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我國新型顯示關(guān)鍵材料發(fā)展戰(zhàn)略研究

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2021-02-19 來源:《中國工程科學(xué)》瀏覽次數(shù):1204
新型顯示作為電子信息領(lǐng)域為數(shù)不多的千億美元級產(chǎn)業(yè),是信息化、智能化時代我國戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向之一。本文針對新型顯示關(guān)鍵材料與工藝在新型顯示技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中的戰(zhàn)略性、支撐性和保障性作用開展論述,梳理了具有代表性的新型顯示關(guān)鍵材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,凝練了我國相關(guān)領(lǐng)域在材料技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)方面存在的問題,提出了我國新型顯示關(guān)鍵材料發(fā)展目標(biāo)和重點方向。
 
研究建議:抓牢新一輪顯示技術(shù)升級與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重大機(jī)遇,從國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展全局的高度、全產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)的角度出發(fā),以整機(jī)應(yīng)用為牽引,以核心材料為突破口,打造新型顯示創(chuàng)新平臺,構(gòu)建高效的技術(shù)創(chuàng)新體系;聚合優(yōu)勢力量,突破產(chǎn)業(yè)化發(fā)展中的核心共性關(guān)鍵材料與工藝問題,完善產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)。從技術(shù)、市場、資金、政策等多個角度完成了新型顯示創(chuàng)新平臺的可行性分析,以期支持我國新型顯示產(chǎn)業(yè)“從跟隨到引領(lǐng)”的跨越式發(fā)展。
 
一、前言
 
自 1939 年第一臺黑白電視機(jī)發(fā)明以來,顯示器這一人機(jī)界面終端顯示設(shè)備逐漸應(yīng)用于社會生活的各個領(lǐng)域。時至今日,新型顯示已成為電子信息產(chǎn)業(yè)的核心技術(shù)之一,應(yīng)用遍及工業(yè)、交通、通信、教育、航空航天、娛樂、醫(yī)療等諸多方面,形成了千億美元級市場規(guī)模,成為戰(zhàn)略性高新科技領(lǐng)域的基礎(chǔ)性和最具活力的產(chǎn)業(yè),極大地改變了人類的生活模式。當(dāng)前,多種顯示技術(shù)創(chuàng)新涌現(xiàn),如有機(jī)發(fā)光二級管(OLED)顯示、量子點(QD)顯示、 Micro-LED 顯示、激光顯示(LD)等,推動著顯示技術(shù)朝著高清化、全色化、大屏化、柔性化、綠色化方向發(fā)展。光學(xué)、半導(dǎo)體、材料、視頻、信息等技術(shù)的相互融合進(jìn)一步提升了顯示產(chǎn)品的競爭力、創(chuàng)新力和對終端消費者的吸引力。
 
經(jīng)過多年發(fā)展,我國顯示產(chǎn)業(yè)成為全球重要組成部分。2019 年,中國大陸新型顯示產(chǎn)業(yè)綜合規(guī)模超過 3 萬億元,成為世界顯示面板產(chǎn)能第一大國,正處于“由大到強(qiáng)”的發(fā)展機(jī)遇期。值得指出的是,與先進(jìn)國家相比,我國在顯示產(chǎn)業(yè)的上游領(lǐng)域中有超過 60% 的關(guān)鍵材料與裝備依賴進(jìn)口;產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)尚難以自主可控,潛在發(fā)展壁壘日益顯現(xiàn)。這些都是制約我國新型顯示產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展的瓶頸問題。
 
一代顯示材料決定一代顯示器件,新型顯示的自主創(chuàng)新必然以相關(guān)材料的創(chuàng)新為基礎(chǔ)。本文梳理國內(nèi)外新型顯示關(guān)鍵材料體系與技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景趨勢,凝練我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的問題,針對性提出我國新型顯示產(chǎn)業(yè)自主可控發(fā)展的措施建議。通過宏觀研究,以期明晰未來技術(shù)制高點,推動我國新型顯示產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展,盡快由顯示大國轉(zhuǎn)變?yōu)轱@示強(qiáng)國。
 
二、國外新型顯示關(guān)鍵材料發(fā)展現(xiàn)狀
 
顯示產(chǎn)業(yè)是涉及光電子材料與器件、光學(xué)工程、微電子與電子學(xué)等領(lǐng)域的綜合性產(chǎn)業(yè),新一代技術(shù)變革往往由材料和器件的突破所帶動。縱觀顯示技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的歷程,進(jìn)入 21 世紀(jì)后以薄膜晶體管液晶顯示(TFT-LCD)為代表的第二代數(shù)字平板顯示技術(shù)逐漸成為主流。為應(yīng)對需求,顯示基板尺寸在不斷擴(kuò)大,目前 G8.5 代線(及以上)的大尺寸生產(chǎn)線成為主力,相應(yīng)的半導(dǎo)體 / 真空工藝技術(shù)難度更高,對于資源的需求和投入也更大。
 
近年來,隨著第五代移動通信、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的出現(xiàn),新型顯示與超高清視頻、柔性、傳感、印刷電子等技術(shù)交叉融合,豐富了新型顯示終端產(chǎn)品體系。例如,印刷顯示、 Mini/Micro-LED 顯示、激光顯示、電子紙顯示等新型顯示技術(shù)和產(chǎn)品基本具備了產(chǎn)業(yè)化條件,引導(dǎo)了顯示材料、器件、裝備到制造技術(shù)在內(nèi)的整個顯示產(chǎn)業(yè)鏈的一次全面技術(shù)革新。
 
(一)印刷顯示及其關(guān)鍵材料
 
印刷顯示技術(shù)是使用噴墨打印的方式,將 OLED/ 量子點發(fā)光二級管(QLED)材料所配制的墨水噴打在所需要的像素位置,實現(xiàn)顯示器件制作的技術(shù)。相應(yīng)關(guān)鍵材料為印刷發(fā)光材料、墨水等。國外在印刷顯示產(chǎn)業(yè)及其關(guān)鍵材料方面的布局較早,具有雄厚的材料工藝與設(shè)備基礎(chǔ),已進(jìn)行了商業(yè)化。
 
先進(jìn)國家投入大量資源開展了關(guān)鍵材料、器件、工藝、系統(tǒng)原型等方面的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。美國的杜邦公司、Polyera 公司、Plextronics 公司,歐洲的默克集團(tuán)、FlexInk 公司、Plastic Logic 公司等在印刷小分子 OLED 材料、有機(jī)半導(dǎo)體材料、OLED 發(fā)光材料、QD 材料、有機(jī)薄膜晶體管(OTFT)背板集成材料與制造工藝方面具有技術(shù)優(yōu)勢。相關(guān)研究機(jī)構(gòu),如美國的斯坦福大學(xué)、西北大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校,歐洲的劍橋大學(xué)、帝國理工學(xué)院、英國印刷電子中心、芬蘭國家技術(shù)研究中心、德國海德堡創(chuàng)新實驗室等,也圍繞上述材料和工藝提前布局研究。
 
日本 JOLED 公司完成了 20 in/230 PPI 的樣機(jī)開發(fā),2018 年開始建設(shè) G5.5 量產(chǎn)線;住友化學(xué)株式會社、東京電子株式會社 / 精工愛普生公司、凸版印刷株式分社、大日本印刷株式會社等布局樣機(jī)和量產(chǎn)工藝研究。韓國樂金電子公司完成了 55 in 印刷 OLED 樣機(jī)開發(fā),三星電子公司正在實施印刷 OLED/QLED 材料與技術(shù)研發(fā)。
 
(二)蒸鍍 OLED 顯示材料
 
基于蒸鍍工藝的 OLED 顯示技術(shù),關(guān)鍵材料包括紅綠藍(lán)發(fā)光材料、空穴 / 電子傳輸材料、電極材料等。相關(guān)發(fā)光材料可分為熒光材料、磷光材料,根據(jù)分子量也可分為小分子發(fā)光材料、聚合物發(fā)光材料,這些關(guān)鍵材料占 OLED 顯示屏物料成本的比例約為 30%。
 
日本、美國和韓國在 OLED 顯示材料供應(yīng)方面具有優(yōu)勢。日本住友化學(xué)株式會社、昭和電工株式會社等主要供應(yīng) OLED 聚合物發(fā)光材料,日本出光興產(chǎn)株式會社、三井化學(xué)株式會社等是小分子發(fā)光材料供應(yīng)的龍頭企業(yè),日本出光興產(chǎn)株式會社、韓國樂金化學(xué)公司成為 OLED 電子傳輸材料的優(yōu)勢供應(yīng)商,日本德山株式會社、德國默克集團(tuán)、日本出光興產(chǎn)株式會社是空穴傳輸材料的主要供應(yīng)商,韓國三星 SDI 有限公司、美國環(huán)宇顯示技術(shù)股份有限公司、日本新日鐵化學(xué)株式會社、德國默克集團(tuán)主要供應(yīng)綠光磷光材料,美國陶氏化學(xué)公司、日本德山株式會社是紅光磷光材料的主要供應(yīng)商。
 
(三)激光顯示及其關(guān)鍵材料
 
激光顯示是以紅、綠、藍(lán)三基色(或多基色)激光為光源的新型顯示技術(shù),具有大尺寸 / 超大尺寸、大色域、超高清、高觀賞舒適度等優(yōu)點 ,關(guān)鍵材料包括三基色激光材料、超高清成像材料。
 
日本、韓國和美國在 20 世紀(jì) 90 年代啟動了激光顯示關(guān)鍵技術(shù)研究布局,通過美國能源部計劃、日本科技基本計劃等國家項目予以引導(dǎo),支持相關(guān)企業(yè)開展技術(shù)攻關(guān)。日本日亞化學(xué)株式會社、三菱電機(jī)集團(tuán)等已投入約 32 億美元研發(fā)三基色(半導(dǎo)體激光器)激光顯示,其中鎵銦磷(GaInP)紅光、氮化鎵(GaN)藍(lán)綠光激光顯示的功率和壽命等關(guān)鍵指標(biāo)國際領(lǐng)先。美國德州儀器公司、日本索尼集團(tuán)等基本壟斷了 2K/4K 分辨率的反射式數(shù)字微鏡(DMD)、反射式硅基液晶(LCOS)等激光顯示超高清圖像處理芯片供應(yīng)。
 
(四)Mini/Micro-LED 顯示及其關(guān)鍵材料
 
Mini/Micro-LED 顯示是由微米級半導(dǎo)體發(fā)光像元陣列組成的新型顯示技術(shù),是顯示技術(shù)與 LED 技術(shù)復(fù)合集成的綜合性技術(shù) [8]。GaN 發(fā)光材料與高遷移率的半導(dǎo)體材料、驅(qū)動技術(shù)、巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)等是 Mini/Micro-LED 顯示的關(guān)鍵材料和技術(shù)。
 
在 10 余年前,Mini/Micro-LED 顯示引起了研究人員的關(guān)注。法國原子能委員會電子與信息技術(shù)實驗室(CEA-LETI)推出了面向虛擬現(xiàn)實/ 增強(qiáng)現(xiàn)實顯示應(yīng)用的全彩顯示器件,像素點尺寸僅為 10 μm。日本索尼集團(tuán)在 2012 年發(fā)布的 55 in“Crystal LED Display”,對比度可達(dá)百萬比一,色彩飽和度可達(dá) 140% NTSC(美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會制定的彩色電視廣播標(biāo)準(zhǔn)),響應(yīng)速度快、使用壽命長;2016 年日本索尼集團(tuán)推出了“模塊化拼接”工藝,即經(jīng)多片模組拼接成更大尺寸顯示屏。2018 年,韓國三星公司發(fā)布了大尺寸 MiniLED(LED尺寸約為60~100 ?m)顯示墻樣機(jī)和產(chǎn)品。
 
(五)QD 顯示及其關(guān)鍵材料
 
QD 顯示是利用發(fā)光 QD 材料的顯示技術(shù),根據(jù)發(fā)光形式的不同可分為光致發(fā)光和電致發(fā)光。相應(yīng)的關(guān)鍵材料為納米尺寸的 QD 材料。
 
目前生產(chǎn) QD 材料和 QD 背光源器件的上游企業(yè)主要有美國 QD Vison 公司、Nanosys 公司,英國 NANOCO 集團(tuán)等。QD Vision 公司主要使用硒化鎘(CdSe)QD,Nanosys 公司和 NANOCO 集團(tuán)則使用磷化銦(InP)QD;由于歐盟禁售含鎘元素(有毒性)的電子產(chǎn)品,CdSe 已淡出商業(yè)應(yīng)用。韓國的技術(shù)研發(fā)以三星電子公司為核心單位,聯(lián)合首爾大學(xué)、韓國科學(xué)技術(shù)研究院等科研單位協(xié)作開展;2016 年三星電子公司收購了 QD Vision 公司。其他 QD 材料,如鈣鈦礦 QD、碳點,屬于新興的 QD 材料研究方向,有關(guān)研究正在逐步深化。
 
(六)反射式顯示及其關(guān)鍵材料
 
反射式顯示通常指通過反射環(huán)境光實現(xiàn)的類紙型顯示技術(shù)。目前主流技術(shù)分為電泳電子紙、電潤濕電子紙、膽甾相液晶電子紙等,相應(yīng)的應(yīng)用終端有電子書、移動終端顯示、輔助顯示屏、智能電子標(biāo)簽等。相關(guān)的關(guān)鍵材料有:彩色顯示材料(顆粒體系和溶液體系)、介電潤濕材料、高透過 / 高反射 TFT 背板材料、像素結(jié)構(gòu)材料等 。
 
美國亞馬遜公司、德國 ADT 集團(tuán)、荷蘭 Etulipa公司是反射式顯示技術(shù)的優(yōu)勢公司。2017年,美國 CLEARink Display 公司也發(fā)布了全彩視頻化顯示電子紙樣機(jī),能以 30 fps 的幀率播放全彩視頻。2018 年,Plastic Logic 公司在電子紙像素密度提升方面取得突破,所發(fā)布的 10.8 in 顯示屏的分辨率達(dá)到 500 PPI。
 
(七)其他顯示及其關(guān)鍵材料
 
液晶顯示作為當(dāng)下主流的顯示產(chǎn)品,涉及液晶、玻璃基板、光學(xué)膜三大基礎(chǔ)材料。在高端液晶材料市場方面,德國默克集團(tuán),日本智索株式會社、 DIC 株式會社、ADK 公司等具有主導(dǎo)優(yōu)勢。在玻璃基板材料方面,美國康寧公司、日本旭硝子株式會社等具有市場主導(dǎo)地位。在光學(xué)薄膜方面,中高檔光學(xué)薄膜產(chǎn)品主要來自日本東麗株式會社、美國明昵蘇達(dá)礦業(yè)及機(jī)器制造(3M)公司、韓國 SKC 有限公司,大部分關(guān)鍵原料具有較高的技術(shù)門檻。
 
柔性顯示是由柔性電子元件組裝而成的可以卷起變形的顯示器,在移動設(shè)備、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域有著廣闊的前景。相關(guān)的關(guān)鍵材料是柔性基板材料。聚酰亞胺(PI)基板具備優(yōu)異的耐熱性能和尺寸穩(wěn)定性,是目前唯一能夠勝任柔性 OLED 基板的材料,成為柔性 OLED 顯示的關(guān)鍵核心材料。目前,美國和日本公司,如杜邦公司、宇部興產(chǎn)株式會社、鐘淵化學(xué)工業(yè)株式會社、東麗株式會社在耐高溫電子級 PI(黃色)、光學(xué)級 PT(無色透明)供應(yīng)方面具有壟斷性地位,銷售量占全球 PI 市場的 70% 以上。2019 年折疊屏手機(jī)產(chǎn)品成功商業(yè)化,伴隨著柔性顯示技術(shù)的擴(kuò)大應(yīng)用,未來 PI 的需求量將穩(wěn)步增長。
 
三、國內(nèi)新型顯示關(guān)鍵材料發(fā)展現(xiàn)狀
 
(一)新型顯示產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境不斷優(yōu)化,產(chǎn)業(yè)規(guī)模處于領(lǐng)先
 
我國重視新型顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,出臺了《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020 年)》、“中國制造 2025”重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖等文件。在國家科技重大專項、863 計劃、973 計劃、國家科技支撐計劃、國家重點研發(fā)計劃等國家級科技和產(chǎn)業(yè)計劃的持續(xù)支持下,我國已經(jīng)從最初的顯示屏幕完全依賴進(jìn)口發(fā)展為目前具有較高的自給率;在 OLED、QD 顯示、Micro-OLED 顯示、激光顯示、電子紙顯示、三維(3D)顯示等細(xì)分領(lǐng)域也取得了長足的技術(shù)進(jìn)步,保障了新型顯示技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
 
截至 2019 年,我國已投產(chǎn)產(chǎn)線約 45 條,后續(xù)將有約 19 條 G8.5 代線(及以上)、20 條有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極體(AMOLED)量產(chǎn)線投入使用;累計投資約 1.3 萬億元,產(chǎn)業(yè)規(guī)模超過 3 萬億元。我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)成為全球規(guī)模最大、市場最大、競爭力較強(qiáng)的產(chǎn)業(yè),全球顯示產(chǎn)業(yè)正加速向我國轉(zhuǎn)移。例如,國產(chǎn)顯示面板占全球總產(chǎn)量的 50%,電視屏幕占比為 70%,電腦和手機(jī)產(chǎn)量超過 90%。
 
相應(yīng)地,我國顯示市場的快速發(fā)展推動了顯示關(guān)鍵材料需求的進(jìn)一步擴(kuò)大。例如,OLED 發(fā)光材料的需求量預(yù)計到 2021 年將超過 159 t,年均增速達(dá)到 30%。激光顯示用三基色半導(dǎo)體激光器的需求量預(yù)計到 2022 年將超過 5×109 只。2021 年液晶顯示 G8.5 以上基板玻璃的需求將增加到 3.6×108 m2。同時玻璃背蓋板、3D 蓋板、柔性蓋板需求量也在持續(xù)攀升。
 
(二)技術(shù)創(chuàng)新能力持續(xù)增強(qiáng),新型顯示材料獲得創(chuàng)新應(yīng)用
 
科研院所、高等學(xué)校和企業(yè)在新型顯示相關(guān)的關(guān)鍵材料、器件及工藝技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用方面開展了大量工作,積累了良好基礎(chǔ)。①在液晶顯示方面,國內(nèi)機(jī)構(gòu)開始重視技術(shù)自主創(chuàng)新,掌握了 LCD 顯示器件的大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù),具備了顯示面板大規(guī)模生產(chǎn)能力,培養(yǎng)了一批技術(shù)和生產(chǎn)骨干;以京東方科技集團(tuán)股份有限公司、石家莊誠志永華顯示材料有限公司等為代表的一批企業(yè),圍繞產(chǎn)業(yè)上游的玻璃基板、偏光片、液晶材料、薄膜材料等開展攻關(guān)并獲得局部突破,使得相關(guān)材料的國產(chǎn)化率穩(wěn)步提升。②在 OLED 顯示材料方面,廣州華睿光電材料有限公司、北京鼎材科技有限公司、吉林奧來德光電材料股份有限公司、西安瑞聯(lián)新材料股份有限公司等企業(yè)正在重點研發(fā) OLED 材料。③具有輕薄、柔性、大面積、綠色制造等特點的印刷顯示技術(shù)近年來發(fā)展迅速,廣東聚華印刷顯示技術(shù)有限公司、納晶科技股份有限公司、華南理工大學(xué)、福州大學(xué)、浙江大學(xué)、中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所等機(jī)構(gòu)紛紛布局研究并實現(xiàn)了原理驗證。
 
此外,我國在激光顯示、Micro-LED 顯示等方面的技術(shù)發(fā)展迅速。①在激光顯示方面,我國技術(shù)水平整體上與國際同步,產(chǎn)業(yè)規(guī)模國際領(lǐng)先;圍繞激光顯示核心關(guān)鍵材料,如三基色激光顯示、超高清成像芯片、光學(xué)鏡頭、高增益屏幕等實施重點攻關(guān);中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所、半導(dǎo)體研究所、蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),青島海信激光顯示股份有限公司,長虹激光顯示科技公司,深圳光峰科技股份有限公司,成都菲斯特科技有限公司等研究單位和企業(yè)正在快速縮短與國外的差距,部分產(chǎn)品已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)。②在 Mini/Micro-LED 顯示方面,國內(nèi)重點研究 GaN 外延材料、有源基板材料、用于巨量轉(zhuǎn)移和彩色化顯示的特種顯示材料,相關(guān)單位有深圳市華星光電技術(shù)有限公司、天馬微電子股份有限公司、南方科技大學(xué)、中國科學(xué)院微電子研究所、熊貓電子集團(tuán)有限公司等。
 
四、我國新型顯示關(guān)鍵材料發(fā)展面臨的問題
 
我國新型顯示產(chǎn)業(yè)雖然已有規(guī)模優(yōu)勢,但是全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展不均衡,關(guān)鍵材料與裝備對外依存度較高,利潤率整體偏低,產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在隱患。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)技術(shù)積累與國外企業(yè)尚存在較大差距,關(guān)鍵原材料更是“卡脖子”問題。在我國新型顯示材料與國際先進(jìn)水平存在差距的背景下,盡管國內(nèi)涉足顯示材料的企業(yè)、科研院所、高等學(xué)校數(shù)量很多,也取得了一定的整體性進(jìn)展,但在關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面始終是薄弱環(huán)節(jié)。
 
(一)關(guān)鍵材料對外依存度高
 
我國顯示產(chǎn)業(yè)依然處于“大而不強(qiáng)”的局面。國內(nèi)平板顯示產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢在于系統(tǒng)集成和生產(chǎn)制造,而在關(guān)鍵材料及工藝、元器件及制備技術(shù)、輔助材料、高端設(shè)備等方面依然具有較高的對外依存度,如超過 70% 的相關(guān)材料依靠進(jìn)口。國內(nèi)主要從事加工制造,處于整個顯示產(chǎn)業(yè)鏈條的底端,技術(shù)含量較低且利潤微薄。
 
與新型顯示關(guān)鍵材料相關(guān)的核心基礎(chǔ)專利技術(shù)集中于歐美企業(yè),產(chǎn)品和工藝方面的核心專利技術(shù)主要由日本和韓國的企業(yè)掌握。TFT-LCD 顯示的高端液晶材料由德國、日本企業(yè)長期壟斷,曝光機(jī)由日本企業(yè)壟斷,TFT-LCD 用玻璃基板大部分依賴美國、日本廠商進(jìn)口。OLED 顯示發(fā)光材料依賴美國、日本、韓國等企業(yè)進(jìn)口。激光顯示商用化的核心材料,包括三基色發(fā)光材料、成像材料同樣依賴進(jìn)口。對于印刷顯示這一未來大尺寸 / 柔性 OLED 顯示的主流技術(shù),材料墨水主要由日本、德國和美國公司主導(dǎo)。
 
(二)部分產(chǎn)業(yè)“小、雜、散”問題突出,市場競爭力不強(qiáng)
 
新型顯示材料的開發(fā)過程周期長、投資大、爬坡慢,國內(nèi)企業(yè)的經(jīng)營發(fā)展壓力較大,主打產(chǎn)品價格依然處于相對低位。對這些企業(yè)而言,先期的技術(shù)積累和研發(fā)耗費了大量資源和資金,而持續(xù)高額投資構(gòu)成了極大挑戰(zhàn)。以 OLED 顯示領(lǐng)域為例,我國面板制造商都在針對移動市場積極擴(kuò)張面板產(chǎn)能,新成立的 OLED 材料生產(chǎn)企業(yè)超過 20 家;相關(guān)企業(yè)研發(fā)力量薄弱,缺乏統(tǒng)一部署和長遠(yuǎn)規(guī)劃,資金投入小而分散,技術(shù)應(yīng)用以短平快為主;主要生產(chǎn)供應(yīng) OLED 材料的中間體和粗品,成為國外優(yōu)勢 OLED 材料公司的原材料供應(yīng)商,導(dǎo)致中高端產(chǎn)品占比和產(chǎn)品附加值較低。
 
(三)高端產(chǎn)品自給率不高,高端應(yīng)用的自主保障能力不足
 
我國在新型顯示關(guān)鍵材料領(lǐng)域已有長足進(jìn)步,材料特性獲得明顯提升。但是相比國外優(yōu)勢企業(yè)還存在很大差距,突出表現(xiàn)為材料穩(wěn)定性和壽命。以激光顯示領(lǐng)域為例,國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展增長迅速,體現(xiàn)在產(chǎn)品種類不斷增多、市場認(rèn)可度逐漸提升,市場規(guī)模不斷擴(kuò)大,總體水平接近國際先進(jìn);國內(nèi)企業(yè)已具有中高端激光顯示產(chǎn)品的研制能力,但在紅、綠、藍(lán)三基色激光顯示材料器件,超高清視頻圖像調(diào)制器件,超短焦鏡頭,屏幕膜片等激光顯示核心材料方面存在明顯的短板。由于相關(guān)材料基本被國外企業(yè)壟斷,導(dǎo)致國產(chǎn)中高端激光顯示產(chǎn)品的生產(chǎn)成本大幅提高,制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間。
 
五、對我國新型顯示關(guān)鍵材料發(fā)展的思考
 
(一)產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)
 
顯示產(chǎn)業(yè)在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中舉足輕重,未來 5~10 年將是爭取產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動權(quán)的關(guān)鍵時期。在顯示產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要節(jié)點,應(yīng)論證新型顯示關(guān)鍵材料的戰(zhàn)略制定與規(guī)劃部署,致力于由長期的跟隨發(fā)展轉(zhuǎn)變?yōu)橐I(lǐng)未來的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展。
 
到 2025 年,新型顯示材料總體技術(shù)和應(yīng)用與國際先進(jìn)水平同步,關(guān)鍵高端材料實現(xiàn)自主可控保障;形成圍繞新型顯示材料、技術(shù)與應(yīng)用的創(chuàng)新平臺,有效解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展緊缺材料。
 
到 2030 年,上下游協(xié)同創(chuàng)新體系及評價、標(biāo)準(zhǔn)等公共服務(wù)平臺全面建成,打造覆蓋材料、器件和整機(jī)的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài);提升關(guān)鍵材料技術(shù)成熟度、持續(xù)創(chuàng)新能力和產(chǎn)品市場競爭力,實現(xiàn)關(guān)鍵材料國產(chǎn)化率的進(jìn)一步提升。
 
到 2035 年,形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型顯示關(guān)鍵材料體系,實現(xiàn)在國民經(jīng)濟(jì)重大領(lǐng)域中的全面自主保障;支撐新型顯示產(chǎn)業(yè)聚集,推動技術(shù)、產(chǎn)業(yè)和人才水平達(dá)到國際領(lǐng)先,躋身世界顯示材料強(qiáng)國行列。
 
(二)總體發(fā)展思路
 
新型顯示關(guān)鍵材料具有研發(fā)投入大、技術(shù)流程長、投資風(fēng)險高等特點,屬于人才 / 投入 / 資源密集型產(chǎn)業(yè)。目前,在國際平板顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度趨緩的形勢下,我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出逆勢而上的良好發(fā)展勢頭,但是上游關(guān)鍵材料大部分依賴進(jìn)口,巨大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模與風(fēng)險并存。
 
為了確保我國顯示產(chǎn)業(yè)的自主可控安全發(fā)展,亟需構(gòu)建頂層設(shè)計,以材料突破為引領(lǐng),圍繞新型顯示材料、器件及系統(tǒng)的應(yīng)用開展全鏈條部署;打通產(chǎn)業(yè)鏈各技術(shù)環(huán)節(jié),以核心材料突破帶動全局突破,破解新型顯示技術(shù)瓶頸和產(chǎn)業(yè)缺失技術(shù)的現(xiàn)實問題;推動材料、技術(shù)、裝備的國產(chǎn)化轉(zhuǎn)變,提升新型顯示產(chǎn)業(yè)的核心競爭力。
 
(三)重點發(fā)展方向
 
顯示產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了更新?lián)Q代“大洗牌”的新階段,在未來很長的一段時間內(nèi),各種顯示技術(shù)將在各自優(yōu)勢應(yīng)用領(lǐng)域共存、多元化發(fā)展,有望呈現(xiàn)百花齊放、全面發(fā)展的特征。實施新型顯示關(guān)鍵材料和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)行動,提升關(guān)鍵材料成熟度、持續(xù)創(chuàng)新能力和產(chǎn)品市場競爭力,重點發(fā)展方向如下。
 
發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的蒸鍍 OLED 材料、印刷 OLED 材料,提升蒸鍍材料和印刷墨水的性能,完善全球?qū)@季帧?/div>
 
發(fā)展窄譜寬、高效率、長壽命的環(huán)保型 QD 發(fā)光材料,以及百千克級材料產(chǎn)量的量產(chǎn)工藝,提升產(chǎn)品的創(chuàng)新能力。
 
發(fā)展 Micro/Mini-LED 應(yīng)用的大面積、低成本 GaN外延材料和高遷移率、高穩(wěn)定性有源基板材料,解決巨量轉(zhuǎn)移及鍵合、色彩轉(zhuǎn)換、光效提取等關(guān)鍵技術(shù)難題。
 
以整機(jī)應(yīng)用為牽引,突破短波長鋁鎵銦磷紅光、長波長銦鎵氮藍(lán)綠光等激光顯示發(fā)光材料工藝,發(fā)展 4K/8K 超高分辨、快響應(yīng)成像芯片,補(bǔ)齊短板以提升新材料的持續(xù)供給能力。
 
發(fā)展彩色顯示材料、介電潤濕材料、像素結(jié)構(gòu)材料等新一代反射式顯示材料,支撐在低功耗、視覺健康、低光熱輻射、可柔性顯示器件等方向的應(yīng)用。
 
發(fā)展玻璃基板玻璃、高鋁蓋板玻璃、高分辨率玻璃材料與量產(chǎn)工藝等顯示基板材料和技術(shù),實現(xiàn)高世代應(yīng)用的國產(chǎn)替代。
 
六、發(fā)展建議——新型顯示創(chuàng)新平臺
 
(一)平臺建設(shè)和運(yùn)行
 
作為涵蓋材料、設(shè)備、面板、終端產(chǎn)品在內(nèi)的完整體系,新型顯示需要發(fā)揮國家級產(chǎn)業(yè)政策引導(dǎo)作用,聚集國內(nèi)優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新資源,實行“政產(chǎn)學(xué)研”協(xié)同創(chuàng)新。打造新型顯示創(chuàng)新平臺,是契合未來顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢、構(gòu)建顯示產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的重要舉措,也是把握新一代顯示技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革轉(zhuǎn)型機(jī)遇、引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)國際技術(shù)創(chuàng)新合作與競爭的有力依托。
 
在平臺建設(shè)思路上,應(yīng)由國家引導(dǎo),聚集顯示行業(yè)中材料、工藝、器件方面的優(yōu)勢機(jī)構(gòu),聯(lián)合開展新型顯示關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān);作為公共開放平臺,應(yīng)聚焦印刷顯示、OLED 顯示、激光顯示、Micro/ Mini-LED 顯示等新型顯示關(guān)鍵材料的研發(fā)。
 
平臺運(yùn)營按照市場化原則,以技術(shù)為導(dǎo)向,以市場為牽引,為上下游企業(yè)提供開放共享的研發(fā)、中試與服務(wù);通過技術(shù)轉(zhuǎn)讓、產(chǎn)業(yè)孵化、平臺技術(shù)服務(wù)、知識產(chǎn)權(quán)收益等機(jī)制逐步實現(xiàn)“自我造血”;形成我國顯示核心技術(shù)的供給源頭、區(qū)域產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展的創(chuàng)新高地、新型顯示人才培養(yǎng)與輸出地。
 
(二)平臺風(fēng)險分析
 
對于新型顯示技術(shù)及其關(guān)鍵材料,世界顯示強(qiáng)國已進(jìn)行了較充分的發(fā)展策略探討和基礎(chǔ)研究布局,技術(shù)積累亦較為豐富。我國開展平臺建設(shè)和重點方向攻關(guān),技術(shù)路徑選取方面的風(fēng)險不大。
 
在市場風(fēng)險方面,新型顯示契合大屏化、柔性化、高清化、透明化、立體化、智能化、低成本的技術(shù)和產(chǎn)品趨勢,將是未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然方向。新型顯示材料的發(fā)展較好聚焦了上述應(yīng)用方向和場景特性,可以給出技術(shù)方向明確、市場風(fēng)險可控的基本判斷。
 
在資金風(fēng)險方面,平臺獲得國家先導(dǎo)資源支持,以具有資金實力的企業(yè)為主體,發(fā)揮公有與市場資源的結(jié)合優(yōu)勢,降低投融資風(fēng)險;平臺的技術(shù)成果能夠?qū)嵤┛焖偈袌鲛D(zhuǎn)化,在投資價值最大化的同時帶動新型顯示產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展、結(jié)構(gòu)升級。因此資金風(fēng)險可控。
 
在市場競爭力方面,平臺可以聚集國內(nèi)優(yōu)勢資源,建立涵蓋基礎(chǔ)研究、共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、測試驗證、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用在內(nèi)的完整生態(tài);配套實施專利池建設(shè)和人才培養(yǎng),將全面提升我國新型顯示行業(yè)的國際競爭力。
 
來源:中國工程科學(xué), 2020年 第22卷 第5期
 
作者:高偉男,畢勇,劉新厚,許祖彥
 
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