印刷与柔性显示材料与器件技术发展现状与趋势

　　史冬梅1，杨斌1，刘红丽2

　　(1.科技部高技术研究发展中心;2.天津大学)

　　随着“互联网+”、人工智能、可穿戴设备等信息技术的极速进步，对作为信息窗口的显示器件提出了柔性、轻薄、省电、可折叠、卷曲、超大尺寸等要求。印刷及柔性显示具有轻薄、柔性、大面积、低成本、节能等特点，将给整个显示产业带来一次全面的革命。本文分析了该领域的国内外研究现状和发展趋势，并提出我国进一步发展重点与对策建议。

　　一、关于印刷与柔性显示材料与器件

　　1. 定义与内涵

　　柔性显示是基于柔性基材上制作柔性的TFT(薄膜晶体管)器件。其中新型OLED(有机发光二极管)与QLED(量子点发光二极管)为自发光器件，其结构不同于液晶显示，可任意弯曲与折叠，因此OLED与QLED技术是柔性显示必不可缺的组成部分。

　　印刷显示技术是使用喷墨打印的方式，将OLED/QLED材料所配制的墨水，喷打在所需要的像素位置，实现显示器件制作的技术，可用于制作大尺寸显示面板。因此，对印刷显示器件结构简化、改善工艺流程、提高器件良品率等有极大帮助。

　　印刷显示与柔性显示相辅相成，如将印刷显示与柔性显示相结合，可实现卷对卷的印刷柔性显示器件制作，其工艺类似于印刷报纸式的卷对卷生产方式。制备过程中，显示器的尺寸只受到一个维度的限制，使得柔性、低成本、大屏显示成为可能。

　　2. 主要作用与意义

　　印刷与柔性显示是新型显示行业的一次技术变革，在以印刷及柔性显示为主的显示产业战略转型中，国内发展基本与国际先进水平同步，通过产学研联合创新，突破关键技术瓶颈，可打破国外巨头对显示行业的技术垄断，促进我国显示产业实现跨越式发展，从长期的跟随发展，转变为并行和引领发展。

　　二、国际发展现状与趋势

　　1. 美国

　　美国于20世纪90年代初开始印刷与柔性显示相关领域的研究计划。美国能源部和国防部先进研究项目局等先后投入数亿美元，用于资助包括关键材料、器件、工艺技术以及系统原型等方面的基础与应用研究。成立了针对显示、柔性与印刷电子技术发展的合作联盟(FlexTech Alliance)，促使产业界、学术界、投资方以及联邦政府机构建立紧密的联系。

　　相关大学与研究机构的研究成果在风险投资的支持下，成立了众多小型科技创新企业，进一步推动了关键材料、元件和制造技术产业化发展。著名的企业如Dupont(印刷小分子OLED材料)、Plextronics(OLED发光材料)、QD Vision(量子点材料)等，著名的研究机构有Stanford(OTFT)、Northwest Univ.(OTFT，Oxide TFT半导体和绝缘层材料)、UC Berkeley(OTFT工艺、印刷工艺和设备)等。

　　2. 欧洲

　　欧洲是从事印刷与柔性显示相关技术研究和产业化最早、最活跃的区域，将包含印刷与柔性显示在内的印刷电子产业作为提高产业竞争力的重要方向，在第六、七框架先后投入大量资金，以支持相关材料、工艺设备、元件和系统原型的研究。英国、德国、芬兰、荷兰政府都投入大量资源，资助相关的基础、应用研究及产业化，并成立了国家级的研发中心。

　　在此背景下，传统大型的化学材料企业将印刷显示材料纳入重点发展方向，并孵化出很多包括工艺设备、材料、元件和应用的小型高科技企业，如Merck(有机半导体材料和发光材料)、FlexInk(有机半导体材料)、Plastic Logic(印刷有机晶体管背板集成制造、柔性显示)、Cambridge Display Technology(印刷聚合物发光显示材料与器件)等。著名研究机构有英国剑桥大学(OTFT，PLED)、帝国理工大学(OTFT，PLED)、英国印刷电子中心(CPI)、荷兰Holst Center、芬兰VTT、德国海德堡InnovationLab等。

　　3. 日本

　　作为电子与传统印刷产业的技术领先者，在20世纪90年代中期，日本就在印刷与柔性电子领域有布局，主要针对低成本显示产业应用。

　　2011年由大学、公司和研究机构联合成立的日本先进印刷电子技术研究联盟，获得新能源和工业技术发展组织(NEDO)五年的资助，重点发展印刷与柔性电子材料与工艺关键技术。在传统半导体产业(集成电路与平板显示)面临技术、资金投入和业务等困难的情况下，印刷与柔性电子被认为是能使日本厂商复活的关键技术。

　　一批日本研究机构和企业在材料和工艺设备方面掌握了领先技术，并基于此实现了很多原型系统。著名的企业有JOLED、住友化学、TEL/EPSON、Toppan Printing等。

　　2015年，“产业革新机构(INCJ)”联合JDI、索尼、松下成立了“JOLED”公司。JOLED计划于2016年下半年建设OLED面板的试产生产线，目标为量产用于笔记本电脑、平板电脑的OLED面板。

　　在此方面，日本企业已取得的代表性成果有：NHK送放技术研究所展出了5英寸、分辨率为324×240的柔性AMOLED显示屏;东芝公司开发出了一款柔性AMOLED显示屏，尺寸为11.7英寸，分辨率960×540;松下公司完成了55寸RGB印刷OLED样机制作，并在CES展出该样机;JOLED完成了20寸高分辨样机制作，并计划实现量产。

　　4. 韩国

　　韩国政府在2000年初开始重视印刷与柔性电子发展，2006年成立了韩国印刷电子中心，投资740亿韩元用于前沿核心设备和基础设施建设，致力于把韩国建设成为印刷电子的世界中心，推动工业界与学术界合作研究与开发。

　　韩国公司在印刷与柔性显示领域获得的代表性成果有：SMD公司开发出一款6.5英寸柔性全彩色AMOLED显示屏;同年，LG公司展示了采用超薄不锈钢衬底制备的4.3英寸柔性AMOLED显示屏;三星在CES展会上展示了一款Windows Phone原型机，这款产品屏幕边缘向下弯曲，能够正常显示图像;LG公司推出全球首款为智能手机设计、塑料制成的6英寸柔性OLED显示屏。2014年，LG展示了全球最大尺寸柔性OLED产品，尺寸达到18英寸，分辨率为HD级别;2015年，三星又推出两款柔性OLED屏手机(Galaxy S6 Edge和Galaxy S6 Edge+)。

　　5. 其它地区与国家

　　台湾地区、新加坡等也非常重视印刷与柔性电子的发展。台湾地区是世界电子制造业重地，从2000年开始着力于柔性和印刷电子的研发，台湾地区产、学、研界成立“产业推动联盟”，将柔性电子产业定为未来三大重点发展的新科技之一，投入超过1亿元新台币。

　　新加坡科技与研究规划局在印刷与柔性电子相关的有机光电材料、柔性薄膜阻挡层材料、印刷集成工艺、器件应用与原型系统研究方面有很大的资助。

　　三、我国发展现状与水平

　　我国在印刷OLED显示研究方面与国外相比，基本处于并跑水平。

　　在材料方面，华南理工大学、中国科学院长春应用化学研究所、天津大学分别在荧光材料、磷光材料和载流子传输材料方面在国内外知名期刊发表了大量的相关研究成果。特别是华南理工大学基于自主发展的聚合物发光材料及印刷阴极材料，成功制备了首个全喷墨打印的彩色显示器件，从原理上实现了全印刷技术器件。2013，华南理工大学发布了4.8英寸全彩柔性OLED显示器件，相关研究结果已在Nature Communications，Advanced Materials等国际著名学术期刊发表。

　　我国已经开发出具有国际特色的有机电子墨水和全印刷电极材料，成立了全国印刷电子产业创新联盟。在墨水材料技术、电化学溶液成膜技术、喷墨打印技术、电湿润显示技术、印刷显示相关材料性能评价方面，也开展了多年研究，拥有深厚的技术研发基础。汉王推出了我国首款使用电子纸为显示屏的电子书，采用5in的电泳显示电子纸，分辨率为800×600dpi。

　　TCL集团、深圳华星光电有限公司、天马微电子集团、广州新视界光电科技有限公司等公司，一直致力于印刷及柔性显示领域的产业化技术开发，在柔性显示基板技术、柔性封装与阻隔膜技术、印刷背板驱动技术等方面积累了许多研究经验，着力于联合企业、高校和科研机构共同推动量产型印刷及柔性显示技术的开发。

　　四、我国进一步发展重点与对策

　　我国未来在新型显示技术领域，需要继续以印刷及柔性的材料和器件为重点，保持我国在该方向的优势;同时，由于我国在相关设备方面落后于欧美日韩等国家，需要通过广泛的技术交流、合作以及人才引进，实现产业链的发展和提升，力争使我国在显示技术和产业层面上达到国际一流水平，在国际显示产业发展中占有主动权。为此，需要进一步：

　　1. 做好顶层设计

　　将产业链、创新链、资金链进行有机整合，强调产学研用结合，为形成我国完整的印刷及柔性显示产业链，占领下一代显示产业战略高地提供核心技术支撑。

　　2. 创新管理机制

　　创新机制，建设国家级印刷及柔性显示技术创新中心。集中全国优势科研资源，建设一个从基础到应用及成果转化的印刷及柔性显示技术创新体系。改变以往分散、竞争的研发生态，解决目前存在的企业与高校、科研机构均缺乏印刷显示材料产业化所必备的中试、量产条件，以及研发基础分散，不能形成合力等问题。集中资源，汇集项目，多渠道筹集资金，高效组织管理。

　　3. 部署重点任务

　　重点包括：印刷及柔性显示战略发展与规划;核心共性关键技术创新、工艺创新;建设产业孵化器，带动我国全行业的技术创新;加强人才培养;建设生态圈及支持产业链;建立专利池，做好标准与规范。

　　4. 做好产业化示范

　　以产业化需求为导向，探讨并实现技术孵化和转移的创新模式，吸引海内外先进技术进入技术创新中心来孵化，为国内从事印刷及柔性显示及相关技术研发的企业、高校、科研机构等提供中试、关键技术攻关、测试、评估等服务工作。

　　5. 实施知识产权战略

　　把握住未来技术发展的新趋势，实施自主知识产权战略，在关键材料与器件技术两个方向上齐头并进，让关键材料的突破来带动器件技术的发展，让器件技术的需求来引导关键材料的开发。

　　6. 开展共赢的国际交流与合作

　　以协同创新为目标，利用跨行业、跨学科、跨领域的技术创新优势力量，建立技术、人才、项目的交流合作机制，推动企业创新资源共享，面向全球开展开放的科技合作，以国际科技合作带动产业合作，推动优势产业和企业市场的全球化。

　　本报告为科技创新战略研究专项项目“重点科技领域发展热点跟踪研究”(编号：ZLY2015072)研究成果之一。感谢广东聚华印刷显示技术有限公司宋晶尧研发总监的支持。

　　本文特约编辑：姜念云