光显技术的应用

光 显 技 术 的 发 展

光电显示技术的发展历程、现状、未来的发展趋势

一、光显示技术的发展概述及现状：

显示技术的发源地虽然在美国，但真正形成巨大的产业则是在日本，其次是韩国和我国地区。我国及也正在迅速发展，故可以毫不夸张地说显示技术的重心已移至亚洲。正由于此，作为领导这一技术的学术团体国际信息显示学会(SID)除每年五月在美国举行一次学术会议、每年10月轮流在美洲、欧洲、亚洲举行一次显示技术的研讨会外，亚洲区域各分会再轮流举行显示技术研讨会(ASID)。第一届在新竹；第二届在Et本滨凇；第三届在韩国汉城；第四届在科技大学；第五届于1999年3月在新竹交通大学；第六届将于2000年10月18～20日在我国西安交通大学举行。

近20多年来，中国的改革开放，使中国的激光、光电子科学事业的发展面向应用市场，面向世界，面向未来，取得了前所未有的进步。在多项国家级战略性科技计划中，激光、光电子技术受到重视。“863” 计划七大领域中有激光技术和光电子技术（包括用于信息领域的激光技术）, 1995年又增列了“惯性约束聚变”（高功率激光及激光核聚变）项目。国防预研光电技术作为跨部门项目正式立项。国家“六五”和“七五”攻关计划，激光、光电子技术被列为重大项目。此外，国家自然科学基金1986－1998年间资助多项激光、光电子技术领域的研发。经过“八五”攻坚和“九五” 拼搏，在激光、光电子方面取得了可喜的成绩：建立了6个（北京、武汉、上海、石家庄、深圳和长春）光电子成果转化产业基地；自2000年以来，各地兴建光电子技术产业发展园区。目前国内已有13个光电子产业基地，上海、武汉、深圳、广州、长春、北京等城市的光电子产业具有相当的规模；已建立11个国家级重点光电子技术实验室和5个国家教育部所属的光电子重点实

验室。5个激光光电子国家工程研究中心（NERC），包括CD、激光加工（LP）、光纤通信（OFCT）、光电子器件。4个激光光电子国家工程技术研究中心（NERTC），包括固体激光工程技术、光学仪器工程技术、特种显示工程技术和平板显示工程技术）；在深化机构改革和运行机制改革过程中，中国已形成了一大批光电子产业企业单位群体，其中有中国兵器工业集团公司、中国兵器装备集团公司、中国电子科技集团公司、中国航天集团公司等, 这些集团公司均有从事激光光电子技术产业的企业，如中国电子科技集团公司所属的有第11、13、23、44、45研究所和生产厂家公司等，以及各地的从事激光光电子技术产业的企业，如武汉烽火集团、武汉长飞公司、深圳飞通光电子技术公司、深圳天马微电子公司、深圳开发科技股份有限公司、深圳华为技术有限公司、无锡中兴通信公司、北京海特光电子公司、中国大恒公司、长春彩晶公司、长春新产业光电技术有限公司等，以及中科院半导体研究所、上海光机所、上海技术物理所、昆明物理所、西安光学应用所、华东电子测量仪器所、安徽光机所、西安光机所、武汉邮电科学研究院等，以及北京大学、清华大学、南开大学、上海交通大学、吉林大学、天津大学、东南大学、南开大学和华南师范大学等，这些单位已经形成中国光电子产业的人材培养和产品研究、生产、销售群体。同时, 各种中外合资、中外合作的新光电公司，还在不断涌现； 近十几年来，中国的光电子产品市场规模正在快速发展，其平均年增长率始终保持在两位数的高速增长势头。 这是改革开放威力和积极利用投资环境和消费市场优势的结果。

进入21世纪，中国开始第十个五年（2001年－2005年）发展计划，特别是中国加入WTO和北京申办2008年奥运会成功后，中国庞大的光电子产品市场和拥有相当的光电技术、产业基础，以及自2000年以来各地相继建立十多个光电子产业发展园区，正进一步吸引着海内外企业巨头的中高档技术和雄厚资本，抢滩中国市场，中国光电子行业的发展面临着前所未有的发展机遇和挑战。

国家发展委员会从2002年开始组织实施光电子产业化专项，专项拟分3年实施。光

电子专项产业化目标是：

①根据我国在光电子研究开发方面所具有的技术优势和资源特点，重点支持一批技术水平高、市场前景好的光电子产品，实现产业技术升级，并尽量形成规模生产；

②“十五”期间初步形成具有知识产权和产业优势的光电子产业体系。通过对我国已有技术和资源优势并在国际市场有竞争力的光电子产品的重点支持，力争在“十五”期间使国内光电子产业能够满足国内各行业的需要，并进入国际市场；

③通过技术创新和项目建设的带动，扶持光电子产业基地的形成。2002年～2003年专项支持重点有：

光通信器件： 1.光有源器件。包括10Gb/s光发送接收模块，光放大器（宽光谱、高增益、低噪声掺铒光纤放大器EDFA，掺谱光纤放大器PFDA，拉曼光纤放大器，1.55μm波长半导体光放大器SOA），10Gb/s 1.3-1.55μm波长可调谐光纤光栅分布反馈式（DFB）激光器，共振腔Si基和InGaNAs基可调谐窄带探测器，1.3μm波长垂直腔面发射激光器（VCSEL）。光无源器件。包括光连接器、光耦合器、介质膜干涉光滤波器、波分复用／解复用器、布拉格光栅、阵列波导光栅（AWG），波导光开关阵列等WDM器件。光交换器件。包括可调谐波长转换器、波长选择器、路由选择器（模块）等。光子集成器件。包括光路集成器件和实用化光电子集成模块等。

2.光存储器件。包括蓝绿光480nm波长GaN半导体激光器和650nm波长红光半导体激光器，高密、高效、高速的母盘刻录和新型光记录介质等技术。

3.大功率激光器。包括大功率半导体激光器（DPSSL）及大规模集成组件。光有源器

件、光无源器件、光交换器件、光子集成器件；光存储器件；大功率激光器。

二、激光显示产品市场及地位：

据不完全统计，目前中国从事激光技术研究、激光应用产品研制生产的单位约有400余家（不含激光音像设备生产单位），常年有定型产品生产和销售并具有一定规模的单位约有200余家，从业人员近2万人。

据中国光学光电子行业协会激光专业分会进行的“2001年度全国激光产品销售统计”表明，截至2002年6月对本激光行业内的200家企业（其中激光产品生产厂家118个，全息制品生产厂家82个）的统计表明（此数据不包括激光音像设备、激光通信工程、激光条码检测及激光二次效益如激光医疗收入等）：2001年全国激光产品市场销售额为32.4亿元人民币 (其中激光产品销售额为28.39亿元，全息制品销售额为4.01亿元)，比2000年的19.11亿元增长了65.6 ％，净增12.53亿元。

2001年中国激光产品出口受世界经济不景气影响较大，全年出口创汇由2000年的4045.5万美元降至2469.03万美元，减少39 ％。主要出口产品为光通信器件、激光加工设备、激光医疗设备及各类激光器等。

据预测，2002年全国激光产品（含全息制品）销售总额可达37.1亿元。其中激光加工设备的销售市场依旧看涨，激光医疗仪器的销售额比2001年略有增加，全息防伪制品的销售与2001年大致持平稍有增长，而全息包装材料的销售额会出现较大幅度增长，光通信器件则受海外市场的影响，估计与2001年的销售额大致持平。2001年全世界激光产品市场出现较大幅度下滑，由2000年的88亿美元降至56亿美元，实际下降了36 ％，与之相反，尽管中国激光产品市场的规模还不大，但技术创新的市场需求量大，近几

年的激光产品市场规模受影响不大。

中国的光电子材料研究已进入应用和产业化的发展阶段。 据2002年中国电子材料行业协会提供的统计数据表明，目前GaAs单晶的年生产能力约600公斤。例如，有研半导体材料股份公司和中国电子科技集团公司第46所已能批量生产用于光电子器件的GaAs，正在研发?0mm低阻GaAs单晶和?5mm GaAs单晶。用于LED和LD的?0mm InP单晶已实用化，年产量约60公斤。用于红、绿色LED的GaP芯片材料年产量约为90公斤，国内LED的市场所需的绝大部分依赖进口。2000年中国单晶硅（Si）产量约为400吨，以直径?00mm和?50mm单晶硅为主。主要用于集成电路（IC）和太阳能电池等，其中约有250～300吨Si用于太阳能电池，年产电力约4.5兆瓦。用于蓝光LD和蓝、绿光LED和GaN、SiC等宽禁带半导体材料正在研发中。平板显示技术从70年代末开始发展，由于其体小量轻，显示质量优良，很快就发展成为电子信息产业的一大支柱，其应用领域遍及武器装备和日常生活的各个方面。平板显示技术是—门综合性极强的密集型高新技术，它涉及的学科包括光电子、微电子、光学、电子学、高分子、新材料和高精度加工等一系列领域的新技术，所以它的水平是国家综合技术水平的标志之一，也是武器装备现代化的重要因素。

等离子体显示在直视式大屏幕显示领域独领风骚。它优良的显示质量和易于制作成大屏幕的特性使得它在作战指挥中心、多媒体显示和HDTV等领域具有特别的魅力。

ELD的发展仍将致力于解决全色显示。蓝色材料不解决，其他性能再好也

只能在一个局限的范围里获得应用。ELD的分辨率可以很高，因此在虚拟现实显示方面有很强的竞争力。

FED是平板显示领域内的新军，它既有LCD微功耗的优点，又有主动发光显示所特有的亮度高、显示质量好的优点，环境性能优异又使它得到军事应用的青睐，被誉为21世纪的显示技术。FED在原理上已无问题，在技术上还有一些难点有待突破，可以满怀信心地期望，FED将在下世纪与众多的平板显示技术一比高低，成为平板显示技术领域中的一朵奇葩。

在武器装备现代化和社会信息化的推动下，平板显示技术的百花园里新概不

断涌现，新器件、新技术层出不穷，呈现一派百舰争流的兴旺景象。现代

战争离不开信息，信息离不开显示，即将来到的21世纪是信息化的世纪，平板显示在这样的时代中必将大显身手，为武器装备的现代化和社会的信息化作出重要贡献。从1999年-2009年，中国平板行业走过了不平凡的十年。十年来中国平板电视行业经历了从无到有、从小到大、从弱到强的成长历程。在这波澜壮阔的发展进程中，造就了一批行业明星，同时也倒下了一些辉煌一时的品牌。10年对于中国平板电视行业，是一段曲折崛起的峥嵘岁月。总结过去经验，我们可以很清楚地看到自身优势与不足；立足现在，我们可以坦然地面对困惑与问题，寻找突破之道；展望未来，我们期待中国的平板电视行业能突破瓶颈，取得关键性进展。

三、平板显示技术概述：

平板显示（FPD）技术，顾名思义，就是采用平面屏幕显示的技术，它是相对于传统阴极射线管作比较而言的一类显示技术，主要包括液晶显示（LCD）、等离子显示（PDP）、有机电致发光显示（OLED）、表面传导电子发射显示（SED）等几大技术类型的相关产品。

平板显示器与传统的阴极射线管（CRT）相比，具有薄、轻、功耗小、辐射低、没有闪烁、有利于人体健康等优点。下面将分类简单介绍几种主要显示技术的主要原理。

阴极射线管（CRT）

阴极射线管的关键部件是连在荧光屏后部成为一体的电子。电子发射出一束经过图像信号调制的窄电子流，经过加速、聚焦、偏转后打在荧光屏的荧光粉上使之发光。电子以一个相当快的速度发射电子流，同时偏转线圈控制电子束方向，逐行在屏幕上扫过，达到显示图像的目的。CRT显示图像是是不断连续刷新着的，因此此类显示器看上去给眼睛一种“闪烁”的感觉。容易引起眼睛疲劳损坏视力。CRT有黑白和彩色两种，黑白的显像管构造相对简单。

彩色显像管与黑白显像管的区别是前者有三个电子，前端多一个布满微小孔洞的“荫罩”，以及荧光粉是红绿蓝三种原色排列的。彩色显像管显示图像时，三个电子发射出三束电子，在同一个荫罩小孔上通过，分别打在三种颜色的荧光粉上，人眼看到的效果会自动把三种色光混合，组成一幅图像。荫罩的作用就是保证三个电子共同穿过同一个荫罩小孔，以激发荧光粉，使之发出红、绿、蓝三色光。不同形状的荫罩有不同的透光率、对比

度、分辨率等参数。制造成本也

不同。有一种栅条状的荫罩其透过率达到95%。

液晶显示器（LCD）

液晶显示器的关键物质是液晶材料，此类显示器也因此而得名。液晶材料具有一个特别的特性：当它被加上适当电压时，液晶材料的分子会发生偏转，引起其透射率变化，从

而由“遮光”状态变换到“通光”状态，达到显示的目的。

按照不同的分类方式，液晶显示有多种类型，根据所采用的液晶材料不同而异：分别有扭曲向列型（TN）等多种，并不一一列举。根据显示像素构成不同，液晶显示器分为无源矩阵液晶显示器（PM-LCD）与有源矩阵液晶显示器（AM-LCD）。较早期的扭曲向列型（TN）液晶显示器与超扭曲向列型（STN）液晶显示器均同属于无源矩阵液晶显示器。新一代的薄膜晶体管液晶显示器（TFT-LCD）等属于有源矩阵液晶显示器。作为STN的换代产品具有响应速度快、不产生闪烁等优点。 AM-LCD与PM-LCD的差别在于前者每象素加有开关器件，可克服交叉干扰，可得到高对比度和高分辨率显示。

等离子显示器（PDP）

等离子显示器是利用两块玻璃基板之间的惰性气体电子放电，产生紫外线激发所涂布的红、绿、蓝荧光粉，呈现各种彩色光点的画面。PDP适合应用于中大型尺寸（约40-70寸）显示器。等离子体显示器具有阴极射线管的优点，但其超薄体积与重量远优越于传统大尺寸CRT电视，在高解析度、不受磁场影响、视角广及主动发光等胜于TFT-LCD的特点，图像具有丰富的层次。缺点是功率大，比较耗电。PDP发展近况日本和韩国已投资数十亿美元来进行102～152 cm PDP的生产，其主流商用产是表面放电型交流彩色等离子体显示(AC PDP)。面板上有透明的ITO、维持电极及汇流(Bus)电极，它可以增强ITO的导电性。上面覆盖透明的绝缘层和氧化镁(MgO)层，能保护介质层以防止离子的轰击；在背面的玻璃衬底上有数据电极、绝缘介质层．防止放电空问传播的隔离肋(rib)和荧光粉，将这些衬底封接在一起，并充以适量的氙、氖混合气体。加工PDP过程主要采用厚膜和薄膜技术，以形成MgO保护层、隔离肋和荧光粉层。对54 cm的PDP采用屏印制的方法，如要使隔离肋达到足够的高度，一般需重复印刷10次之多。对大面积的PDP常采用“喷砂”技术，最近也有建议用压制成形的方法，但没有一种是十分适合大规模生产的，仍有

待于发展新的加工方法。荧光粉主要是采用屏印刷的方法，或是丁守谦男，1956年北京大学物理系研究生毕业。现任南开大学电子科学系教授、国际信息显示学会(SID)理事、中国电子学会会士。万方数据80 光电子技术第20卷用荧光粉街充填到规定的空间中。剩下的问题就是如何提高图像质量，提高发光效率，并降低成本。根据1998年的统计，用于机场、车站、购物中心的商用PDP，总计为4 80台／年，每台按12 900美元计算，年销售约5记美元。根据预测2000年约为70万台。

其他平板显示产品

除了LCD、PDP外，还有应用于各种智能家电、汽车仪表、数码电子产品显示屏、投影设备以及电子纸等等多种显示技术，都属于平板产品的范畴。

四、中国平板电视行业的发展现状：

从行业的技术与产品成熟程度来看，虽然经过不断地改进，平板电视的画质和产品性能都已经达到比较稳定和舒适的水平，特别是LED背光模组的大规模应用，确实带动了液晶电视的响应速度和画面质量取得较大进步。但是与国外起步早的大型企业相比，中国平板行业还有较大差距，各种自主知识产权的关键技术并不多。这也是中国平板行业脚步沉重的一大因素。

从市场形态来看，2009年，平板电视的零售量占比达到80%，零售额占比超过95%，平板电视在市场消费形态上已经为彩电行业的绝对主流，这说明平板电视对CRT电视的市场替代已经基本实现。

从消费需求看，平板电视已经逐渐成为老百姓购置新家电的首选，少量CRT电视的购

买者主要集中在流动人口、低保户家庭和边远乡村。随着平板电视的价格进一步下降，这一部分CRT人群还会快速转化；

从厂家的产品策略来看，一线品牌已经停产CRT电视，二线品牌还在少量维持，但是从总体趋势看，都已经把CRT作为补充和辅助，预计2010年各厂家的CRT产品线将基本上处于清理库存状态；

从产业链来看，平板上下游相关的面板、模组、玻璃、IC和化学材料等企业都与日韩企业有较大差距。

中国平板若要真正立足世界市场一方，整个产业链势必要经过大幅度升级。以目前的状况观察，此路虽远但并非遥不可及。我国在十一五的后期已经把显示产业的复兴上升到国家意志，并通过《电子信息产业振兴规划》和其他的科技发展规划，加大了对平板显示产业的扶持力度，赋予平板显示产业链建设以重要任务和使命；预计在十二五规划中，显示产业的重要性和产业地位将会更加突出。作为平板显示产业的重要支撑和重要支柱，平板电视行业将会从以上扶持中得到最直接的支持。各地方和社会投资的持续跟进，将为平板电视产业链的建设和为发展提供强大的资金来源、技术合作支持和人才培养支持。所以可以推断中国平板电视行业在未来十年将迎来前所未有的宽松环境。

五、中国平板行业前景：

总体来说，中国平板在未来的十多年将会是机遇与挑战并存的局面。旺盛的市场需求为中国平板行业提供稳定的成长空间。人民生活水平提高、新增家庭、旧彩电自然淘汰、家电下乡城市化进程、房地产发展、商用市场、国际市场需要等等，都将成为中国平板行业稳步快速发展的契机。

而起步晚，设备旧，世代早等等，是中国平板发展的绊脚石。中国的平板行业比起日韩等普遍晚2-3年，世代线也较之落后。还要避免产业链建成即落后的风险、现有品牌格局被的风险、对行业方向判断错误和反应迟钝的风险等等，都将影响中国平板行业前行的脚步。

中国平板行业过去凭借着一定的优势，已经取得较为瞩目的成就。但是未来是否能继续保持，就不但是要看行业的机会，更要看企业能否抓住机遇，规避风险，还要看的支持和引导是否得力而有效。关键的几点是：

1、需要借鉴韩国和地区在平板显示产业的发展经验

2、必须推动行业的核心技术研发

3、在下一代显示技术上的及早布局

4、借助行业标准力量规范和引导行业发展

5、建立和完善资本进出机制，加强行业融资渠道建设

从整个行业层面上，需要有正确的战略布局：

要推动行业整体的联合和协作，解决一些单个企业无法解决的行业共性问题；比如由中国电子视像行业协会牵头成立的中彩联，积极主动的应对国外专利公司的谈判，大幅度降低了企业的专利费用标准，取得了非常重大的专利授权突破；

要通过集体协作，通过争取国家主管部门的支持，在行业标准建设、行业准入门

槛和行业游戏规则的制定等方面，进行持续努力和推动，为中国彩电行业的长远发展和整体竞争力的提升创造条件。比如在产品的接口标准规范、尺寸规范、售后服务规范等方面，积极行动起来，为推动行业的健康和有序发展创造条件。

为了应对下一代显示技术核心技术的专利，我们可以推动行业骨干企业成立联合技术研发开发小组，共同进行前沿技术的战略性投入，这样可以使行业花最小的代价获得最高程度的收益。从企业层面看，为了企业的长远发展，提前做好战略布局是十分有必要的。要解决核心资源的站队问题。在平板时代，没有核心上游面板资源供应的支持，就意味着要流血和被其他竞争对手伤害。但是这个资源的来源，究竟是自己建还是选择与现有主力面板供应商合作，是和其中主要的少数几家合作，还是货比三家全面合作，这都是值得深思熟虑的问题。由于在2010年-2011年期间全球平板显示产业还会不定期出现面板资源相对紧张的局面，因此要避免断货和供应不及时的问题，就首先要考虑好如何站队的问题要找准自身的行业定位，在技术、资源和产品的持续建设上，梳理出适合自身特征的阶段性发展目标。要时刻保持清醒，做好企业应对彩电行业转型和升级的具体战略规划。

总而言之，一个行业的崛起离不开核心技术和扶持力量。若具备了这两方面的有利因素，中国平板显示技术行业迅速跟上世界领先脚步，将会是时间问题而已。