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新一代显示技术迈入新一轮显示革命

新一代显示技术迈入新一轮显示革命

* 发表时间 :2020-11-05 22:42

  从2019年下半年开始,韩国面板企业就开始陆续关闭LCD产线,三星苏州工厂也出售给了TCL。而历经10余年的沉浮,我国面板产业也逐渐走上了世界舞台中央,LCD领域份额高达50%,TCL、京东方双雄格局也已见端倪。

  谈及我国面板如今的成就时,有不少人会简单归因为“砸钱、拼规模”;毫无疑问,我们有逆向投资、也发挥了规模效应,然而,无论是最初的“收购产线”,还是随后的“自主建设”,国内面板产业在技术研发的路上从未停止过步伐。而且也已经从技术引进、步步跟随,逐步走向了前沿探索、部分引领。

  在10月22日的“2020年全球显示生态大会(DTC2020)”上,TCL华星就发布了四项“全球首款”的产品,在前沿技术领域秀了一把“肌肉”:

  142”IGZO玻璃基主动式MLED显示屏,它的特点是可以无限拼接,想要多大屏就有多大屏,舞台布置、会议展示更从容。48”8K In-cell Touch AM Mini-LED背光曲面车载屏,一体化超大屏,智能更便捷,驾驶更有趣,而这也是特斯拉引领的亮点。

  6.7”AMOLED云卷屏,通过抽拉手机,就可以让屏幕尺寸随机壳滑动变换,可大可小,当完全折叠起来时又只有4.5”,比传统折叠屏厚度更薄,实现“把大屏装进裤兜里”;17”打印式OLED卷轴屏,弯曲效果更佳、而且成本低、不仅加速手机屏幕变革,也有望实现电视等更大尺寸的应用。

  每个技术的名称都很长,但呈现给消费者的体验却都是两个字:真香。事实上,LCD技术已经稳健发展了十余年,产业需要新驱动、消费者也需要更惊艳的体验。新一轮显示领域的革命,已是微澜之时。而中国能否引领趋势、技术变革又走向何方、谁又能扛起大旗,这是追寻产业新机遇时,要推敲的问题。

  人类在日常生活中,有80%的信息是来自于视觉。因此,显示技术研发,也一直是各国企业、各科学家工程师们所看重的。

  曾经最广泛采用的是CRT显像管技术,简单说就是利用电子枪射出电子撞击荧光粉来显示。“大方头”的电视机、电脑显示屏都是其应用。在CRT领域,日本企业靠着“精益求精”的工艺精神,制造出了“耐摔十几次”的电视机,很快成为产业霸主。索尼的“特丽珑”,全球销量超过1亿台,吊打竞争对手。

  我国在1970年代开始引进技术,并一步步钻研,终于实现了CRT产业链90%以上本土化的成绩。然而,2000年初,LCD液晶电视逐渐问世,中国CRT产业遭遇整体淘汰。

  LCD技术在1960年代左右,由美国RCA公司所发明,但由于前期技术不成熟,难以制作大尺寸产品,所以并未被美国企业所重视,长期处于“荒凉状态”,甚至认为“建立电视屏大小的液晶屏是荒谬的”。但日本企业却兴趣浓厚。他们将液晶技术用于了小型数字手表,大获成功,并随后开启了液晶电视之路。

  1988年时,日本夏普公司成功制造出了14英寸液晶电视样品,点燃了产业的加速器。1代线代线相继开立。随后,韩国、中国台湾、中国大陆都加入了这场LCD液晶的争夺战,不断扩大液晶面板的生产尺寸、优化生产工艺。而日本企业领先于美国,最终赢得LCD产业的原因也有三个:

  “学习网络”, 日本企业纷纷进场,并在竞争中保持分享,形成了经验、工艺的知识网络。“产业集群”,日本还形成了上下游体系,几乎每个环节都有企业参与,玻璃基板有旭硝子等;光刻机有尼康、佳能;彩膜、偏光片有东电等等。“开放生态”,IBM、飞利浦、康宁等等都是日本LCD崛起的重要力量。

  相比之下,美国在液晶研发上却出现了独自创新、封闭体系的趋势,最终在一次次产业周期“捶打”几近消亡。然而,日本在液晶产业的领先,却不意味着一劳永逸。

  在2000年左右的第5代线选择上,日本企业忌惮于资金压力和市场前景,出现了犹豫。而韩国三星、LG等公司,却逆势加码,不仅出钱造厂、也大量从日本公司挖人,最终,在被日本企业嘲笑是“泰坦尼克号”的质疑中,韩国企业迎来了需求回暖,快速抢占了市场,并一步步加大投资实现了领先。

  在战略上,必须要贴近需求,但又要领先于需求市场一小步,提前布局;在心态上,要广泛采用合作、培养上下游生态;资源储备上,必须要有人才储备以实现技术研发、工艺改进;更重要的是,要有“良性砸钱”的循环,不仅有充足资本金,更要有商业利润来推动长久循环。

  而对比来看,历经十余年的发展,我国面板产业创新的实力已经大幅增强:积累了良好的工艺经验、人才队伍;产业链也都有了发展,上游有三安光电、大族激光、杉杉股份等等在材料、设备等领域有所突破,而下游领域,无论是手机、电视、笔记本,还是智能汽车,中国都是最大的市场,中国企业也已经是产业中坚。

  而在资金方面,由于技术推进,研发、产线投入的资金体量也越来越大。而随着LCD格局的稳定,行业利润也在持续改善,这也有利于TCL华星等行业领先公司,进行前沿技术探索。尤其疫情冲击下,中国供应链率先恢复,也会加强对海外企业合作的吸引力。

  比如,6月,TCL华星就以300亿日元(约合20亿人民币)投资日本企业JOLED,该公司在印刷显示技术方面居于全球领先地位;而本次TCL华星的DTC大会,也迎来了韩国显示技术创新平台主席的交流。从站外边看、到跟着学,中国面板产业一步步走上技术舞台,搭建自己的主场秀。

  最初的CRT技术,动态响应非常快,但缺点也很明显,需要一定的体积、需要厚厚的玻璃;显示面积做到30多吋时,已经接近百斤重。重量成为限制显示面积的重要障碍。而在CRT进化到LCD期间,仍有PDP(等离子)、FED(场致发射)等技术在推进,但最终折戟。

  LCD获胜的原因有三个:最接“地气”,用初级技术早早实现了商业化,开启“利润-研发”的螺旋推进;最新潮,数字手表成为人们热捧的电子产品,而这显然是CRT无法实现的场景;最符合终极需求,从理论来看,更容易实现轻薄、大尺寸。也就是,尽管道路有曲折,但最终是光明的。

  LCD产业在过去十余年也有两个提升:一个是代际不断提升、尺寸不断扩大;二是背光源的发展。而回顾所有技术的发展,不管术语有多绕,本质就一个,极力满足消费者需求:从电视到电脑、从手机到可穿戴、从户外广告到车内中控,场景更加多元化,也对应着功耗、柔软度、尺寸、厚薄的需求;以及更真彩的视觉效果。

  因此,判断一个技术是否有更好的未来,一方面是判断其是否符合消费趋势,另一方面则是商业化的可行性。而目前来看,业界广泛布局的技术,主要有MLED、喷墨印刷OLED两条路线。

  MLED包括MicroLED和MiniLED,都是利用LED显示技术。LED很常见,比如路灯、广告牌等,但MLED的难度就大幅增加了,在微米级上进行操作。MicroLED是指将传统的LED设计结构微米级化,并将这些微小的芯片阵列化,成为可以单一驱动控制的显示像素,这样就可以实现高亮度、低能耗、高分辨率及高饱和度的显示效果。

  MicroLED比较正式的亮相是2012年,Sony发布了一款55吋显示器,采用了622万颗MicroLED打造出高分辨率的显示像素。由于MicroLED去除了蓝宝石衬底,不易转移,而且单位面积封装芯片数量增加了三四倍,容易形成虚焊、防护性更脆弱,所以成本、难度大幅提升。目前仍处于孵化阶段。

  而为了平衡技术、效果和商用,MiniLED技术应运而生。它同样采用LED显示,但设计尺寸要比Micro大两三倍,芯片尺寸在100-200微米,而且保留了蓝宝石衬底。因此,工艺难度、生产成本都大幅降低。而又可以实现比传统LED更好的效果,而且使用寿命也比OLED更长。

  由于功耗、尺寸等原因,MiniLED 并不适用于可穿戴等设备,但对于车控等中大尺寸领域,效果就非常不错。

  TCL华星此次推出的全球首款142”IGZO玻璃基主动式MLED显示屏,就是用小尺寸拼接而成,而且还可以组成任意尺寸,实现无限拼接、简直和想象空间同步,适用于如办公室会议机、指挥中心、影院等多样化的商业显示场景。而全球首款48”8K In-cell Touch AMMini-LED背光曲面车载屏,集仪表、中控、副驾驶娱乐功能于一体,incell的触控技术将给消费者带来更加舒适、顺畅的操纵感。

  而作为消费电子风向标的苹果,最近也传出有望在中国台湾地区加码MicroLED研发,产品也会率先采用MiniLED技术。

  OLED的发光原理为有机涂层通电自发光,因此无需发光器件、驱动电路、导光板等光源系统,大幅缩小体积、功耗,而且通过材料的优化,还可以实现柔软、折叠。OLED主要有蒸镀式和印刷式两个路径。

  蒸镀式OLED,即通过在真空中用电子束或者激光,将发光材料加热蒸发,最终在基板上凝结。在蒸镀过程中,需要一张金属掩膜版,来实现图纸到基板的精准转移。然而,当尺寸过大时,掩膜版在重力作用下就会发生一定程度的扭曲,对于高精密制造而言,失之毫厘谬以千里,会严重影响产品质量。

  而且,蒸镀过程中材料的使用率也仅为70%左右,加之需要真空环境,都会造成成本上升。因此,蒸镀式OLED在大尺寸环节也面临着商业瓶颈。目前,韩国两强在这一技术领域处于领先地位,三星和LG分别在中小尺寸和大尺寸市场占有优势。

  印刷OLED,也称为喷墨打印(InkjetPrinting,简称IJP),类似于在纸张上喷墨印刷文字,将有机发光材料喷涂在基板上、经过干燥等环节后形成发光薄膜。

  印刷OLED无需真空环境,常压下也可以生产,而且实际过程中仅有2%左右溶液会被浪费,材料利用率大幅提升,和蒸镀工艺相比,可以说是“皮实好用”。整个过程对于规模限制小,因此,对于大尺寸领域而言,印刷OLED可谓是性价比极高。

  印刷原理虽然简单,但技术难度并不低。实验室技术到工业化生产之间,是漫长的know-how探索期。仅仅拿喷涂的墨滴来说,需要对其大小、粘度、表面张力、速度、方向、惯性等参数都进行严格控制。粘度高了,墨水会堵在喷头处;粘度低了,墨水又难以在基板上以理想的情况附着等等。

  尽管难度大,但就像LCD取代CRT一样,在初级技术使用、生产工艺、需求场景等要素考量下,印刷OLED在大尺寸领域更具备商业价值。而且印刷技术,不仅可以用于OLED,也可以用于QLED,是一种面向更广的通用技术,一次突破,多次受用。此次TCL华星基于OLED技术推出的云卷屏就颇有特色。

  相比于折叠屏,云卷屏从正面绕到后面,做了拉升。而折叠屏合上后厚度会加倍、体积增加明显,消费者使用体验一般。但云卷屏收起来厚度就不会增加,面积减小了,便携性提升。其发布的全球首款17”打印式OLED卷轴屏,也采用了喷墨印刷工艺制作,而且通过顶发光的器件结构,色域高达100%,显示效果更加艳丽,屏体厚度轻薄。

  未来OLED的发展会走向量子点技术,而量子点技术之后,仍会有更多新技术诞生。技术变革永不停步,需要的是商业、技术、需求三者之间的平衡。这就要求企业,既要脚踏实地,又要抬头看路。

  2009年,抵御着金融危机,TCL液晶电视销量依然实现了翻倍增长。与此同时,TCL华星也正式启动深圳工厂,建设国内领先的8.5代线,并在随后的十年里,先后开启了多技术路线研发。今年,疫情之下,TCL华星仍在技术上主动出击,吹响着探索号角。

  而回顾历次技术变革中日本、韩国、中国台湾等企业的发展来看,优秀的扛旗手至少要在四个领域能力突出:管理效率、需求捕获、技术储备、产业生态。那么TCL华星能否扛起技术探索的大旗呢?

  高效的管理,对于高科技、重资产、长周期的面板行业而言,非常重要。可以改善企业的利润状况、增强抵御风险、捕捉机遇的能力。而TCL华星采用的策略是:结硬寨、重经营。在项目建设上,稳步推进,项目量产一两年后,才会启动下个项目;而且每个项目并不是简单的产能扩充,也是新技术的迭代升级。

  TCL华星建厂布局采取了“双子星”策略,t1、t2;t6、t7生产线同在武汉。这种布局可以发挥聚合效应,提高配套资源利用。据测算,这一策略比同规模项目,节省项目成本9亿元、运营成本6亿元,供应链协同,还可以节省3千万左右。

  而在业务发展方面,公司也将业务战略分解到每年的业务规划和落地举措,并细化到每个组织和每个人。公司存货周转速度行业领先,人均费用率(人力成本/营业收入)长期处于行业低位。

  需求捕获,是所有企业的重要技能,防止产品和市场脱节,同时又提前把握商机。对于单产线就需要高额资金的面板企业而言,这点也更为重要,尤其它的下游是不断涌现新潮流的电子产业。

  公开报道可见,TCL华星和所有彩电大客户都有业务合作,包括三星、索尼等国际顶尖客户,也是小米智能手机、华为智慧屏的重要供应商。同时背靠TCL(集团)垂直产业链的整合优势,TCL华星可以快速获得主流消费市场对每项新技术的喜好。

  技术储备方面,TCL华星也是不遗余力。2019年研发投入46.6亿元,收入比为13.7%,并不逊色于华为的15%。华星的研发资金有序地投入到了各个技术路径。在大尺寸领域,公司布局了印刷OLED、QLED、MiniLED等技术,也在研发触控传感器等面板微系统。在小尺寸领域,公司在柔性屏、触控一体、轻薄化等环节都有突破。

  在2014年时,TCL华星发起成立了广东聚华印刷显示技术有限公司。广东聚华先后与韩国LGC、日本住友化学、日产化学及美国柯狄等世界顶尖企业进行了广泛合作。旗下的“国家印刷及柔性显示创新中心”,也是我国显示领域唯一的一家国家级创新中心,已建成全球最先进的印刷显示公共平台。

  TCL科技旗下的华睿光电,在发光材料领域研发,已经突破了500多种产品。OLED材料已开始批量供货,QLED研发团队也已解决红、绿材料使用寿命等关键问题,自主研发的蓝光材料的性能全球领先,相关研究成果已在国际顶尖科学杂志《自然通讯》上发表,开发进展处行业前沿。

  数月之前,广州方面已经披露,TCL科技将会在广州投建一条8.5代印刷显示生产线,在印刷显示领域的合纵连横,已开始产业化落地。

  截至上半年,TCL华星共提交PCT国际专利申请838件,累计申请11,895件。而在量子点领域的公开专利数量为1,199件,居全球第二名。而在苹果重金押注的MicroLED领域,TCL华星140件专利,也位居全球第一。成熟应用、前沿探索,TCL华星正阶梯化有序攻坚。

  产业生态领域,TCL华星也秉承着合作开放的理念,扩大“朋友圈”。与三安光电共同成立联合实验室,从事Micro-LED显示技术开发,并形成Micro-LED商业化规模量产的工艺流程解决方案;战略投资日本JOLED,加速印刷显示产业化进程,牵头构建上游设备、材料、到器件、应用的全球范围新型显示产业生态。

  TCL旗下的投资创投业务也在上游领域布局,包括材料领域的纳晶科技、无锡帝科等,以及芯片领域的寒武纪、集创北方、宏祐图像等投资。而和三星也是强强联手,2009年TCL华星成立之初,三星便是其股东。包括此次大会上清华教授张百哲的演讲,都表明着TCL华星正打造着一个产学研结合、全球开放共享的产业生态。

  俗话说,有志者事竟成,而要成为显示革命中合格的扛旗手,不仅需要远大目标,更需要在管理效率、需求捕获、技术储备和产业生态等领域形成自己的特色和优势。日本LCD变革如此、韩国的超越也如此,而TCL华星也已经准备好了。

  清华大学教授、平板显示领域专家张百哲表示,预计到2025年,中国在LCD显示领域可以占到全球份额的71%,这个领域将会是中国一家独大的局面。这是一个可以预见的成果,也是一个值得庆祝的成果,然而,这却不是一个可以一劳永逸的成果。

  退出LCD的韩国企业,并没有退出面板领域,相反,他们在新一代显示技术领域开疆拓土:比如三星在小尺寸OLED方面实力强劲,占据了80%以上的市场份额;而LG也在大尺寸白光OLED领域领先。而三星的一大秘诀就在于:提前一步押注并研发新技术。

  依靠持续研发、从技术突破到产业制胜的中国案例并不少见。比如饱受美国打压的华为,即是如此,通信设备、芯片设计都在一代代研发人员的拼搏下,成就了中国企业的技术之光。拼技术,中国企业也可以。

  而回到面板产业来看,如今形成的LCD局面,确实非常艰辛,一次次的周期震荡,让产业、企业家都经历考验。幸运的是,我们挺过来了。而且,当下,新一代显示技术中,仍未出现大规模商业化的技术和公司,这是中国企业的机遇。幸运的是,已经有TCL华星等公司,扛起了技术探索的大旗,阔步迈入新一轮显示革命。