國產柔性材料“硬”起來電子顯示屏才能“軟”下去

我國在柔性電子和柔性顯示領域具有較好的積累，前沿基礎研究方面與發達國家處於同一起跑線上，但產業技術發展相對滯後。這需要產學研緊密融合聯動，讓國產材料與面板製造裝備在產業發展過程中不斷融合、迭代，協同推進。

賴文勇 有機電子與信息顯示國家重點實驗室執行副主任、南京郵電大學教授

從去年在中國上市的三星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佈會的MIX FOLD，摺疊屏手機憑藉炫酷的“開合之美”和大屏顯示的全新視覺體驗，備受關注。而柔性顯示材料則是支撐摺疊屏手機的肱骨。

由於柔性顯示材料的加持，信息的顯示更加靈活多樣，在可以預見的未來，柔性顯示可以在智能穿戴、智能車載、介入式醫療、自動駕駛等領域大顯身手。

近年來，我國學界和產業界在柔性顯示關鍵材料領域多有發力。有專家建議，應加快國產柔性顯示關鍵材料與生產裝備的產業化融合，在增加研發投入、突破技術壁壘和專利限制的同時，加強與面板企業的溝通交流，增強技術配套能力，加快新產品的開發導入，擴大可供材料範圍，更好滿足下游對於高規格技術材料的要求。

自發光的OLED器件成柔性顯示主流

有機發光二極管（OLED）作為一種“柔性器件”，是製造當下可摺疊手機、平板電腦、電視屏幕的寵兒。

“OLED技術是基於有機發光半導體材料的顯示技術，有機材料天然就具有柔性特徵，這是其能實現柔性顯示應用的關鍵。與LCD相比，OLED最大的特點是無需背光源，就可以自發光，且自發光的色域控制、視角控制都優於LCD，這使得OLED的顯示色彩更鮮豔，角度也廣。”有機電子與信息顯示國家重點實驗室執行副主任、南京郵電大學教授賴文勇教授告訴科技日報記者，由於不需要背光源，OLED的顯示屏也更輕薄。

我國OLED的科研起步較早，1996年清華大學就成立了OLED項目組。2001年，在此項目組的基礎上，維信諾公司在北京成立，進行OLED顯示技術的自主研發。隨後，清華大學教授邱勇帶領這支團隊首次把OLED產品應用到“神七”艙外航天服上，並主持設計了我國第一條OLED大規模生產線。在經歷10多年的攻關後，“有機發光顯示材料、器件與工藝集成技術和應用”最終為他們贏得2011年度國家技術發明獎一等獎。

產業界對於柔性顯示的探索也領風氣之先。中國科學院院士、中國科學院理論物理研究所研究員歐陽鍾燦介紹，從2001年起，京東方就開始着手研究主動矩陣有機發光二極管（AMOLED），並首次設計出全球獨有的針對外折的AMOLED產品多膜層結構，實現了曲率半徑5毫米條件下20萬次彎折。2017年，國內首條、世界第二條的第六代AMOLED生產線在成都京東方實現量產。該生產線應用全球最先進的蒸鍍工藝，並採用柔性封裝技術，可實現顯示屏幕彎曲和摺疊。

“OLED顯示的難點在於複雜的工藝，要在玻璃基板上塗一層液體，烘乾後成膜，再在這張膜上刻蝕OLED，而OLED有電子傳輸層、空穴傳輸層、發光層等多層結構，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挑戰。”歐陽鍾燦説。

各種柔性材料讓顯示屏“身段”變軟

進入OLED時代，為了實現柔性可摺疊，就需要將現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，乃至最後的保護層，都需儘量採用可以彎折捲曲的柔性材料，來實現顯示屏幕的彎曲和摺疊。”歐陽鍾燦告訴記者，柔性顯示的關鍵材料除了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於顛覆性材料，也代表了最前沿的材料技術。PI是耐熱性最高的工程塑料材料，耐温超過400℃。同時它的力學性能好、電絕緣性能好，可以通過分子設計實現不同加工特性和物理特性。這意味着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，可形成精細度高的圖形，在高温下放出的雜質氣體少，能減少OLED發光器件的腐蝕；另外材料的斷裂伸長率高，具有優良的彎折性能，不會造成脆斷。”歐陽鍾燦説。

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

傳統儲能器件，如鋰離子電池等的剛性特質，極大限制了柔性電子產品的發展。針對此難題，中國科學院院士黃維及賴文勇等人研發出一種新型可撓曲柔性電極材料。他們創新發展了溶液過程製備電極新方法，研製出一系列新型可撓曲柔性透明電極，實現了電極光電性能及電化學性能的協同調控，並形成了低成本、大面積、高質量全印刷柔性能量存儲器件製備技術。

而對於南京工業大學先進材料研究院常務副院長王建浦來説，尋找下一代成本低廉、發光效率更好、性能穩定、使用壽命較長、具有更佳的顯示色彩與亮度的發光材料，是柔性顯示時代的機遇所在。

他與黃維院士把目標瞄準了一種新材料，他們通過在銅基鹵化物前驅體溶液中引入非離子表面活性劑，首次製備了高效、高亮度非鉛暖白光金屬鹵化物LED，其外量子效率達到3.1%，創造了非鉛金屬鹵化物白光LED的最高紀錄。相關學術論文前不久已發表在《自然·通訊》上。

“這種LED可以用低温溶液法制備，而且容易與柔性基底兼容。”王建浦表示，但將這種方法應用於製備高性能非鉛金屬鹵化物光電器件，還需要長期努力。

產學研緊密融合加速柔性顯示國產化

在歐陽鍾燦看來，經過多年發展，中國柔性顯示材料產業取得了長足進步，但整體水平仍與國際先進水平有一定差距。

歐陽鍾燦舉例説：“電子級PI薄膜製造工藝流程複雜，重要參數掌握在少數企業手中，屬於高科技壁壘技術。”不過他也表示，隨着研發投入的增加，國內企業已取得很大突破。目前，國內已有多家企業採用流涎雙向拉伸工藝製造PI薄膜，相繼進行雙向拉伸PI薄膜的產業化開發，未來發展值得期待。從近幾年的材料採購變化來看，我國柔性關鍵材料技術的發展還是非常快的，現在，部分關鍵材料已經開始來源於國內一些優秀的供應商了，但還需加強核心技術研發能力，增加研發投入。

歐陽鍾燦表示，隨着消費者對移動終端的要求越來越高，我國柔性顯示材料和工藝將得到快速發展，這些材料包括製造柔性顯示屏中用到的靶材、EL發光材料、封裝材料、偏光片材料，以及工藝過程中的設備、芯片、保護蓋板、支撐結構等。

賴文勇認為，我國在柔性電子和柔性顯示領域具有較好的積累，前沿基礎研究方面與發達國家處於同一起跑線上，但產業技術發展相對滯後。基礎研究與產業應用存在脱節現象。比如，目前各種柔性顯示材料的單一功能在實驗室不難實現，關鍵是生產中如何讓各種材料匹配和兼容。例如將發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，如何保證發光效率，特別是長時間的彎折後，是否還能保持良好的發光性能，這些都對生產工藝提出更高要求。

賴文勇表示，這需要各種功能層材料體系與面板製造裝備、生產過程高度匹配，每一種材料是否能適應產業化應用要求，要較長時間的試驗驗證和評估，“這需要產學研緊密融合聯動，打通前沿基礎研究、產業技術應用到產品生產製造全鏈條的關鍵環節。建議在加快高性能柔性顯示關鍵材料研發和產業化應用的同時，還要着力推進柔性顯示裝備製造的國產化，例如高真空製造裝備、柔性印刷製造裝備、高精度檢測控制裝備等，讓國產材料與面板製造裝備在產業發展過程中不斷融合、迭代，協同推進”。