我國顯示技術發(fā)展的重要歷程及技術發(fā)展趨勢

本文內(nèi)容轉載自《微納電子與智能制造》2020年6月，版權歸《微納電子與智能制造》編輯部所有。

張瑩，杜春玲

《微納電子與智能制造》雜志社有限公司，北京市電子科技情報研究所

摘要：進入21世紀，新型顯示技術成為繼軟件、集成電路之后的電子信息產(chǎn)業(yè)的核心技術，是戰(zhàn)略性高新科技的基礎和最具活力的電子信息產(chǎn)業(yè)。歷經(jīng)十幾年的發(fā)展，我國顯示產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為全球重要一極。我國液晶顯示產(chǎn)業(yè)從“缺芯少屏”走向全球領先，已經(jīng)取得絕對優(yōu)勢地位；在OLED產(chǎn)業(yè)，我國也實現(xiàn)了快速突破，核心競爭力與日俱增?！段⒓{電子與智能制造》有幸采訪到中國科學院院士、中國科學院理論物理研究所研究員、原所長歐陽鐘燦，為讀者講述我國顯示技術發(fā)展的重要歷程、產(chǎn)業(yè)發(fā)展動態(tài)以及顯示領域的技術發(fā)展趨勢，并對技術和產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及人才的評價等提出建議。

1顯示技術發(fā)展的重要歷程

歐陽鐘燦院士首先詳細講述了顯示技術發(fā)明和發(fā)展的幾個重要節(jié)點。他表示，移動通信是信息時代的技術核心：2012～2016年的工程諾貝爾獎——美國工程院最高獎德瑞珀獎均授予以液晶顯示帶頭全部與智能手機相關的發(fā)明：顯示屏、網(wǎng)絡、可充電電池、背光源及信號編碼。

1.1顯示技術的發(fā)明與創(chuàng)新

2012年德瑞珀獎分別授予為液晶顯示做出貢獻的Heilmeier，他發(fā)明了動態(tài)散射模式（DSM）LCD，主要用于手表、計算器、傳呼機；Helfrich、Schadt，他們發(fā)明了扭曲向列（TN）模式液晶顯示，應用于手機，TV，PC平板顯示；Brody，發(fā)明了AM驅(qū)動陣列LCD，開啟了現(xiàn)代TFT液晶顯示大門。

2013年德瑞珀獎分別授予為手機做出貢獻的Cooper、Engel、Frenkiel、Haug和Okurmura，他們?yōu)槭澜缟系氖着苿与娫挘ù蟾绱螅┘胺涓C網(wǎng)絡做出了開創(chuàng)性的貢獻。

2014年德瑞珀獎授予為鋰離子電池做出貢獻的Goodenough，Nishi，Yazami，Yoshino，其中Goodenough與Yoshino還獲得2019年諾貝爾化學獎。

2015年德瑞珀獎授予5位為發(fā)光二極管（LED）做出貢獻的先驅(qū)者：Akasaki（1987年創(chuàng)造了第一個藍光LED），Craford（1972年發(fā)明了第一個黃光LED），Dupuis（1977年開發(fā)金屬有機化學氣相沉積MOCVD，使高亮度LED實現(xiàn)生產(chǎn)），HolonyakJr（1962年發(fā)明了第一個紅光LED），Nakamura（1992年，開發(fā)出了基于GaN的高亮度藍光LED），其中Akasaki與Nakamura還獲得2014年諾貝爾物理獎。正是三原色LED的發(fā)現(xiàn)才有用于手機背光源。

2016年德雷珀獎授予了Viterbi以獎勵他在發(fā)展維特比算法方面的杰出貢獻，此算法被廣泛應用于CDMA和GSM數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡、撥號調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星、深空通信和802.11無線網(wǎng)絡中解卷積碼。

1987年，鄧青云博士發(fā)明了OLED，被譽為“OLED之父”，期待他因OLED的發(fā)明在不久的將來為手機發(fā)明再次斬獲德瑞珀獎。

“從以上獎項的授予可以看出，顯示技術和信息技術密切相關。不管是過去、現(xiàn)在，還是未來的5G時代，顯示技術都是關鍵技術，是最前端的技術。因為人接受信息60%靠眼睛，顯示屏是核心”，歐陽院士介紹，“比如手機，關鍵的核心技術除了芯片，就是顯示屏，目前顯示屏的成本約占整部手機成本的30%左右，十分關鍵。將來的5G智能手機、平板電腦、筆記本電腦、臺式一體機、便攜電視、智能電視、商務/醫(yī)療/教育用顯示器、視頻墻等，都需要應用顯示技術”。

1.2我國顯示技術的發(fā)展

作為信息產(chǎn)業(yè)重要構成部分的顯示技術在信息技術的發(fā)展過程中一直起著十分重要的作用。CRT、LCD和OLED分別成為球面屏、平面屏以及未來的柔性屏時代的標志性產(chǎn)品。特別是LCD和OLED，目前已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)界和學術界投資與研究的重點。

經(jīng)過十幾年的投入和研發(fā)，我國已經(jīng)從最初的顯示屏幕完全靠進口發(fā)展為目前較高的自給率，并且國產(chǎn)屏幕的成績不僅體現(xiàn)在屏幕自給率上，像京東方更是在電腦顯示屏、電視顯示屏、平板顯示屏、顯示器顯示屏、手機LCD屏等細分領域上排名第一。近些年來，屏幕成為中國在高科技領域進步最快的科技產(chǎn)品之一。

歐陽院士對LCD屏和OLED屏發(fā)展過程中重要的突破進行了詳細的敘述。

（1）LCD屏的發(fā)展

在2009年之前，國內(nèi)所面臨的“缺芯少屏”的難題嚴重影響了我國彩色電視產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，由于屏幕主要依賴進口，電視產(chǎn)品的價格居高不下。2009年前后，京東方開始布局薄膜晶體管液晶顯示器（thin filmtransistor liquid crystal display，TFT-LCD）的研發(fā)和生產(chǎn)。京東方收購了韓國的第3代TFT-LCD生產(chǎn)線，在此基礎上轉型，建設了第5代TFT-LCD生產(chǎn)線。2005年進行量產(chǎn)，實現(xiàn)了中國大陸自主生產(chǎn)液晶顯示屏零的突破。與此同時，其他的顯示企業(yè)如華星光電、天馬微電子也開始建廠并布局TFT-LCD的生產(chǎn)。

繼北京5代線、成都4.5代線后，京東方進一步完善TFT-LCD產(chǎn)業(yè)布局。2009年，國內(nèi)首條可用于電視大尺寸的第6代TFTT-LCD生產(chǎn)線在合肥京東方開始建設。2010年開始量產(chǎn)，這是中國大陸液晶顯示產(chǎn)業(yè)一個極其重要的里程碑，填補了國內(nèi)中大尺寸液晶電視顯示屏制造的空白，打破了國外對彩電液晶顯示屏的壟斷。

（2）OLED屏的發(fā)展

OLED與LCD相比，其最大的特點就在于自發(fā)光，無需背光源，該特點帶來了許多優(yōu)點：自發(fā)光帶來的色域控制、視角控制都優(yōu)于LCD；由于不需對光路進行偏振，因此發(fā)光效率也顯著提高，響應時間快，對比度高，功耗低；去除了背光源，有效降低質(zhì)量、減薄厚度；而且現(xiàn)在的技術可以將電路板涂布在柔性薄膜上，將整個OLED顯示屏柔性化，這是LCD所不能做到的。這些性能的優(yōu)勢可以滿足許多新興出現(xiàn)的消費需求，使得OLED成為發(fā)展迅猛的新一代顯示技術。

由于OLED除擁有出色的畫質(zhì)和設計優(yōu)勢，還可以實現(xiàn)卷曲、透明、折疊、極致輕薄的外觀設計，所以成為電競游戲手機、折疊手機的必選，在可穿戴設備、智能車載、電視等領域，OLED屏幕也逐漸成為產(chǎn)品創(chuàng)新的關鍵之處。

歐陽院士介紹，在科研方面，我國對OLED的科研起步較早，1996年清華大學就成立了OLED項目組。2001年，在此項目組的基礎上，維信諾公司在北京成立，直接進行OLED顯示技術的自主研發(fā)；在產(chǎn)業(yè)布局方面，以京東方、華星光電、天馬微電子等代表的企業(yè)都在加緊部署OLED產(chǎn)業(yè)。

隨著三星公司于2010 年在全球首次推出Super AMOLED，并將其配置在自家的Galaxy S系列智能手機上，在全球掀起了AMOLED的熱潮，中國大陸企業(yè)緊跟發(fā)展潮流，天馬微電子于2013年在上海投資建設第5.5代AMOLED生產(chǎn)線，維信諾于2014年建成中國大陸第一條專業(yè)5.5代AMOLED大規(guī)模生產(chǎn)線。

2017年，國內(nèi)首條，也是世界第二條的第6代柔性AMOLED生產(chǎn)線在成都京東方實現(xiàn)量產(chǎn)。該生產(chǎn)線應用全球最先進的蒸鍍工藝，并采用柔性封裝技術，可實現(xiàn)顯示屏幕彎曲和折疊。此生產(chǎn)線的成功量產(chǎn)不僅開啟了我國柔性顯示新紀元，也預示著中國企業(yè)開始在新型顯示時代引領全球AMOLED產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

京東方、華星光電、天馬微電子、維信諾等顯示器企業(yè)，相繼增設OLED生產(chǎn)線，OLED成為顯示行業(yè)火熱的投資領域，OLED顯示屏重要性不斷加強。

近10年來，以京東方為首的這些顯示企業(yè)的發(fā)展帶領中國大陸顯示產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了從無到有、從有到大、從大到強，打破了日本、韓國以及中國臺灣地區(qū)面板制造業(yè)長期的“鐵三角”格局，形成“三國四地”新格局。

2 5G時代顯示產(chǎn)業(yè)柔性AMOLED的發(fā)展

液晶面板在中國走強，但是AMOLED的發(fā)展還面臨一系列問題，整個OLED顯示技術和材料仍不成熟。歐陽院士說道，中國大陸投資了不少AMOLED產(chǎn)線，每一條都在數(shù)百億元，但是如何突破OLED的關鍵技術瓶頸，并實現(xiàn)最終的量產(chǎn)才是關鍵。他指出了目前我國AMOLED發(fā)展所面臨問題，并針對這些問題提出了相應的建議。

（1）量產(chǎn)工藝有待提高。目前掌握AMOLED產(chǎn)線量產(chǎn)工藝的企業(yè)是韓國的三星，其OLED產(chǎn)線均在2008年左右開始進入量產(chǎn)，我國OLED產(chǎn)業(yè)量產(chǎn)進程起步較晚，直到2014年才有產(chǎn)線點亮，與韓國企業(yè)OLED量產(chǎn)化進程存在近10年的差距。因此存在新技術研發(fā)儲備不足，新工藝掌握仍有欠缺，新產(chǎn)品量產(chǎn)進程滯后等問題。

（2）研發(fā)投入不足。我國顯示產(chǎn)技術研發(fā)在液晶領域后來居上，但AMOLED核心技術的積累缺乏，企業(yè)正處于項目建設期、爬坡期，財務經(jīng)營壓力大，持續(xù)的高強度研發(fā)投入困難較大。2017年國內(nèi)4家具有點亮產(chǎn)線的面板企業(yè)研發(fā)投入共計103億元，不足韓國三星的15%。

（3）產(chǎn)業(yè)配套對外依賴嚴重。國內(nèi)仍未掌握AMOLED關鍵設備及系統(tǒng)化技術，僅能提供少數(shù)后道檢測和輔助設備。曝光機、蒸鍍機、激光退火設備及備件完全由日本、美國等企業(yè)掌握；材料方面，中國的顯示產(chǎn)業(yè)大而不強，關鍵核心材料被國外材料供應商長期壟斷和封鎖，熒光材料、磷光材料、基板材料、掩膜板幾乎全靠進口，或者存在專利問題，所以掌握自主核心技術是重中之重。

（4）無序投資涌現(xiàn)。地方政府和企業(yè)對AMOLED生產(chǎn)線建設投資熱情高漲，導致AMOLED投資區(qū)域從原先的省會級城市向周邊城市轉移，參與AMOLED產(chǎn)業(yè)投資的城市數(shù)量快速增加。這種不考慮市場需求、產(chǎn)業(yè)基礎和配套條件，投入巨資上馬AMOLED產(chǎn)線，不僅破壞了原有的戰(zhàn)略布局，同時分散了人才和設備供給，導致我國AMOLED投資主體和區(qū)域不斷分散，產(chǎn)業(yè)集聚效應減弱，對我國剛剛起步的AMOLED產(chǎn)業(yè)恐帶來危險的前景。

歐陽院士表示，OLED由于具有全固態(tài)結構、高亮度、全視角、響應速度快、工作溫度范圍寬、可實現(xiàn)柔性顯示等一系列優(yōu)點，目前已經(jīng)成為極具競爭力和發(fā)展前景的下一代顯示技術。中國正大力投資建設AMOLED生產(chǎn)線，近幾年全球AMOLED產(chǎn)業(yè)格局將會變化，中國產(chǎn)能將如LCD后來居上。他建議我國應穩(wěn)健發(fā)展AMOLED，目前應將主要精力用于生產(chǎn)線產(chǎn)能的發(fā)揮，良率提升，以及新品的開發(fā)和市場的擴展上。應加大研發(fā)投入，注重具有自主知識產(chǎn)權的新生產(chǎn)工藝技術、關鍵上游材料和設備的開發(fā)。

3未來發(fā)展趨勢——5G時代多種顯示并存

從這幾年顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢來看，半導體顯示技術不斷升級，全球顯示技術呈現(xiàn)以液晶顯示、柔性AMOLED顯示為主，量子點、Mirco LED、MiniLED等顯示技術快速發(fā)展的局面。

與OLED相比，量子點技術同樣受電視廠商熱捧。量子點由兩種技術，一種是光致發(fā)光，另一種是電致發(fā)光，采用量子點技術的電視呈現(xiàn)出的畫面色彩會更加飽滿，更加生動。歐陽院士認為，中國大陸向量子點技術的發(fā)展是有前途的；Micro LED是新一代顯示技術，比現(xiàn)有的OLED技術亮度更高、發(fā)光效率更好、但功耗更低；Mini LED則是更新的一個概念技術，Mini LED介于傳統(tǒng)LED與Micro LED之間，是傳統(tǒng)LED背光基礎上的改良版本。Micro LED和Mini LED的前景被普遍看好。京東方等企業(yè)紛紛把Micro LED和Mini LED作為重點關注方向，并取得了一系列突破。此外，比較受關注的還有激光顯示。

歐陽院士還列舉了近年來的新型顯示產(chǎn)品，2019年京東方自主研發(fā)了可以與OLED媲美的高端疊屏LCD顯示，應用此疊屏LCD顯示，海信于2019年7月在北京正式發(fā)布了全球首臺觀星級疊屏電視U9E；2019年8月華星光電也發(fā)布了使用Mini LED背光源驅(qū)動的另一款高端LCD屏，75in 8K“星曜屏”，等等。對于當前多種多樣的顯示技術，他表示，在未來很長一段時間，包括TFT-LCD、OLED、量子點等多種新型顯示方式，將在各自優(yōu)勢應用領域共存，隨著技術的發(fā)展，顯示技術會更加多元化。特別是OLED和LCD，在相當一段時期內(nèi)，仍將共生共存，相互補充，并不存在誰能完全取代誰的問題。

4產(chǎn)學研用協(xié)同合作，實現(xiàn)我國顯示跨越式發(fā)展

過去幾年的時間，得益于國家政策支持和產(chǎn)學研的共同努力，我國新型顯示產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)跨越式發(fā)展，已經(jīng)成為全球顯示產(chǎn)業(yè)的重要一極，擁有了具有較強的競爭實力、創(chuàng)新能力的骨干企業(yè)，也培育了大量的顯示產(chǎn)業(yè)人才。

歐陽院士說道：“我國液晶顯示產(chǎn)業(yè)從‘缺芯少屏’走向全球領先，是因為我們一直堅持‘政產(chǎn)學研用’協(xié)同合作的發(fā)展道路”。中國液晶顯示產(chǎn)業(yè)的成功離不開政府、科學家、企業(yè)家之間的良性互動。

他同時指出，“液晶的成功需要政府的指導和支持，發(fā)改委、工信部每3年都有《擴大和升級信息消費三年行動計劃》，并請我們專家給出建議”，歐陽院士講到，“為響應2020 東京奧運會的召開，日本NHK電視臺開通了4K/8K電視廣播。我認為，4K/8K是中國液晶顯示做好、做強的保證，因此，在2016年3月份全國政協(xié)會上提交了提案《為迎接2022年北京冬奧會的召開及促進我國4K/8K 超高清影像產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展，建議國家新聞出版廣電總局盡快部署開通4K/8K電視廣播》”。

歐陽院士的提案受到國家有關部門的高度重視。2019年3月，工業(yè)和信息化部、國家廣播電視總局、中央廣播電視總臺聯(lián)合發(fā)布了《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃（2019-2022年）》（簡稱《行動計劃》），加快推動超高清視頻產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展。超高清分辨率顯示可以帶動全國廣播系統(tǒng)的改變，進而帶來電視機更新?lián)Q代的需求，同時避免了我國液晶面板產(chǎn)能的過剩。

作為國家戰(zhàn)略重點支持的產(chǎn)業(yè)，顯示產(chǎn)業(yè)需要“政產(chǎn)學研用”協(xié)同發(fā)展，在政策、高校、科研機構、市場等資源協(xié)同支持下，企業(yè)要保持持續(xù)創(chuàng)新的能力和動力，才能在動態(tài)的產(chǎn)業(yè)環(huán)境和市場需求環(huán)境中，不斷創(chuàng)新思考，保持企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。歐陽院士認為，我國要保持在液晶顯示的優(yōu)勢地位，除了產(chǎn)學研各界通力合作，還要繼續(xù)推動液晶顯示技術的創(chuàng)新迭代。

5建立合理的人才評價機制，激勵企業(yè)創(chuàng)新

“京東方的顯示技術非常優(yōu)秀，創(chuàng)新和專利都很多，解決了諸多顯示領域的難題。京東方新增專利申請已連續(xù)多年位列業(yè)內(nèi)第一，在2019年美國商業(yè)專利數(shù)據(jù)TOP 50榜單中躍升至第13位，連續(xù)4年保持增長；在2019年世界知識產(chǎn)權組織PCT專利申請排行中位居全球第六，連續(xù)4年進入前十。盡管這樣，京東方申請國家級創(chuàng)新爭優(yōu)的獎項竟然都沒有通過！”歐陽院士有些遺憾地表達自己對目前一些獎項評價的不認同，他贊成破除“四唯”，認為人才評價、成果評價機制要重在解決實際需求，推進產(chǎn)業(yè)發(fā)展和進步。他講到，科研人才尤其是應用領域的人才不應該簡單地以論文的數(shù)量和發(fā)表期刊的影響因子作為評價標準，應該破除影響因子迷信，把真正的創(chuàng)新和成就發(fā)表在國內(nèi)的期刊上。他認為，評價人才首先應該看研究人員的國際地位，在國際學術會議上做過哪些報告，發(fā)表過哪些有影響的言論，對該領域產(chǎn)生了哪些重要的影響；其次要看研究人員以及他的研究團隊在該領域做出了什么樣的成就；然后再參考他在哪些重要的期刊上發(fā)表了哪些論文。

他還特別強調(diào)，作為期刊，還有其他媒體，都應該大力呼吁：國家對人才的評價以及獎項的評選，應該重視企業(yè)的創(chuàng)新，增加企業(yè)專利成果落地在獲獎評選時的權重，給企業(yè)提供機會，激勵企業(yè)創(chuàng)新，創(chuàng)造良好的競爭和評價環(huán)境。

文獻來源：

張瑩，杜春玲. 5G時代新型先進顯示技術發(fā)展與趨勢[J]. 微納電子與智能制造, 2020, 2(2): 1-5.

ZHANG Ying, DU Chunling. The development andtrend of new advanced display technology in the 5G era[J]. Micro/nanoElectronics and Intelligent Manufacturing, 2020, 2(2): 1-5.

原文標題：5G時代新型先進顯示技術發(fā)展與趨勢

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責任編輯：haq