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近三年“工程诺贝尔奖”漫谈:液晶显示、手机、与锂离子电池

作者:欧阳钟灿  来源:科学中国人  发布时间:2014-12-2

导读:   欧阳钟灿,中国科学院院士,中国科学院理论物理所原所长。清华大学自控系毕业,先后获固体物理专业硕士,光学专业理学博士学位,理论物理博士后。曾到柏林自由大学从事合作研究。主要从事液晶、生物膜理论、DNA生物大分子弹性性质及蛋白质折叠研究。1993年获海外华人物理学会亚州华裔物理学杰出成就奖,1994年获首届中国博士后“国氏奖”,1995年获中科院自然科学一等奖,1996年被国家人事部评为中青年有突出贡献专家,1999年获周培源奖及国家自然科学二等奖。

序言:
   “创新驱动发展,促进转型升级”迎接信息时代的到来
   1.什么是工程诺贝尔奖——德雷珀奖 (Draper Prize)?
   2.2012 德雷珀奖:从CRT到液晶平板显示。
   3.2013 德雷珀奖:从大哥大到智能手机。
   4.2014 德雷珀奖:从手机到电动车应用的锂离子电池。

“创新驱动发展,促进转型升级”迎接信息时代的到来

   习近平同志关心我国战略性新兴产业新型平板显示的创新发展。
   8月份四川省举办了一个招商引资的大会,发布了一个惊人的消息:中电要在四川成都建设一条8.5代线的液晶生产线。一条8.5代线的概念是多少呢?等于300多亿人民币。京东方在重庆已经在建设一条8.5代线的液晶生产线,所以搞重工业制造的要看到这个商机。
   9月16日,武汉市跟深圳华星光电合作了一条6代多晶硅的生产线,这也是武汉最大的一次投资,160多亿元。这两条消息告诉了我们什么?有一个产业是信息革命的基础,正在悄悄地走进我们。我们国家在这方面发展非常快。美国工程院设立了一个奖叫德雷珀奖,业内也称之为工程诺贝尔奖,近三年授予的就是液晶显示、手机和锂离子电池。
   中国液晶显示的分水岭和里程碑的事件,就是合肥市政府跟京东方合作建设的我国第一条大尺寸液晶生产线。我国在2011年之前只有三条5代线,这几条线只能生产计算机的屏幕,更大尺寸的屏幕则生产不了,所以液晶电视的屏幕都是靠进口。那几年液晶电视非常贵,都要万元以上,但是2012年液晶电视的价格突然拦腰斩断只有几千块,这就是在京东方跟合肥市政府做生产线之后的事情。这条生产线打破了国外的垄断。合肥市就是因为建了这条线,几年来GDP增长率都是全国第一,因为一条液晶生产线可以拉动很多上下游产业。
   2011年4月9日,时任国家副主席的习近平同志专门视察了京东方合肥第6代TFT-LCD平板显示生产线。习近平同志一行首先来到6代线产品展厅,详细询问了京东方的自主创新和产品研发经营等情况,京东方董事长王东升就国内外液晶显示领域的发展现状及未来发展趋势进行了汇报。随后,习近平同志兴致勃勃地参观了生产线,详细了解TFT-LCD的生产工艺流程,并询问了有关产业配套及材料应用等方面的情况。
   习近平同志对京东方的发展和自主创新实践给予了充分的肯定。他强调,战略性新兴产业代表着科技创新和产业升级的方向,决定着未来经济发展的制高点,一定要大力培育和发展。习近平勉励京东方一定要继续创新,为提高我国液晶显示领域的创新能力以及国家综合竞争力做出更大贡献。业内人都将习主席的这次视察当做一个里程碑。
   大家回忆下,现在的显示产业为什么这么重要?人类经历了三次工业革命:
   0.1:第一次工业革命:蒸汽机解放劳动力;第二次工业革命:电气化(列宁:共产主义——苏维埃加电气化;1958年大跃进:楼上楼下,电灯电话);第三次工业革命:微电子与信息化技术革命。电子信息在我国GDP成长最快。我们抓住了机遇。
我国手机产量达到11.8亿部,计算机产量3.5亿台,彩电产量1.3亿台,集成电路产量823.1亿块,我国作为电子信息产业制造大国,稳居世界第一位置。
   中国网民已超过5.38亿,拥有微博账户2.74亿,我国移动电话普及率达到82.6部/百人,3G网络用户突破1亿户;互联网普及率达到42.1%,其中手机上网用户占到网民总数的74.5%;城镇居民的彩电、计算机拥有率超过136台/百户和80台/百户,作为信息消费国也已稳居世界第一位置。
智能手机在全世界的发展速度有可能会减缓,不会像过去7年那样继续增长。当然中国除外,中国因为今年有三大运营商4G网络的覆盖,智能手机会有三位数字的发展。2014年第一季度全球智能手机出货量为2.794亿部,中国占比例高达35%,中国智能手机制造、使用位居全球第一。美国不到中国的一半,份额只有12%。
   0.2:信息时代就是“八屏一网一云”人类接受信息60%靠眼睛,屏是核心。
   “八屏一网一云”:通过一个云系统和网络利用8种显示屏。八屏:即智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式一体机(AIO)、便携电视、智能电视、商务/医疗/教育用显示器、视频墙。最近iPhone6正在国外大热,销售是在国外,但是生产是在中国。著名台商郭台铭最近转向制造业:“进入信息时代后,人的眼睛就离不开显示屏了。无论是“LINE”还是“Facebook”,不用眼睛看就什么也做不了。所以,我从2012年开始推进扩大显示器和触摸面板业务的眼球项目(Eyeball Project)。今后不仅是显示信息,还将强化信息制作和发送相关的业务”。
   而作为手机、计算机和彩电的三大支撑技术:平板显示、移动通讯(智能手机与平板电脑)、及可充电锂离子电池的发明历史,国人知之甚少,本报告将给三大技术一个简单的科普,尤其对核心的“屏”技术给予详细的介绍,因为这是我国近十年信息产业发展最好的一项战略新兴产业。
液晶显示面板进口额列所有领域第四位、信息领域第二位,急需掌握新型显示的核心技术。

平板显示市场规模及应用分类

   2014年全球平板显示市场规模1310亿美元(大陆市场超过600亿美元),其中:
   *液晶电视:500亿美元
   *移动电话/电脑:550亿美元且增长迅速
   0.3:让计算机移动起来
   2013年微软收购诺基亚:全球的PC出货量已经减少,而智能手机和平板电脑的出货量正在增加。在智能手机和平板电脑领域,微软落在了谷歌和苹果的下风。诺基亚虽然开发智能手机较晚,但销量依然位居世界第二,在全世界拥有销售网,技术实力也十分雄厚。目前微软的两大支柱业务“Office”与“Windows”不知能够笑到何时,所以“Office”与“Windows”装入手机与平板电脑,PC就会退出。
   按企业计算全球智能手机出货量(2013年第一季度)

谷歌、苹果、微软3家操作系统对比
2014年:中国智能手机正在后来居上

   2014年第一季度(1-3月)全球智能手机出货量为2.794亿部,同比增加29%。三星电子以31%继续领跑,远远超出苹果的16%。另外,在排名前十的厂商中有一半是中国厂商,分别是排名第三的华为、排名第四的联想、位居第六的小米、第八的宇龙通信(手机品牌为酷派)以及位列第九的中兴通讯。中国市场占据了全球总出货量的35%,远远超过美国市场的12%。
2014年1-3月全球平板电脑出货量为4130万台,其中,苹果和三星电子的产品共占71%。高居榜首的苹果公司的出货量为1640万台,市场份额为40%。三星的出货量为1300万台,市场份额扩大到了31%。排名第三的是华硕电脑,自主品牌产品和“Google Nexus 7”的合计出货量为210万台。
   液晶显示、手机、与可充电锂离子电池是谁发明的?
   1、什么是工程诺贝尔奖——德雷珀奖?
   引起笔者关注美国工程院最高奖德瑞珀奖是由于下面两件事:2012年授予为液晶显示做出贡献的:
   George H.Heilmeier,Wolfgang Helfrich,Martin Schadt,T.Peter Brody
   2013年授予颁给为手机做出贡献的:
   Martin Cooper,Joel S. Engel,Richard H.Frenkiel,Thomas Haug,and Yoshihisa Okurmura.
   G.H.Heilmeier:发明动态散射模式(DSM)LCD,用于手表和计算器。
   W.Helfrich(我的合作导师),Martin Schadt:发明扭曲向列(TN)模式液晶,应用于平板显示。
   T.Peter Brody发明AM驱动阵列LCD,开启了现代液晶显示大门。
   Martin Cooper:1973年发明第一部手持手机。
   Joel S. Engel:手机系统AMPS。
   R.H. Frenkiel:Cell grid定位和切换。
   Thomas Haug:SIM卡,SMS信息。
   Yoshihisa Okumura:800MHz单元系统。
   从2012年液晶显示到2013年手机:“大屏小屏人人有”,“捷报屏传”,我国不能错过发展平板显示的黄金时期。
   查理斯达克·德雷珀奖已被视为世界上最具声誉的工程科学奖。然而其两年一度所公布的获奖人却远未被大众传媒所注重,该奖的起源及其重要价值即使在工程科学界内也鲜有人知,这是令人遗憾的。事实上若有更多的人知道和了解这一奖项及其获奖人的工作,无疑将有助于激励更多的年轻工程技术人员(特别是工科物理专业的学生)。为了更好地了解该奖的起源及其意义,有必要回顾一下最初10年诺贝尔奖创立之初的情况。
   诺贝尔奖是瑞典出生的炸药发明家、工程师阿尔弗雷德·诺贝尔于1895年(即他去世的前一年)手书了一纸文件后设立的。这份仅有275个单词的文件明确限定了该项由诺贝尔本人的相当可观的地产所积累的基金奖项,将用于奖励那些在过去岁月中给全人类带来巨大利益的科学成就。诺贝尔设计了5项奖,分别对在物理学、化学、生理学或医学领域作出最重要贡献的个人,对在文学领域创作出最优秀作品以及在促进世界和平方面作出杰出贡献的人士设立专门奖金。
   诺贝尔还言明,科学奖中的物理和化学奖由瑞典科学院负责评选,尽管诺贝尔本人不会将发明和工程技术成就摈弃于纯科学之外, 然而瑞典科学院却将基础科学局限于物理和化学两大领域。此外,瑞典科学院通常更注重获奖提名人的长期成就和毕生工作而非遵循诺贝尔当初的意顾,即某项成就一经确认即可授奖。
   首次颁奖的7、8年后,诺贝尔奖的评选已形成某种框式,当时的“纽约论坛报”曾这样反映了科学界内外人士的看法:诺贝尔基金会的最大特点之一是它忽略了诺贝尔本人曾受训的职业。或许是出于对这些批评的回应,1909年的诺贝尔物理学奖授予了意大利电气工程师马可尼和德国物理学家布劳恩,以示承认他们在无线电报装置方面的贡献;1912年又因达伦在发明航标灯自动调节器方面的成就而授予其该年度的物理奖。然而这种对工程成就的认可归根结蒂是无规则的、欠系统性的。这样,诺贝尔本人生前很明确的有关要承认并奖励工程成就的意愿实际上已被排除在诺贝尔奖之外。
诺贝尔本人当初并未考虑设立的奖项——诺贝尔经济学奖于1969年首次颁发,它是由瑞典银行出资设立的,该奖的全称为“瑞典银行为纪念诺贝尔所设立的经济学奖”。此例一开,其他一些有代表性的学科如数学,也急于找到诺贝尔基金会,希望也能为之增设专门奖项。截止到80年代初期,诺贝尔基金会对此类申诉一概不受理。因此,1986年诺贝尔基金会明确拒绝美国工程科学院有关申报设立诺贝尔工程奖的请求。
德雷珀其人及德雷珀奖
   为此,1988年,美国国家工程科学院设立了查理·斯达克·德雷珀奖。该奖是两年一度授予(从2001年起每年一次)那些为全人类的幸福和自由作出杰出工程成就的个人。主要由位于麻省坎布里奇的查理·斯达克·德雷珀实验室捐助的德雷珀奖由一枚金质奖章和37.5万美元(现在50万美元)奖金组成。关于德雷珀其人以及都由哪些人获得了该奖,这些获奖人的简要成就等可能外界知之甚少。
   查理·斯达克·德雷珀生于1901年10月2日,也即诺贝尔奖首次颁发的那一年。他的少年时代在密苏里州Windsor的一个小镇上度过。进大学时他首次就读的是密苏里矿冶学院的图书馆艺术系,两年后他转校到斯坦福大学。1922年他毕业于斯坦福,获心理学学士学位;其后他在麻省理工学院先后获得电化学理学士学位(1926),1928年获物理学硕士学位;1938年获物理学博士学位。与此同时,他在MIT获得教职,先在该校航空工程系任助理教授,1939年成为正教授。
   由于德雷珀尝试做一名空军飞机驾驶员的努力未果,遂他将兴趣转向民用飞行。在他取得飞行员资格后,他弄到了一架飞机,并自己动手对飞机的仪器仪表缺陷作了彻底改进。德雷珀在“阿波罗”计划的导航、控制系统的研制中发挥了重要作用。NASA与德雷珀实验室订立的第一份合同即是设计阿波罗计划的登月舱和指全舱系统。1973年,MIT将30年代建立的检验仪器实验室组建为德雷珀实验公司,这是一个独立的非盈利的研究开发组织。1987年在德雷珀辞世不久,实验室蓝事会即批准为德雷珀奖捐资。
《堪与诺贝尔奖媲美的德雷珀奖》
   无论外界对德雷珀奖评价如何,其两年一度(现在一年一度)的获奖工作作为诺贝尔奖的必不可少的补充而确立了自己的特色、地位。正如Science杂志在第二届德雷珀奖颁发之后所言:伟大的工程技术成就终于有了一个认可的奖项,就该奖获奖人的创造性发明的价值及其对人类的意义而言.其意义绝不低于甚而超过了诺贝尔奖。〔Henry Petroski,《科学美国人》1994年1-2月号,江世亮译〕

2008北京奥运会开幕式的科学环节:四大发明、钱学森之问

   活字印刷的表演。“活字印刷”是中国古代的四大发明之一。“活字印刷”的表演,既像古代的活字字盘,又像现代的电脑键盘。897块活字印刷字盘变换出不同字体的“和”字。表现了中国汉字的演化过程,也表达了孔子的人文理念:“和为贵”。
表演“海上丝绸之路”“郑和下西洋”的情境。4.600多年前,明朝的郑和7次率领27000人的船队远航,从中国的泉州出发,到达西亚、东非地区,开创了有名的“海上丝绸之路”。演员手举古老的指南针。指南针是中国古代的四大发明之一。
the Draper Prize【“工程诺贝尔奖”】
   八十年代(1980s)
   1989年(首届):杰克·基尔比(Jack S. Kilby)(2000年诺贝尔物理奖)和罗伯特·诺伊斯(Robert N. Noyce)
   获奖理由:发明集成电路(for their independent development of the monolithic integrated circuit)。
   九十年代(1990s)
   1991年:佛兰克·怀特(Sir Frank Whittle)和汉斯·冯·欧海恩(Hans von Ohain)
   获奖理由:发明喷气发动机(for their independent development of the turbojet engine)。
   1993年:约翰·巴科斯(John Backus)
   获奖理由:发明Fortran,第一种被广泛应用的高级计算机语言(for his development of FORTRAN,the first widely used,general purpose,high-level computer language)。
   1995年:约翰·R·皮尔斯(John R. Pierce)和哈若德·罗森恩(Harold A. Rosen)获奖理由:对通信人造卫星技术的发展(for their development of communication satellite technology)。
   1997年:弗拉迪米尔·哈恩赛尔(Vladimir Haensel)
   获奖理由:发明催化平台(for his invention of “platforming”)。
   1999年: 高锟(Charles K. Kao 2009年诺贝尔物理奖),罗伯特·D·毛拉(Robert D.Maurer,和约翰·B·麦克彻斯尼(John B. MacChesney)
获奖理由:发展光导纤维(for the development of fiber optics)。
二十一世纪初(2000s)
   2001年:文顿·瑟夫(Vinton G.Cerf),罗伯特·卡恩(Robert E. Kahn,伦纳德·克莱恩罗克(Leonard Kleinrock 和劳伦斯·G·罗伯茨(Lawrence G. Roberts)
   获奖理由:发展互联网(for the development of the Internet)。
   2002年:罗伯特·兰格(Robert Langer)获奖理由:发展革命性的药物投递系统(for the bioengineering of revolutionary medical drug delivery systems)。
   2003年:伊万·A·盖亭(Ivan A. Getting 和布拉德福特·帕金森(Bradford W. Parkinson
获奖理由:发展全球定位系统(for their work developing the Global Positioning System,GPS)。
   2004年:艾伦·凯(Alan C. Kay), 布特勒·W·兰姆森(Butler W. Lampson),罗伯特·W·泰勒(Robert W. Taylor)和查尔斯·P·泰克尔(Charles P. Thacker)
获奖理由:发展阿通,第一个实用联网计算机(for their work on Alto, the first practical networked computer)。
   2005年:米诺若·S·“山姆”·阿拉克(Minoru S. "Sam" Araki),佛朗西斯·J·麦登(Francis J. Madden),爱德华·A·米勒(Edward A. Miller),詹姆斯·W·普朗摩尔(James W. Plummer) 和 董·H·邵斯勒(Don H. Schoessler)
   获奖理由:设计、发展、操作科罗娜卫星,首个地球观象卫星(for the design, development,and operation of Corona,the first space-based Earth observation systems)。
   2006年: 威拉德·博伊尔(Willard S. Boyle 2009年诺贝尔物理奖)和乔治·埃尔伍德·史密斯(George E. Smith 2009年诺贝尔物理奖)
获奖理由:发明电荷耦合元件,数码相机和其他广泛应用的成像技术的核心器件(for the invention of the Charge-Coupled Device(CCD), a light-sensitive component at the heart of digital cameras and other widely used imaging technologies)。
   2007年:蒂姆·伯纳斯-李(Tim Berners-Lee)获奖理由:发展万维网(for developing the World Wide Web)。
   2008年: 鲁道夫·卡尔曼(Rudolf E. Kalman)获奖理由:发展卡尔曼滤波器(for developing the Kalman filter)。
   2009年:罗伯特·H·德纳德(Robert H. Dennard)
   获奖理由:发明和发展动态随机存取存储器,通用于计算机、数据处理系统和通信系统(for his invention and contributions to the development of Dynamic Random Access Memory (DRAM), used universally in computers and other data processing and communication systems)。

信息时代的灵魂:幸运的是地球是个硅星球——集成电路

   1947年诞生第一个晶体管,1958年集成电路(德州基尔比),1971年未处理器(英特尔4004)。
   今天,地球上有1019晶体管,每人有15亿晶体管(人口从0到65亿用了3万年,晶体管从0到1019用了不到60年)。
   1947年一个晶体管指甲盖大小,现在930万个晶体管可装在一厘米硅片!
   摩尔定律:18个月翻一番。
   2000年全球集成电路销售11280亿美元,美国GPT98170亿美元,德国18700亿美元。
   集成电路是世界经济引擎的驱动力。
   三次工业革命(动力、电气、信息)是站在物理学巨人的肩膀上发展起来(高考只考语、数、外能行吗?)
   单位名称都是物理学家的名字:力-牛顿,文档-开尔文,功率-瓦特,能量-焦耳,电阻-欧姆,电压-伏特,电流-安培,电容-法拉,磁场-高斯、特斯拉,频率-赫兹。
   晶体管发明只是不到两页的物理论文”The transistor, a semiconunductor triode”Phys. Rev.74,230-231(1948.7.15),作者:巴丁、布喇顿(有趣的是布喇顿出生于我国厦门,童年也是在厦门度过),文中感谢肖克利贡献,三人共同获诺贝尔物理奖。
中国要“创新驱动发展,促进转型升级”一定要从论文数量驱动到核心技术创新转化。
   在信息技术创新我们还比不过新加坡:发明计算机声卡沈望傅(创新技术公司)、与USB闪存陈胜利(Trek Technology)都是新加坡人与公司。
   LED是有可能获得德雷珀奖的,但可能又是日本人。(编者按:本文是作者9月19日在四川德阳的一次报告预言的,10月7日宣布的2014年诺贝尔物理奖正是授予发明蓝光LED两位日本人与一位日裔美国人。)

2012德雷珀奖:从CRT到液晶平板显示
2008北京奥运会开幕式最精彩的环节——蓝色星球

   奥运开幕史上,最大、最沉、最新高科技的模型直径18米、重16吨的液晶显示星球,仅设计、制造和安装这颗多媒体“地球”就用了一年多时间。天空中的星球,变幻着色彩和图案,众多演员在“地球”上行走,似乎脱离了地心引力,充满梦幻色彩;体育竞赛在“地球”上诠释着“更快、更高、更强”的奥林匹克精神。

什么是液晶

   大家知道物质通常有三态:气体、液体、固体,液晶是介于液体与固体的中间态,也被称为物质的第四态。固体分子质心平均有固定的空间位置,液体分子质心可随机流动。液晶由长形分子构成,分子质心可以自由流动(液体),但长轴方向平均排列有一定的趋向,光学有双折射现象(晶体特性)—液晶。液晶是奥地利植物学家在胆甾醇苯酸酯的熔融实验发现的:胆甾醇苯酸酯光学有双折射现象(晶体特性)是由德国物理学家雷曼证实,雷曼首次称这种液体为液晶。
   1922,G.Freidel首次把液晶随温度变化分为三相,它们统称为热致液晶。
   1958年乔治H.Heilmeier加入RCA,在那里发现的动态散射和宾主型液晶的电光效应。之后,担任美国白宫科学顾问。在国防部,他被任命为国防研究和工程院电子和物理科学的助理署长。从1974年到1977年,Heilmeier是美国国防部高级计划局(DARPA)主任。他后来成为德州仪器高级副总裁兼首席技术官。Heilmeier后来担任贝尔通讯公司(Bellcore)的总裁兼首席执行官,并最终作为主席和名誉主席。
   1).DSM-LCD因最早发明液晶显示器获得2005年京都奖
   DSM型液晶显示器件也是由两片带透明导电电极图形的玻璃基板构成一个液晶盒为主体结构的,只不过液晶盒中的液晶材料中掺人了一定比例的离子型有机电解质材料。因此,在不通电的情况下,液晶盒呈透明状,而通过一定频率交流电时,会随着电压的升高.在液晶层内形成一种因离子运动而产生的“威廉畴”。如果电压继续提高,最终会使液晶层内形成紊流和搅动。这种紊流、搅动使液晶层对光产生强烈的光散射作用,我们称这种现象为动态散射。
   沃尔夫冈赫尔弗里希,在RCA,首次从理论证明离子传导引起的取向的向列型液晶的动态散射效应。1970年,他加入了霍夫曼罗氏公司,在那里他和马丁Schadt开始了他们的合作,发明了扭曲相列液晶显示模式(TN-LCD)。之后,他接受了柏林自由大学的教授位置。从那时起,他从液晶模型进行理论和实验研究流体双层膜和囊泡(生物膜与细胞)。2012年12月12日他在以色列被授予Sackler国际生物物理奖。笔者作为他的合作者被邀请出席颁奖仪式,并作了30分钟的邀请报告。
   马丁Schadt作为加拿大国家研究理事会博士后研究员,1969年提出第一个有机发光显示器(OLED)专利。随后,他加入瑞士欧米茄钟表公司的Suisse de Recherche Horlogère at Neuch tel 实验室。
   两年后,他在Hoffmann-La Roche公司的中央研究中心新成立的LC-材料研究小组工作。他被任命为液晶技术部门的负责人,发明了许多新的电光效应,商用液晶材料和光聚合物液晶配向技术。
   从1994年开始,他任Rolic分拆上市公司首席执行官。他是活跃的多国政府和工业研究组织的科学顾问。
   T.彼得·布罗迪在西屋电气公司工作,在那里他发现了第一个有源矩阵显示器。后来,他开始了他自己的的公司,Panelvision,然后成为阿米“研华科技(Organization Advantech US)”的总裁兼首席执行官。除了液晶显示技术的贡献,他的众多的专利包括一个低成本的彩色滤光器的过程和一个高分辨率的印刷过程。
   布罗迪在研华科技与同仁开发了下一代OLED显示板背板生产工艺。布罗迪2011年9月去世,该奖项将提交给他的家人。
2012年全世界G5以上TFT产能比较
   我国显示产业规模超日本跃居世界第三(约占全球20%),已建和在建有TFT-LCD生产线共21条,2015年我国自产面板在全球面板市场占有率将达到25%。我国企业将重心转向了LTPS TFT和Oxide TFT等背板演进技术的研发,在AMOLED新型平板显示技术发展方面也取得了一定进展。在中小尺寸方面,京东方、天马新建的5.5代和4.5代生产线已全面导入LTPS技术,并导入部分AMOLED的产能,已经成功研制了分辨率超过200PPI的AMOLED面板产品。在大尺寸方面,京东方、华星光电已计划在新建的生产线中采用Oxide TFT技术,开发超高分辨率TFT-LCD产品,并利用部分产能导入AMOLED中试线,推进大尺寸AMOLED工艺的研发和验证。维信诺等企业在OLED有机发光材料方面也具有较强的技术储备,在高效率电子传输材料、创新的电子注入材料、高性能长寿命发光材料等方面取得了重要突破。国家实施平板显示专项后,推进了产业链的整合发展。
   2012年全世界及G5以上TFT产能比较我国产业规模超日本跃居世界第三(约占全球20%)(见表4)

2013德雷珀奖:从大哥大到智能手机

   第1代移动通信系统(1G)是模拟式通信系统,模拟式是代表在无线传输采用模拟式的FM调制,将介于300Hz到3400Hz的语音转换到高频的载波频率MHz上。这样的模拟通信有很多缺点,比如保密性不强、系统容量有限以及无法传输数据等,也就是说第1代移动通信系统是无法实现手机上网的,这在今天来说无法想象。
   美国第1代移动通信系统是发展于1984年的AMPS制式,这一制式在加拿大、南美、澳洲以及亚太地区广泛采用。而国内在80年代初期移动通信产业还属于一片空白,直到1987年的广东第六届全运会上蜂窝移动通信系统正式启动。国内移动网络采用的是欧洲的TACS系统,英国、西班牙以及意大利都采用这种网络制式。
   2013德雷珀奖颁给:Martin Cooper,Joel S. Engel,Richard H. Frenkiel,Thomas Haug,and Yoshihisa Okurmura“由于他们对世界上首批手机网络的开创性贡献”。
   第一个有限制的移动电话服务是由AT&T在1946建立的,一年后,贝尔实验室提出了蜂窝系统移动电话的初步设想。但由于缺乏沟通渠道,抑制了这个想法的进一步探索。直到20世纪60年代后期,贝尔实验室才开始了“大容量”的移动电话系统的规划活动。恩格尔和Frenkiel,与已故的菲尔波特,是最早参与了这项工作的工程师。他们开发了一个由低功率发射机和接收机遍布的覆盖小区,后来被称为蜂窝系统的一个区域的网络计划,使服务可以扩展到数百万用户提供有限数量的信道。在1971,这项计划的技术报告被提交到美国联邦通讯委员会,提出了什么将成为先进移动电话系统(AMPS)的设计,即诞生了美国的第一个蜂窝移动电话系统。
   与贝尔实验室同时,在日本电报电话公司(NTT)研究实验室工作奥村义久,打下了为在日本同时使用手机的群众的网络系统的基础。通过对一个高频率范围内的无线电波传播的多项精确调查,奥村发现了可以在广泛的领域,包括城市,郊区、以及山岳应用的移动电话频率传播基础数据(800MHZ)。1979,NTT网络成为世界上第一个完全集成的商业电话系统和最先进的电子交换系统。
   在蜂窝网络的开发不久后,马丁库珀,他当时在摩托罗拉工作,发布了第一个便携式手持蜂窝电话(1G手机,模拟式移动电话,“大哥大”)。经过深入研究,及完成了装置所需的技术多项专利,库珀和他的团队制作了一个利用无线电波的频率、可在广大地区移动性和可操作性全功能手机。1973年4月3日,库珀用他的原型手机从纽约市街给贝尔实验室的一个固定电话在贝尔实验室发出了世界上第一个移动电话呼叫,恩格尔从这个座机电话回复了呼叫。10年后摩托罗拉推出0.46公斤重、价值3500美元“迪纳TAC手机,再过7年发展100万美国用户。
   1960几个北欧国家都有自己的本地移动系统,然而,手机用户无法在电话塔之间转接。从1970到1982,托马斯豪格致力于发展北欧移动电话(NMT)系统,提供模拟电话(1G)服务跨越不同的国家。1982,在北欧成功的例子的启发下,豪格带领了一个研究小组,建立一个系统,允许用户在世界任何地方发送和接收呼叫。1992豪格和他的同事们已经成功地开发了新的高质量数字制式(2G)、高安全的移动通信系统,称为全球移动通信系统(GSM),它允许用户在已建立GSM转接系统的任何国家自由地打、接移动电话。这就是现代移动电话为什么首先在芬兰诺基亚公司实现的科学历史。
   2G(或第二代)是第二代无线电话技术。第二代按GSM标准的2G蜂窝电信网络商业化是由Radiolinja(现在的ELISA公司部分)1991在芬兰推出。三个主要超过他们的前辈的好处是:2G网络电话进行数字加密;2G系统是在更有效的频谱上,允许更大量的移动电话普及率及提供数据服务、短信服务、图片信息和MMS(多媒发送),并且只有预定的接收器可以接收和阅读它的数据传输。1G网络的无线电信号是模拟信号,在2G网络的无线电信号的数字,这两种系统都使用数字信号在广播塔之间传输。
   2G在不同的运营商已被更新的技术,如2.5G,2.75G,3G,4G(将来还有5G)取代;更高的代数并无实质性的技术突破,而是数据流量速度的提高,满足了网民对移动TV、游戏、信息的需求,然而,2G网络仍然在世界的许多地方使用,诺基亚的手机对不愿意为彩信搔挠的老年人仍然可以方便使用。

智能手机从3G开始:语音、Email、网页浏览、视频、游戏、GPS

   3G在全球推广相对缓慢,原因是3G网络不像2G使用相同的无线电频率传播,而是移动运营商必须建立全新的网络和授权完全新的频率,特别是实现高数据传输率。其他的延误是由于升级传输的硬件费用,尤其是UMTS的部署要求,大多数广播塔的更换。由于这些问题和困难展开,许多运营商无法或延迟收购这些更新的能力。
   到2007年12月,根据全球移动设备供应商协会(GSA)协调,已有190 3G网络在40个国家经营,和154的HSDPA网络在71个国家经营。在亚洲,欧洲,加拿大和美国,电信公司使用的W-CDMA技术在100个终端的设计运行3G移动网络。
   让我们来到2020年,台积电董事长张忠谋口中“美丽的新世界”,便是他预言的“下一个大潮”,就是“物联网”。
   清晨,你被自己设定的铃声叫醒,眼睛才一睁开,交通与天气状况显示在洗手间的镜子里,提醒你计算过后的精确出门时间以免迟到。
   当你出门准备前往客户办公室开会时,不必再低头滑手机,Google眼镜直接将地图投射在眼镜上,引导你的行进方向;开车时,标准配备自动防止碰撞系统会保持你与前车的距离,少了驾驶乐趣,却也少了事故机率。 
   在商店里,你看到想买的商品,用手机扫描一下货物条形码,就放进了你专属的购物车里;出店门前再次确认清单,门口的传感器自动完成行动付款;你刚回到家,选购的货品也已送来。你把生鲜食品放进冰箱,小屏幕一边提醒你,最近买太多零食、太少蔬果,该注意一下健康了!
   2020年,全球移动电话数量已有26亿台,比2014年还要增加37%;但更惊人的是,联网智能装置的预估数量从260亿台到5百亿台之间。简单说,全球每个人平均将拥有3.7个装置。
   物联网的“大脑”──服务器与云端。想要把散乱无章法的非结构性数据,转变为整理过、有系统的结构性数据,最重要的关键就是服务器与云端运算装置。
   物联网的“神经网络”──网络通讯。不论是户外长距离的3G、4G通讯,或是室内Wi-Fi这种短距离的通讯,都是在物与物、物与云端之间传导讯号最重要的媒介。
   物联网的“骨骼与肌肉”──基础系统与穿戴式装置。不论是搜集数据,还是实际运用结构性数据,全都要靠它们去执行。
   张忠谋认为,未来物联网真正的主角,可能是Google、亚马逊(Amazon)、苹果(Apple)、阿里巴巴等跨国企业,半导体等可能只是配角。
2014德雷珀奖:从手机到电动车应用的锂离子电池

   2014年德瑞珀奖授予为锂离子电池做出贡献的的4位科学家:J.B. Goodenough,西美绪,R. Yazami,与吉野彰。”锂离子电池是世界各地数以百万计的人正在使用的手机、笔记本电脑、助听器、摄像机、平板电脑、电动工具,和许多其他的紧凑、重量轻的移动设备的供电电源。约翰.古迪纳夫绰,西美绪,拉希德Yazami,吉野彰各连续对归其发展作出巨大贡献。
   1979,约翰Goodenough发现使用锂钴氧化物(钴酸锂LiCoO2 LiCoO2)作为正极,金属锂作为负极,他使LiCoO2作为锂离子施主向正极源源供给锂离子,实现一个可充电电池。这一发现使得富碳材料可做为稳定和可控的锂离子电池的负电极。
   紧跟约翰Goodenough的突破发现,拉希德yazami开始探索石墨-锂化合物组件:锂可以可逆地插入石墨层间,用这种这石墨锂夹层结构代替锂金属负极提供了当今商业锂离子电池最常用的阳极。
   1985,日本旭化成公司吉野彰开发一个可充电的锂离子电池原型:使用锂钴氧化物阴极和阳极,完全消除了金属锂。这种设计大大改善了电池的安全,同时也提供了在一个合理的价格,实际的能量输出。吉野的工作导致了第一个商业上可接受的锂离子电池安全测试。
   西美绪,作为索尼公司运营官和高级经理,力求使锂离子电池的家庭项目。在监督大规模生产需要电池质量控制的发展,索尼官方发布的西美绪开发的高性能锂离子电池进入市场后,锂离子电池产值已达到百亿美元。
   总之,锂离子电池产品是索尼公司于上世纪90年代初发明并量产的。锂电池早在上世纪四五十年代就已经发明,但是因为使用的是单质碱金属锂作为负极材料,安全性较差,并且不可反复充电,所以用途不是很广。
   上世纪八十年代末日本旭化成科学家发现使用锂离子化合物作为电池正极,不但电池的安全性大大提高,并且还可以充电,由此发明了锂离子电池。

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