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本文選自中國工程院院刊《中國工程科學》2022年第4期

    本文來自:http://www.zzlxj.net/lcd/news/dynamic/2022/0913/61743.html

作者:彭壽,洪偉 ,秦旭升 ,蔣文玖 ,黃毅

來源:我國信息顯示關(guān)鍵材料發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國工程科學,2022,24(4):85-93.

信息顯示是電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。隨著全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型提速持續(xù)深化,消費電子、工業(yè)數(shù)字化等信息顯示下游需求加速提升,信息顯示產(chǎn)業(yè)已成為全球各國升級信息消費、壯大數(shù)字經(jīng)濟的關(guān)鍵支撐。我國信息顯示產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年深耕,產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達全球首位,但發(fā)展壁壘日益顯現(xiàn),上游關(guān)鍵材料領(lǐng)域短板問題突出,與我國信息顯示大國的產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展水平不匹配。推進我國顯示大國向信息顯示強國跨越,亟需提升我國顯示材料產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈自主可控能力。

中國工程院彭壽院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2022年第4期發(fā)表《我國信息顯示關(guān)鍵材料發(fā)展戰(zhàn)略研究》一文。文章分析了國內(nèi)外顯示關(guān)鍵材料的發(fā)展現(xiàn)狀,以關(guān)鍵材料核心技術(shù)、原材料自主供給能力與材料產(chǎn)業(yè)化發(fā)展為研究重點,梳理我國信息顯示關(guān)鍵材料發(fā)展短板與存在的重點問題,總結(jié)提出關(guān)鍵材料發(fā)展目標、產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑與技術(shù)突破路徑。文章提出了建設(shè)國家信息顯示材料新型研發(fā)平臺,強化國家戰(zhàn)略科技力量引領(lǐng);完善國家信息顯示材料重大專項布局,強化材料技術(shù)體系建設(shè);培育具有全球競爭力的世界一流企業(yè),強化產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈生態(tài)主導(dǎo)力;深化“多鏈”融合,以產(chǎn)業(yè)協(xié)同平臺強化產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育等建議。

 

信息顯示是電子信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,隨著全球數(shù)字化轉(zhuǎn)型提速持續(xù)深化,消費電子、工業(yè)數(shù)字化等信息顯示下游需求加速的提升,信息顯示產(chǎn)業(yè)已成為全球各國升級信息消費、壯大數(shù)字經(jīng)濟的關(guān)鍵支撐。

目前,全球多種顯示技術(shù)涌現(xiàn),總體規(guī)模保持高速增長態(tài)勢,產(chǎn)業(yè)發(fā)展進入良性周期。2020年,全球信息顯示產(chǎn)業(yè)全年產(chǎn)值規(guī)模超過3000億美元,薄膜晶體管液晶(TFT-LCD)顯示及蒸鍍有機發(fā)光二極管(OLED)顯示等主流技術(shù)不斷升級、印刷OLED、量子點顯示、激光顯示、Mini/Micro-LED顯示等新型技術(shù)不斷成熟,光場顯示、納米LED顯示等前沿技術(shù)持續(xù)突破,隨著信息顯示技術(shù)與材料、半導(dǎo)體、信息技術(shù)等多學科交叉與跨領(lǐng)域融合更加廣泛,顯示技術(shù)的研究與應(yīng)用將進一步拓展。

近年來,我國信息顯示產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵材料不斷突破、產(chǎn)業(yè)集聚不斷加速、產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷提升,完成了受制于人到規(guī)模領(lǐng)先的革命性轉(zhuǎn)變。2020年,中國大陸地區(qū)全產(chǎn)業(yè)累計總投資1.24萬億元,產(chǎn)值約650億美元,直接營收4460億元,同比增長19.7%,全球市場占有率達到40.3%,規(guī)模位居全球第一。在產(chǎn)業(yè)鏈中游,我國顯示面板出貨量全球占比超50%,京東方科技集團股份有限公司合肥與武漢G10.5代線,TCL華星光電技術(shù)有限公司武漢G11代線等多條全球最高世代液晶面板生產(chǎn)線實現(xiàn)滿產(chǎn)滿銷,京東方科技集團股份有限公司成都全柔性有源矩陣有機發(fā)光二極管(AMOLED)面板生產(chǎn)線批量出貨,產(chǎn)業(yè)運行保持高度活躍。在產(chǎn)業(yè)鏈下游,我國成為全球顯示供給核心,電視、電腦和手機等終端產(chǎn)品產(chǎn)量全球占比超50%,我國已成為全球顯示終端產(chǎn)品主要生產(chǎn)和出口國。

我國信息顯示面板和消費電子等中下游環(huán)節(jié)高速發(fā)展,但顯示產(chǎn)業(yè)上游材料短板問題日益凸顯。與發(fā)達國家相比,我國有超過60%的信息顯示關(guān)鍵材料無法實現(xiàn)有效自主供給,部分領(lǐng)域存在“卡脖子”重大風險,對我國信息顯示產(chǎn)業(yè)的健康與可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成重大潛在威脅。

近年來,針對我國信息顯示材料短板問題,國內(nèi)科技工作者及研發(fā)團隊開展了眾多研究分析,并取得了多項成果。在顯示材料領(lǐng)域,從主流顯示技術(shù)應(yīng)用材料角度展開相關(guān)研究,從市場競爭格局角度分析了部分顯示材料的發(fā)展現(xiàn)狀及我國顯示材料發(fā)展存在的相關(guān)問題;在OLED有機發(fā)光材料領(lǐng)域,對OLED工藝、應(yīng)用進展等進行了詳細研究分析;對量子點材料發(fā)展現(xiàn)狀以及產(chǎn)業(yè)化情況展開分析,并對當前量子點顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與機遇進行了論述。

以上領(lǐng)域的研究,為我國顯示材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了重要指引,但在前沿顯示技術(shù)、前瞻性關(guān)鍵材料、產(chǎn)業(yè)制約因素及關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展路徑等方面的研究未有深刻探討。本文針對以上問題,對顯示功能材料、顯示玻璃材料、顯示配套材料、柔性顯示高分子材料四項顯示材料重點領(lǐng)域展開深入研究,結(jié)合主流、新型、前沿顯示技術(shù)應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢與顯示材料的需求分析,總結(jié)我國顯示關(guān)鍵材料自主化程度與最新成果,梳理部分前瞻性顯示材料研究現(xiàn)狀,深入剖析產(chǎn)業(yè)瓶頸問題的制約因素,設(shè)計產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑與關(guān)鍵技術(shù)突破路徑,提出符合我國顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展的具體建議,加速推動我國信息顯示關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈自主可控,保障我國信息顯示產(chǎn)業(yè)安全。

二、國外信息顯示關(guān)鍵材料發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

(一)發(fā)展現(xiàn)狀

信息顯示關(guān)鍵材料主要可分為顯示功能材料、顯示玻璃材料、顯示配套材料、柔性顯示高分子材料四類,包括液晶材料、OLED發(fā)光材料、玻璃基板、柔性玻璃、掩膜版、光刻膠、聚酰亞胺薄膜(PI)等眾多品種。由于顯示材料、技術(shù)、應(yīng)用深度捆綁,國家顯示技術(shù)創(chuàng)新能力、生產(chǎn)規(guī)模與應(yīng)用市場成為拉動顯示關(guān)鍵材料不斷升級迭代的關(guān)鍵動力,目前逐步形成了以美國、歐洲、日本及韓國第一梯隊持續(xù)引領(lǐng),中國、印度等第二梯隊快速追趕的競爭格局,推動了全球信息顯示技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的革新發(fā)展。

1. 顯示功能材料

顯示功能材料主要包括液晶材料及OLED發(fā)光材料等。

液晶材料顯示領(lǐng)域應(yīng)用中一般以高性能混合液晶材料為主,由多種單體液晶調(diào)制成混合液晶,是液晶面板的關(guān)鍵核心材料,其制程中的關(guān)鍵技術(shù)為材料合成,技術(shù)難度較大,形成了較高的技術(shù)壁壘。德國默克集團及日本JNC株式會社、日本油墨株式會社三家企業(yè)占據(jù)全球50%的市場份額,其中德國默克集團處于全球絕對領(lǐng)先地位。

OLED發(fā)光材料是OLED器件的核心材料。目前韓國樂金化學公司、日本出光興產(chǎn)株式會社、德國默克集團、美國環(huán)宇顯示技術(shù)公司等相關(guān)企業(yè)掌握OLED發(fā)光材料核心專利,OLED發(fā)光材料蒸鍍設(shè)備被日本佳能特機株式會社、韓國Sunic System公司、韓國先進自動化株式會社三大公司所壟斷。

2. 顯示玻璃材料

顯示玻璃是信息顯示產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料之一,主要包括TFT-LCD玻璃基板、OLED玻璃基板、低溫多晶硅(LTPS)玻璃基板、蓋板玻璃、柔性玻璃等。

TFT-LCD玻璃基板、OLED玻璃基板分別是LCD與OLED器件的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料,目前市場主流為8.5代及以上高世代玻璃基板產(chǎn)品,其主要技術(shù)掌握在美國康寧公司、日本旭硝子株式會社、日本電氣硝子株式會社等企業(yè)手中,上述企業(yè)占據(jù)了全球LCD/OLED玻璃基板90%以上的市場份額。

LTPS玻璃基板可作為OLED載板玻璃,工藝技術(shù)含量高,全球市場被美國康寧公司(Lotus系列)、日本旭硝子株式會社(AN-100、AN-Wizus)壟斷,國際市場占比90%以上。

蓋板玻具有高硬度、耐劃傷及防指紋等特性,對顯示面板起到支撐保護作用。目前美國康寧公司、日本旭硝子株式會社、德國肖特集團、日本電氣硝子株式會社高端蓋板玻璃市場占比分別為60%、15%、10%、5%,行業(yè)整體集中度高。

近年來,柔性玻璃的出現(xiàn)與發(fā)展支撐了可折疊終端的應(yīng)用發(fā)展,引領(lǐng)了消費電子發(fā)展的新風向。美國康寧公司、德國肖特公司、日本旭硝子株式會社及電氣硝子株式會社等玻璃公司已陸續(xù)研發(fā)出系列柔性玻璃產(chǎn)品,但全球柔性玻璃一次成型產(chǎn)業(yè)化技術(shù)尚未成熟應(yīng)用(見表1)。

 

表1 國外主要柔性玻璃廠家及其產(chǎn)品

3. 顯示配套材料

顯示配套材料主要包括靶材、光刻膠、掩膜版、光學膜、偏光片等。

在靶材領(lǐng)域,全球僅有奧地利攀時公司、德國世泰科公司、德國賀利氏公司、日本愛發(fā)科株式會社、日本住友化學株式會社、日本日礦日石金屬株式會社等少數(shù)幾家公司掌握靶材的先進制備技術(shù)。其中全球鉬靶材供應(yīng)商主要包括奧地利攀時公司、德國世泰科公司;鋁靶材大部分市場份額由日本住友化學株式會社、日本愛發(fā)科株式會社占據(jù);氧化銦錫(ITO)靶材主要由日本日礦日石金屬株式會社、日本三井礦業(yè)株式會社、比利時優(yōu)美科集團公司供應(yīng);銅靶材由日本愛發(fā)科株式會社、日本日礦金屬株式會社主要供應(yīng)。

光刻膠方面,主要分為彩色光刻膠、黑色光刻膠、TFT正性光刻膠和觸摸屏用光刻膠。德國默克集團、日本東京應(yīng)化株式會社、合成橡膠株式會社、住友化學株式會社、韓國東進世美肯公司為全球主要供應(yīng)商。其中德國默克集團是全球最大的TFT正性光刻膠產(chǎn)品供應(yīng)企業(yè);彩色光刻膠主要生產(chǎn)商有日本合成橡膠株式會社、韓國樂金化學公司、韓國三星化學工業(yè)株式會社、日本東洋油墨株式會社、日本住友化學株式會社、中國臺灣奇美公司、日本三菱化學株式會社,七家公司占全球產(chǎn)量超過83%;黑色光刻膠集中度更高,主要廠商有日本東京應(yīng)化株式會社、韓國三星化學工業(yè)株式會社、日本新日鐵化學株式會社、日本三菱化學株式會社等。光刻膠所需關(guān)鍵原材料(樹脂材料)目前仍處于國外壟斷的局面。

在掩膜版領(lǐng)域,TFT-LCD掩膜版主要制造企業(yè)包括日本豪雅株式會社、大日本印刷株式會社、韓國樂金電子公司、日本SKE株式會社,在8.5代以上高端掩膜版市場處于優(yōu)勢地位。AMOLED用精細金屬掩膜版(FMM)技術(shù)難度高,大日本印刷株式會社、凸版印刷株式會社與韓國PKL株式會社占領(lǐng)高端產(chǎn)品壟斷地位,關(guān)鍵原材料超薄因瓦合金(Invar,10~20 μm)全球僅日立金屬株式會社可生產(chǎn)供應(yīng)。

在偏光片領(lǐng)域,中國、日本、韓國的企業(yè)占據(jù)了偏光片市場的多數(shù)份額。中國杉金光電有限公司市場占比25%,全球領(lǐng)先,日本住友化學株式會社市場占比22%,韓國三星SDI有限公司市場占比12%,日本日東電工株式會社市場占比9%。但偏光片上游核心原材料三醋酸纖維薄膜(TAC)和聚乙烯醇(PVA)基膜被日企壟斷供應(yīng),日本富士株式會社占全球TAC膜市場份額的53%,日本可樂麗株式會社PVA膜供應(yīng)量約占到全球供應(yīng)量的80%。

4. 柔性顯示高分子材料

柔性顯示高分子材料主要包括柔性基底高分子材料、膠黏劑高分子材料、感光全息記錄高分子材料等。

在柔性基底高分子材料領(lǐng)域,柔性O(shè)LED器件主要使用聚酰亞胺(PI)漿料,美國杜邦公司、日本東麗株式會社、日本鐘淵化學工業(yè)株式會社、日本宇部興產(chǎn)株式會社等少數(shù)企業(yè)幾乎壟斷市場供應(yīng)。透明聚酰亞胺(CPI)薄膜因其高透光、耐彎折、耐摩擦等特性,主要用于柔性蓋板領(lǐng)域,主要供應(yīng)商包括韓國科隆集團公司、美國杜邦公司、美國Nexolve公司、日本三菱瓦斯株式會社和日本鐘淵化學工業(yè)株式會社等。

在膠黏劑高分子材料(OCA)領(lǐng)域,美國3M公司和德國德莎公司形成第一梯隊,基本壟斷行業(yè)高端市場,日本、韓國以及我國臺灣地區(qū)企業(yè)屬第二梯隊,一二梯隊合計市場占有率超80%。在光學透明樹脂(OCR)領(lǐng)域,目前主要生產(chǎn)商包括美國杜邦公司、美國陶氏化學公司、韓國元化學公司、日本共立理化學研究所株式會社、日本出光興產(chǎn)株式會社等企業(yè)。

感光全息記錄高分子材料的核心材料是摻雜菲醌的甲基丙烯酸甲酯有機聚合物(PQ/PMMA)。光學級PMMA材料在我國需求旺盛,全球主要生產(chǎn)廠商包括日本三菱化學株式會社、日本住友化學株式會社、法國阿科瑪公司等。我國在高純度的光學級PMMA領(lǐng)域的研究雖起步較晚,但已有一定積累,現(xiàn)階段已具備光學級PMMA生產(chǎn)能力,但存在生產(chǎn)企業(yè)較少,產(chǎn)量小等問題,產(chǎn)品仍主要依賴進口。

(二)發(fā)展趨勢

經(jīng)過多年發(fā)展,全球顯示材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展格局基本成熟,在前沿技術(shù)推動、新興市場需求的雙輪驅(qū)動下,將呈現(xiàn)出產(chǎn)品多元、產(chǎn)業(yè)集中、迭代加速等發(fā)展趨勢。我國顯示產(chǎn)業(yè)在國家“雙碳政策”催化下,綠色、智能、數(shù)字化發(fā)展特征顯著,供應(yīng)鏈國產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)融合深入發(fā)展、集聚區(qū)域特色化發(fā)展趨勢加快。隨著顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動,未來,顯示材料將向“薄型、高純、復(fù)合、大尺寸”四個趨勢發(fā)展。

1. 薄型化

顯示材料薄型化發(fā)展是終端便攜性與易用性的必然要求,薄型化也是顯示材料柔性化的關(guān)鍵,成為全球智能終端柔性化發(fā)展的基礎(chǔ)。例如,信息顯示柔性玻璃材料逐步應(yīng)用于折疊終端,向厚度50 μm以下、一次成型、高韌性發(fā)展;偏光片材料向70 μm以下發(fā)展,光學膜組向輕薄方向發(fā)展。

2. 高純化

顯示器件性能的提升,對關(guān)鍵材料的性能指標特別是純度特性要求達到了更高的層次。OLED發(fā)光材料、靶材、電子氣體、稀土拋光材料等顯示材料高純化趨勢顯著。

3. 復(fù)合化

下游終端人機交互、人感體驗等功能持續(xù)升級,對顯示材料性能、材料功能復(fù)合化要求不斷提升。例如,OCA光學膠等材料以摻雜方式,同時具備高穩(wěn)定性、柔韌性、耐候性等特性;顯示玻璃材料通過各基體組元重構(gòu)、協(xié)同、強化,在醫(yī)療健康領(lǐng)域具備顯示功能且支持復(fù)雜的蛋白質(zhì)分析功能等。

4. 大尺寸化

消費者對顯示大尺寸的追求日益提升,顯示終端大尺寸化趨勢明顯。高世代顯示面板大尺寸發(fā)展對顯示材料領(lǐng)域中玻璃基板材料、掩膜版、偏光片等向更大尺寸發(fā)展提出了更高要求。

三、我國信息顯示關(guān)鍵材料發(fā)展現(xiàn)狀

(一)產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐步擴大

近年來,我國高度重視信息顯示材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在政策上大力扶持驅(qū)動產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展。出臺了《信息顯示與戰(zhàn)略性電子材料重點研發(fā)計劃專項》等一系列顯示產(chǎn)業(yè)相關(guān)政策,大力推進顯示產(chǎn)業(yè)強國建設(shè),引領(lǐng)了關(guān)鍵材料和設(shè)備領(lǐng)域自主配套能力提升。2020年,我國顯示材料產(chǎn)值達137.59億美元(見表2),產(chǎn)業(yè)規(guī)模較2019年增長30%,創(chuàng)歷史新高。

表2 中國大陸地區(qū)顯示產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值規(guī)模情況

(二)核心技術(shù)不斷突破

在新一輪信息技術(shù)快速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)加快變革的背景下,部分關(guān)鍵材料核心技術(shù)取得長足進步,加速推動顯示產(chǎn)業(yè)相配套的關(guān)鍵材料國產(chǎn)化進程。

目前,我國液晶材料基本形成自主供應(yīng),本地化配套率達到53.8%,其中高性能TFT混合液晶產(chǎn)品已完成下游應(yīng)用;高純鉬靶材、銅靶材、氧化物半導(dǎo)體濺射靶材、光學膜、OLED中間體 / 前端發(fā)光材料已實現(xiàn)國產(chǎn)化;量子點光致發(fā)光材料以及量子點背光源器件實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化;4到8代系列光掩膜基板產(chǎn)品實現(xiàn)突破,正逐步形成供應(yīng)能力;電子氣體的整體國產(chǎn)化率已經(jīng)提高到了55%;濕電子化學品整體國產(chǎn)化率為40%,高世代液晶玻璃基板實現(xiàn)了“零”的突破,LTPS/OLED玻璃基板開始試生產(chǎn),全流程化30~70 μm柔性可折疊玻璃成功量產(chǎn),激光顯示整機關(guān)鍵技術(shù)已處于國際領(lǐng)先水平,Micro-LED芯片、CPI薄膜已開始小批量驗證。

(三)產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系逐步完善

近年來,為應(yīng)對信息顯示技術(shù)快速涌現(xiàn)的趨勢,針對我國信息顯示產(chǎn)業(yè)“大而不強”等問題,依托我國舉國體制優(yōu)勢,成立了國家新型顯示技術(shù)創(chuàng)新中心,形成以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學研深度融合的技術(shù)創(chuàng)新體系,圍繞產(chǎn)業(yè)鏈開展協(xié)同創(chuàng)新,全行業(yè)技術(shù)水平、創(chuàng)新水平穩(wěn)步提升,產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵材料環(huán)節(jié)短板逐步補齊。取得了TFT-LCD技術(shù)國際領(lǐng)先,光場顯示技術(shù)、納米LED顯示技術(shù)等前沿領(lǐng)域與國際同步布局,掩膜版、偏光片、光刻膠等材料批量進入產(chǎn)線,激光顯示、Micro-LED顯示等領(lǐng)域國際先進等眾多成果,為加速實現(xiàn)構(gòu)建顯示產(chǎn)業(yè)強國目標提供了有力支撐。

四、我國信息顯示關(guān)鍵材料發(fā)展面臨的問題

(一)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱

近年來,我國信息顯示材料產(chǎn)業(yè)取得長足進步,但產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力不強問題日益顯現(xiàn),尤其在核心基礎(chǔ)元器件和零件、關(guān)鍵基礎(chǔ)材料、先進制造工藝和裝備、基礎(chǔ)軟件和研發(fā)平臺等方面,受制于人等問題突出,與我國顯示產(chǎn)業(yè)大國地位不匹配。

顯示功能材料領(lǐng)域中OLED終端發(fā)光材料、激光顯示熒光材料;顯示玻璃材料領(lǐng)域中高世代TFT-LCD玻璃基板、OLED玻璃基板材料;顯示配套材料領(lǐng)域中彩色光刻膠、高精細度掩膜版;柔性顯示高分子材料領(lǐng)域中高端PI薄膜、柔性O(shè)CA光學膠等關(guān)鍵材料國產(chǎn)化水平較低,嚴重依賴國外供給。OLED發(fā)光材料升華純化技術(shù)、Mini/Micro-LED顯示用芯片微縮化和巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)、TFT-LCD高世代玻璃基板生產(chǎn)技術(shù)、光刻膠用樹脂與光引發(fā)劑生產(chǎn)技術(shù)、掩膜版用高端石英基板生產(chǎn)工藝技術(shù)、PI薄膜雙向拉伸技術(shù)等核心技術(shù)受制于人,專利被國外把控。激光顯示用熒光材料、AMOLED用精細金屬掩膜版上游超薄Invar材料、偏光片PVA膜和TAC膜等上游關(guān)鍵原材料,國內(nèi)本土企業(yè)無法供應(yīng)或產(chǎn)能嚴重不足。

(二)引領(lǐng)發(fā)展能力不足

經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展,我國在顯示關(guān)鍵材料領(lǐng)域形成了一定的積累,部分前沿基礎(chǔ)研究方面達到國際先進水平。但整體來看,我國顯示關(guān)鍵材料領(lǐng)域的引領(lǐng)和發(fā)展缺少高位規(guī)劃引領(lǐng)、技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)與產(chǎn)業(yè)體系引領(lǐng),難以搶占戰(zhàn)略制高點。同時,我國信息顯示材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)問題較為顯著,信息顯示材料高端產(chǎn)品核心技術(shù)研發(fā)和關(guān)鍵產(chǎn)品過度依賴少數(shù)國內(nèi)頭部企業(yè),缺少“專精特新”中小企業(yè),多數(shù)企業(yè)規(guī)模較小,創(chuàng)新能力和資金水平不足,造成產(chǎn)業(yè)扎堆于技術(shù)門檻低、利潤率低的中低端產(chǎn)品,企業(yè)作為創(chuàng)新主體的創(chuàng)新引領(lǐng)能力較差。顯示關(guān)鍵材料中OLED終端材料、高端ITO靶材、高世代TFT-LCD光刻膠、掩膜版、OLED工藝制程用高純氨、OLED及高世代TFT-LCD面板用濕電子化學品、高性能PI薄膜、柔性O(shè)CA光學膠等一批顯示關(guān)鍵材料高端產(chǎn)品缺乏高層面統(tǒng)籌,企業(yè)研發(fā)投入較弱,造成核心技術(shù)與知識產(chǎn)權(quán)專利嚴重受制,對我國信息顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來不利影響。

(三)創(chuàng)新成果市場轉(zhuǎn)化率低

顯示材料行業(yè)涉及物理、化學、力學、光學等多個交叉學科,以研究院所與高校為代表的研究單位在技術(shù)成果應(yīng)用方面面臨很大難題。技術(shù)研發(fā)往往受制于文章、專利等考核要求,研究多側(cè)重于材料結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新、新功能的開發(fā)等,而真正聚焦市場痛點產(chǎn)品的研究領(lǐng)域則較為缺乏。例如在高性能PI薄膜凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)控制、工藝控制、產(chǎn)品均勻性和穩(wěn)定性等方面的研究甚少,但工藝領(lǐng)域問題往往是影響產(chǎn)品性能和質(zhì)量的重要因素。其次我國相關(guān)企業(yè)面臨技術(shù)創(chuàng)新有效投入少、資源少、不持續(xù)、關(guān)鍵元器件和核心部件受制于人、技術(shù)儲備少等問題?偟膩碚f,我國顯示材料領(lǐng)域原創(chuàng)性研究與產(chǎn)業(yè)化成果存在脫節(jié)問題,我國信息顯示材料創(chuàng)新成果市場轉(zhuǎn)化率偏低。

五、我國信息顯示材料關(guān)鍵技術(shù)突破與產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑研判

(一)發(fā)展目標

瞄準智能化時代大國競爭重大戰(zhàn)略需求,以保障我國顯示產(chǎn)業(yè)安全為目標,著力破解顯示產(chǎn)業(yè)核心系統(tǒng)、重大工程和應(yīng)用系統(tǒng)中的顯示材料關(guān)鍵問題。建立高效協(xié)同的常態(tài)化管理機制,合理分工、高效協(xié)作,合力提升顯示材料產(chǎn)業(yè)綜合統(tǒng)籌能力、核心技術(shù)水平和現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)體系發(fā)展水平,推進產(chǎn)業(yè)重點材料領(lǐng)域總體技術(shù)及應(yīng)用與國際先進水平同步,部分達到國際領(lǐng)先水平,實現(xiàn)顯示材料產(chǎn)業(yè)由跟跑、并跑向領(lǐng)跑跨越。

到2025年,顯示關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)顯著優(yōu)化,基礎(chǔ)材料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)實現(xiàn)升級換代,自給能力超過60%,形成部分引領(lǐng)世界的技術(shù)成果。構(gòu)建顯示材料創(chuàng)新引領(lǐng)、市場導(dǎo)向、協(xié)同發(fā)展、綠色生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)體系,滿足信息顯示產(chǎn)業(yè)對顯示材料的重大需求,整體水平達到國際先進。國內(nèi)顯示材料領(lǐng)域第三方測試機構(gòu)水平顯著提高,基本完成評價體系建設(shè),形成以“材料質(zhì)量評價”為目的的材料產(chǎn)品質(zhì)量評價體系和材料生產(chǎn)流程質(zhì)量控制評價體系。

到2035年,信息顯示關(guān)鍵材料生態(tài)體系全面建成,實現(xiàn)顯示關(guān)鍵材料全產(chǎn)業(yè)鏈自主可控,徹底解決我國目前面臨的顯示行業(yè)關(guān)鍵材料“卡脖子”難題。在前沿顯示技術(shù)關(guān)鍵材料領(lǐng)域,牢牢把握材料發(fā)展趨勢,占據(jù)顯示行業(yè)全球制高點,顯示行業(yè)在國民經(jīng)濟重大領(lǐng)域中全面自主,我國邁入世界顯示強國前列。

(二)發(fā)展路徑

1. 突破一批顯示關(guān)鍵短板材料

發(fā)揮我國體制和市場優(yōu)勢,啟動實施“短板關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)行動”,針對顯示關(guān)鍵材料規(guī);瘧(yīng)用,組織重點材料研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用企業(yè)聯(lián)合攻關(guān),集中突破OLED發(fā)光材料、高世代TFT-LCD基板玻璃、光刻膠、掩膜版、OLED工藝制程用高純氨、OLED及高世代TFT-LCD面板用濕電子化學品、高性能PI薄膜、OCA光學膠等一批關(guān)鍵短板材料,提升顯示關(guān)鍵材料產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)保障能力。

2. 布局一批前沿顯示材料

研判顯示技術(shù)及顯示材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向,提升基礎(chǔ)創(chuàng)新能力,開展納米LED顯示、光場顯示等前沿顯示技術(shù)研發(fā)布局,加強顯示前沿材料的原始創(chuàng)新和顛覆性技術(shù)創(chuàng)新,形成一批關(guān)鍵前沿成果與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用,搶占未來顯示材料產(chǎn)業(yè)戰(zhàn)略制高點。

3. 完善創(chuàng)新體系建設(shè)

圍繞創(chuàng)新與應(yīng)用的深入融合,強化學科交叉與跨領(lǐng)域協(xié)同,建立以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、“政產(chǎn)學研用”一體化創(chuàng)新生態(tài)體系,加快顯示材料創(chuàng)新平臺布局。布局一批具有引領(lǐng)能力的顯示關(guān)鍵材料領(lǐng)域創(chuàng)新平臺與人才培養(yǎng)平臺,緊密結(jié)合數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展需求,持續(xù)推動國家及信息顯示材料生產(chǎn)應(yīng)用示范平臺與示范區(qū)建設(shè)。

4. 提升材料“精品制造”能力

圍繞高端信息顯示關(guān)鍵材料,積極推進“精品制造工程”,鼓勵企業(yè)開展產(chǎn)品高端化升級,積極引進智能制造、綠色制造技術(shù),促進顯示材料相關(guān)企業(yè)由中低端產(chǎn)品研制向中高端產(chǎn)品研制轉(zhuǎn)型升級,提升相關(guān)材料高端產(chǎn)品競爭能力。

5. 推進顯示材料產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展

根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)與下游應(yīng)用基礎(chǔ),因地制宜推動顯示材料產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)建設(shè),加強顯示材料產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)產(chǎn)業(yè)、科研機構(gòu)、成果轉(zhuǎn)化機構(gòu)、高等院校、服務(wù)貿(mào)易機構(gòu)、金融機構(gòu)等各類業(yè)態(tài)與產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)的融合協(xié)同,推動形成高效協(xié)同融合發(fā)展集聚區(qū)試點示范。

6. 攻克一批核心裝備與智能化硬件系統(tǒng)

實施“顯示材料裝備一體化行動”,組織相關(guān)材料生產(chǎn)單位、裝備研制單位、高校、科研院所等開展聯(lián)合攻關(guān),加快核心裝備與智能化系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用示范,解決在顯示材料研發(fā)、生產(chǎn)、測試所需的核心設(shè)備、儀器、系統(tǒng)等無法自主生產(chǎn)甚至面臨國際禁運的窘境,軟硬件并行增強應(yīng)對未知風險的能力。

(三)關(guān)鍵技術(shù)突破

實現(xiàn)我國信息顯示關(guān)鍵材料的自主可控,歸根結(jié)底是加快實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的突破,掌握核心知識產(chǎn)權(quán),力爭在2030年形成顯示材料產(chǎn)業(yè)競爭優(yōu)勢。以下針對顯示材料領(lǐng)域部分關(guān)鍵技術(shù)展開分析研判。

OLED發(fā)光材料目前處于以熒光、磷光、熱活化延遲熒光(TADF)材料三代共存的發(fā)展局面,由于第一代熒光材料的效率限制,未來磷光與TADF預(yù)計將快速成為研發(fā)主流,重點研發(fā)方向包括磷光材料激發(fā)態(tài)理論、TADF材料能量的反向隙間穿越過程等基礎(chǔ)理論研究,以及磷光材料用銥、鉑、錸等重金屬高效利用技術(shù),TADF材料應(yīng)用中色純度低和效率滾降問題等應(yīng)用技術(shù)研究。在工藝制程方面,著重突破OLED發(fā)光材料真空升華提純技術(shù)中高純度、單次升華高速率以及連續(xù)升華等生產(chǎn)工藝技術(shù)。

顯示玻璃基板材料方面,在重點開展高世代TFT-LCD玻璃基板、高強蓋板玻璃等顯示玻璃材料浮法成型技術(shù)熱工理論和數(shù)值、物理模擬研究等工藝基礎(chǔ)研究的同時,推進高應(yīng)變點鋁硅酸鹽玻璃配方、超薄化成型工藝技術(shù)、玻璃液澄清及均化等關(guān)鍵工藝技術(shù)及核心裝備研究,為產(chǎn)業(yè)大型化、綠色化、高效化奠定基礎(chǔ)。

OLED玻璃基板浮法工藝技術(shù)重點瞄準產(chǎn)品大尺寸、高穩(wěn)定性、高產(chǎn)能的目標,開展OLED玻璃基板的精密成型、高效熔化、澄清均化、微應(yīng)力及再熱收縮率調(diào)控技術(shù)研發(fā),實現(xiàn)相對熱收縮比值必須達到10 ppm以下的技術(shù)目標。

AMOLED用精細金屬掩膜版技術(shù)研發(fā)重點針對圖形設(shè)計與高精度要求,突破材料不穩(wěn)定性高、生產(chǎn)加工不可控等問題制約,圍繞混合工藝電鑄加蝕刻工藝開展技術(shù)攻關(guān),加速實現(xiàn)我國G6以上FMM產(chǎn)品國產(chǎn)化。

AMOLED用靶材領(lǐng)域,重點開展大型一體化銀合金靶材制備技術(shù)研究,通過研究銀合金大尺寸靶坯熔煉鑄造、塑性成形與再結(jié)晶等組織結(jié)構(gòu)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù),推進銀合金靶材大規(guī)模生產(chǎn)線建設(shè)與應(yīng)用,突破國外廠商銀合金靶材的專利壁壘。通過稀土元素摻雜,調(diào)控和優(yōu)化氧化物半導(dǎo)體材料的載流子傳輸路徑方式,突破高遷移率稀土摻雜金屬氧化物半導(dǎo)體靶材制備技術(shù),實現(xiàn)高性能氧化物半導(dǎo)體靶材產(chǎn)品開發(fā)。

 

丙烯酸酯類OCA光學膠方面,重點關(guān)注減小固化收縮率、提高折射率與透光率、提高固化速度、增強穩(wěn)定性及稀釋劑綠色化等研究方向,突破固化過程中因體積收縮產(chǎn)生的應(yīng)力缺陷與降低的體積收縮比控制的技術(shù)瓶頸,近期技術(shù)突破方向主要包括不同類型黏合劑中通過使用合適添加劑改善性能,利用基礎(chǔ)聚合物的有機特性提高黏合劑柔韌性和加工能力特性等,加速實現(xiàn)固化收縮率小于2.5%的技術(shù)目標。

柔性顯示用高性能聚酰亞胺材料領(lǐng)域,重點瞄準高透明耐高溫聚酰亞胺材料生產(chǎn)制備能力。通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計,研究單體結(jié)構(gòu)、漿料配比、制備工藝及條件對材料透明性及耐溫性的影響,開發(fā)透明耐高溫柔性顯示基板新材料的批量化生產(chǎn)工藝技術(shù),實現(xiàn)柔性透明耐高溫聚酰亞胺在20 μm厚度下薄膜的平均透光率大于88%,霧度小于0.2%,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大于460 ℃,熱膨脹系數(shù)小于5 ppm/℃(100~400 ℃),抗拉強度大于300 MPa的技術(shù)指標;通過對可顯影聚酰亞胺(PSPI)材料的分子設(shè)計與可控合成研究,開發(fā)PSPI功能材料的批量化生產(chǎn)工藝技術(shù),達到漿料黏度波動小于5%(冷凍儲存6個月),曝光量小于300 mJ,解析度小于3 μm的技術(shù)目標。

六、我國信息顯示關(guān)鍵材料發(fā)展建議

(一)建設(shè)國家信息顯示材料新型研發(fā)平臺,強化國家戰(zhàn)略科技力量引領(lǐng)

建議發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢,將信息顯示關(guān)鍵材料創(chuàng)新發(fā)展上升到國家戰(zhàn)略地位,以國家產(chǎn)業(yè)政策為引導(dǎo),以龍頭企業(yè)為核心,整合匯聚高校、科研院所等優(yōu)質(zhì)創(chuàng)新資源,依托長江三角洲、粵港澳大灣區(qū)等顯示產(chǎn)業(yè)核心區(qū),打造跨領(lǐng)域、大協(xié)作、高強度的國家級新型研發(fā)測試、應(yīng)用推廣、人才培養(yǎng)平臺。探索新型協(xié)同創(chuàng)新體制機制,強化學科交叉與跨領(lǐng)域融合,通過點(重大科技攻關(guān)項目)、線(全鏈條式創(chuàng)新協(xié)同)、面(跨領(lǐng)域全球化協(xié)同研發(fā)網(wǎng)絡(luò))的逐層遞進和聯(lián)動升級,圍繞行業(yè)重點領(lǐng)域、重大需求,著力開展一批基礎(chǔ)研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究,推進一批行業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)、前瞻顛覆性技術(shù)研發(fā)和成果轉(zhuǎn)化,培育一批具備國際視野與戰(zhàn)略眼光的專業(yè)領(lǐng)軍型頭部技術(shù)人才,加速行業(yè)由“單一創(chuàng)新”向“共性創(chuàng)新”轉(zhuǎn)變,打造原始創(chuàng)新策源地。

(二)完善國家信息顯示材料重大專項布局,強化材料技術(shù)體系構(gòu)建

面向2035動態(tài)制定信息顯示材料關(guān)鍵核心技術(shù)清單,分層次、分進度、差異化統(tǒng)籌安排材料攻關(guān),圍繞“強鏈”,加速G8.5代TFT玻璃、靶材、濕電子化學品等已有一定供應(yīng)能力,但與國外還存在差距的產(chǎn)品的技術(shù)性能提升、產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大,快速形成國際競爭優(yōu)勢;圍繞“補鏈”,優(yōu)先開展G10.5/11代液晶顯示玻璃基板、OLED發(fā)光材料、光刻膠等市場需求迫切、存在潛在斷供風險的材料國產(chǎn)替代;圍繞“延鏈”,有序開展柔性顯示量子點材料、Micro-LED顯示芯片、光場顯示關(guān)鍵材料等前沿顯示技術(shù)材料研發(fā)布局;加速構(gòu)建顯示材料“研發(fā)一批、生產(chǎn)一批、儲備一批”的梯級產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系。

(三)培育具有全球競爭力的世界一流企業(yè),強化產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈生態(tài)主導(dǎo)力

面對日益激烈的信息顯示材料領(lǐng)域競爭態(tài)勢,我國亟需立足現(xiàn)有創(chuàng)新優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢、市場優(yōu)勢,培育一批產(chǎn)品卓越、品牌卓著、創(chuàng)新領(lǐng)先的世界一流顯示材料企業(yè),構(gòu)建世界一流企業(yè)培育梯隊,積極參與全球創(chuàng)新聯(lián)盟共建、金融市場融合、產(chǎn)業(yè)格局重構(gòu)。建議國家有關(guān)部委制定優(yōu)勢標桿企業(yè)目錄,強化行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)專項政策扶持,支持優(yōu)勢企業(yè)開展并購等方式提升國際競爭力。強化資本市場化融合,打造顯示材料國際性開放資本平臺,深化境內(nèi)外證券、基金互聯(lián)互通,為打造顯示材料領(lǐng)域世界一流企業(yè)提供良好資本環(huán)境,以世界一流企業(yè)引領(lǐng)支撐實現(xiàn)我國信息顯示產(chǎn)業(yè)的高水平科技自立自強。

(四)深化“多鏈”融合,以產(chǎn)業(yè)協(xié)同平臺強化產(chǎn)業(yè)生態(tài)培育

推動顯示行業(yè)龍頭企業(yè)牽頭,聯(lián)合產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)、高校、院所,建立由部委牽頭的顯示材料行業(yè)聯(lián)盟,打造產(chǎn)業(yè)協(xié)同平臺,推進創(chuàng)新資源、產(chǎn)業(yè)資源、資金資源等多要素集聚與有效運作,構(gòu)建行業(yè)訴求與產(chǎn)業(yè)政策的互動機制。加強顯示材料與中下游面板、終端企業(yè)的“點對點”精準對接,專項政策扶持構(gòu)建“捆綁式”創(chuàng)新機制,持續(xù)擴大顯示材料“首批次”保險補償機制,解決“好材不敢用”后顧之憂。加速完善材料公共服務(wù)體系,重點推進材料表征能力、測試評價方法和標準體系建設(shè),建立信息顯示關(guān)鍵材料測試評價大數(shù)據(jù)中心框架體系,創(chuàng)新“互聯(lián)網(wǎng)+”測試評價服務(wù)模式,全面提升產(chǎn)業(yè)資源共享服務(wù)水平。統(tǒng)籌實施推進,以創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、資本鏈、政策鏈“多鏈”融合推動產(chǎn)業(yè)完善生態(tài)體系建設(shè)。

 

彭壽,玻璃新材料專家,中國工程院院士。

長期從事玻璃新材料科研、設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化工作,建立了我國玻璃工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系,特別是針對高品質(zhì)浮法玻璃、高透光伏玻璃、超薄觸控玻璃、高世代液晶玻璃基板等多種玻璃新材料長期被國外封鎖壟斷的現(xiàn)狀,取得了系列原創(chuàng)性成果,實現(xiàn)了產(chǎn)品進口替代及規(guī)模化推廣應(yīng)用,支撐了我國多個新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,引領(lǐng)了我國玻璃科技與產(chǎn)業(yè)躋身世界先進行列。

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