氮化硼绝缘散热膜在新型显示器的应用探讨

关键词：5G材料，绝缘散热膜，毫米波，低介电透波材料

导语：5G时代巨大数据流量对于通讯终端的芯片、天线等部件提出了更高的要求，器件功耗大幅提升的同时，引起了这些部位发热量的急剧增加。BN氮化硼散热膜是当前5G射频芯片、毫米波天线、AI、物联网等领域最为有效的散热材料，具有不可替代性。

 

     致力于解决当前我国电子封装及热管理领域面临的瓶颈技术问题，建立了国际先进的热管理解决方案及相关材料生产技术，是国内低维材料技术领域顶尖的创新型研发团队。本产品是国内首创自主研发的高质量二维氮化硼纳米片，成功制备了大面积、厚度可控的二维氮化硼散热膜，具有透电磁波、高导热、高柔性、低介电系数、低介电损耗等多种优异特性,解决了当前我国电子封装及热管理领域面临的“卡脖子”问题，拥有国际先进的热管理TIM解决方案及相关材料生产技术，是国内低维材料技术领域顶尖的创新型高科技产品。       

产品的应用方向为5G通讯绝缘热管理，主要目标市场可分为终端设备，智能工业，及新能源汽车三大板块。5G技术是近年来最受瞩目的关键科技，也是国内外重点发展的核心产业之一。随着5G商用，工业4.0、智慧城市、无人驾驶等科技建设的推进，该项目已经初步形成了万亿的市场规模，并持续快速发展。 

 

显示作为信息技术的重要组成和信息链的终端人机界面，应用领域遍及工业、交通、通讯、教育、航空航天、卫星遥感、娱乐、医疗等日常生活各方面，是信息产业的重要支柱。放眼全球，新一轮科技和产业革命加速兴起，显示与 5G、大数据、人工智能等新一代信息技术不断发展和融合，呈现出超高清、泛在、融合、智能和绿色的新型发展态势。本文梳理了具有代表性的新型显示技术的发展现状与发展趋势，将结合新型显示技术的发展现状，分析和展望各种显示产业的发展方向和前景。

 

新型显示技术の现状与发展摘选（文：高伟男/毕勇  中国科学院理化技术研究所）

 

一

国内外新型显示技术的发展现状

显示产业是我国电子信息产业的基石之一，也是信息领域为数不多的每年千亿美元级的产业，带动力和辐射力极强，吸引了国内外众多研究机构、企业的目光，成为了电子信息产业领域竞争的新高地。2020 年，我国在新型显示产业领域投资超过 1.3 万亿元，已建成 6 代及以上面板生产线 35 条，实现直接营收 4460 亿元，同比增长19.7%，全球占比达到 40.3%，增长速度和市场占有率均处于全球首位，全球显示产业正加速向我国转移，新型显示已经成为我国后续发展的优势产业，在我国国民经济中占有重要的战略地位。当前显示产业发展到了“更新换代大洗牌”阶段，多种技术 / 产业竞相发展，如液晶显示（LCD）、有机发光（OLED）显示、量子点（QD）显示、发光二极管（LED）显示、电子纸（E-paper）显示、三维（3D）显示、激光显示（LDT）等。

显示技术的发展历程（如图1）就是图像保真度不断提高，从而走向人眼视觉极限的过程。

二
 

各种新型显示技术原理与态势分析

01 激光显示：激光显示是以红、绿、蓝三基色（或多基色）激光为光源的新型显示技术，具有大尺寸 / 超大尺寸、大色域、超高清、高观赏舒适度等优点。在现有激光光源中，三基色半导体激光（LaserDiode，LD），具有直接电激发、高效率、高偏振度、长寿命、高可靠、小型化、频域 / 空域/ 时域综合参数易于调控，以及可用半导体制造工艺实现大规模量产降低成本等优势，将是激光显示产业化发展的核心。

02 液晶显示（LCD）：LCD 是利用液晶材料的电控双折射性能实现的显示技术。2019 年，LCD 显示屏占手机屏幕的 60% 以上，在高端电视占比超过 50%，技术经过多年的发展已趋于成熟，是目前中小尺寸显示产品的主流，我国大陆 LCD 面板产能已超全球 50% 份额[3]。但是 LCD 相比于其他产品，色彩丰富程度较低、颜色不鲜艳、可视角度有限、响应速度慢（ms 级），亟需探索新材料（低温多晶硅、金属氧化物等）、新工艺（快响应、高对比度），解决以上技术问题，将推动产业升级换代。

03 有机发光二极管（OLED）显示：OLED 是用有机电致发光材料开发的发光二极管显示技术，包括其响应速度快（μs 级）、工作温度范围宽（-30℃ ~+85℃）、对比度高（5000:1）、可视角度大（150 度）、面板超薄（mm 级），能使用多种材质基板，实现柔性显示和透明显示。由于 OLED 发光材料存在寿命问题导致“红脸现象”和烧屏现象，应继续发展手机屏、可穿戴小屏幕短使用周期的产品，同时探索透明、柔性等特殊用途产品的市场应用。

 

 

04 量子点显示：量子点显示是利用发光量子点材料的一种显示技术，改变量子点尺寸就能实现色彩的调控，具有高亮度、较大色域、高对比度、低功耗的优点。根据发光形式的不同，量子点显示可分为光致发光和电致发光。光致发光量子点显示可与现有液晶电视工艺结合提高画质，电致发光量子点显示可实现自主发光显示[5]，但是较为成熟的技术路线基于含镉量子点材料，有毒性，欧盟等国家已禁止销售，应着力探索无毒电致发光 QLED显示在中小尺寸、短使用期等市场应用。图4为量子点显示材料种类。

图 4 量子点显示材料种类

05 Mini/Micro-LED 显示：Mini/Micro-LED 显示是由微米级半导体发光像元阵列组成的新型显示技术，将 LED 器件微小化（<100 μm）、薄膜化、阵列化后，批量转移至电路基板上形成的显示器件，具有高亮度、超高分辨率与色彩饱和、发光效率高的特点，不易受水汽、氧气或高温的影响，稳定性、使用寿命、工作温度较好。图5为 Micro-LED 工艺流程。目前小间距显示（屏）如 mini-LED 已在室内公共信息大屏幕广泛应用，已有较大的市场，下一步可加强改善观看舒适度，获得更大的市场份额。

图 5 Micro-LED 工艺流程（来自 :YOLE）

06 电子纸显示（E-paper）：电子纸显示是电场驱动带电材料（电子墨水或胆固醇液晶）实现双稳态，通过反射环境光达到的类纸型显示技术。电子纸显示原理如图6所示。

07 三维显示（3D 显示）：3D 显示，也称立体显示，实现三维视觉效果。主要分为双目视差三维显示、集成成像三维显示、立体三维显示和全息真三维显示。

 

三

国内产业链情况及面临的挑战

我国非常重视新型显示产业的发展，到 2020 年，我国新型显示全产业累积总投资已超过 1.3 万亿元，显示产业规模已经超过 3 万亿元，生产的显示面板占全球总产量的 50%，电视屏幕占 70%，电脑和手机产量超过 90%，其中 LCD、激光显示、OLED 等显示技术的产业规模已经全球领先，中国已经超过韩国成为全球规模最大、市场最大、最具竞争力的显示市场。但是我国的显示产业依然大而不强，在超过60% 的关键核心材料与工艺装备依赖进口，产业关键环节尚难以自主可控，潜在发展壁垒日益显现。在上游材料方面，液晶、玻璃基板、光学膜、光刻胶材料、OLED 发光材料、空穴 / 电子传输材料、电极材料、RGB 激光器和成像材料、MicroLED 外延材料、键合材料、电子纸油墨材料等等关键材料与配套材料国产化率低，亟需发力关键显示材料国产化及其上游原料的开发。我国替代性材料以及设备本土化覆盖率正逐年提升。材料国产化开拓方面，国内京东方等在具备了 LCD 显示面板大规模生产能力，围绕产业上游的玻璃基板、偏光片、薄膜材料开展攻关，国产化率稳步提升，中游面板制造企业的现地采购比例也逐渐上升。在设备的国产化提升上，据 CINNO Research 显示，在17 大类的设备中，检测设备国产化完成度超过60%，目前基本可以实现替代，如在面板后道检测设备方面，测试机领域国产替代成果显著，国内企业占据国内市场的 82%。在自动化、模组贴合 / 绑定等领域，国产化提升较为迅速，超过30%。另外，多种关键工艺设备，如激光切割机、曝光机、有机材料蒸镀机、自动光学检测仪器等实现了零的突破。

 

四
 

小结

当今时代，全球显示产业正加速向我国转移，迎来了显示产业由大变强的机遇期，也存在外部形势复杂、全产业链布局、显示产业的更新与转型等新挑战。百花齐放，全面发展，圆“十三亿中国人看中国（安全）电视”的中国梦，推动我国显示产业由大变强，成为显示产业强国，为中华民族百年复兴做出应有贡献。

作者简介：高伟男，中国科学院理化技术研究所，高级工程师，研究方向为高功率激光、激光全色显示技术等。毕勇，中国科学院理化技术研究所，研究员/ 中心主任，研究方向为激光显示、激光全息三维显示、激光散斑技术等激光技术及应用研究。

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高导热绝缘氮化硼膜材
 

       六方氮化硼（h-BN）这种二维结构材料，又名白石墨烯，看上去像著名的石墨烯材料一样，仅有一个原子厚度。但是两者很大的区别是六方氮化硼是一种天然绝缘体而石墨烯是一种完美的导体。与石墨烯不同的是，h-BN的导热性能很好，可以量化为声子形式（从技术层面上讲，一个声子即是一组原子中的一个准粒子）。有材料专家说道：“使用氮化硼去控制热流看上去很值得深入研究。我们希望所有的电子器件都可以尽可能快速有效地散射。而其中的缺点之一，尤其是在对于组装在基底上的层状材料来说，热量在其中某个方向上沿着传导平面散失很快，而层之间散热效果不好，多层堆积的石墨烯即是如此。”与石墨中的六角碳网相似，六方氮化硼中氮和硼也组成六角网状层面，互相重叠，构成晶体。晶体与石墨相似，具有反磁性及很高的异向性，晶体参数两者也颇为相近。

二维氮化硼散热膜是一种性能优异的均热散热材料。传统的人工石墨膜和石墨烯薄膜具有电磁屏蔽的特性，在5G通讯设备中的应用场景受限，特别是在分布式天线的5G手机中。二维氮化硼散热膜具有极低的介电系数和介电损耗，是一种理想的透电磁波散热材料，能被用于解决5G手机散热问题。

基于二维氮化硼纳米片的复合薄膜，此散热膜具有透电磁波、高导热、高柔性、高绝缘、低介电系数、低介电损耗等优异特性，是5G射频芯片、毫米波天线领域最为有效的散热材料之一。

高导热透波绝缘氮化硼膜材主要应用