從“解決有無”到“追求創新”
走近一粒砂 窺見萬千屏(看中國好物七十二變)
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數據來源:《中國新型顯示產業高質量發展指數(2025)》等 |
現代生活中,各式各樣的顯示屏無處不在,手機、電視、電腦、電紙書……隨著技術的迭代進步,新型顯示的應用領域也在進一步拓展,進入車載顯示、虛擬現實、可穿戴設備等新興領域,為用戶帶來更為豐富和沉浸式的視覺體驗。
各式各樣的屏幕背后都離不開一樣東西——信息顯示玻璃。玻璃的主要原料石英砂怎樣變成多彩屏幕?曾經昂貴的液晶電視如今為什麼價格變得親民?透過一塊塊新奇的屏幕能窺見怎樣的未來生活?帶著這些疑問,記者在多地進行了探訪。
玻璃基板變得更大——
隨著國產技術進步,20年間液晶電視機價格下降超過90%
“現在98英寸液晶電視也就五六千元,回想我2006年買的第一台40英寸液晶電視,花了1.3萬元。”北京市朝陽區居民孫女士感慨,現在購買一台40英寸液晶電視只要千元左右,20年間液晶電視的價格下降超過90%。
這背后,最重要的原因是國產技術的進步。液晶顯示技術起源自歐美,后來在日本、韓國率先實現產業化。玻璃是信息顯示領域的關鍵基礎材料,20多年前,我國電視機、電腦屏幕幾乎全靠進口。
“那時候,市場上銷售的大尺寸液晶電視,價格普遍在萬元左右。”中國工程院院士、中國建材集團首席科學家彭壽回憶。
液晶顯示面板的核心部件是TFT—LCD玻璃基板。長2.5米、寬2.2米的8.5代TFT—LCD玻璃基板,相當於6個50英寸電視大小,是信息顯示玻璃行業“皇冠上的明珠”。長期以來,這項國家戰略性玻璃新材料一直被國外壟斷,其核心技術被美國康寧、日本旭硝子等少數幾家國外企業控制,玻璃基板成為嚴重制約我國顯示產業發展的“卡脖子”問題。
以料方開發為例,外國企業在全球范圍內申請了大量配方專利,進行嚴密布局,大幅擠壓開發空間。我國TFT—LCD玻璃基板配方研發工作不夠系統,缺乏針對浮法工藝的玻璃配方開發。彭壽帶領項目團隊經過上千次配方試驗,最終研制出了自主產權的配方。
“不同范圍的粒徑組合,一天需要篩選幾十組。”團隊成員仲召進查看著當時的實驗記錄本介紹,經過無數次的挫折、失敗、思考與從頭再來,終於探索出適用於TFT—LCD玻璃熔制工藝的硅質原料及最優粒度級配方。
2019年9月,團隊自主研發生產的中國首片具有自主知識產權的8.5代TFT—LCD浮法玻璃基板成功下線,意味著我國自主研發的高世代液晶玻璃基板實現工業化生產。“這項技術突破有效打破了國外壟斷、擠壓了其高額利潤空間,顯著降低我國相關制造企業生產成本,帶來了顯著的經濟效益與社會效益。”中建材玻璃新材料研究院集團有限公司(以下簡稱“中研院”)副總工程師楊建強說。
前不久,記者跟隨中國質量萬裡行促進會組織開展的“中國質量獎獲獎企業媒體行活動”,走進8.5代TFT—LCD浮法玻璃基板生產線,頗感震撼。在上千攝氏度的高溫熔窯中,石英砂、純鹼、石灰石等原料熔化為火紅的“岩漿”。玻璃液緩緩流入錫槽,漂浮在相對密度更大的錫液表面,在重力和表面張力的作用下,被攤平成為0.5毫米厚的8.5代玻璃基板,其厚度波動小於±0.005毫米。玻璃液成型、退火后被引上過渡輥台,再經過切割、研磨、清洗、檢驗等環節,變成一塊塊巨大的玻璃基板。
業內專家表示,中國液晶顯示產業擁有近20條生產線,產能約佔全球70%,實現了從“解決有無”到“追求創新”的跨越。
超薄玻璃變得更柔——
厚度僅是普通打印紙的1/4,卷成軸后可以輕易穿過一枚戒指
在寒冷的天氣下,手機折疊屏容易碎嗎?記者來到中研院先進玻璃材料全國重點實驗室尋找答案,這裡曾研發出工業化最薄的30微米可折疊玻璃。
在這裡,記者觸摸到30微米的超薄柔性玻璃時,對薄如蟬翼有了具象化的感受。這塊30微米的超薄柔性玻璃,厚度僅是普通打印紙的1/4,卷成軸后可以輕易穿過一枚戒指。
中研院副總經理單發勇介紹,這片超薄柔性玻璃,連續彎折百萬次也不會破損斷裂,在柔性和可折疊方面的性能表現已達全球頂尖水平。
“這麼薄,會不會容易碎?”記者問。單發勇坦言,30微米柔性可折疊玻璃需要在原本就已經足夠輕薄的高鋁硅玻璃原片的基礎上進行減薄處理。基於玻璃的物理性質,在變薄的過程中,玻璃的透明度和柔韌度會提高,但是玻璃也會隨之變得易碎。
“既要減薄,又要保証玻璃不易碎,這個過程難度不小。玻璃的強度和韌性與制作時的工藝參數密切相關。”單發勇介紹,研發團隊對各項工藝參數逐一攻破、反復調試。柔性玻璃的成品不斷升級:從可折疊20萬次到40萬次,再到100萬次﹔彎折半徑從3毫米到1毫米,再到0.5毫米。每一項數值細微進步的背后,都是研發團隊刻苦攻關的成果。
“在常溫下不容易碎,但在低溫下會不會容易碎?”記者追問。單發勇拿出兩塊柔性折疊屏說:“柔性折疊屏用的材料有兩種,一種是有機材料,就是CPI有機材料,在極度低溫下很脆,容易碎。”
“還有一種是我們生產的超薄柔性玻璃(UTG),本身作為無機材料,耐候性相對於有機材料而言更加優秀。”單發勇給記者展示手中的UTG屏,“我們通過超薄厚度降低應力,化學強化阻擋裂紋,高鋁配方提升韌性,再加上無缺陷的制備工藝,讓其在常規零下溫度下具備優異的抗折性能。日常使用中,折疊屏手機在低溫下應避免強行彎折,以防膜層或鉸鏈損壞,而非擔心UTG碎裂。”
時鐘倒撥回2019年。當時,國外公司生產銷售的0.1毫米超薄玻璃價格高達1000元/平方米,0.1毫米以下的產品更是比黃金還貴,且受到壟斷。2020年,中研院聯合相關企業開展攻關,率先開發出30微米柔性可折疊玻璃,改寫了超薄玻璃技術的“世界版圖”,形成了覆蓋“高強玻璃—極薄薄化—高精度后加工”的全國產化柔性可折疊玻璃產業鏈,為下游產業降低成本近千億元。
如今,折疊手機、折疊筆記本電腦已大規模量產,卷軸電視機、卷曲顯示屏、柔性醫療檢測裝備等也從概念變成了實物。重量小於250克,可滑移卷曲超20萬次的“全球首款車載滑移卷曲AMOLED顯示屏”已被應用於國內知名車企。
玻璃變得更“聰明”——
火車車窗變觸摸屏,汽車車窗能當“移動電源”,建筑玻璃會發電
“看到車窗玻璃上有電子時鐘,我就嘗試點了點,沒想到發現了新大陸。”從河南鄭州到開封的城際列車上,乘客孟女士發現列車車窗變身智慧屏幕,不僅可以查看到站信息,還能看視頻,可以像“刷手機”一樣“刷車窗”,還可以點擊“車窗切換”,把電子屏幕變成透明車窗,繼續欣賞車窗外的風景,累了想休息還能自由控制進光模式。
這款智慧車窗採用OLED自發光技術,不僅實時顯示車次、站名等信息,更是一塊可觸控的“魔法屏”,帶給乘客沉浸式的視聽體驗。
玻璃正在變得更“聰明”、更節能、更多樣。
在汽車上,一塊玻璃可以是“防晒衣”,鍍膜隔熱前擋可以阻隔車外太陽輻射向車內傳遞,太陽能隔絕率大於60%﹔可以是“移動電源”,在玻璃夾層中加入太陽能電池組件,將太陽能轉化為電能,為車載電器提供能源﹔還可以是“ETC卡槽”,將ETC芯片直接嵌入前擋玻璃,可獲得更好的通行穩定性。“過去,抗沖擊、防破碎是消費者對汽車玻璃的核心訴求,而今,玻璃已成為集成多元科技的‘智能終端’。”福耀集團汽玻工程研究院院長沈俊龍說。
在建筑上,一塊玻璃可以是美麗的“鎧甲”,微晶玻璃不僅色彩豐富,還耐磨、耐酸、耐鹼、抗凍、抗熱﹔還可以是“發電站”,在玻璃基板上鍍一層銅銦鎵硒薄膜,原本絕緣的普通玻璃就變成了發電玻璃。
“這種玻璃可以在弱光條件下實現光電轉換,即‘有光就有電’。安徽蚌埠奧體中心安裝了我們的發電玻璃,面積5000多平方米,年發電量約68萬千瓦時,年節約原煤255噸,減少二氧化碳排放475噸。”單發勇說。
未來玻璃還會有哪些變身?彭壽說:“我們正加速11/10.5代液晶玻璃基板、OLED玻璃基板、半導體玻璃、空間站玻璃等尖端材料的研發與產業化攻關,堅持以創新鏈驅動工程鏈、以工程鏈催化產業鏈,不僅要在玻璃新材料領域不斷攀登新高峰,還要讓玻璃更好地服務人們的美好生活。”
《 人民日報 》( 2026年03月25日 19 版)
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