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纳米银线助力柔性屏幕,看中国如何打破国外垄断

作者: 来源: 日期:2015/5/26 16:25:33 人气:1561
2012年,Google正式发布名为“Project Glass”的未来眼镜概念设计,将智能穿戴设备引向高潮。2015年3月10日,苹果在旧金山MosconeCenter召开2015年春季新品发布会,正式发布了AppleWatch,分为运动、标准、定制三版,将于2015年4月10号预售,4月24日上市。Apple Watch的发布,再次引爆了智能穿戴的热潮,再次将智能穿戴设备推向高峰。
  伴随着3D打印、云计算、移动互联、大数据、智慧智能等技术的发展,智能穿戴成为下一轮工业革命浪潮的核心,必然带动了整个产业链的延伸和商业模式的升级。
  随着智能穿戴产业的爆发,柔性电子作为智能穿戴产品的重要组成部分,也越来越少受到人们的关注,特别是柔性屏的应用。
什么是柔性屏幕
  柔性屏幕,称为OLED(有机发光二极管),相较于传统屏幕,柔性屏幕优势明显,不仅在体积上更加轻薄,功耗上也低于原有器件,有助于提升设备的续航能力,同时基于其可弯曲、柔韧性佳的特性,其耐用程度也大大高于以往屏幕,降低设备意外损伤的概率。
  柔性屏幕的成功量产不仅重大利好于新一代高端智能手机的制造,因其低功耗、可弯曲的特性对可穿戴式设备的应用带来深远的影响,未来柔性屏幕将随着个人智能终端的不断渗透而广泛应用。
  此外,柔性屏幕在汽车领域也将得到应用。据中国触摸屏网报道,宝马将推出一套全新触控娱乐系统,并引入柔性屏幕技术。宝马设计总监Adrian Van Hooydonk说:“触控屏的革新往往意味着采用更大的屏幕尺寸,但这是我们的设计师不希望看到的,而随着曲面屏时代的到来,我们将朝这个方向努力,希望将显示屏和造型设计无缝结合为一体。”
柔性屏幕加速ITO的替代技术
  据报道,2013年国内电容屏出货面积超过400万平方米,其中ITO导电玻璃需求量超过360万平方米,ITOPET导电膜需求量超过140万平方米。从触摸屏产业上游材料的成本分析,ITO材料占据40%左右。且随着触摸屏行业的发展,对ITO材料的需求将越来越大,作为稀有金属的铟,不但价格随之不断上涨,而且将会有告罄的危险。
  同时,随着柔性显示产品的普及,ITO导电玻璃暴露了自身的缺点。由于ITO的脆性,使其在应用中必须有玻璃作为保护层,以保护内部导体及感应器。玻璃保护层的加入,增加了工艺生产的难度(必须在真空下),也限制了触摸屏向柔性化发展的方向。为了解决上述问题,国内外众多触控面板厂商不得不开始将发展重点转向ITO的替代技术。
纳米银线异军突起
  目前ITO导电玻璃的替代技术主要有石墨烯、导电聚合物、纳米碳管、金属网格、纳米银线等技术。据调研机构NanoMarkets预估,自2014年起,ITO替代品的市场规模将有爆发性的成长,未来将有超过80亿美元。
  理论上,石墨烯的透光度及电阻性能都占优势,但是由于其制程工艺复杂,在设备改进、工艺优化等方面都预示在前期需要有巨大的投入,售价也很高。在很长一段时间内,石墨烯都不具备量产的条件。纳米碳管工业化量产技术尚未完善,其制成的薄膜产品导电性还不能达到普通ITO薄膜的水平。从技术与市场化来说,金属网格与纳米银线技术将是有望替代ITO导电玻璃,成为柔性屏幕的主角。
  虽然金属网格具有成本低且导电性佳的优势,但为了达到足透的光穿透率,在线细化过程中必须拿掉95%~99%的触控感应面积,导致触控讯号降低20~100倍,现今触控IC难以支持;其二,为了让眼睛看不到金属网格,金属线宽必须小于5微米,使的其黄光显影制程或精密印刷技术费用高;此外,5微米金属线易断裂、金属易反射、材料氧化等问题都让金属网格技术备受考验。在解决以上难题时,成本也会随之增加,届时Metal Mesh是否还具备成本优势是厂商必须考量的问题。
  相比之下,纳米银线在工艺制程上就拥有得天独厚的优势:生产工艺简单、良率高。由于线宽较小,银线技术制成的导电薄膜相比于金属网格技术制成的薄膜可以达到更高的透光率。再次,纳米银线薄膜相比于金属网格薄膜具有较小的弯曲半径,且在弯曲时电阻变化率较小,应用在具有曲面显示的设备,例如智能手表,手环等上的时候,更具有优势。银纳米线除具有银优良的导电性之外,由于纳米级别的尺寸效应,还具有优异的透光性、耐曲挠性。此外由于银纳米线的大长径比效应,使其在导电胶、导热胶等方面的应用中也具有突出的优势。
  目前,已经有大量的研究证明银纳米线可用于制备触摸屏、弯曲有机发光二极管(OLED)、可穿戴电子设备、电子皮肤和弯曲太阳能电池等透明电极中,弯折1000次后性能仍然很稳定。此外,纳米银线就拥有原材料来源广泛、价格低廉、拥有绝佳的脆韧性、适合大规模工业化生产。综上所述,纳米银线是唯一一个具有现实应用前景的ITO替代品,成为柔性屏幕的主角。
  然而,国内的纳米银线市场几乎被美国Cambrios垄断,但由于其过高的价格和不成熟的触控模组生产工艺也让这项技术未能在世界范围内进行大规模的触控模组量产。在国内也有中科纳通为代表的一批优秀企业在进行纳米银线的研发工作,以打破进口产品的垄断。


柔性屏幕蛋糕有多大
  从智能手机到可穿戴电子设备,如谷歌眼镜、智能手表等多种应用,甚至是建筑物上安装的巨型屏幕,未来七年市场对于柔性显示的需求势必急剧增长。据IHS公司的报告“柔性屏幕技术与市场预测”,预计2020年柔性屏幕的全球出货量将增至7.92亿个,营业收入增至413亿美元,而2013年柔性屏幕出货量只有320万个。
图 全球柔性屏幕市场出货量预测 (单位是10亿美元及百万个)
  柔性屏幕潜力巨大,将创造出全新的产品,并帮助实现激动人心的应用,而在以前,这些应用都是不切实际或不可能的事情。从显示屏围绕各面的智能手机,到采用包裹式显示屏的智能手表,到显示屏可以卷曲的平板电脑和PC,以及贴在天建筑物曲面墙壁上面的巨型视频广告,柔性屏幕的潜在应用将只受限于设计者的想像力。
  作为柔性屏幕主角的纳米银线,也会随之柔性屏幕而大规模应用。目前,国内有中科纳通在进行纳米银线的研发工作,随着柔性屏幕的发展,后续会有更多的类似中科纳通的公司加入纳米银线行列,从而打破Cambrios的垄断。
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