年智能手机行业除了竞相追逐5G技术,还有一大看点就是折叠屏了。
从年年初开始,折叠屏就抢尽了风头。
很多人把年称为折叠屏元年,现在的折叠屏手机样式越来越丰富,各大厂商都争先推出自己的折叠屏手机,价格动辄几千元甚至上万元。
但其实手机只是冰山一角,可折叠屏真正能“折叠”的是我们的未来。
它已经慢慢渗透进我们生活的各个领域,毫不夸张地说,未来是折叠屏的。
尚属年轻的折叠屏可被看好的前景有哪些呢?
折叠屏与柔性OLED屏
折叠屏一般是指能够实现度弯曲,甚至扭曲的屏幕,拿着它除了能夺人眼球,还可以体验超凡的视觉享受。
实际上折叠屏是个细分概念,它属于一个宏观产品类别,我们学术上称为“柔性屏幕”,指的是由柔性材料制成的,可变形的显示屏幕。
要想解释清楚柔性屏幕,就一定要了解LCD、LED、OLED这些看上去比较晦涩难懂的名词简写。
LCD(LiquidCrystalDisplay),是由液态晶体组成的显示屏。由于有背光层,通过折射光线来发光,色彩饱和度没那么高,显示效果比较自然,长时间观看也不易疲劳。
LED(LightEmittingDiode),是由发光二极管组成的显示屏。它能够自发光,每个像素点都能投射出红绿蓝三原色的光,所以显示效果更加鲜艳饱满。
OLED(OrganicLightEmittingDiode),是有机发光二极管显示屏。它是一种利用多层有机薄膜结构产生电致发光的器件。
目前市面上最常见的柔性屏幕是柔性OLED屏,这主要得益于其自发光的优势。工业化程度更高的LCD需要利用背光源成像,而OLED不仅可以自发光,同时发光层较轻,屏幕厚度更薄,柔性化也更好。
柔性OLED的手机可以戴在手腕上,平板电脑可以折成小本放进口袋,电视也可以像画轴一样自由舒卷,同时也可以与日常生活中的曲面或软面随意结合,具有丰富的应用。
柔性OLED的结构
柔性OLED主要采用薄膜封装技术来制作,从结构上看,主要由基板、TFT驱动阵列和OLED发光器件(金属阴极+有机发光层+阳极)组成,可将其看成三层巨无霸汉堡:
上面的一块面包是金属材料,下面的一块面包是有机透明材料ITO(锡)导电膜,把中间的电子传输层和空穴传输层看成是面包中间的牛肉,最中间的一层面包是有机发光层。
柔性OLED制作工艺
那么如何制作出性能如此优异的OLED屏幕呢?
这里必须提到一种材料——ITO(IndiumTinOxides),即氧化铟锡,它具有很好的导电性和透明性,可以切断对人体有害的电子辐射、紫外线及远红外线,也是实现触摸屏技术背后的功臣。
首先要准备好导电和透光性能良好的导电玻璃,一般会选用ITO(氧化锡)玻璃,然后对ITO进行切割和光刻,保证能够满足器件的设计要求,得到自己想要的基片形状和电极。
其次要对ITO表面进行严格的清洗,因为其平整度和清洁性都会严重影响OLED的性能。
然后涂敷有机薄膜,不同的材料通过不同的方法进行制备,包括旋涂、喷涂、丝网印刷、激光转印等,其中比较关键的方法是蒸发沉积,真空度越高,纯度越高。
最后对取出的器件做封装测试,不能让水、氧和灰尘接触到电极,以免出现气泡导致屏幕出现黑点或者影响OLED寿命。
所以,OLED的制造流程大致可以分为三大部分:制备玻璃基板、涂敷有机薄膜、封装测试。
关键技术——蒸发沉积
蒸发沉积是物理气相沉积(PhysicalVaporDeposition,PVD)技术中的一种,基本原理是在真空条件下,使金属、金属合金或化合物蒸发,然后沉积在基体表面上。
蒸发的方法常用电阻加热,高频感应加热,电子束、激光束、离子束高能轰击镀料,使蒸发成气相,然后沉积在基体表面。
物理气相沉积技术
柔性OLED庞大的产业链及潜力
从上述柔性OLED的制备工艺可以看出,柔性OLED工艺较复杂,尤其是高良率的核心蒸镀工艺,目前仍然主要掌握在韩国厂商手中。
OLED的产业链同LCD一样,都是相对较长,一般分为上中下游三个阶段。
上游一般包括材料制造、设备制造、零件组,这部分目前还是日韩欧美垄断的局面,国内还没有面向产业化的OLED材料供应商,不过原材料部分大概占总成本的30%,远低于LCD的70%,所以OLED有足够的价格下降空间。
中游主要是面板制造、模组组装、驱动芯片,这部分是国内厂商的主攻方向,伴随着资本的持续注入,预计未来有机会将产能占比从目前的4%提升至19%。
下游就是各种终端显示应用领域了,随着曲面屏的普及化程度越来越高,OLED逐渐成为下游终端流行趋势,市场增速非常快,中国目前是最大的应用市场,很多LED公司都在加紧布局OLED相关产业。
除此之外,OLED在电视、汽车和航天、可穿戴设备以及工业应用等方面依然有较大的增长潜力。
柔性OLED产业链
国内目前还没有面向产业化的成套OLED生产设备制造厂商,关键设备及整套系统化技术等都掌握在日本、韩国和欧洲企业手中。但中国目前是全球最大的OLED应用市场,其中45%以上的IT产品与显示器件有关。
相对来说我国国内厂商多集中于中下游面板、模组等领域,而中国企业在中上游市场也值得期待,基于我国在LCD产业长期的技术和经验积累,中国企业通过购买、自主研发等方式,在器件结构、工艺、材料等领域已拥有关键技术。
柔性电子技术“折叠”未来
其实我们上文中提到的OLED和柔性屏幕,都属于一个新兴的学科领域,叫做“柔性电子技术”。
电影中的“钢铁侠”能够感知外界和自身的各种参数变化,就是基于柔性电子领域的传感和测量方法来实现的。
美国《科学》杂志将柔性电子技术列为年世界十大科技成果之一,与人类基因组草图、克隆技术等重大发现并列。
柔性电子技术是将电子器件制作在柔性、可延展基板上的一种电子技术,简单说,它把原来制作在“硬”的硅基载体上的电子元器件,制作到能够变形的“软”材料上。让电子器件可以拉伸、压缩、弯曲的同时还能够实现正常的计算和存储功能,而且还能够感知外界的温度、压力、声光电信号。
柔性电子技术最大的优势在于可变形能力,试想如果所有的电子器件都能做到没有固定形状,像橡皮泥一样,那将会是多大的便利。
所以这项技术在电子、信息、科技、军用、健康等领域都具有广泛前景,利用它可以开发出高灵敏度的传感器、绿色电子产品、柔性显示器、薄膜太阳能电池板、射频电子标签、电子皮肤等。
最近发布的两款超薄柔性芯片,其厚度不到人体头发丝直径的1/4,而且可以实现弯折。
我国科学家已经在柔性电子领域取得了不少成绩,很多技术都已经达到了国际领先地位。
电子皮肤
中国科学院力学研究所团队设计了高延展性的非屈曲结构,制成了柔性“电子皮肤”。
它就像“创可贴”一样,可以直接贴附于人体组织,实现对人体体征信息的实时监测,同时还可以促进营养物质吸收或者伤口愈合。
无创血糖检测
清华大学的研究团队将柔性电子技术应用在医学检验领域中,发展了基于力学-化学耦合原理的电化学双通道无创血糖测量方法,可以利用贴在身体表面的设备动态监测血管间的葡萄糖流动,替代传统扎手指检测血糖的方法。
飞行器的智能蒙皮
华中科技大学团队发展了柔性电子曲面共形喷印技术,可直接将功能材料沉积到基板上形成图案,相当于用喷墨印刷的方法,直接就能够制备出柔性电子器件,技术一旦成熟,将大大提升柔性电子器件制备能力。
柔性电致发光纤维
浙江工业大学团队开发出可编织、可穿戴的柔性电致发光纤维材料,发光强度高,分布均匀,不受汗液干扰,未来可以大规模的应用在服装和织物领域,让我们生活中更加丰富多彩。
柔性电池
中科院青岛生物能源所团队将氟原子引入石墨炔结构当中,制备得到新型柔性电极材料,具有较高的能量密度和功率密度,对于推动柔性电池的发展有较大意义。
未来我们用到的电池,可能就是柔性可弯曲可拉伸的状态了,对于电池的存储以及应用场景,会有本质上的提升。
柔性电子技术的未来出路
从电子电路、电子组件、材料、平面显示、纳米技术等领域技术,到半导体、材料、印刷电路板、显示面板等产业,柔性电子技术的出现,成为世界多国和跨国企业竞相发展的前沿技术。
我国已在柔性电子领域中投入大量科研经费,在未来的柔性电子研究和产业发展中有望与其它各国持平并赶超。
柔性电子技术,未来可期。