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歐陽鐘燦 :新型顯示技術在崛起

時間:2022-09-13來源:人民日報 作者:佚名

今年1月16日出版的第二期《求是》雜志發(fā)表習近平總書記重要文章《不斷做強做優(yōu)做大我國數(shù)字經濟》,文章指出:“要聚焦集成電路、新型顯示、通信設備、智能硬件等重點領域,加快鍛造長板、補齊短板,培育一批具有國際競爭力的大企業(yè)和具有產業(yè)鏈控制力的生態(tài)主導型企業(yè),構建自主可控產業(yè)生態(tài)。”多年來,我國顯示技術快速發(fā)展,顯示產業(yè)升級躍遷,功能豐富的顯示屏不斷涌現(xiàn),持續(xù)為數(shù)字生活增色添彩。

2022年2月4日晚,第二十四屆冬季奧林匹克運動會開幕式在北京國家體育場舉行。“致敬人民”環(huán)節(jié)中,運動員優(yōu)美地滑行在浩瀚的冰雪“運動場”上。這個“運動場”,正是中國自主設計制造的1萬多平方米大地智慧顯示屏。北京冬奧會開幕式不僅打造出夢幻般的冰雪世界,也讓中國顯示技術的創(chuàng)新成果驚艷亮相。

視覺是人類獲取信息的重要途徑,顯示技術讓人類通過視覺獲取到的信息呈幾何級數(shù)增長。電視機、平板電腦、智能手機、城市建筑的高清大屏、增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實的體驗設備……正是各式各樣的顯示技術產品,讓我們看到了更加豐富多彩的大千世界。

顯示技術發(fā)展歷程

1897年,物理學家發(fā)明了CRT(陰極射線管),這是世界上最早的電子顯示器,拓展了人類社會信息傳遞的形式。1939年第一臺黑白電視機誕生,從此人們不僅可以聞其聲,也能見其人。隨著技術成熟,CRT顯示屏幕越來越大,顯示效果越來越好,但存在笨重、尺寸受限、不能移動等缺點。

液晶的發(fā)明開辟出顯示技術新領域。1888年,奧地利植物學家發(fā)現(xiàn)了一種隨溫度變化而在固液之間轉換的中間態(tài),這種物質具有液體的流動性,同時在光學上表現(xiàn)出晶體的各向異性,被稱為“液晶”。100多年后,液晶廣泛應用于計算機、電子表等產品中,產業(yè)化發(fā)展初具規(guī)模。液晶顯示使十幾公斤重的手提電腦降到幾公斤,極大地方便了人們的工作生活。

隨著技術進步,TFT-LCD(薄膜晶體管液晶顯示)閃亮登場,它應用廣泛,是目前最成熟、產業(yè)鏈最完整的主流顯示技術。其典型結構類似三明治,在兩片玻璃中間夾著液晶材料,其中包含上偏振片、彩色濾光片、液晶層、TFT陣列基板、下偏振片和背光模組等6個部分。其顯示原理是利用電壓控制液晶分子的排列,進而改變光的偏振性能,實現(xiàn)圖像和文字的顯示。這項技術發(fā)展迅速,其對比度、分辨率、刷新率、色域等取得巨大突破,多項顯示參數(shù)接近人眼視覺極限,已經廣泛應用于智能手機、平板電腦、筆記本電腦、顯示器、電視等電子產品。近年來,在Mini LED(次毫米發(fā)光二極管顯示)背光技術加持下,液晶產品的色域更廣、亮度和對比度更高,未來可在車載、家居、教育、醫(yī)療等各類應用場景中大顯身手。

液晶顯示高速發(fā)展的同時,OLED(有機發(fā)光二極管顯示)技術登上舞臺。這是一種具有多層有機薄膜結構的自發(fā)光器件,相比于液晶,具有響應快、高色域、高對比度、可柔性等優(yōu)勢。2008年,OLED顯示屏首次在智能手機上應用,今天已經成功應用于折疊手機,實現(xiàn)外折、內折、360度折疊、卷曲等多種形態(tài)。除了手機,平板電腦應用這一技術也可實現(xiàn)折疊,電視則可以像畫軸一樣舒展。當這項技術集成屏下指紋識別、屏下人臉識別、屏下攝像等功能時,會實現(xiàn)真正的“全面屏”顯示效果。未來,OLED技術將在顯示領域發(fā)揮更大作用。

近年來流行的Micro LED(微米量級發(fā)光二極管顯示)技術具有芯片尺寸小、自發(fā)光等特點,在亮度、色域、分辨率、對比度、功耗、壽命、響應時間、熱穩(wěn)定性等顯示性能方面擁有優(yōu)勢,是一項充滿潛力的技術。借助無縫拼接、可定制化形態(tài)的特性,這一技術可以應用在超大尺寸顯示領域,也可以應用在微顯示增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、混合現(xiàn)實等領域。

還有更多前沿顯示技術值得期待。量子點發(fā)光顯示、光場顯示、全息顯示等將是顯示技術的探索方向。另外,在5G、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術的帶動下,顯示技術、顯示產業(yè)也將發(fā)生變革,為人們提供更舒適、更便捷的視覺信息獲取方式。

我國顯示產業(yè)崛起

我國從20世紀末開始探索和發(fā)展顯示產業(yè),經過20多年“引進、消化、吸收、自主創(chuàng)新”,已經成為全球液晶顯示技術的引領者。我國顯示產業(yè)的崛起,折射出我國從制造大國邁向科技強國的發(fā)展步伐。

這一發(fā)展過程主要包括三個階段。第一階段是探索。20世紀90年代,CRT技術發(fā)展如日中天,但平板顯示技術的替代已初露端倪。國內企業(yè)敏銳意識到技術變革的到來,經過對產業(yè)發(fā)展方向的研判,正確選擇了液晶顯示作為發(fā)展方向,1998年開始戰(zhàn)略布局和技術積累。第二階段是突破。多條液晶顯示生產線的成功建立,使中國顯示產業(yè)實現(xiàn)了從0到1的突破,結束了中國大陸沒有自主液晶顯示屏的時代,實現(xiàn)全系列液晶屏國產化。第三階段是引領。2012年,中國大陸顯示面板產能達到全球10%;2017年,中國成為顯示面板出貨量第一的國家;2021年,中國在全球顯示市場銷售額為648億美元,總份額達41.5%。無論是技術實力、產業(yè)規(guī)模還是市場占有率等,中國顯示產業(yè)都已位居全球引領者地位。

盡管我國在顯示領域已經取得顯著成就,但我們依然要重視全球顯示產業(yè)發(fā)展態(tài)勢,正視技術、材料、設備等方面存在的不足,時刻保持危機意識,加快創(chuàng)新步伐。在新型顯示技術布局上,搶占產業(yè)發(fā)展高地時不我待,特別要提高關鍵材料和設備的國產化率,提升我國顯示產業(yè)鏈的自主化能力。只有加大新型顯示技術研發(fā)力度,持續(xù)加速產業(yè)鏈上下游國產化進程,才能讓中國顯示產業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。

集成電路與新型顯示并稱“一芯一屏”,在高端制造業(yè)中具有重要地位。過去很長一段時間里,“缺芯少屏”難題限制了我國顯示產業(yè)發(fā)展。如今,我國顯示技術和產業(yè)已經位居世界前列,曾經動輒上萬元的液晶電視,如今只需幾千元就可以買到,實實在在地為百姓帶來了實惠,其背后凝結了無數(shù)科研人和產業(yè)人的智慧與心血。

創(chuàng)新永無止境。在萬物互聯(lián)時代,顯示技術作為重要角色,將以蓬勃的生命力賦能更多應用場景。我們應緊抓物聯(lián)網(wǎng)與顯示技術深度融合的發(fā)展趨勢,積極構建物聯(lián)生態(tài),為我國經濟發(fā)展注入更多活力。

(作者為中國科學院院士、中國科學院理論物理研究所研究員)

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