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中国工程院院士彭寿:显示关键材料产业呈现“四个特征、三个范式”

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发表于 2020-11-25 20:14 | 显示全部楼层 |阅读模式


11月20日~21日,2020世界显示产业大会在安徽省合肥市召开。大会由工业和信息化部、安徽省人民政府共同主办。中国工程院院士彭寿出席大会并发表演讲。彭寿指出,显示关键材料是显示产业不可或缺的支撑性、导引性材料。提升我国显示关键材料创新发展水平,对于构建我国现代经济产业体系影响深远。


关键材料既是“热点”又是“痛点”


新一代信息显示与5G通讯、集成电路、海量存储、新型显示、大数据、人工智能算法等深度融合,赋能智慧城市、移动互联、数字经济等。信息显示产业将加速我国进入数字化、智能化、信息化为特征的新型工业化时代。


随着技术的发展和产业的调整,如今我国已成为世界显示产业大国。我国显示产业从“缺芯少屏”迈向“中国制造”,从日韩市场主导逐渐向中国市场倾斜。目前,我国已投产的面板线达45条,后续还有19条高世代液晶面板产业和4条AMOLED面板产线陆续投产,总投资约为1.3万亿元。


从显示产业中端来讲,中国已经成为最大、最重要的集聚地,终端产品产量全球占比超70%,“全球最大的终端消费市场”强化终端产业优势。此外,产业发展“集聚”态势显现,目前,中国已形成合肥、南京、武汉、成渝、深圳等区域特色化、高度集中化产业集群。


彭寿表示,从市场需求端到应用端再到全产业链,我们已经实现了多个第一,很多新星企业冉冉升起,如京东方、维信诺这样的头部企业正不断产生。不过,我国显示产业虽然已实现快速发展,但显示关键材料本土供给有待提升,距离显示强国仍有差距。目前,我国新型显示上游材料本土化率为48%,关键设备本土化率不足10%。


中国工程院梳理了我国高度依赖进口的材料。如半导体材料中的大尺寸硅材料、大尺寸碳化硅单晶、SOI、高饱和度光刻胶、高性能靶材、电子特种气体、湿电子化学品、氮化镓单晶衬底、化学机械抛光(CMP)材料、封装基板、高密度陶瓷材料等 。以及显示材料中的OLED发光材料、高世代玻璃基板、精细金属掩模板(FMM)、光显示材料柔性PI膜、偏光片、高性能水汽阻隔膜、异方性导电胶膜(ACF)、特种光学聚酯(PET)、OCA光学胶、微球、抗指纹涂层(AFC)涂料等。


显示关键材料已成为国际竞争“热点”,也成为我国显示产业发展“痛点”,加速显示关键材料的创新发展迫在眉睫。


彭寿表示,今年以来,党和国家领导人两次作出重要指示批示,强调加强显示关键材料核心技术攻关,确保我国产业链安全。此次,中国工程院再次做了重大战略咨询研究项目,并发布了《面向 2035 的新材料强国战略研究》,其中,明确面向 2035 的新材料产业四大战略需求领域:运载工具、能源动力、信息显示、生命健康。《研究》指出,信息显示材料将引领数字产业变革。


“显示关键材料是显示产业不可或缺的支撑性、导引性材料。提升我国显示关键材料创新发展水平,对于构建我国现代经济产业体系影响深远。”彭寿强调。


材料进步支撑了显示产业变革


显示技术与器件经历了刚性显示、柔性显示、硅基微显示到激光/量子点显示的演变。一代显示材料决定一代显示器件,显示材料的进步支撑了显示产业变革。


彭寿介绍说,显示关键材料主要包括:液晶材料、显示玻璃、OLED发光材料、氮化镓发光材料、激光/量子点材料等。


从液晶材料方面来看,由于TFT-LCD技术在未来十年仍是市场主流,所以液晶材料将在很长一段时间内仍为核心材料。从2016到2019年,中国大陆的需求量年均复合增速超过32%,每条8.5代面板线年需50吨液晶材料。“如今,中国混合液晶本土化率约为40%,未来,这一比例将不断提升。”彭寿表示,“随着国家产业政策不断扶持、LCD面板产能转移,以及应用场景不断拓展,液晶材料的技术与市场重要性将更加突出。


从显示玻璃方面来看,显示玻璃是信息显示产业不可或缺的关键战略材料,玻璃之于显示产业的意义相当于硅晶圆之于半导体产业。


彭寿介绍说,显示玻璃主要包括TFT液晶玻璃、超薄触控玻璃、柔性可折叠玻璃等。其中,8.5代及以上的TFT液晶玻璃已成为市场主流。到2019年末,中国在建及建成的高世代TFT液晶面板生产线共21条,占全球产能60%以上。2020年,我国年需高世代玻璃基板3.2亿平方米。超薄触控玻璃则推动了显示终端的薄型化发展。2018年,中国工业化量产了厚度为0.12mm,世界最薄的超薄触控玻璃,为研发柔性显示奠定技术基础。目前,中国超薄触控玻璃占全球85%以上市场份额。预计2021年,超薄触控玻璃需求量将达1.1亿平方米。此外,柔性盖板材料是影响柔性显示器件发展的核心,而超薄的柔性玻璃正是被业内最为看好的材料之一。2020年8月13日,我国开发出国际领先的30微米柔性可折叠玻璃。据悉,苹果正加紧研发全新柔性玻璃可折叠iPhone。


从OLED发光材料方面来看,OLED发光材料是有机材料的核心,包括小分子材料与高分子材料。“目前,中国OLED材料仍然处于起步阶段,主要以生产中间体和粗单体材料为主,而单体材料由于专利及技术(升华提纯)门槛限制,尚未实现量产。” 彭寿感慨道。


从氮化镓发光材料方面来看,以Micro LED为代表的硅基微显示凭借高响应速度和像素密度成为VR/AR最佳选择。“5G+AI”将推动头戴式智能设备大规模落地,极大程度带动氮化镓材料增长。


从激光/量子点材料方面来看,激光显示/量子点电致发光是下一代显示技术最有利的竞争者,两者的色域覆盖范围可达到自然界色彩的70%以上,是液晶显示(33%左右)的两倍多。其中,量子点显示色域从目前的75%左右提高到最高130%NTSC。如今,量子点显示材料已成功列入战略性先进电子材料国家重点专项,我国在该领域处于领先。


“电子显示行业是变化最大、迭代最快的行业,在一代一代的潮流变化中,大家要积极拥抱变化,紧跟时代步伐。”彭寿表示。


材料产业呈现“四个特征、三个范式”


显示材料产业经过多年发展,已呈现出产品多元、产业集中、高速迭代等显著特点。彭寿认为,在新业态、新产品、新技术的驱动下,显示材料产业发展将呈现出“四个特征、三个范式”发展趋势。


“四个特征”分别是薄型化、高纯化、复合化、大尺寸化。


薄型化指的是,显示器件的薄型化永无止境,从可折叠、可卷曲向着极轻形态发展;柔性玻璃则向30微米一次成型、高韧性发展;量子点膜、偏光片等材料均向100微米以下发展。显示材料的薄型化将极大推动显示器件与应用场景的多元化。


高纯化指的是,显示器件对比度、广色域、低功耗、高亮度、深黑场等性能提升不断加速。关键材料的高纯化制备十分重要。例如,OLED发光材料纯度的提升可实现显示高色域、高辉度、低功耗等;激光晶体要求氧化物的纯度要大于99.999%,从而提升准直性、单色性和相干性。


纳米化指的是,材料的纳米级发展使其磁、光、电、热等性能不断提升,为显示技术发展提供更多可能。例如,量子点三个维度尺寸均在纳米级,稳定直径为2~10 纳米,不同粒径发光特性不同;新型石墨烯氮化镓材料,外延层厚度为100纳米。


复合化指的是,材料性能和功能的复合。多组分材料复合掺杂,获得高性能材料,而材料功能复合则是各基体组元重构、协同、强化。例如,5G基站、手机用高分子材料要求具备低介电损耗、 高热稳定性、耐化学侵蚀、耐候性等;显示医疗玻璃材料具备显示功能且支持复杂的蛋白质分析等。“随着人机交互、人感体验等需求的不断提升,颠覆性技术群体涌现,材料性能、材料功能复合化发展趋势不断凸显。”彭寿说。


“三个范式”则包括数字驱动、智能升级、绿色发展。


数字驱动指的是,我国进入数字化时代后,材料科学的未来依赖数据驱动、算法主导,材料研发周期将缩短一半、研发成本将降低一半。数字化时代“四高”特征,即高技术特性、高渗透特性、高融合特性、高增长特性,要把数字计算变成真正信息化发展中的另一个发展高地。


智能升级指的是,质量变革、效率变革、动力变革。新兴技术推动产业发展实现“从智能单元到智能工厂再到互联工厂”的革命化转变。即以智能传感器、工业机器人、工业AR为主体的车间级智能生产单元,向运营技术(OT)、信息技术(IT)、制造技术(IE)深度融合的流程化智能制造平台,再向云(云互联网平台)、企(工厂互联网平台)、端(边缘计算节点)互联的智慧云平台的转变。“真正把智能工厂变成IT(智)+OT(能)+IE(制造)。全方位的智能工厂一方面开拓了信息显示发展空间和场景,另一方面也使我们国家的工业真正更现代化、直观化。”彭寿说。


绿色发展指的是,工厂从材料采购、制造、运输,到销售、消费、物流,最后到回收再利用的全生命周期的绿色管理,形成供应端、物流端、数据端、消费端的绿色闭环。其中,绿色回收环节既是绿色生命周期的终点,也是起点,非常重要。彭寿举例说,原材料废弃物回收,如玻璃材料均可回收,实现循环应用;生产排放物回收,如二氧化碳捕收,可发展富碳农业、化工行业;材料本体回收,如ITO靶材,重新加工成为新的高精度靶材。彭寿强调,我们国家必须以绿色发展为主线,实现智能化、数字化、高端化、绿色化的融合发展。






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