上海世博会上的光学论文.docx

上海世博会上的光学论文.docx

《上海世博会上的光学论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《上海世博会上的光学论文.docx（11页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

上海世博会上的光学论文

2010年上海世博会上的光学

管俊彦

经济学院学号：

10300680061

摘要

文章对2010年上海世博会上的最新光学技术对作了简要介绍，并着重对LED光学无线网络，高效彩色太阳能电池和OLED显示技术进行了详细的综述。

此外，文章还结合经济学专业对这些技术未来的发展趋势进行了总结和展望，同时提出了对我国光学产业发展的建议。

关键词：

2010年上海世界博览会

最新光学技术

Abstract：

ThedevelopmentofthelatestopticaltechnologyintheWorldExposition2010ShanghaiChinawerebrieflyIntroduced.TheLightEmittingDiode（LED）OpticalWirelessNetwork、High-effectiveAndColourfulSolarBatteryandOrganicLight-emittingDiodes（OLED）DisplayTechnologyweredescribedindetail.Moreover,thefuturedevelopmenttrendofthesetechnologiesweresummarizedandpredictedintheviewoftheeconomics.FinallythesuggestionsforthedevelopmentofChina'sopticalindustrywereproposed.

Keywords：

WorldExposition2010ShanghaiChina

Latestopticaltechnologies

引言

2010年上海世博会不仅是各国展示其发展状况与文化内涵的盛会，更是各国最新科技成果争奇斗艳的舞台。

光学技术作为一门走在时代前沿的科学技术，其最新成果在上海世博会上得到了广泛的应用。

如：

中国电信的CDMA/EV-DORev.B网络。

这一网络相比传统网络其带宽提高了2倍以上，可以更好地支持诸如VoIP，流媒体等应用。

网络最高支持2.5MHz频谱下的6.2Mbps下行速率，和3.75MHz频谱下的9.3Mbps下行速率。

上海企业联合馆（俗称“魔方”）的三维LED灯阵。

上海企业联合馆由密集的技术网络立方体包裹而成。

在这个技术网络立方体中，LED灯管可以通过电脑程序，不断改变建筑的外观，形成“魔方”一样的意境，在夜晚还将实时显示真实三维动画、文字和各种光效。

中国馆长128米，高6.5米，用三维影像重新构建的放大版的《清明上河图》。

世博文化中心内的LED全彩显示屏，显示面积达到500平方米，像素高达1380万，成为世界第一的单体高密度显示屏。

瑞士馆外围的互动型智能帷幕上被大家亲切地称为“小太阳”的红色太阳能电池板。

它可以与展馆周围的能量，比如照相机闪光灯产生的光能发生反应，从而发出闪光。

同时，这些电池可以储存能量，使得帷幕在夜间也能闪光。

各展馆高科技装备展示的影像。

沙特馆全球最大的1600平方米球体银幕，台湾馆720度球幕放映，美国馆和泰国馆的4D电影，石油馆的5D电影等等。

这些最新的光学技术不仅仅成为世博会展馆的亮点，它们更应该为我们的未来生活增光添彩。

光学，让生活更美好。

下面，我们将重点探讨和研究世博会上的三项光学新技术：

一，LED光学无线网络

二，高效彩色太阳能电池

三，OLED显示技术

正文

一：

LED光学无线网络

1．世博会上的应用

在上海世博会中国航空馆的LED光学无线网络展示平台上，一束光笔直的照到一台笔记本电脑上，工作人员在灯光下自由的上网冲浪。

这就是LED光学无线网络。

2．产生原因和发展过程

由于有线光纤网络存在“最后一公里”的瓶颈，即宽带服务从数据通信骨干网接入终端用户时成本非常高，而现有的Wi-Fi无线网络的覆盖面积依赖于无线路由器的能力，且有射频无线网络功率开销大并且传输信号易被窃听的缺点。

因此，科学家想到能否以LED照明灯发出的光作为网络信号的传输工具。

上世纪70年代后期开始，有研究人员研究室内光通信。

IBM苏黎世实验室的工程师们在当时建立了首个工作系统。

由美国政府资助的一项“智能照明”倡议探索把无线通信能力嵌入未来的LED照明安装之中，以提供更广泛的接入点。

这项投资额一亿八千五百万美元的、为期10年的美国国家科学基金计划涉及超过30所大学的研究人员。

其中，包括波士顿大学、位于纽约的Rensselaer理工学院以及位于新墨西哥州的新墨西哥大学。

经过多年潜心研究，中科院半导体研究所的科研人员成功搭建起一套“LED光学无线网络”，最高传输速率达2兆/秒。

3．基本原理

LED灯以极快的频率不停开关，灯光在闪烁时发出脉冲。

开代表“1”，关代表“0”，就这样，传递由“0”、“1”构成的数据，实现信号传送。

实际上，灯光在传输信号时，用不着完全开关，只需调节亮度即可对应“开”和“关”：

3/4亮度代表“开”，1/4亮度代表“关”。

这样既可降低功率又可提高传输效率。

运用中需要在照明用的LED灯上安装一个装置来控制它的闪烁，在电脑USB插口上安装探测光信号的装置，就能实现光学无线上网。

若同时安装发射与接收装置则可实现信息的双向传递。

发生器与接收器通常采用同一只具有反偏置的LED，并且在效果上，作为制造工艺的一个组成部分，使得LED的一部分作为接收器，而另一部分作为发射器，并最终开发出可制成可见光收发器的新的半导体技术。

4．主要优势

①覆盖范围广

由于LED灯正广泛运用于家庭，道路，交通工具上的照明，而只要有LED的地方就能实现LED无线网络覆盖，并且可以利用漫反射使网络信号充斥整个区域，来实现无线网络信号的全覆盖。

这样无论是小区的路灯还是家庭照明灯都能发送上网信号。

②网速快，信号稳定

我国中科院半导体研究所已成功实现2Mbps的传输速度，而目前国际上认为，LED光学无线网络理论上可以到达500Mbps的速率。

光信号不会受电磁波的干扰，在空气中的传输较稳定。

③安全无辐射

利用光传递信号解决了无限路由器射频信号产生的电磁波辐射污染。

另外光无法穿过墙体，从而防止了信息被窃取。

5.应用前景

①室内：

利用漫反射使无限信号充满房间，实现室内无线上网。

②飞机：

由于不发射电磁波，不会影响飞行安全，此技术能实现飞机上的高速上网。

③智能交通：

交通工具之间，路灯与交通工具之间将能实现无限交流，提醒对方提前避让，从而降低交通事故的发生率。

LED光学无线网络解决了有线光纤网络“最后一公里”的瓶颈，融照明与网络传输于一体，为社会节约了大量的经济资源，其市场价值将在未来的应用中得到充分体现。

二．高效彩色太阳能电池

1．世博会上的应用

世博会中国馆的观景平台和环绕中国馆的女儿墙上共安装2800块高效彩色双玻太阳能组件，装机容量250千瓦，为地下室展馆照明与部分空调提供电力。

2．有关成果

①中电科技集团公司48研究在研制光伏装备中使用创新工艺技术，成功研制出系列高效彩色太阳能电池。

②神州光电总工程师赵枫和被誉为“华人光伏之父”的台湾清华大学黄惠良教授的团队于2008年年底，联合攻克了太阳电池产品高效和彩色这个两难问题，研制出了高效彩色太阳电池。

③耶路撒冷的绿色阳光公司研发出一种能彩色太阳能电池板。

这种太阳能电池板能够吸收太阳光光谱中不同颜色太阳光的光能，且具有较高转换率的彩色太阳能电池板。

3．基本原理

①高效：

传统的太阳能电池板将原材料制成薄片形状，然后再在上面覆盖上玻璃平板；而高效彩色太阳能电池板在玻璃平板上覆盖一层染料和某种纳米金属混合物，且在玻璃平板的边缘部分覆盖有细条形状的硅材质。

这样能使原先被玻璃平板表面反射和吸收的太阳光扩散到电池板的边缘部分，并使这部分光能也转换为电能。

②彩色：

太阳能电池单元的部分表面不产生能量，在太阳能电池单元的至少部分不产生能量的部分上存在彩色材料，而至少部分产生能量部分没有彩色材料，从而在不十分影响太阳能电池单元电力输出的情况下达到能人为选择太阳能电池颜色的目的。

4．主要优势

①转换率高，发电成本低

耶路撒冷绿色阳光公司利用上文所说的技术使高效彩色太阳能电池板只需20%的硅材料，就能达到最高20%的转换率，是目前市场上的普通太阳能电池板转换效率的两倍。

而我国中电48所研制的产品量产平均转换率也在17.5%以上。

随着转换率的提高，其发电成本也大幅降低。

普通太阳能电池发电成本约为4美元∕瓦特，而高效彩色太阳能电池的发电成本可降低至1美元∕瓦特。

②吸收频率范围广

高效彩色太阳能能吸收太阳光谱中不同频率太阳光的光能。

在不集中吸热的情况下，能吸收可见光和紫外光，因此在发电时可以不正对太阳，适合于建筑物上固定位置的太阳能发电，可以有效延长每日的发电时间。

③色彩丰富，实现BIPV到EIPV

科研人员突破色彩与高效的矛盾，在保证高效的前提下制造出棕色、全棕色、红色、灰蓝色、黄色、蓝绿色等多种颜色的高效彩色太阳能电池。

太阳能电池是一种光伏建筑一体化（BIPVBuildingIntegratedPhotovoltaic）技术，既将光伏发电产品集成在建筑上的一种技术。

但传统太阳能电池多为深蓝色或黑色，无法满足现代有彩色要求的建筑物的需要。

而彩色太阳能电池以其丰富的色彩装饰建筑，在美化建筑外观的同时实现建筑与周围环境的和谐统一，是科技、艺术、文化与环境的完美组合，体现出环境光伏一体化（EIPVBuildingIntegratedPhotovoltaic）的新境界。

5．应用前景

因为色彩上的巨大优势，高效彩色太阳能电池能被广泛应用于己于需要各种颜色的建筑物上，在节能环保，美化环境的同时，实现光伏环境一体化的全新理念。

此外，高效彩色太阳能电池还可用于园林、风景区、绿化带等地方。

这不仅是科技与环境的统一，更是其经济价值与生态价值的统一。

三．OLED显示技术

1.世博会上的应用

在世博全球青年科技创新之旅展馆中,日本索尼和德国默克展示了最新的OLED显示技术。

由日本索尼设计的OLED笔记本电脑可以卷成一个卷轴,使用时拉开就形成巨大屏幕。

可以弯曲折叠的笔记本电脑成为世博会上一道别样的风景。

2.结构与原理

OLED是英文OrganicLight-emittingDisplay（有机发光显示器）的简称。

OLED构造为：

上下为非常薄的玻璃基板，中间为有机材料涂层。

其中有机材料发光涂层由一片与电池正极相连的薄而透明具有半导体特性的铟锡氧化物（ITO），再加上一个金属阴极，中间为有机发光部分，构成如三明治结构。

有机材料发光涂层包括了：

空穴传输层（HTL）、发光层（EL）与电子传输层（ETL）。

基本原理是：

外加电压能量将驱动电子与空穴分别由阴极与阳极注入元件，当达到适当电压时，正极空穴与阴极电荷就会在发光层中相遇、结合，即形成电子-空穴复合（Electron-HoleCapture），产生光亮。

依其配方不同产生红、绿和蓝RGB三原色，构成基本色彩。

有机材料涂层的显示单元由行列地址选中，从而能受控制地发出三种颜色的光，构成整个画面。

3.OLED与LED的性能比较

OLED的优点：

①厚度可以小于1毫米，仅为LCD屏幕的1/3，并且重量也更轻；

②主动发光、不需背光板，视角范围大，即使在很大的视角下观看，画面仍然不失真；

③响应时间是LCD的千分之一，显示运动画面不会有拖影的现象；图像稳定；亮度高、色彩丰富、画质均匀，分辨率高。

④发光效率更高，驱动电压低、能耗比LED要低；可与太阳能电池、集成电路等相匹配。

⑤适应性广：

能够在不同材质的基板上制造，采用玻璃衬底可实现大面积平板显示；如用柔性材料做衬底，可以做成能弯曲柔软的挠曲式面板。

OLED的缺点：

①寿命通常只有5000小时，要低于LCD至少1万小时的寿命；

②目前还不能实现大尺寸屏幕的量产，只适用于便携类的数码类产品；

4．主要应用

①OLED在头戴显示器领域的应用

OLED在头戴显示器，以视频眼镜和随身影院为重要载体，它以清晰鲜亮的全彩显示、超低的功耗等优势在数字士兵、虚拟现实、3G与视频眼镜融合、超便携多媒体设备与视频眼镜融合方面有广阔的应用前景。

②OLED在MP3和手机领域的应用

OLED有机发光显示屏被誉为“梦幻显示屏”。

它无需背光灯，而是每个像素都可自行发光，不管在什么角度什么光线下都可以比传统LED显示更加清晰的画面。

③OLED在电视屏幕领域的应用

OLED一但突破了大尺寸屏幕的技术瓶颈就能凭借其响应时间短、图像稳定、亮度高、色彩丰富、画质均匀、分辨率高的优点成为未来TV屏幕的主要材料。

5．发展现状与前景

①现状：

目前全世界约100多家厂商从事OLED的商业开发，OLED目前的技术发展方向分成两大类，日、韩和台湾倾向低分子OLED技术，欧洲厂商则以PLED为主。

在中国企业方面，早在2005年，清华大学和维信诺公司就决定开始OLED大规模生产线建设，并在昆山建设了OLED大规模生产线；广东省也积极发展OLED产业，截至2009年12月，广东已建、在建和筹建的OLED生产线项目有5个，分别是汕尾信利小尺寸OLED生产线、佛山中显科技的低温多晶硅TFT（薄膜场效应晶体管）AMOLED生产线专案、东莞宏威的OLED显示幕示范生产线项目、惠州茂勤光电公司AM（主动式）OLED光电项目、彩虹在佛山建设的OLED生产线项目。

根据调研公司DisplaySearch的报告，全球OLED产业2009年的产值为8.26亿美元，比2008年增长35%。

中国成为全球OLED应用最大的市场，中国的手机、移动显示设备及其他消费电子产品的产量都超过全球产量的一半。

②前景：

据市场研究公司iSuppli最新发表的研究报告称，2013年全球OLED电视机出货量将从2007年的3000台增长到280万台，复合年增长率为212.3%。

从全球销售收入看，2013年全球OLED电视机的销售收入将从2007年的200万美元增长到14亿美元，复合年增长率为206.8%。

而美国权威分析机构DisplaySearch的报告预测，到2016年OLED显示产业市场规模将达到62亿美元，其中手机主显示屏将是主要应用，市场规模约30亿美元，OLEDTV将是第二大应用，预计将达到20亿美元。

未来OLED产业的前景将十分广阔。

OLED显示市场规模预测

总结

正如邓小平主席说的那样：

“科学技术是第一生产力”，世博会上的这些最新的光学技术将成为未来生产力发展的重要推动力。

只有当科学技术转化为生产力时才能实现其巨大的经济价值。

而这些高新技术的研发需要大量的资金支持且不能保证其短期内的高回报率。

因此国家应在光学高新技术产业中投入大量的资金来支持科研单位和高等院校的开发与创新。

目前，我国的光学产业相比于发达国家仍然处于较落后的水平，大量的仪器设备和生产流水线需要外国的原装进口，这极大的增加了我国企业的生产成本。

也就是说，我们必须高价购买外国的知识技术才能进行我们低回报率的生产。

这使我想到了经济学中著名的“微笑曲线”。

微笑曲线理论由宏基集团创办人施振荣先生于1992年提出，它为中国指明了产业的发展方向。

微笑曲线两端朝上，在产业链中，高附加值体现在两端，即产品研发设计和售后服务环节，而处于中间环节的制造附加值最低。

因此光学产业未来应朝微笑曲线的两端发展，也就是在左边加强自主知识产权技术的创新，在右边加强客户导向的营销与服务。

中国目前的光学产业大部分仍处于利润空间较小的生产环节，中国要发展光学产业就必须加强产品的自主创新研发与售后服务管理，促进光学产业结构的调整，提高我国产品的科技含量和附加值，因为只有当企业的产品与服务有持续性的附加价值时，企业才能够生存下去，才能有高获利的潜力，才能确保企业的永续经营。

在这样的发展方向的指引下，我相信中国的光学产业在不久的将来一定能站在世界的前沿，让我们拭目以待。

参考文献

1．《影像冲击波很强很震撼》新民晚报2010-10-26

2．《LED光学无线网络：

只要灯亮着就能上网》成都商报2010-04-27

3．《未来LED不再只能照明光学无线网取代WiFi》中国LED显示屏网

4．《世博航空馆LED以光为媒万米高空接入互联网》文汇报2010-06-04

5．《神州光电光照世博中国馆》民族论坛NationalitiesForum2010年07期  

6．《上海世博会光电建筑》中国建筑金属结构ChinaConstructionMetalStructure,2010年07期

7．《新型太阳能彩色选择性吸收涂层的研制》太阳能学报ActaEnergiaeSolarisSinica,2006年09期 

8．《上海世博会中国馆彩色太阳能发电系统兴建之经纬暨对未来光伏发展之影响》台湾乐福太阳能公司执行长　黄惠良 

9．《世博中国馆彩色太阳能电池》光电新闻网2010-5-25

10．彩色太阳能电池单元阿克佐诺贝尔股份有限公司申请号/专利号：

01815233

11．XX百科彩色太阳能电池板

12．《全球OLED产业发展现状及趋势》现代显示AdvancedDisplay2010年06期  

13．《OLED技术的颠覆性创新突破》现代显示AdvancedDisplay2010年06期 

14．《柔性OLED制备及性能》中国科技论文在线SciencepaperOnline,2010年04期

15．《OLED技术及其在中国的产业化之路》化工新型材料NewChemicalMaterials,2010年S1期

16．《OLED技术与产业发展的机会与挑战》化工新型材料NewChemicalMaterials2010年S1期  

17．XX百科OLED

18．XX百科微笑曲线