我国平板显示产业面临的迫切科学技术问题

平板显示产业面临重大转变

平板显示技术在当代人生活与工作中变得越来越重要，“大屏小屏人人有”这句话充分表述了这种状况。我国是世界上人口最多的大国，平板显示产业的发展在我国产业发展中的重要性是毋庸置疑的。平板显示技术目前的主流是液晶显示技术。我国已是世界上液晶产业规模最大的国家，20年来我国在液晶显示技术上的进步是有目共睹的。但是，由于我国一直未能自主掌握相关产业的核心技术，所以在这个重大产业的国际竞争中，我国一直处于被动的“挨整”地位，尽管有很大的发展，但经济上的损失还是相当巨大的。这个经验教训是业内都承认的。

目前，平板显示技术又一次处在发生重大转变的前夜。我国又一次处在相对被动而且缺乏应有准备的状况。如果不及时采取强有力的措施，适当集中力量，努力争取避免重蹈过去20年的覆辙，而是继续在国际竞争中处在被动的“引进”状态，不能自主掌握核心技术，今后我国国民经济和科学技术的发展将会面临严重的损失。

平板显示产业技术将要面临两个重大的带有本质性的转变：

1.电视屏技术(“大屏”技术)将要从以液晶(LC)显示屏为主转变到以有机发光二极管(OLED)显示屏为主。

2.手机、笔记本电脑等“小屏”技术将要转向以“杂化”的全息激光投影(HLP，holographic laser projection)技术为主。

从国际发展的局面来预测，大约在3～5年内前者将会大规模地出现在市场上，后者也许要慢一些，但在3～5年内也会有一定规模的出现。因此，摆在我们面前的任务是极端迫切的。

基于氧化物电子学的TFT技术事关全局

经过20多年的发展，OLED作为平板显示的基础元件已经成熟了。从亮度、色彩、寿命、工艺等方面看，尽管还会不断有所改进，但是用OLED屏代替LC屏在技术上已经成熟了。OLED屏较之LC屏，从耗能、色彩、视感方面看，优势太大了，这也已经为实践所证实。那么，为什么这个代替还没有被普遍接受呢?问题出在驱动OLED显示屏工作的电路系统上。在显示系统中，LC屏实质上是起光开关作用的，它的运行本质上是电压驱动的。目前使用用于液晶显示的非晶硅(a-硅)技术制备的TFT电路，是能够满足LC-TFT规模生产的需求的。对OLED屏系统来说，OLED器件本身就是光源，它们的运作需要较大的电流。但由于目前用于液晶TFT的非晶硅(a-硅)薄膜的载流子迁移率很低，所以电路系统无法提供给OLED器件足够的电流。为了提高a-硅薄膜的迁移率，发展了基于晶粒再结晶效应的低温多晶硅(LTPS)技术。利用这种改进的LTPS技术，可以用来制备OLED显示屏。于是，数年前市场上开始出现了使用OLED屏的手机、笔记本电脑以及小型的彩色电视。但是估计由于成品率在面积较大时难以做到较高的水平，所以除手机屏外，其他都没有真正形成较有规模的市场。

事实上，在光电子学技术中广泛使用的氧化物导电材料，它们的载流子迁移率不难做到多晶硅薄膜的几倍到几十倍。因此，发展适用于OLED显示屏的基于氧化物材料的TFT电路技术也在国际上得到重视。在三年前我们写的一份关于OLED屏的咨询意见中，我们建议，做好平板显示产业从LC屏转移到OLED屏为主的科学技术工作的关键是发展相应的TFT电路技术。但是报告中强调的当前重点还是放在发展改进了的LTPS技术，争取进一步提高其均匀性和大面积的成品率上。同时也提出应重视氧化物TFT电路技术的发展，加强研究力量。可是近期的国际动态表明，我们原来的这个估计太保守了。毫无疑问，建立在基于氧化物的TFT电路技术上的OLED屏显示技术，现在已经处在成熟和规模化地实现产业化的前夜，已经开始有产品出售。毫无疑问，3～5年内，在电视产业中，OLED屏的显示技术将要代替LC屏的显示技术成为主流，而OLED屏显示技术用的将是基于氧化物电子学的TFT电路技术。我们认为这正是做好准备实现这个重大转变的科学技术关键。

近20多年来，围绕氧化物的物理、化学、材料科学以及它们在电子学和光电子学等方面的应用，国际上进行了大量的工作，我国也有相当数量的各方面研究工作，应该说已经有了一定的基础。氧化物电子学(oxide electronic)在国际国内也逐渐成为一个常用的词。如果我们以发展自主的基于氧化物的大面积TFT电路技术，为我国的OLED屏显示技术产业的自主发展提供基础为奋斗目标，结合国内原有的较好基础的OLED材料和器件技术的力量，结合国内企业界引进平板显示技术的积极性，精心组织物理、化学、材料科学、材料工艺学和集成电子学的科技力量，大力协同，力求在3～5年内掌握有关的科学技术关键，包括在工艺装备的研制上有自主的能力，从而在这场高新产业的竞争中，为我国争到一定意义上的主动，将是很有意义，也是值得去努力的。

这场竞争，不仅对OLED屏平板显示产业的发展有帮助，也为我国在氧化物电子学上争到较前沿的位置。估计氧化物电子学在信息存储、光电子学、磁电子学、超导电子学等方面还会有较大的应用前景，这也是值得去努力的。

应重视基于全息激光投影技术的显示屏技术

近几年，把网络，摄影，电视等功能都综合在移动通信(手机)上的发展趋势非常引人注目，但也暴露出电子学的巨大进步受限于最后需要一个显示屏作为人机界面的局限性。如果我们考察一下以iPhone和iPad为代表的这一类电子产品的发展，就很容易理解这个问题了。有没有可能基于激光投影来解决这个问题?如果发展出一种利用激光投影，用虚拟键盘和投影屏来代替平板显示屏作为人机界面，就能把笔记本电脑(文字处理)、通信、摄影、电视等全都综合在可以放在上衣口袋中的手机上!这是多么诱人的设想。由于半导体激光器和微机械技术的发展，这种设想已经完全可能，而且经济上也不是很昂贵。例如这样的手机投影仪已经在市场上出现了。问题出在利用传统的像素到像素的投影方式，光的利用效率较低，屏的亮度不够。再加上激光由于相干性产生的“闪斑”效应，对人眼有损害，为了避免这个损害的措施又进一步降低了光的利用效率，因此上述设想的激光投影显示技术一直难以成为规模化的产业。

最近国际上发展出一种全新的激光投影技术，这种技术是基于激光全息投影(holographic laser projection，HLP)的概念，把传播来的图像信息通过数值技术处理，将图像的长波部分转变成相位调制的全息图(全息光栅)，利用衍射光学的方法来实现投影，这是投影光能的大部分。短波部分则还是通过像素到像素的方式扫描投影，来提供图像的“细节”，它只是投影光能的小部分。这样做的结果是可以大大提高光能利用的效率，因而提高了图像的亮度，同时也把“闪斑”问题解决了。不仅是理论计算，而且实验也证明了利用这种可以称作“杂化”的HLP技术，确实可把手机改造成一台笔记本电脑，使得上网、通信、照相、电视、文字处理等功能综合在可以放入上衣口袋的手机上，随时随地都可以使用。这将是一个平板显示的全新时代!更不用说，HLP技术本身就含着三维显示的可能，预示着3D图像技术的未来。

衍射光学，特别是全息光学是现代光学的重要部分，我国在自适应光学技术、图像数据处理和传输技术等学科方面也已经有一定基础。半导体激光器和微机械技术在我国也已经有一定基础。目前应该抓紧时间，组织国内有关力量，从发展杂化的HLP显示技术的角度，把微机械技术、半导体紫外和蓝绿红激光技术、衍射光学和计算全息学技术等学科协同发展起来，力争在3～5年内，我国在这个剧烈竞争的产业中，有一定意义上的自主发展位置。

这样做的结果也会推进我国在微机械技术、现代光学技术和激光技术的进步，而这些技术在推进高技术产业、国防技术方面的意义也是很大的。

上述两个方面的研发工作，和当代材料科学、现代光学、纳米科学、激光科学都有密切联系，会对这些学科部门发展有大的推动，可以认为这是学科发展的一个机会。由于产业部门对这两方面的发展都有强烈的兴趣，这也是中国科学院、研究型大学与产业部门协同发展的一个好机会。（作者系中国科学院院士 甘子钊 欧阳钟灿 范守善 王恩哥 中国工程院院士 金国藩）