關鍵詞：5G材料，絕緣散熱膜，毫米波，低介電透波材料

導語：5G時代巨大數(shù)據流量對于通訊終端的芯片、天線等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同時，引起了這些部位發(fā)熱量的急劇增加。BN氮化硼散熱膜是當前5G射頻芯片、毫米波天線、AI、物聯(lián)網等領域最為有效的散熱材料，具有不可替代性。

致力于解決當前我國電子封裝及熱管理領域面臨的瓶頸技術問題，建立了國際先進的熱管理解決方案及相關材料生產技術，是國內低維材料技術領域頂尖的創(chuàng)新型研發(fā)團隊。本產品是國內首創(chuàng)自主研發(fā)的高質量二維氮化硼納米片，成功制備了大面積、厚度可控的二維氮化硼散熱膜，具有透電磁波、高導熱、高柔性、低介電系數(shù)、低介電損耗等多種優(yōu)異特性,解決了當前我國電子封裝及熱管理領域面臨的“卡脖子”問題，擁有國際先進的熱管理TIM解決方案及相關材料生產技術，是國內低維材料技術領域頂尖的創(chuàng)新型高科技產品。

產品的應用方向為5G通訊絕緣熱管理，主要目標市場可分為終端設備，智能工業(yè)，及新能源汽車三大板塊。5G技術是近年來最受矚目的關鍵科技，也是國內外重點發(fā)展的核心產業(yè)之一。隨著5G商用，工業(yè)4.0、智慧城市、無人駕駛等科技建設的推進，該項目已經初步形成了萬億的市場規(guī)模，并持續(xù)快速發(fā)展。

顯示作為信息技術的重要組成和信息鏈的終端人機界面，應用領域遍及工業(yè)、交通、通訊、教育、航空航天、衛(wèi)星遙感、娛樂、醫(yī)療等日常生活各方面，是信息產業(yè)的重要支柱。放眼全球，新一輪科技和產業(yè)革命加速興起，顯示與 5G、大數(shù)據、人工智能等新一代信息技術不斷發(fā)展和融合，呈現(xiàn)出超高清、泛在、融合、智能和綠色的新型發(fā)展態(tài)勢。本文梳理了具有代表性的新型顯示技術的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，將結合新型顯示技術的發(fā)展現(xiàn)狀，分析和展望各種顯示產業(yè)的發(fā)展方向和前景。

新型顯示技術の現(xiàn)狀與發(fā)展摘選（文：高偉男/畢勇 中國科學院理化技術研究所）

一

國內外新型顯示技術的發(fā)展現(xiàn)狀

顯示產業(yè)是我國電子信息產業(yè)的基石之一，也是信息領域為數(shù)不多的每年千億美元級的產業(yè)，帶動力和輻射力極強，吸引了國內外眾多研究機構、企業(yè)的目光，成為了電子信息產業(yè)領域競爭的新高地。2020 年，我國在新型顯示產業(yè)領域投資超過 1.3 萬億元，已建成 6 代及以上面板生產線 35 條，實現(xiàn)直接營收 4460 億元，同比增長19.7%，全球占比達到 40.3%，增長速度和市場占有率均處于全球首位，全球顯示產業(yè)正加速向我國轉移，新型顯示已經成為我國后續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢產業(yè)，在我國國民經濟中占有重要的戰(zhàn)略地位。當前顯示產業(yè)發(fā)展到了“更新?lián)Q代大洗牌”階段，多種技術 / 產業(yè)競相發(fā)展，如液晶顯示（LCD）、有機發(fā)光（OLED）顯示、量子點（QD）顯示、發(fā)光二極管（LED）顯示、電子紙（E-paper）顯示、三維（3D）顯示、激光顯示（LDT）等。

顯示技術的發(fā)展歷程（如圖1）就是圖像保真度不斷提高，從而走向人眼視覺極限的過程。

二

各種新型顯示技術原理與態(tài)勢分析

01激光顯示：激光顯示是以紅、綠、藍三基色（或多基色）激光為光源的新型顯示技術，具有大尺寸 / 超大尺寸、大色域、超高清、高觀賞舒適度等優(yōu)點。在現(xiàn)有激光光源中，三基色半導體激光（LaserDiode，LD），具有直接電激發(fā)、高效率、高偏振度、長壽命、高可靠、小型化、頻域 / 空域/ 時域綜合參數(shù)易于調控，以及可用半導體制造工藝實現(xiàn)大規(guī)模量產降低成本等優(yōu)勢，將是激光顯示產業(yè)化發(fā)展的核心。

02液晶顯示（LCD）：LCD 是利用液晶材料的電控雙折射性能實現(xiàn)的顯示技術。2019 年，LCD 顯示屏占手機屏幕的 60% 以上，在高端電視占比超過 50%，技術經過多年的發(fā)展已趨于成熟，是目前中小尺寸顯示產品的主流，我國大陸 LCD 面板產能已超全球 50% 份額[3]。但是 LCD 相比于其他產品，色彩豐富程度較低、顏色不鮮艷、可視角度有限、響應速度慢（ms 級），亟需探索新材料（低溫多晶硅、金屬氧化物等）、新工藝（快響應、高對比度），解決以上技術問題，將推動產業(yè)升級換代。

03有機發(fā)光二極管（OLED）顯示：OLED 是用有機電致發(fā)光材料開發(fā)的發(fā)光二極管顯示技術，包括其響應速度快（μs 級）、工作溫度范圍寬（-30℃ ~+85℃）、對比度高（5000:1）、可視角度大（150 度）、面板超?。╩m 級），能使用多種材質基板，實現(xiàn)柔性顯示和透明顯示。由于 OLED 發(fā)光材料存在壽命問題導致“紅臉現(xiàn)象”和燒屏現(xiàn)象，應繼續(xù)發(fā)展手機屏、可穿戴小屏幕短使用周期的產品，同時探索透明、柔性等特殊用途產品的市場應用。

04量子點顯示：量子點顯示是利用發(fā)光量子點材料的一種顯示技術，改變量子點尺寸就能實現(xiàn)色彩的調控，具有高亮度、較大色域、高對比度、低功耗的優(yōu)點。根據發(fā)光形式的不同，量子點顯示可分為光致發(fā)光和電致發(fā)光。光致發(fā)光量子點顯示可與現(xiàn)有液晶電視工藝結合提高畫質，電致發(fā)光量子點顯示可實現(xiàn)自主發(fā)光顯示[5]，但是較為成熟的技術路線基于含鎘量子點材料，有毒性，歐盟等國家已禁止銷售，應著力探索無毒電致發(fā)光 QLED顯示在中小尺寸、短使用期等市場應用。圖4為量子點顯示材料種類。

圖 4 量子點顯示材料種類

05Mini/Micro-LED 顯示：Mini/Micro-LED 顯示是由微米級半導體發(fā)光像元陣列組成的新型顯示技術，將 LED 器件微小化（<100 μm）、薄膜化、陣列化后，批量轉移至電路基板上形成的顯示器件，具有高亮度、超高分辨率與色彩飽和、發(fā)光效率高的特點，不易受水汽、氧氣或高溫的影響，穩(wěn)定性、使用壽命、工作溫度較好。圖5為 Micro-LED 工藝流程。目前小間距顯示（屏）如 mini-LED 已在室內公共信息大屏幕廣泛應用，已有較大的市場，下一步可加強改善觀看舒適度，獲得更大的市場份額。

圖 5 Micro-LED 工藝流程（來自 :YOLE）

06電子紙顯示（E-paper）：電子紙顯示是電場驅動帶電材料（電子墨水或膽固醇液晶）實現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)，通過反射環(huán)境光達到的類紙型顯示技術。電子紙顯示原理如圖6所示。

07三維顯示（3D 顯示）：3D 顯示，也稱立體顯示，實現(xiàn)三維視覺效果。主要分為雙目視差三維顯示、集成成像三維顯示、立體三維顯示和全息真三維顯示。

三

國內產業(yè)鏈情況及面臨的挑戰(zhàn)

我國非常重視新型顯示產業(yè)的發(fā)展，到 2020 年，我國新型顯示全產業(yè)累積總投資已超過 1.3 萬億元，顯示產業(yè)規(guī)模已經超過 3 萬億元，生產的顯示面板占全球總產量的 50%，電視屏幕占 70%，電腦和手機產量超過 90%，其中 LCD、激光顯示、OLED 等顯示技術的產業(yè)規(guī)模已經全球領先，中國已經超過韓國成為全球規(guī)模最大、市場最大、最具競爭力的顯示市場。但是我國的顯示產業(yè)依然大而不強，在超過60% 的關鍵核心材料與工藝裝備依賴進口，產業(yè)關鍵環(huán)節(jié)尚難以自主可控，潛在發(fā)展壁壘日益顯現(xiàn)。在上游材料方面，液晶、玻璃基板、光學膜、光刻膠材料、OLED 發(fā)光材料、空穴 / 電子傳輸材料、電極材料、RGB 激光器和成像材料、MicroLED 外延材料、鍵合材料、電子紙油墨材料等等關鍵材料與配套材料國產化率低，亟需發(fā)力關鍵顯示材料國產化及其上游原料的開發(fā)。我國替代性材料以及設備本土化覆蓋率正逐年提升。材料國產化開拓方面，國內京東方等在具備了 LCD 顯示面板大規(guī)模生產能力，圍繞產業(yè)上游的玻璃基板、偏光片、薄膜材料開展攻關，國產化率穩(wěn)步提升，中游面板制造企業(yè)的現(xiàn)地采購比例也逐漸上升。在設備的國產化提升上，據 CINNO Research 顯示，在17 大類的設備中，檢測設備國產化完成度超過60%，目前基本可以實現(xiàn)替代，如在面板后道檢測設備方面，測試機領域國產替代成果顯著，國內企業(yè)占據國內市場的 82%。在自動化、模組貼合 / 綁定等領域，國產化提升較為迅速，超過30%。另外，多種關鍵工藝設備，如激光切割機、曝光機、有機材料蒸鍍機、自動光學檢測儀器等實現(xiàn)了零的突破。

四

小結

當今時代，全球顯示產業(yè)正加速向我國轉移，迎來了顯示產業(yè)由大變強的機遇期，也存在外部形勢復雜、全產業(yè)鏈布局、顯示產業(yè)的更新與轉型等新挑戰(zhàn)。百花齊放，全面發(fā)展，圓“十三億中國人看中國（安全）電視”的中國夢，推動我國顯示產業(yè)由大變強，成為顯示產業(yè)強國，為中華民族百年復興做出應有貢獻。

作者簡介：高偉男，中國科學院理化技術研究所，高級工程師，研究方向為高功率激光、激光全色顯示技術等。畢勇，中國科學院理化技術研究所，研究員/ 中心主任，研究方向為激光顯示、激光全息三維顯示、激光散斑技術等激光技術及應用研究。

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高導熱絕緣氮化硼膜材

六方氮化硼（h-BN）這種二維結構材料，又名白石墨烯，看上去像著名的石墨烯材料一樣，僅有一個原子厚度。但是兩者很大的區(qū)別是六方氮化硼是一種天然絕緣體而石墨烯是一種完美的導體。與石墨烯不同的是，h-BN的導熱性能很好，可以量化為聲子形式（從技術層面上講，一個聲子即是一組原子中的一個準粒子）。有材料專家說道：“使用氮化硼去控制熱流看上去很值得深入研究。我們希望所有的電子器件都可以盡可能快速有效地散射。而其中的缺點之一，尤其是在對于組裝在基底上的層狀材料來說，熱量在其中某個方向上沿著傳導平面散失很快，而層之間散熱效果不好，多層堆積的石墨烯即是如此。”與石墨中的六角碳網相似，六方氮化硼中氮和硼也組成六角網狀層面，互相重疊，構成晶體。晶體與石墨相似，具有反磁性及很高的異向性，晶體參數(shù)兩者也頗為相近。

二維氮化硼散熱膜是一種性能優(yōu)異的均熱散熱材料。傳統(tǒng)的人工石墨膜和石墨烯薄膜具有電磁屏蔽的特性，在5G通訊設備中的應用場景受限，特別是在分布式天線的5G手機中。二維氮化硼散熱膜具有極低的介電系數(shù)和介電損耗，是一種理想的透電磁波散熱材料，能被用于解決5G手機散熱問題。

基于二維氮化硼納米片的復合薄膜，此散熱膜具有透電磁波、高導熱、高柔性、高絕緣、低介電系數(shù)、低介電損耗等優(yōu)異特性，是5G射頻芯片、毫米波天線領域最為有效的散熱材料之一。

高導熱透波絕緣氮化硼膜材主要應用