光與影本來就足以給人給人留下深刻的印象，而透明技術又帶來了雙重的神秘美感。作為開發(fā)者，你的客戶不僅會注意到技術本身，更會注意到你如何使用它，又呈現(xiàn)了什么。

現(xiàn)在，電子設備無處不在，它們大多采用硅基半導體元件。不過，采用硅以外半導體材料的新型電子產(chǎn)品正在出現(xiàn)?？纱┐?、透明和柔性電子產(chǎn)品就在實現(xiàn)新一代的設備和應用，而這是硅無法實現(xiàn)的。

IDTechEx最近的一份報告預測，到2041年，透明電子（Transparent Electronics）產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將超過200億美元，其發(fā)展軌跡日漸清晰。之前懸停在半空中的電子顯示器曾經(jīng)是科幻小說的素材，但研究人員和市場分析師表示，隨著透明電子技術的進步，這些概念正在成為現(xiàn)實，它已成為最具活力和日益增長的市場。那么透明電子的背后是一種什么技術？為什么它有如此巨大的潛在優(yōu)勢呢？

應用精彩紛呈，市場多元創(chuàng)新難

透明電子器件的種類可謂應有盡有，僅顯示器就有LCD、mini LED、micro LED、QD、OLED等；還有光電視窗、電致變色（electric darkening）、雷達玻璃、電路、異向介質(zhì)（metamaterial）、加熱器、天線等各種應用。應用更是包羅萬象，家電、便攜式設備、媒體/娛樂、建筑、外科醫(yī)療、國防軍事等不一而足。

透明OLED電視

越來越多的廠商正致力于研發(fā)透明顯示產(chǎn)品，這類設備除了炫酷、華麗，還輕薄、易于攜帶，支持3D顯示技術，并且耗能低，有利于環(huán)保節(jié)能。其最大優(yōu)勢就是借助透明屏幕，比如透過屏幕操作上面顯示的東西（將一只手表“戴”在手腕上測試效果），檢索并操作屏幕中的文檔，從而帶來一種全新的人機交互體驗。

看看一些正在實現(xiàn)的典型應用?，F(xiàn)代汽車承諾，其未來的一些電動汽車將保留大型車頂窗，并通過它來提供足夠的電力，以大大增加行駛里程；中國鐵路正在部署具有交互式功能的車窗發(fā)光彩色顯示屏；美國越來越多的農(nóng)用溫室可以吸收利于植物生長的光，其余部分則用于發(fā)電。

透明電子技術的迅速發(fā)展帶來了各種功能的透明電子器件和光電器件。使用透明材料或其他不透明材料制成的圖案（如帶加熱絲和天線的汽車擋風玻璃）可以讓光線通過，從而實現(xiàn)透明顯示。德國弗勞恩霍夫激光技術研究所開發(fā)了可導引自動駕駛汽車雷達光束的前照燈玻璃；透明加熱器層壓板電動汽車內(nèi)飾配件也已面世，以減輕重量和功耗，增加行駛里程。

京東方的智能調(diào)光窗方案可根據(jù)環(huán)境亮暗連續(xù)調(diào)節(jié)，讓車窗秒變隱私玻璃。它是在電壓驅(qū)動下控制染料分子旋轉(zhuǎn)來改變透過率。與其他調(diào)光方案相比，該方案具有高通透、低功耗、快速響應的特點，適用于乘用車天窗、側窗場景。側調(diào)光窗支集成BOE透明顯示技術，可實現(xiàn)人車交互。

智能調(diào)光車窗

為了在惡劣環(huán)境條件下使用除霧或除霜功能，Optical Filters開發(fā)的一系列透明加熱屏幕。利用低電阻母線將加熱電流提供給氧化銦錫（ITO）鍍膜玻璃。其涂層密度有助于提供具有良好光學清晰度的優(yōu)異加熱性能。測試證明，在外部溫度為-50℃時，濾光片透明加熱器可將LCD維持在20℃，溫度梯度為3℃/分鐘。透明加熱器的應用范圍很廣，包括公共信息顯示器、物料搬運設備、軍用地面車輛、海軍飛行甲板設備、重型農(nóng)業(yè)和土方設備的控制面板、潛望鏡和海上石油平臺。

關于市場，多元化的另一個意思是“碎片化”，供應商和客戶眾多，產(chǎn)品無標準可依。這樣的市場精彩紛呈，也使材料創(chuàng)新極具挑戰(zhàn)。采用創(chuàng)新新材料本身就具有挑戰(zhàn)性，尤其是在無法直接替代現(xiàn)有產(chǎn)品的情況下。由于可能不具備優(yōu)化工藝所需的專知和經(jīng)驗，新材料制造商很難說服客戶從當前的成熟制造過渡到采用透明電子材料的新解決方案。為此，需要采用垂直整合模式，為客戶提供一攬子解決方案，既提供透明電子材料，又提供相關功能電路，才能盡可能降低客戶應用難度。

何為透明顯示？

透明電子器件最令人興奮的方面是其潛在應用，如透明顯示器、太陽能電池板和智能窗等。

以液晶顯示器為例，傳統(tǒng)顯示器需要背光，會消耗大量電能。而透明顯示器使用環(huán)境作為背光。透明顯示屏廣告牌、街道標志就像漂浮在半空中一樣；同樣，窗戶的玻璃也可以作為顯示器使用。

透明液晶屏是在兩片無鈉玻璃素材——基板（Substrate），中間夾有一層液晶。當通電導通時，液晶排列變得有序，使光線容易通過；不通電時，排列變得混亂，阻止光線通過。

由于將上下夾層的電極改成FET（場效應晶體管）電極和共通電極，在FET電極導通（電壓變化）時，液晶分子的排列狀態(tài)同樣會發(fā)生改變，通過遮光和透光來達到顯示目的。由于FET晶體管具有電容效應，能夠保持電位狀態(tài)，先前透光的液晶分子會一直保持這種狀態(tài)，直到FET電極下一次加電改變其排列方式為止。通過控制電場就控制了光線的明暗變化，從而達到顯示圖像的目的。而用于這種透明顯示的FET就是TFET（透明FET），又叫薄膜晶體管。

隨著2D半導體的進一步發(fā)展，更靈活和透明的電子器件可能最先在各種顯示器中采用。

TFET的最新進展

近年來，全世界的工程師都在努力研發(fā)靈活和多功能電子元件，以制造出更復雜的設備和機器人系統(tǒng)，如電子皮膚（e-skin）或可穿戴傳感器。這一特定研究領域的總體目標是開發(fā)可大規(guī)模制造和實現(xiàn)的柔性電子產(chǎn)品，使之具有高設備密度和優(yōu)異性能。

一類特別有希望成為柔性電子器件的材料是上面提到的2D半導體，如二硫化鉬（MoS2）。雖然這種材料具有許多優(yōu)越的機械、光學和電子學性能，但迄今為止，用MoS2制造具有高器件密度和高性能的大規(guī)模柔性集成電路是一個挑戰(zhàn)。去年末，中國科學院的研究人員制造了一種可以大規(guī)模生產(chǎn)的新型柔性透明MoS2基晶體管。研究成果發(fā)表在《自然電子學》上，它是用傳統(tǒng)氣相沉積工藝的一種變體制造出來的。

這項研究的研究人員之一張光宇說：“MoS2這種2D材料具有天然的薄性和靈活性，有可能成為柔性電子產(chǎn)品的新構件?！边@項研究基于在高質(zhì)量單分子膜MoS2的晶圓級外延方面的最新進展，開發(fā)了大規(guī)模柔性和透明電子產(chǎn)品的原型。

用2D半導體制造柔性透明電子器件

他表示：“在接下來的研究中，我們將繼續(xù)優(yōu)化生長過程，以提高MoS2薄膜的質(zhì)量。此外，我們還計劃進一步改善器件性能，提高柔性器件的集成度，讓我們的晶體管更具應用前景，如柔性存儲器和突觸器件、傳感器、光電探測器等?！?

光伏電池可以是透明的

許多類型的透明顯示新興應用已深入到光伏應用，發(fā)現(xiàn)了新的用途和多種功能。如果下一代太陽能電池是透明的，就可以安裝在車窗、建筑物，甚至手機屏幕上。為了克服太陽能電池安裝空間的限制，促進其在各種應用中的采用，許多研究者都在研究透明薄膜太陽能電池。

韓國仁川延世大學綜合技術學院的Ah-Jin Cho等研究的2D WSe2/MoS2 p-n異質(zhì)結透明光伏電池就是一種很誘人的東西。他表示：“透明光伏電池的獨特特性可以有各種各樣獨特的應用?！?

不只是晶瑩剔透的透明光伏電池

Ah-Jin Cho介紹說，要實現(xiàn)太陽能電池的透明化，選擇足夠透明又能顯示光伏特性的材料是關鍵。他說：“我們建議使用WSe2/MoS2 2D p-n異質(zhì)結和氧化銦錫電極來制備透明薄膜光伏電池。由于2D材料所具有的優(yōu)點，可獲得相當高效率的高透明度（～80%）太陽能電池。此外，通過引入由含氟聚合物組成的透明鈍化層，光伏性能得到了很大改善?！?

基于2D材料制造全透明光伏器件

在鈍化層的作用下，WSe2/MoS2透明光伏電池的效率可達約10%。基于2D材料制造完全透明光伏器件的研究表明，2D半導體Waals p-n異質(zhì)結作為高透明、輕量化薄膜太陽能電池的活性層具有巨大潛力。

用氧化物半導體制造透明電子器件

阿卜杜拉國王科技大學從事新材料和新工藝開發(fā)的科學工程教授Husam N. Alshareef介紹了他開發(fā)的使用氧化物半導體的透明電子系統(tǒng)以及薄膜沉積所起的作用。

他表示：“我們最感興趣的是電子和儲能，在眾多半導體材料中，我們特別關注氧化物。氧化物半導體往往是透明的，這意味著我們可以構建透明的電路，進而開發(fā)透明顯示器。傳統(tǒng)顯示器依賴于耗電量很大的背光。環(huán)境顯示器降低了這種功耗，新技術可以將顯示器變成窗戶。”

透明電路的另一個應用是智能窗，它可以根據(jù)環(huán)境（熱、光、電壓）的變化改變透明度，即熱致變色窗，當感覺到房間太熱時，它會變得越來越不透明，以幫助降溫。另一種場景是在窗中嵌入隱形傳感器，以感應化學物質(zhì)或輻射。它可以隱藏在機場等重要地點，以改善公共安全。

他的團隊還開發(fā)了用于儲能的氧化物。氧化物半導體在電池電極中有很好的作用。除此之外，它還可用于高功率器件超級電容器，在電動汽車、備用電源和自供電傳感器和傳感器網(wǎng)絡中的微功率單元等應用中發(fā)揮至關重要的作用。他們還嘗試將微型電池和微型超級電容器與透明和/或可穿戴電子設備集成，以實現(xiàn)新一代的自供電傳感器。

透明氧化物半導體將使車窗成為交互式顯示器

薄膜晶體管是怎樣制造的呢？據(jù)介紹，標準薄膜晶體管由三層組成：導電層、半導體層和絕緣層。而精確控制這些層可以決定晶體管的成敗。TFET也有同樣的功能，但是要使用高透明度的材料來制造非常薄的晶體管。絕緣層必須足夠堅固，不允許任何電子泄漏，導電層必須允許最有效的電子傳輸。氧化物半導體層位于這兩者之間，通過調(diào)節(jié)其導電性，可以產(chǎn)生電信號“1”和“0”。

構建薄膜晶體管有幾種不同方法。如果用于高密度電子產(chǎn)品，就要大量并聯(lián)晶體管，就需要潔凈室環(huán)境的真空系統(tǒng)，這種低壓系統(tǒng)幾乎沒有污染。

對于新興領域，如大型廉價電子產(chǎn)品或柔性電子產(chǎn)品（如RFID、食品標簽和傳感器、玩具），新開發(fā)的化學工藝分層方法可以經(jīng)濟地實現(xiàn)適合要求較低的應用。

導電薄膜層

Alshareef解釋說：“硅半導體可以傳輸電子和空穴，正是這種能力使硅技術如此成功。將這兩種傳輸方式結合起來，就可以構建低能耗運行的功能性智能電路。”

他認為，透明氧化物半導體缺乏良好的p型（空穴傳輸半導體）傳輸層。而結合透明空穴傳輸層和透明電子傳輸層就可以開發(fā)出透明電路和傳感器。此外，透明金屬氧化物可以作為晶體管和電路觸點。他們的目標是實現(xiàn)無銦透明氧化物導體，因為銦的供應有限，越來越昂貴。

在電容儲能材料方面，他的團隊一直在研究利用多種穩(wěn)定氧化態(tài)元素——錳、釩、鉬和鈷制造大規(guī)模和微型儲能裝置。他希望將這些裝置與透明電子產(chǎn)品集成，制造自供電傳感器（醫(yī)療診斷）和智能設備。

科幻正在變成現(xiàn)實

斯皮爾伯格的電影《少數(shù)派報告》鞏固了透明顯示作為尖端技術在人們心目中的地位，消費者已經(jīng)為使用這項技術做好了充分準備。

光與影本來就足以給人給人留下深刻的印象，而透明技術又帶來了雙重的神秘美感。作為開發(fā)者，你的客戶不僅會注意到技術本身，更會注意到你如何使用它，又呈現(xiàn)了什么＋