心技术．液晶显示的技术成熟度也是液晶显示器的技术成熟度．液晶显示器中还包括其他通用和辅助功能的一些技术，在检索专利的时候，采用“液晶显示”而不是“液晶显示器”会更为合适．将检索到的专利数量按年进行统计，可以得到时间—专利数量的曲线,如图2所示．液晶显示的专利数量曲线更新到了2013年，也就是最新的专利数量统计数据．获利能力的数据统计起来比较困难，可以用销售额来代替，由于销售额数据由一些行业数据统计公司统计并出售，所以仍采用已获得的截止到2008年的数据进行统计，时间—销售额曲线如图3所示．因此，我们建立了时间—专利数量曲线和时间—销售额曲线．至于性能和专利等级，液晶显示技术的性能是多方面的，无法用单一技术指标来衡量；专利数量巨大，对液晶显示技术的相关专利逐一分析并定级也是不太现实．因此，用时间—专利数量和时间—销售额两条曲线来做近似的评估．

1.2 确定液晶显示技术成熟度并分析企业创新战略

仔细分析图2中的专利数量曲线，1976年以前液晶显示技术专利的数量稀少，而且增长缓慢．1976年到1979年出现了快速增长的阶段，但是到1980年回落，之后又开始逐年增长，并且增速逐渐加快，曲线斜率逐渐增大．直到2006年开始下滑，虽然小幅震荡，但到2013年仍总体保持下滑趋势．将图2的专利数量曲线和图1a）的标准曲线进行比较．液晶显示技术专利数量随时间的发展过程，基本体现了技术发展经历的四个阶段：婴儿期、成长期、成熟期和退出期．由时间—专利数量曲线体现出液晶显示技术已经发展到退出期．根据图3中1990年到2008年的液晶显示器销售额的曲线可以看出，液晶显示器的销售额在1990年到2008年呈现出了，从增长缓慢到快速增长的变化，而且曲线的斜率在后期保持很大．由此两条曲线，可以判断液晶显示技术的成熟度已经发展到退出期．

图2 液晶显示专利数曲线Fig.2The curve of number of LCD patents

图3 液晶显示器销售额曲线Fig.3The curve of value of LCD sales

如今液晶显示技术竞争激烈，出现了许多新型技术，如更精细的液晶面板制造工艺、超低功耗驱动技术、LTPS低温多晶硅技术、超窄边框技术、更高的刷新频率、光学触摸校准方式、金属氧化物薄膜晶体管、量子点技术、染料型彩膜技术、RGBW或RGBY四色技术等．这些技术的发展只是对辅助、次要和有害功能进行改进，能够优化现有系统，但不能满足长期竞争的要求．

回顾我国液晶显示技术的研究发展历程，根据液晶显示技术成熟度预测结果，液晶显示技术企业应该采取何种发展战略呢？图4给出了企业技术发展采取决策的参考过程[7]．

根据液晶显示技术成熟度的预测结果，结合当前的技术发展特点，企业应该认识到当前市场竞争的严峻局势．90年代以前，由于液晶显示技术未能列入国家发展计划等原因，我国与国际先进技术的差距逐渐拉大．20世纪在国家的五年发展计划中，又曾经未把液晶显示技术看作平板显示技术的发展趋势，以致我国的液晶显示技术发展长期落后．近些年来，随着国家政策的引导，投资建设了多条高世代液晶显示器生产线，我国在液晶显示技术方面的发展突飞猛进．这些企业在国家政策的指引下，除了在液晶显示器市场推进产品创新，扩大销售额，赢取利润之外，更应该注意到整个液晶显示技术发展所处的阶段，规划企业创新战略．根据技术成熟度预测结果，企业应该寻找替代技术，在新的替代技术上谁能把握对了方向，谁能在新的替代技术上掌握更多专利技术，谁就能在未来的显示器市场掌握主动，在竞争中保持优势．

图4 产品技术成熟度预测及决策Fig.4Product technology maturity mapping and decision making

2 TRIZ理论中的冲突及其解决理论与液晶显示器件创新设计

2.1 液晶显示器件中冲突的发现

TRIZ理论中就是靠发现和消除冲突，从而实现推动产品的进化和发展．产品进化和发展就是进行产品创新设计．在产品创新设计过程中，其核心是解决设计中的冲突．如果能发现需求与已有产品或产品内部的冲突，开发新产品或改进已有的产品，解决这些已发现的冲突，不仅满足社会日益增长的需求，同时也为实现产品创新的企业带来效益[8]．

由此可见，如何发现和确定产品设计中的冲突是十分关键和重要的．归纳起来，确定冲突的方法有TRIZ中的物质—场分析[9]、QFD、AD、TOC等分析问题的理论和方法．下面给出一个以液晶显示器为例，说明发现冲突的一种方法．

液晶显示器的基本原理是，夹在玻璃基板间的液晶分子在电场作用下，初始排列发生改变，从而液晶层的光学性质发生变化，使通过液晶层的光被调制，而实现显示．然而，在固定电场的作用下，液晶材料会发生电化学反应，而使液晶器件失效．此问题可用如图5所示的物质—场模型描述．

图5中，S2表示带有透明电极的玻璃基板，S1表示液晶材料，FE表示电场．图5中的曲线箭头表示存在有害的效应，表明液晶器件的功能存在冲突．需要进行创新设计，目标是消除现有设计中存在的冲突．即新的设计既要使玻璃基板间的液晶分子排列在电场作用下发生变化，又要保证液晶材料不发生电化学反应．改进后的模型应该如图6所示．

图5 液晶器件的物质-场模型Fig.5Substance-field analysis of liquid crystal device

图6 改进后的液晶器件的物质-场模型Fig.6Substance-fieldmodelofimprovedliquidcrystaldevice

2.2 解决冲突实现液晶显示器件创新设计

在确定系统中的冲突以后，就要借助TRIZ中的冲突解决理论，进行冲突求解[10]，消除冲突．消除冲突就标志着问题得到了解决，实现了产品的创新．TRIZ中的冲突解决理论包括解决技术冲突的发明原理和解决物理冲突的分离原理．可以采用如图7的过程寻找消除冲突的解决方案．

首先，分析这个系统中的冲突是技术冲突还是物理冲突，如果此冲突属于技术冲突，则应用39个工程参数进行描述，再应用TRIZ中的“冲突矩阵”来解决冲突．从矩阵中查找到被建议的发明原理，利用类比思考的方式可以得到解决冲突的思考方向．如果此冲突属于物理冲突，则采用分离原理和类比的思考方式求解．此外，如果技术冲突找不到合适的工程参数来描述，或者在“冲突矩阵”中找不到合适的发明原理，则需要把技术冲突转换成物理冲突，再进行求解．

例如2.1节中，对于液晶器件功能中存在的冲突，应用图7中的解决过程．液晶器件功能中存在的矛盾是：要实现液晶分子的排列改变需要电场的作用，但是固定的电场会使液晶材料发生电化学反应而影响器件的寿命．该冲突属于物理冲突，考虑利用分离原理解决冲突．液晶分子排列在电场下发生变化，响应时间是10 ms以下，而液晶材料在固定电场的作用下发生电化学反应相比之下是十分缓慢的过程．因此，在电场作用下液晶分子的响应时间内，液晶材料发生的反应可以忽略．因此可以采用基于时间的分离原理，在给液晶施加一个瞬间电场后，液晶分子已经响应而液晶材料还未发生电化学反应，然而我们需要维持一定时间的液晶分子在电场下的排列状态，因此需要反复施加瞬间电场，不过相邻两次施加电场的方向应该相反，这样从长时间看来施加的是一个不断变化的电场，也就是脉冲电场．这样，我们既实现了维持液晶分子在电场下的排列状态，又消除了固定电场引起液晶材料发生电化学反应的有害效应．

图7 TRIZ解决冲突产生方案的过程Fig.7The process of resolving conflict and generating solutions by TRIZ

3 结论

自主创新对于液晶显示技术企业这样资本和技术双密集型的门槛行业发挥着越来越关键的作用．通过应用基于TRIZ的技术成熟度预测方法，对液晶显示技术进行了成熟度预测，从战略上指导液晶显示企业的创新；通过应用TRIZ中的冲突及其解决理论，为液晶显示企业在产品创新设计研发方面，提供了切实可行的方法和途径．通过这两个方面的探索，建立了一种基于TRIZ理论提高液晶显示技术企业自主创新能力的方案．提高液晶显示技术企业自主创新能力是产业发展的实际需要，也是高新技术企业可持续发展的源泉．通过应用提出的方法，可以使液晶显示企业在战略、设想、研发、制造等方面显著提高自主创新的能力．

[1]谷志华．发展平板显示产业，抓住主流技术，解决核心问题[J]．现代显示，2008，90（7）：5-10．

[2]应根裕．中国平板显示技术发展30年[J]．现代显示，2009，97（2）：6-16．

[3]张焕高．基于专利分析的产品技术成熟度预测技术及其软件开发[D]．天津：河北工业大学，2003：3．

[4]李向东，徐勇，石陆魁．基于因子分析的高新技术企业自主创新能力提升影响因素研究[J]．河北工业大学学报，2014，43（1）：107-111．

[5]Altsehuller G S．Creativity as an Exact Science[M]．New York：Gordon&Breach，1988：205-213．

[6]檀润华．创新设计[M]．北京：机械工业出版社，2002：186-232．

[7]Miehael W Frauens．Improved selection of technically attractive projects using knowledge management and net interactive tools[D]．Urbana：University of Illinois，2000．1．

[8]檀润华．TRIZ及应用[M]．北京：高等教育出版社，2010：1-2．

[9]周长青，彭伟．TRIZ理论物-场模型的演化及其应用[J]．轻工机械，2010，28（2）：89-92．

[10]檀润华，张瑞红．基于TRIZ的产品创新设计[J]．河北工业大学学报，2004，33（2）：90-95．

[责任编辑 田丰夏红梅]

Improve the capacity for independent innovation of LCD enterprise based on TRIZ

LI Zhiguang1,2，TAN Runhua2

(1.School of Sciences,Hebei University of Technology,Tianjin 300401,China;2.National Technological Innovation Method and Tool Engineering Research Center,Hebei University of Technology,Tianjin 300130,China)

The aim of this paper is to improve the market competitiveness and the capacity for independent innovation of LCD enterprise.The data of number of LCD patents and the value of LCD sales were obtained and then the curves of Time-Number of LCD Patents and Time-Value of LCD Sales were established.So the maturity of LCD technology was mapped based on TRIZ theory and the innovation strategy was also analyzed according to the development characteristics of LCD technology.Conflicts and their solutions in TRIZ were introduced in LCD area.How to find conflicts in LCD device was discussed,and the process of resolving conflicts and generating solutions by TRIZ were applied to implement the innovative design of LCD device.This research will be significant in improving technology development strategy and new product development.

capacity forindependentinnovation;TRIZ;LCDenterprise;grade of maturity ofproducttechnology;conflict

TN873.93

A

1007-2373(2015)03-0033-05

10.14081/j.cnki.hgdxb.2015.03.007

2015-01-04

河北省科技计划项目（134576260）；国家自然科学基金（51275153，61475042，11304074，11274088）；国家科技基础性专项（2013IM030400）；河北省自然科学基金（E2012202104，A2014202123）；教育部新世纪优秀人才计划项目（NCET-11-0931）；河北省教育厅高层次人才项目（GCC2014048）；河北省教育厅项目（QN2014130）

李志广（1978-），男（汉族），讲师，博士．通讯作者：檀润华（1958-），男（汉族），教授，博导，rhtan@hebut.edu.cn．

数字出版日期：2015-06-17数字出版网址：http://www.cnki.net/kcms/detail/13.1208.T.20150617.1544.006.html