新型顯示作為電子信息領域為數不多的千億美元級產業，是信息化、智能化時代我國戰略性新興產業重點發展方向之一。本文針對新型顯示關鍵材料與工藝在新型顯示技術和產業發展進程中的戰略性、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鍵材料的研究現狀與發展趨勢，凝練了我國相關領域在材料技術和應用技術方面存在的問題，提出了我國新型顯示關鍵材料發展目標和重點方向。
研究建議：抓牢新一輪顯示技術升級與產業轉型的重大機遇，從國家經濟發展全局的高度、全產業鏈生態的角度出發，以整機應用為牽引，以核心材料為突破口，打造新型顯示創新平臺，構建高效的技術創新體系；聚合優勢力量，突破產業化發展中的核心共性關鍵材料與工藝問題，完善產業協同創新生態。從技術、市場、資金、政策等多個角度完成了新型顯示創新平臺的可行性分析，以期支持我國新型顯示產業“從跟隨到引領”的跨越式發展。
一、前言
自 1939 年第一臺黑白電視機發明以來，顯示器這一人機界面終端顯示設備逐漸應用于社會生活的各個領域。時至今日，新型顯示已成為電子信息產業的核心技術之一，應用遍及工業、交通、通信、教育、航空航天、娛樂、醫療等諸多方面，形成了千億美元級市場規模，成為戰略性高新科技領域的基礎性和最具活力的產業，極大地改變了人類的生活模式。當前，多種顯示技術創新涌現，如有機發光二級管（OLED）顯示、量子點（QD）顯示、 Micro-LED 顯示、激光顯示（LD）等，推動著顯示技術朝著高清化、全色化、大屏化、柔性化、綠色化方向發展。光學、半導體、材料、視頻、信息等技術的相互融合進一步提升了顯示產品的競爭力、創新力和對終端消費者的吸引力。
經過多年發展，我國顯示產業成為全球重要組成部分。2019 年，中國大陸新型顯示產業綜合規模超過 3 萬億元，成為世界顯示面板產能第一大國，正處于“由大到強”的發展機遇期。值得指出的是，與先進國家相比，我國在顯示產業的上游領域中有超過 60% 的關鍵材料與裝備依賴進口；產業關鍵環節尚難以自主可控，潛在發展壁壘日益顯現。這些都是制約我國新型顯示產業實現跨越式發展的瓶頸問題。
一代顯示材料決定一代顯示器件，新型顯示的自主創新必然以相關材料的創新為基礎。本文梳理國內外新型顯示關鍵材料體系與技術的發展現狀和前景趨勢，凝練我國產業發展面臨的問題，針對性提出我國新型顯示產業自主可控發展的措施建議。通過宏觀研究，以期明晰未來技術制高點，推動我國新型顯示產業實現高質量發展，盡快由顯示大國轉變為顯示強國。
二、國外新型顯示關鍵材料發展現狀
顯示產業是涉及光電子材料與器件、光學工程、微電子與電子學等領域的綜合性產業，新一代技術變革往往由材料和器件的突破所帶動?？v觀顯示技術和產業發展的歷程，進入 21 世紀后以薄膜晶體管液晶顯示（TFT-LCD）為代表的第二代數字平板顯示技術逐漸成為主流。為應對需求，顯示基板尺寸在不斷擴大，目前 G8.5 代線（及以上）的大尺寸生產線成為主力，相應的半導體 / 真空工藝技術難度更高，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、大數據、人工智能等新一代信息技術的出現，新型顯示與超高清視頻、柔性、傳感、印刷電子等技術交叉融合，豐富了新型顯示終端產品體系。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和產品基本具備了產業化條件，引導了顯示材料、器件、裝備到制造技術在內的整個顯示產業鏈的一次全面技術革新。
（一）印刷顯示及其關鍵材料
印刷顯示技術是使用噴墨打印的方式，將 OLED/ 量子點發光二級管（QLED）材料所配制的墨水噴打在所需要的像素位置，實現顯示器件制作的技術。相應關鍵材料為印刷發光材料、墨水等。國外在印刷顯示產業及其關鍵材料方面的布局較早，具有雄厚的材料工藝與設備基礎，已進行了商業化。
先進國家投入大量資源開展了關鍵材料、器件、工藝、系統原型等方面的基礎與應用研究。美國的杜邦公司、Polyera 公司、Plextronics 公司，歐洲的默克集團、FlexInk 公司、Plastic Logic 公司等在印刷小分子 OLED 材料、有機半導體材料、OLED 發光材料、QD 材料、有機薄膜晶體管（OTFT）背板集成材料與制造工藝方面具有技術優勢。相關研究機構，如美國的斯坦福大學、西北大學、加州大學伯克利分校，歐洲的劍橋大學、帝國理工學院、英國印刷電子中心、芬蘭國家技術研究中心、德國海德堡創新實驗室等，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 的樣機開發，2018 年開始建設 G5.5 量產線；住友化學株式會社、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和量產工藝研究。韓國樂金電子公司完成了 55 in 印刷 OLED 樣機開發，三星電子公司正在實施印刷 OLED/QLED 材料與技術研發。
（二）蒸鍍 OLED 顯示材料
基于蒸鍍工藝的 OLED 顯示技術，關鍵材料包括紅綠藍發光材料、空穴 / 電子傳輸材料、電極材料等。相關發光材料可分為熒光材料、磷光材料，根據分子量也可分為小分子發光材料、聚合物發光材料，這些關鍵材料占 OLED 顯示屏物料成本的比例約為 30%。
日本、美國和韓國在 OLED 顯示材料供應方面具有優勢。日本住友化學株式會社、昭和電工株式會社等主要供應 OLED 聚合物發光材料，日本出光興產株式會社、三井化學株式會社等是小分子發光材料供應的龍頭企業，日本出光興產株式會社、韓國樂金化學公司成為 OLED 電子傳輸材料的優勢供應商，日本德山株式會社、德國默克集團、日本出光興產株式會社是空穴傳輸材料的主要供應商，韓國三星 SDI 有限公司、美國環宇顯示技術股份有限公司、日本新日鐵化學株式會社、德國默克集團主要供應綠光磷光材料，美國陶氏化學公司、日本德山株式會社是紅光磷光材料的主要供應商。
（三）激光顯示及其關鍵材料
激光顯示是以紅、綠、藍三基色（或多基色）激光為光源的新型顯示技術，具有大尺寸 / 超大尺寸、大色域、超高清、高觀賞舒適度等優點 ，關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 90 年代啟動了激光顯示關鍵技術研究布局，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，支持相關企業開展技術攻關。日本日亞化學株式會社、三菱電機集團等已投入約 32 億美元研發三基色（半導體激光器）激光顯示，其中鎵銦磷（GaInP）紅光、氮化鎵（GaN）藍綠光激光顯示的功率和壽命等關鍵指標國際領先。美國德州儀器公司、日本索尼集團等基本壟斷了 2K/4K 分辨率的反射式數字微鏡（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。
（四）Mini/Micro-LED 顯示及其關鍵材料
Mini/Micro-LED 顯示是由微米級半導體發光像元陣列組成的新型顯示技術，是顯示技術與 LED 技術復合集成的綜合性技術 [8]。GaN 發光材料與高遷移率的半導體材料、驅動技術、巨量轉移技術等是 Mini/Micro-LED 顯示的關鍵材料和技術。
在 10 余年前，Mini/Micro-LED 顯示引起了研究人員的關注。法國原子能委員會電子與信息技術實驗室（CEA-LETI）推出了面向虛擬現實/ 增強現實顯示應用的全彩顯示器件，像素點尺寸僅為 10 μm。日本索尼集團在 2012 年發布的 55 in“Crystal LED Display”，對比度可達百萬比一，色彩飽和度可達 140% NTSC（美國國家電視標準委員會制定的彩色電視廣播標準），響應速度快、使用壽命長；2016 年日本索尼集團推出了“模塊化拼接”工藝，即經多片模組拼接成更大尺寸顯示屏。2018 年，韓國三星公司發布了大尺寸 MiniLED（LED尺寸約為60~100 ?m）顯示墻樣機和產品。
（五）QD 顯示及其關鍵材料
QD 顯示是利用發光 QD 材料的顯示技術，根據發光形式的不同可分為光致發光和電致發光。相應的關鍵材料為納米尺寸的 QD 材料。
目前生產 QD 材料和 QD 背光源器件的上游企業主要有美國 QD Vison 公司、Nanosys 公司，英國 NANOCO 集團等。QD Vision 公司主要使用硒化鎘（CdSe）QD，Nanosys 公司和 NANOCO 集團則使用磷化銦（InP）QD；由于歐盟禁售含鎘元素（有毒性）的電子產品，CdSe 已淡出商業應用。韓國的技術研發以三星電子公司為核心單位，聯合首爾大學、韓國科學技術研究院等科研單位協作開展；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，有關研究正在逐步深化。
（六）反射式顯示及其關鍵材料
反射式顯示通常指通過反射環境光實現的類紙型顯示技術。目前主流技術分為電泳電子紙、電潤濕電子紙、膽甾相液晶電子紙等，相應的應用終端有電子書、移動終端顯示、輔助顯示屏、智能電子標簽等。相關的關鍵材料有：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、像素結構材料等 。
美國亞馬遜公司、德國 ADT 集團、荷蘭 Etulipa公司是反射式顯示技術的優勢公司。2017年，美國 CLEARink Display 公司也發布了全彩視頻化顯示電子紙樣機，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，所發布的 10.8 in 顯示屏的分辨率達到 500 PPI。
（七）其他顯示及其關鍵材料
液晶顯示作為當下主流的顯示產品，涉及液晶、玻璃基板、光學膜三大基礎材料。在高端液晶材料市場方面，德國默克集團，日本智索株式會社、 DIC 株式會社、ADK 公司等具有主導優勢。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地位。在光學薄膜方面，中高檔光學薄膜產品主要來自日本東麗株式會社、美國明昵蘇達礦業及機器制造（3M）公司、韓國 SKC 有限公司，大部分關鍵原料具有較高的技術門檻。
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，在移動設備、可穿戴設備等領域有著廣闊的前景。相關的關鍵材料是柔性基板材料。聚酰亞胺（PI）基板具備優異的耐熱性能和尺寸穩定性，是目前唯一能夠勝任柔性 OLED 基板的材料，成為柔性 OLED 顯示的關鍵核心材料。目前，美國和日本公司，如杜邦公司、宇部興產株式會社、鐘淵化學工業株式會社、東麗株式會社在耐高溫電子級 PI（黃色）、光學級 PT（無色透明）供應方面具有壟斷性地位，銷售量占全球 PI 市場的 70% 以上。2019 年折疊屏手機產品成功商業化，伴隨著柔性顯示技術的擴大應用，未來 PI 的需求量將穩步增長。
三、國內新型顯示關鍵材料發展現狀
（一）新型顯示產業政策環境不斷優化，產業規模處于領先
我國重視新型顯示產業的發展，出臺了《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020 年）》、“中國制造 2025”重點領域技術路線圖等文件。在國家科技重大專項、863 計劃、973 計劃、國家科技支撐計劃、國家重點研發計劃等國家級科技和產業計劃的持續支持下，我國已經從最初的顯示屏幕完全依賴進口發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）顯示等細分領域也取得了長足的技術進步，保障了新型顯示技術和產業的可持續發展。
截至 2019 年，我國已投產產線約 45 條，后續將有約 19 條 G8.5 代線（及以上）、20 條有源矩陣有機發光二極體（AMOLED）量產線投入使用；累計投資約 1.3 萬億元，產業規模超過 3 萬億元。我國相關產業成為全球規模最大、市場最大、競爭力較強的產業，全球顯示產業正加速向我國轉移。例如，國產顯示面板占全球總產量的 50%，電視屏幕占比為 70%，電腦和手機產量超過 90%。
相應地，我國顯示市場的快速發展推動了顯示關鍵材料需求的進一步擴大。例如，OLED 發光材料的需求量預計到 2021 年將超過 159 t，年均增速達到 30%。激光顯示用三基色半導體激光器的需求量預計到 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攀升。
（二）技術創新能力持續增強，新型顯示材料獲得創新應用
科研院所、高等學校和企業在新型顯示相關的關鍵材料、器件及工藝技術的基礎研究和應用方面開展了大量工作，積累了良好基礎。①在液晶顯示方面，國內機構開始重視技術自主創新，掌握了 LCD 顯示器件的大規模生產技術，具備了顯示面板大規模生產能力，培養了一批技術和生產骨干；以京東方科技集團股份有限公司、石家莊誠志永華顯示材料有限公司等為代表的一批企業，圍繞產業上游的玻璃基板、偏光片、液晶材料、薄膜材料等開展攻關并獲得局部突破，使得相關材料的國產化率穩步提升。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、西安瑞聯新材料股份有限公司等企業正在重點研發 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近年來發展迅速，廣東聚華印刷顯示技術有限公司、納晶科技股份有限公司、華南理工大學、福州大學、浙江大學、中國科學院長春應用化學研究所等機構紛紛布局研究并實現了原理驗證。
此外，我國在激光顯示、Micro-LED 顯示等方面的技術發展迅速。①在激光顯示方面，我國技術水平整體上與國際同步，產業規模國際領先；圍繞激光顯示核心關鍵材料，如三基色激光顯示、超高清成像芯片、光學鏡頭、高增益屏幕等實施重點攻關；中國科學院理化技術研究所、半導體研究所、蘇州納米技術與納米仿生研究所，中國科學技術大學，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正在快速縮短與國外的差距，部分產品已經實現國產。②在 Mini/Micro-LED 顯示方面，國內重點研究 GaN 外延材料、有源基板材料、用于巨量轉移和彩色化顯示的特種顯示材料，相關單位有深圳市華星光電技術有限公司、天馬微電子股份有限公司、南方科技大學、中國科學院微電子研究所、熊貓電子集團有限公司等。
四、我國新型顯示關鍵材料發展面臨的問題
我國新型顯示產業雖然已有規模優勢，但是全產業鏈發展不均衡，關鍵材料與裝備對外依存度較高，利潤率整體偏低，產業發展存在隱患。國內產業技術積累與國外企業尚存在較大差距，關鍵原材料更是“卡脖子”問題。在我國新型顯示材料與國際先進水平存在差距的背景下，盡管國內涉足顯示材料的企業、科研院所、高等學校數量很多，也取得了一定的整體性進展，但在關鍵材料產業化應用方面始終是薄弱環節。
（一）關鍵材料對外依存度高
我國顯示產業依然處于“大而不強”的局面。國內平板顯示產業優勢在于系統集成和生產制造，而在關鍵材料及工藝、元器件及制備技術、輔助材料、高端設備等方面依然具有較高的對外依存度，如超過 70% 的相關材料依靠進口。國內主要從事加工制造，處于整個顯示產業鏈條的底端，技術含量較低且利潤微薄。
與新型顯示關鍵材料相關的核心基礎專利技術集中于歐美企業，產品和工藝方面的核心專利技術主要由日本和韓國的企業掌握。TFT-LCD 顯示的高端液晶材料由德國、日本企業長期壟斷，曝光機由日本企業壟斷，TFT-LCD 用玻璃基板大部分依賴美國、日本廠商進口。OLED 顯示發光材料依賴美國、日本、韓國等企業進口。激光顯示商用化的核心材料，包括三基色發光材料、成像材料同樣依賴進口。對于印刷顯示這一未來大尺寸 / 柔性 OLED 顯示的主流技術，材料墨水主要由日本、德國和美國公司主導。
（二）部分產業“小、雜、散”問題突出，市場競爭力不強
新型顯示材料的開發過程周期長、投資大、爬坡慢，國內企業的經營發展壓力較大，主打產品價格依然處于相對低位。對這些企業而言，先期的技術積累和研發耗費了大量資源和資金，而持續高額投資構成了極大挑戰。以 OLED 顯示領域為例，我國面板制造商都在針對移動市場積極擴張面板產能，新成立的 OLED 材料生產企業超過 20 家；相關企業研發力量薄弱，缺乏統一部署和長遠規劃，資金投入小而分散，技術應用以短平快為主；主要生產供應 OLED 材料的中間體和粗品，成為國外優勢 OLED 材料公司的原材料供應商，導致中高端產品占比和產品附加值較低。
（三）高端產品自給率不高，高端應用的自主保障能力不足
我國在新型顯示關鍵材料領域已有長足進步，材料特性獲得明顯提升。但是相比國外優勢企業還存在很大差距，突出表現為材料穩定性和壽命。以激光顯示領域為例，國內相關產業發展增長迅速，體現在產品種類不斷增多、市場認可度逐漸提升，市場規模不斷擴大，總體水平接近國際先進；國內企業已具有中高端激光顯示產品的研制能力，但在紅、綠、藍三基色激光顯示材料器件，超高清視頻圖像調制器件，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。由于相關材料基本被國外企業壟斷，導致國產中高端激光顯示產品的生產成本大幅提高，制約了產業的發展空間。
五、對我國新型顯示關鍵材料發展的思考
（一）產業發展目標
顯示產業在我國經濟發展中舉足輕重，未來 5~10 年將是爭取產業發展主動權的關鍵時期。在顯示產業轉型發展的重要節點，應論證新型顯示關鍵材料的戰略制定與規劃部署，致力于由長期的跟隨發展轉變為引領未來的技術和產業創新發展。
到 2025 年，新型顯示材料總體技術和應用與國際先進水平同步，關鍵高端材料實現自主可控保障；形成圍繞新型顯示材料、技術與應用的創新平臺，有效解決產業發展緊缺材料。
到 2030 年，上下游協同創新體系及評價、標準等公共服務平臺全面建成，打造覆蓋材料、器件和整機的產業鏈生態；提升關鍵材料技術成熟度、持續創新能力和產品市場競爭力，實現關鍵材料國產化率的進一步提升。
到 2035 年，形成具有自主知識產權的新型顯示關鍵材料體系，實現在國民經濟重大領域中的全面自主保障；支撐新型顯示產業聚集，推動技術、產業和人才水平達到國際領先，躋身世界顯示材料強國行列。
（二）總體發展思路
新型顯示關鍵材料具有研發投入大、技術流程長、投資風險高等特點，屬于人才 / 投入 / 資源密集型產業。目前，在國際平板顯示產業發展速度趨緩的形勢下，我國相關產業呈現出逆勢而上的良好發展勢頭，但是上游關鍵材料大部分依賴進口，巨大的產業規模與風險并存。
為了確保我國顯示產業的自主可控安全發展，亟需構建頂層設計，以材料突破為引領，圍繞新型顯示材料、器件及系統的應用開展全鏈條部署；打通產業鏈各技術環節，以核心材料突破帶動全局突破，破解新型顯示技術瓶頸和產業缺失技術的現實問題；推動材料、技術、裝備的國產化轉變，提升新型顯示產業的核心競爭力。
（三）重點發展方向
顯示產業進入了更新換代“大洗牌”的新階段，在未來很長的一段時間內，各種顯示技術將在各自優勢應用領域共存、多元化發展，有望呈現百花齊放、全面發展的特征。實施新型顯示關鍵材料和關鍵技術攻關行動，提升關鍵材料成熟度、持續創新能力和產品市場競爭力，重點發展方向如下。
發展具有自主知識產權的蒸鍍 OLED 材料、印刷 OLED 材料，提升蒸鍍材料和印刷墨水的性能，完善全球專利布局。
發展窄譜寬、高效率、長壽命的環保型 QD 發光材料，以及百千克級材料產量的量產工藝，提升產品的創新能力。
發展 Micro/Mini-LED 應用的大面積、低成本 GaN外延材料和高遷移率、高穩定性有源基板材料，解決巨量轉移及鍵合、色彩轉換、光效提取等關鍵技術難題。
以整機應用為牽引，突破短波長鋁鎵銦磷紅光、長波長銦鎵氮藍綠光等激光顯示發光材料工藝，發展 4K/8K 超高分辨、快響應成像芯片，補齊短板以提升新材料的持續供給能力。
發展彩色顯示材料、介電潤濕材料、像素結構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用。
發展玻璃基板玻璃、高鋁蓋板玻璃、高分辨率玻璃材料與量產工藝等顯示基板材料和技術，實現高世代應用的國產替代。
六、發展建議——新型顯示創新平臺
（一）平臺建設和運行
作為涵蓋材料、設備、面板、終端產品在內的完整體系，新型顯示需要發揮國家級產業政策引導作用，聚集國內優質創新資源，實行“政產學研”協同創新。打造新型顯示創新平臺，是契合未來顯示產業發展趨勢、構建顯示產業生態鏈的重要舉措，也是把握新一代顯示技術與產業變革轉型機遇、引領產業國際技術創新合作與競爭的有力依托。
在平臺建設思路上，應由國家引導，聚集顯示行業中材料、工藝、器件方面的優勢機構，聯合開展新型顯示關鍵技術攻關；作為公共開放平臺，應聚焦印刷顯示、OLED 顯示、激光顯示、Micro/ Mini-LED 顯示等新型顯示關鍵材料的研發。
平臺運營按照市場化原則，以技術為導向，以市場為牽引，為上下游企業提供開放共享的研發、中試與服務；通過技術轉讓、產業孵化、平臺技術服務、知識產權收益等機制逐步實現“自我造血”；形成我國顯示核心技術的供給源頭、區域產業集聚發展的創新高地、新型顯示人才培養與輸出地。
（二）平臺風險分析
對于新型顯示技術及其關鍵材料，世界顯示強國已進行了較充分的發展策略探討和基礎研究布局，技術積累亦較為豐富。我國開展平臺建設和重點方向攻關，技術路徑選取方面的風險不大。
在市場風險方面，新型顯示契合大屏化、柔性化、高清化、透明化、立體化、智能化、低成本的技術和產品趨勢，將是未來產業發展的必然方向。新型顯示材料的發展較好聚焦了上述應用方向和場景特性，可以給出技術方向明確、市場風險可控的基本判斷。
在資金風險方面，平臺獲得國家先導資源支持，以具有資金實力的企業為主體，發揮公有與市場資源的結合優勢，降低投融資風險；平臺的技術成果能夠實施快速市場轉化，在投資價值最大化的同時帶動新型顯示產業的快速發展、結構升級。因此資金風險可控。
在市場競爭力方面，平臺可以聚集國內優勢資源，建立涵蓋基礎研究、共性關鍵技術研發、測試驗證、產業化應用在內的完整生態；配套實施專利池建設和人才培養，將全面提升我國新型顯示行業的國際競爭力。
來源：中國工程科學， 2020年 第22卷 第5期
作者：高偉男，畢勇，劉新厚，許祖彥
