近年来，随着第五代移动通信、大数据、人工智能等新一代信息技术的出现，新型显示与超高清视频、柔性、传感、印刷电子等技术交叉融合，推动了新型显示终端产品体系发展。例如，印刷显示、Mini/Micro LED显示、激光显示、电子纸显示等新型显示技术和产品基本具备了产业化条件，引导了显示材料、器件、装备到制造技术在内的整个显示产业链的一次全面技术革新。
新型显示产业包括上游、中游和下游，上游包括原材料及零组件，其中原材料包括液晶材料、自发光材料、光刻胶、靶材等，零部件包括驱动电路、偏光片、触控模组、背光模组等；中游包括显示面板及技术，主要包括OLED显示、Mini LED显示、Micro LED显示、TFT-LCD显示、柔性显示、激光显示等；下游包括显示终端应用，例如电视、平板电脑、车载显示、VR/AR设备、智能穿戴设备等。
图1 新型显示产业链
近年来，美日韩台相继推出支持政策，大力发展显示产业
2021年全球新型显示行业产值和产量均再创新高，2021年产值突破2500亿美元，同比增长16.4%。其中，显示器件（面板）产值占比约59.4%，同比增长27%；显示材料产值占比36.9%，同比增长12.3%；显示装备产值占比3.7%，同比减少41.4%。预计全年显示器件出货面积25337万平方米，同比增长4.4%。目前全球新型显示产业发展呈现出四个趋势：全球经济下挫明显，显示行业逆势上扬；“三国四地”格局依旧，中国大陆后来居上；信息交互愈加普及，应用场景多元发展；主流的技术不断完善，渐进式的创新持续推进。
近年来，美国、日本、韩国、台湾等相继推出国家或地区支持政策，以加大显示材料的研究开发力度，大力发展显示产业。在LCD领域和OLED领域，美国、日本、韩国、台湾等发达国家和地区均出台了一系列产业政策，将LCD和OLED作为重点发展产业。
图2 全球主要发达国家和地区显示产业政策
“中国显示”已经成为引领全球显示产业发展的最重要增长极
在新一轮信息技术快速进步和产业加快变革的大背景下，新型显示产业作为国民经济和社会发展战略性、基础性和先导性产业的特征更加明显，我国显示产业已成为全球重要组成部分。2020年，我国新型显示产业直接营收达4460亿元，同比增长近20%，全球占比达40.3%，产业规模居全球第一。从国内的区域来看，形成了四大产业集聚区域，包括：环渤海地区、长三角地区、珠三角地区、中西部地区。其中广东、安徽、四川三个省份的产能规模最大，占总体规模的61%。在三星和LG主动退出或被动淘汰的背景下，全球显示产业的寡头竞争格局开始逐渐明晰，中国企业正努力成为全球显示产业发展过程中的领跑者。根据Omdia预测，2023年京东方、TCL华星、惠科的面板产能面积将居世界前三位，产能占比分别达25.3%、17.2%和10.3%，产能份额合共52.8%。
目前我国新型显示产业发展呈现出十大趋势：应用领域和尺寸增长“双向发力”，推动产业规模持续提升；技术创新与产品创新“并驾齐驱”，迭代速度不断加快；多种显示技术“齐头并进”，龙头企业积极布局；OLED市场占有率稳步提升，集成化趋势明显加强；Micro LED产业链各环节“八仙过海”，技术突破进入攻坚期；产业链供应链加速完善，材料设备迎来发展良机；产业对外合作不断深化，新型显示上游产业成为投资建设热点；顶层设计和区域集群“高效协同”，区域特色日益明显；产业带动作用“成效明显”，“十四五”期间仍是各地发展重点；低碳清洁方案与材料工艺改良并重，产业发展更加绿色。
随着半导体技术的发展，LED显示技术开始朝向微缩化和矩阵化方向发展
随着半导体技术的发展，LED显示技术开始朝向微缩化和矩阵化方向发展。高阶显示技术的Mini LED与Micro LED目前关注度较高，Mini LED被视为是Micro LED的过渡，Mini LED大多用在传统LCD结构，微缩的是背光LED。而Micro LED则致力于直接封装发光元件，能做到单独驱动无机自发光，甚至性能更胜OLED，被业界誉为新蓝海。虽然Micro LED制程简化，但技术更困难，尤其是巨量转移技术，更将直接影响未来Mini LED的设计周期及Micro LED的量产契机。在Mini/Micro LED显示方面，法国原子能委员会电子与信息技术实验室推出全彩显示器件，像素点尺寸仅为10 µm；2018年，韩国三星公司发布了大尺寸Mini LED（LED尺寸约为60~100 µm）显示墙样机和产品。国内重点研究GaN外延材料、有源基板材料、用于巨量转移和彩色化显示的特种显示材料，量子点阵营的全球代表面板厂商为三星显示（SDC）、TCL华星等，终端企业包括三星、TCL等，量子点技术目前主要用于LCD大尺寸，在小尺寸的应用尚需时日。
图3 Micro LED制备流程
我国正在加大Micro LED全产业链布局，但规模化之路面临诸多技术挑战
Micro LED从一开始则被认为是下一代显示技术，在超高清视频产业大力推进的当下，更有专业人士称Micro LED才是8K超高清最佳产品形态，其更好的画面呈现效果使其作为下一代显示技术成为了业内共识。业内预计，Micro LED在2024年将实现大规模商用化，中国有望冲击800亿元市场规模。这些数字无不说明Micro LED在行业艰难的进程中实现了逆势增长。
Micro LED目前仍在发展初期阶段，如何做到产业化是摆在当下发展前路的一道坎。当前，全球都在加大对Micro LED产品的研发和投入，与国内LED技术最开始的发展历程不同，在Micro LED技术上我们并不是跟在别国后面摸索，而是与大家站在同一起跑线上，并且已经往前迈出了关键的一步。我国正在加大Micro LED全产业链布局，芯片、封装、面板、终端、LED等厂商都在向Micro LED挺进。而在产业布局中，一层又一层的挑战正在磨砺LED人的耐心与实力。从芯片技术、背板技术，到广为人知的巨量转移技术，Micro LED的规模化之路面临诸多技术挑战。
全球Micro LED领域的发明专利申请主要分布在中、日、美；我国对Micro LED的研发自2018年开始进入技术成长期，呈快速增长趋势
从申请人地域分布来看，全球Micro LED领域的发明专利申请主要分布在中国、日本、美国、欧洲、韩国等国家和地区。目前，中国居首，发明公开1729件，占全球专利公开量的35.7%，代表企业有京东方、TCL华星、康佳、天马微电子、熊猫、海信等。日本次之，专利公开868件，占全球专利公开量的17.9%，代表企业有堺显示器、日东电工等；美国再次之，专利公开686件，占全球专利公开量的14.2%，代表企业有脸谱、苹果、英特尔、LuxVue等。
数据来源：六棱镜
图4 Micro LED领域发明专利申请公开量的全球分布
截至2021年底，Micro LED领域的全球发明专利申请公开量共有4843件，中国发明专利申请公开量共有1729件。从公开趋势看，我国对激光显示技术的相关研发自2018年开始进入技术成长期，发明专利申请公开量呈现出逐年快速增长的趋势。
数据来源：六棱镜
图5 Micro LED领域发明专利申请公开量趋势（单位：件）
从国内31省市和海外来华发明专利布局对比情况看，国内发明专利申请公开量明显高于海外来华发明专利申请公开量，自2017年开始拉大差距，我国对Micro LED技术的研发力度加大。
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图6 国内31省市与海外来华在中国的发明专利布局对比情况（单位：件）
Micro LED 的技术瓶颈包括芯片技术、巨量转移、检测、返修等
尽管 Micro LED 拥有 LCD 和OLED 无法相比的优势，但现阶段开发 Micro LED 还有许多技术瓶颈有待突破，这些难点大多属于生产技术，如芯片技术、巨量转移、检测、返修等，业界尚未有成熟的解决方案，规模化量产与应用仍需时间。因此，当务之急是进一步突破Micro LED核心技术问题。
（1）Micro LED芯片技术
对于保留衬底的 Micro LED，最大挑战在于切割；采用激光划片机在 wafer 内部隐形切割出裂纹，然后用裂片机将弹性力应用于晶体内部的裂纹并朝着材料的表面进行拉升，这种外力会使内部的裂纹向材料两侧扩展，得到一颗颗独立的LED 芯片。随着芯片尺寸越来越小，裂片时良率也随之下降，特别是倒装红光芯片，由于其本身就是将外延层转移 bonding 与蓝宝石接合，且材料本身具有脆性，良率甚至不足 50%。
对于更小尺寸且衬底剥离的 Micro LED，核心挑战在于外延的质量和 Micro LED 制备工艺。当 LED 微缩至 50μm 甚至 10μm 以下，其对于外延在波长一致性和低瑕疵率的要求非常高，一般对于外延的要求，是在6 英寸 wafer 上，将瑕疵和 particle降低到每平方公分低于 0.15；而在波长一致性方面，与传统 LED 所需的8~10nm 要求相比，micro LED 芯片则要求降低至3nm。
不仅如此，为了便于实施巨量转移，弱化结构的 Micro LED 技术被提出。为了让Micro LED 在巨量转移的吸取过程中，能够顺利脱离暂时基板而又不至于破裂，因此在 LED 下方制作中空型的弱化结构，即小于1μm 的纳米级柱子做支撑。当转移模块向上吸取LED 时，只要断开柱子便能将 Micro LED 脱离暂时基板，再转移固晶至 PCB 或其他基板，但这一步骤也考验LED 本身的强固性和耐压力，而红光比起蓝光和绿光相对更脆弱易破，良率更低。
（2）巨量转移技术
外延芯片部分结束后，需要把数百万甚至数千万颗微米级的 LED 晶粒正确且有效率的移动到电路基板上，以一个4K 电视为例，需要转移的晶粒就高达近 2500 万颗(以3840*2160R/G/B 三色计算)，即使一次转移1 万颗，也需要重复 2500 次。而当 LED 芯片尺寸缩小至 100μm 以下，传统固晶技术的应用存在一定不足。
首先，高密度 LED 显示对于固晶的精度提出更高的要求，传统固晶机±25μm 的精度明显不能满足需求。其次，更高密度的显示屏，意味着单位面积上 LED 像素的数量更多，对于LED 芯片的固晶效率要求更高，而传统固晶机每次转 移只能操作一颗 LED 晶粒，固晶效率低，工艺成本高。第三，传统固晶机采用拾取——放置的机械方法来转移 LED 晶粒，随着 MicroLED 尺寸越来越小，由于拾取吸头的尺寸限制，这种高速机械方法将不能精确拾取 MicroLED 晶粒，亟需更先进的转移技术来满足 MicroLED 芯片的需求。
因此，巨量转移技术成为限制 Micro LED 良率和成本的瓶颈。目前，巨量转移技术需要解决的问题包括：在转移之前，要将Micro LED 芯片从外延片移动到载体；Micro LED 芯片的厚度仅为几微米，将其精确地放置在目标衬底上的难度非常高；Micro LED 芯片尺寸及间距都很小，要将芯片连上电路也充满挑战；Micro LED 芯片需要进行多次转移（至少需要从蓝宝石衬底→临时衬底→新衬底），且每次转移芯片数量巨大，对转移工艺的稳定性和精确度要求非常高；对于R/G/B 全彩显示而言，由于每一种工艺只能生产一种颜色的芯片，故需要将红/绿/ 蓝芯片分别进行转移，需要非常精准的工艺进行芯片的定位，极大的增加了转移的工艺难度。
（3）检测及返修
由于 Micro LED 尺寸太小，其电极尺寸往往小于探针针头尺寸，因此无法采用常规点测技术进行检测。针对此，有公司开发出光学检测技术，透过紫外线UV 与光学检测方式，判断出坏掉的 Micro LED。利用紫外（UV）光谱照射LED 显示基板并对 Micro LED 进行光学激发，通过图像传感器判断 Micro LED 的对比度与波长差异性，经过数据及影响分析判断出有缺陷的 MicroLED。随后，采用特殊工艺移除坏点并用机械手臂将好的 Micro LED 放回板子的修复点处。
因上述检测修复技术理论可行，但工艺繁杂且难以控制，X-celeprint、Playnitride 等公司提出采用 redundancy 的方法来提高良率，避免或减少返修。所谓 redundancy，即每个像素采用两组 RGB LED 晶粒，当其中一颗晶粒出现问题，可立即采用备用晶粒，该方法可使转移不良率降低几个数量级，大大减少了需要返修的晶粒数量。
（4）光学和表面处理
针对提高对比度/黑度，降低反射率，目前解决方案有：缩小LED芯片尺寸、底部填充基板线路进行遮蔽、增加基板墨色、表面覆盖抗反射膜等。针对墨色一致性问题，也可启用墨色筛选，虽可一定程度上解决问题，但却会对终端产品售价造成负面影响。
而针对亮屏颜色的一致性问题，主要通过LED分bin和混bin管理进行控制，并通过后端校正来解决；针对像素尺寸与像素间距的适配问题，则是通过增加像素填充率来解决。
我国激光显示产业已达世界领先，但核心材料器件尚未实现自主可控
激光显示技术使用激光光束透射画面，具有色域范围广、寿命长、效率高、功耗低、节能环保等优点，被认为是继黑白显示、标准彩色显示、LCD高清数字显示之后的下一代主流显示技术。
图7 激光显示原理图
早在2006年，国务院发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》，提出重点发展激光显示等各种平板和投影显示技术。近年来，我国激光显示产业已达世界领先，但是不应忽视的是，红绿蓝三基色激光器、超高清成像芯片等核心材料器件尚未实现自主可控，存在“卡脖子”问题，产业发展存在隐患。
激光显示关键材料器件的研发和攻关与整机应用衔接度不高，围绕关键材料器件的综合性能测试和应用技术评价体系尚未完善，稳定性、寿命、装备等技术经济指标与国外相比尚有很大差距，导致创新链上下游未完全贯通。
目前国内多家研究机构和企业从事激光显示技术研发和产业攻关，但是缺乏统一部署，研发力量相对薄弱，资金投入分散，很多企业追逐短平快项目而缺少长远规划，导致目前产业集中度不高，没有围绕理论、关键技术、创新应用等层面构建完善的技术、人才和知识产权的协同创新体系。
同时，我国激光显示企业尚未对国际巨头形成足够强的冲击。国内生产激光显示产品的企业既面临占据原显示市场大份额的国际大企业转型挤压，也要面对新创科技企业抢占先机的卡位。
全球激光显示领域专利布局呈现中国、美国、日本三足鼎立态势；我国对激光显示的研发自2008年开始进入技术成长期，呈快速增长趋势
从申请人地域分布来看，全球激光显示领域的专利申请主要分布在中国、日本、美国、欧洲、韩国等国家。目前，中国居首，专利公开3834件，占全球专利公开量的49.1%，代表企业有海信、光峰科技、四川长虹、中科极光、TCL、视美乐等。日本次之，专利公开1141件，占全球专利公开量的14.6%，代表企业有松下电器、精工爱普生、理光、卡西欧、索尼、三菱等；美国再次之，专利公开1010件，占全球专利公开量的12.9%，代表企业有微视（MICROVISION）、谷歌、德州仪器（TI）等。
数据来源：六棱镜
图8 激光显示领域专利公开量的全球分布
截至2021年底，激光显示领域的全球专利公开量共有近7800件，中国专利公开量共有约3771件。从公开趋势看，我国对激光显示技术的相关研发自2008年开始进入技术成长期，专利公开量呈现出逐年快速增长的趋势。
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图9 激光显示领域专利公开量趋势（单位：件）
从国内31省市和海外来华专利布局对比情况看，国内专利公开数量明显高于海外来华专利公开数量，自2018年开始拉大差距，我国激光显示设备技术的研发力度加大。
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图10 国内31省市与海外来华在中国的专利布局对比情况（单位：件）
从技术领域看，我国激光显示领域专利技术主要涉及用于激光显示的摄影、放映或观看用的装置或设备（G03B）、激光显示光学元件（G02B）及图像通信（H04N）等技术和方法，占总公开量的83.8%，其中，用于激光显示的摄影、放映或观看用的装置或设备（G03B）占51.8%。
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图11 我国激光显示领域专利的技术领域分布
激光显示设备技术创新方向，主要围绕解决红绿蓝三基色光源、超高清视频图像技术、配套关键器件、总体设计与集成这四大关键技术议题
三基色 LD 光源，与其他相干/非相干光源相比，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等优势，更重要的是，LD具有可用半导体制造工艺实现大规模量产降低成本的独到优势，支撑激光显示实现高性价比。LD是激光显示产业化的最佳光源。
显示已经进入超高分辨率时代，8 K 超高清电视技术全球竞争已经展开，激光显示作为超高清显示技术的代表，亟待解决 4 K/8 K 超高分辨率显示芯片、超高清视频图像的获取/存储/处理/传输、人眼生物学特征和视觉心理特性等关键技术。同时，新一代信息技术比如5G、大数据、云计算技术的普及，使激光显示视频图像信息的高速率、大带宽需求成为可能。
超高分辨光学成像镜头、高增益光学屏幕、智能驱动/显示芯片等激光显示配套关键器件，是激光显示生态体系必不可少的一环。另外，关键材料生长和加工设备如菲涅尔模具大型 CNC 加工设备等也亟需解决依赖进口的问题。
在激光显示整机方面，需要重点开展超高清、大色域整机设计、关键器件集成、高良率量产工艺、可靠性测试以及相应的标准等产业化应用技术研究，具体包括光学设计、图像处理、整机鲁棒性和寿命检测/分析及优化对策研究，以及规模量产工艺与设备研究，以整机应用需求为牵引，带动激光显示关键材料器件快速走向应用，从而建成完备的设计、材料生长、器件制备、整机集成到产业应用的全链条创新体系。
从专利布局的角度来看，激光显示设备技术创新方向也都主要集中在上述的重点发展方向上。将激光显示设备的重点技术方向及其技术解决方案具体解读如下：
（1）提高光源输出效率及稳定性
通过温度测量单元确定第一发光元件的温度低于温度测量装置的第一下限时，温度测量装置使第一发光元件的温度比第一发射元件更高下限工作温度，然后驱动第一发光元件。
当所述激光光源模块包括单位激光时至少两种颜色的光源模块，并且每个单位激光光源模块具有获得实用亮度的温度范围的中值，单位激光光源模块热连接到蒸发器并按其降序排列。
（2）提高投影图像的图像质量
作为更新时段的1/3的换档周期，基本图案在换档周期中移动1/3，并切换包括基本图案的三个偏移衍射图案的组合。通过顺序地生成三个组合，相位调制型空间调制作为供电投影图像与换档周期同步地移动衍射图案，并且投影图像生成单元顺序地产生三个偏移衍射图案的组合。
在所述辐条区域周期期间施加的激光源，以输出两个相邻原色光束。在辐条区域期间，激光源被关断，以防止所述激光源输出来自混合基色光束。
（3）高增益光学屏幕
所述基材远离光学结构件的一面经处理后成表面处理面，所述光学结构件的截面形状呈锯齿形，且所述光学结构件的各条锯齿走向整体呈正态分布设计。
所述结构具有相对于屏幕法线的各自的倾斜角度，这些倾斜角度跨屏幕变化。
（4）超高分辨光学系统
通过使聚焦元件相对于激光器可调节地安装，在垂直于光轴的平面内自由移动而使机械轴与光轴重合的装置。正是这种移动自由减少了（如果不能消除的话）由机械轴和光轴之间未对准引起的光束指向误差，而无需高精度的制造和组装技术。
漫射器相对于光轴振荡并且包括散射图案，该散射图案可以具有优化的形状轮廓以使相对于光学系统的孔径的散斑噪声最小化。
（5）整机集成小型化
全息光学元件（“HOE”）可以用于将可见光，红外光和环境光组合到用户的“视场”中。HOE可以是异质的并且被多路复用以将正光功率施加到可见光和零或红外光的负光功率；
诸如单件式或多件式角镜的折叠式镜子沿着非球面透镜之间的光路设置，以减小外壳的深度，并且非球面镜将图像投影到投影屏幕上。在非球面镜之后可以使用折叠镜以进一步减小外壳的深度。
图12 激光显示技术洞察
当前新型显示产品和技术不断推陈出新，面对未来显示产业发展，需要一方面推动显示技术突破，一方面做大做深强链补链工作，助力Micro LED突破关键瓶颈。我国应致力于组织产业链上各关键环节的企业、高校、科研院积极探索、讨论，从产业顶层设计，规范布局，优化结构，加强对Micro LED产业的引导和推动，为产业化出谋划策，同时鼓励产业链企业联手合作，共同攻关，把Micro LED产业发展壮大。激光显示产业方面，受政策与技术助推产业化进程加速，激光显示技术要走向产业应用，亟待解决红绿蓝三基色光源、超高清成像芯片等核心器件未自主可控的问题。未来需加强对显示产业关键技术的研发投入，抓住新型显示产业转型升级重大机遇，实现我国新型显示产业从大国到强国的跨越式发展。
