我國平板顯示產(chǎn)業(yè)面臨的迫切科學技術(shù)問題

平板顯示產(chǎn)業(yè)面臨重大轉(zhuǎn)變

平板顯示技術(shù)在當代人生活與工作中變得越來越重要，"大屏小屏人人有"這句話充分表述了這種狀況。我國是世界上人口最多的大國，平板顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展在我國產(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)。我國已是世界上液晶產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大的國家，20年來我國在液晶顯示技術(shù)上的進步是有目共睹的。但是，由于我國一直未能自主掌握相關(guān)產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)，所以在這個重大產(chǎn)業(yè)的國際競爭中，我國一直處于被動的"挨整"地位，盡管有很大的發(fā)展，但經(jīng)濟上的損失還是相當巨大的。這個經(jīng)驗教訓是業(yè)內(nèi)都承認的。

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。我國又一次處在相對被動而且缺乏應(yīng)有準備的狀況。如果不及時采取強有力的措施，適當集中力量，努力爭取避免重蹈過去20年的覆轍，而是繼續(xù)在國際競爭中處在被動的"引進"狀態(tài)，不能自主掌握核心技術(shù)，今后我國國民經(jīng)濟和科學技術(shù)的發(fā)展將會面臨嚴重的損失。

平板顯示產(chǎn)業(yè)技術(shù)將要面臨兩個重大的帶有本質(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)變到以有機發(fā)光二極管(OLED)顯示屏為主。

2.手機、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。

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

基于氧化物電子學的TFT技術(shù)事關(guān)全局

經(jīng)過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，盡管還會不斷有所改進，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)勢太大了，這也已經(jīng)為實踐所證實。那么，為什么這個代替還沒有被普遍接受呢?問題出在驅(qū)動OLED顯示屏工作的電路系統(tǒng)上。在顯示系統(tǒng)中，LC屏實質(zhì)上是起光開關(guān)作用的，它的運行本質(zhì)上是電壓驅(qū)動的。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OLED屏系統(tǒng)來說，OLED器件本身就是光源，它們的運作需要較大的電流。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)。利用這種改進的LTPS技術(shù)，可以用來制備OLED顯示屏。于是，數(shù)年前市場上開始出現(xiàn)了使用OLED屏的手機、筆記本電腦以及小型的彩色電視。但是估計由于成品率在面積較大時難以做到較高的水平，所以除手機屏外，其他都沒有真正形成較有規(guī)模的市場。

事實上，在光電子學技術(shù)中廣泛使用的氧化物導電材料，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)也在國際上得到重視。在三年前我們寫的一份關(guān)于OLED屏的咨詢意見中，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)。但是報告中強調(diào)的當前重點還是放在發(fā)展改進了的LTPS技術(shù)，爭取進一步提高其均勻性和大面積的成品率上。同時也提出應(yīng)重視氧化物TFT電路技術(shù)的發(fā)展，加強研究力量?？墒墙诘膰H動態(tài)表明，我們原來的這個估計太保守了。毫無疑問，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)?；貙崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的前夜，已經(jīng)開始有產(chǎn)品出售。毫無疑問，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的TFT電路技術(shù)。我們認為這正是做好準備實現(xiàn)這個重大轉(zhuǎn)變的科學技術(shù)關(guān)鍵。

近20多年來，圍繞氧化物的物理、化學、材料科學以及它們在電子學和光電子學等方面的應(yīng)用，國際上進行了大量的工作，我國也有相當數(shù)量的各方面研究工作，應(yīng)該說已經(jīng)有了一定的基礎(chǔ)。氧化物電子學(oxide electronic)在國際國內(nèi)也逐漸成為一個常用的詞。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，結(jié)合國內(nèi)原有的較好基礎(chǔ)的OLED材料和器件技術(shù)的力量，結(jié)合國內(nèi)企業(yè)界引進平板顯示技術(shù)的積極性，精心組織物理、化學、材料科學、材料工藝學和集成電子學的科技力量，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，從而在這場高新產(chǎn)業(yè)的競爭中，為我國爭到一定意義上的主動，將是很有意義，也是值得去努力的。

這場競爭，不僅對OLED屏平板顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有幫助，也為我國在氧化物電子學上爭到較前沿的位置。估計氧化物電子學在信息存儲、光電子學、磁電子學、超導電子學等方面還會有較大的應(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通信(手機)上的發(fā)展趨勢非常引人注目，但也暴露出電子學的巨大進步受限于最后需要一個顯示屏作為人機界面的局限性。如果我們考察一下以iPhone和iPad為代表的這一類電子產(chǎn)品的發(fā)展，就很容易理解這個問題了。有沒有可能基于激光投影來解決這個問題?如果發(fā)展出一種利用激光投影，用虛擬鍵盤和投影屏來代替平板顯示屏作為人機界面，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上!這是多么誘人的設(shè)想。由于半導體激光器和微機械技術(shù)的發(fā)展，這種設(shè)想已經(jīng)完全可能，而且經(jīng)濟上也不是很昂貴。例如這樣的手機投影儀已經(jīng)在市場上出現(xiàn)了。問題出在利用傳統(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)，對人眼有損害，為了避免這個損害的措施又進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，把傳播來的圖像信息通過數(shù)值技術(shù)處理，將圖像的長波部分轉(zhuǎn)變成相位調(diào)制的全息圖(全息光柵)，利用衍射光學的方法來實現(xiàn)投影，這是投影光能的大部分。短波部分則還是通過像素到像素的方式掃描投影，來提供圖像的"細節(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，同時也把"閃斑"問題解決了。不僅是理論計算，而且實驗也證明了利用這種可以稱作"雜化"的HLP技術(shù)，確實可把手機改造成一臺筆記本電腦，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上，隨時隨地都可以使用。這將是一個平板顯示的全新時代!更不用說，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。

衍射光學，特別是全息光學是現(xiàn)代光學的重要部分，我國在自適應(yīng)光學技術(shù)、圖像數(shù)據(jù)處理和傳輸技術(shù)等學科方面也已經(jīng)有一定基礎(chǔ)。半導體激光器和微機械技術(shù)在我國也已經(jīng)有一定基礎(chǔ)。目前應(yīng)該抓緊時間，組織國內(nèi)有關(guān)力量，從發(fā)展雜化的HLP顯示技術(shù)的角度，把微機械技術(shù)、半導體紫外和藍綠紅激光技術(shù)、衍射光學和計算全息學技術(shù)等學科協(xié)同發(fā)展起來，力爭在3～5年內(nèi)，我國在這個劇烈競爭的產(chǎn)業(yè)中，有一定意義上的自主發(fā)展位置。

這樣做的結(jié)果也會推進我國在微機械技術(shù)、現(xiàn)代光學技術(shù)和激光技術(shù)的進步，而這些技術(shù)在推進高技術(shù)產(chǎn)業(yè)、國防技術(shù)方面的意義也是很大的。

上述兩個方面的研發(fā)工作，和當代材料科學、現(xiàn)代光學、納米科學、激光科學都有密切聯(lián)系，會對這些學科部門發(fā)展有大的推動，可以認為這是學科發(fā)展的一個機會。由于產(chǎn)業(yè)部門對這兩方面的發(fā)展都有強烈的興趣，這也是中國科學院、研究型大學與產(chǎn)業(yè)部門協(xié)同發(fā)展的一個好機會。

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