平板显示

中国平板显示行业全球影响力持续增强

作者:北京交通大学教授 徐征来源:中国电子报、电子信息产业网发布时间:2017-10-16 我要评论

  北京交通大学教授 徐征

  平板显示作为电子信息产业的“粮食产业”,其发展水平是一个国家的科技实力和国际竞争力的重要体现。回顾过去5年,我国平板显示产业保持较快增长态势。产业核心竞争力随着面板产能、技术水平的稳步提升而逐渐增强。产业整体规模持续扩大,全球市场份额不断提高,面板自给率快速攀升,技术水平与国际先进差距逐渐缩小,产业发展进入良性循环轨道。同时也面临着产能迅速扩张带来结构性过剩压力、终端产品需求增长趋缓导致产品结构调整、产业链成熟度不均衡、上游受制于人的发展瓶颈等不利因素。

  显示产业迅猛发展

  新型显示产业保持良好发展态势,产业规模持续增长,供给能力明显提高,技术创新能力逐步提升,产业聚集区初步形成,全球影响力不断增强。近年来,随着新型智能终端、车载显示产品不断升级,显示产业不断适应下游新需求,创新发展成为显示行业主旋律。2016年全球新型显示行业总体保持增长态势,显示面板产值达到1150亿美元,出货面积2.02亿平方米,创新步伐进一步加快,新应用不断涌现,产品形态日益丰富,全球产业资源整合加快形成。面板企业不断淘汰低次代落后产能,新型显示产业结构升级进入新阶段,产业竞争日趋激烈,我国作为全球电子制造业生产基地,个人计算机、手机、电视机产量均位居全球第一,世界显示器件制造中心也加快向中国转移。

  随着国家大力推进“中国制造2025”和“互联网+”战略,新型显示产业战略地位日益凸显。2016年在全行业共同努力下,我国新型显示行业发展向好态势更为明显,实现了“十三五”良好开局。一是技术水平不断提升。多项创新产品和新技术陆续推出。AMOLED面板小批量出货,华星光电全球首条11代线开工建设,京东方98英寸8倍屏首次应用在里约奥运会转播。二是产业规模持续扩大,2016年我国新型显示行业销售收入达到2013亿元,同比增长20%;出货面积0.53亿平方米,同比增长16.5%。全球市场占有率由“十二五”初期的3.9%增至27%,面板产业41条,在建15条,面板供应能力得到明显提升。三是本土配套能力逐步提升。骨干企业本土化材料覆盖率超过60%,全年采购金额同比增长35%,玻璃基板在六代线上量产,小尺寸规模化应用,偏光片8.5代线导入中。显示产业是新一代信息技术和先进制造业的重要组成领域,总体来看,近年来我国显示产业不断蓬勃壮大,并带动上下游产业共同发展,为国民经济发展新旧动能转化作出积极贡献。

  显示技术进步有加

  (一)柔性显示屏

  随着更先进的制造设备和材料工程技术的发展,可弯曲、可折叠以及曲面显示在电子产品中的应用日益丰富,为电子产品制造商带来了丰厚的获利机会。

  对于LCD液晶显示来说,通常由液晶负责控制显示灰度,三原色滤光片控制显示颜色,这就要求它们必须一一对应才能显示正常。而如果用LCD液晶面板来做曲屏,内周长与外周长不相等,原来一一对应的液晶和滤光片就会出现位置偏差,从而导致色彩失真,此外还会引起漏光、暗屏重影及雪花等一些列问题。因此,对于曲屏来说,以AMOLED为代表的OLED显示技术几乎就成了不二之选。

  但值得注意的是,无论是否是柔性显示器,任何OLED显示设备,尤其是大尺寸屏幕,在进入批量生产前必须解决以下这些挑战:电致发光(EL)蒸发现象及其对有机材料寿命的影响,低沉积速率,因缺陷导致的低良率问题,以及蒸镀技术的可扩展性,这会直接影响显示器批量生产的成本。

  (二)印刷显示

  印刷显示技术是将印刷电子学应用于显示领域,指以旋涂、丝印(Screen)或喷墨打印(Ink-jet)等印刷方法,将金属、无机材料、有机材料转移到基板上,制成发光显示器件。印刷显示技术的终极目标是实现全印刷发光显示器件,在常温、常压下以按需给料方式实现低成本制造。目前印刷显示技术中,采用OLED材料来实现显示是主流且比较成熟的技术。

  印刷OLED 显示是利用现代印刷工艺制造 OLED 面板的新技术,目前基于蒸镀工艺的小分子 OLED 面板仍然是市售的主流,但蒸镀工艺、材料和制造成本等制约了大尺寸 OLED 显示面板的规模化应用,而印刷显示技术则具有工艺简单,材料利用率高,生产成本低,有利于柔性化和大尺寸面板生产等优点。因为技术限制,现阶段并不能实现全器件的印刷制作。现有印刷OLED工艺仅指以印刷的方式制作功能层,如空穴/电子传输和EML等。电极依然以蒸镀方式制作。

  现有印刷技术主要关注在喷墨打印机方向。根据喷墨方式不同,印刷技术分为连续喷墨(CIJ)和按需喷墨(DOD),在印刷OLED中以Piezoelectric型喷头比较常见,在实验室中也有用Thermal型的喷头。

  喷墨打印成膜过程主要是通过电脑控制的喷嘴,将一定浓度的载流子注入层、传输层、发光层材料构成的功能墨水沉积在电极或者其他功能层上,溶剂挥发后在喷印的位置形成所需要的像素点。像素点挥发成膜过程中,受到溶剂表面张力、溶质结晶特性的影响,极易形成边缘厚、中间薄的形态,俗称“咖啡环”效应。这是造成印刷 OLED 显示面板无法达到市场化要求的主要问题。

  (三)量子点电致发光

  量子点电致发光二极管的工作原理与有机电致发光器件是类似的复合发光机理。QLED电致发光器件的基本结构和OLED器件也基本一样,即用量子点材料取代有机发光器件中的有机发光材料。量子点在显示技术领域的应用主要包括两个方面:基于量子点电致发光特性的量子点发光二极管显示技术(Quantum Dots Light Emitting Diode Displays, QLED),基于量子点光致发光特性的量子点背光源技术(Quantum Dots-Backlight Unit, QD-BLU)。

  利用量子点材料的光致发光特性制造的背光源可将现有白光LED作为背光源,显示器件色域覆盖率从72%提高到110%,大幅度提升显示器件的色彩表现力。量子点材料非常昂贵,虽然量子点材料的光致发光应用已经商业化,但只是定位于高端市场。对于大面积应用还需看量子点材料的降价幅度和速度。量子点电致发光的应用还处于实验研究阶段,从实验阶段到生产阶段还需要较长时间,要解决制备工艺、发光亮度、寿命、效率等多方面问题,因此量产时间很难确定。

  (四)IGZO(氧化物)TFT

  自从2004年报道了柔性和透明的非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管(TFT)之后,非晶态半导体氧化物薄膜晶体管引起了人们的关注,目前关于作为TFT背板的非晶氧化物半导体器件已经取得了巨大进展。这些器件支持高性能平板显示器(FPD),包括TFT-LCD及有源矩阵有机发光二极管显示器(AMOLED)。

  许多FPD制造商如三星、LG、夏普和友达已经在2012年宣布大规模投资基于氧化物半导体器件的大尺寸AMOLED面板生产。

  IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)为铟镓锌氧化物的缩写,非晶IGZO材料是用于新一代薄膜晶体管技术中的沟道层材料,是金属氧化物(Oxied)面板技术的一种。IGZO材料由日本东京工业大学细野秀雄最先提出在TFT行业中应用的。其实IGZO只是沟道层材料,而不是一种新的面板技术。

  稳定性是氧化物TFT最重要的问题。需要考虑负/正偏压、温度、照明和环境(湿度)四个方面。从优化结构、选择合适的栅极绝缘体材料、不可渗透的钝化层、稳定的半导体材料和后退火处理几方面提高稳定性。此外,还要对工艺、材料和设备进行非常严格的控制。

  (五)低温多晶硅TFT

  低温多晶硅(Low Temperature Polysilicon,LTPS,以下以LTPS代称)是平板显示器领域中的又一新技术。继非晶硅(Amorphous-Silicon,以下以a-Si代称)之后的下一代技术。

  Polysilicon(多晶硅)是一种约为0.1μm至数个μm 大小、以硅为基底的材料,由许多硅粒子组合而成。在半导体制造产业中,多晶硅通常经由LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)处理后,再以高于900℃的退火程序,此方法即为SPC (Solid Phase Crystallization)。然而此种方法却不适合用于平面显示器制造产业,因为玻璃的最高承受温度只有650℃。因此,LTPS技术即是特别应用在平面显示器的制造上。

  LTPS TFT具有分辨率高、反应速度快、亮度高、开口率高等优点,加上LTPS的硅结晶排列较a-Si有次序,使得电子移动率相对高100倍以上,可以将外围驱动电路同时制作在玻璃基板上,达到系统整合,节省空间及驱动IC的成本的目的。

  LTPS TFT的元件结构,有N型和P型两种,其中的N型TFT,会利用低掺杂型漏极(Lightly Doped Drain,LLD)来降低元件的漏电流。LTPS TFT的栅极是位于半导体层上方,是所谓的Top Gate的结构;非晶硅型TFT的栅极是位于半导体层下方,是所谓的Bottom Gate的结构。这种结构上的不同,使得LTPS TFT 在TFT LCD中应用时,具有以下几个优势:沟道串联电阻低,栅极绝缘膜厚度小,栅极金属层厚度大,栅极与源/漏极不重叠。

  知识产权重视程度加大

  显示技术作为技术密集型产业,长久以来一直被日本、韩国等垄断。显示面板的制造从原材料的生产,到最终面板成像电路的设计等各个环节都存在专利壁垒。

  截至2017年3月9日,京东方向国家知识产权局提交且已公开的中国专利申请为2.3063万件,其中1.3137万件获得授权。2006年,京东方的专利申请量仅有116件,之后逐年递增,2016年新增中国专利申请且公开的数据达4612件。其中以2010年至2013年的专利申请量增长最为迅猛,每年递增800件至1000多件。可见,京东方对自主创新能力和知识产权给予了高度重视,即使是在2008年到2011年连年亏损的情况下,京东方依然在研发上投入近30亿元。

  诚然,我国以前对知识产权的保护力度不够,侵权行为得不到应有惩罚,使得企业对知识产权丧失信心。2016年12月,《苏州市“十三五”知识产权发展规划》中特别提到了建设知识产权联盟:在纳米材料、大数据、未来网络、3D打印、新一代信息技术和软件、石墨烯、小核酸和抗体药物等领域建成国际性知识产权联盟;在高性能战略材料、大品种创新药物、新能源、智能装备、物联网核心器件及应用系统、高端装备、电子信息、平板显示等领域建成国内示范性知识产权联盟。由此可见,近年来知识产权的保护力度在不断加大。

  利用知识产权来鼓励员工创新,降低产品成本,增加企业利润,防止窃取研发成果,使企业在激烈的竞争中占领专利的至高点,从而使企业在复杂的经济环境中立于不败之地。

  技术人才需求旺盛

  据对京东方、华星光电、天马微电子、中电熊猫平板显示企业每年招聘情况的不完全统计,京东方工程师最低要求是“一本”,每年招聘人数大概在2000人左右,硕士不多,不到20%;而华星光电在人员招聘这一块的要求都比较高,近几年对应届毕业生都要求是“985”高校毕业的学生,因为公司正处在发展阶段,所以人员的需求量也是较大的,每年大概会校招300~400个应届毕业生,一般在本硕博方面是以7∶2∶1的比例招聘的;天马微电子招聘每年1000多个应届毕业生,大部分是“985/211”高校毕业生,也有部分非“985/211”学校毕业生,本硕比大约1∶1,本科生稍微多一点;中电熊猫招收的人员比较多。

  由此可见,显示行业对人才需求量暴增,具有平台高、晋升机会多等优势。这些现状都预示着显示面板行业未来将有良好的发展前景。


来源:中国电子报、电子信息产业网            责任编辑:赵强

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