平板顯示產(chǎn)業(yè)面臨重大轉(zhuǎn)變

　　平板顯示技術(shù)在當(dāng)代人生活與工作中變得越來(lái)越重要，“大屏小屏人人有”這句話充分表述了這種狀況。我國(guó)是世界上人口最多的大國(guó)，平板顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在我國(guó)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的重要性是毋庸置疑的。平板顯示技術(shù)目前的主流是液晶顯示技術(shù)。我國(guó)已是世界上液晶產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的國(guó)家，20年來(lái)我國(guó)在液晶顯示技術(shù)上的進(jìn)步是有目共睹的。但是，由于我國(guó)一直未能自主掌握相關(guān)產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，所以在這個(gè)重大產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中，我國(guó)一直處于被動(dòng)的“挨整”地位，盡管有很大的發(fā)展，但經(jīng)濟(jì)上的損失還是相當(dāng)巨大的。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)是業(yè)內(nèi)都承認(rèn)的。

　　目前，平板顯示技術(shù)又一次處在發(fā)生重大轉(zhuǎn)變的前夜。我國(guó)又一次處在相對(duì)被動(dòng)而且缺乏應(yīng)有準(zhǔn)備的狀況。如果不及時(shí)采取強(qiáng)有力的措施，適當(dāng)集中力量，努力爭(zhēng)取避免重蹈過(guò)去20年的覆轍，而是繼續(xù)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中處在被動(dòng)的“引進(jìn)”狀態(tài)，不能自主掌握核心技術(shù)，今后我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將會(huì)面臨嚴(yán)重的損失。

　　平板顯示產(chǎn)業(yè)技術(shù)將要面臨兩個(gè)重大的帶有本質(zhì)性的轉(zhuǎn)變：

　　1.電視屏技術(shù)（“大屏”技術(shù)）將要從以液晶（LC）顯示屏為主轉(zhuǎn)變到以有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示屏為主。

　　2.手機(jī)、筆記本電腦等“小屏”技術(shù)將要轉(zhuǎn)向以“雜化”的全息激光投影（HLP，holographic laser projection）技術(shù)為主。

　　從國(guó)際發(fā)展的局面來(lái)預(yù)測(cè)，大約在3～5年內(nèi)前者將會(huì)大規(guī)模地出現(xiàn)在市場(chǎng)上，后者也許要慢一些，但在3～5年內(nèi)也會(huì)有一定規(guī)模的出現(xiàn)。因此，擺在我們面前的任務(wù)是極端迫切的。

　　基于氧化物電子學(xué)的TFT技術(shù)事關(guān)全局

　　經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，OLED作為平板顯示的基礎(chǔ)元件已經(jīng)成熟了。從亮度、色彩、壽命、工藝等方面看，盡管還會(huì)不斷有所改進(jìn)，但是用OLED屏代替LC屏在技術(shù)上已經(jīng)成熟了。OLED屏較之LC屏，從耗能、色彩、視感方面看，優(yōu)勢(shì)太大了，這也已經(jīng)為實(shí)踐所證實(shí)。那么，為什么這個(gè)代替還沒(méi)有被普遍接受呢？問(wèn)題出在驅(qū)動(dòng)OLED顯示屏工作的電路系統(tǒng)上。在顯示系統(tǒng)中，LC屏實(shí)質(zhì)上是起光開(kāi)關(guān)作用的，它的運(yùn)行本質(zhì)上是電壓驅(qū)動(dòng)的。目前使用用于液晶顯示的非晶硅（a-硅）技術(shù)制備的TFT電路，是能夠滿足LC-TFT規(guī)模生產(chǎn)的需求的。對(duì)OLED屏系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，OLED器件本身就是光源，它們的運(yùn)作需要較大的電流。但由于目前用于液晶TFT的非晶硅（a-硅）薄膜的載流子遷移率很低，所以電路系統(tǒng)無(wú)法提供給OLED器件足夠的電流。為了提高a-硅薄膜的遷移率，發(fā)展了基于晶粒再結(jié)晶效應(yīng)的低溫多晶硅（LTPS）技術(shù)。利用這種改進(jìn)的LTPS技術(shù)，可以用來(lái)制備OLED顯示屏。于是，數(shù)年前市場(chǎng)上開(kāi)始出現(xiàn)了使用OLED屏的手機(jī)、筆記本電腦以及小型的彩色電視。但是估計(jì)由于成品率在面積較大時(shí)難以做到較高的水平，所以除手機(jī)屏外，其他都沒(méi)有真正形成較有規(guī)模的市場(chǎng)。

　　事實(shí)上，在光電子學(xué)技術(shù)中廣泛使用的氧化物導(dǎo)電材料，它們的載流子遷移率不難做到多晶硅薄膜的幾倍到幾十倍。因此，發(fā)展適用于OLED顯示屏的基于氧化物材料的TFT電路技術(shù)也在國(guó)際上得到重視。在三年前我們寫(xiě)的一份關(guān)于OLED屏的咨詢(xún)意見(jiàn)中，我們建議，做好平板顯示產(chǎn)業(yè)從LC屏轉(zhuǎn)移到OLED屏為主的科學(xué)技術(shù)工作的關(guān)鍵是發(fā)展相應(yīng)的TFT電路技術(shù)。但是報(bào)告中強(qiáng)調(diào)的當(dāng)前重點(diǎn)還是放在發(fā)展改進(jìn)了的LTPS技術(shù)，爭(zhēng)取進(jìn)一步提高其均勻性和大面積的成品率上。同時(shí)也提出應(yīng)重視氧化物TFT電路技術(shù)的發(fā)展，加強(qiáng)研究力量?？墒墙诘膰?guó)際動(dòng)態(tài)表明，我們?cè)瓉?lái)的這個(gè)估計(jì)太保守了。毫無(wú)疑問(wèn)，建立在基于氧化物的TFT電路技術(shù)上的OLED屏顯示技術(shù)，現(xiàn)在已經(jīng)處在成熟和規(guī)?；貙?shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的前夜，已經(jīng)開(kāi)始有產(chǎn)品出售。毫無(wú)疑問(wèn)，3～5年內(nèi)，在電視產(chǎn)業(yè)中，OLED屏的顯示技術(shù)將要代替LC屏的顯示技術(shù)成為主流，而OLED屏顯示技術(shù)用的將是基于氧化物電子學(xué)的TFT電路技術(shù)。我們認(rèn)為這正是做好準(zhǔn)備實(shí)現(xiàn)這個(gè)重大轉(zhuǎn)變的科學(xué)技術(shù)關(guān)鍵。

　　近20多年來(lái)，圍繞氧化物的物理、化學(xué)、材料科學(xué)以及它們?cè)陔娮訉W(xué)和光電子學(xué)等方面的應(yīng)用，國(guó)際上進(jìn)行了大量的工作，我國(guó)也有相當(dāng)數(shù)量的各方面研究工作，應(yīng)該說(shuō)已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)。氧化物電子學(xué)（oxide electronic）在國(guó)際國(guó)內(nèi)也逐漸成為一個(gè)常用的詞。如果我們以發(fā)展自主的基于氧化物的大面積TFT電路技術(shù)，為我國(guó)的OLED屏顯示技術(shù)產(chǎn)業(yè)的自主發(fā)展提供基礎(chǔ)為奮斗目標(biāo)，結(jié)合國(guó)內(nèi)原有的較好基礎(chǔ)的OLED材料和器件技術(shù)的力量，結(jié)合國(guó)內(nèi)企業(yè)界引進(jìn)平板顯示技術(shù)的積極性，精心組織物理、化學(xué)、材料科學(xué)、材料工藝學(xué)和集成電子學(xué)的科技力量，大力協(xié)同，力求在3～5年內(nèi)掌握有關(guān)的科學(xué)技術(shù)關(guān)鍵，包括在工藝裝備的研制上有自主的能力，從而在這場(chǎng)高新產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)中，為我國(guó)爭(zhēng)到一定意義上的主動(dòng)，將是很有意義，也是值得去努力的。

　　這場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，不僅對(duì)OLED屏平板顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有幫助，也為我國(guó)在氧化物電子學(xué)上爭(zhēng)到較前沿的位置。估計(jì)氧化物電子學(xué)在信息存儲(chǔ)、光電子學(xué)、磁電子學(xué)、超導(dǎo)電子學(xué)等方面還會(huì)有較大的應(yīng)用前景，這也是值得去努力的。

　　應(yīng)重視基于全息激光投影技術(shù)的顯示屏技術(shù)

　　近幾年，把網(wǎng)絡(luò)，攝影，電視等功能都綜合在移動(dòng)通信（手機(jī)）上的發(fā)展趨勢(shì)非常引人注目，但也暴露出電子學(xué)的巨大進(jìn)步受限于最后需要一個(gè)顯示屏作為人機(jī)界面的局限性。如果我們考察一下以iPhone和iPad為代表的這一類(lèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展，就很容易理解這個(gè)問(wèn)題了。有沒(méi)有可能基于激光投影來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題？如果發(fā)展出一種利用激光投影，用虛擬鍵盤(pán)和投影屏來(lái)代替平板顯示屏作為人機(jī)界面，就能把筆記本電腦（文字處理）、通信、攝影、電視等全都綜合在可以放在上衣口袋中的手機(jī)上！這是多么誘人的設(shè)想。由于半導(dǎo)體激光器和微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，這種設(shè)想已經(jīng)完全可能，而且經(jīng)濟(jì)上也不是很昂貴。例如這樣的手機(jī)投影儀已經(jīng)在市場(chǎng)上出現(xiàn)了。問(wèn)題出在利用傳統(tǒng)的像素到像素的投影方式，光的利用效率較低，屏的亮度不夠。再加上激光由于相干性產(chǎn)生的“閃斑”效應(yīng)，對(duì)人眼有損害，為了避免這個(gè)損害的措施又進(jìn)一步降低了光的利用效率，因此上述設(shè)想的激光投影顯示技術(shù)一直難以成為規(guī)?；漠a(chǎn)業(yè)。

　　最近國(guó)際上發(fā)展出一種全新的激光投影技術(shù)，這種技術(shù)是基于激光全息投影（holographic laser projection，HLP）的概念，把傳播來(lái)的圖像信息通過(guò)數(shù)值技術(shù)處理，將圖像的長(zhǎng)波部分轉(zhuǎn)變成相位調(diào)制的全息圖（全息光柵），利用衍射光學(xué)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)投影，這是投影光能的大部分。短波部分則還是通過(guò)像素到像素的方式掃描投影，來(lái)提供圖像的“細(xì)節(jié)”，它只是投影光能的小部分。這樣做的結(jié)果是可以大大提高光能利用的效率，因而提高了圖像的亮度，同時(shí)也把“閃斑”問(wèn)題解決了。不僅是理論計(jì)算，而且實(shí)驗(yàn)也證明了利用這種可以稱(chēng)作“雜化”的HLP技術(shù)，確實(shí)可把手機(jī)改造成一臺(tái)筆記本電腦，使得上網(wǎng)、通信、照相、電視、文字處理等功能綜合在可以放入上衣口袋的手機(jī)上，隨時(shí)隨地都可以使用。這將是一個(gè)平板顯示的全新時(shí)代！更不用說(shuō)，HLP技術(shù)本身就含著三維顯示的可能，預(yù)示著3D圖像技術(shù)的未來(lái)。

　　衍射光學(xué)，特別是全息光學(xué)是現(xiàn)代光學(xué)的重要部分，我國(guó)在自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)、圖像數(shù)據(jù)處理和傳輸技術(shù)等學(xué)科方面也已經(jīng)有一定基礎(chǔ)。半導(dǎo)體激光器和微機(jī)械技術(shù)在我國(guó)也已經(jīng)有一定基礎(chǔ)。目前應(yīng)該抓緊時(shí)間，組織國(guó)內(nèi)有關(guān)力量，從發(fā)展雜化的HLP顯示技術(shù)的角度，把微機(jī)械技術(shù)、半導(dǎo)體紫外和藍(lán)綠紅激光技術(shù)、衍射光學(xué)和計(jì)算全息學(xué)技術(shù)等學(xué)科協(xié)同發(fā)展起來(lái)，力爭(zhēng)在3～5年內(nèi)，我國(guó)在這個(gè)劇烈競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)業(yè)中，有一定意義上的自主發(fā)展位置。

　　這樣做的結(jié)果也會(huì)推進(jìn)我國(guó)在微機(jī)械技術(shù)、現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)和激光技術(shù)的進(jìn)步，而這些技術(shù)在推進(jìn)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)、國(guó)防技術(shù)方面的意義也是很大的。

　　上述兩個(gè)方面的研發(fā)工作，和當(dāng)代材料科學(xué)、現(xiàn)代光學(xué)、納米科學(xué)、激光科學(xué)都有密切聯(lián)系，會(huì)對(duì)這些學(xué)科部門(mén)發(fā)展有大的推動(dòng)，可以認(rèn)為這是學(xué)科發(fā)展的一個(gè)機(jī)會(huì)。由于產(chǎn)業(yè)部門(mén)對(duì)這兩方面的發(fā)展都有強(qiáng)烈的興趣，這也是中國(guó)科學(xué)院、研究型大學(xué)與產(chǎn)業(yè)部門(mén)協(xié)同發(fā)展的一個(gè)好機(jī)會(huì)。