[读懂科学]韩国显示产业陷入危机…以新技术守住领先优势

Published 21 Aug.2023 09:07(KST)

2021年把显示器市场份额第一拱手让出
低端已被抢占高端仍保持优势
专注超高分辨率、大尺寸、可弯曲等尖端技术

在现代数字社会中，显示器被称为“第二个半导体”，是不可或缺的核心技术。我国在2004年超越日本，夺得全球显示器市场第一的位置，此后持续引领市场。然而，近来随着中国的快速追赶，这一地位开始动摇。2021年将市场占有率第一的宝座拱手让给中国，低价液晶显示器（LCD）领域事实上已经选择放弃。在高端有机发光二极管（OLED）市场上虽然仍然占据压倒性优势，但中国的追击也不容小觑。专家指出，必须积极开发超高分辨率和大尺寸、柔性设备、可卷曲（Rollable）、可弯折（Bendable）等新技术，开拓全新市场。政府也在去年6月成立了官民协商机制，表示要保持显示技术的超越性差距。下面来看看我国正在开发的显示技术现状。

图片由联合通讯社提供

寻找新材料显示技术

随着发光方式的改进，显示技术不断发展。最初由电子枪和真空管构成的电视显像管显示器，随着平板显示器的出现而消失。平板显示器可分为在玻璃板之间夹入荧光体的等离子显示器（PDP），以及利用背光照射液晶的液晶显示器（LCD）。直到最近，使用直接发光二极管的发光二极管（LED）显示器仍被广泛采用，而目前主流则是利用有机化合物的有机发光二极管（OLED）。

从国家科学技术研究会（NST）近期发布的资料来看，我国又领先一步，正在积极开发利用钙钛矿光学材料、超材料等的下一代显示技术。首先，韩国基础科学支援研究院（KBSI）在去年6月开发出可精确控制钙钛矿发光体的技术。钙钛矿是指1839年由俄罗斯矿物学家 Lev Perovski 发现的一种矿物结构。其化学组成被称为 ABC3 型，两种阳离子分别与三个阴离子结合，是对这类氧化物的统称。其特点是具有优异的光吸收能力以及光学、电学特性。由于发光效率高、色纯度佳，被视为有望取代OLED的下一代材料而备受关注。但其致命缺点是，当暴露在热或光下时，离子键会变得不稳定，从而降低显示器性能。KBSI研究团队利用时间分辨荧光共聚焦显微镜（FLIM）分析量子粒子状态变化，找出了降低发光稳定性的原因，并开发出利用银纳米棒光子晶体基板有效控制离子键路径的技术。

也有利用超材料的显示技术。韩国机械研究院（KIMM）近日开发出一种即使被拉伸或折叠，图像也不会失真的可伸缩超材料微型LED显示器。这是一项可解决可卷曲或可折叠显示器在伸展或折叠区域出现图像失真这一顽疾的新技术。该LED即使被拉伸25%，图像也不会发生失真。秘诀就在于超材料。超材料是人类新创造的一类材料，通过极其精细的结构设计，可以任意调控光与物质的相互作用。研究院开发的这种超材料在水平方向被拉伸时，垂直方向不会收缩，能够保持原有比例。

解决当前“主流”折叠屏智能手机折痕问题的技术也已问世。韩国生产技术研究院（KITECH）最近开发出一种基于含氟聚酰亚胺的光学薄膜，即使折叠和展开超过20万次也不会产生折痕。其耐久性足以支撑每天折叠和展开超过500次、持续一年以上而不出现任何问题。

可弯曲基板同样关键

在强调柔性和便携性的下一代显示技术中，不仅“正面”重要，看不见的基板同样至关重要。也就是说，需要一种即使弯折或弯曲也不会产生皱折或破裂的基板。显示器内部必然存在由细金属线和半导体构成的基板。韩国电子通信研究院（ETRI）在前年8月开发出一种即使弯曲或拉伸也能正常工作的可伸缩无机半导体器件技术。研究团队从弹簧中获得灵感，在呈波浪形马蹄状的聚酰亚胺柔性基板上高密度集成了高性能氧化物半导体晶体管。当像拉伸弹簧那样施力拉伸时，波浪形马蹄结构会被拉直成直线，而内部导线和半导体晶体管的功能仍能保持。与以往的可伸缩氧化物半导体器件相比，其集成度提高了15倍，电流驱动性能提升了2倍。

在对超高分辨率有强烈需求的元宇宙（扩展虚拟世界）用显示技术开发方面，我国也走在前列。Cho Himchan 韩国科学技术院（KAIST）新材料工程系教授研究团队在上月17日开发出一种图案化技术，可制造出分辨率远超以往的增强现实（AR）和虚拟现实（VR）用显示面板。由于具有高色纯度和高发光效率，量子点（Quantum Dot）以及钙钛矿纳米晶体等溶液工艺用纳米材料备受瞩目，被视为下一代发光体，但在保持其固有优异光学特性的同时，制作均匀的超高分辨率图案却十分困难。

研究团队利用量子点和钙钛矿纳米晶体所具有的强光催化特性，对材料进行设计，使纳米晶体配体之间易于诱导发生交联（crosslinking）化学反应。通过这一方式，可以完全保留发光纳米材料固有的光学特性。实际上，团队成功均匀制作出图案线宽约为560纳米（nm）、分辨率达每英寸约1.2万像素（1.2万ppi级）的钙钛矿纳米晶体超高分辨率图案。与目前增强现实和虚拟现实中普遍使用的数千ppi级显示器相比，其分辨率要高出许多。

能够如实再现变色龙千变万化的皮肤颜色或孔雀绚丽羽毛色彩的技术也已开发成功。这就是上月由韩国电气研究院（KERI）所属的 Pyo Jaeyeon 博士等智能3D打印研究团队开发的“纳米3D打印技术”。研究团队成功实现了可控制光路径的三维衍射光栅结构。

这是一项可将自然界中观察到的结构色（structural color）原理应用于尖端显示技术的新技术。Pyo 博士表示：“这是在不受基板材料或形态限制的情况下，能在任意位置精确实现所需结构色的世界顶级3D打印技术”，“有望突破显示装置固有的‘外形规格（Form-Factor）’限制，实现形态的多样化”。

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随着上述技术的相继问世，我国正打破既有的显示技术“范式”，迎击中国的追赶。NST相关负责人表示：“通过官民协商机制，显示领域的产业界、学界和研究机构不仅致力于维持当前的技术差距，更在强化决心，要让后来者根本无法追赶”，“从近期技术开发动向来看，我国接连诞生全球首创的颠覆性技术，正逐步改变既有的技术范式”。

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本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。