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新型显示技术在崛起(开卷知新)

发布时间:2022-09-13 14:03:15

北京冬奥会开幕式“致敬人民”环节。新华社记者 李 尕摄

北京冬奥会开幕式“致敬人民”环节。新华社记者 李 尕摄

观众参观裸眼3D展示。新华社记者 王全超摄

观众参观裸眼3D展示。新华社记者 王全超摄

今年1月16日出版的第二期《求是》杂志发表习近平总书记重要文章《不断做强做优做大我国数字经济》,文章指出:“要聚焦集成电路、新型显示、通信设备、智能硬件等重点领域,加快锻造长板、补齐短板,培育一批具有国际竞争力的大企业和具有产业链控制力的生态主导型企业,构建自主可控产业生态。”多年来,我国显示技术快速发展,显示产业升级跃迁,功能丰富的显示屏不断涌现,持续为数字生活增色添彩。

2022年2月4日晚,第二十四届冬季奥林匹克运动会开幕式在北京国家体育场举行。“致敬人民”环节中,运动员优美地滑行在浩瀚的冰雪“运动场”上。这个“运动场”,正是中国自主设计制造的1万多平方米大地智慧显示屏。北京冬奥会开幕式不仅打造出梦幻般的冰雪世界,也让中国显示技术的创新成果惊艳亮相。

视觉是人类获取信息的重要途径,显示技术让人类通过视觉获取到的信息呈几何级数增长。电视机、平板电脑、智能手机、城市建筑的高清大屏、增强现实和虚拟现实的体验设备……正是各式各样的显示技术产品,让我们看到了更加丰富多彩的大千世界。

显示技术发展历程

1897年,物理学家发明了CRT(阴极射线管),这是世界上最早的电子显示器,拓展了人类社会信息传递的形式。1939年第一台黑白电视机诞生,从此人们不仅可以闻其声,也能见其人。随着技术成熟,CRT显示屏幕越来越大,显示效果越来越好,但存在笨重、尺寸受限、不能移动等缺点。

液晶的发明开辟出显示技术新领域。1888年,奥地利植物学家发现了一种随温度变化而在固液之间转换的中间态,这种物质具有液体的流动性,同时在光学上表现出晶体的各向异性,被称为“液晶”。100多年后,液晶广泛应用于计算机、电子表等产品中,产业化发展初具规模。液晶显示使十几公斤重的手提电脑降到几公斤,极大地方便了人们的工作生活。

随着技术进步,TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示)闪亮登场,它应用广泛,是目前最成熟、产业链最完整的主流显示技术。其典型结构类似三明治,在两片玻璃中间夹着液晶材料,其中包含上偏振片、彩色滤光片、液晶层、TFT阵列基板、下偏振片和背光模组等6个部分。其显示原理是利用电压控制液晶分子的排列,进而改变光的偏振性能,实现图像和文字的显示。这项技术发展迅速,其对比度、分辨率、刷新率、色域等取得巨大突破,多项显示参数接近人眼视觉极限,已经广泛应用于智能手机、平板电脑、笔记本电脑、显示器、电视等电子产品。近年来,在Mini LED(次毫米发光二极管显示)背光技术加持下,液晶产品的色域更广、亮度和对比度更高,未来可在车载、家居、教育、医疗等各类应用场景中大显身手。

液晶显示高速发展的同时,OLED(有机发光二极管显示)技术登上舞台。这是一种具有多层有机薄膜结构的自发光器件,相比于液晶,具有响应快、高色域、高对比度、可柔性等优势。2008年,OLED显示屏首次在智能手机上应用,今天已经成功应用于折叠手机,实现外折、内折、360度折叠、卷曲等多种形态。除了手机,平板电脑应用这一技术也可实现折叠,电视则可以像画轴一样舒展。当这项技术集成屏下指纹识别、屏下人脸识别、屏下摄像等功能时,会实现真正的“全面屏”显示效果。未来,OLED技术将在显示领域发挥更大作用。

近年来流行的Micro LED(微米量级发光二极管显示)技术具有芯片尺寸小、自发光等特点,在亮度、色域、分辨率、对比度、功耗、寿命、响应时间、热稳定性等显示性能方面拥有优势,是一项充满潜力的技术。借助无缝拼接、可定制化形态的特性,这一技术可以应用在超大尺寸显示领域,也可以应用在微显示增强现实、虚拟现实、混合现实等领域。

还有更多前沿显示技术值得期待。量子点发光显示、光场显示、全息显示等将是显示技术的探索方向。另外,在5G、大数据、物联网、人工智能等新兴技术的带动下,显示技术、显示产业也将发生变革,为人们提供更舒适、更便捷的视觉信息获取方式。

我国显示产业崛起

我国从20世纪末开始探索和发展显示产业,经过20多年“引进、消化、吸收、自主创新”,已经成为全球液晶显示技术的引领者。我国显示产业的崛起,折射出我国从制造大国迈向科技强国的发展步伐。

这一发展过程主要包括三个阶段。第一阶段是探索。20世纪90年代,CRT技术发展如日中天,但平板显示技术的替代已初露端倪。国内企业敏锐意识到技术变革的到来,经过对产业发展方向的研判,正确选择了液晶显示作为发展方向,1998年开始战略布局和技术积累。第二阶段是突破。多条液晶显示生产线的成功建立,使中国显示产业实现了从0到1的突破,结束了中国大陆没有自主液晶显示屏的时代,实现全系列液晶屏国产化。第三阶段是引领。2012年,中国大陆显示面板产能达到全球10%;2017年,中国成为显示面板出货量第一的国家;2021年,中国在全球显示市场销售额为648亿美元,总份额达41.5%。无论是技术实力、产业规模还是市场占有率等,中国显示产业都已位居全球引领者地位。

尽管我国在显示领域已经取得显著成就,但我们依然要重视全球显示产业发展态势,正视技术、材料、设备等方面存在的不足,时刻保持危机意识,加快创新步伐。在新型显示技术布局上,抢占产业发展高地时不我待,特别要提高关键材料和设备的国产化率,提升我国显示产业链的自主化能力。只有加大新型显示技术研发力度,持续加速产业链上下游国产化进程,才能让中国显示产业稳步发展。

集成电路与新型显示并称“一芯一屏”,在高端制造业中具有重要地位。过去很长一段时间里,“缺芯少屏”难题限制了我国显示产业发展。如今,我国显示技术和产业已经位居世界前列,曾经动辄上万元的液晶电视,如今只需几千元就可以买到,实实在在地为百姓带来了实惠,其背后凝结了无数科研人和产业人的智慧与心血。

创新永无止境。在万物互联时代,显示技术作为重要角色,将以蓬勃的生命力赋能更多应用场景。我们应紧抓物联网与显示技术深度融合的发展趋势,积极构建物联生态,为我国经济发展注入更多活力。

(作者欧阳钟灿为中国科学院院士、中国科学院理论物理研究所研究员)

制图:赵偲汝

推荐读物

《TFT-LCD原理与设计》:马群刚著;电子工业出版社出版。

《新型显示技术》:高鸿锦、董友梅等编著;北京邮电大学出版社出版。

《人民日报》(2022年09月13日20版)

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