柔性電子：靈活多變的新興電子技術

□ 文 / 楊 瑾 杭州市科技信息研究院

柔性電子（Flexible Electronics）技術是一種將有機/無機材料電子器件制作在柔性/可延性基板上的新興電子技術。柔性電子材料具有獨特的柔性和延展性，憑借高效率、低成本的制造工藝，在信息、能源、醫(yī)療、國防等領域具有廣泛應用前景，如柔性電子顯示器、有機發(fā)光二極管OLED、印刷RFID、薄膜太陽能電池板、電子用表面粘貼（Skin Patches）等。相對于傳統(tǒng)電子材料，柔性電子材料具有更大的靈活性，能夠在一定程度上適應不同的工作環(huán)境，滿足設備的形變要求。

柔性電子技術起源于有機電子和塑料電子技術，是在碳基材料與光電過程高度融合基礎上形成的一個未來技術產業(yè)。與傳統(tǒng)IC 技術一樣，制造工藝和裝備也是柔性電子技術發(fā)展的主要驅動力。柔性電子制造技術水平指標包括芯片特征尺寸和基板面積大小，其關鍵是如何在更大幅面的基板上以更低的成本制造出特征尺寸更小的柔性電子器件。

柔性電子技術最初進入公眾視野是在顯示領域的應用——柔性顯示屏。柔性顯示屏是由柔軟材料制成的可變形、可彎曲的顯示裝置，像紙一樣薄，即使切掉電源，內容也不會消失，也被叫做“電子紙”。目前柔性顯示技術的主流是柔性OLED（有機電激光顯示），OLED顯示是一種自發(fā)光顯示技術，其最大的特點是無需背光源，OLED顯示按驅動方式可分為主動式（AMOLED）和被動式（PMOLED）。與傳統(tǒng)屏幕相比，AMOLED 屏體積輕薄、色域廣、對比度高、功耗低，易于制造成可彎曲、可折疊的屏幕，被認為是最具潛力的下一代顯示技術。柔性顯示屏可以適用于不同形態(tài)、不同曲面的設備，可以應用到手機、電視、音箱、水杯、箱包、衣服等眾多非規(guī)則平面的設備和物品上。

柔性電子產業(yè)具有廣闊的市場前景，據英國知名研究公司IDTechEx預測，柔性電子產業(yè)市場將處于長期高速增長的態(tài)勢，其市場規(guī)模將在2028 年達到3010 億美元。柔性顯示作為柔性電子產業(yè)的一個重要方向，全球市場份額大幅增長，據市場研究公司TMR 估計，2021 年柔性顯示產業(yè)的收入達到149 億美元。在未來幾年，全球柔性顯示器市場復合年增長率將達到約33.1%，2031年全球市場規(guī)模將達到2426億美元。

全球柔性電子產業(yè)的發(fā)展情況

柔性電子技術是一場全新的電子技術革命。美國、歐盟等發(fā)達經濟體的政府機構、高等院校和科研單位爭相投入大量資金與人力，設立研究中心與技術聯盟，重點支持柔性信息顯示、柔性電子器件、健康醫(yī)療設備等方面的研究及產業(yè)化，在柔性顯示與綠色照明、柔性能源電子技術、柔性生物電子技術和柔性傳感技術等領域展開競爭。

從柔性電子產業(yè)全球市場格局來看，美、日、韓等發(fā)達國家的柔性電子產業(yè)發(fā)展迅速，憑借其大量的生產經驗和先進的制造工藝，占據世界領先地位，出現了一批從事柔性電子材料與器件生產的大型企業(yè)（如表1）。在柔性顯示領域，韓國三星、韓國LG、日本東芝、日本夏普等國際企業(yè)占據較多市場份額；在柔性電路板領域，日本旗勝、美國M-FIEX 等公司占有較大的先發(fā)優(yōu)勢。韓國三星是全球柔性OLED 顯示器的先驅型企業(yè)，占據市場的主導地位，可提供全套垂直整合供應鏈。韓國LG 的柔性顯示生產工藝十分成熟，處于行業(yè)領頭羊地位。日本旗勝作為生產柔性印刷電路板的集團公司，技術先進，其產品的市場占有率和各項指標在同行業(yè)中名列前茅。美國M-FLEX 創(chuàng)立于1984 年，目前已成為全美最大的柔性線路板生產制造商之一，在柔性線路板生產領域歐美排名領先、世界排名前列。

表1 全球柔性電子產業(yè)相關大型企業(yè)

中國柔性電子產業(yè)的發(fā)展情況

我國在柔性電子技術領域的發(fā)展起步較晚，整體產業(yè)規(guī)模、技術實力和國外相比仍有不小的差距。但在政策扶持和全球柔性電子技術發(fā)展日益成熟的影響下，我國產業(yè)發(fā)展也在穩(wěn)步推進，技術發(fā)展態(tài)勢良好。

近年來，國家持續(xù)出臺相關政策支持柔性電子產業(yè)發(fā)展，把新一代信息產業(yè)、先進材料、生物技術等與柔性電子技術息息相關的產業(yè)列入了國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)。同時，以清華大學、北京大學、華南理工大學等為代表的科研機構也加大了相關領域的研究力度。我國在柔性電子領域的技術探索和產業(yè)化取得重要進展。

2018 年8 月，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)改委發(fā)布《擴大和升級信息消費三年行動計劃（2018—2020 年）》，提出要加快新型顯示產品發(fā)展，支持企業(yè)加大技術創(chuàng)新投入力度，突破柔性面板等量產技術來帶動產品創(chuàng)新。

2020年9月，國家發(fā)改委等四部門聯合發(fā)布《關于擴大戰(zhàn)略性新興產業(yè)投資培育壯大新增長點增長極的指導意見》，提出加快新一代信息技術產業(yè)提質增效，其中聚焦重點產業(yè)投資領域包括新型顯示器件的核心技術攻關。

2021年1月，工業(yè)和信息化部等三部門發(fā)布《變壓器能效提升計劃（2021—2023 年）》，通過鼓勵生產制造柔性變壓器推動變壓器加大產品研發(fā)力度，加速柔性電子產品升級換代。

目前，我國柔性電子產業(yè)鏈上游包括產品制造所需的主要材料與設備，包括發(fā)光材料、柔性基板、鍍膜設備等；中游以柔性電子器件生產制造為主，主要有柔性顯示屏、柔性電路板、柔性傳感器等；下游應用領域主要有電子類產品、航空軍工類產品、醫(yī)療設備、汽車產品等。我國柔性電子終端產業(yè)化應用主要集中在智能手機、液晶電視、平板電腦、車載產品等領域。

我國柔性電子產業(yè)相關A 股上市企業(yè)共有68 家，截至2022 年6月，流通市值約為6337.4億元。我國柔性電子產業(yè)主要上市企業(yè)在各自領域具有一定的技術先進性，且大部分為傳統(tǒng)生產工藝的轉型升級，柔性電子技術研發(fā)與相關材料、器件生產是其業(yè)務的一部分，主營業(yè)務涉及系統(tǒng)集成、電子元器件、材料等（如表2）。京東方作為國內自主掌握柔性顯示技術的企業(yè)，在柔性顯示照明領域取得了一系列成果，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5mm條件下20 萬次彎折。弘信電子在柔性電路板方面有較強的研發(fā)及制造優(yōu)勢，其柔性印制電路板產品廣泛應用于手機、平板電腦、汽車電子等領域，并能進一步加工成壓力傳感器等其他柔性電子產品應用于可穿戴設備、高端廚電、智能家電及小家電領域。

表2 我國柔性電子產業(yè)主要上市企業(yè)

我國柔性電子產業(yè)已經初具規(guī)模，目前各類研究機構超過10 家，國內相關企業(yè)超過300 家，規(guī)模較大的企業(yè)主要以傳統(tǒng)材料、電子器件、應用為主。業(yè)內預計，2028年我國柔性電子產業(yè)市場規(guī)模將達到500億美元。

我國柔性電子產業(yè)發(fā)展具有廣闊的前景，但是也存在一些困難與挑戰(zhàn)。

一是產業(yè)鏈發(fā)展不均衡。我國柔性電子技術尚處于起步期，上游材料處于研發(fā)突破階段，中、下游領域大多處于布局階段，實現投產或量產的項目較少，整體產業(yè)規(guī)模較小。產業(yè)鏈發(fā)展不均衡，尚缺乏原創(chuàng)性成果和完整工藝鏈條，在國際產業(yè)分工中仍處于代工地位和跟跑階段。

二是產業(yè)技術有所欠缺。由于柔性電子技術門檻較高，我國柔性電子上游原材料相關核心技術及供應權基本被日本、韓國和歐美廠商壟斷，中國企業(yè)掌握的技術核心與國外巨頭企業(yè)相比差距較大，競爭能力較弱，在國際市場上仍然受制于人。

三是人才競爭力有待加強。柔性電子產業(yè)的競爭依賴于技術的競爭，技術的競爭歸根到底是人才的競爭?，F有柔性電子技術相關的高端人才仍以海外引進為主，整體人才競爭力較弱，人才隊伍分布梯度有待改善，不利于我國柔性電子產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

杭州柔性電子產業(yè)現狀與發(fā)展機遇

2017 年底，杭州發(fā)布了《關于加快推動杭州未來產業(yè)發(fā)展的指導意見》，緊盯人工智能、虛擬現實、區(qū)塊鏈、量子技術、增材制造、商用航空航天、生物技術和生命科學等前沿技術領域。這些產業(yè)領域，基本都與柔性電子技術緊密相關，如人工智能、航空航天、生物技術等不少高端設備，都需要柔性電子核心技術作為支撐。

柔性電子技術還可以助力杭州傳統(tǒng)產業(yè)（如塑料、印刷、化工、金屬材料等）的轉型升級，提升其產業(yè)附加值，推動信息化與工業(yè)化的深度融合。柔性電子技術在傳統(tǒng)產業(yè)中的應用，也必將給這些行業(yè)帶來巨大變革。

2018 年至2019 年，連續(xù)兩屆全球柔性電子國際學術大會均在杭州下沙科技城舉行，來自中、美、韓等多個國家和地區(qū)的國際頂級專家與會。下沙已經將柔性電子列為重點產業(yè)方向，聯合清華大學等國內外頂尖研究團隊，力爭打造全球柔性電子產業(yè)高地。

柔性電子與智能技術全球研究中心于2018年5月在杭州下沙成立，是浙江清華柔性電子技術研究院的重要組成部門，與位于北京、嘉興的研究中心聯動，主要聚焦柔性傳感、柔性顯示、柔性能源、柔性健康醫(yī)療、柔性集成電路及芯片等方向和領域，致力于成為全球柔性電子技術頂尖科研技術機構。

未來，基于杭州三大科創(chuàng)高地、五大產業(yè)鏈基礎及柔性電子產業(yè)需求，杭州可以優(yōu)先布局發(fā)展柔性電子產業(yè)，以頂層布局為引領、以核心技術為重點、以生產制造為抓手、以應用推廣為驅力，鼓勵科研院所開展關鍵核心技術攻關，引進國內外知名企業(yè)在杭設立柔性核心材料生產線，推廣下游領域應用，全力拓展杭州柔性電子產業(yè)的發(fā)展空間與潛能。