文/复旦大学：陈黛黛、于遥、郭睿倩、汪敏、谷至华

　　液晶显示器的霸主地位20年之内无法超越

　　新型显示器是指相对于传统真空显示器(CRT)而言的平板固体显示器(FPT)，主要包括液晶显示器（TFT-LCD），有机电致发光显示器(OLED)，等离子显示器（PDP），无机厚膜电致发光显示器（TDEL），场发射显示器（FED），发光二极管大屏幕显示器、激光显示器、投影显示器等。

　　20世纪末，在显示技术转型的激烈竞争中，液晶显示器克服重重困难，由弱到强，战胜了PDP、FED、TDEL在众多的新型显示器中脱颖而出，成为新世纪的主流显示器。从1991年日本东芝第一条玻璃基板尺寸300mmx400mm的一代TFT-LCD生产线投产，到2009年日本夏普玻璃基板尺寸为2850mm×3050mm的第十代TFT-LCD生产线的投产，液晶显示器产能迅速扩大，2010年全球TFT-LCD的产值已经达到925亿美元。这在全球的工业发展史上是罕见的。不久的将来全球新型显示器及相关产业的规模将超过5000亿美元，成为21世纪的标志性产业。

　　2011年由于中国高世代TFT-LCD生产线建设的加速发展，使国际上平板显示器产业格局发生了深刻的变化。中国正在为成为全球新型显示器的制造中心和研发中心做最后的一搏，国内外新型显示器产业处于激烈的动荡之中，未来新型显示器技术和产业的发展方向成为业界关注的焦点。

　　TFT-LCD从1991年的一代线到目前的十代线，产业规模虽然扩大了数百倍，其核心技术没有任何变化，仍然处于技术发展的初级阶段。过去的20年时间，TFT-LCD作为一个革命性的新产业，为了战胜其他的竞争对手，主要是完善它的基本性能，占领市场，并取得了辉煌的成就，奠定了液晶显示器在新型显示器产业中的霸主地位，完成了初级阶段的任务。

　　TFT-LCD在激烈的竞争中脱颖而出的秘密就在于它是一种杂交的综合性技术的产品。它主要有半导体开关管TFT、背光源、彩膜、液晶、偏振片、玻璃基板，驱动电路等基本部件组成，其中任何一个部件的进步都会推动液晶显示器向前发展。液晶显示器产业初级阶段疾风暴雨式的产能扩张阶段已经结束，产业发展进入了以技术改进为核心的技术提升阶段。在最近的十年，液晶显示器将在系统集成，降低功耗，降低成本三个方面取得重大突破。

　　1、系统集成

　　TFT是大规模半导体集成电路技术的延伸，随着科学技术的发展，TFT的技术发展潜力巨大，非晶硅TFT只是它的起点。今天非晶硅TFT已经不能满足市场对3D电视的要求。3D电视需要4倍高清，甚至16倍高清的像素密度，从单位像素密度上讲，就是要求400ppi，甚至800ppi，才能获得精美的立体图像。由于非晶硅材料只有1.4eV的禁带宽度，对可见光高度敏感，无法实现高密度像素的显示，同时非晶硅电子迁移率太低，只适合做开关管，无法实现更高水平的电路集成。成为制约液晶显示器可持续发展的最大技术瓶颈。

　　寻找更先进的TFT的工作近年来已经取得很大进展。以氧化锌为代表的新型TFT的产业化已经开始，我国京东方已经研制出32英寸透明氧化TFT-LCD电视，技术基本上和国际上的最先进的水平同步。

　　由于氧化物宽禁带半导体的禁带宽度在3.7eV左右，对可见光是完全透明的，因此用氧化物半导体制造的TFT不存在开口率的问题，而且氧化物TFT的迁移率远远高于非晶硅TFT，这样第一步用氧化物TFT完全可以满足3D电视高像素密度的需求。

　　氧化物半导体优异的物理特性和优异的成膜工艺特性，随着研究工作的深入，实现驱动电路，电视机的解码电路，接收电路，甚至计算机的CPU的系统集成的研究目标和技术路线已经明确。。

　　2、降低功耗

　　液晶显示器的功耗与等离子和OLED相比已经是比较低的。但是液晶显示器功耗仍然有巨大的下降空间。

　　从液晶显示器的光透过率来看功耗改进的潜力

　　ηT×ηP×ηcf ×ηITO×ηLc

　　这里，ηT；TFT像素的开口率(约65％)

　　ηP：偏振片的透射率(约43％)

　　ηcf：彩膜透射率(约34％)

　　ηITO：透明导电(ITO)电极透射率(约95％)

　　ηLc：液晶材料的透射率(约100％)

　　我们可以初略的计算一下现在非晶硅TFT-LCD的光透过率，把以上数据代入公式得到：

　　η＝0.65x0.43x0.34x0.95x1.00=0.09

　　这就是说在我们现在液晶显示器中90%以上的光能被浪费了。从技术上采用氧化物半导体，目前已经可以实现TFT的开口率100%。将来自然光阀，取代目前的液晶材料可以取消偏振片，即ηP也可以是100%。还有就是场序背光源技术的采用，可以取消彩膜，即ηcf也可以是100%，这样我们得到的液晶显示器的光透过率为：

　　η＝1.00x1.00x1.00x0.95x1.00=0.95就是说液晶显示器的光透过率可以有近10倍的提升空间！

　　另外LED发光二极管作为背光源灯的发光效率目前大约在每瓦100流明左右，随着技术的发展，LED灯的发光效率可以期待达到每瓦180至200流明，光源的效率还有80%至100%的提升空间。这里还没有涉及到全彩色反射式TFT-LCD的技术改进对降低功耗的贡献。未来40英寸的液晶显示器的功耗可能会降到10瓦左右。

　　3、降低成本

　　液晶显示器的成本主要由背光源，彩膜，液晶，偏振片，驱动电路，玻璃基板，其他材料和制造成本（包括设备，厂房，动力，人工），等组成，其中六大部件的成本高达80%以上。通过技术改进，彩膜和偏振片将被取消，驱动电路有望被直接集成到玻璃基板上，厂房和设备通过折旧，若干年以后就是零成本。电子打印技术已经开始在PI涂布，彩膜制造工艺中应用，不仅降低了成不，节约了大量的材料，也使液晶显示器的制造更加环保。现在开展的TFT的电子打印技术的研究，目标是取消整个曝光工艺。将进一步降低液晶显示器的制造成本。液晶显示器在系统集成，场序背光源和自然光阀三大技术革新取得成功后，将成为最廉价的显示器。

　　TFT-LCD是不会变质的显示器

　　由于液晶显示器的特殊结构，液晶显示器不会产生像CRT，PDP，OLED等自发光显示器不可避免的像素老化以及使用中的色彩漂移等问题。液晶显示器亮度下降只需要更换灯管就可以总是保持人们需要的亮度与色彩。

　　液晶显示器的规格多种多样既可以做微显示器，手持终端，桌面终端，也可以做投影显示器，既可以做宽视角显示器，也可以做保密用垂直视角显示器。液晶显示器可以根据环境要求的需要提供任意高的亮度，例如军用飞机的超高亮度显示器，非液晶显示器莫属。当然，液晶显示器也可以做成柔性的，双面显示的，透明显示的。液晶显示器的色彩可以达到激光显示器的水平，远远超出OLED的色彩显示能力，只要采用激光作为背光源，就是激光水平的彩色效果。挑战液晶显示器的霸主地位，必须要有革命性的变革！在可以看得见的20年内，

　　OLED和LCD同为新型显示器的姊妹花，交相辉映。科学技术的发展，最重要的推手就是材料科学。从石器时代到青铜时代，铁器时代，到今天的半导体硅时代，材料的进步是决定性的。我们相信21世纪将结束半导体硅的神话，人类将迈入取之不尽，用之不竭的有材料时代。有机电致发光（OLED）作为有机时代的先行者,表现出了许多优点。