本文來自微信公眾號“半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫”。
我國新型顯示產(chǎn)業(yè)總投資已超過1.5萬億，已成為全球最大的面板生產(chǎn)基地，產(chǎn)業(yè)規(guī)模世界第一。
9月6日，中國科學(xué)院院士歐陽鐘燦在第24屆中國國際光電博覽會（CIOE）開幕式暨2023全球光電大會主題報(bào)告上，縱觀顯示行業(yè)的發(fā)展歷史，總結(jié)出三條技術(shù)規(guī)律，指出了我國新型顯示產(chǎn)業(yè)存在問題并分享目前的有關(guān)進(jìn)展。
作為信息交互的重要端口，新型顯示產(chǎn)業(yè)已發(fā)展成為戰(zhàn)略性高新科技的基礎(chǔ)和最具活力的電子信息產(chǎn)業(yè)，整體產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過千億美元。新型顯示技術(shù)含量高，其技術(shù)研發(fā)過程需要多學(xué)科、多領(lǐng)域的高度復(fù)合集成，工藝技術(shù)復(fù)雜、生產(chǎn)難度大。
隨著5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的蓬勃興起，使得顯示應(yīng)用不斷升級，帶動“場景延伸+技術(shù)更新”雙驅(qū)動，不同的應(yīng)用場景對應(yīng)不同的顯示技術(shù)。歐陽鐘燦表示，目前主要的技術(shù)路線有LCD顯示、蒸鍍OLED顯示、印刷OLED/QLED顯示、Micro-LED顯示、激光顯示、反射式顯示六大類。
LCD
LCD顯示技術(shù)是目前新型顯示技術(shù)中，技術(shù)成熟度最高的一種，應(yīng)用也最為廣泛。目前市場大都使用TFT-LCD顯示技術(shù)，其結(jié)構(gòu)主要為在兩片玻璃基板中間夾著一層液晶，上層玻璃基板是彩色濾光片、下層玻璃則分布著薄膜晶體管及其周圍的相關(guān)電路，當(dāng)在像素晶體管兩端施加一定電壓時，結(jié)合數(shù)據(jù)電極電壓的控制，就可以實(shí)現(xiàn)控制像素區(qū)域的電場大小，使得液晶分子原本的排列狀態(tài)發(fā)生了扭轉(zhuǎn)，進(jìn)而改變光線的通過量，并以不同比例照射在彩色濾光片上，進(jìn)而產(chǎn)生不同顏色。
近年來，人們對顯示產(chǎn)品的品質(zhì)要求進(jìn)一步提高，加之隨著市場發(fā)展，也催生了很多種新的應(yīng)用場景，為應(yīng)對這些新的需求，TFT-LCD仍然有許多新的技術(shù)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)或正在開發(fā)，如Mini-LED背光技術(shù)、曲面LCD顯示技術(shù)、UB Cell顯示屏技術(shù)異形、輕薄化、窄邊框等外觀技術(shù)、透明LCD顯示技術(shù)等。TFT-LCD顯示在未來很長一段時間仍將是顯示產(chǎn)業(yè)的主流技術(shù)。
最新TFT-LCD顯示展品
蒸鍍OLED顯示
蒸鍍OLED顯示主要分為WOLED和FMM OLED兩種技術(shù):在大尺寸方面，蒸鍍OLED主要采用WOLED蒸鍍技術(shù)，即用白光OLED作為發(fā)光無件，利用開口型掩膜版，將各層功能性材料采用蒸鍍工藝進(jìn)行整面型成膜。在中小尺寸方面，其技術(shù)采用RGB三原色像素獨(dú)立發(fā)光技術(shù)，即像素級全蒸鍍工藝，利用精細(xì)金屬掩膜版(FMM)將各層功能性材料采用蒸鍍工藝進(jìn)行像素級成膜。
隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能快速發(fā)展與普及，應(yīng)用端對顯示技術(shù)提出了越來越高的要求。產(chǎn)業(yè)界在性能提升(如降低功耗、提高壽命、改善畫質(zhì))、形態(tài)多樣化、技術(shù)集成和中尺寸拓展等方面，持續(xù)進(jìn)行OLED器件優(yōu)化和工藝升級。在性能提升上主要有LTPO技術(shù)、光取出MLA技術(shù)等，在形態(tài)多樣化上主要有可折疊、可卷曲、全屏屏、透明屏等技術(shù)，在變革性技術(shù)上主要有JDI eLEAP技術(shù)、維信諾ViP技術(shù)等。
最新OLED技術(shù)
印刷OLED/OLED顯示
印刷OLED顯示是區(qū)別于蒸鍍OLED技術(shù)的一種全新的技術(shù)路線，主要的特點(diǎn)是采用噴墨打印的方式將OLED功能層材料通過墨水的形態(tài)精確地輸送到對應(yīng)的像素內(nèi)，最終實(shí)現(xiàn)全彩顯示。印刷OLED技術(shù)可適用各種尺寸的產(chǎn)品范圍，且產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制備工藝簡單。
印刷OLED正向高分辨率、中大尺寸、低功耗、柔性等方向發(fā)展，已可覆蓋分辨率在350PPI以下的各類顯示產(chǎn)品，可同時適用于TV/MNT/NB/Tablet產(chǎn)品。
目前，各面板廠家已經(jīng)開發(fā)了不同尺寸的印刷OLED樣機(jī)，形態(tài)包括剛性和柔性，均實(shí)現(xiàn)了較好的顯示效果；同時國內(nèi)外多家廠商進(jìn)行印刷OLED材料/墨水開發(fā)，近年來性能持續(xù)提升；印刷OLED顯示的關(guān)鍵技術(shù)與工藝流程已打通、產(chǎn)業(yè)化所需核心要素條件均已具備，產(chǎn)業(yè)化序幕即將開啟。
三星印刷QLED當(dāng)前進(jìn)展
Micro-LED顯示
Micro-LED技術(shù)是一種以微米量級LED作為像素元，按微米量級周期在TFT或CMOS背板上組裝成的高像素密度LED平面顯示技術(shù)，其顯示原理是將LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行薄膜化、微小化、陣列化，其尺寸僅在幾微米至幾十微米；然后將Micro-LED發(fā)光芯片巨量轉(zhuǎn)移至TFT或CMOS背板上，Micro-LED芯片陣列周期排列，且每一個點(diǎn)像素必須可控制、單獨(dú)驅(qū)動點(diǎn)亮。
Micro-LED顯示具有高發(fā)光效率、高亮度、響應(yīng)時間短和可靠性好的優(yōu)良特性，被行業(yè)譽(yù)為繼LCD和OLED顯示的下代顯示技術(shù)。從2000年Micro-LED概念首次提出以來，到近幾年來已經(jīng)成為國際競爭關(guān)鍵科技焦點(diǎn)之一，受到了國內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的高度重視。
激光顯示
由于激光具有方向性好、單色性好和亮度高三大特性，用于顯示可以實(shí)現(xiàn)大尺寸、超高清、大色域和高觀賞舒適度的高保真圖像再現(xiàn)，沖擊人眼視覺極限。根據(jù)光源的技術(shù)路線不同，激光顯示主要分為三基色激光光源技術(shù)路線和混和光源技術(shù)路線?；旌瞎庠醇夹g(shù)是激光和非相干光組合構(gòu)成顯示用三色光源，目前主要包括激光+熒光光源、激光+LED光源技術(shù)路線
基色激光顯示技術(shù)基于紅綠藍(lán)三基色激光結(jié)合投影/平板技術(shù)的路線。
2023年全球最大的消費(fèi)電子展CES 2023上，海信、長虹、光峰、三星等廠商展出了最新激光顯示技術(shù)，從家用、微投、車載、智能等多個應(yīng)用場景展示了激光顯示最新產(chǎn)品，推動了激光顯示走入8K時代。
反射式顯示
反射式顯示又被稱為電子紙顯示，通過反射環(huán)境光實(shí)現(xiàn)圖像顯示，無需背光源，也不會自發(fā)光，擁有類似“傳統(tǒng)紙張”的觀閱體驗(yàn)，同時具有視覺健康、低功耗、低光熱輻射、陽光下可視等突出優(yōu)點(diǎn)，是一種綠色健康、閱讀舒適、超薄輕便、可彎曲、超低耗電的新型顯示技術(shù)，具有多個不同的技術(shù)路徑，主要包括電泳、電潤濕、電漿、膽固醇液晶、反射式液晶等。
反射式顯示技術(shù)起源于國外，我國在該技術(shù)誕生伊始就處于落后地位。雖然近幾年，我國先后在電潤濕顯示技術(shù)、電泳顯示技術(shù)上取得了重大突破，但在激烈的國際競爭中，還未站穩(wěn)一席之地。當(dāng)前主流電子紙顯示屏產(chǎn)品源于美國E-Ink公司的電泳電子墨水技術(shù)(現(xiàn)為臺灣元太科技)，占據(jù)全球95%以上壟斷市場。電潤濕顯示是基于微流體操控體系的全新顯示原理，是當(dāng)前唯一兼容彩色視頻主流信息播放的電子紙技術(shù)，有望引領(lǐng)電子紙從黑白準(zhǔn)靜態(tài)到彩色動態(tài)的革命。
未來，電子紙顯示技術(shù)發(fā)展趨勢將會有多個發(fā)展方向，視頻顯示、柔性顯示、全彩顯示、無源低功耗、觸控大屏等。最近一年，各反射式技術(shù)路徑在彩色化、視頻化方面均有一定的突破。
歐陽鐘燦縱觀顯示行業(yè)的發(fā)展歷史，總結(jié)出三條技術(shù)規(guī)律：
一是，每一次顯示技術(shù)的升級都依賴于顯示材料的技術(shù)進(jìn)步。CRT顯示需要使用電子槍發(fā)射高速電子激發(fā)顯示屏上的磷光物質(zhì)發(fā)光；LCD顯示依賴TFT背光模組、大尺寸玻璃基板、液晶材料、偏光片和濾光片實(shí)現(xiàn)對顏色的調(diào)控；OLED顯示得益于有機(jī)自發(fā)光材料與柔性封裝膜材料實(shí)現(xiàn)了對比度高、發(fā)光效率高、色彩豐富、可柔性彎折的優(yōu)勢；Micro-LED顯示和激光顯示的核心是半導(dǎo)體發(fā)光材料和封裝技術(shù)在光效率和光功率方面的提升。
二是，顯示材料在面板成本中占比較高，高毛利率導(dǎo)致國外技術(shù)壟斷嚴(yán)重。由于上游顯示材料具有高附加值、高技術(shù)含量的特點(diǎn)，日韓和歐美公司通過技術(shù)壁壘和專利保護(hù)等手段壟斷了上游顯示材料領(lǐng)域，長期盤踞顯示產(chǎn)業(yè)價值鏈分工的中高端。
三是，顯示裝備在投資成本中占比最高，且顯示核心裝備技術(shù)被歐美、日、韓等國企業(yè)所嚴(yán)重壟斷。
目前，全球平板顯示產(chǎn)業(yè)的國際競爭日益激烈，日本、韓國等顯示產(chǎn)業(yè)大國已陸續(xù)關(guān)閉并轉(zhuǎn)移LCD的產(chǎn)線并加緊推動有機(jī)發(fā)光顯示(OLED)、量子點(diǎn)發(fā)光顯示(QLED)等新型顯示技術(shù)，搶占產(chǎn)業(yè)發(fā)展先機(jī)。與此同時，下一代顯示技術(shù)新方向不斷涌現(xiàn)，以印刷顯示、Micro-LED顯示為主的下一代顯示方向逐步明確，光場顯示、納米LED顯示等變革性顯示技術(shù)將推動三維立體顯示發(fā)展，全球都處于產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前的研發(fā)階段。
歐陽鐘燦指出了我國新型顯示產(chǎn)業(yè)存在問題，他表示，我國新型顯示產(chǎn)業(yè)總投資已超過1.5萬億，已成為全球最大的面板生產(chǎn)基地，產(chǎn)業(yè)規(guī)模世界第一。但關(guān)鍵材料和核心裝備嚴(yán)重依賴進(jìn)口，產(chǎn)業(yè)整體面臨“大而不強(qiáng)”的發(fā)展局面，在國際貿(mào)易保護(hù)主義抬頭的形勢下，我國新型顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展安全時刻面臨威脅。
針對以上問題，歐陽鐘燦分享了目前的進(jìn)展情況。在關(guān)鍵材料方面，通過國家科技重大專項(xiàng)、863計(jì)劃、973計(jì)劃國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等科技和產(chǎn)業(yè)計(jì)劃的持續(xù)支持，我國企業(yè)、高校、科研院所等單位已取得了較大的成效:印刷OLED紅綠藍(lán)材料的性能已基本趕上、甚至略有超越國外先進(jìn)水平；QLED紅綠材料的性能已經(jīng)滿足產(chǎn)品化需求，藍(lán)色材料的壽命也有所突破，有望在不久的將來實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。
在核心裝備方面，由于產(chǎn)業(yè)鏈長、技術(shù)含量高，前期投入大、試驗(yàn)成本高、研發(fā)周期長、跨區(qū)域協(xié)作等問題，需進(jìn)一步加強(qiáng)裝備的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。由季華實(shí)驗(yàn)室和國家新型顯示技術(shù)創(chuàng)新中心組織全國優(yōu)勢力量開展“璀璨行動”，對于補(bǔ)齊新型顯示核心制造裝備短板，構(gòu)建完善的新型顯示產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，助推我國邁向顯示強(qiáng)國具有里程碑意義。
