显示面板作为信息时代的“窗口”,其制造技术水平直接决定了国家在全球电子信息产业链中的地位。从阴极射线管(CRT)时代到液晶显示器(LCD)时代再到有机发光二极管(OLED)时代,日本、韩国引领了显示产业的每一次技术跃迁,深刻重构了全球产业版图[1]。中国显示产业的发展相对滞后,20世纪80年代从零起步,通过成套引进、消化吸收、自主创新的模式,逐步实现产业发展,经过20多年的追赶,在面板出货量上已位居全球第1位。伴随着显示产业的快速崛起,中国显示产业“大而不强”的痛点迄今依然突出:2022年中国大陆显示面板产线装备国产化率虽已提升至30%,但大部分为价值较低的非核心装备,高价值的核心装备如蒸镀机、曝光机等仍基本依赖进口[2, 3]。
在显示产业蓬勃发展的同时,显示制造装备产业也积累了一定的技术基础,培养了一批人才,特别是国家相关集成电路制造专项行动为显示制造装备国产化提供了宝贵经验,加上广东省在显示产业基础、技术可行性和平台基础等方面的优势,显示制造装备国产化行动具备了“天时地利人和”的先决条件;在中美科技博弈加剧、全球供应链动荡的背景下,显示装备国产化已超越产业经济范畴,成为关乎国家战略安全的核心命题,显示制造核心装备国产化行动势在必行。
位于广东省佛山市的季华实验室在显示装备国产化方面已展开行动,牵头实施了显示制造核心装备国产化的专项“璀璨行动”,布局了17台套核心装备项目,规划用5—10年时间完成国产化研制测试验证及产业化应用,逐步实现装备国产化的替代。
1 全球显示装备技术演进:产业兴起与转移 1.1 CRT时代:日本的技术霸主与产业链垂直整合20世纪60—90年代,CRT显示技术催生了首个全球化显示产业体系。日本企业通过“材料—装备—产品”全链条垂直整合,建立起难以撼动的技术壁垒。日本东芝公司开发的自动玻壳成型机将生产效率提升300%,日本索尼公司的电子枪精密组装装备实现0.1微米级定位精度。这一时期,日本占据全球CRT装备市场90%份额,日本尼康公司、佳能公司的光学技术储备为其后续突破LCD装备埋下伏笔。
1.2 LCD革命:日韩与中国台湾地区的“铁三角”20世纪90年代,薄膜晶体管液晶显示器(TFTLCD)技术的产业化,标志着显示装备进入精密制造时代。日本凭借先发优势,在关键装备领域形成“卡脖子”能力:东京电子公司的化学气相沉积(PECVD)装备实现玻璃基板10层薄膜均匀沉积,尼康公司的步进式曝光机将线宽精度推进至3 μm。韩国通过“反向工程+资本驱动”策略,联合韩国三星康宁公司开发出全球首个5代线玻璃熔炉,韩国乐喜金星公司与日本爱发科公司合作研制出大尺寸干法刻蚀机。中国台湾地区则聚焦装备本地化,独立研发出首台阵列制程搬运机器人,装备自给率在2005年达到40%,装备技术与显示技术同步发展,实现了装备的区域性自足。
1.3 OLED与柔性显示:韩国的“先发优势”2010年,韩国三星公司量产主动矩阵有机发光二极体(AMOLED)面板,标志着显示装备复杂度跃上新台阶。蒸镀机成为“皇冠上的明珠”:日本佳能特机公司的高精度金属掩模板(FMM)蒸镀机可实现347万个子像素的精准对位,装备交货周期长达24个月,单台售价超1.5亿美元。韩国通过“装备—材料—专利”三位一体布局,AP System的激光退火装备将多晶硅迁移率提升至100 cm2/Vs,东宇公司的柔性聚酰亚胺(PI)基板处理系统支撑了折叠屏量产。这一时期,韩国显示装备自给率突破70%,构建起从3.5代到8.6代的全世代覆盖能力,其内部培养起相当成熟的装备产业能力,装备企业发展壮大,区域性的显示装备产业圈更难以突破[4]。
2 中国显示产业的发展:从“市场换技术”到“创新突围” 2.1 技术引进与初步发展(1)技术引进与消化吸收。20世纪80年代,我国开始涉足液晶显示领域,主要通过引进国外的成套产线来建立自己的显示面板产业,部分企业从日本、韩国等引进了早期的小世代液晶显示面板生产线,包含简单的液晶玻璃基板切割装备、液晶灌注装备等。这一时期,国内企业主要以消化吸收引进技术为主,不具备制造装备的自主研发能力。
(2)产业基础的初步建立。通过成套引进,我国逐渐建立起了一些液晶显示面板生产线,培养了一批相关的技术人才和产业工人。同时,一些科研机构和高校也开始开展液晶显示技术的研究,为后续的技术创新和产业发展奠定了一定的基础。然而,在这一阶段我国显示面板制造装备产业仍处于空白状态,主要依赖进口装备来满足生产需求。
2.2 自主研发与产业培育(1)自主研发的起步。21世纪初,随着国内显示面板产业规模的逐渐扩大,对制造装备的国产化需求日益增长。2005年,京东方公司建设第5代TFT-LCD产线时,装备投资中外资占比高达98%。光刻机依赖日本尼康公司NSR系列,刻蚀装备被日本东京电子公司垄断,甚至连玻璃基板清洗机都需进口。这种“交钥匙工程”的模式有3个问题:①装备维护成本高;②技术迭代受制于人,国外严格限制装备商向中国出售8.5代以上技术;③利润空间遭挤压,装备采购成本占面板厂商总成本的35%以上。国内一些企业和科研机构开始加大在显示面板制造装备领域的自主研发投入。例如,在光刻机方面,国内企业开始研发适用于中小尺寸显示面板的光刻机,虽然与国外先进水平存在较大差距,但迈出了自主研发的重要一步。在液晶面板清洗装备领域,国内企业通过技术创新,开发出了一些具有自主知识产权的清洗装备,在国内市场逐渐占据了一定份额。
(2)产业培育与政策支持。为了推动显示面板制造装备产业的发展,国家出台了一系列政策支持措施,包括科研项目资助、税收优惠等。这些政策鼓励企业和科研机构加强合作,共同开展关键技术的研发。同时,国内一些地方政府也积极打造显示面板产业集群,吸引了一批相关企业入驻,促进了产业的集聚发展,为制造装备产业的培育提供了良好的产业环境。
2.3 快速发展与技术突破21世纪10年代中期以来,国内在显示面板制造装备领域取得了一系列关键技术突破。在刻蚀装备方面,国内企业研发出了能够满足高世代液晶面板生产需求的刻蚀装备,其性能指标逐步接近国际先进水平。在OLED蒸镀机领域,国内企业通过自主研发和技术创新,开发出了具有自主知识产权的蒸镀机,打破了国外企业的技术垄断。此外,在检测装备、自动化搬运装备等领域,国内企业也取得了显著进展,产品质量和性能不断提升。至2020年,国内企业在成盒装备(灌注机国产化率55%)、检测装备(AOI国产化率48%)等领域实现群体突破[5-7]。
3 显示面板市场的发展前景:LCD趋于饱和,OLED正成为市场主力军、Micro LED将步入市场前端国内显示面板产品短期内仍以LCD为主流,且国内LCD产能已趋于饱和。2024年,显示面板产能占比超过60%,其中LCD领域占据绝对优势;OLED领域正在加速追赶,在小尺寸已占据半壁江山且正往中尺寸渗透[8-10];Micro LED逐步走向成熟,待良率及成本问题解决后将大放异彩[11-13]。
3.1 国内OLED面板市场快速增长OLED显示面板的应用逐渐向中低端市场下沉,并随着OLED技术不断走向成熟,生产成本逐渐下降,更多中低端智能设备产品具备了搭载OLED面板的条件。各大厂商也逐渐将OLED乃至柔性OLED下沉至中低端产品市场(图 1),这使得全球OLED市场规模持续扩张。数据表明,2024年全球OLED面板市场规模提升至450亿美元,从面板出货量来看,预计到2027年出货量将达到12.2亿片(图 2)。
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图 1 2023年中国OLED下游应用占比 Figure 1 Proportion of downstream OLED applications in China, 2023 |
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图 2 全球OLED显示面板出货量及其占比 Figure 2 Global OLED display panel shipments and their proportions |
在庞大的OLED面板市场驱动下,各大显示面板厂商也正在升级适用于中大尺寸面板的工艺,同时加大产线投资,以突破成本和良率限制。2025年,OLED投资规模占全球显示器总投资比重将达84%,上升趋势明显,这将拉动OLED产能快速扩张,逐渐对原有LCD产线实现替代。国内面板企业中,京东方公司、维信诺公司已投资G8.6代OLED产线,并将率先走向量产,其他面板企业也正在规划建设OLED量产线。新型显示产业已初步形成产业集群,面板生产线领域的总投资额超过了1.2万亿元。
3.3 Micro LED面板市场逐渐形成近年来,Micro LED作为新一代显示技术,市场呈发展态势。在高端显示领域,如超大尺寸商用显示屏、高端电视、车载显示等,Micro LED已成为各大厂商竞相布局的关键技术方向,推动着全球Micro LED行业市场需求持续上扬。目前,Micro LED仍处于产业化初期,技术的快速迭代和规模化生产有望使其生产成本快速下降。据预测,未来数年,Micro LED将加速渗透至更多细分市场,市场规模有望迎来爆发式增长。预计到2028年,全球Micro LED显示面板市场规模将超过100亿美元(图 3),出货量也将达到亿片级别。
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图 3 2024—2028年全球Micro LED显示市场规模预测 Figure 3 Forecast of global Micro LED display market size from 2024 to 2028 |
鉴于Micro LED广阔的市场前景,显示面板企业纷纷加大在该领域的投资力度。一方面企业不断加大技术研发的投入,另一方面大规模的产线建设也在紧锣密鼓地推进中。预计到2028年,Micro LED投资规模占全球显示器总投资比重将超过30%,且呈持续上升态势。
国内企业更是表现出强烈的投资意愿,如京东方、华星光电、天马微电子等龙头面板厂商均已规划或启动了Micro LED产线建设项目。这些投资不仅将助力国内Micro LED产能快速扩张,还有望在未来数年内实现对传统显示技术产线的部分替代,重塑全球显示产业格局。
3.5 显示面板市场的发展带动显示制造装备市场的发展随着显示面板的升级换代,投资规模逐渐增加,同时上游装备研制投入也在逐步提升。AMOLED的生产线总投资规模是LCD的110%,其中装备投资更是高到82%。自2024年开始,将迎来一波新的AMOLED行业工厂建设周期,预计AMOLED显示面板制造装备市场规模将达到新的高度;随着Micro LED产业的兴起,其装备市场迎来了全新的发展机遇。由于Micro LED对制造精度、工艺稳定性要求极高,装备投资规模远超传统显示技术。一条先进的Micro LED生产线,装备投资占比可高达总投资的80%以上,预计该占比在未来5年内将持续增长。
4 显示制造装备国产化的必要性、重要性与紧迫性:超越经济账的战略考量 4.1 供应链安全:不能再承受的“断链”风险长期以来,在全球化市场的驱动下,我国显示面板制造装备大量依赖进口。但近年来,逆全球化的趋势越来越明显,一旦国际政治经济形势发生变化,如贸易摩擦、技术封锁等,进口装备的供应将面临严重风险。显示面板产业是国家战略性新兴产业,对于提升国家信息产业竞争力具有重要意义。掌握显示面板制造装备核心技术,实现国产化,是维护国家产业战略安全的关键。只有实现装备自主可控,才能在全球显示面板产业竞争中占据主动地位,避免因技术受制于国外而在产业发展中“断链”,陷入被动局面[14]。
4.2 技术主权:培育“自主创新”显示面板制造装备国产化能够带动整个产业链的协同创新。装备制造企业与显示面板生产企业紧密合作,根据面板生产的实际需求进行装备研发和改进。这种协同创新模式能够加速新技术、新工艺的应用和推广,推动整个显示面板产业的技术升级。同时,实现制造装备国产化需要求企业加大研发投入,突破关键核心技术。在这一过程中,企业将培养和锻炼一批高素质的研发人才队伍,积累丰富的技术创新经验,从而提升我国在显示面板制造装备领域的自主创新能力随着自主创新能力的提升,我国将能够在全球显示面板技术竞争中占据更有利的地位,推动产业向高端化发展。
国家相关集成电路制造专项行动投入220亿元推动装备攻关,开创了三大突破路径:逆向创新、协同攻关、并购整合。这些工作为显示制造装备国产化积累了经验。半导体领域相关国产装备技术与显示制造装备技术有相当强的同源性,引进国外成套生产线并建立产业发展的过程中培养的一批人才也为显示制造装备国产化提供了若干重要的基础条件。
4.3 利润分配:增强我国显示产业的“竞争力”国产化显示面板制造装备的发展能够有效降低面板生产企业的装备采购成本,而显示面板行业装备采购成本占总成本的35%以上,但此部分利润却被外资装备商攫取;此外,国产装备企业能够更快速地响应国内面板生产企业的需求,提供及时的技术支持和售后服务,为装备安装调试、故障维修等带来明显的时间优势,减少面板生产企业的停机时间,提高生产效率,降低面板生产企业的制造成本。显示面板制造装备的国产化,直接降低了面板生产企业的采购成本,间接降低了面板生产企业的制造成本,有利于提升我国在整个显示产业链上的利润分配占比,从而增强我国显示产业的整体“竞争力”。
4.4 产业升级:推动科技的“新增长点”显示面板制造装备属于高端装备制造业的重要组成部分。实现显示面板制造装备的国产化能够带动我国高端装备制造业的发展,提升我国在高端装备制造领域的技术水平和产业实力。通过发展显示面板制造装备产业,能够积累高端装备制造的技术和经验,为其他领域的高端装备制造提供借鉴和支持,促进我国产业结构向高端化、智能化方向升级,推动形成科技的“新增长点”。
5 显示装备国产化攻坚之路:突破瓶颈的系统性策略 5.1 显示制造装备国产化过程中存在的不足(1)高世代产线投资规模大。高世代显示面板生产线的投资规模巨大,装备占比约70%,投资回收期长。面板制造企业更倾向于采购成熟的装备,以确保一次调试成功,快速实现效益。
(2)产业链协同不足。由于显示面板制造生产线高度自动化,尝试在量产线上验证国产化装备对量产线的良率和效率影响较大,暂不具备上线验证的条件,导致国产化进程缓慢。
(3)市场需求变化。全球经济增长放缓和市场需求的不确定性导致显示面板需求的波动性,进一步加剧了设备国产化的挑战。面对市场变化和技术革新滞后的问题,显示面板制造商需要快速适应市场变化并提升技术水平。
(4)技术与市场双重挑战。现代AI技术在显示面板领域的应用尚显不足,导致企业在满足日益增长的市场需求上面临制造成本和时间上的双重压力。尽管AI技术在智能制造中具有巨大潜力,但目前仅有少数前沿企业积极探索这方面的应用。
5.2 广东省在显示制造装备国产化方面的优势国家科技创新重大项目及“十四五”国家重点研发计划专项中,均对显示制造装备的部分关键核心技术进行了部署,解决显示领域制造装备的短板问题已在国内显示产业界形成共识。装备技术攻关具有明确的目标需求和应用导向,技术研发和成果应用预期目标明确。广东省积极强化政府在产业发展“窗口期”的组织和投入作用,紧抓显示产业“补短板、强能力”的突破口,牵头组织实施了“显示制造装备国产化行动”,推动组建“显示制造装备创新联合体”,发力显示制造装备核心技术攻关和率先推动产业集群落地发展,防范化解显示产业风险隐患、推动显示产业从大到强。
广东省具备实施显示制造装备国产化攻关的基础和开展相关工作的坚实基础:①产业基础雄厚。显示产业具有材料和装备联动的特点,广东省不仅拥有全国占比最大的显示产业链中下游面板制造和终端应用企业,还在产业链上游的材料和器件领域具有较好的优势,产业链上下游协同的区域优势明显。广东省还是我国超高清视频产业发展行动计划的首批示范省份,规划了多条高世代超高清新型显示生产线的建设,同时推动芯片制造、新型显示、电视整机等产业链上下游企业落户广东。整体来看,广东省新型显示产业在产业链布局、市场需求等方面具备发展显示制造装备的先发优势。②技术可行性高。国家前期系统部署相关科技重大专项已经实现了我国集成电路领域刻蚀机、离子注入机、光刻机等关键装备从无到有的突破,在关键系统的控制和定位精度、制造工艺和材料应用等方面,缩小了与世界先进水平的差距,形成同源性技术基础,可通过技术攻关实现改造适配、满足显示制造工艺的技术需求。③平台基础完善。季华实验室作为先进制造科学与技术广东省实验室,已经整合国内外先进制造领域的优势创新资源,在新型显示装备、半导体技术与装备、电子技术等方面具有技术基础优势和创新人才队伍,为实现广东省及我国显示装备国产化攻关奠定了基础。
5.3 季华实验室应对显示制造装备国产化的行动推动核心材料、关键技术和关键装备的自主研发和技术创新,提升国产设备的性能和可靠性,逐步替代进口设备,不仅是市场的需求,更是科技战略的需求,任务紧迫且至关重要。为此,广东省委托位于佛山市的季华实验室承担起了显示面板制造核心装备国产化研制的重任——“璀璨行动”专项。
由季华实验室牵头,联合国内各大面板制造企业,在TFT、OLED、Micro LED这3个领域,提出了17台套核心整机装备的研制需求并布局整机攻关项目,同时布局多个装备零部件和关键技术的项目,集国内装备研制的优势力量共同攻关。“璀璨行动”专项在广东省和佛山市的大力支持下,共投入资金60亿元,并采用多元化、多渠道筹措资金机制,充分发挥财政资金的牵引效能,积极调动企业自筹经费、社会化资本、金融资本等形成合力。围绕产业链部署创新链,引进国内优势单位、培育骨干装备企业、推动攻关成果产业化落地,预计用10年时间完成向企业产线的装备成果转移,形成一批关键核心领域高价值专利,实现我国显示产业核心装备应用的国产化替代,彻底解决显示制造装备“卡脖子”问题,孵化一批国产显示核心装备制造商和配套商,形成区域特征明显、优势突出、产值千亿的产业集群。目前,该项目已发布6台套整机攻关项目及相应的零部件和关键技术项目,预计在未来1年内将发布全部17台套整机攻关项目,到2032年完成所有项目验收,实现每台整机至少1台产业化销售的目标。显示制造装备核心装备国产化任务紧迫,只有广东省的带头远远不够,还需集全国力量及相关政策支持等其他举措,才能实现国产化的宏伟目标。
6 结语:从“中国制造”到“中国装备”的战略跃迁从国内外显示面板制造装备的发展历程可以看出,我国显示面板制造装备产业在经历了技术引进、自主研发等阶段后,取得了显著的进步。然而,与国外先进水平相比,仍存在一定差距。在当前全球显示面板产业竞争日益激烈,国际形势复杂多变的背景下,显示面板制造装备国产化具有极其重要的必要性。
显示面板制造装备的国产化,本质是一场关于产业主导权的“诺曼底登陆”。它既需要企业在装备上“刺刀见红”的技术攻坚,也离不开在产业链上“以产带链”的生态反哺,更需要国家层面“十年磨一剑”的战略定力。当中国不仅能生产全球60% 的面板,还能提供80% 的制造装备时,才能真正实现从“显示大国”向“显示强国”的历史跨越。这条路注定荆棘密布,唯有掌握核心装备,才能在技术革命的惊涛骇浪中锚定未来。
装备国产化不仅是保障我国显示面板产业安全、推动技术创新的关键举措,也是提升产业竞争力、促进产业结构升级的必然选择。通过持续加大研发投入,加强产业链协同创新,完善产业政策支持体系,我国显示面板制造装备产业必将实现更大的发展,为我国显示面板产业的高端化、自主化发展提供坚实的支撑,在全球显示面板产业竞争中占据更加重要的地位。未来,随着新型显示技术的不断涌现,我国显示面板制造装备产业应抓住机遇,加快技术创新步伐,不断提升自身实力,为我国信息产业的发展作出更大贡献。
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