液晶顯示材料標準化發(fā)展建議

吳怡然， 孫 勉， 曹可慰， 李其聰

（中國電子技術(shù)標準化研究院， 北京 100176）

1 引 言

隨著韓國面板企業(yè)退出液晶顯示領(lǐng)域，日本和中國臺灣企業(yè)競爭力下降，在顯示領(lǐng)域“三國四地”的競爭格局中，我國已成為液晶顯示面板占較大優(yōu)勢的全球第一制造大國，也成為液晶顯示材料全球最市場。顯示材料已成為關(guān)系我國液晶顯示產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定以及液晶顯示產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展最重要的一環(huán)。液晶顯示技術(shù)進一步提升色彩表現(xiàn)、對比度、能耗等均依賴于材料環(huán)節(jié)的技術(shù)創(chuàng)新。我國液晶顯示產(chǎn)業(yè)綜合競爭力的提升也急需材料環(huán)節(jié)進一步提升國產(chǎn)化水平。

在液晶顯示材料行業(yè)生產(chǎn)研制、驗證導(dǎo)入、質(zhì)量穩(wěn)定性提升、自主品牌塑造、市場認可度提升、材料間協(xié)調(diào)配套等各關(guān)鍵發(fā)展階段，都需要標準化發(fā)揮基礎(chǔ)性和引領(lǐng)性的支撐、保障和促進作用。本文通過對國內(nèi)外液晶顯示產(chǎn)業(yè)體系和液晶材料標準體系進行比對分析，對各層級、各類型標準的重點發(fā)展方向進行科學歸納，優(yōu)化重構(gòu)了液晶顯示材料標準體系設(shè)計，提升了標準體系對產(chǎn)業(yè)體系的匹配度和標準體系統(tǒng)籌各層級標準的可實施性，為進一步發(fā)揮標準化平臺價值奠定了堅實的基礎(chǔ)。

2 顯示技術(shù)迭代發(fā)展，液晶顯示仍是主流

在顯示產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程中，光電轉(zhuǎn)換模式、顯示材料、制造工藝、器件設(shè)計等核心技術(shù)呈現(xiàn)出升級換代發(fā)展的規(guī)律。顯示技術(shù)先后經(jīng)歷了由陰極射線管顯示技術(shù)（CRT），到等離子體顯示（PDP）和液晶顯示（LCD），再到目前薄膜晶體液晶顯示（TFT-LCD）、有源驅(qū)動有機發(fā)光二極管（AMOLED）、量子點顯示、micro-LED等新型顯示多技術(shù)共同發(fā)展的階段。顯示技術(shù)的發(fā)展歷程總體呈現(xiàn)半導(dǎo)體工藝取代電真空工藝的總趨勢，最典型的例子是液晶顯示，特別是TFT-LCD顯示。液晶顯示以其高分辨率、快響應(yīng)速度、逐漸體現(xiàn)的成本優(yōu)勢擊敗了PDP，與元器件領(lǐng)域類似，也是半導(dǎo)體制成技術(shù)替代電真空技術(shù)的標志之一。此后的OLED、量子點顯示、micro-lED等顯示技術(shù)也都是以半導(dǎo)體制程技術(shù)為基礎(chǔ)。

目前顯示行業(yè)占主流的顯示技術(shù)主要是TFTLCD和AMOLED，其中AMOLED憑借其優(yōu)異的色彩表現(xiàn)、低功耗、快響應(yīng)速度等成為中小尺寸高端顯示屏的首選技術(shù)［1］。但TFT-LCD依然憑借成本、壽命、分辨率、低灰階均勻性和人眼健康等優(yōu)勢占據(jù)了顯示市場的絕對主流。并且隨著mini-LED背光源技術(shù)、量子點色彩增強技術(shù)、疊屏技術(shù)等的涌現(xiàn)，TFT-LCD的色彩表現(xiàn)、對比度等方面得到極大提升，有望繼續(xù)保持主流顯示技術(shù)的地位［2-3］。全球顯示產(chǎn)業(yè)各技術(shù)市場占比如圖1所示。

圖1 全球各顯示技術(shù)市場占比Fig.1 Global display technology market share

3 顯示材料決定產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)新水平和競爭力

顯示全產(chǎn)業(yè)鏈中各環(huán)節(jié)利潤占比呈現(xiàn)典型的“微笑曲線”的特點，材料、設(shè)備等上游環(huán)節(jié)是利潤率、附加值最高的環(huán)節(jié)［4］。TFT-LCD供應(yīng)鏈清單中的主要材料品類的成本占比如圖2所示。材料不僅以其高技術(shù)附加值成為全產(chǎn)業(yè)鏈中的高利潤環(huán)節(jié)，同時也越來越體現(xiàn)引導(dǎo)顯示技術(shù)發(fā)展的特點。新型顯示材料的技術(shù)突破將在顯示領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展中扮演越來越重要的角色，也將是顯示產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新的源頭和關(guān)鍵，例如量子點增強顯示材料。此外，顯示材料對我國顯示產(chǎn)業(yè)的重要性尤其突出，材料環(huán)節(jié)是我國顯示產(chǎn)業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，其中包括高世代玻璃基板、有機發(fā)光材料、光刻膠等短板材料。材料產(chǎn)業(yè)鏈的薄弱不僅影響我國顯示全產(chǎn)業(yè)鏈的利潤空間和降本增效，還限制了我國顯示全產(chǎn)業(yè)鏈的協(xié)同創(chuàng)新效能，限制了原創(chuàng)技術(shù)的開發(fā)和迭代［5］。更嚴重的問題在于，由于存在產(chǎn)業(yè)鏈上游依賴進口的情況，我國顯示產(chǎn)業(yè)存在受制于人的風險，自主保障能力和安全可控水平都較低。我國在顯示產(chǎn)業(yè)的總投資已超1.4萬億元，無論產(chǎn)業(yè)發(fā)展風險防控、產(chǎn)業(yè)升級發(fā)展動力、產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)都依賴于顯示材料的高質(zhì)量發(fā)展。

圖2 液晶顯示各類材料成本占比Fig.2 Proportion of the cost of various liquid crystal display materials

4 液晶顯示材料國內(nèi)外標準化現(xiàn)狀與趨勢

4.1 國際標準現(xiàn)狀

液晶顯示材料沒有對應(yīng)的國際標準化組織，也基本沒有現(xiàn)行國際標準，僅在顯示器件的國際電工委員會（IEC）標準中有幾項玻璃蓋板測試方法標準。國外標準主要是國際半導(dǎo)體設(shè)備和材料協(xié)會（SEMI）的團體標準。在SEMI標準中，顯示材料不屬于活躍領(lǐng)域，近幾年更新較慢，相關(guān)標準共35項，大部分標準標齡超過10年。SEMI標準中除英文版標準外，日文版標準較多，反映了在顯示材料領(lǐng)域，SEMI的主要技術(shù)力量來自日本。而隨著日本顯示產(chǎn)業(yè)的式微，相關(guān)標準化工作也較為停滯。在現(xiàn)行SEMI標準中，產(chǎn)品標準有15項，方法標準有14項，術(shù)語標準有6項，3類標準分布較為均衡。相對而言，術(shù)語標準占比較高，體現(xiàn)了SEMI標準在奠定行業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)則的階段較為活躍。隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，標準化工作滯后，造成產(chǎn)品與方法標準相對較少的情況。按材料類別分，SEMI標準主要涉及的材料類別包括玻璃基板、掩模版、彩色濾光片、偏光片、藍寶石晶體等。與顯示材料產(chǎn)品體系相比較，缺少液晶材料、有機發(fā)光材料方面的標準。此外，彩色濾光片標準較多，而隨著產(chǎn)業(yè)鏈整合發(fā)展趨勢，彩色濾光片已逐漸不再有單獨的產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)，面板企業(yè)改為外采彩色光刻膠。由于缺乏及時的更新維護，部分SEMI標準無法匹配現(xiàn)行產(chǎn)品分級分類方式，如現(xiàn)行SEMI標準中玻璃基板的相關(guān)產(chǎn)品標準并未按高低世代分。現(xiàn)行SEMI標準梳理統(tǒng)計見圖3。

圖3 顯示材料SEMI標準梳理。（a）不同標準類型標準數(shù)量；（b）不同種類材料標準數(shù)量。Fig.3 SEMI standard carding.（a） Standard quantities of different standard types； （b） Standard quantities of different types of materials.

在現(xiàn)行SEMI標準中，玻璃基板領(lǐng)域有6項產(chǎn)品標準，分別為質(zhì)量區(qū)域規(guī)范、標準尺寸、玻璃基板盒、邊緣條件、玻璃基板規(guī)范、信息管理規(guī)范。掩模版領(lǐng)域有4項產(chǎn)品標準，分別為LCD用掩模版、大尺寸掩模版、超大尺寸掩模版案例和LCD掩膜質(zhì)量區(qū)域。偏光片有1項產(chǎn)品標準，為標記規(guī)范。藍寶石襯底領(lǐng)域有4項產(chǎn)品標準，分別為藍寶石、藍寶石襯底、藍寶石片、藍寶石單晶錠規(guī)范。其中，氮化鎵和藍寶石材料屬于半導(dǎo)體材料，半導(dǎo)體行業(yè)包括集成電路領(lǐng)域、顯示領(lǐng)域、光伏領(lǐng)域等，具有一定的通用性，因此SEMI標準中包含氮化鎵和藍寶石。但在我國的標準體系中，將這兩類材料劃分至半導(dǎo)體材料標準體系中，不在顯示體系中單獨分類。在SEMI標準中，方法標準分類按詳細的測試項分，沒有按測試項類別進行整合，標準顆粒度較細。術(shù)語包括基板術(shù)語、掩膜缺陷術(shù)語、圖案精度術(shù)語、基板偏轉(zhuǎn)術(shù)語、偏光片術(shù)語、塑料基板術(shù)語等6項。

4.2 國內(nèi)標準現(xiàn)狀

我國顯示材料領(lǐng)域的行業(yè)級以上標準共有72項，暫無顯示材料的團體標準，在研計劃7項。其中，國標32項，行標40項，在研計劃全部為國標計劃。現(xiàn)行標準及在研計劃涵蓋了彩色濾光片、玻璃基板、偏光片、光刻膠、液晶材料、有機發(fā)光材料、印刷OLED材料、熒光粉、玻璃粉、顯像管用材料等領(lǐng)域，包括方法標準39項、產(chǎn)品標準34項、基礎(chǔ)通用標準6項。現(xiàn)行標準中除極個別玻璃和偏光膜用原材料外，現(xiàn)行和在研標準均為全國半導(dǎo)體設(shè)備和材料標準化技術(shù)委員會（TC203）歸口管理。

其中屬于液晶顯示材料的共有40項，涵蓋了彩色濾光片、玻璃基板、偏光片、液晶材料、光刻膠等各類材料，材料的種類覆蓋率較全?，F(xiàn)行液晶材料標準統(tǒng)計情況見表1。

表1 液晶顯示材料現(xiàn)行標準統(tǒng)計Tab.1 Current standard statistics of liquid crystal display materials

玻璃基板的國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展較早［6］，標準化工作也發(fā)展較早，已基本建立了產(chǎn)品和方法標準體系，但產(chǎn)品標準未按高低世代分。隨著顯示技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有產(chǎn)品標準的分類方式與現(xiàn)行產(chǎn)品分級分類方式不符［7］。測試方法標準包括部分表面性能測試方法和化學耐久性測試方法。

偏光片領(lǐng)域現(xiàn)行標準均為方法標準，包括表面耐劃傷性、表面硬度測試方法和偏光膜試驗方法，且沒有相關(guān)產(chǎn)品標準，需要按照應(yīng)用需求分類制定液晶顯示用偏光片產(chǎn)品標準，并對現(xiàn)行方法標準按測試類別整合，包括表面性能、理化性能、光學性能、可靠性、工藝性能［8］。對照SEMI標準體系，也可考慮制定相關(guān)術(shù)語標準。

顯示用光刻膠領(lǐng)域的國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚，但近幾年國內(nèi)企業(yè)快速進步，標準化工作也隨之發(fā)力。目前有3項彩色光刻膠測試方法和1項正性光刻膠測試方法在研計劃，該4項標準發(fā)布后，可以填補相關(guān)領(lǐng)域的標準空白，且上述4項標準幾乎涵蓋了目前光刻膠所需的所有測試項。目前該領(lǐng)域處于量產(chǎn)突破［9］和驗證導(dǎo)入階段，考慮在技術(shù)成熟固化后，再制定相關(guān)產(chǎn)品標準［10］。

液晶材料現(xiàn)行標準包括1項術(shù)語標準、4項產(chǎn)品標準和1項測試方法標準。其中，產(chǎn)品標準包括普通和TFT用單體液晶和混合液晶，與現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品分級分類相對應(yīng)。測試方法標準為單體液晶的測試方法，后續(xù)將根據(jù)產(chǎn)業(yè)需要，補充混合液晶的測試方法。

4.3 國內(nèi)標準體系

通過調(diào)研和梳理我國顯示材料產(chǎn)品分類分級方式，結(jié)合標準化工作基礎(chǔ)，按照標準體系設(shè)計原則，TC203組織制定了液晶顯示材料的國家標準體系，如圖4所示。在標準體系中規(guī)劃了玻璃基板、液晶材料、光刻膠、背光模組、偏光片、配向膜材料等各類材料標準。產(chǎn)品標準版塊按材料體系展開，方法標準版塊按材料類別和測試類別展開。

圖4 液晶顯示材料標準體系Fig.4 Standard system of the liquid crystal display material

5 液晶顯示材料標準化支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

近兩年全球顯示產(chǎn)業(yè)競爭格局的一個最典型的規(guī)律和趨勢就是韓國逐漸退出液晶顯示領(lǐng)域，液晶顯示產(chǎn)業(yè)進一步向中國大陸地區(qū)轉(zhuǎn)移，中國大陸的液晶顯示面板全球產(chǎn)能占比達63.4%。我國已成為全球最大液晶顯示面板制造國，也是最大的液晶顯示材料市場。為進一步促進我國液晶顯示產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，從規(guī)模效益型向質(zhì)量與創(chuàng)新驅(qū)動型轉(zhuǎn)變，以及更好地支撐我國液晶顯示材料補短板、鍛長板，更好地服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈綜合競爭力和協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)建設(shè)，結(jié)合對國內(nèi)外標準現(xiàn)狀的梳理和分析，本文提出以下液晶顯示材料標準化發(fā)展建議。

5.1 標準規(guī)范市場發(fā)展、推動質(zhì)量基礎(chǔ)建設(shè)

我國是全球液晶顯示材料最大市場，不僅我國材料企業(yè)快速發(fā)展，大量外資材料企業(yè)也在我國投資設(shè)廠。此外，我國材料進口量也位列國際前列，材料市場的規(guī)范化發(fā)展需要科學、先進的標準體系作基礎(chǔ)。

（1）加強標準體系化發(fā)展，服務(wù)檢驗檢測合格評定等市場質(zhì)量管理，服務(wù)進出口管理，服務(wù)產(chǎn)業(yè)政策落地實施。為規(guī)范市場發(fā)展、加強質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，需要補齊標準體系中的空缺項，實現(xiàn)產(chǎn)品標準和方法標準的全覆蓋。

（2）對國內(nèi)市場用量大、產(chǎn)量大、通用性強的材料，如液晶材料、偏光片和玻璃基板，制定、修訂和整合產(chǎn)品標準和方法標準，改變以規(guī)格說明書和技術(shù)要求等企業(yè)行為規(guī)定產(chǎn)品質(zhì)量的現(xiàn)狀，以權(quán)威的產(chǎn)品和方法標準作為產(chǎn)品的質(zhì)量評價依據(jù)，以標準化作為材料質(zhì)量管理的手段和質(zhì)量可靠性提升的路徑。

（3）對國內(nèi)市場進口量大、與財關(guān)稅政策關(guān)聯(lián)度高的材料，如光刻膠和配向膜［11-12］，研制產(chǎn)品標準以提高關(guān)稅稅則目錄等政策的實施效果，完善進出口管理。

（4）落實低碳環(huán)保政策要求，加強玻璃基板等高耗能材料的綠色制造標準的研制，強化綠色標準的實施，限制低端落后產(chǎn)能轉(zhuǎn)移和新增。

（5）充分發(fā)揮我國液晶顯示產(chǎn)業(yè)技術(shù)實力和國際地位，加強國家標準和行業(yè)標準外文版工作，以標準為媒介，推進顯示領(lǐng)域“一帶一路”建設(shè)。通過研制和實施外文版標準，在全球行業(yè)發(fā)展路線中，貢獻中國智慧，提升我國產(chǎn)業(yè)的影響力和競爭力。

5.2 標準促進協(xié)同創(chuàng)新、支撐強鏈補鏈延鏈

我國顯示產(chǎn)業(yè)的“主體集中”和“區(qū)域集聚”發(fā)展態(tài)勢較好，在龍頭顯示面板企業(yè)作為鏈主企業(yè)的帶動下，形成了以長三角、珠三角、京津冀、成渝鄂為代表的顯示產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)域。顯示面板企業(yè)和材料企業(yè)間的協(xié)同發(fā)展基礎(chǔ)也較好，典型如彤程新材（北旭）、欣奕華、鼎材等光刻膠企業(yè)，格林達等化學品企業(yè)均與面板企業(yè)在定制化產(chǎn)品的開發(fā)上建立了良好的協(xié)同創(chuàng)新合作。東旭與京東方公司在低世代玻璃基板上聯(lián)合抵御外部壓力也是上下游協(xié)同發(fā)展的經(jīng)典案例。

此外，顯示行業(yè)產(chǎn)學研用協(xié)同創(chuàng)新的基礎(chǔ)也較好，液晶材料企業(yè)與清華大學的技術(shù)淵源，玻璃基板企業(yè)與武漢理工大學、浙江大學等大學的聯(lián)合攻堅，都是經(jīng)典案例。

當前我國顯示產(chǎn)業(yè)進一步高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵之一就是在產(chǎn)業(yè)集聚、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新基礎(chǔ)和產(chǎn)學研用聯(lián)合創(chuàng)新基礎(chǔ)上建設(shè)產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)［13］，其中標準化能發(fā)揮重要的支撐作用和平臺價值。通過標準體系中空缺標準的研制和滯后標準的修訂，提高上下游需求對接，把質(zhì)量提升與技術(shù)升級相結(jié)合。通過標準的實施應(yīng)用和評價反饋，塑造國產(chǎn)產(chǎn)品品牌，把品牌樹立與協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)建設(shè)相結(jié)合。通過標準化促進協(xié)同創(chuàng)新，進一步增強我國顯示產(chǎn)業(yè)鏈的韌性，把標準化工作的重點更精準地集中于強鏈、補鏈和延鏈的需求，加強對質(zhì)量管理、工藝匹配性等產(chǎn)業(yè)鏈下游關(guān)鍵共性技術(shù)的標準研制。

5.3 標準保障科技攻關(guān)、推動科研成果應(yīng)用

在重點研發(fā)計劃“新型顯示與戰(zhàn)略性電子材料專項”、“工業(yè)強基工程”等國家科研和產(chǎn)業(yè)化專項的支持下，我國短板顯示材料技術(shù)突破總體較快，但需要解決的產(chǎn)業(yè)鏈斷點、堵點的壓力依然較大。為此，主管部門已加強對高世代玻璃基板、LTPS玻璃載板、顯示用光刻膠、量子點增強顯示材料［14］等關(guān)鍵短板材料的科研攻關(guān)支持。

從核心技術(shù)突破到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵發(fā)展時期，需要先進、成體系的標準為媒介固化技術(shù)成果；需要在研制標準的過程中，通過性能參數(shù)體系、技術(shù)指標體系和測試方法體系的細化和明確，以及檢驗規(guī)則、包裝運輸貯存等要求的協(xié)商一致，完善技術(shù)成果，打通材料應(yīng)用的最后一公里；需要通過標準的貫徹實施，推廣技術(shù)成果、推廣國產(chǎn)材料，并以標準的實施反饋為材料迭代創(chuàng)新的需求來源之一；需要方法標準先行，用統(tǒng)一的標準促進產(chǎn)業(yè)鏈形成研發(fā)合力，并提升市場管理效能，用標準的“硬約束”作用來倒逼產(chǎn)品質(zhì)量的提高和行業(yè)整體質(zhì)量水平的提升。

5.4 加強標準統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、完善標準體系建設(shè)

針對目前標準化工作中客觀存在的因歸口爭議問題影響標準研制的情況，需要從標準體系設(shè)計與建設(shè)層面加強統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)。從液晶顯示產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式、產(chǎn)業(yè)體系發(fā)展趨勢出發(fā)，科學設(shè)計標準體系，明確顯示材料的特殊性和特殊地位。在玻璃基板、有機薄膜襯底、偏光片等領(lǐng)域，加強標準化技術(shù)組織的溝通和協(xié)作，合理劃清工作界面，明確責任與義務(wù)，實現(xiàn)上下游標準的有效銜接和共同發(fā)展。依據(jù)標準體系規(guī)劃和體系重點建設(shè)方向，面向行業(yè)急需，以上下游企業(yè)組成聯(lián)合主體，加快補齊標準體系空缺環(huán)節(jié)，實現(xiàn)材料有標準所依、依標準發(fā)展。

6 結(jié) 論

本文通過對國內(nèi)外標準現(xiàn)狀的梳理，結(jié)合產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，對現(xiàn)行液晶顯示材料領(lǐng)域72項標準進行了分析。設(shè)計了涵蓋6大類、幾十種材料的標準體系，為液晶顯示材料領(lǐng)域標準化工作提供了科學的頂層設(shè)計。從標準化工作基礎(chǔ)和現(xiàn)狀出發(fā)，提出了如何統(tǒng)籌3個層級、3類標準協(xié)調(diào)發(fā)展的4點工作建議。