新型显示技术有哪些，最新的显示技术

文/高伟南、毕勇

中国科学院物理化学技术研究所

显示是信息技术的重要组成部分，是信息链的终端人机界面，其应用领域涵盖工业、交通、通信、教育、航空航天、卫星遥感、娱乐、医疗等日常生活的方方面面。是信息产业的重要支柱。放眼全球，新科技革命和产业革命正在加速推进，显示与5G、大数据、人工智能等新一代信息技术不断发展融合，使超高清、泛在化、一体化的智能化、绿色化。本文总结了具有代表性的新型显示技术的发展现状和趋势，并基于新型显示技术的发展现状，分析和展望了各类显示产业的发展方向和前景。

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日本及海外新型显示技术发展现状

显示产业是我国电子信息产业的基础之一，也是为数不多的年产值千亿美元的产业之一，具有强大的带动力和辐射力，备受人们关注。国内外众多科研机构和企业集中于此，成为信息产业竞争的新高地。

2023年，我国新型显示产业投资将超过1.3万亿元，建设6代及以上面板生产线35条，实现直接收入4460亿元，比上年增长19.7%。全球份额已达40.3%，增速全球第一。世界显示产业正在加速向日本转移，新型显示器将成为一大产业，并在后续发展中发挥重要作用。我国占领。在我国国民经济中的战略地位。当前显示产业的发展已经到了“革新重组”阶段，各种技术和产业都在竞相开发液晶显示器（LCD）、有机发光显示器（OLED）、量子点（QD）等技术。 ）。 有。显示器、发光二极管（LED）显示器、电子纸（E-paper）显示器、三维（3D）显示器、激光显示器（LDT）等。

我国工业已成为世界第一。

我们正处于产业由大到强转型的机遇期，在日益复杂的国际形势下，综合分析各种新型显示技术的特点和发展现状，引导产业发展方向刻不容缓。组织制定相应的计划。确保新型显示产业独立、可控、安全的发展路线。

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图1 显示技术的发展历史[1] 显示器是向人眼显示信息的人机界面终端，其发展方向是超高分辨率（几何/彩色双高分辨率）。 （清晰度）、全色（宽色域、最大色彩范围再现）、真三维（高观看舒适度）。 20世纪30年代出现的黑白显示器解决了图像有无的问题，20世纪50年代出现的彩色显示器解决了图像无色彩的问题，20世纪50年代出现的数字显示器解决了图像有无颜色的问题。 20世纪末解决了图像有无的问题，解决了容易受图像影响、清晰度低的问题。当前的激光显示器解决了全彩视频图像的问题，未来基于全息的三维显示技术有望解决真三维（3D）显示的问题。显示技术的发展过程（见图1）可以描述为图像保真度不断提高并达到人类视觉极限的过程。

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各种新型显示技术原理及现状分析

01

激光显示

激光显示是一种采用红、绿、蓝三基色（或多基色）激光器作为光源的新型显示技术，具有大/超大尺寸、宽色域、超高分辨率、高清晰度等优点。解决。观看舒适度高。现有激光光源中，三基色半导体激光器（LaserDiodes，LD）具有电直接激励、效率高、偏振度高、寿命长、可靠性高、小型化、频域综合参数易于控制等优点它有特点。空间域/时间域利用半导体制造工艺实现大规模量产并具有降低成本的优势，是激光显示产业发展的核心。

据统计，2023年我国激光显示器销售额将突破150亿元，而2023年至2023年，销售额预计将比上年增长162%、483%、106%。激光显示器出货量预计将超过1台。到2025 年将达到100 万台。日本的激光显示器处于世界最前沿，产业规模已达到世界顶尖水平，正在成为下一代电视、电脑、游戏机、电影设备、工程设备等领域的主流。超大型设备。屏幕产品[2]。图2展示了激光显示产业的发展路径。

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图2 激光显示产业发展路线[1]

02

液晶显示器（LCD）

LCD是一种利用液晶材料的电控双折射特性的显示技术。到2023年，液晶显示器将占据超过60%的手机屏幕和50%的高端电视屏幕。该技术经过多年发展已经成熟，现已成为中国大陆中小尺寸显示产品的主流。我国液晶面板产能超过世界份额的50%[3]。然而，与其他产品相比，LCD的色彩丰富度较低、色彩亮度较低、可视角度有限、响应速度较慢（以毫秒为单位），因此迫切需要新材料（低温多晶硅、金属氧化物等） 。 ）和新工艺（快速响应、高对比度）解决上述技术问题将促进工业的精密化。

03

有机发光二极管（OLED）显示器

OLED是采用有机电致发光材料开发的发光二极管显示技术，具有响应速度快（s级）、工作温度范围宽（-30至+85）、高对比度（5000:1）、宽视场等特点。角度（150度），面板超薄（毫米级），可采用各种材料基板实现柔性透明显示[4]。

由于OLED发光材料的寿命问题会导致“发红”和烧屏现象，我们需要继续开发生命周期短的产品，用于手机屏幕和小型可穿戴屏幕。探索透明、柔性产品等特殊用途产品的市场应用。目前，基于气相沉积工艺的OLED产品占据了手机等小型移动显示产品的一部分市场，而基于印刷工艺的OLED显示器则实现了中小尺寸屏幕的小批量生产。如图3所示，OLED显示屏广泛应用于手机中。

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图3 OLED显示屏广泛应用于手机

04

量子点显示

量子点显示是一种利用发光量子点材料，通过调整量子点的尺寸来实现高亮度、宽色域、高对比度、低功耗等优点的显示技术。根据发光形式的不同，量子点显示器可分为光致发光和电致发光。光致发光量子点显示器可以与现有的液晶电视技术相结合，以提高图像质量，而电致发光量子点显示器可以实现自主发光显示[5]。由于QLED有毒，欧盟国家已禁止销售，因此需要努力探索无毒电致发光QLED显示器在中小型短期使用市场的应用。图4显示了量子点材料的类型。

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图4 量子点显示材料类型

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Mini/Micro LED显示屏

Mini/Micro LED显示是一种新型显示技术，由微米级半导体发光像素阵列组成，其中LED器件被小型化（100m）、薄型化排列，并批量转移到形成的显示器件上。具有高亮度、超高分辨率、高发光效率等特点，不易受水蒸气、氧气、高温影响，具有优异的稳定性、使用寿命、可操作性。温度。图5 显示了Micro-LED 工艺流程。

目前，Mini LED等窄间距显示屏（屏）广泛应用于室内大型宣传屏，市场规模较大。下一步是提高观看舒适度并占领更大的市场份额。对于Micro-LED显示产品来说，材料转移等实用技术还需要进一步研究，关键是如何随着分辨率的提高而提高良率。

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图5 Micro LED工艺流程（来自：YOLE）

06

电子纸显示器（E-paper）

电子纸显示器是一种类似纸张的显示技术，通过用电场驱动带电材料（电子墨水或胆固醇液晶）达到双稳态并反射环境光来实现这一点。图6为电子纸显示原理图。

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图6 电子纸显示屏：黑白（左）、彩色（右）（来源：中关村在线） 1. 屏幕正面2. 透明电极层3. 透明微胶囊4. 带正电的白色颗粒。带负电的黑色颗粒；7.点击像素层；10.白色输出光（环境光反射显示）电子纸显示器具有轻薄、接近零功耗和低成本的优点，使其对人类更具吸引力。特别适合现场开发电子书、电子价签、可穿戴设备等静态显示产品。它在护眼（类纸显示）、超低功耗、低成本等方面具有巨大优势，有潜力成为主流类纸显示产品。目前，电子纸显示器仍存在对比度低、分辨率低、响应速度慢等问题，要实现快速响应和彩色显示的突破，必须解决彩色化和运动化等关键技术。

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立体显示（3D显示）

3D显示器，也称为立体显示器，提供三维视觉效果。主要分为双目视差3D显示、一体化成像3D显示、立体3D显示和全息真3D显示。相比于双眼视差会造成头晕等不适，全息三维显示可以记录并还原物体光波的全部信息，再现的图像与原始物体具有完全相同的三维度。特性并减少人体不适。眼睛非常无力。

立体显示方式的发展趋势使得能够再现高动态、宽视角、高真实感的全息立体图像，即在深景深的大屏幕上实时立体显示。视场角、高分辨率、真彩色[6]。全息三维显示仍面临空间带宽窄、计算量和传输量大等重要技术限制，因此仍处于技术研发阶段，需要较长时间才能实现商业化。尽管。图7是全息三维显示器的渲染图。

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图7 全息3D显示效果图（来源：www.hanvei.com）

3

国内产业链现状及面临的挑战

我国从“十二五”期间的《国家中长期科学和技术发展规划纲要 (2006-2023 年 )》到“十三五”期间的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》出台了一系列重要政策。上述激光显示、OLED、3D显示等显示技术均纳入我们未来的发展计划，我们努力抓住新的机遇，进一步增强我们显示产品的竞争力、创新性和对终端消费者的吸引力。全球显示行业技术创新和产业成熟期，提高显示产品产值和利润。

到2023年，我国新型显示产业累计投资将超过1.3万亿元，显示产业规模将超过3万亿元。

显示面板产量占全球总产量的50%，电视屏幕产量占70%，其中LCD、激光显示、OLED等显示技术的产业规模是驱动力。世界。

中国已超越韩国，成为全球最大、规模最大、竞争力最强的显示市场。

然而，我国显示产业规模虽大，但实力不强，60%以上的主要核心材料和工艺设备依赖进口，行业重大环节仍难以自主掌控，潜力巨大。发展障碍日益显现。上游材料包括液晶、玻璃基板、光学薄膜、光刻胶材料、OLED发光材料、空穴/电子传输材料、电极材料、RGB激光及成像材料、MicroLED外延材料、键合材料、电子纸墨水材料等。材料及支撑材料比重较低，急需推动关键显示材料国产化和上游原材料发展。

日本、韩国、德国、美国长期垄断精密镀膜设备、显示器前处理设备、生产设备、检测设备等高端装备。 LCD显示器边框镀膜机、CF光刻胶镀膜机、CF曝光机、LCD滴水机、OLEDRGB打印机、蒸镀机、热退火设备、像素缺陷曝光设备、蒸镀设备、精密检测设备的检查与维修等设备、QD打印机、激光半导体加工设备、物料输送设备、高精度大批量MicroLED芯片阵列检测机等。有些设备开发难度大，100%依赖进口。材料装备过度依赖国外，不利于稳定日本产业地位，不利于实现自主可控安全发展。

新型显示的自主创新必须建立在相关材料、工艺和设备的创新基础上。我国科研机构、大学和企业在新型显示相关的关键材料、器件、工艺和核心装备的基础研究和应用方面开展了大量研究，在国产化方面积累了良好的基础。在我国，替代材料和设备逐年进步。

从开展素材国产化的角度来看，

国内京东方等企业目前已具备液晶显示面板规模化产能，上游产业正在推进玻璃基板、偏光板、薄膜材料的研究，其比例正在稳步提升。中游面板制造企业的本地采购也逐渐增加。广州华锐、北京鼎彩、吉林庆来、广东珠华、纳晶科技、华南理工大学等OLED显示发光材料均实现了柔性、大面积印刷显示材料的自主研发和应用。在激光显示用发光材料和成像材料方面，中科院物理化学研究所、半导体研究所、海信、长虹等研究部门和企业已实现部分国产替代。

改进设备本地化

据CINNO Research统计，17种主要设备中，测试设备国产化率超过60%，目前基本可以替代。比如面板后端测试设备，国产化是有可能的。取得了显著成效。在检测设备领域，国内企业占据国内市场82%的份额。

自动化领域、模块堆叠/绑定等

，国产化增长迅速，超过30%。此外，激光切割机、曝光机、有机材料沉积机、自动光学检测设备等各类关键工艺设备均实现了零的突破。

我国充分认识到新型显示材料、工艺和装备在新型显示产业发展中的重要性，可以说通过自主创新逐步形成和完善了以企业为基础、以市场为导向的创新体系。当科技革命和产业革命新阶段到来时，产学研用体系将主导全球显示产业的发展。

四

总结

当今时代，世界显示产业正在加速向我国转移，显示产业由大到强的机遇已经到来。也面临复杂的外部条件、行业整体布局等新的挑战。连锁显示产业振兴转型。根据各显示技术的特点和发展趋势，整合相关领域材料、工艺、器件等具有优势的企业、大学、科研院所等研发资源，开发未来显示技术创新是有必要的。先进的开发能力将对我国显示技术产生长期影响。有力支撑创新发展。最后，开拓各种新的显示特色市场，百花齐放，全方位发展，实现“13亿中国人民看中国（安全）电视”的中国梦，推动我国显示产业的发展。从大国到强国，我们将成为显示产业的强国，为中华民族做出贡献，为百年复兴做出相应的贡献。

参考：

1. 高伟南， 徐祖彦， 毕勇， 等， 激光显示技术发展现状及趋势[J], 2023, 22(3) :85-912.

2. 高伟南、毕勇、徐祖彦，中国科学院高新技术发展报告2023展现产业化新进展

3、2023年中国新型显示产业支撑能力白皮书

4. 焦志强， 黄清宇， 张娟等. OLED材料与器件研究进展[J] 2023(02).

5. 季红雷， 周庆超， 潘军， 等， 量子点液晶显示背光技术[J], 中国光学， 2023, 10(05):666-6806.

6. S. Minyuan，Y. Yuan，B. Yong，等。利用后向光线追迹和多重离轴波前记录面方法加速增强逼真的计算机全息图[J]光学快报.2023,28(23)

关于作者

高伟南

中国科学院理化技术研究所，高级工程师，研究方向包括高功率激光器和激光全彩显示技术。

比约恩，

中国科学院理化技术研究所，研究员/中心主任，研究兴趣包括激光显示、激光全息三维显示、激光散斑技术等激光技术及应用研究。