國(guó)內(nèi)外新型顯示技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
顯示產(chǎn)業(yè)是我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)的基石之一，也是信息領(lǐng)域?yàn)閿?shù)不多的每年千億美元級(jí)的產(chǎn)業(yè)，帶動(dòng)力和輻射力極強(qiáng)，吸引了國(guó)內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)的目光，成為了電子信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的新高地。
2020 年，我國(guó)在新型顯示產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域投資超過 1.3 萬億元，已建成 6 代及以上面板生產(chǎn)線 35 條，實(shí)現(xiàn)直接營(yíng)收 4460 億元，同比增長(zhǎng)19.7%，全球占比達(dá)到 40.3%，增長(zhǎng)速度和市場(chǎng)占有率均處于全球首位，全球顯示產(chǎn)業(yè)正加速向我國(guó)轉(zhuǎn)移，新型顯示已經(jīng)成為我國(guó)后續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的戰(zhàn)略地位。當(dāng)前顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展到了“更新?lián)Q代大洗牌”階段，多種技術(shù) / 產(chǎn)業(yè)競(jìng)相發(fā)展，如液晶顯示（LCD）、有機(jī)發(fā)光（OLED）顯示、量子點(diǎn)（QD）顯示、發(fā)光二極管（LED）顯示、電子紙（E-paper）顯示、三維（3D）顯示、激光顯示（LDT）等。我國(guó)產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)成為全球第一，正處在由大變強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型機(jī)遇期，在日益復(fù)雜國(guó)際形勢(shì)下，亟需全面分析各種新型顯示技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀，梳理產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向和制定相應(yīng)展路線圖，確保新型顯示產(chǎn)業(yè)自主可控、安全發(fā)展。
圖 1 顯示技術(shù)發(fā)展歷程
顯示是將信息顯示給人眼觀看的人機(jī)界面終端，集觀賞 / 娛樂應(yīng)用和信息應(yīng)用于一身，其發(fā)展方向是超高分辨（幾何 / 顏色雙高清）、全色化（大色域，最大色彩范圍還原）和真三維（高觀看舒適度）。20 世紀(jì) 30 年代出現(xiàn)的黑白顯示解決了視頻圖像的有無問題，20 世紀(jì) 50 年代的彩色顯示解決了視頻圖像無顏色問題，20 世紀(jì)末出現(xiàn)的數(shù)字顯示解決了視頻圖像易受干擾、清晰度差的問題。當(dāng)前的激光顯示是要解決視頻圖像的全色問題，將來基于全息術(shù)的三維顯示技術(shù)有望解決真三維（3D）顯示問題�？梢哉f，顯示技術(shù)的發(fā)展歷程（如圖1）就是圖像保真度不斷提高，從而走向人眼視覺極限的過程。
各種新型顯示技術(shù)原理與態(tài)勢(shì)分析
激光顯示
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(diǎn)。在現(xiàn)有激光光源中，三基色半導(dǎo)體激光（LaserDiode，LD），具有直接電激發(fā)、高效率、高偏振度、長(zhǎng)壽命、高可靠、小型化、頻域 / 空域/ 時(shí)域綜合參數(shù)易于調(diào)控，以及可用半導(dǎo)體制造工藝實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)降低成本等優(yōu)勢(shì)，將是激光顯示產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的核心。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019 年我國(guó)激光顯示銷售額已超過 150 億元，2017-2019 年銷售量同比增長(zhǎng)了162%、483%、106%，預(yù)計(jì)到 2025 年激光顯示出貨量將超過 100 萬臺(tái)。我國(guó)激光顯示已走在世界前列，產(chǎn)業(yè)規(guī)模上已達(dá)國(guó)際領(lǐng)先水平，激光顯示正在成為下一代電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、游戲機(jī)、電影機(jī)、工程機(jī)以及超大屏幕產(chǎn)品主流。
圖 2 激光顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展路線
液晶顯示（LCD）
有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）顯示
由于 OLED 發(fā)光材料存在壽命問題導(dǎo)致“紅臉現(xiàn)象”和燒屏現(xiàn)象，應(yīng)繼續(xù)發(fā)展手機(jī)屏、可穿戴小屏幕短使用周期的產(chǎn)品，同時(shí)探索透明、柔性等特殊用途產(chǎn)品的市場(chǎng)應(yīng)用。目前基于蒸鍍工藝的 OLED 產(chǎn)品已經(jīng)占據(jù)手機(jī)、可穿戴等小尺寸移動(dòng)顯示產(chǎn)品部分市場(chǎng)，基于印刷工藝的 OLED 顯示屏已實(shí)現(xiàn)中小屏的小批量生產(chǎn)。
圖 3 OLED 顯示屏幕已廣泛應(yīng)用于手機(jī)
量子點(diǎn)顯示
圖 4 量子點(diǎn)顯示材料種類
Mini/Micro-LED 顯示
目前小間距顯示（屏）如 mini-LED 已在室內(nèi)公共信息大屏幕廣泛應(yīng)用，已有較大的市場(chǎng)，下一步可加強(qiáng)改善觀看舒適度，獲得更大的市場(chǎng)份額。對(duì)于 Micro-LED 顯示產(chǎn)品，其巨量轉(zhuǎn)移等實(shí)用化技術(shù)尚需進(jìn)一步攻關(guān)，尤其是隨著分辨率的提高，如何進(jìn)一步提高良率成為關(guān)鍵。
圖 5 Micro-LED 工藝流程
電子紙顯示（E-paper）
圖 6 電子紙顯示原理圖：黑白（左）；彩色（右）（來源：中關(guān)村在線）1. 屏幕正面 2. 透明電極層 3. 透明微膠囊；4. 帶正電荷的白色粒子；5. 帶負(fù)電荷的黑色粒子；6. 透明液體；7. 點(diǎn)擊像素層；8. 基板；9. 入射光；10. 白色出射光；11. 黑色出射光
因觀看舒適度高（環(huán)境光反射式顯示）、輕薄、近零功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，電子紙顯示特別適合發(fā)展靜態(tài)顯示產(chǎn)品，如電子書、電子價(jià)簽、可穿戴等，在人眼健康（類紙顯示）、超低功耗、低成本等方面有顯著優(yōu)勢(shì)，有可能成為類紙顯示產(chǎn)品的主市場(chǎng)。目前電子紙顯示尚存在對(duì)比度低、 分辨率較低、響應(yīng)時(shí)間慢等問題，應(yīng)著力解決彩色化和可動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和彩色顯示的突破。
三維顯示（3D 顯示）
三維顯示方式的發(fā)展趨勢(shì)，將實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)、寬視角、高臨場(chǎng)感的全息三維圖像再現(xiàn)，即大景深、大視場(chǎng)、高分辨率和真彩色的實(shí)時(shí)三維顯示。由于全息三維顯示仍面臨空間帶寬積小、計(jì)算和傳輸量大等關(guān)鍵技術(shù)制約，還處于技術(shù)研發(fā)階段，市場(chǎng)化尚需很長(zhǎng)時(shí)間。
圖 7 全息三維顯示效果圖
國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈情況及面臨的挑戰(zhàn)
我國(guó)非常重視新型顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展， 從“十二五”期間的《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要 (2006-2020 年 )》，到“十三五”期間的《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等一系列重要政策的出臺(tái)，上述顯示技術(shù)如激光顯示、OLED、三維顯示等已被列入未來發(fā)展規(guī)劃，力爭(zhēng)在全球顯示產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的新機(jī)遇期，進(jìn)一步提升顯示產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力、創(chuàng)新力和對(duì)終端消費(fèi)者的吸引力，來提升顯示產(chǎn)品的產(chǎn)值和利潤(rùn)。
到 2020 年，我國(guó)新型顯示全產(chǎn)業(yè)累積總投資已超過 1.3 萬億元，顯示產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)超過 3 萬億元，生產(chǎn)的顯示面板占全球總產(chǎn)量的 50%，電視屏幕占 70%，電腦和手機(jī)產(chǎn)量超過 90%，其中 LCD、激光顯示、OLED 等顯示技術(shù)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)全球領(lǐng)先，中國(guó)已經(jīng)超過韓國(guó)成為全球規(guī)模最大、市場(chǎng)最大、最具競(jìng)爭(zhēng)力的顯示市場(chǎng)。
但是我國(guó)的顯示產(chǎn)業(yè)依然大而不強(qiáng)，在超過60% 的關(guān)鍵核心材料與工藝裝備依賴進(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)。在上游材料方面，液晶、玻璃基板、光學(xué)膜、光刻膠材料、OLED 發(fā)光材料、空穴 / 電子傳輸材料、電極材料、RGB 激光器和成像材料、MicroLED 外延材料、鍵合材料、電子紙油墨材料等等關(guān)鍵材料與配套材料國(guó)產(chǎn)化率低，亟需發(fā)力關(guān)鍵顯示材料國(guó)產(chǎn)化及其上游原料的開發(fā)。
顯示的前端工藝設(shè)備、生產(chǎn)設(shè)備、檢測(cè)設(shè)備對(duì)外依存度同樣很高，日、韓、德、美在精密涂布設(shè)備、曝光設(shè)備、蒸鍍?cè)O(shè)備、精密檢測(cè)設(shè)備等等高端設(shè)備方面長(zhǎng)期壟斷，例如液晶顯示用框膠涂布機(jī)、CF 光阻涂布機(jī)、CF 曝光機(jī)、液晶滴下機(jī)，OLED 用 RGB 打印機(jī)、蒸鍍機(jī)、熱退火裝置、像素缺陷檢測(cè)及修復(fù)設(shè)備、QD 打印機(jī)、激光器半導(dǎo)體工藝設(shè)備、巨量轉(zhuǎn)移設(shè)備、高精度巨量MicroLED 芯片陣列檢測(cè)機(jī)等等，部分設(shè)備受制于開發(fā)難度，100% 依賴進(jìn)口。材料和裝備的對(duì)外依存度過高不利于我國(guó)產(chǎn)業(yè)地位的穩(wěn)固和自主可控安全發(fā)展。
新型顯示的自主創(chuàng)新必然以相關(guān)材料、工藝與裝備的創(chuàng)新為基礎(chǔ)。我國(guó)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、核心裝備的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用方面開展了大量工作，積累了良好基礎(chǔ)，我國(guó)替代性材料以及設(shè)備本土化覆蓋率正逐年提升。
材料國(guó)產(chǎn)化開拓方面，國(guó)內(nèi)京東方等在具備了 LCD 顯示面板大規(guī)模生產(chǎn)能力，圍繞產(chǎn)業(yè)上游的玻璃基板、偏光片、薄膜材料開展攻關(guān)，國(guó)產(chǎn)化率穩(wěn)步提升，中游面板制造企業(yè)的現(xiàn)地采購(gòu)比例也逐漸上升。廣州華睿、北京鼎材、吉林奧來德等 OLED 顯示發(fā)光材料方面，以及廣東聚華、納晶科技、華南理工大學(xué)在柔性、大面積印刷顯示材料方面已實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)與應(yīng)用。激光顯示的發(fā)光和成像材料方面，中科院理化所、半導(dǎo)體研究所、海信、長(zhǎng)虹等研究單位和企業(yè)已實(shí)現(xiàn)部分國(guó)產(chǎn)替代。
在設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化提升上，據(jù) CINNO Research 顯示，在17 大類的設(shè)備中，檢測(cè)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化完成度超過60%，目前基本可以實(shí)現(xiàn)替代，如在面板后道檢測(cè)設(shè)備方面，測(cè)試機(jī)領(lǐng)域國(guó)產(chǎn)替代成果顯著，國(guó)內(nèi)企業(yè)占據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的 82%。
在自動(dòng)化、模組貼合 / 綁定等領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)化提升較為迅速，超過30%。另外，多種關(guān)鍵工藝設(shè)備，如激光切割機(jī)、曝光機(jī)、有機(jī)材料蒸鍍機(jī)、自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)儀器等實(shí)現(xiàn)了零的突破。
可以說，我國(guó)已充分意識(shí)到新型顯示材料、工藝和裝備對(duì)于發(fā)展新型顯示產(chǎn)業(yè)的重要性，并通過自主創(chuàng)新，逐步形成和完善了以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的創(chuàng)新體系，有望在新一輪科技和產(chǎn)業(yè)革命到來之時(shí)主導(dǎo)全球顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
總 結(jié)
當(dāng)今時(shí)代，全球顯示產(chǎn)業(yè)正加速向我國(guó)轉(zhuǎn)移，迎來了顯示產(chǎn)業(yè)由大變強(qiáng)的機(jī)遇期，也存在外部形勢(shì)復(fù)雜、全產(chǎn)業(yè)鏈布局、顯示產(chǎn)業(yè)的更新與轉(zhuǎn)型等新挑戰(zhàn)。我們應(yīng)針對(duì)各自顯示技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)，整合相關(guān)領(lǐng)域材料、工藝、器件方面有優(yōu)勢(shì)的企業(yè)、高校、科研院所等單位研發(fā)資源，提前布局未來顯示技術(shù)創(chuàng)新開發(fā)能力，形成對(duì)我國(guó)顯示技術(shù)長(zhǎng)遠(yuǎn)創(chuàng)新發(fā)展的有力支撐。最終開拓多種新型顯示的特色市場(chǎng)，百花齊放，全面發(fā)展，圓“十三億中國(guó)人看中國(guó)（安全）電視”的中國(guó)夢(mèng)，推動(dòng)我國(guó)顯示產(chǎn)業(yè)由大變強(qiáng)，成為顯示產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)，為中華民族百年復(fù)興做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。
