顯示技術之爭，中國的機會在哪裡？| NSR專欄

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撰文 | 賈鶴鵬

翻譯 | 徐嘯雪

責編 | 蔣海宇

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近年來，世界各國在顯示技術研究和製造上角逐激烈、投資頗豐。各顯示技術也在爭相搶奪市場主導位置：從傳統LCD（液晶顯示屏），到OLED（有機發光二極體），再到新興的QLED（量子點發光二極體）。全球手機領域領頭羊「蘋果」在iPhone X上使用OLED，讓OLED看起來像是在三家爭鳴中佔了優勢。而QLED，雖然在技術上還有困難要克服，在色彩質量、成本和壽命上卻有著潛在優勢。

這場白熱化的競爭中，誰將勝出？中國製造商和研究機構，該如何準備這場顯示技術的變革？我們如何制定政策，來激發中國的創造力，提升中國的競爭力？在《國家科學評論》舉辦的在線論壇上，副主編趙東元和中國該領域四位頂尖專家，一同探討了這些問題。

黃秀頎

維信諾（重要OLED製造商）

副總裁、創新研究院院長

廖良生

蘇州大學半導體物理學家

彭笑剛

浙江大學化學家

復旦大學材料物理學家

趙東元（論壇主席）

復旦大學材料化學家、《國家科學評論》副主編

?新興OLED挑戰LCD?

趙東元：我們都知道顯示技術非常重要。目前有OLED，QLED和傳統LCD技術互相競爭。它們的區別和各自的優勢是什麼？不如我們從OLED談起？

黃秀頎：OLED近年來發展迅速。把它和傳統LCD放在一起比較，更容易說清它的特性。結構上，LCD大致由三個部分組成：背光源、TFT（薄膜晶體管）背板和液晶盒。與LCD不同，OLED是電致發光器件，通電就可以發光，所以無需背光源，但仍然需要TFT背板來控制哪裡亮或不亮。因為沒有背光源，OLED往往更輕薄，響應速度更快，對比度更高，功耗更低，在成本上與LCD相比也有潛在優勢。但最大的優勢，還是易於實現柔性顯示，這對於LCD來講很難做到。

廖良生：除了LCD、OLED、QLED，顯示技術其實還不少，比如：CRT（陰極顯示管），PDP（等離子顯示板），LCoS（硅基液晶），激光顯示屏，LED（發光二極體），SED（表面傳導電子發射顯示屏），FED（場發射顯示屏），以及Micro LED（微型發光二極體顯示屏）。

從顯示技術生命周期的角度來看，Micro LED和QLED正處生長期，OLED正處成長期，電腦LCD與電視LCD都已在成熟期，而手機LCD已到衰退期，PDP和CRT則步入了死亡期。目前看來，LCD產品仍佔據市場主導位置，而OLED正在逐漸滲入市場。如黃博士提到的，OLED確實比LCD有優勢。

黃秀頎：雖然OLED對比LCD優勢明顯，但要取代LCD也沒那麼簡單。比如說， 儘管OLED與LCD都用TFT背板，但OLED的TFT背板用電流驅動，LCD的用電壓驅動，前者在製造難度上要高得多。一般來講，顯示技術的大規模生產碰到的問題可以粗略地分為三大類：「科學問題」、「工程問題」及「製造問題」。對於這三類問題的解決方法和周期都有差別。

目前，LCD相對來講已經相當成熟，而OLED還處於產業爆發的早期。對於OLED而言，還有很多問題亟待解決，尤其是要在量產線上逐步解決的製造類問題。此外，LCD和OLED產業的投資門檻都很高，比起多年前LCD的早期發展，OLED的步伐已經很快了。

廖良生：我想補充一下。據諮詢公司HIS Markit的預測，截至2018年，OLED的全球市場價值將達385億美元；截至2020年，將達670億美元，複合年均增長率為46%。它的另一個預測提到，截至2018年，OLED市場銷售額將佔顯示屏銷售總額的33%，LCD佔據剩下的67%；到2020年，OLED的市場份額將達54%。

黃秀頎：實際上各渠道的預測會有所不同，但在中小尺寸顯示屏市場方面OLED已經確立了對LCD的優勢。在小尺寸屏幕市場，像智能手錶和智能手機，OLED的滲透率約為20％到30％，競爭力彰顯。在電視這樣的大尺寸屏幕市場，OLED想佔領市場還需要更多的時間。

?LCD如何反擊？?

許軍：LCD提出於1968年，它在發展過程中，曾一次次克服自身不足，並打敗其他技術。但它仍有缺點。比如，現在已經有基本共識，LCD很難做出柔性屏。LCD自身不能發光，需要背光源。它必須克服上述不足才跟得上「更輕更薄」的趨勢。

但在另一方面，目前LCD的技術成熟，經濟效益好，遠比OLED更具優勢，圖片質量和對比度也不落後。當前，LCD技術發展的主要目標，是頭戴式顯示屏（HMD）。這意味著，我們需要在顯示解析度方面進一步用足功夫。

此外，OLED目前僅適用於中小尺寸屏幕，還無法撼動LCD在大屏幕中的地位。這就是為什麼顯示行業仍在投資10.5代LCD生產線。

趙東元：你是否認為LCD未來會被OLED或者QLED取代？

許軍：在討論OLED在超薄屏幕和柔性屏幕中應用的同時，我們還得分析它的不足。由於它的發光材料是有機材料，可能會縮短顯示屏的使用壽命。LCD能輕鬆使用10萬小時，OLED則還比較困難。如果LCD能在柔性屏上作出突破，會是對OLED很好的反擊。不過，LCD行業確實有感到憂慮重重。

LCD需要嘗試一些其他的反擊策略。目前LCD在大屏幕領域還有優勢，但六七年後呢？雖然OLED在短期內無法和LCD在大屏幕市場相提並論，如果人們改變生活習慣，放棄了大屏幕呢？人們可能再也不看電視了，只需要攜帶型屏幕。

市場調查機構中國信息產業發展中心（CCID）的一些專家預測，未來五六年內，OLED將在中小屏幕市場極具影響力。同時，京東方科技的一位高管也認為，五六年後，OLED能在中小屏幕領域與LCD持平甚至超過LCD；不過，要想完全超過LCD, 可能就需要十到十五年了。

?Micro LED卷進戰爭?

許軍：除了LCD，Micro LED儘管一直不是行業熱點，但實際上也已經發展很多年了。直到2014年5月，蘋果收購美國的Micro LED開發商LuxVue Technology，它才第一次受到人們的關注。蘋果想嘗試將Micro LED用於可穿戴電子設備上，以提高設備的電池壽命與屏幕亮度。

Micro LED，也被稱作mLED，或者μLED，是一種新型顯示技術。通過採用巨量轉移技術，Micro LED由微米級別的LED陣列組成，這些LED構成了一個個像素元件。Micro LED可以提供更高的對比度，更快的響應速度，超高的解析度和能效。相比OLED，它的發光效率更好，使用壽命也更長。不過它在柔性顯示中的應用劣於OLED。相比LCD，Micro LED則在對比度、響應速度以及能效上有更多優勢。目前，普遍認為Micro LED比前兩者技術更適用於可穿戴設備、AR/VR設備、車載顯示設備以及微型投影儀。

但Micro LED仍有技術瓶頸，比如外延、巨量轉移、驅動電路、全彩化及檢測修復技術等。它的製造成本還需降低。在短期內，它還無法和傳統LCD競爭，但在未來的三到五年里，它會受到更多關注，作為LCD和OLED後的新一代顯示技術，迅速商業化。

?競爭來了新客——量子點?

彭笑剛：說到新技術，我來聊聊量子點吧。首先，目前市場上的QLED（量子點發光二極體）電視只是在打著量子點的名號，並非我們聊的QLED技術。量子點是一類半導體納米晶體。由於所謂的量子限制效應，它能不斷調整發射波長。作為無機晶體，量子點在顯示設備中非常穩定。而且，得益於單晶特性，量子點發光的色彩純度非常高，進而保證了顯示屏的顏色質量。

有趣的是，量子點作為發光材料和現在的OLED和LCD都有些關係。市場上所謂的QLED電視，實際上是量子點增強型LCD電視，它是用量子點代替了LCD背光單元中的綠紅熒粉。這能大幅度提升LCD顯示屏的色彩純度和圖像質量，並可能降低能耗。這些LCD顯示屏，是利用了量子點的「光致發光（photoluminescence）」。

對於與OLED的相關性而言， QLED是將OLED中的有機發光材料，替換成量子點後的「電致發光（electroluminescence）」設備。雖然它和OLED具有幾乎相同的結構，但在性能上有著明顯的差異。跟量子點增強型LCD一樣，QLED比OLED的色域更寬，也比有機OLED更加穩定。

QLED和OLED的生產技術也有差別。OLED採用的是一種叫做精細金屬掩膜真空蒸鍍的高精密技術生產。QLED由於量子點是無機納米晶體，很難蒸發，則不能使用這種技術。若想商業化生產QLED，就得使用尚處研發階段的印刷電子技術。這可視為弱點，因為目前的印刷電子設備精度遠低於真空技術。但濕法工藝也可被視為優點，因為一旦解決了生產問題，其成本將遠低於用於OLED的真空蒸鍍工藝。不計TFT成本的話，OLED的生產投資至少要數百億元人民幣，QLED的投資能減少約90~95%。

由於列印技術做出的屏幕解析度低，QLED的解析度，在未來的幾年內，很難超過300 PPI（像素每英寸）。因此，QLED接下來幾年的競爭力將不在小屏幕，而是在中大型屏幕。

趙東元：量子點是無機納米晶體，需要用有機配體保護才能保證它們的穩定和功效。這個問題有解決方案嗎？再者，量子點能進行工業規模的商業化生產嗎？

彭笑剛：很好的問題。關於第一個問題，量子點的配體化學在過去的2-3年中發展迅速，因此無機納米晶體的膠體穩定性正逐步提升。2016年有報道稱，1毫升有機溶液可穩定容納1克量子點，對於印刷技術來說已經足夠。

關於第二個問題，目前已經有幾家公司在批量生產量子點。目前，生產出的量子點，專門用於製造LCD的背光單元。三星2017年所有的高端電視，均為帶量子點背光單元的液晶電視。美國的Nanosys公司也在為液晶電視生產量子點。而中國杭州的納晶科技，也在為中國電視製造商生產量子點。據我所知，納晶科技正在建設年產1000萬套帶量子點背光源彩色電視機的生產線。

?誰是中國的對手?

趙東元：目前韓國公司都在極力投資OLED。為什麼？有什麼中國能學習的地方？

黃秀頎：基於我對在OLED市場上領先的韓國三星公司的了解，很難講他們是在一開始就看準了OLED。三星從2003年起開始投資開發AMOLED（有源矩陣有機發光二極體）技術，直到2007年才開始進入量產。在2010年，OLED產品開始盈利。自此，三星才逐漸佔據市場的壟斷地位。

所以說，在開始的時候OLED只是三星可選的技術路線之一。當OLED在市場上逐步取得了有利地位，三星才開始提升OLED產品的產量，來維持公司的優勢。

另一個原因是競爭所需。蘋果多年來，因與三星的專利糾紛等諸多原因，一直未能使用OLED。但在iPhone X開始使用OLED之後，整個產業掀起了很大的波瀾。這讓三星決定向自己已經有所積累的OLED技術繼續投資，擴展產量，維持在這個領域的優勢。

此外，三星還花費了相當多的時間和精力來打造產業鏈。二三十年前，日本擁有最完整的顯示產品產業鏈。但自從三星進入了這個領域，並用心培養出其他上下游公司後，韓國製造商開始在顯示產業的產業鏈中佔據重要位置。

廖良生：三星和LG等韓國製造商掌握著全球90%的中小尺寸OLED面板供應。自從蘋果也開始購買三星的OLED面板，運到中國的OLED面板就不夠了。因此，僅憑進口，中國OLED面板的需求不能得到滿足。面對國內巨大的手機市場，中國必須發展自己的OLED生產能力。

黃秀頎：中國LCD的生產力對世界各國來說非常重要。比起LCD發展的初期階段，我們現在在OLED領域的地位明顯更高。在LCD的發展中，中國採用的是「引進—吸收—創新」的模式；而現在，在OLED的發展中，我們自主創新的比例更高。

我們來看看中國的優勢。第一，中國的市場巨大，而且我們非常了解國內用戶的需求。

第二，我們的人力資源規模很大。一家大工廠就能創造數千工作崗位，並會拉動整條產業鏈，需要成千上萬的工人。而中國這個人口大國，可以很好地滿足對工程師和熟練工人的需求。

第三，國家的支持。政府的支持力度很大，而製造商的技術也在不斷提高。我想中國的製造商將在OLED領域取得重大突破。

三星和LG已經主導OLED多年，我們要超越韓國還需時間。不過，我們在OLED材料和器件的開發方面已經頗有進步。在工藝技術和設計上，我們也有高水平的創新。我們已經有幾家比較大的製造商：維信諾、京東方、和輝光電和天馬等，近年來的發展蒸蒸日上。

?中國主導QLED的機會??

趙東元：中國在QLED上現在有什麼自主創新呢？或者說技術優勢？

彭笑剛：正如前面所提，量子點有兩種應用在顯示屏上的方式，即LCD背光單元中的光致發光和QLED中的電致發光。

對於光致發光應用而言，關鍵在量子點材料。中國在量子點材料上明顯佔據優勢。

納晶科技（彭笑剛是創辦人之一）在我回國後，經美國政府允許，購買了我在美國幾乎所有的發明專利。這些專利涵蓋了量子點的基本合成和加工工藝。納晶科技目前已能規模生產量子點。

作為參考，以三星為代表的韓國企業在各方面都是顯示技術的領頭羊，所以他們在量子點顯示技術的商業化上有自己的優勢。2016年末，三星收購了QD Vison（美國一家領先的量子點開發商），並在購買量子點相關專利、發展相關技術上投入巨大。

目前，中國在電致發光技術上處於國際領先地位。實際上，正是浙江大學的科學家團隊在2014年的《自然》雜誌上發表文章證明，QLED可以達到用於顯示應用的嚴格要求。然而，中國對量子點技術的資金投入遠不如美韓，誰能成為電致發光的國際贏家，得到最終的主導地位，還尚不明晰。基本上來說，量子點研究的發展歷史絕大部分都在美國，而韓國在這個方向上同樣投入巨大。

對於電致發光而言，很可能還需要與OLED共存很長一段時間，這是因為在小尺寸屏幕方面，QLED的解析度受限於列印技術的發展。

趙東元：QLED在價格與產量上能比OLED和LCD更有優勢嗎？

彭笑剛：如果電致發光可以成功通過列印技術實現的話，將非常便宜，只需OLED生產成本的十分之一。「納晶科技」和「京東方」等中國製造商，已經展示過列印的量子點顯示屏。但QLED目前在小屏幕市場不會直接與OLED競爭。黃博士在前面提過技術發展的三個階段：從科學，到工程，最終走到量產。對QLED來說，三個階段是融匯在一起的。誰想贏得比賽，必須得「三面發展」。

黃秀頎：以前我們拿OLED和LCD相比，可以看到OLED的很多優點，包括色域高、對比度高、響應速度快等等。但這些優點實際上很難成為消費者換機的決定因素，看起來柔性顯示才更可能是帶來殺手級應用的技術。

我認為QLED也會遇到同樣的情況。如果與OLED或LCD相比，它的「真實的」優勢會是什麼？對於QLED來講，在小尺寸屏幕方面可能很難找到優勢。彭博士之前有建議QLED在中尺寸屏幕上應用，那麼會有什麼獨特之處作為優勢呢？

彭笑剛：前面提到過QLED的兩個關鍵優點。其一，QLED是基於濕法列印技術，成本低、產量高；其二，量子點發光可以實現更寬的色域、更高的圖像質量和更長的產品壽命。中尺寸屏幕對於QLED技術來說是最容易的突破口，但大尺寸屏幕很有可能會是發展方向。

黃秀頎：但是客戶可能不會為了更寬的色域而掏腰包。我建議QLED應該多考慮新的顏色標準，比如新發布的BT2020標準（為高清4K電視定義的標準），並想辦法提供其他技術無法實現的獨特應用。QLED的未來，看起來還依賴於以後列印技術的成熟。

彭笑剛：新標準BT2020定義了寬廣的色域，這肯定會對QLED有所幫助。今天討論的技術中，只有這兩種量子點顯示屏不需要任何光學補償就能滿足BT2020。另外，色域的寬廣會相應地帶來了更好的圖像質量。我也同意列印技術的成熟在QLED的發展中將起到重要作用。目前的列印技術已經能夠用於中尺寸屏幕，稍作努力也會能在大尺寸屏幕中嶄露頭角。

?教育研究迫須改革?

許軍：QLED想要成為主導技術仍然非常困難。早於它之前發展的，有OLED；緊跟其後的，還有很多其他技術。擁有基礎專利和核心技術，能為中國贏取QLED市場的位置，可技術不是佔領主導地位的唯一要義。政府對QLED這類關鍵技術上的投資還是略少，還無法決定QLED能否成為主流技術。

彭笑剛：國內的產業內已經在投資QLED技術。比如說，納晶科技在QLED領域已經投資了約4億元人民幣，主要用於研究電致發光。中國還有一些玩家也在試水這一領域。但這遠遠不夠，我們缺乏研究列印技術的公司。我們的列印設備也主要從美國、歐洲和日本進口。我覺得列印技術的開發對於中國來講也會是一個機會。

許軍：我們的產業界是很願意與高校和研究機構合作的，目前他們的設備還嚴重依賴進口，如果能形成產業和學界的強力合作，應該對解決這些問題會有不小的幫助。

廖良生：由於在核心技術方面還是比較匱乏，中國的OLED製造商正在通過大量投資來獲取市場競爭力。但這可能會導致OLED產業過熱。近年來，中國不斷建造多條OLED生產線，總計成本大約達到4500億元人民幣。

影響國內產業快速發展的另一個問題是人才的短缺。舉例來說，去年光是京東方就需要超過1000名新工程師，然而國內的高校和研究機構顯然不能提供足夠專精的OLED領域的工程師。高校研究生的研究內容對行業發展有一定的脫節現象，目前似乎更重視發表學術論文。

黃秀頎：韓國的人才培養方式不太一樣。韓國很多博士生在高校和研究所所做的工作和大型企業里的幾乎一樣，這非常有利於他們進入企業以後可以快速上手。在另一方面，很多高校或研究所的教授都有在大型企業任職的經歷，這使得高校可以更好地了解產業的實際需求。

廖良生：大學和研究所目前對發表論文看得比較重，而對實用技術的研發則重視不夠。例如，新型太陽能電池（包括鈣鈦礦太陽能電池、有機太陽能電池、無機薄膜太陽能電池等）和二維薄膜材料與器件等領域的研究門庭若市，而對於行業內急待解決的技術問題，比如國產設備的設計開發等，因不容易發表論文，則少受關注。

許軍：這個可以理解。學生不願意花費足夠精力研究應用型成果，因為他們需要趕緊發文章好畢業，而學校也需要在短期內有研究成果的產出。對於這一點而言，也許可以這樣來解決：產業界與學術界建立共享平台，推動雙方人才與資源的流動。學術界圍繞社會生產力需求的原創性基礎進行研究，產業為原創性研究的教授和學生提供設備與經濟資源。

趙東元：我們今日的討論非常精彩，給出的建議有洞察力，也有建設性。產業與學術的強強聯合對中國顯示技術的未來至關重要，我們都應為此而努力。

英文原文2018年5月發表於《國家科學評論》（National Science Review, NSR），原標題為「Who will win the future of display technologies?」。NSR是科學出版社旗下期刊，與牛津大學出版社聯合出版。《知識分子》獲NSR和牛津大學出版社授權刊發該文中文翻譯。原文鏈接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwy050

製版編輯：黃玉瑩 |

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