平板顯示技術(shù)比較及研究進(jìn)展

李繼軍，聶曉夢(mèng)，李根生，王安祥，張偉光，郎風(fēng)超,楊連祥

(1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；2.西安工程大學(xué) 理學(xué)院，陜西 西安 710048；3.北京信息科技大學(xué) 儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院，北京 1001922；4.美國(guó)奧克蘭大學(xué) 機(jī)械工程系，美國(guó) 羅切斯特 48309)

1 引 言

誕生于上個(gè)世紀(jì)60年代的薄膜晶體管液晶顯示(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display,TFT-LCD)技術(shù)[1-4]經(jīng)過(guò)近30年的不斷發(fā)展和改良,于1991年由日本企業(yè)率先正式應(yīng)用于商業(yè)化筆記本電腦, 逐步取代傳統(tǒng)的CRT 顯示產(chǎn)品,開(kāi)創(chuàng)了平板顯示的新時(shí)代。TFT-LCD具有色彩逼真、畫(huà)質(zhì)清晰、輕薄節(jié)能等優(yōu)點(diǎn), 在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用[5-7]。除TFT-LCD外,平板顯示技術(shù)還包括有機(jī)發(fā)光二極管(Organic Light Emitting Diode,OLED)顯示[8-13]、量子點(diǎn)發(fā)光二極管(Quantum Dot Light Emitting Diode,QLED)顯示[14-17]、微發(fā)光二極管(Micro-LED)顯示[18-21]等新型顯示技術(shù)。OLED 技術(shù)的研究起源于美籍華裔科學(xué)家鄧青云教授。1979年， 鄧青云教授于在伊士曼柯達(dá)公司Rochester實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了OLED。直到1987年，鄧青云和Steven Van Slyke等人發(fā)明了以真空蒸鍍法制成的多層結(jié)構(gòu)的高性能OLED器件后，關(guān)于OLED技術(shù)的研究才逐漸活躍起來(lái)。1997年,日本先鋒公司在全球率先推出了OLED車載顯示器，使OLED顯示屏首次進(jìn)入商業(yè)化領(lǐng)域。近年來(lái)，OLED顯示技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，OLED顯示產(chǎn)業(yè)正處于快速發(fā)展階段。膠體量子點(diǎn)的量子限域效應(yīng)于上世紀(jì)80年代初由貝爾實(shí)驗(yàn)室的Louis Brus博士和前蘇聯(lián)Yoffe研究所的Alexander Efros和Victor.I.Klimov博士發(fā)現(xiàn)。近年來(lái), 隨著量子點(diǎn)制備技術(shù)的不斷提高, 量子點(diǎn)在顯示領(lǐng)域的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注。采用量子點(diǎn)背光源技術(shù), 可大幅提高LCD器件的色域和亮度,從而使LCD器件擁有更高的顯色性和色彩還原能力。但量子點(diǎn)背光源技術(shù)屬于光致發(fā)光, 仍然是依托于背光源的被動(dòng)發(fā)光技術(shù), 光利用率不高。QLED顯示作為電致發(fā)光的自發(fā)光顯示技術(shù), 其在色彩純度、穩(wěn)定性、發(fā)光效率及制造成本等方面較OLED顯示更具有優(yōu)勢(shì)。Micro-LED顯示是LED顯示技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。Micro-LED顯示技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了十幾年，世界上多個(gè)研究組在開(kāi)展相關(guān)的研究工作。尤其在過(guò)去的5年里，Micro-LED顯示技術(shù)的研發(fā)進(jìn)度明顯加快，開(kāi)發(fā)基于micro LED的顯示器件已成為顯示行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一。在2014年蘋(píng)果公司收購(gòu)Micro LED屏公司LuxVue Technology之后，Micro-LED顯示技術(shù)已經(jīng)陸續(xù)吸引了Sony、Goggle、Facebook及全球顯示器供應(yīng)鏈多家企業(yè)的積極投入。Micro-LED顯示作為一種自發(fā)光顯示技術(shù)，具有更寬的色域、帶來(lái)更高的亮度、更低的功耗、更長(zhǎng)的使用壽命、更強(qiáng)的耐用性和更好的環(huán)境穩(wěn)定性，被認(rèn)為是繼TFT-LCD和OLED顯示技術(shù)之后全新的頗具活力的顯示技術(shù)。

不同的平板顯示技術(shù)各有優(yōu)點(diǎn)，也存在不足，對(duì)不同的平板顯示技術(shù)做一個(gè)比較和分析是十分必要的。本文將從結(jié)構(gòu)、原理、性能及應(yīng)用領(lǐng)域幾個(gè)方面對(duì)TFT-LCD OLED顯示、QLED顯示、Micro-LED顯示這幾種平板顯示技術(shù)做一比較, 并給出這幾種平板顯示技術(shù)的最新進(jìn)展。

2 平板顯示結(jié)構(gòu)及原理

2.1 TFT-LCD顯示的結(jié)構(gòu)及原理

圖1 TFT-LCD的基本結(jié)構(gòu) Fig.1 Basic structure of TFT-LCD

典型的TFT-LCD顯示的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，在上、下兩層玻璃基板之間夾一層液晶材料, 形成平行板電容器, 其中上玻璃基板貼有彩色濾光片,下玻璃基板則有薄膜晶體管鑲嵌于上[22]。上下兩塊偏光板的光學(xué)偏振方向互相垂直,即相位差為90°。背光模組用來(lái)提供均勻的背景光源。以不加電壓液晶面板為亮態(tài)(即常白態(tài))為例, 背光源發(fā)射出來(lái)的非偏振光通過(guò)下偏光板成為線偏振光,下玻璃極板上的薄膜晶體管用來(lái)對(duì)每個(gè)像素位置施加電壓, 以控制液晶轉(zhuǎn)向。如果某個(gè)像素位置沒(méi)有電壓,由于晶體的旋光特性,該線偏振光的偏振方向?qū)⑿D(zhuǎn)90°,正好與上偏光板的偏振方向相同,則光線順利通過(guò),則該像素顯示狀態(tài)為亮。如果某個(gè)像素位置有電壓,該像素區(qū)域的液晶的旋光特性將消失,通過(guò)液晶的光線的偏振狀態(tài)不變,因此光線無(wú)法通過(guò)上偏光板,則該像素顯示狀態(tài)為暗。此外，因?yàn)樯蠈硬ＡЩ迮c彩色濾光片貼合, 彩色濾光片使每個(gè)像素包含紅藍(lán)綠三原色,從而使其呈現(xiàn)出某一特定的顏色，這些不同顏色的像素呈現(xiàn)出來(lái)的就是面板前端的圖像。

2.2 OLED顯示的結(jié)構(gòu)及原理

圖2 AMOLED顯示的基本結(jié)構(gòu) Fig.2 Basic structure of OLED display

OLED顯示屬于自發(fā)光顯示技術(shù)，典型的有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極管 (Active Matrix Organic Light Emitting Diode,AMOLED)顯示的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。在玻璃基板上通過(guò)噴墨打印、有機(jī)氣相沉積或真空熱蒸發(fā)等工藝，形成陽(yáng)極、空穴傳輸層、有機(jī)發(fā)光層、電子傳輸層和陰極. 當(dāng)對(duì)OLED器件施加電壓時(shí), 金屬陰極產(chǎn)生電子，ITO陽(yáng)極產(chǎn)生空穴，在電場(chǎng)力的作用下，電子穿過(guò)電子傳輸層，空穴穿過(guò)空穴傳輸層，二者在有機(jī)發(fā)光層相遇, 電子和空穴分別帶正電和負(fù)電，它們相互吸引，在吸引力(庫(kù)侖力)的作用下被束縛在一起，形成了激子。 激子激發(fā)發(fā)光分子，使得發(fā)光分子的能量提高，處于激發(fā)狀態(tài)，而處于激發(fā)狀態(tài)的分子是不穩(wěn)定的，它想回到穩(wěn)定狀態(tài)，在極短的時(shí)間內(nèi)，它放出能量回到穩(wěn)定狀態(tài)，而放出的能量就以光子的形式發(fā)出。由于ITO陽(yáng)極是透明的，所以可看到發(fā)出的光。不同的有機(jī)發(fā)光材料發(fā)出不同顏色的光，依配方不同, 可產(chǎn)生紅，綠，藍(lán)三原色，構(gòu)成基本色彩。AMOLED的每個(gè)像素都配備具有開(kāi)關(guān)功能的低溫多晶硅薄膜晶體管(Low Temperature Poly-Si Thin Film Transistor,LTP-Si TFT)，通過(guò)TFT開(kāi)關(guān)控制電流大小來(lái)改變器件發(fā)光亮度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)的精確控制。每個(gè)OLED顯示單元(像素點(diǎn))都能產(chǎn)生3種不同顏色的光 , 從而可實(shí)現(xiàn)彩色顯示[23]。

2.3 QLED顯示的結(jié)構(gòu)及原理

圖3 QOLED顯示的基本結(jié)構(gòu) Fig.3 Basic structure of QLED display

QLED顯示屬于自發(fā)光顯示技術(shù), 其基本結(jié)構(gòu)如圖3所示，與OLED技術(shù)非常相似, 由玻璃基板、陽(yáng)極、空穴傳輸層、量子點(diǎn)發(fā)光層、電子傳輸層、陰極等組成[24]。量子點(diǎn)是一種無(wú)機(jī)半導(dǎo)體納米晶體, 其晶粒直徑在2～10 nm之間。量子點(diǎn)的光電特性很獨(dú)特, 當(dāng)受到光或電的刺激，量子點(diǎn)便會(huì)發(fā)出色純度非常高的高質(zhì)量單色光，光線的顏色由量子點(diǎn)的組成材料和大小形狀決定。量子點(diǎn)層夾在電子傳輸和空穴傳輸有機(jī)材料層之間，外加電場(chǎng)使電子和空穴移動(dòng)到量子點(diǎn)層中，它們?cè)谶@里被捕獲到量子點(diǎn)層并且重組，從而發(fā)射光子。通過(guò)控制無(wú)機(jī)物成分和顆粒尺寸等性狀來(lái)顯示不同的顏色，從而實(shí)現(xiàn)畫(huà)面顯示功能的一種應(yīng)用。

2.4 Micro-LED顯示的結(jié)構(gòu)及原理

Micro-LED顯示屬于自發(fā)光顯示技術(shù)。如圖4所示,Micro-LED?顯示的結(jié)構(gòu)是微型化LED陣列，也就是將LED結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行薄膜化、微小化以及陣列化后，然后將Micro-LED巨量轉(zhuǎn)移到電路基板上，再利用物理沉積技術(shù)生成上電極及保護(hù)層，形成微小間距的LED[25]。Micro-LED的尺寸僅在1～10 μm等級(jí)左右, 是目前主流LED大小的1%, 每一個(gè)Micro-LED可視為一個(gè)像素, 同時(shí)它還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每個(gè)像素的定址控制、單獨(dú)驅(qū)動(dòng)發(fā)光自發(fā)光。Micro-LED的典型結(jié)構(gòu)是一個(gè)PN結(jié)面接觸型二極管，由直接能隙半導(dǎo)體材料構(gòu)成, 當(dāng)對(duì)Micro-LED施加正向偏壓，致使電流通過(guò)時(shí)，電子、空穴對(duì)于主動(dòng)區(qū)復(fù)合，發(fā)出單色光。Micro-LED陣列經(jīng)由垂直交錯(cuò)的正、負(fù)柵狀電極連結(jié)每一顆Micro-LED的正、負(fù)極，通過(guò)過(guò)電極線的依序通電，以掃描方式點(diǎn)亮Micro-LED以顯示影像。

圖4 Micro-LED顯示的基本結(jié)構(gòu) Fig.4 Basic structure of Micro-LED display

3 平板顯示技術(shù)比較

3.1 平板顯示技術(shù)的結(jié)構(gòu)及材料比較

表1給出了 LCD、OLED、QLED及Micro LED顯示技術(shù)的結(jié)構(gòu)及材料比較，可以看出：

(1)結(jié)構(gòu)方面，LCD器件屬于被動(dòng)發(fā)光器件，需要背光源；利用液晶的光學(xué)各向異性特性對(duì)外照光進(jìn)行調(diào)制，還需要偏光板；實(shí)現(xiàn)彩色顯示，還需要使用彩色濾光膜/片。因此LCD顯示器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而OLED、QLED、Micro-LED器件都屬于自發(fā)光器件，無(wú)需背光模組，沒(méi)有液晶層，也無(wú)需濾光片，這使得它們的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，產(chǎn)品更輕薄。

(2)材料方面，LCD顯示的液晶材料具有良好的物化穩(wěn)定性、適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)各向異性、較低的閾值電壓、較高的電壓保持率等優(yōu)點(diǎn)，但液晶材料的粘滯系數(shù)較大，使得LCD顯示器件的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。OLED顯示采用有機(jī)半導(dǎo)體發(fā)光材料, 具有自發(fā)光性、低耗電、高反應(yīng)速率、全彩化及制程簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但有機(jī)材料極易受到周圍水氣及氧氣的影響, 存在壽命較短和穩(wěn)定性較差的固有缺陷。QLED顯示采用無(wú)機(jī)納米級(jí)的量子點(diǎn)材料作為發(fā)光材料, 由于無(wú)機(jī)物的受熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等指標(biāo)普遍要高于有機(jī)物，所以理論上，QLED的光源穩(wěn)定性和壽命等關(guān)鍵指標(biāo)要強(qiáng)于OLED。但電致發(fā)光QLED顯示的應(yīng)用還處于實(shí)驗(yàn)研究階段, 量子點(diǎn)材料還存在成本高、含有有毒重金屬、無(wú)法規(guī)模化生產(chǎn)等問(wèn)題。Micro-LED顯示的發(fā)光器件是固體化的微型LED燈珠，它承繼了無(wú)機(jī)LED的高功率、高亮度、高牢靠度及反應(yīng)時(shí)刻快等特點(diǎn)，但是Micro-LED燈珠是一種正負(fù)電極性的微結(jié)構(gòu)，不像OLED和QLED是一種單純材料，其產(chǎn)品在TFT基板上的遷移過(guò)程、移植工藝難度最高，工藝可靠性也最低。此外，由于技術(shù)瓶頸及工藝問(wèn)題, Micro-LED晶粒的光效、波長(zhǎng)的一致性、良率還未達(dá)到Micro-LED彩色化顯示的要求。

表1 不同平板顯示的結(jié)構(gòu)及材料比較Tab.1 Comparison of structures and materials among the different flat panel display technologies

3.2 平板顯示技術(shù)的性能比較

表2給出了LCD、OLED、QLED及Micro-LED顯示技術(shù)的性能比較,可以看出:

(1)由于LCD顯示的技術(shù)最為成熟，使得LCD顯示在成本、壽命方面明顯優(yōu)于其它平板顯示。但由于LCD顯示需要背光源入射光通過(guò)液晶，配向膜等結(jié)構(gòu)，使得輸出光線具有一定的方向性，導(dǎo)致LCD顯示存在可視角度小，響應(yīng)速度慢，顯示動(dòng)態(tài)畫(huà)面時(shí)有拖尾現(xiàn)象。此外，LCD顯示器件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這導(dǎo)致其在厚度、功耗等方面不能做到很低，柔性化顯示也比較困難。

(2)由于OLED顯示屬于自發(fā)光器件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，這使其在諸多性能方面都優(yōu)于LCD技術(shù)，例如OLED的對(duì)比度是LCD的3～5倍，響應(yīng)速度是LCD的上千倍，厚度是LCD的1/3，色彩范圍超過(guò)LCD技術(shù)40%，OLED顯示擁有完美的可視角度、更低功耗、更高亮度、更高的動(dòng)態(tài)分辨率，還可實(shí)現(xiàn)柔性顯示。但由于OLED有機(jī)發(fā)光材料容易與環(huán)境中的水氧發(fā)生反應(yīng)而使器件失效，這使得OLED產(chǎn)品的使用壽命比較低。此外，由于OLED顯示器件的 繁復(fù)，良率低下，也導(dǎo)致其 較高。但隨著OLED技術(shù)的不斷成熟和產(chǎn)量提升，OLED產(chǎn)品的壽命水平會(huì)不斷提升，生產(chǎn)成本也將會(huì)大幅降低。

(3)QLED顯示采用的無(wú)機(jī)納米級(jí)的量子點(diǎn)材料, 與OLED有機(jī)材料相比，具有壽命更長(zhǎng)、成本更低、色域更廣、色彩更純、亮度更高等優(yōu)勢(shì)。所以QLED顯示在峰值亮度、白場(chǎng)亮度、黑色亮度、動(dòng)態(tài)對(duì)比度、NTSC色域等方面的畫(huà)質(zhì)表現(xiàn)力都優(yōu)于OLED顯示及LCD顯示。此外，自發(fā)光QLED顯示技術(shù)使用量子點(diǎn)材料直接發(fā)光而無(wú)需背光模組等，使得QLED產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更輕薄，更節(jié)能，還可實(shí)現(xiàn)彎曲顯示。從原理上看，QLED顯示在諸多性能上都優(yōu)于OLED及LCD顯示，但QLED顯示目前仍處于技術(shù)研發(fā)階段，還存在可靠性低、藍(lán)色元件壽命不穩(wěn)定、溶液制程研發(fā)困難等缺陷，真正的電致發(fā)光QLED顯示產(chǎn)品還未實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

(4)Micro-LED顯示承繼了LED的特性，具有低功耗、高亮度、超高分辨率與色彩飽和度、反應(yīng)速度快、功耗低、壽命較長(zhǎng)、效率較高等優(yōu)點(diǎn)。例如， Micro-LED產(chǎn)品的功耗僅為OLED的50%、 LCD的10%；Micro LED產(chǎn)品的亮度比OLED高30倍，分辨率是OLED的5倍多。 但Micro-LED顯示在磊晶設(shè)計(jì)、巨量轉(zhuǎn)移、全彩化等方面還存在許多技術(shù)瓶頸，使其生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于現(xiàn)有顯示技術(shù)產(chǎn)品。此外，Micro-LED自身是剛性結(jié)構(gòu)，也不利于制成柔性產(chǎn)品。

表2 不同平板顯示的性能比較Tab.2 Comparison of performance among the different flat panel display technologies

3.3 平板顯示的主要應(yīng)用領(lǐng)域比較

表3給出了LCD、OLED、QLED、Micro LED顯示技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域,可以看出:

(1)LCD顯示經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，技術(shù)成熟，成本較低，高中低端產(chǎn)品都有，能夠?qū)崿F(xiàn)從1英寸到100英寸之間各種尺寸的顯示，其應(yīng)用已經(jīng)廣泛應(yīng)用到車載顯示、數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)、IT顯示、電視產(chǎn)品、醫(yī)療器械顯示、商用顯示等各個(gè)領(lǐng)域之中。

表3 不同平板顯示的主要應(yīng)用領(lǐng)域比較Tab.3 Comparison of application fields among the different flat panel display technologies

(2)由于OLED顯示較LCD顯示有響應(yīng)速度快、功耗低、重量輕、可柔性顯示等優(yōu)點(diǎn)， OLED顯示在可穿戴設(shè)備、車載顯示、智能手機(jī)、平板電腦、電視、超大屏幕顯示、特種顯示等領(lǐng)域應(yīng)用潛力巨大。此外，值得關(guān)注的是近年來(lái)虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality,VR)市場(chǎng)發(fā)展迅速, OLED可以做到低余輝顯示，并且響應(yīng)時(shí)間是LCD的千分之一, 而且具有響應(yīng)時(shí)間短、視角廣、輕薄的特點(diǎn),可有效解決拖影、延遲問(wèn)題,消除VR使用者的暈眩感, 減輕VR設(shè)備對(duì)頭部的負(fù)擔(dān)，大幅提升沉浸感, 使得OLED在VR領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。目前市場(chǎng)上主流VR設(shè)備如Gear VR、HTC Vive、Oculus Rift、Sony Play Station VR、Razer OSVR等均已采用OLED屏幕。但由于VR市場(chǎng)需求高于預(yù)期以及智能手機(jī)積極導(dǎo)入OLED面板， 目前VR產(chǎn)品所采用的OLED面板還存在供應(yīng)量不足的問(wèn)題。

(3)從理論上講， QLED顯示在色域、穩(wěn)定性、壽命、制造成本等方面較OLED顯示更具優(yōu)勢(shì)，但目前電致發(fā)光QLED顯示技術(shù)還處于起步階段,許多技術(shù)問(wèn)題還有待突破,離商用化應(yīng)用至少需要5年以上。一旦電致發(fā)光QLED技術(shù)取得突破并能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)，它將會(huì)在微顯示、小屏、中屏、大屏、超大屏幕顯示的各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用中占據(jù)重要位置。

(4)由于Micro-LED顯示的良好性能，其在穿戴設(shè)備、車載顯示、手機(jī)、電視等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于技術(shù)難度大、成本高，Micro-LED顯示將首先應(yīng)用在高端的超大屏幕室內(nèi)外顯示和小尺寸的智能型手表、手環(huán)等可穿戴式裝置。

4 平板顯示技術(shù)新進(jìn)展

4.1 LCD顯示技術(shù)新進(jìn)展

4.1.1 量子點(diǎn)背光源技術(shù)

量子點(diǎn)背光源技術(shù)利用量子點(diǎn)的發(fā)光特性，通過(guò)綠色、紅色量子點(diǎn)將藍(lán)色LED光轉(zhuǎn)化為高飽和度的綠光和紅光，并同其余未被轉(zhuǎn)換的藍(lán)光混合得到白光等各種顏色，在屏幕上顯示寬廣色域的顏色[26-27]。量子點(diǎn)背光源相比普通LED背光具有更高純度的三基色，通過(guò)調(diào)整量子點(diǎn)材料大小分布，可獲得更真實(shí)、更均衡的色彩表現(xiàn)[28-29]。目前主要有兩種方法將量子點(diǎn)封裝進(jìn)LCD顯示器。第一種封裝方法On-surface是將量子點(diǎn)嵌入兩層氧氣阻隔薄膜中，再將量子點(diǎn)薄膜貼附在整個(gè)液晶面板導(dǎo)光膜的上方、彩色濾光片的下方。這種方法的技術(shù)最為成熟, 但消耗的量子點(diǎn)材料較多會(huì)使成本增加, 而且量子點(diǎn)薄膜也會(huì)增加面板厚度,。目前主要是3M和Nanosys的QDEF技術(shù)以及Nanoco的CFQD技術(shù)采用這種封裝方法[30]。第二種封裝方法On-edge是與背光系統(tǒng)結(jié)合，在側(cè)邊背光與面板之間加入一條含有量子點(diǎn)的長(zhǎng)條機(jī)構(gòu)。該方法消耗的量子點(diǎn)較少，但放入側(cè)邊背光模組，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致量子點(diǎn)失效。目前主要是QD Vision的Color IQ技術(shù)采用這種封裝方法。為解決上述兩種封裝方法存在的問(wèn)題,各家量子點(diǎn)制造商均朝量子點(diǎn)濾光片的方向邁進(jìn)。2017年12月,量子點(diǎn)技術(shù)與產(chǎn)品提供者 Nanosys 與日本化學(xué)廠商 DIC 合作，將量子點(diǎn)以噴墨印刷方式制成薄膜，替代原始LCD 面板的彩色濾光片，可將亮度提升300%，提升能源效率的同時(shí)也擁有更廣的顯色色域范圍[31]。

鈣鈦礦量子點(diǎn)具有高效發(fā)光及窄半峰寬的特性, 而且成本低廉、工藝簡(jiǎn)單, 是一類極具成長(zhǎng)潛力的新型顯示材料, 近年來(lái)受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。北京理工大學(xué)大學(xué)鐘海政教授課題組在鈣鈦礦量子點(diǎn)的LCD顯示背光技術(shù)方面開(kāi)展了卓有成效的研究工作。 2015年3月，該課題組研究人員采用配體輔助再沉淀的方法成功合成出了CH3NH3PbX3( X=Br，I，Cl) 有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦量子點(diǎn)，材料的熒光量子產(chǎn)率達(dá)到了70%，經(jīng)過(guò)優(yōu)化之后已經(jīng)超過(guò)90%[32]。在此基礎(chǔ)上, 將綠光鈣鈦礦量子點(diǎn)與一種紅光K2SiF6∶Mn4+熒光粉混合封裝在藍(lán)光LED 芯片結(jié)構(gòu)中，最終得到的白光LED 器件的色域?yàn)?30%NTSC[33-34]。2016年8月,該課題組發(fā)明了一種基于溶加工工藝的鈣鈦礦量子點(diǎn)光學(xué)膜的“原位制備技術(shù)”,將制備的大面積鈣鈦礦量子點(diǎn)光學(xué)膜集成到“光學(xué)膜集成型”的背光結(jié)構(gòu)中， 獲得的背光源色域?yàn)?24%NTSC，進(jìn)一步地與液晶面板集成后得到的液晶顯示器樣機(jī)的最終色域?yàn)?05%NTSC[35]。2018年2月，該課題組發(fā)展了氫溴酸輔助的常溫溶液降溫制備技術(shù)，并制備出厘米尺寸的熒光量子效率高達(dá)97%高效率綠色發(fā)光Cs4PbBr6單晶，利用該單晶材料、紅光K2SiF6∶Mn4+(KSF)熒光粉與藍(lán)光芯片集成，實(shí)現(xiàn)了流明效率151 lm/W、色域90.6% Rec. 2020的高顯色、高效率白光LED原型器件，這是目前面向液晶顯示背光應(yīng)用的LED器件實(shí)驗(yàn)室最優(yōu)結(jié)果[36]。這些鈣鈦礦量子點(diǎn)光學(xué)膜及其制備技術(shù)具有很高的綜合性能表現(xiàn)，將為量子點(diǎn)LCD顯示背光技術(shù)的發(fā)展提供更加廣闊的空間。

近年來(lái),三星、飛利浦、TCL等多家公司推出了基于量子點(diǎn)背光源技術(shù)的LCD顯示產(chǎn)品。三星從2011年就開(kāi)始研究量子點(diǎn)背光源LCD顯示技術(shù)，并于2015年2月推出第一代SUHD量子點(diǎn)電視產(chǎn)品，2016年推出第二代量子點(diǎn)SUHD電視，2017年推出了第三代量子點(diǎn)SUHD電視產(chǎn)品。三星第三代量子點(diǎn)SUHD電視相比以往發(fā)布的量子點(diǎn)電視，在色彩方面有了很大提升，可以呈現(xiàn)DCI-P3色彩空間，首次實(shí)現(xiàn)對(duì)100%顯色體積進(jìn)行還原，峰值亮度也高達(dá)1 500～2 000 nits。2015年6月飛利浦顯示器(MMD)與QD Vision共同發(fā)布了全球首款量子點(diǎn)LCD桌面276E6ADS。276E6ADS的大小為27英寸，采用了QD Vision公司的Color IQ量子點(diǎn)光學(xué)系統(tǒng)，色域覆蓋達(dá)到了99%Adobe RGB、100%sRGB，配合IPS-ADS面板，能夠提供比普通液晶屏更鮮艷的色彩和更逼真的圖像，畫(huà)面亮度、色彩純度也都優(yōu)于普通的WLED背光系統(tǒng)，而且節(jié)能環(huán)保。TCL公司作為國(guó)內(nèi)最早開(kāi)始研究并推廣量子點(diǎn)背光源LCD顯示技術(shù)的企業(yè)及機(jī)構(gòu)之一，于2014年率先推出了中國(guó)第一款量子點(diǎn)電視產(chǎn)品H9700，2016年推出第二代量子點(diǎn)電視X1S-CUD、C1-CUD及C2-CUDG，2017年又推出第三代量子點(diǎn)電視XESS X2、和X3。TCL第三代量子點(diǎn)電視在提升畫(huà)質(zhì)的基礎(chǔ)的上降低了厚度，并通過(guò)技術(shù)改進(jìn)實(shí)現(xiàn)成本控制，將量子點(diǎn)電視價(jià)格首次帶入主流價(jià)位段。

4.1.2 純色硬屏技術(shù)

純色硬屏技術(shù)是在廣色域背光燈和液晶模組之間添加一層納米顆粒， 這層納米顆粒是一種直徑在1 nm左右的均勻微型粒子，專門吸收背光源發(fā)出的雜光，提升紅綠藍(lán)三原色光的純度，進(jìn)而能夠更加準(zhǔn)確的表現(xiàn)畫(huà)面色彩，呈現(xiàn)真實(shí)畫(huà)面。由于純色硬屏技術(shù)中的納米顆粒比量子點(diǎn)背光源技術(shù)中的量子點(diǎn)更小, 所以可產(chǎn)生更精細(xì)更準(zhǔn)確的色彩。 此外， 純色硬屏技術(shù)可以增強(qiáng)離軸時(shí)的色彩一致性，消除由于觀看角度改變而產(chǎn)生的色彩失真。傳統(tǒng)屏幕的可視角度在大于30°時(shí)色差會(huì)非常明顯，而純色硬屏在可視角度達(dá)到60°的時(shí)候，依然沒(méi)有色差，保持100%高色域，形成最逼真的圖像。純色硬屏技術(shù)作為目前最先進(jìn)的液晶改良技術(shù),已吸引了眾多廠商的投資研發(fā)。 2017年,LG、創(chuàng)維等公司都推出了搭載純色硬屏技術(shù)的液晶顯示產(chǎn)品, 其在圖像峰值亮度、黑色暗度、對(duì)比度、鮮艷度、真實(shí)度、細(xì)節(jié)還原等屬性上，均高于其它液晶顯示產(chǎn)品[37-38]。

4.1.3 藍(lán)相液晶技術(shù)

2017年2月，美國(guó)University of Central Florida的 Shin-Tson Wu教授的研究團(tuán)隊(duì)與液晶制造商日本JNC和顯示器制造商臺(tái)灣友達(dá)光電公司合作研發(fā)的新一代藍(lán)相液晶技術(shù)獲得成功, 使這種先進(jìn)技術(shù)進(jìn)一步接近量產(chǎn)階段[39]。盡管第一個(gè)藍(lán)相液晶原型在2008年由三星展示，但由于高工作電壓和電容充電時(shí)間較長(zhǎng)等問(wèn)題，該技術(shù)未能進(jìn)入生產(chǎn)階段[40-41]。而新一代藍(lán)相液晶技術(shù)成功解決了上述問(wèn)題，它具有超精細(xì)顯示能力，像素密度高達(dá)1 500 ppi，是目前蘋(píng)果Retina屏幕的三倍;其顏色切換速度是普通液晶屏幕的10倍，響應(yīng)速度低于1 ms,色彩更加鮮艷, 還可以同時(shí)可以降低屏幕所需功耗。目前，臺(tái)灣友達(dá)光電公司已經(jīng)在適用于這項(xiàng)技術(shù)的電極結(jié)構(gòu)上有所突破，預(yù)計(jì)將在2018年生產(chǎn)出可裝配在原型設(shè)備上的藍(lán)相LCD屏幕。

4.1.4 柔性LCD

2016年12月,日本Tohoku University的Hideo Fujikake和Takahiro Ishinabe為主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì),利用厚度僅幾微米的塑料薄膜取代傳統(tǒng)既厚且堅(jiān)硬的玻璃基板，開(kāi)發(fā)出一種超級(jí)柔軟的液晶顯示面板，屏幕大小為5.5英寸， 即使進(jìn)行曲率半徑達(dá)3 mm的抗卷性測(cè)試，也能保持這種元件的均勻度，因而適合可卷曲與可摺疊的應(yīng)用[42]。2016年12月,英國(guó)FlexEnable公司,基于塑料基板，采用有機(jī)晶體管驅(qū)動(dòng)背板，成功開(kāi)發(fā)了12.1英寸柔性有機(jī)液晶顯示器。對(duì)比傳統(tǒng)的玻璃基板的顯示器，厚度小于其四分之一(小于0.3 mm)，重量不到其十分之一。這項(xiàng)柔性有機(jī)LCD技術(shù)與現(xiàn)有的TFT-LCD生產(chǎn)線兼容，并且易于實(shí)現(xiàn)更大尺寸的顯示[43]。2017年7月,FlexEnable與中國(guó)信利半導(dǎo)體有限公司 (Truly Semiconductors)簽署了一份技術(shù)轉(zhuǎn)讓與許可協(xié)議,計(jì)劃在2018年將FlexEnable的柔性有機(jī)液晶顯示技術(shù)應(yīng)用于信利公司生產(chǎn)線的大批量生產(chǎn)中[44]。2017年1月,日本顯示公司(Japan Display incorporated,JDI)在新研發(fā)的薄膜基板的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步通過(guò)改進(jìn)LCD成盒工藝及采用最新的最新的低溫氧化物半導(dǎo)體(Low Temperature Oxide Semiconductor,LTOS)TFT技術(shù),成功研發(fā)出一種5.5英寸柔性液晶顯示面板FULL ACTIVETM FLEX,并計(jì)劃在2018年開(kāi)始量產(chǎn)Full Active Flex面板[45]。

4.2 OLED顯示技術(shù)新進(jìn)展

4.2.1 柔性O(shè)LED顯示

2018年1月，LG Display首次推出了了65英寸卷軸式超高清OLED 電視。這款產(chǎn)品擁有3 840×2 160的超高清分辨率，在不用的時(shí)候可直接卷成一卷，從而方便攜帶和安裝，是罕有的可以充分卷曲的大尺寸顯示產(chǎn)品[46]。2018年2月,三星官方宣布今年將會(huì)推出全球首款商用的可折疊屏幕手機(jī)Galaxy X。Galaxy X采用三星自研的柔性的4K分辨率OLED屏幕，其彎曲系數(shù)為1.0R，用戶可以直接把屏幕進(jìn)行彎曲、折疊，甚至可以調(diào)整到任意角度。這款產(chǎn)品屏幕尺寸將達(dá)到7.3英寸，但通過(guò)折疊可以分為5英寸的小屏，具有極高的便攜性。

我國(guó)的京東方、維信諾、天馬、和輝光電、華星光電、信利、柔宇等企業(yè)等多家新型顯示企業(yè)通過(guò)持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新，在柔性O(shè)LED顯示的多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)方向上，也取得豐碩成果。京東方目前已經(jīng)擁有折疊顯示、腕帶顯示、雙邊固定曲率顯示等多款柔性AMOLED產(chǎn)品，為智能顯示終端的創(chuàng)新釋放無(wú)限潛能[47]。維信諾先后推出全球首款3毫米彎曲半徑下可全屏卷曲柔性AMOLED顯示屏、全球首款3毫米彎曲半徑180度對(duì)折柔性AMOLED顯示屏模組、全球首款任意折疊柔性屏模組，為柔性顯示提示了新的應(yīng)用方向，為行業(yè)柔性技術(shù)發(fā)展樹(shù)立了標(biāo)桿[48]。維信諾也是我國(guó)唯一一家主導(dǎo)制定柔性顯示國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的中國(guó)企業(yè)。 到目前為止，維信諾已經(jīng)主導(dǎo)制定了 《 IEC 62715-6-2柔性顯示器件環(huán)境試驗(yàn)方法》及《IEC62715-6-3-柔性顯示器件機(jī)械耐久性測(cè)試方法》2項(xiàng)柔性顯示國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),為中國(guó)新型顯示企業(yè)的發(fā)展?fàn)幦?guó)際話語(yǔ)權(quán)的同時(shí)，也推動(dòng)了國(guó)際柔性顯示技術(shù)的規(guī)范與發(fā)展[49]。2017年10月，我國(guó)首條也是全球第二條第6代柔性AMOLED生產(chǎn)線“BOE(京東方)成都第6代柔性AMOLED生產(chǎn)線” 實(shí)現(xiàn)了提前量產(chǎn),打破了韓國(guó)企業(yè)在這一領(lǐng)域的壟斷,對(duì)中國(guó)OLED產(chǎn)業(yè)和全球柔性顯示產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展具有劃時(shí)代意義[50]。此外，京東方綿陽(yáng)第6代柔性AMOLED生產(chǎn)線、維信諾支持建設(shè)的河北云谷(固安)第6代柔性AMOLED生產(chǎn)線、華星光電第6代柔性AMOLED生產(chǎn)線等都在建設(shè)中。2018年～2020年,我國(guó)柔性AMOLED產(chǎn)能會(huì)逐步釋放，會(huì)在很大程度上解決華為、中興、OPPO、VIVO、小米等國(guó)內(nèi)終端廠商度對(duì)柔性AMOLED顯示屏的需求。

4.2.2 OLED全面屏

2017年9月，蘋(píng)果公司推出了采用OLED全面屏的iPhone X手機(jī)。iPhone X利用柔性O(shè)LED顯示、異形切割、Face ID人臉識(shí)別等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超窄邊框屏幕設(shè)計(jì), 使其前部只保留頂部的聽(tīng)筒、自拍相機(jī)和傳感器，整機(jī)正面看起來(lái)就是一塊幾乎整面的屏幕，其屏占比達(dá)到了82.9%。iPhone X的OLED屏幕尺寸為5.8英寸,分辨率達(dá)到了超視網(wǎng)膜(Super Retina)級(jí)別的2 436×1 125像素，像素密度為458 ppi,對(duì)比度為1 000 000∶1，最大屏幕亮度達(dá)到了625尼特(cd/m2)[51]。蘋(píng)果推出了采用OLED全面屏的iPhone X的之后，OLED全面屏已經(jīng)徹底被引爆，三星Note8、三星 Galaxy S8、 LG V30、索尼Xperia XZ Pro、Nokia10、華為Mate10 Pro、vivo X20、小米7、OPPO R11s等OLED全面屏手機(jī)已成為當(dāng)前主要的旗艦機(jī)型，智能手機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)入了全面屏的時(shí)代。

4.2.3 大尺寸OLED顯示

2018年1月,創(chuàng)維集團(tuán)推出了77英寸的折疊分離式OLED電視W8。這款創(chuàng)維W8采用折疊分體式設(shè)計(jì)，也即OLED屏+Smart Bar，3.65 mm超薄OLED屏體吸附在鋼化玻璃背板上，用于電視成像、系統(tǒng)運(yùn)算的電路主板、各類芯片以及音響等等原件都集成在屏體下方的Smart Bar內(nèi)。此外，OLED屏每個(gè)像素點(diǎn)精準(zhǔn)發(fā)出成像所需的光，不含對(duì)人眼有強(qiáng)刺激作用的有害藍(lán)光波段，可有效保護(hù)眼睛[52]。2018年1月，LGD成功研發(fā)出全球首款88英寸8K OLED電視面板，作為目前OLED電視面板中尺寸最大、分辨率最高的高端產(chǎn)品，再次證明并鞏固了LG在顯示行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)地位。面板像素點(diǎn)數(shù)量多達(dá)3 300萬(wàn)，該面板的分辨率達(dá)到7 680×4 320，其分辨率是目前4K超高清(UHD)電視的4倍、 全高清(FHD)電視的16倍，可呈現(xiàn)極致逼真的清晰畫(huà)面[53]。目前，LG電子，索尼和松下三家廠商已從LG Display公司購(gòu)買88英寸8K 的大尺寸OLED電視面板。

此外, 通過(guò)OLED曲面拼接屏還可實(shí)現(xiàn)超大屏幕顯示。2017年11月,由LGD開(kāi)發(fā)的中國(guó)首個(gè)“OLED新視界”視覺(jué)互動(dòng)體驗(yàn)項(xiàng)目落戶廣州塔。廣州塔內(nèi)的“OLED新視界”設(shè)有兩處OLED拼接超大屏幕：一是由75張形態(tài)各異的OLED面板拼接而成的被稱為“OLED波浪穹頂”的波浪形超級(jí)大屏幕，；二是由144張OLED面板組成的長(zhǎng)為15米的全球最大規(guī)模的“OLED隧道”[54]。2018年1月,LGD公布了一條 “OLED峽谷”。 這個(gè)“OLED峽谷”有 28 m, 由 246 塊凹凸有致的LG Open Frame OLED 4K 超高清顯示屏組成，總像素超過(guò)了20 億。與傳統(tǒng)的大屏顯示產(chǎn)品相比，OLED曲面拼接屏不僅在外觀更為輕薄、多變，同時(shí)還可以根據(jù)復(fù)雜的設(shè)計(jì)需求組合顯示，這是液晶拼接、DLP拼接以及小間距LED都無(wú)法企及的[55]。

4.2.4 OLED產(chǎn)業(yè)鏈

OLED產(chǎn)業(yè)鏈包括上游的原材料生產(chǎn)及設(shè)備制造、中游的OLED面板制造和模組組裝、下游的顯示應(yīng)用領(lǐng)域這3個(gè)環(huán)節(jié), 產(chǎn)業(yè)鏈縱深較長(zhǎng)，涉及到的產(chǎn)業(yè)和領(lǐng)域較多。目前是OLED產(chǎn)能和市場(chǎng)規(guī)模快速增長(zhǎng)的時(shí)期，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈將爆發(fā)性增長(zhǎng), 尤其上游材料上產(chǎn)與設(shè)備制造受益明顯。

OLED產(chǎn)業(yè)上游的原材料包括傳輸層材料、有機(jī)發(fā)光層材料、封裝材料、ITO玻璃、偏光板等。其中傳輸層材料和發(fā)光層材料與LCD中的材料不通用，屬于OLED的核心材料。電子傳輸層材料通常采用螢光染料化合物, 主要種類有Alq、Znq、Gaq、Bebq、Balq、DPVBi、ZnSPB、PBD、OXD、BBOT等。空穴傳輸層材料通常為芳香胺螢光化合物，主要種類有TPD、TDATA等有機(jī)材料。有機(jī)發(fā)光層材料使用通常與電子傳輸層或電洞傳輸層所采用的材料相同，例如Alq被廣泛用于綠光，Balq和DPVBi則被廣泛應(yīng)用于藍(lán)光。OLED材料技術(shù)壁壘較高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)小，相對(duì)利潤(rùn)率也高，其市場(chǎng)份額基本被韓國(guó)及日本企業(yè)所壟斷。目前中國(guó)企業(yè)主要從事有機(jī)發(fā)光材料中間體和單體粗品的生產(chǎn)，萬(wàn)潤(rùn)股份和濮陽(yáng)惠成等一些企業(yè)已經(jīng)形成規(guī)模化生產(chǎn), 進(jìn)入全球OLED材料供應(yīng)鏈。OLED材料在產(chǎn)品總成本中占比為30%左右，根據(jù)IHS的預(yù)測(cè)，2019年OLED材料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到176 億美元。國(guó)內(nèi)廠商有望分享行業(yè)發(fā)展所帶來(lái)的機(jī)會(huì), 在有機(jī)發(fā)光材料方面存在彎道超車機(jī)會(huì)。

OLED生產(chǎn)設(shè)備按照制程工藝大致可分為前道背板類設(shè)備、中道蒸鍍與封裝類設(shè)備以及后道模組類設(shè)備等, 其中背板類設(shè)備在OLED設(shè)備投資中所占的比重最大,達(dá)到69%,蒸鍍與封裝類設(shè)備所占比重為17%,模組類設(shè)備所占比重為14%。前道背板工藝通過(guò)成膜,曝光,蝕刻疊加不同圖形不同材質(zhì)的膜層以形成LTPS驅(qū)動(dòng)電路，為發(fā)光器件提供點(diǎn)亮信號(hào)以及穩(wěn)定的電源輸入。背板工藝流程中涉及的主要設(shè)備有光刻機(jī)、濕刻機(jī)、干刻機(jī)、PVD、CVD、TEOS CVD、HF清洗機(jī)、激光晶化機(jī)、離子注入機(jī)、快速熱退火機(jī)等。中道前板工藝通過(guò)高精度金屬掩膜板將有機(jī)發(fā)光材料以及陰極等材料蒸鍍?cè)诒嘲迳希c驅(qū)動(dòng)電路結(jié)合形成發(fā)光器件，再在無(wú)氧環(huán)境中進(jìn)行封裝以起到保護(hù)作用。前板工藝流程中涉及到的主要設(shè)備有蒸鍍機(jī)、基板轉(zhuǎn)移設(shè)備、基板清洗設(shè)備、張緊機(jī)、固化機(jī)等。后道模組工藝將封裝完畢的面板切割成實(shí)際產(chǎn)品大小，之后再進(jìn)行偏光片貼附、控制線路與芯片貼合等各項(xiàng)工藝，并進(jìn)行老化測(cè)試以及產(chǎn)品包裝，最終呈現(xiàn)為客戶手中的產(chǎn)品。模組工藝流程中涉及到的主要設(shè)備有偏光片貼合機(jī)、ACF 貼附機(jī)、COG 邦定機(jī)、FOG 邦定機(jī)、OLB 邦定機(jī)等。此外,在OLED生產(chǎn)的各個(gè)工藝段都會(huì)涉及到檢測(cè)設(shè)備。OLED背板類設(shè)備、蒸鍍與封裝類設(shè)備基本被韓國(guó)和日本企業(yè)壟斷，中國(guó)企業(yè)缺乏相關(guān)的技術(shù)儲(chǔ)備, 很難進(jìn)入。但在模組類設(shè)備上，聯(lián)得裝備、智云股份、正業(yè)科技、深科達(dá)、大族激光等國(guó)內(nèi)企業(yè)有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。另外，在檢測(cè)設(shè)備上，精測(cè)電子、天通股份等國(guó)內(nèi)企業(yè)在前板工藝和模組工藝段可能實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。受益于OLED 需求量大增，預(yù)計(jì)未來(lái)三年OLED上游設(shè)備制造廠商將充分受益于行業(yè)的高增長(zhǎng)。

此外,為應(yīng)對(duì)OLED下游的需求爆發(fā)，中韓面板廠商積極擴(kuò)產(chǎn),日臺(tái)企業(yè)也紛紛參與到競(jìng)爭(zhēng)中。國(guó)內(nèi)廠商方面，京東方、深天馬、華星、和輝光電、信利等大陸廠商投資計(jì)劃總計(jì)已達(dá)2 880億元；國(guó)外廠商則由三星、LGD主導(dǎo)，2016年以來(lái)計(jì)劃投資額已經(jīng)達(dá)到3 189億元。到2020年，三星仍繼續(xù)保持最高的市場(chǎng)占有率，中國(guó)國(guó)內(nèi)總AMOLED產(chǎn)能將達(dá)到與三星同一水平。

4.3 QLED顯示技術(shù)新進(jìn)展

4.3.1 電致發(fā)光QLED材料研發(fā)新進(jìn)展

浙江大學(xué)彭笑剛教授研究組與金一政教授研究組合作,通過(guò)其基于低成本、有潛力應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)的溶液工藝,制備出了無(wú)鎘及含鎘量子點(diǎn)試劑,性能穩(wěn)定、一致性好,質(zhì)量領(lǐng)先或達(dá)到同等水平[56-58]。由彭笑剛教授創(chuàng)立的杭州納晶科技有限公司在新型量子點(diǎn)材料的設(shè)計(jì)、合成方面處于全球領(lǐng)先地位。納晶科技正在浙江衢州建立生產(chǎn)基地，該基地建成后可以為客戶提供約1 500萬(wàn)臺(tái)大尺寸量子點(diǎn)電視所需求的量子點(diǎn)材料。

2016年5月,美國(guó)著名的量子點(diǎn)材料初創(chuàng)公司Nanosys推出了名為“Hyperion”的量子點(diǎn)技術(shù)，把原來(lái)含鎘的發(fā)紅色光的量子點(diǎn)置換成不含鎘的發(fā)紅色光量子點(diǎn)，而發(fā)綠色光的量子點(diǎn)不變，仍為硒化鎘。這個(gè)技術(shù)方案以在性能上較小的代價(jià)換取其在鎘含量上的達(dá)標(biāo)[59]。2017年11月,南通惟怡新材料科技有限公司引進(jìn)的美國(guó)Pure Nanotech科技公司的專利技術(shù)并與其聯(lián)合開(kāi)發(fā)成功的PureNano系列產(chǎn)品不但在鎘含量上達(dá)標(biāo)，更在色彩還原能力和能耗上取得重大突破。這個(gè)技術(shù)由于克服了紅色量子點(diǎn)對(duì)520～550 nm的綠色光的二次吸收轉(zhuǎn)換，不但使鎘的含量大大低于100 ppm的RoHS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)總體光轉(zhuǎn)換效率超過(guò)原含鎘量子點(diǎn)，明顯提升了使用這種技術(shù)的顯示器的能耗效率，降低了制造成本，并且色域覆蓋范圍比使用上一代的量子點(diǎn)膜更廣。

4.3.2 電致發(fā)光QLED顯示器件新進(jìn)展

杭州納晶科技有限公司利用自身在量子點(diǎn)材料方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，將QLED器件的電光轉(zhuǎn)化效率提高到了接近理論極限的水平，將使用亮度條件下的器件壽命推進(jìn)到大于10萬(wàn)小時(shí)的實(shí)用水平，從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了QLED器件實(shí)用性。2017年6月，該公司實(shí)現(xiàn)了噴墨打印法制備量子點(diǎn)電致發(fā)光QLED器件，未來(lái)的目標(biāo)是加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)QLED的整體產(chǎn)業(yè)布局。2017年10月，華南理工大學(xué)發(fā)光材料與器件國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室彭俊彪教授研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合廣州新視界光電科技有限公司研究開(kāi)發(fā)了世界首款電致發(fā)光QLED墨水印刷顯示全彩樣品，該產(chǎn)品采用電致發(fā)光QLED材料、稀土摻雜氧化物TFT(Ln-IZO TFT)技術(shù)，解決了溶液加工型多層電致發(fā)光器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、界面互溶等科學(xué)問(wèn)題，突破了新材料體系的氧化物 TFT 基板制備技術(shù)、表面特性調(diào)控技術(shù)、溶液法制備量子點(diǎn)薄膜技術(shù)、薄膜封裝技術(shù)等技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了彩色圖像顯示[60-61]。2017年3月,京東方成功研制出5英寸主動(dòng)式電致量子點(diǎn)發(fā)光顯示產(chǎn)品(AMQLED)，有別于LCD背光利用量子點(diǎn)材料來(lái)拓展色域的方式，該產(chǎn)品直接采用噴墨打印工藝制備電致量子點(diǎn)發(fā)光器件(QLED)實(shí)現(xiàn)全彩顯示，色域超過(guò)100%。此次京東方研制出電致發(fā)光QLED產(chǎn)品，雖然只有小小的5英寸，但卻顛覆了一直以來(lái)日韓廠商掌控核心技術(shù)的局面，核心技術(shù)的掌控也將助力京東方QLED產(chǎn)品新一輪的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中實(shí)現(xiàn)彎道超車[62]。印刷量子點(diǎn)電致發(fā)光顯示技術(shù)已被工業(yè)和信息化部列為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)也受到了國(guó)家“十三五”規(guī)劃的重點(diǎn)關(guān)注。在國(guó)家、企業(yè)、研發(fā)機(jī)構(gòu)的合力之下，中國(guó)的電致發(fā)光QLED顯示技術(shù)，將有望率先在全球?qū)崿F(xiàn)新的突破，成為領(lǐng)先全球的技術(shù)。

4.4 Micro LED顯示技術(shù)新進(jìn)展

4.4.1 磊晶設(shè)計(jì)新進(jìn)展

2017年4月，全球最大藍(lán)寶石晶圓供應(yīng)商俄羅斯Monocrystal公司針對(duì)未來(lái)Micro-LED所需，發(fā)布了UltraClean等級(jí)的藍(lán)寶石磊晶晶圓，Monocrystal公司利用最新進(jìn)的潔凈技術(shù)，將藍(lán)寶石晶圓表面1 μm以下的污染物清除到20～50個(gè)左右。UltraClean等級(jí)的藍(lán)寶石晶圓，在進(jìn)行圖形化藍(lán)寶石晶圓基板制程時(shí)，就不須進(jìn)行前段洗凈的作業(yè)工程，這可使圖形化藍(lán)寶石晶圓基板制程的良率提升到95%～99%，進(jìn)而減少耗損以及降低成本[63]。2017年11月， Veeco公司和ALLOS Semiconductors公司達(dá)成合作，將Veeco領(lǐng)先的MOCVD專業(yè)技術(shù)和ALLOS的硅基氮化鎵外延晶片技術(shù)相結(jié)合,可生產(chǎn)出高質(zhì)量的GaN晶圓，從而在現(xiàn)有的硅生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)低成本的micro-LED[64]。

4.4.2 巨量轉(zhuǎn)移新進(jìn)展

巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)作為Micro-LED制程中最困難的關(guān)鍵制程,未來(lái)將以薄膜轉(zhuǎn)移的各種技術(shù)為主。五大薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)包含靜電吸附、范德瓦爾斯力轉(zhuǎn)印、雷射激光燒蝕、相變化轉(zhuǎn)移、流體裝配。轉(zhuǎn)移技術(shù)的選擇需視不同的應(yīng)用產(chǎn)品而定，最主要是考量設(shè)備投資、產(chǎn)出量及加工成本、各廠家之制程能力及良率的控制等因素[65]。目前，全球已有多家廠商投入到巨量轉(zhuǎn)移技術(shù)的研發(fā)中，如 LuxVue、eLux、VueReal、X-Celeprint、法國(guó)研究機(jī)構(gòu) CEA-Leti、Sony 及沖電氣工業(yè)(OKI)；臺(tái)灣則有錼創(chuàng)、工研院、Mikro Mesa 及臺(tái)積電(2330-TW)。但考量每小時(shí)產(chǎn)出量、良率及晶粒大小(<100 μm)尚無(wú)法達(dá)到商品化的水準(zhǔn)，廠家紛紛尋求晶粒大小約 150 μm 的“類 Micro LED”解決方案，預(yù)計(jì)2018年“類 Micro LED”顯示與投影模組產(chǎn)品將率先問(wèn)世，待巨量轉(zhuǎn)移制程穩(wěn)定后再朝向Micro LED規(guī)格產(chǎn)品邁進(jìn)。

4.4.3 全彩化技術(shù)新進(jìn)展

目前備受期待的是將全彩顯示屏制作方式縮小至Micro等級(jí)，其將R、G、B三色LED芯片進(jìn)行排列及移轉(zhuǎn)，但三色LED電流設(shè)計(jì)截然不同、色彩易偏移是必須解決的首要難題。另一類作法是使用單一藍(lán)光LED芯片，搭配量子點(diǎn)材料或特殊熒光粉，達(dá)成全彩化顯示效果，但面臨的技術(shù)門檻包括熒光粉粒子體積較大，無(wú)法配合微型化LED芯片尺寸，而量子點(diǎn)的材料有使用壽命問(wèn)題，因耐熱度偏低及快速衰竭，導(dǎo)致無(wú)法大量使用，業(yè)界初估透過(guò)量子點(diǎn)材料達(dá)成全彩化顯示，可能僅有數(shù)百小時(shí)的壽命。2015年，VerLASE Technologies提出Chromover波長(zhǎng)變換技術(shù), 該技術(shù)是在藍(lán)光LED芯片陣列上，采用將共振器腔面圍繞在半導(dǎo)體量子阱，進(jìn)而能在同一材料晶圓上將薄膜變換層進(jìn)行重疊，就能夠在薄膜激發(fā)藍(lán)光的時(shí)候，進(jìn)行綠光和紅光的變換[66]。這一技術(shù)有望能夠取代目前利用熒光粉以及量子點(diǎn)來(lái)進(jìn)行發(fā)光顏色改變的構(gòu)想。由法國(guó)的Aledia以及瑞典的Glo等機(jī)構(gòu)所共同開(kāi)發(fā)的Micron(Nano)Wire LED芯片技術(shù)則是在晶圓上進(jìn)行納米等級(jí)的柱狀立體加工制程，讓每根柱狀都形成發(fā)光層。這樣的立體加工制程所生產(chǎn)出來(lái)的LED，其發(fā)光亮度會(huì)比普通制程LED來(lái)的更高，并且能夠達(dá)到在同一個(gè)晶圓上，甚至于同一個(gè)芯片上能夠激發(fā)出多色彩的能力。近期， Google公司和Intel公司分別投資了瑞典Glo公司和法國(guó)Aledia公司,正積極布局Micro LED顯示[67]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，LCD顯示經(jīng)過(guò)多年發(fā)展, 技術(shù)成熟,成本低廉，仍然在顯示市場(chǎng)占據(jù)著主流地位。OLED顯示技術(shù)的出現(xiàn)使顯示行業(yè)擺脫了傳統(tǒng)LCD的背光源, 開(kāi)創(chuàng)了自發(fā)光顯示的未來(lái)發(fā)展方向。OLED顯示具有畫(huà)質(zhì)優(yōu)良、輕薄、功耗低、可柔性顯示等優(yōu)點(diǎn)，將成為新一代顯示技術(shù)。雖然目前OLED顯示技術(shù)發(fā)展較快， 但與LCD顯示相比，其技術(shù)還不夠成熟，一些顯示優(yōu)勢(shì)還只是理論或?qū)嶒?yàn)室成果， OLED材料的穩(wěn)定性以及封裝密閉性技術(shù)還有待提高，OLED成本還很高，尚待新的技術(shù)和材料突破。而LCD顯示正通過(guò)量子點(diǎn)背光技術(shù)、藍(lán)相液晶技術(shù)、純色硬屏技術(shù)、柔性顯示等技術(shù)創(chuàng)新來(lái)不斷提高其綜合性能，保持其主流地位。在相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，LCD和OLED仍將還會(huì)共存于市場(chǎng)中，相互補(bǔ)充，激烈的競(jìng)爭(zhēng)有望讓消費(fèi)者以更低的價(jià)格獲得更好的顯示效果。QLED顯示和Micro-LED顯示這兩種自發(fā)光顯示技術(shù), 在理論上較OLED顯示擁有更好的顏色表現(xiàn)、更久的工作壽命等優(yōu)勢(shì), 但目前還處在實(shí)驗(yàn)室研究階段。在越來(lái)越多顯示企業(yè)及科研機(jī)構(gòu)的共同推動(dòng)下,QLED顯示和Micro-LED顯示技術(shù)在近年內(nèi)將會(huì)有突破性進(jìn)展。隨著5G網(wǎng)絡(luò)及工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái), 互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)及增強(qiáng)顯示等新技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)平板顯示提出了更高的要求，這必將推動(dòng)平板顯示技術(shù)的快速發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用。