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光变：一个企业及其工业史 第一节 创造TFT-LCD工业：“目标远大者”败，“鼠目寸光者”胜
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技术史证明，新技术从科学原理的突破到产生有经济价值的产品，中间需要一个漫长的过程，而这个过程的主要内容是改进（Mowery and Rosenberg 1998）。需要长期改进的原因是新技术在早期往往是很粗糙的，无论是创新者还是使用者都需要逐渐发现它们的性能及其应用范围，而且新技术往往还需要互补技术的出现或发展才能具有使用价值（Rosenberg 1996）。
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液晶显示技术的研发历史不仅再次证明了这个“规律”，而且还证明了为什么这个规律使战略成为决定创新者成败的关键。有关这段历史的一大戏剧性事实是，发明了所有液晶显示基本技术的美国先驱企业全都半途而废，而以“引进”美国技术为开端的日本企业却成功地实现了新技术的产业化。
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不同的结局首先起源于液晶显示技术开发者们所面临的根本矛盾：一方面是被电视应用的巨大潜力所唤起的宏大目标，另一方面则是粗糙的新技术在达到可应用之前仍然需要漫长的改进过程。但还是战略选择决定了创新者的命运——只盯着宏大目标的美国企业最终无法克服这个根本矛盾，不得不半途而废；而愿意并敢于在美国企业看不上眼的边缘产品领域进行创新的日本企业，则因为能够使新技术不断获得应用，所以最终把对新技术的改进坚持到了大规模应用的临界点。
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1888年，一位奥地利植物学家弗里德里希·雷里特泽（F·Reinetzer）发现一种物质，将其加热溶解至特定温度（179℃）时会成为透明液体，降到特定温度（145℃）时又成为固态晶体。不久之后，德国的一位物理学家D·莱曼表明，处于这两个温度之间的浑浊中间态似乎有一种晶体分子结构，于是他建议把处于这个状态的化合物称为“液晶”。但在此后的近一百年时间里，液晶都没有得到重视，直到20世纪60年代才因为与显示技术相结合而获得应用。
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“TFT-LCD”叫“薄膜晶体管液晶显示”，包括了两项基本技术——TFT（薄膜晶体管）和LCD（液晶显示），也就是由薄膜晶体管控制的液晶显示。追溯这两项技术的发展，就必须提到曾经领导过世界消费电子工业的美国RCA公司（the Radio Corporation of America，即美国无线电公司）。作为彩色电视的发明者和第二次世界大战后电视机工业的主导者，RCA最早产生了研发“挂在墙上的电视”的想法，而把液晶应用于开发平板电视的想法也最早产生于该公司的中央实验室（1953年被命名为萨洛夫中心）。1960年左右，该中心的一名研究人员威廉斯突然想到有可能建造一个运用光学开关和反射光来工作的扁平显示器——为验证他的预感，他制作了一个像三明治似的东西：它由两块玻璃组成，每块玻璃上涂有透明导电电极，两块玻璃之间夹有黏糊状的液晶；当玻璃被加热到大约120℃时，液晶开始熔化，当加上一定度数的低电压时，晶体又从透明变得不透明。这是第一次被发明出来的基本的液晶显示器（约翰斯顿 2004，第97页）。
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在此基础上，由赫尔梅尔（G.H．Heilmeier）领导的RCA研发人员继续前行。1964年，他们在寻找材料的过程中发现，液晶在施加电场的情况下会由透明变为乳白，并且把这种效果命名为“动态散射”。1968年5月28日，纽约RCA大楼召开了记者招待会，展示了一台实物大小的液晶平板电视模型（同时还展示了其他一些液晶的应用原型，包括数字读出仪和数字显示的电子钟），尽管它只能显示静态的单色图像，却在新闻界引起了超乎想象的轩然大波，同时也引起了日本工业界对液晶显示的强烈兴趣（同上，第98-99页）。
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但这时RCA公司已经开始走上一条导致它后来没落的道路——接替了传奇般领导人萨洛夫的新管理层实施进入计算机领域向IBM挑战和多元化的战略。这个转向使RCA的管理层减少了对消费电子的研发资助和注意，正如1968年后主管过RCA实验室的William Webster所言：“我们把整整一代的工程研发集中在计算机上，却是通过饿死真正的现金牛来达到的”（转引自Chandler 2001，p．39）。此时，公司管理层不知对液晶显示应该做些什么，不愿支持对平板电视的开发，因为这需要花太长的时间。同时，大公司的傲慢也使他们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“小玩意儿”。他们认为液晶不是硅，其材料按半导体的标准“不纯”，太容易生产，连“修车铺式的公司”都可以进入这项业务。这种分歧使得萨洛夫中心的液晶小组开始四分五裂。此后，RCA公司再也没对液晶有过严肃的努力（约翰斯顿 2004，第102-104页）。
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美国另一个开创了液晶显示研究的企业是西屋电气公司，它的实验室从1950年代后期就开始研究液晶。当时西屋已经成为美国核电站的核岛主设备的供应商，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管道里的水温，因为液晶可以根据管道的温度而改变颜色。该公司研究实验室的研究员詹姆士·弗加森首先把液晶引入到实际的应用中，又于1961年把注意力转到了显示器上。但西屋公司认为显示器不在公司的业务范围内，所以弗加森于1966年离开西屋，并于1970年创办了自己的公司。这位发明家最大的成就是发明了扭曲相列型液晶显示器（TN-LCD）(1)。在1970年代早期，RCA的乳白色动态散射LCD和弗加森的暗黑扭曲相列LCD展开竞争，结果以RCA散射LCD的惨败而告终（同上，第100-101页）。
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随着研发液晶显示器的进展，寻找控制液晶发光的方法就把薄膜晶体管的作用引入视野。液晶本身并不发光，液晶显示器（LCD）的光亮来自于液晶晶胞后面的光源（背光源）。每个晶胞起小快门的作用，或阻止光线通过或允许光线通过。这些快门由纵横矩阵式排列的透明电极来控制。两块玻璃中间是液晶，透明电极放在玻璃板的面上。纵横电极相交之处就被称为一个像素。液晶材料本身是液态，但有折射的性质。通过电压可控制分子（晶胞）的转动，当分子转动到不同的角度会有不同的透过率，所以靠透过率来实现显示。加上电压时，分子会站起来，但不能长时间地加，因为有一个动态寻址过程。加上电压之后，一个信号驱动另外一个信号，电压如果保持不了，显示性能就不好。解决对比度问题的根本途径就是把这些点分开，方法是让每个点都有自己的开关，只有开关打开的点才能被选中。这与电极方法不同——电极是一种被动的元件，而开关则是积极主动的装置，就产生了“主动矩阵”（active matrix）的概念，而薄膜晶体管（TFT）就是用来充当开关的。加上薄膜晶体管之后，相当于把像素驱动之后，把薄膜晶体管断掉，就放不了电。信号驱动别的信号，电就不会断，可以实现大容量显示。薄膜晶体管可以使主动矩阵液晶比当时生产的任何液晶都优越。
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薄膜晶体管（TFT）也是于1960年左右在RCA的萨洛夫研究中心最早被发明出来的（同上，第119-120页）。正如产生薄膜晶体管概念的最初动机并非是为了液晶显示（LCD）一样，一些企业早期介入对薄膜晶体管的研究也不是为了LCD，而是为了寻找制作集成电路的方法。在半导体被发明出来之后的最初20年里，半导体工业的主要支柱是双极晶体管（二极管），但自从1958年发明了集成电路之后，二极管不适于进行高水平集成的缺陷迫使研究人员去寻找替代品，而MOS和薄膜晶体管就是两种可能的替代品。在开发集成电路的竞争中，美国大多数大型电子企业都研究过这两种方法，但两个技术轨道之间的竞争在1960年代中期结束，MOS取得了最后的胜利，成为设计和制造集成电路的主导方法。曾经在TFT领域很活跃的企业——包括通用电气、休斯飞机公司（Hughes Aircraft）、雷神公司（Raytheon）、Zenith、Burroughs、Owens-Illinois和IBM公司等——都中止了他们的探索。此后，只有两家企业继续对薄膜晶体管的研究——RCA公司和西屋电气，它们同时也是开创了液晶显示器的两家企业。1964年，RCA推出自己的大型计算机，发动了与IBM的灾难性竞争。面对不可战胜的对手，RCA在竞争中落败，大伤元气，被迫于1971年卖掉计算机业务，同年也中止了TFT项目。
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RCA的退出使西屋在TFT技术上“独占一片荒凉的领域”。直到1960年代初，西屋公司还是一家电视和半导体的主要生产厂商。受到RCA在TFT研究上的触动，一名研究人员布罗迪于1963年在西屋电气开始了一个小规模的TFT研究项目，但始终没有得到集成电路事业部和公司管理层的重视。不过从各运营事业部争取资金的努力也扩大了布罗迪小组的视野，把显示器纳入了研究范围。但这在该公司并不是一个受欢迎的研究领域，据布罗迪讲：“西屋电子刚退出电视机业务，也未做计算机或终端业务……无论怎么说，我们要建立一个电视屏大小的TFT集成电路的想法显然是荒谬的”。薄膜结构的优点是可以覆盖大块区域，薄膜晶体管可以使主动矩阵液晶比当时生产的任何液晶显示器的性能都优越。随研究进展而越来越明显的是，它的革命性应用领域之一是电视的平板显示（“墙上的屏幕”），所以对布罗迪研究小组最大的支持来自电视事业部。但到1970年代中期，西屋关闭了电视事业部和半导体事业部中一直支持布罗迪小组的那个业务部门。当时布罗迪小组的研发已经到了这样的门槛，或者投资建立一个实验工厂生产主动矩阵显示器以产生一些收入，或者直接放弃研发努力。1979年，西屋执行委员会决定项目下马，停止所有有关主动矩阵显示器的工作。布罗迪从西屋辞职，创办了自己的公司。不可否认的是，布罗迪领导开发的薄膜晶体管和显示器在技术上仍然太粗糙，他所使用的半导体材料并不稳定，他们做出的显示器只有军方的个别订货，离应用在消费电子产品上还很遥远（约翰斯通 2004，第120-121页）。
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总之，那些涉足过液晶显示的美国大企业——RCA、罗克韦尔、西屋电气、摩托罗拉、AT＆T、通用电气、施乐和惠普，都在1970年代纷纷放弃了平板显示技术开发，其中没有一家后来成为市场的主要力量，而TFT-LCD技术最终也没有在美国实现产业化。但是，美国企业的失败之处恰恰就是日本企业的成功之处——日本人接过了接力棒，把薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）做成了可以推向市场的产品。这是“鼠目寸光”的胜利：日本企业因“小打小闹”而成功。
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当美国企业进行早期的液晶显示研究时，特别是RCA公布了液晶显示器之后，许多日本企业就产生出浓厚的兴趣，并开始了积极的跟踪研究。在它们当中，后来起到领导世界新潮流作用的是须羽精工和夏普。
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须羽精工是制表企业，为了生产石英表，它首先进入了半导体领域，在RCA公司的C-MOS集成电路基础上，成功开发出低耗能的C-MOS集成电路。在解决了这个问题之后，数字显示就成为关键，所以精工为保持在手表制造技术方面的领先优势而进入显示器领域。精工从弗加森的公司获得液晶技术的技术许可。1973年10月，精工生产了它的第一块数字LCD表（06LC型）。到1975年，市场迎来了爆炸性的数字手表热潮。那个年代的精工正处于充满创造性的阶段，公司的年轻工程师们可以从事他们感兴趣的研究并得到管理部门的充分支持，从石英手表的成功带来的滚滚财源也可以资助这些研究。
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在数字显示的手表获得巨大成功后，手表制造商们自然而然地想到了制造微型电视。当时卡西欧和西铁城都在研制腕表电视，它们集中于被动矩阵的显示器上，但这类显示器永远也不能产生出高对比度的图像。而精工的工程师们在研究液晶电视时，选择了专攻难度更大的主动矩阵显示器。主动矩阵显示器需要开关，但那时薄膜晶体管还不能投入实际生产。精工使用硅片作为基础材料，于1982年12月宣布生产了世界上第一块单色屏的腕表电视。该企业的工程师诸角信二在工作一段时间后认识到，硅片永远不会成为大量生产液晶电视的方法，必须向薄膜晶体管发起挑战，并获得成功。1983年5月，须羽精工在东京的一次记者招待会上宣布了2英寸的微型彩色液晶电视，使电子产业界大为震惊。在液晶显示器的历史上，须羽精工的微型LCD电视具有划时代的意义，它把液晶从失败的境地挽救出来，因为在那之前，液晶显示从未超出四位和八位计算器和手表这类既简单又转换缓慢的应用，而且很少有人相信TFT-LCD是制作平板显示器的可行方法（同上，第125-128页）。
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看到能够应用薄膜晶体管来生产液晶显示器电视后，松下、日立、东芝等大企业纷纷行动起来。精工不得不尽快把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。由于当时的玻璃不能承受高温激光处理时的热量，所以微小的屏使用的是石英，产量很低。1984年，精工以“我的频道”为名字推出了世界上第一台平板彩电（2英寸电视屏），售价约合315美元。但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。1980年代中期以后，精工开始遇到困难。1989年日本股市泡沫崩溃，由于前些年的扩张有点过度，精工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（同上，第128-130页）。
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最终把TFT-LCD做成的是夏普。夏普的前身是早川电气，1912年由日本著名企业家早川德治创办。这个企业早年发明过不需要固定眼的皮带扣和自动铅笔，1925年开始生产收音机，1951年成为日本第一家开发原型电视机（黑白）的企业，1952年成为日本第一家从RCA获得基本电视专利转让的企业。到1955年，早川电气已成为日本主要的电视生产商，占有国内大约四分之一的市场。但早川电气也有由来已久的弱点，它一直是一个终端组装企业，没有财力在生产显像管这样的关键元件方面进行投资。
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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，早川公司推出了它的第一台计算器夏普Compet CS-10A。根据1969年3月的一项协议，早川从美国罗克韦尔公司购买用于计算器的集成电路。1970年9月15日，已经领导早川电气58年的早川德治升为总裁，由佐佐木任总经理，公司名字也同时由早川电气改名为夏普。在佐佐木的领导下，新的夏普公司孤注一掷，投资75亿日元（合2100万美元，大约相当于当时夏普资产价值的四分之一）建起了自己的半导体厂。建半导体厂的动议从一开始就在夏普内部不受欢迎。这个工厂最初的5年每年亏损100万—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，那些反对过建厂的董事们此时又坚持说该厂是公司很有价值的资产，不应该卖掉（同上，第62-63页）。
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1970年代初期，有60多家企业在计算器市场上厮杀，其中夏普是最具有进取精神的创新者。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。在技术发展史上，计算器吸纳了一系列后来应用广泛的新技术，例如微处理器（micro-processor）就是英特尔为一家日本计算器企业开发出来的（同上，第63页）。1972年初，佐佐木回国时花了大约300万美元从RCA购买了一项专利，决定自力更生开发和生产LCD。20世纪70年代，夏普对LCD的生产设备投资了2亿美元——相对于这家企业的规模来说是一笔巨额资金（而RCA的LCD工厂在几个月后被关掉了）。1973年4月，夏普把液晶显示的计算器商业化，型号为EL-805，比精工推出的第一块LCD表早了6个月。这台计算器的显示器是RCA动态散射式的，采用了把LCD硅片和所有其他元件都装在同一块玻璃上的方法——这是十分超前的集成技术。但是这个厚2.1厘米、重200克的机器每100小时消耗一组电池，它因消耗大量能量、反应迟钝而被称为“神经质计算器”（Murtha，et al．2001，p．58）。但即使这样，夏普还是一只脚踩进了未来显示技术的大门，而有些企业却仅仅只是敲了一下门。
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夏普的研究人员一直怀有制作出墙挂电视的想法，也曾经在薄膜EL（场致发光）屏方面领先。精工于1983年宣布的LCD彩电让夏普的研究人员大吃一惊，不得不开始努力追赶精工。好在夏普的研究人员很熟悉非晶硅，因为夏普计算器的太阳能电池就是用这种材料制成的。于是，夏普开始研究把薄膜晶体管应用在平板显示上。这个过程是艰苦的，直到1985年，夏普还不能让单个的TFT液晶晶胞工作，而那时它的竞争对手如松下和三洋已经开始了小规模主动矩阵液晶显示器的商业化生产。到1987年，夏普终于设法使3英寸的液晶电视投入生产，虽然产量很低。当时夏普工程师们的最大愿望就是增大液晶电视屏的尺寸，从3英寸到4英寸，再到5英寸……但夏普开发小组负责人却另有想法，他于1988年初召集研究LCD的人员开会，给他们设定了一个表面上是不可能完成的任务——研发14英寸的显示器。这样一个面积的屏必须装有100多万支薄膜晶体管，远远超过此前任何尝试过的数量级。但恰恰是这种雄心激发了工程师们的斗志，他们终于克服了各种困难建造了这个屏。当年10月，夏普在日本电子展览会上展示了14英寸的液晶显示屏，引起轰动。更重要的是，夏普的研发人员得到了公司管理层的充分支持（约翰斯通 2004，第137页）。
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到20世纪80年代末，夏普开发出的14英寸以上彩色平板显示样机、IBM和东芝的合作研究的样机以及后来其他企业的样机都已在展览大厅展示，使参观者能够直接比较平板显示技术和CRT技术。在率先开发出来大尺寸液晶显示屏之后，日本企业已经到了进入大批量生产的门槛。
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但新技术的产业化并非像文字所表达得这样轻松，而是经历了若干年的一个过程，因为从开发出产品样品到实现量产，需要解决一系列的问题（产品研发、工艺设计、设备制造，等等）。有一个趣事可以反映技术创造过程的生动：在开发液晶分子的取向技术时，各日本企业都在暗中寻找更好的摩擦材料，某时某地刚刚传出“用马毛摩擦效果好”的消息后，画店里的马毛毛刷立刻被抢购一空（液晶器件手册，第563页）。恰恰是解决问题的努力使参与了这个过程的企业能够创造、分享和积累知识，而围绕产品和工艺开发的学习网络在日本的聚集使日本成为TFT-LCD工业的温床。
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日本在TFT-LCD产业化上的领先地位以及该工业的全球化性质，意味着以日本为产业集聚地而形成了这个工业的“主导技术轨道”和竞争标准。这种状况大大压缩了后进者的战略选择空间：尽管先行者壁垒已经出现，但只有加入主流（以日本为地理聚焦的学习网络）才能实现赶超。正因为如此，美国政府在平板显示产业主流之外另辟蹊径的企图被证明是一个失败（见本章第二节）。
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到1988年，夏普、东芝和IBM，以及其他痛苦挣扎的竞争者们，已经建立起独立制造大尺寸TFT-LCD的技术基础。但这些公司的管理层和工程师都明白，大尺寸样机只是代表了研发成就，实现量产才是制造上的挑战，“制造过程非常昂贵，产出很低，就像在地中海钓鲸鱼”（Murtha et al．2001，p．90）。
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