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平板显示专题

关键词:平板显示    发布时间:2012年2月14日   点击次数:755次

在电子信息领域,平板显示产业和半导体产业是两个重要的千亿美元级别的产业。平板显示产业是电子信息产业的核心支柱产业之一,融合了光电子技术、材料技术、微电子技术、制造装备技术、半导体工程技术和化学技术等,具有产业链长、多学科、多领域交叉的特点,对完善电子信息产业配套体系具有显著的促进作用,对国民经济具有显著的拉动作用。据估算,房地产业对GDP的拉动系数为2.2,汽车产业的拉动系数为2.64,平板显示产业的拉动系数高达4。各国政府均高度重视平板显示产业,采用多种模式资助平板显示技术的开发和产业化。
日本以政府为主,日本技术开发机构NEDO(日本新能源和产业技术开发组织)主导,2006年财政支出2236亿日元(约为19亿美元),占日本20063.5万亿日元全部科研经费的7%。日本在2008年启动
40英寸以上OLED联合攻关计划,投入经费35亿日元。
韩国以政府支持下的三星等大企业为主,在2009年启动大面积OLED蒸镀设备开发,总投入160亿韩元,2009年和2010年又先后启动《韩国绿色IT国家战略》和《显示器产业动向及应对方案》,分别投入13.7万亿韩元和75万亿韩元。
美国和欧洲重点支持军用显示,如夜视仪、透明柔性显示等。美国在2007年的高功效OLED显示屏计划共投入275万美元,2000-2010年的美国固体照明(SSL)计划(包含LEDOLED)投入5亿美元。
我国是全球最大的电子信息产品制造基地,彩电、手机、微型计算机等产品的产量居全球第一,全球75%的整机在中国制造。在种类繁多的电子信息产品中,平板显示屏都是必不可少的部件,其中彩电所消耗的平板显示器所占比例最大。但由于大尺寸面板受制于人,不掌握定价权,平板显示的短板制约着我国彩电产业乃至电子信息产业的可持续发展。
因此,发展我国具有自主知识产权、具有国际竞争力的平板显示技术和产品,对完善产业链、增强我国整机企业竞争力具有十分重要的战略意义。
经过多年发展,我国的平板显示产业已经初步形成以京东方、长虹、TCL等几家骨干企业为核心,多点布局、多种技术共同发展的格局。平板显示产业受到国家的重点支持,TFT-LCDOLEDPDP被列为十二五期间重点发展的平板显示技术。
本期平板显示专题从技术、市场及国内外产业现状等多个角度对我国平板显示产业进行梳理和分析,提出发展我国平板显示产业的思路和建议。
 
一、TFT-LCD产业

1TFT-LCD产业简介

TFT(Thin Film Transistor,薄膜晶体管)LCDLiquid Crystal Display,液晶显示器)是有源矩阵类型液晶显示器(Active Matrix LCDAM-LCD)中的一种。它具有低功耗、轻薄易用、高亮度、高对比度、高响应速度、无辐射、无闪烁、适用范围宽、生产成品率高、易于集成化和更新换代等特点,目前已成为平板显示产业的主流技术之一。小到智能手机、数码相机、电子表,大到平板电视、各种尺寸的显示器,都在大量采用TFT-LCD屏。
TFT-LCD的主要原材料包括液晶、玻璃基板、背光模组、彩色滤光片、偏光片、驱动电路、化学气体与材料、外框、各类薄膜及其他材料。其中,液晶、玻璃基板、滤光片、偏光片等关键原材料主要掌握在日本、韩国、德国、美国企业手中。我国台湾地区生产了全球50%以上的大尺寸TFT-LCD驱动IC,封装了全球80%以上的大尺寸TFT-LCD驱动IC,并且是背光模组的重要产地。
主流的TFT面板有aSi(amorphous silicon,非晶硅)TFT技术和LTPSLow Temperature Poly-silicon,低温多晶硅)TFT技术。其中大部分采用a-Si TFT制造技术,一些小尺寸产品采用LTPS技术。LTPS TFTa-Si TFT相比能够提供更亮、更精细的画面,并且更轻薄、更省电。
目前,液晶显示已经占据了平板显示市场的主导地位,为实现响应速度更快、分辨率更高、色彩更丰富、尺寸更大的显示屏,企业和研究机构仍在不断开发新的技术,有特殊光电性质的无机、有机膜材料,用于液晶分子取向的高分子材料,以及背光LED等新材料。
2)我国TFT-LCD产业发展现状
1998年从日本引进第一条1代生产线揭开了我国TFT-LCD产业的发展历史,2003年随着京东方收购韩国现代电子的液晶业务,我国TFT-LCD产业发展也步入快车道,各地生产线项目纷纷上马,到目前为止已经初具规模,形成了以北京为核心的环渤海产业基地;以合肥、南京、苏州和昆山为核心的长江三角洲产业基地;以深圳、广州为代表的珠江三角洲显示产业基地;以成都为核心的西部产业基地。我国大陆目前主要TFT-LCD生产企业有北京京东方、深圳天马、TCL、南京中电熊猫、江苏昆山龙腾光电等。
近几年,京东方、创维、TCL等纷纷投资高世代生产线。
629,京东方8.5代线项目举行了点亮仪式,项目建成后主要生产26英寸55英寸显示器和液晶电视用显示屏,年产值近200亿元,结束了我国大尺寸液晶显示屏完全依赖进口的历史。
据统计,目前中国大陆投产的生产线已达13条,正在建设以及计划建设的生产线还有5条。新上的生产线大多是8.5代线和7.5代线,产品主要用于大屏幕彩电。


1 国内已建成及正在建设中的TFT-LCD生产线(斜体表示正在建设中)

通过这几年的验证,天马4.5代线、京东方北京5代线、成都4.5代线、合肥6代线都很成功,国内TFT-LCD与国际领先技术差距正在进一步缩小。但与此同时,国内同仁也深刻认识到我国TFT-LCD产业的短板,因此对关键材料和设备的研发和资金投入不断加大。例如,京东方在生产线建设过程中,遵循上下游企业共同发展的思路,以8.5代线为核心集成上下游20多家配套企业。这样做不仅能使整个产品的成本大幅降低,同时也促进了整个地区平板显示产业的发展。我国TFT-LCD产业链主要企业见表2
2,我国TFT-LCD产业链主要企业


3TFT-LCD产业发展趋势

全球TFT-LCD正由成长期向成熟期迈进,发展趋势是稳步扩大产能,继续扩大市场,注重开拓差异化、个性化和专用化的显示市场。在TFT-LCD工艺技术方面,5代线与8代线、10代线在技术上没有本质的差别,基本的工艺技术和设计技术十分成熟,产品良率已达99%,主要的改进是利用现有的工艺降低成本,以获得更大的产能。未来发展主要集中在以下四个方面。
一是进一步提高显示性能,从显色特性、亮度、对比度、响应速度等方面提供更好的用户体验,更多地采用LED背光、120Hz驱动等,研发大尺寸超高分辨率技术、240Hz驱动、场序显示等技术。
二是通过简化工艺和提高良品率来不断降低成本,包括光罩减少技术、GOA(阵列基板行驱动,直接将栅极驱动电路制作在阵列基板上)技术等,光取向技术也进入量产研究阶段。
三是通过功能集成增加产品附加值,如在玻璃基板上集成驱动IC甚至系统IC,采用超薄设计和触摸屏,3D显示、超高解析度、超宽显示规格等。
四是不断向高世代生产线发展。中小尺寸TFT-LCD市场增长将放缓甚至萎缩,今后的竞争焦点是能带来利润的大尺寸面板,各厂商必须花更多的投资建设高世代生产线,才能保证在技术和成本竞争力上不落后。

二、PDP产业

1PDP产业简介
PDPPlasma Display Panel,等离子显示板)是利用气体放电的显示技术,其原理很像日光灯管,屏幕上每一个密闭的单元(像素)就是一个小灯管。当向单元施加电压,其间的工作气体便发生等离子体放电,产生的紫外线激发红绿蓝荧光粉再发射出红、绿、蓝三原色可见光组合成图像。由于气体放电是在微秒级,这决定了其独特的快速响应速度,PDP独特的显示技术及扫描方式决定了其在动态视频显示分辨率的优势明显;PDP发光不需要背景光源,因此没有视角变化导致色彩偏差和亮度减少,不存在由于背灯的布局造成亮度不均匀性问题。这些优势使得等离子电视色彩饱满真实,色彩偏差小,宽视角范围内保持高对比度,运动图像清晰度高,长期观看不对人体视觉造成疲劳,这使PDP成为最早应用于大尺寸平板电视的技术之一。而且,PDP显示屏不会出现坏点的问题。
PDP产业上游的原材料包括荧光粉、玻璃基板、电极浆料、ITO(氧化铟锡)、滤光片、驱动IC等,主要掌握在日本和韩国企业手中。中游PDP面板制造商主要有松下、三星、LG、长虹等。下游应用产品种类则以大型显示器为主,如电视、大型显示看板等,制造商包括松下、三星、LG、长虹等。
早期PDP技术主要掌握在日本家电企业中,对技术推广和生产规模的扩展较为保守,使得韩国和台湾电子企业在PDP技术上有明显的滞后,无法大规模跟进和扩充,一定程度上影响了PDP产业的发展。并且随着第810TFT-LCD面板的投产,PDP
50英寸以下平板显示市场的竞争压力日趋增大,中国台湾的台塑光电、中华映管、达人科技相继退出PDP产业。2007下半年,日本东芝、富士通和板硝子等退出PDP产业,先锋公司也在20083月放弃PDP面板制造业务。

2)我国PDP产业发展现状

从世界范围看,三家主要PDP屏制造商松下、三星和LG无一例外都是垂直整合的运营模式,既生产屏,又生产整机,他们所生产的屏大部分自用,有少量的屏提供给其他彩电企业。
我国PDP迅速发展,2006年长虹集团投资6.75亿美元建设国内首家等离子屏基地,在政府支持下建立中国PDP区域产业集群20097月,合肥鑫昊投资约20亿人民币采购了产能为150万片/(
42英寸)的日立4面取生产线,目前该项目已经开始试生产。目前松下和长虹仍然在持续进行新的产能扩张,上海松下将引进日本松下生产线,年产将达到300万片。长虹将扩展产能到300万片/年,在这一轮投资建设完成之后,我国国内PDP模组产能将达到年产600-700万片。
在发展PDP屏生产的同时,长虹致力于中国PDP产业链的建设,先后发起成立PDP关键材料、关键器件、关键装备、技术创新四大本土化联盟。材料和器件的配套方面,长虹将重点推进在屏材料成本构成中占比较大的玻璃基板、电极浆料、湿化学产品、玻璃粉、氧化镁、荧光粉清洗带、荧光粉、排气管、乙基纤维素等材料的本土化工作。在加强与国内厂家合作研发及本土化配套战略合作的基础上,长虹将重点推进在PDP模组成本构成中占比较大的功率器件及专用集成电路、电源、背板组件、包装件、接插件、滤光玻璃、通用元器件等七类关键零部件的本土配套工作。预计到2012年关键器件的本土化配套率达90%以上;屏材料的本土化配套率达80%,将实现生产成本进一步降低。
中国目前有三大等离子产业群正在建设之中,包括LG、松下、熊猫在华东地区的等离子产业群;日立与安徽鑫昊在华中合作的年产150万片
42英寸等离子面板的生产线;西部地区则有长虹的虹欧等离子产业群。长虹和华显高科的基本情况如表3

3,长虹和华显高科的基本情况


3PDP产业发展趋势

PDP技术在20世纪90年代实现产业化后得到一定发展,目前规模落后于TFT-LCDPDP仍有较大技术潜力,主要体现在以下三个方面。
一是PDP的专利数量远少于LCD。据20104月出版的《中国平板显示产业发展战略研究报告》(以下简称《研究报告》),LCD的专利为20000件,PDP约为5000件,PDP仍有很大的发展空间。
二是PDP的发光效率还停留在2 lm/W左右,而日光灯的效率为80-100 lm/WPDP的发光效率还有很大的提升空间,有利于大幅降低模组成本和能耗。长虹通过组合使用低介电常数透明介质技术、高Xe(氙)放电气体技术、新型MgO(氧化镁)技术和高光效荧光粉技术,光效达到2.2 lm/W50PDP电视的功耗可降到200W左右,可使用成本更低的驱动电路和电源,提高整机的可靠性和EMI性能。
三是将占成本70%以上的器件、结构件实现一体化的设计和制造。
PDP厂商在气体、开口率、电极结构、障壁结构、驱动电路等方面还在不断进行研究和开发,向低功耗、低成本、高分辨率、高画质、绿色环保方向努力。PDP屏是呈现3D影像的较佳载体,3D技术的不断成熟以及市场份额的不断扩大,使等离子电视发展迎来新的契机。
TFT-LCD相比,PDP技术的主要问题是难以实现高分辨率,因此在高分辨率和中小尺寸上难以和TFT-LCD竞争,将主攻
50英寸以上的显示应用。此外,三星、LG等国际大厂把发展重点逐步转向OLED,对PDP的投入有限,各厂商的技术互换性差,无法形成合力,制约PDP的长远发展。

三、    OLED产业

1OLED产业简介

OLEDOrganic Light-Emitting Diode,有机发光二极管)又称为OELOrganic Electro Luminescence,有机电激发光),是指有机半导体材料和有机发光材料在电场的驱动下,通过载流子注入和复合导致发光的技术。其原理是用ITO玻璃透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极,在一定电压驱动下,电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子传输层和空穴传输层,然后分别迁移到发光层,相遇后形成激子使发光分子激发,后者经过辐射后发出可见光。辐射光可从ITO一侧观察到,金属电极膜同时也起了反射层的作用。
因此,OLED在结构上比TFT-LCD简单,不需要背光、滤光片、偏光片和保护层,具有亮度高、色域宽、功耗小等优点,而且可制作轻薄和柔性显示器。我国平板显示专家曾就何种技术最有希望成为下一代主流平板显示技术做过调查,参与调查的数十家企业和专家多数认为非OLED莫属。
韩国、日本均把OLED做为下一代显示技术予以重点推进。2010年,韩国政府推出了《显示器产业动向及应对方案》,明确OLED发展目标是到2013年率先量产AMOLED显示面板。2010年,韩国政府投资75万亿韩元,将现有的第5.5AM OLED面板垂直和水平的涂层工艺转换成垂直和水平连接型的工艺技术。同年还投资10亿韩元用于核心有机材料的开发。民间资本预计将在20102013年间投资10万亿韩元,用于AMOLED面板的生产设备投资。
OLED与几种显示技术的对比见表4

4OLED与其他显示技术的对比

OLED显示技术依据驱动方式不同,分为无源驱动OLEDPassive Matrix OLED,简称PMOLED)和有源驱动OLEDActive Matrix OLED,简称AMOLED)两种。与PMOLED相比,AMOLED具有更多的优势。AMOLED采用制备有TFT(薄膜晶体管)图形的背板作为显示基板,因此可以获得更大的显示容量、更优的显示质量、更长的寿命。在节能方面,一台
40英寸的大尺寸AMOLED电视,功耗将在100瓦以下,而且因为是自发光,实际使用功耗还会更低。因此,AMOLED被认为是最有发展前景的下一代平板显示技术之一。
虽然国际上OLED研发的单位较多,但核心技术主要掌握在欧美手中,尤其是高分子/聚合物OLED和柔性OLED方面的核心技术。主要包括三家公司:Universal Display Corp. (UDC)Cambridge Display Technologies Ltd.(CDT)Eastman Kodak,这三家公司掌握了OLED的大部分专利。
OLED产业化应用方面,三星和LG走在前列。三星在便携式产品所用的AMOLED市场上一枝独秀,其5.5代线、4.5代线和旧线的产能占全球产能的35.1%17.2%19.5%LGD的新线和旧线的产能占2.4%5%,台湾企业的产能占15.3%,其他日本企业占4.5%Sony2011年推出了
17英寸25英寸的专业级AMOLED显示器。LG2010年小批量量产15英寸AMOLED电视机,准备于2013年在新的8.5代线上量产31英寸AMOLED电视机。三星等企业还推出了半透明的OLED屏,这是其他显示技术无法实现的。台湾地区的莱宝,日本的TMD、先锋和TDK等公司的AMOLED也已形成规模。全球OLED生产线达到24条以上,其中日本6条,韩国5条,中国大陆2条,台湾地区11条。
目前,AMOLED采用LTPS基板,今后将转向金属氧化物TFT。金属氧化物TFT具有更薄,投资成本低的优势,三星、LG和友达光电都在投资开发这种产品。三星、LG计划在8代线的AMOLED上使用这种基板。

2)我国OLED产业发展现状

我国在OLED技术方面的研究起步并不晚,1991年,国内已经有人开始研究OLED。到目前为止,已经有30多家高校和研究所在从事OLED的研发工作,其中包括吉林大学、清华大学、中国科学院、华南理工大学、北京大学等,在机理研究、材料开发、器件结构设计等方面做了很多工作,尤其是在材料和工艺技术开发方面取得了很大进展。从2000年起,国内已有北京、上海、长春、深圳、东莞等地的多家公司开始介入OLED产业,主要有维信诺、四川虹视、信利、广东中显、吉林环宇、彩虹平板显示公司等。
AMOLED70%的原材料和工艺与TFT-LCD相同或近似,如玻璃基板、刻蚀设备、表面处理材料等,但是不需要滤光片和偏光片,在结构上较为简单。AMOLED关键的驱动背板仍需要TFT进行驱动,其制造过程与现有的TFT-LCD阵列工艺和模组工艺在大部分的设备与技术方面均可共用,通过对现有TFT-LCD生产线少量的改造和设备的增添就能满足未来AMOLED产品的开发与生产。TFT-LCD企业向AMOLED生产过渡,具有工艺和技术优势。因此,很多TFT-LCD制造商都在逐步转向OLED,包括台湾的友达光电,国内的京东方和长虹。
维信诺的OLED技术来源于清华大学。清华大学1996年开始研究OLED2001年北京维信诺科技有限公司在清华大学OLED项目组的基础上成立,2002年建立国内第一条OLED生产线。维信诺已经掌握OLED材料、器件、工艺和驱动等技术,设计了一种新型的单一颜色混合主体多发光层器件结构,有效调控了载流子复合区域,同时实现了高效率和长寿命。其他OLED厂商采用单层单主体发光层或双层单主体发光层,前者效率和寿命都比较短,后者效率高但寿命短。
2007年,长虹投资3.6亿元成立虹视显示技术有限公司,进入OLED产业。2008年,长虹投资7亿元,建设OLED屏生产线,形成年产1200万片OLED屏的生产能力,产品以PMOLED为主,主要用于手机。技术来自长虹收购并控股的韩国ORION OLED(欧丽安)公司。后期工程以AMOLED和用于电视的OLED产品为主。
依托成都第4.5TFT-LCD生产线,京东方已开始AMOLED生产线改造,同时积极推进AMOLED高世代线的布局。预计年内,京东方就可以推出供手机等移动终端用的LTPS(低温多晶硅)显示面板;在未来35年内,还将陆续推出用于电脑显示器和电视机的AMOLED面板。
彩虹位于佛山顺德的2.5AMOLED生产线是国内最先投产AMOLED的生产线。安徽华夏电子有限公司和合肥工业大学光电技术研究院联合,成功开发出具有自主知识产权的新一代平板显示技术OLED基片及应用组件产品,并制定了相应标准,申报两项发明专利,两项实用新型专利获授权。
我国的OLED关键材料产业刚刚起步。西安瑞联、维信诺、吉林奥来德等开发的新型有机发光材料,南玻、莱宝的导电玻璃,清华大学微电子所、浙江仕兰、深圳天利半导体的驱动IC,三利子的偏光片,浙江天晶光电、浙江京东方的封装片都已取得一定进展,但总体的国产化配套率不足20%
我国还没有可以生产成套OLED生产设备的制造商,关键设备以及整套设备的系统化技术等掌握在日本、韩国和欧洲企业手中。ITO玻璃、光刻胶、吸气剂、封装用的紫外固化胶等也不同程度存在类似问题。由于TFT技术发展滞后,我国在AMOLED的生产工艺开发方面难度较大。
虽然在产业化方面与国外还有差距,但我国在PMOLED上已经具备一定国际竞争力,特别是成本和良率已达到国际先进水平。我国发展OLED的一个有利因素是三星、LGSony等国际大厂的OLED专利数量还比较有限。据CSIP20107月对美国OLED专利的统计,三星有1218件专利,Sony294件专利,铼宝有89件专利,维信诺有9件专利,而各个企业在液晶上的专利有3万件。因此,国内企业和研究机构在技术创新上的空间比较大,受到的约束比较少,有可能发挥后发优势。

3OLED产业发展趋势
今后5-10年,OLED市场的成长动力主要来自于中小尺寸的AMOLED被大量应用在手机和便携式数码产品上。随着大尺寸AMOLED屏制造技术的成熟和良率的稳步提高,将来会应用到大屏幕电视机上。但由于大尺寸OLED屏的量产技术还有不确定性,良率提升和成本下降的速度会比较慢,预计TFT-LCD在未来很长一段时间内仍是平板显示的主流技术。
OLED具有可作为面光源、节能、轻薄、可实现柔性显示等特点,被认为是非常有潜力的下一代照明技术。PhilipsGE、夏普、东芝、三菱电子、OsramNEC照明、松下、日立照明、维信诺等都在积极开展OLED的照明研究,在发光效率、产品寿命上不断取得进展,陆续推出具价格竞争力的OLED照明产品。GE的液体涂布技术有望大幅降低制造成本。由于照明对色域、坏点、可靠性、寿命的要求较平板显示要低,OLED在照明领域的应用前景非常广阔。因此,发展OLED是一举两得的事情,对平板显示和照明两个产业都有重大的推动作用。
目前,OLED技术已经初步满足实用化的要求,在材料、彩色化、大尺寸、柔性显示、照明方面还有很大的发展空间。OLED将沿中小尺寸大尺寸超大尺寸、无源有源、硬屏软屏的方向发展。

四、电子纸产业

1)电子纸产业简介
电子纸技术是针对用于电子书阅读器等应用的平板显示技术的一种统称,主要有以下几种技术方案:电泳显示技术(EPD)、胆固醇液晶显示技术(Ch-LCD)、双稳态向列项液晶技术、电润湿显示技术(EWD)、电流体显示技术(EFD)、干涉调制技术(iMod)。其中,微胶囊电泳显示技术(EPD)最具代表性,已量产多年,工艺成熟、成本低、性能高,与传统纸张的形态最为接近。
电子纸有以下几个特点:
一是省电节能。电子纸具有双稳态性,只有在驱动(写)的时候才消耗极小的电流,显示静态图形不消耗电流,也不需要背光。
二是光学类纸性。电子纸靠反射光线显示内容,可在户外和阳光下阅读,视角可以达到
180,人眼的阅读感受与传统纸张十分接近,不闪烁,眼镜不易疲劳。
三是超薄,可弯曲。电泳显示电子纸薄膜的厚度接近纸张,可以选择柔性基材的背板,制作超薄和柔性显示屏,具有良好的可携带性和抗撞击能力。
电泳式电子纸的基本原理是:不同颜色带电粒子在电场作用下向上或向下移动,在外界光线的照射下显示出文字和图像。电泳式电子纸是双稳态显示,状态不转换时不耗电,显示内容可以连续几个月保持不变,视角可以达到180°。表5是几种电泳式电子纸技术的对比。
5,基于电泳技术的主要EPD对比
 
广州奥熠公司的微胶囊封装电泳技术是与中山大学共同开发的,是目前几种平板显示技术当中仅有的由我国企业自主研发的技术,其特点是:采用非正负电的双粒子结构,两种粒子不易结合,稳定性高;黑色显示粒子不采用炭黑,而是独特的无机化合物;采用自主研发的工艺制程,工艺简单,成本低。
目前,电泳型电子纸的主要缺点是:需要用彩色滤光片显示彩色图像,图像质量较差,刷新率低,不能显示动态视频。
mirasol是完全不同于TFT-LCDPDPOLED等技术,以MEMS技术来控制每个iMod显示器单元的颜色。iMod装置自1990年代中期,由迈尔斯 (Mark Miles)及拉森 (Erik J.Larson)所成立的伊利顿公司 (Iridigm) 持续研发,数年后由高通完全收购,到200410月时成为高通光电部门。这种技术的基本原理是:利用两个表面之间的空气间隙中光反射形成干涉,通过控制空气气隙的大小,可产生不同的颜色。每个iMod单元是一个微电机系统,包含两个导电电极,即在玻璃基材上的薄膜层叠电机和悬浮在上面的反射隔膜电极,中间是空气;在一个偏置电压的作用下,反射隔膜将保持两种稳定状态中的一种:开放状态时反射一种颜色,折叠状态时完全吸收光线(黑色)。mirasol显示器是电容性的,需要加偏置电压才能工作,工作电流很小。
高通公司在2008年对外展示了基于MEMS技术的mirasol显示器。这种显示器的功耗只有TFT1/6,可显示彩色画面和视频,但彩色画面发暗,可支持30fps的视频。
其他电子纸技术或基本没有实现产业化应用,或应用的量非常小,在此不多做介绍。
除显示材料外,实现完整的电子纸应用还需要透明保护膜、透明导电薄膜、基板、铝箔保护膜等材料。由于不需要控制显示亮度、颜色、视角等,电子纸对其他材料的要求比较低。控制IC比较成熟,供应商有MarvellEPSONFreescale、瑞芯微、君正等。驱动IC采用LDO,技术非常成熟,供应商也非常多。
电子纸产业链的中游是显示屏生产企业,主要有富士康、天马微电子等。下游是电子书阅读器整机厂商,主要有Sony、亚马逊、汉王、盛大文学、上海世纪出版集团、纽曼、爱国者等。

2)我国电子纸产业发展现状

实现电子纸材料产业化的国内企业只有广州奥熠电子,该公司的电子纸材料已经实现产业化,采用旋涂的方式生产成卷的电子纸软基材,产品良率约40%,在性能和成本上尚不具备足够竞争力,其材料在纽曼的电子书上获得应用。此外,奥熠还与合作伙伴开发了价格标签、广告牌、电子表、显示智能卡等应用,积极进行电子纸的市场推广。
控制IC的供应商有瑞芯微、君正,君正的芯片还因汉王的电子书而一炮走红;驱动IC的供应商有上海贝岭、杭州士兰等;显示屏的制造商主要是深圳天马微电子;整机厂商包括汉王、纽曼、爱国者等。
3)电子纸产业发展趋势
与其他平板显示技术相比,目前电子纸的应用领域比较单一,主要用在电子书阅读器上,市场容量有限,2010年全球电子书的销量约为1000万部,制约了我国电子纸产业的发展。而且电子书受到平板电脑的冲击,市场增长开始放缓。另外,电子书的发展,不仅取决于电子纸材料、显示屏制造商和整机制造商,还需要得到内容服务商和网络运营商的大力支持。Kindle在美国的成功,很大程度上是因为和网络运营商进行捆绑,用户能够非常方便地下载图书和付费。亚马逊的大量图书资源,可以满足读者多方面的阅读需求。而国内的电子书企业只有几十万本的图书存量,缺乏良好的版权保护和购买付费机制,影响到电子书产业链的发展,进而影响电子纸产业的发展。
二是国内外的电子纸厂商比较少,在研发和市场推广上的投入有限,使得产品良率和工艺成熟度的提升速度较慢。
在技术上,电子纸的发展重点是研发低成本的卷对卷印刷技术,提高响应速度,研究彩色化技术,实现彩色图片和视频的显示。
未来电子纸要获得更广泛的应用,还需在工业和消费类应用上进行不断拓展,如广告牌、显示标签、带显示功能的智能卡等。这需要整机厂商和材料厂商密切配合,不断以新型应用推进电子纸向各种应用进行渗透。

五、我国平板显示产业的主要问题

1)规模和资金实力弱
与国际大厂商相比,我国平板企业在规模和资金上的差距较大。以TFT-LCD为例,三星电子、LGD、奇美、友达和夏普是全球最大的5TFT-LCD面板制造商,这5家公司的出货面积和出货金额占到全球总量的近90%,每家企业在固定资产上的累积投资都超过百亿美元,具有完整的上下游产业链、很强的规模效益和成本优势。我国企业在规模、资金上与国外竞争对手的差距在一个数量级以上,导致在研发和设备投入、供应链管理及净资产等方面的巨大差距,而且这种差距很难在短时期内缩小。与TFT-LCD类似,松下、三星、LGPDP领域保持领先,三星、LGSonyOLED领域优势明显。

2)产品结构不合理
目前,TFT-LCDPDP技术进入低端产品过剩、高端产品制胜的阶段,而国内企业缺乏高端产品技术,制约企业赢利能力的增强及研发投入的扩大。据DisplaySearch预测,从2009年至2015年,TFT-LCD面板的出货额年均增长率可能仅有1%,中小尺寸LCD面板市场开始萎缩,只有大尺寸面板市场仍在增长。到2012年,40寸及以上面板的出货量将占50%以上,70%以上的面板将在6代及以上的高世代生产线上生产,但我国还没有完全掌握大尺寸LCD面板的生产技术,在未来竞争中处于劣势。三星、LG、友达光电等企业正大力投资建设AMOLED生产线,率先占据高利润的移动产品市场,我国仅在PMOLED上实现了产业化,主要生产中低端的小尺寸屏,还没有成熟的AMOLED产品。

3)关键材料、设备和技术受制于人
我国平板显示产业所需的关键上游原材料和设备大多掌握在日、韩、美、欧企业手中,国内企业不掌握核心技术和定价权,多是在进行加工和生产,赚点辛苦的加工费。这种情况并非平板显示产业所独有,而是国内很多其他产业的通病。如TFT-LCD所需的液晶、玻璃基板、彩色滤光片、偏光片多掌握日本、韩国、美国和台湾企业手中,刻蚀机、曝光机等关键设备等掌握在日本、荷兰和美国企业手中;PDP所需的荧光粉、滤光片、玻璃基板掌握在日本、韩国和美国企业手中;OLED所需的发光材料、玻璃基板、蒸镀和旋涂设备掌握在欧洲、美国、日本、韩国企业手中。在专利方面,我国企业和研究机构的专利数只占全球平板显示专利的2%左右。
不掌握定价权,只能被动地接受国外企业的报价,大大压缩了国内企业的盈利空间,而且还受到国外企业的专利费和价格战的双重打压,出现国内面板企业亏损,国外上游材料和设备厂商赚钱的情况。
上游的材料和设备往往是产业科技创新的源泉,掌握了这些先进技术,才能掌握发展的主动权,不至于被牵着鼻子走。近年来,我国企业在原材料上取得一定进展,但产品的产量和质量与国外厂商还有较大差距,应用的规模和范围有限。

4)产业链整合度低
我国面板企业的内部配套少,原材料和零组件需要大量向供应商采购,既加大了采购成本,又存在供货不及时的风险。这其中有国内配套企业分散,外商独资或合资企业多等原因,也有下游面板企业的规模和资金有限,很难通过控股的方式对上游企业进行整合的原因。
在产业链整合方面,韩国和台湾企业为我们做了成功示范。如三星通过垂直整合建立供应链,与康宁合资生产玻璃基板,彩色滤光片、驱动IC、靶材、扩散膜、反射膜、PET膜等零组件和材料逐步做到内部供应,提高了企业的成本控制能力和抗风险能力。友达光电对一些上游零组件厂进行控股,投资生产滤光片的台湾凸版和达虹、生产偏光板的达信、生产驱动IC的瑞鼎科技、生产背光模组的奈普和辅洋、生产CCFL灯管的威力盟。台湾的群创并购奇美和统宝,组建的新奇美在规模和实力上超过友达光电。
在台湾地区的南科液晶园区,其产业配套率中,玻璃基板为92%、偏光片为73%、彩色滤光片为83%、背光模块为97%、驱动IC78%,但国内液晶生产线的本地配套率仅徘徊在30%左右。仅运输成本一项,国内企业就比台湾、韩国、日本企业高出不少。
这种情况在近两年有所改善,面板企业纷纷涉足上游的原材料和零组件。如海信和京东方投资生产LED背光模组,长虹联合20余家企业开发PDP配套产品。在产业布局上,合肥、昆山等平板产业园区注重引入相关配套企业。

六、我国平板显示产业的发展建议

1)加强区域规划,规避技术风险
我国平板显示产业正处于规模快速扩张的阶段,合肥、南京、昆山等城市纷纷提出打造平板显示产业的设想,规划了宏大的投资计划和产值目标,一定程度上存在盲目上项目、抢投资的情况,对产业的高风险则多少有些估计不足。在政府的鼓励下,京东方、天马、TCL、创维等面板和彩电企业纷纷建设高世代液晶面板生产线,投资规模不断膨胀。
对此,行业主管部门应保持清醒的头脑,加强地区之间的产业规划和协调,实现全国一盘棋,进行统筹考虑,避免投资失误和浪费。将原材料、零组件、加工设备和测试仪器的配套企业围绕面板企业进行集聚,促进产业链上下游的协同与互动,形成良好的创新氛围,降低交通、物流和沟通成本。强化对现有生产线的产业配套,提高产品的竞争力。
台湾在半导体和平板显示上已经形成很大的产业规模,尤其是拥有除玻璃基板之外的全部TFT-LCD上游产业链,背光模组、驱动IC、偏光板、滤光片等中上游产品的产能和技术实力居于前列。国内平板显示产业园区应针对国内暂时无法配套的原材料和零组件,优先引进台湾的相关企业,在核心面板企业周围形成产业集聚,发挥整体协同和规模效应,尽快加快完善国内的产业链。
另一方面,各种技术在不断升级和相互更迭,技术方向的选择面临风险。如1984年,为打破日本企业在显像管和荧光粉等上游产品上的垄断地位,我国实施了彩电国产化一条龙工程,引进为彩电配套的电子元器件生产线280多条。但我国彩电企业没有把握住向平板显示转移的产业趋势,平板电视替代CRT电视的时间表比专家们预计的提前了5年。战略选择上的失误使我国错失在早期发展平板显示产业的大好机会。
因此,政府应加强引导,避免继续投资建设低端产品的生产线,将资金向国内无法生产的配套原材料上引导,向发展前景更好的OLED上引导,向基础研究、工艺技术研发上引导,促进产业的长期可持续发展。企业、高校和科研机构应加强平板显示技术的前瞻性研究,规划产业的技术路线,规避技术风险和专利陷阱。

2)扶持龙头企业,加强资本市场支持

随着成本、价格、产品性能等方面的市场竞争不断加剧,规模效应成为影响企业竞争力的重要因素。国际经验也表明,发展平板显示产业应以做大企业规模,扩大生产线数量和完善产业链为基础。平板显示产业门槛高,风险大,各种资源集中到大企业手中才能形成规模效应,通过对产业链的整合实现降低生产成本、缩短产品上市时间的目的,从而创造竞争优势。
应在国家层面进一步加大对龙头企业的扶持力度,支持关键装备与材料的研发和国产化。鼓励和促进面板企业间的兼并重组或形成产业联盟,发挥群体优势与韩、日、台企业竞争。
把握好国际平板显示产业转移的机遇,与外商开展全方位合作,如合资建厂、技术引进、战略合作等方式降低材料成本,保证关键材料供给。积累自身的技术实力,通过国家的科技专项进行联合攻关,突破上游的关键材料和设备瓶颈,掌握发展主动权。
加强国家层面的统筹规划和组织协调,参照软件产业和集成电路产业的优惠政策,免征原材料、关键器件、设备的关税和进口环节增值税。
加强资本市场对平板显示产业的支持。平板显示是一个高投入、高产出,对资金需求极高的产业。例如为了开发大屏幕有源矩阵液晶显示屏,国际一些主要公司的投资已超过500亿美元,过去7年,全球TFT-LCD产业累计投资达到620亿美元,而且目前投资力度仍未减弱。三星、LGD、奇美、友达等大厂都经历了比较长时间的亏损,经过几番整合之后成为行业巨头。没有资本市场的支持,平板产业是无法发展,企业是无法做大的。在这方面,台湾的友达光电是一个成功的实例。友达光电是台湾联友光电与达基科技在2001年合并组成的,累计融资总额超过1500亿元新台币,其一连串资本运作为企业的做大提供了坚实的资金保障,使其能够通过投资控股上游零组件厂的方式进行产业链整合。

3)加强基础研发,拓宽技术来源
平板显示技术之间有着很强的技术传承性和大量的共性技术,如高迁移率TFT技术是TFT-LCDOLEDEPD共性的有源驱动技术,光刻技术是LCDOLEDEPD共性的生产工艺技术,玻璃基板是TFT-LCDOLED、电子纸都需要的基础材料。这些不可或缺的共性技术和基础材料对整个平板显示产业的发展起到强大的支撑、带动和引领作用。通过科研专项、联合攻关、产业联盟等方式加强对共性技术和基础材料的研发、推广与应用,有利于突破我国平板显示产业在基础技术和材料方面的瓶颈,为产业的持续健康发展打下良好基础。
开展研发活动之前,必须对已有的专利进行分析,避免专利陷阱。平板显示产业经过多年发展,国内外各大厂商在TFT-LCDPDPOLED上均有密集的布局。
据《研究报告》,在液晶显示领域共有18个国家和地区参与竞争,其中日本和美国申请的专利占86%以上,随后是韩国、德国、英国、中国(包括香港和台湾地区)、法国、荷兰和瑞士。在前25位专利申请人中,排名前十一位的都是日本公司,技术集中度非常高。
全球PDP领域专利申请量前三位申请人分别是松下、三星和LG,三家企业的申请总量占到43.7%。前20位申请人中,日、韩企业共有16家,其中日本公司为14家,具有绝对优势。而中国前10位申请人的申请总量只有646件,与国外企业相距甚远。
OLED专利方面,据CSIP20109月完成的《OLED行业专利状况调查研究报告》,三星电子SDI、精工爱普生、伊士曼柯达、出光兴产、株式会社半导体能源研究所等是OLED专利的主要申请人;申请人主要集中在日本、美国、韩国、德国等发达国家;专利技术主要集中在发光材料制备、光发射组件、各类装置、封装等领域。制造工艺方法研究主要为真空沉积、旋转涂布法、喷墨打印,材料研究的重点和热门是荧光发光材料、空穴传输材料和电子传输材料;中国OLED制造工艺领域申请的专利不多,而材料领域专利申请比例较大。
另据维信诺对在中国申请的OLED专利的统计,截止到20096月,在中国申请OLED专利的前三大厂商是三星、LGSony,专利申请量占总数的60%,长虹和维信诺两家企业只占3.6%,差距非常明显。

对策:国内企业的专利少,并不意味着无所作为。可以通过核心技术专利与外围应用专利相搭配的方式,组建自己的专利池,增强与对手的谈判博弈能力,通过专利交叉授权来规避专利障碍,减少专利费支出。国内企业和研究机构也可以抱团取暖,用产业联盟专利池的方式增强与国外对手的谈判实力。
利用竞争对手之间的矛盾,也有机会获得相对成熟的技术。实际上,国外公司在专利上的利益并不一致,为后进者提供了切入市场的契机。如明基在1996年进军TFT-LCD,向决定转型IT服务业、但又不愿看到日本厂商独霸市场的IBM购买了成熟的TFT-LCD技术,顺利解开技术死结
通过引进、吸收、再创新也是可行途径。美国和欧洲企业由于较多强调短期内的盈利能力,一旦研发活动长时期无法取得预期效果,产业化不顺利,企业往往会放弃该项技术。这时就需要慧眼识珠,通过收购获得基础性技术。如台湾的元太科技收购美国E-ink公司,目前在电子纸市场占据主导地位;友达光电控股开发微杯技术的SiPix,进入电子纸领域;长虹收购韩国欧丽安公司,获得OLED核心技术。
各种平板显示技术都需要要到驱动IC,我国集成电路产业在过去十年取得了高速发展,涌现了一大批有实力的集成电路研发、生产企业。大力发展用于平板显示的集成电路,是缩小与国外先进企业差距,在应用上取得创新和突破的有效途径。




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