國(guó)產(chǎn)柔性材料“硬”起來(lái)電子顯示屏才能“軟”下去

我國(guó)在柔性電子和柔性顯示領(lǐng)域具有較好的積累，前沿基礎(chǔ)研究方面與發(fā)達(dá)國(guó)家處于同一起跑線上，但產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后。這需要產(chǎn)學(xué)研緊密融合聯(lián)動(dòng)，讓國(guó)產(chǎn)材料與面板制造裝備在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中不斷融合、迭代，協(xié)同推進(jìn)。

賴文勇 有機(jī)電子與信息顯示國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行副主任、南京郵電大學(xué)教授

從去年在中國(guó)上市的三星Galaxy Z Fold2 5G到今年華為推出的Mate X2，再到近日小米春季新品發(fā)布會(huì)的MIX FOLD，折疊屏手機(jī)憑借炫酷的“開合之美”和大屏顯示的全新視覺體驗(yàn)，備受關(guān)注。而柔性顯示材料則是支撐折疊屏手機(jī)的肱骨。

由于柔性顯示材料的加持，信息的顯示更加靈活多樣，在可以預(yù)見的未來(lái)，柔性顯示可以在智能穿戴、智能車載、介入式醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域大顯身手。

近年來(lái)，我國(guó)學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界在柔性顯示關(guān)鍵材料領(lǐng)域多有發(fā)力。有專家建議，應(yīng)加快國(guó)產(chǎn)柔性顯示關(guān)鍵材料與生產(chǎn)裝備的產(chǎn)業(yè)化融合，在增加研發(fā)投入、突破技術(shù)壁壘和專利限制的同時(shí)，加強(qiáng)與面板企業(yè)的溝通交流，增強(qiáng)技術(shù)配套能力，加快新產(chǎn)品的開發(fā)導(dǎo)入，擴(kuò)大可供材料范圍，更好滿足下游對(duì)于高規(guī)格技術(shù)材料的要求。

自發(fā)光的OLED器件成柔性顯示主流

有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)作為一種“柔性器件”，是制造當(dāng)下可折疊手機(jī)、平板電腦、電視屏幕的寵兒。

“OLED技術(shù)是基于有機(jī)發(fā)光半導(dǎo)體材料的顯示技術(shù)，有機(jī)材料天然就具有柔性特征，這是其能實(shí)現(xiàn)柔性顯示應(yīng)用的關(guān)鍵。與LCD相比，OLED最大的特點(diǎn)是無(wú)需背光源，就可以自發(fā)光，且自發(fā)光的色域控制、視角控制都優(yōu)于LCD，這使得OLED的顯示色彩更鮮艷，角度也廣。”有機(jī)電子與信息顯示國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室執(zhí)行副主任、南京郵電大學(xué)教授賴文勇教授告訴科技日?qǐng)?bào)記者，由于不需要背光源，OLED的顯示屏也更輕薄。

我國(guó)OLED的科研起步較早，1996年清華大學(xué)就成立了OLED項(xiàng)目組。2001年，在此項(xiàng)目組的基礎(chǔ)上，維信諾公司在北京成立，進(jìn)行OLED顯示技術(shù)的自主研發(fā)。隨后，清華大學(xué)教授邱勇帶領(lǐng)這支團(tuán)隊(duì)首次把OLED產(chǎn)品應(yīng)用到“神七”艙外航天服上，并主持設(shè)計(jì)了我國(guó)第一條OLED大規(guī)模生產(chǎn)線。在經(jīng)歷10多年的攻關(guān)后，“有機(jī)發(fā)光顯示材料、器件與工藝集成技術(shù)和應(yīng)用”最終為他們贏得2011年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

產(chǎn)業(yè)界對(duì)于柔性顯示的探索也領(lǐng)風(fēng)氣之先。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所研究員歐陽(yáng)鐘燦介紹，從2001年起，京東方就開始著手研究主動(dòng)矩陣有機(jī)發(fā)光二極管(AMOLED)，并首次設(shè)計(jì)出全球獨(dú)有的針對(duì)外折的AMOLED產(chǎn)品多膜層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了曲率半徑5毫米條件下20萬(wàn)次彎折。2017年，國(guó)內(nèi)首條、世界第二條的第六代AMOLED生產(chǎn)線在成都京東方實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。該生產(chǎn)線應(yīng)用全球最先進(jìn)的蒸鍍工藝，并采用柔性封裝技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)顯示屏幕彎曲和折疊。

“OLED顯示的難點(diǎn)在于復(fù)雜的工藝，要在玻璃基板上涂一層液體，烘干后成膜，再在這張膜上刻蝕OLED，而OLED有電子傳輸層、空穴傳輸層、發(fā)光層等多層結(jié)構(gòu)，每一層又都需要薄膜封裝，要讓每一層的材料相互兼容，每一步都有很多技術(shù)挑戰(zhàn)。”歐陽(yáng)鐘燦說。

各種柔性材料讓顯示屏“身段”變軟

進(jìn)入OLED時(shí)代，為了實(shí)現(xiàn)柔性可折疊，就需要將現(xiàn)有顯示屏中的剛性材料替代為柔性材料。

“柔性顯示從基板到封裝，乃至最后的保護(hù)層，都需盡量采用可以彎折卷曲的柔性材料，來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示屏幕的彎曲和折疊。”歐陽(yáng)鐘燦告訴記者，柔性顯示的關(guān)鍵材料除了OLED器件外，還包括柔性基板聚酰亞胺(PI)薄膜、柔性聚合物

膜、柔性阻隔膜、圓偏光片等。

其中，PI薄膜以及柔性阻隔膜都屬于顛覆性材料，也代表了最前沿的材料技術(shù)。PI是耐熱性最高的工程塑料材料，耐溫超過400℃。同時(shí)它的力學(xué)性能好、電絕緣性能好，可以通過分子設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)不同加工特性和物理特性。這意味著PI是一種替代透明玻璃的理想基底膜材料。

“柔性聚合物膜材料則具有高感光性，可形成精細(xì)度高的圖形，在高溫下放出的雜質(zhì)氣體少，能減少OLED發(fā)光器件的腐蝕;另外材料的斷裂伸長(zhǎng)率高，具有優(yōu)良的彎折性能，不會(huì)造成脆斷。”歐陽(yáng)鐘燦說。

柔性阻隔膜具有較高的可見光透明性，作為柔性外層保護(hù)層時(shí)，硬度比較高，耐刮擦能力強(qiáng)，阻隔膜通常帶有特有的抗靜電黏結(jié)劑，可避免顯示電路的靜電擊傷;另外阻隔膜還有超強(qiáng)的彎折恢復(fù)性，具有多次彎折能力。

傳統(tǒng)儲(chǔ)能器件，如鋰離子電池等的剛性特質(zhì)，極大限制了柔性電子產(chǎn)品的發(fā)展。針對(duì)此難題，中國(guó)科學(xué)院院士黃維及賴文勇等人研發(fā)出一種新型可撓曲柔性電極材料。他們創(chuàng)新發(fā)展了溶液過程制備電極新方法，研制出一系列新型可撓曲柔性透明電極，實(shí)現(xiàn)了電極光電性能及電化學(xué)性能的協(xié)同調(diào)控，并形成了低成本、大面積、高質(zhì)量全印刷柔性能量存儲(chǔ)器件制備技術(shù)。

而對(duì)于南京工業(yè)大學(xué)先進(jìn)材料研究院常務(wù)副院長(zhǎng)王建浦來(lái)說，尋找下一代成本低廉、發(fā)光效率更好、性能穩(wěn)定、使用壽命較長(zhǎng)、具有更佳的顯示色彩與亮度的發(fā)光材料，是柔性顯示時(shí)代的機(jī)遇所在。

他與黃維院士把目標(biāo)瞄準(zhǔn)了一種新材料，他們通過在銅基鹵化物前驅(qū)體溶液中引入非離子表面活性劑，首次制備了高效、高亮度非鉛暖白光金屬鹵化物L(fēng)ED，其外量子效率達(dá)到3.1%，創(chuàng)造了非鉛金屬鹵化物白光LED的最高紀(jì)錄。相關(guān)學(xué)術(shù)論文前不久已發(fā)表在《自然·通訊》上。

“這種LED可以用低溫溶液法制備，而且容易與柔性基底兼容。”王建浦表示，但將這種方法應(yīng)用于制備高性能非鉛金屬鹵化物光電器件，還需要長(zhǎng)期努力。

產(chǎn)學(xué)研緊密融合加速柔性顯示國(guó)產(chǎn)化

在歐陽(yáng)鐘燦看來(lái)，經(jīng)過多年發(fā)展，中國(guó)柔性顯示材料產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，但整體水平仍與國(guó)際先進(jìn)水平有一定差距。

歐陽(yáng)鐘燦舉例說：“電子級(jí)PI薄膜制造工藝流程復(fù)雜，重要參數(shù)掌握在少數(shù)企業(yè)手中，屬于高科技壁壘技術(shù)。”不過他也表示，隨著研發(fā)投入的增加，國(guó)內(nèi)企業(yè)已取得很大突破。目前，國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)采用流涎雙向拉伸工藝制造PI薄膜，相繼進(jìn)行雙向拉伸PI薄膜的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，未來(lái)發(fā)展值得期待。從近幾年的材料采購(gòu)變化來(lái)看，我國(guó)柔性關(guān)鍵材料技術(shù)的發(fā)展還是非常快的，現(xiàn)在，部分關(guān)鍵材料已經(jīng)開始來(lái)源于國(guó)內(nèi)一些優(yōu)秀的供應(yīng)商了，但還需加強(qiáng)核心技術(shù)研發(fā)能力，增加研發(fā)投入。

歐陽(yáng)鐘燦表示，隨著消費(fèi)者對(duì)移動(dòng)終端的要求越來(lái)越高，我國(guó)柔性顯示材料和工藝將得到快速發(fā)展，這些材料包括制造柔性顯示屏中用到的靶材、EL發(fā)光材料、封裝材料、偏光片材料，以及工藝過程中的設(shè)備、芯片、保護(hù)蓋板、支撐結(jié)構(gòu)等。

賴文勇認(rèn)為，我國(guó)在柔性電子和柔性顯示領(lǐng)域具有較好的積累，前沿基礎(chǔ)研究方面與發(fā)達(dá)國(guó)家處于同一起跑線上，但產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后。基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用存在脫節(jié)現(xiàn)象。比如，目前各種柔性顯示材料的單一功能在實(shí)驗(yàn)室不難實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵是生產(chǎn)中如何讓各種材料匹配和兼容。例如將發(fā)光材料與各種功能層材料、阻隔膜、封裝薄膜、PI薄膜組合在一起，如何保證發(fā)光效率，特別是長(zhǎng)時(shí)間的彎折后，是否還能保持良好的發(fā)光性能，這些都對(duì)生產(chǎn)工藝提出更高要求。

賴文勇表示，這需要各種功能層材料體系與面板制造裝備、生產(chǎn)過程高度匹配，每一種材料是否能適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用要求，要較長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)驗(yàn)證和評(píng)估，“這需要產(chǎn)學(xué)研緊密融合聯(lián)動(dòng)，打通前沿基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)技術(shù)應(yīng)用到產(chǎn)品生產(chǎn)制造全鏈條的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。建議在加快高性能柔性顯示關(guān)鍵材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的同時(shí)，還要著力推進(jìn)柔性顯示裝備制造的國(guó)產(chǎn)化，例如高真空制造裝備、柔性印刷制造裝備、高精度檢測(cè)控制裝備等，讓國(guó)產(chǎn)材料與面板制造裝備在產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中不斷融合、迭代，協(xié)同推進(jìn)”。(記者 金 鳳)

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