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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.zc28898.cn/lcd/news/dynamic/2022/0913/61743.html

作者:彭壽,洪偉 ,秦旭升 ,蔣文玖 ,黃毅

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

信息顯示是電子信息產業的重要組成部分。隨著全球數字化轉型提速持續深化,消費電子、工業數字化等信息顯示下游需求加速提升,信息顯示產業已成為全球各國升級信息消費、壯大數字經濟的關鍵支撐。我國信息顯示產業經過多年深耕,產業規模已達全球首位,但發展壁壘日益顯現,上游關鍵材料領域短板問題突出,與我國信息顯示大國的產業整體發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業鏈供應鏈自主可控能力。

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期發表《我國信息顯示關鍵材料發展戰略研究》一文。文章分析了國內外顯示關鍵材料的發展現狀,以關鍵材料核心技術、原材料自主供給能力與材料產業化發展為研究重點,梳理我國信息顯示關鍵材料發展短板與存在的重點問題,總結提出關鍵材料發展目標、產業發展路徑與技術突破路徑。文章提出了建設國家信息顯示材料新型研發平臺,強化國家戰略科技力量引領;完善國家信息顯示材料重大專項布局,強化材料技術體系建設;培育具有全球競爭力的世界一流企業,強化產業鏈供應鏈生態主導力;深化“多鏈”融合,以產業協同平臺強化產業生態培育等建議。

 

信息顯示是電子信息產業的重要組成部分,隨著全球數字化轉型提速持續深化,消費電子、工業數字化等信息顯示下游需求加速的提升,信息顯示產業已成為全球各國升級信息消費、壯大數字經濟的關鍵支撐。

目前,全球多種顯示技術涌現,總體規模保持高速增長態勢,產業發展進入良性周期。2020年,全球信息顯示產業全年產值規模超過3000億美元,薄膜晶體管液晶(TFT-LCD)顯示及蒸鍍有機發光二極管(OLED)顯示等主流技術不斷升級、印刷OLED、量子點顯示、激光顯示、Mini/Micro-LED顯示等新型技術不斷成熟,光場顯示、納米LED顯示等前沿技術持續突破,隨著信息顯示技術與材料、半導體、信息技術等多學科交叉與跨領域融合更加廣泛,顯示技術的研究與應用將進一步拓展。

近年來,我國信息顯示產業關鍵材料不斷突破、產業集聚不斷加速、產業規模不斷提升,完成了受制于人到規模領先的革命性轉變。2020年,中國大陸地區全產業累計總投資1.24萬億元,產值約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%,規模位居全球第一。在產業鏈中游,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華星光電技術有限公司武漢G11代線等多條全球最高世代液晶面板生產線實現滿產滿銷,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光二極管(AMOLED)面板生產線批量出貨,產業運行保持高度活躍。在產業鏈下游,我國成為全球顯示供給核心,電視、電腦和手機等終端產品產量全球占比超50%,我國已成為全球顯示終端產品主要生產和出口國。

我國信息顯示面板和消費電子等中下游環節高速發展,但顯示產業上游材料短板問題日益凸顯。與發達國家相比,我國有超過60%的信息顯示關鍵材料無法實現有效自主供給,部分領域存在“卡脖子”重大風險,對我國信息顯示產業的健康與可持續發展構成重大潛在威脅。

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

以上領域的研究,為我國顯示材料產業發展提供了重要指引,但在前沿顯示技術、前瞻性關鍵材料、產業制約因素及關鍵技術發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域展開深入研究,結合主流、新型、前沿顯示技術應用發展現狀、趨勢與顯示材料的需求分析,總結我國顯示關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狀,深入剖析產業瓶頸問題的制約因素,設計產業發展路徑與關鍵技術突破路徑,提出符合我國顯示產業發展的具體建議,加速推動我國信息顯示關鍵材料產業鏈供應鏈自主可控,保障我國信息顯示產業安全。

二、國外信息顯示關鍵材料發展現狀及趨勢

(一)發展現狀

信息顯示關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、應用深度捆綁,國家顯示技術創新能力、生產規模與應用市場成為拉動顯示關鍵材料不斷升級迭代的關鍵動力,目前逐步形成了以美國、歐洲、日本及韓國第一梯隊持續引領,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與產業的革新發展。

1. 顯示功能材料

顯示功能材料主要包括液晶材料及OLED發光材料等。

液晶材料顯示領域應用中一般以高性能混合液晶材料為主,由多種單體液晶調制成混合液晶,是液晶面板的關鍵核心材料,其制程中的關鍵技術為材料合成,技術難度較大,形成了較高的技術壁壘。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占據全球50%的市場份額,其中德國默克集團處于全球絕對領先地位。

OLED發光材料是OLED器件的核心材料。目前韓國樂金化學公司、日本出光興產株式會社、德國默克集團、美國環宇顯示技術公司等相關企業掌握OLED發光材料核心專利,OLED發光材料蒸鍍設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業的關鍵基礎材料之一,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器件的關鍵基礎材料,目前市場主流為8.5代及以上高世代玻璃基板產品,其主要技術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手中,上述企業占據了全球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%,行業整體集中度高。

近年來,柔性玻璃的出現與發展支撐了可折疊終端的應用發展,引領了消費電子發展的新風向。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研發出系列柔性玻璃產品,但全球柔性玻璃一次成型產業化技術尚未成熟應用(見表1)。

 

表1 國外主要柔性玻璃廠家及其產品

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幾家公司掌握靶材的先進制備技術。其中全球鉬靶材供應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、日本愛發科株式會社占據;氧化銦錫(ITO)靶材主要由日本日礦日石金屬株式會社、日本三井礦業株式會社、比利時優美科集團公司供應;銅靶材由日本愛發科株式會社、日本日礦金屬株式會社主要供應。

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商。其中德國默克集團是全球最大的TFT正性光刻膠產品供應企業;彩色光刻膠主要生產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,七家公司占全球產量超過83%;黑色光刻膠集中度更高,主要廠商有日本東京應化株式會社、韓國三星化學工業株式會社、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。

在掩膜版領域,TFT-LCD掩膜版主要制造企業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勢地位。AMOLED用精細金屬掩膜版(FMM)技術難度高,大日本印刷株式會社、凸版印刷株式會社與韓國PKL株式會社占領高端產品壟斷地位,關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供應。

在偏光片領域,中國、日本、韓國的企業占據了偏光片市場的多數份額。中國杉金光電有限公司市場占比25%,全球領先,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,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膜供應量約占到全球供應量的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域,柔性OLED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、日本鐘淵化學工業株式會社、日本宇部興產株式會社等少數企業幾乎壟斷市場供應。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域,主要供應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株式會社等。

在膠黏劑高分子材料(OCA)領域,美國3M公司和德國德莎公司形成第一梯隊,基本壟斷行業高端市場,日本、韓國以及我國臺灣地區企業屬第二梯隊,一二梯隊合計市場占有率超80%。在光學透明樹脂(OCR)領域,目前主要生產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、日本出光興產株式會社等企業。

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領域的研究雖起步較晚,但已有一定積累,現階段已具備光學級PMMA生產能力,但存在生產企業較少,產量小等問題,產品仍主要依賴進口。

(二)發展趨勢

經過多年發展,全球顯示材料產業發展格局基本成熟,在前沿技術推動、新興市場需求的雙輪驅動下,將呈現出產品多元、產業集中、迭代加速等發展趨勢。我國顯示產業在國家“雙碳政策”催化下,綠色、智能、數字化發展特征顯著,供應鏈國產化、產業融合深入發展、集聚區域特色化發展趨勢加快。隨著顯示產業的發展帶動,未來,顯示材料將向“薄型、高純、復合、大尺寸”四個趨勢發展。

1. 薄型化

顯示材料薄型化發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鍵,成為全球智能終端柔性化發展的基礎。例如,信息顯示柔性玻璃材料逐步應用于折疊終端,向厚度50 μm以下、一次成型、高韌性發展;偏光片材料向70 μm以下發展,光學膜組向輕薄方向發展。

2. 高純化

顯示器件性能的提升,對關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. 復合化

下游終端人機交互、人感體驗等功能持續升級,對顯示材料性能、材料功能復合化要求不斷提升。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、協同、強化,在醫療健康領域具備顯示功能且支持復雜的蛋白質分析功能等。

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展對顯示材料領域中玻璃基板材料、掩膜版、偏光片等向更大尺寸發展提出了更高要求。

三、我國信息顯示關鍵材料發展現狀

(一)產業規模逐步擴大

近年來,我國高度重視信息顯示材料產業的發展,在政策上大力扶持驅動產業戰略發展。出臺了《信息顯示與戰略性電子材料重點研發計劃專項》等一系列顯示產業相關政策,大力推進顯示產業強國建設,引領了關鍵材料和設備領域自主配套能力提升。2020年,我國顯示材料產值達137.59億美元(見表2),產業規模較2019年增長30%,創歷史新高。

表2 中國大陸地區顯示產業產值規模情況

(二)核心技術不斷突破

在新一輪信息技術快速發展和產業加快變革的背景下,部分關鍵材料核心技術取得長足進步,加速推動顯示產業相配套的關鍵材料國產化進程。

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

(三)產業生態體系逐步完善

近年來,為應對信息顯示技術快速涌現的趨勢,針對我國信息顯示產業“大而不強”等問題,依托我國舉國體制優勢,成立了國家新型顯示技術創新中心,形成以企業為主體、市場為導向、產學研深度融合的技術創新體系,圍繞產業鏈開展協同創新,全行業技術水平、創新水平穩步提升,產業鏈關鍵材料環節短板逐步補齊。取得了TFT-LCD技術國際領先,光場顯示技術、納米LED顯示技術等前沿領域與國際同步布局,掩膜版、偏光片、光刻膠等材料批量進入產線,激光顯示、Micro-LED顯示等領域國際先進等眾多成果,為加速實現構建顯示產業強國目標提供了有力支撐。

四、我國信息顯示關鍵材料發展面臨的問題

(一)產業基礎薄弱

近年來,我國信息顯示材料產業取得長足進步,但產業基礎能力不強問題日益顯現,尤其在核心基礎元器件和零件、關鍵基礎材料、先進制造工藝和裝備、基礎軟件和研發平臺等方面,受制于人等問題突出,與我國顯示產業大國地位不匹配。

顯示功能材料領域中OLED終端發光材料、激光顯示熒光材料;顯示玻璃材料領域中高世代TFT-LCD玻璃基板、OLED玻璃基板材料;顯示配套材料領域中彩色光刻膠、高精細度掩膜版;柔性顯示高分子材料領域中高端PI薄膜、柔性OCA光學膠等關鍵材料國產化水平較低,嚴重依賴國外供給。OLED發光材料升華純化技術、Mini/Micro-LED顯示用芯片微縮化和巨量轉移技術、TFT-LCD高世代玻璃基板生產技術、光刻膠用樹脂與光引發劑生產技術、掩膜版用高端石英基板生產工藝技術、PI薄膜雙向拉伸技術等核心技術受制于人,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膜等上游關鍵原材料,國內本土企業無法供應或產能嚴重不足。

(二)引領發展能力不足

經過數十年發展,我國在顯示關鍵材料領域形成了一定的積累,部分前沿基礎研究方面達到國際先進水平。但整體來看,我國顯示關鍵材料領域的引領和發展缺少高位規劃引領、技術創新引領與產業體系引領,難以搶占戰略制高點。同時,我國信息顯示材料產業結構問題較為顯著,信息顯示材料高端產品核心技術研發和關鍵產品過度依賴少數國內頭部企業,缺少“專精特新”中小企業,多數企業規模較小,創新能力和資金水平不足,造成產業扎堆于技術門檻低、利潤率低的中低端產品,企業作為創新主體的創新引領能力較差。顯示關鍵材料中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OCA光學膠等一批顯示關鍵材料高端產品缺乏高層面統籌,企業研發投入較弱,造成核心技術與知識產權專利嚴重受制,對我國信息顯示產業發展帶來不利影響。

(三)創新成果市場轉化率低

顯示材料行業涉及物理、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成果應用方面面臨很大難題。技術研發往往受制于文章、專利等考核要求,研究多側重于材料結構的創新、新功能的開發等,而真正聚焦市場痛點產品的研究領域則較為缺乏。例如在高性能PI薄膜凝聚態結構控制、工藝控制、產品均勻性和穩定性等方面的研究甚少,但工藝領域問題往往是影響產品性能和質量的重要因素。其次我國相關企業面臨技術創新有效投入少、資源少、不持續、關鍵元器件和核心部件受制于人、技術儲備少等問題。總的來說,我國顯示材料領域原創性研究與產業化成果存在脫節問題,我國信息顯示材料創新成果市場轉化率偏低。

五、我國信息顯示材料關鍵技術突破與產業發展路徑研判

(一)發展目標

瞄準智能化時代大國競爭重大戰略需求,以保障我國顯示產業安全為目標,著力破解顯示產業核心系統、重大工程和應用系統中的顯示材料關鍵問題。建立高效協同的常態化管理機制,合理分工、高效協作,合力提升顯示材料產業綜合統籌能力、核心技術水平和現代化產業體系發展水平,推進產業重點材料領域總體技術及應用與國際先進水平同步,部分達到國際領先水平,實現顯示材料產業由跟跑、并跑向領跑跨越。

到2025年,顯示關鍵材料產業結構顯著優化,基礎材料產品結構實現升級換代,自給能力超過60%,形成部分引領世界的技術成果。構建顯示材料創新引領、市場導向、協同發展、綠色生產的產業體系,滿足信息顯示產業對顯示材料的重大需求,整體水平達到國際先進。國內顯示材料領域第三方測試機構水平顯著提高,基本完成評價體系建設,形成以“材料質量評價”為目的的材料產品質量評價體系和材料生產流程質量控制評價體系。

到2035年,信息顯示關鍵材料生態體系全面建成,實現顯示關鍵材料全產業鏈自主可控,徹底解決我國目前面臨的顯示行業關鍵材料“卡脖子”難題。在前沿顯示技術關鍵材料領域,牢牢把握材料發展趨勢,占據顯示行業全球制高點,顯示行業在國民經濟重大領域中全面自主,我國邁入世界顯示強國前列。

(二)發展路徑

1. 突破一批顯示關鍵短板材料

發揮我國體制和市場優勢,啟動實施“短板關鍵材料產業化攻關行動”,針對顯示關鍵材料規模化應用,組織重點材料研發、生產、應用企業聯合攻關,集中突破OLED發光材料、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光學膠等一批關鍵短板材料,提升顯示關鍵材料產業基礎保障能力。

2. 布局一批前沿顯示材料

研判顯示技術及顯示材料產業發展方向,提升基礎創新能力,開展納米LED顯示、光場顯示等前沿顯示技術研發布局,加強顯示前沿材料的原始創新和顛覆性技術創新,形成一批關鍵前沿成果與產業化應用,搶占未來顯示材料產業戰略制高點。

3. 完善創新體系建設

圍繞創新與應用的深入融合,強化學科交叉與跨領域協同,建立以企業為主體、市場為導向、“政產學研用”一體化創新生態體系,加快顯示材料創新平臺布局。布局一批具有引領能力的顯示關鍵材料領域創新平臺與人才培養平臺,緊密結合數字經濟發展需求,持續推動國家及信息顯示材料生產應用示范平臺與示范區建設。

4. 提升材料“精品制造”能力

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

5. 推進顯示材料產業協同發展

根據產業發展基礎與下游應用基礎,因地制宜推動顯示材料產業集聚區建設,加強顯示材料產業鏈相關產業、科研機構、成果轉化機構、高等院校、服務貿易機構、金融機構等各類業態與產業集聚區的融合協同,推動形成高效協同融合發展集聚區試點示范。

6. 攻克一批核心裝備與智能化硬件系統

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

(三)關鍵技術突破

實現我國信息顯示關鍵材料的自主可控,歸根結底是加快實現關鍵技術的突破,掌握核心知識產權,力爭在2030年形成顯示材料產業競爭優勢。以下針對顯示材料領域部分關鍵技術展開分析研判。

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

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熱工理論和數值、物理模擬研究等工藝基礎研究的同時,推進高應變點鋁硅酸鹽玻璃配方、超薄化成型工藝技術、玻璃液澄清及均化等關鍵工藝技術及核心裝備研究,為產業大型化、綠色化、高效化奠定基礎。

OLED玻璃基板浮法工藝技術重點瞄準產品大尺寸、高穩定性、高產能的目標,開展OLED玻璃基板的精密成型、高效熔化、澄清均化、微應力及再熱收縮率調控技術研發,實現相對熱收縮比值必須達到10 ppm以下的技術目標。

AMOLED用精細金屬掩膜版技術研發重點針對圖形設計與高精度要求,突破材料不穩定性高、生產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攻關,加速實現我國G6以上FMM產品國產化。

AMOLED用靶材領域,重點開展大型一體化銀合金靶材制備技術研究,通過研究銀合金大尺寸靶坯熔煉鑄造、塑性成形與再結晶等組織結構調控關鍵技術,推進銀合金靶材大規模生產線建設與應用,突破國外廠商銀合金靶材的專利壁壘。通過稀土元素摻雜,調控和優化氧化物半導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體靶材制備技術,實現高性能氧化物半導體靶材產品開發。

 

丙烯酸酯類OCA光學膠方面,重點關注減小固化收縮率、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生的應力缺陷與降低的體積收縮比控制的技術瓶頸,近期技術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,加速實現固化收縮率小于2.5%的技術目標。

柔性顯示用高性能聚酰亞胺材料領域,重點瞄準高透明耐高溫聚酰亞胺材料生產制備能力。通過分子結構設計,研究單體結構、漿料配比、制備工藝及條件對材料透明性及耐溫性的影響,開發透明耐高溫柔性顯示基板新材料的批量化生產工藝技術,實現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%,玻璃化轉變溫度大于460 ℃,熱膨脹系數小于5 ppm/℃(100~400 ℃),抗拉強度大于300 MPa的技術指標;通過對可顯影聚酰亞胺(PSPI)材料的分子設計與可控合成研究,開發PSPI功能材料的批量化生產工藝技術,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的技術目標。

六、我國信息顯示關鍵材料發展建議

(一)建設國家信息顯示材料新型研發平臺,強化國家戰略科技力量引領

建議發揮新型舉國體制優勢,將信息顯示關鍵材料創新發展上升到國家戰略地位,以國家產業政策為引導,以龍頭企業為核心,整合匯聚高校、科研院所等優質創新資源,依托長江三角洲、粵港澳大灣區等顯示產業核心區,打造跨領域、大協作、高強度的國家級新型研發測試、應用推廣、人才培養平臺。探索新型協同創新體制機制,強化學科交叉與跨領域融合,通過點(重大科技攻關項目)、線(全鏈條式創新協同)、面(跨領域全球化協同研發網絡)的逐層遞進和聯動升級,圍繞行業重點領域、重大需求,著力開展一批基礎研究與應用基礎研究,推進一批行業關鍵共性技術、前瞻顛覆性技術研發和成果轉化,培育一批具備國際視野與戰略眼光的專業領軍型頭部技術人才,加速行業由“單一創新”向“共性創新”轉變,打造原始創新策源地。

(二)完善國家信息顯示材料重大專項布局,強化材料技術體系構建

面向2035動態制定信息顯示材料關鍵核心技術清單,分層次、分進度、差異化統籌安排材料攻關,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能力,但與國外還存在差距的產品的技術性能提升、產業規模擴大,快速形成國際競爭優勢;圍繞“補鏈”,優先開展G10.5/11代液晶顯示玻璃基板、OLED發光材料、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、光場顯示關鍵材料等前沿顯示技術材料研發布局;加速構建顯示材料“研發一批、生產一批、儲備一批”的梯級產業技術創新體系。

(三)培育具有全球競爭力的世界一流企業,強化產業鏈供應鏈生態主導力

面對日益激烈的信息顯示材料領域競爭態勢,我國亟需立足現有創新優勢、產業優勢、市場優勢,培育一批產品卓越、品牌卓著、創新領先的世界一流顯示材料企業,構建世界一流企業培育梯隊,積極參與全球創新聯盟共建、金融市場融合、產業格局重構。建議國家有關部委制定優勢標桿企業目錄,強化行業領軍企業專項政策扶持,支持優勢企業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,深化境內外證券、基金互聯互通,為打造顯示材料領域世界一流企業提供良好資本環境,以世界一流企業引領支撐實現我國信息顯示產業的高水平科技自立自強。

(四)深化“多鏈”融合,以產業協同平臺強化產業生態培育

推動顯示行業龍頭企業牽頭,聯合產業鏈各環節企業、高校、院所,建立由部委牽頭的顯示材料行業聯盟,打造產業協同平臺,推進創新資源、產業資源、資金資源等多要素集聚與有效運作,構建行業訴求與產業政策的互動機制。加強顯示材料與中下游面板、終端企業的“點對點”精準對接,專項政策扶持構建“捆綁式”創新機制,持續擴大顯示材料“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,建立信息顯示關鍵材料測試評價大數據中心框架體系,創新“互聯網+”測試評價服務模式,全面提升產業資源共享服務水平。統籌實施推進,以創新鏈、產業鏈、資本鏈、政策鏈“多鏈”融合推動產業完善生態體系建設。

 

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、設計和產業化工作,建立了我國玻璃工業技術創新體系,特別是針對高品質浮法玻璃、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狀,取得了系列原創性成果,實現了產品進口替代及規模化推廣應用,支撐了我國多個新興產業的快速發展,引領了我國玻璃科技與產業躋身世界先進行列。

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