柔性電子產業發展文獻綜述

孔善右，唐德才，趙紫倩，易銳

(1.江蘇仕邦柔性電子研究院有限公司，江蘇 南京 210044；2.南京信息工程大學 管理工程學院，江蘇 南京 210044)

0 引言

當今社會是科技創新的時代，是智能化的時代。柔性電子(flexible electronics, FE)是智能時代的關鍵核心，在眾多領域應用前景廣闊。十九屆五中全會將科技自立自強作為我國國家發展的戰略支撐，中央經濟工作會議進一步強調了戰略科技理念。科學技術前沿的主要領域包括八大方面，組合成英文的單詞為FAMISHED，英文原意是extremely hungry，體現了我們對科學技術創新的極度渴望和需求。FAMISHED中的F代表柔性電子，也稱“柔性電子+”，其他領域包括人工智能、材料科學、泛物聯網、空間科學、健康科學、能源科學和數據科學[1]。科學前沿的核心和基礎是柔性電子。本文的研究目的是推動柔性電子產業的發展，提高我國的國防力量、科技及醫療水平，促進經濟的可持續增長，使我國在國際競爭中占據有利地位。研究目標是提高公眾對柔性電子產業的認知度與重視度，為我國柔性電子產業的發展提供政策建議，推動柔性電子產業的發展。

1 柔性電子產業發展迫在眉睫

1.1 柔性電子產業發展的必要性

二戰之后的科技及產業的發展主要是以美國為代表的西方國家為主導。現如今，以硅基材料和光電為核心基礎的柔性電子產業正蓬勃發展，具備推動柔性電子產業發展的條件。我國柔性電子產業的發展關乎我國能不能走出四個自信，能不能走出中國道路，引領未來全球的經濟發展。在當今信息時代，若關鍵核心技術受制于其他國家，那么國家的發展也將受制于其他國家。柔性電子的發展對于推動國防、醫療等領域的發展以及提高人類生活質量具有重要的戰略意義，符合社會發展的需求。當前柔性電子產業處于起步階段，市場空間廣闊，且柔性電子技術是國家顛覆性創新技術，其所帶動的柔性電子產業能夠為從業人員、企業家和投資人等帶來超高的產業附加值。因此需要推動柔性電子產業的發展。

1.2 柔性電子產業發展的緊迫性

推動柔性電子產業發展迫在眉睫。未來很長一段時間內，柔性電子產業是全球發展的重點。在激烈的國際競爭中，誰先掌握了柔性電子產業的核心技術，誰就有可能在國際競爭中擁有制勝的主動權[2]。我國的柔性電子產業起步較晚，缺乏相關核心關鍵技術，尚未形成完整的柔性電子產業鏈，在國際柔性電子產業分工中的地位較低，處于跟隨階段。因我國柔性電子產業上游發展不夠，很多關鍵技術都依賴于其他國家，嚴重制約了我國柔性電子產業的發展。故而我國需要加快柔性電子產業核心技術的研發及設備的制造，搶占柔性電子產業發展的先機。從社會經濟發展角度看，發展柔性電子產業，有利于推動我國產業升級轉型，促進經濟可持續增長。從國防民生角度看，柔性電子能夠廣泛應用于顯示、照明、國防、航天航空、醫療等領域，有助于增強我國的國防力量，提高我國的醫療水平及公眾生活水平。總而言之，為了我國的最高利益，我國應該重視柔性電子產業的發展，培養相關科技人才。

1.3 柔性電子產業發展的可行性

2 柔性電子產業文獻綜述

通過對國內外關于柔性電子產業相關文獻的學習研究，本文將柔性電子產業文獻分為理論研究、相關技術研究、主要產品研究、發展概況及存在問題研究五點，并通過對這五點的詳細闡述，使公眾對現今的柔性電子產業發展研究的認知更加清晰。

2.1 柔性電子產業理論

柔性電子(FE)概念已存在幾十年。20世紀60年代CRABB R L和TREBLE F C提出了柔性太陽能電池的概念[4]。20世紀80年代研究人員研發了具有柔性特點的有機電子器件。2006年，為了解決基于無機半導體材料的傳統光子、電子集成器件柔性差、無法與人體緊密貼合的問題，科學界首次提出了可延展無機柔性電子的概念，在無機半導體襯底上制備功能單元，將其剝離后集成到柔性襯底并通過波浪狀導線互連，形成可延展柔性集成電路及仿皮膚電子器件[5]。

柔性電子包含柔性與電子兩個方面，柔性電子既要具備柔性又要具備電子功能[6]。柔性電子是在柔性基底上沉積有機、無機或有機無機復合材料，形成以電路為代表的電子元器件及集成系統的一門新興科學技術[7-9]。柔性電子技術根據工藝不同，也被稱作打印電子技術、有機電子技術、軟電子技術等，是在物理、化學、生物、電子、材料等二十多個學科高度交叉融合基礎上形成的真正意義上的顛覆性科學技術[10]。柔性電子器件同時具備有機半導體和無機半導體的特征，使無機半導體不僅具有可拉伸、可彎曲等變形特點，而且具有傳統無機集成器件和電路的高性能、高可靠性[11]。柔性電子具有獨特的柔性和延展性、成本低、便攜、可大面積應用、節能環保等顯著優勢，在顯示、照明、集成電路、數字醫療、人工智能、能源、物聯網、穿戴以及國防等領域均具有廣泛的應用前景[12-13]。

綜上所述，目前眾學者的研究主要集中于柔性電子，很少有學者對柔性電子產業有一個具體的定義，故認為，柔性電子產業(flexible electronics industry，FEI)是指參與柔性電子技術的研發，利用柔性電子技術所從事的與柔性電子產品、相關設備、材料等的研發、生產制造、應用等一系列過程活動的企事業單位集合體。柔性電子產業是在柔性電子技術的發展和應用的基礎上發展起來的。

2.2 柔性電子技術

柔性電子技術是柔性電子產業發展的基石，柔性電子技術可細分為眾多相關技術，本文主要研究了兩種柔性電子印刷技術。

1)柔性電子轉印技術。柔性電子轉印技術是將無機功能單元從源基底組裝到柔性目標基底上最終形成柔性集成器件的技術[8]。目前應用較為廣泛的柔性電子轉印技術是基于印章的轉印技術，主要有剝離與印制兩個步驟。即使用柔性印章粘起源基底上的薄膜器件，然后將之印制在新的目標基底上。轉印技術可分為基于率相關的轉印、激光驅動的轉印、基于形狀記憶聚合物的轉印、基于微結構的轉印技術等[14]。其中基于率相關的轉印技術是指在剝離過程中采取一個較快的分離速度，使得印章與薄膜器件間的能量釋放率大于薄膜器件與源基底間的能量釋放率；在印制時，采取一個較慢的分離速度，使得印章與薄膜器件間的能量釋放率小于薄膜器件與目標基底間的能量釋放率，這樣才能夠成功轉印。

2)噴墨印刷技術。噴墨印刷技術是一種利用數字化方法控制的材料直接圖形化技術，通過電信號控制含有功能材料的墨水從微米級別的噴頭直接沉積在基底表面形成高質量圖案[15]。目前最主要的無版數字化印刷技術就是噴墨印刷，具有成本低廉、程序簡單等優點。噴墨印刷不受任何材料限制，幾乎可以適用于所有的可印刷電子元器件和功能電路。WANG Y等于2016年研究了一種通過噴墨打印結合表面改性和化學沉積，在柔性電子器件的柔性聚合物基底上合成銅圖案的方法，且所制圖案具有高附著力和低電阻率，較為可靠且成本低[16]。GHOSALE A等于2016年研究出可以在循環伏安法測量中成功應用的噴墨印刷導電電極[17]。LI X Y等于2019年成功地在柔性碳布基材上印刷了氧化石墨和銀納米顆粒，使其表面形成了一層柔性、導電和親水的薄膜，并研制出具有大表面積電子傳輸層的新型基板[18]。

通過這種模擬制造的方式進行虛擬化生產，還能有效節約人力物力的投入，減少能源的損耗，并保障機械設備產品質量。同時也能在一定程度上顯著增強企業在激烈市場環境下的核心競爭力，使企業能夠在變化莫測的市場中具備更高的靈活性與應變能力，并依據市場的實際需求對機械設備產品制造方案進行不斷地改進與調整，從而使機械設備制造更能滿足市場需求。自動化技術的應用，為實現機械設備制造柔性化與虛擬化發展目標提供了可靠的技術支撐。

2.3 柔性電子產業主要產品

隨著柔性電子技術的不斷發展，柔性電子技術在許多產品中得到應用，各種柔性電子產品應運而生[19-20]。柔性電子產品主要包括柔性電路板、柔性傳感器、柔性顯示器、有機發光二極管OLED、薄膜太陽能電池板等。柔性電子產品主要由柔性基底、電極以及功能層三部分構成[21]。柔性電子產品主要材料構成見表1。

表1 柔性電子產品主要材料

柔性電路板是以聚酰亞胺或聚酯薄膜等為柔性基底制成的一種具有高度可靠性、絕佳可撓性的印刷電路板。柔性電路板由絕緣薄膜、導體以及黏接劑組成，有單層、雙層以及多層板的不同結構，具有質量輕、配線密度高、厚度薄、彎折性好的特點，完美地詮釋了柔性電子產品小型化和輕薄化的發展特點[22]。柔性電路板已在數碼相機、手機和計算機等產品以及醫療、汽車、航天等領域得到廣泛應用。全球柔性電路板需求最大的應用市場是在手機和計算機中的應用，僅一臺智能手機就需要搭載10至15片柔性電路板。政府和相關研究人員很重視柔性印刷電路板的研究[23]。眭石軍和廖平針對當前柔性印刷電路板缺陷檢測中人工目檢效率低的問題，設計了一套基于機器視覺技術的實時檢測系統[24]。

柔性傳感器是一種采用柔性材料制成的傳感器，與傳統傳感器相比，柔性傳感器具有靈敏度高、制造工藝簡單、柔韌性和延展性好等特點。柔性傳感器具有豐富的結構形式，可按照要求任意設計布局，便于對被測量對象進行檢測。柔性傳感器主要可以分為應變傳感器、壓力傳感器、氣體傳感器、溫度傳感器等[25-27]。柔性傳感器被廣泛應用于可穿戴設備、醫療保健、人機交互等新興領域。鄒艷玲等于2021年通過研究基于RFID技術的無線無源柔性紡織應變傳感器，發明了一種可以穿戴的柔性應變傳感器[28]。曹鑫林等于2022年以聚偏二氟乙烯(PVDF)為主材料，設計制備了液體芯PVDF壓電纖維、電子皮膚柔性觸覺傳感器[29]。

2.4 柔性電子產業發展概況

a)全球發展概況

目前，柔性電子產業正處于起步階段，隨著柔性電子技術的發展，部分柔性電子產品已經投放市場。目前全球柔性電子產業的引領性企業主要有華為、蘋果、三星、京東方、柔宇科技等。從當前柔性電子產品的產業化狀況來看，柔性電子市場尚不成熟，柔性顯示在智能手機、液晶電視、平板計算機、車載產品等中占據的市場份額較少，但隨著電子器件的柔性化與應用領域不斷拓展，柔性電子未來的市場很大。

歐美等發達國家柔性電子產業起步較早，生產經驗和制造工藝水平均居于世界前列，在柔性電子領域居于主導地位。在柔性電子各領域有一批全球領先的企業，例如，韓國三星、韓國LG、日本夏普、日本東芝等在柔性顯示領域的研發處于前列，占據了較多的市場份額；美國M-FIEX、日本旗勝、臺灣臻鼎等公司在柔性電路板領域的研發居于前列，占有較大的先發優勢。歐盟、英國、美國、澳大利亞、日本、韓國等政府機構、高等院校及相關科研單位投入大量的人力、物力與研發資金，并建立研究中心與技術聯盟，重點支持柔性顯示、柔性電子器件、健康醫療等方面的研究及產業化。

b)中國發展概況

為了發展柔性電子產業，我國制定了許多相關政策及重大研究計劃。《中國制造2025》中將柔顯技術上升為國家電子信息崛起戰略的一部分，“十三五”規劃將新型顯示產業列為重點發展的產業之一；國家自然科學基金委設立了相關的重大國際合作項目和系列面上項目，科技部也設立了專項973計劃。各高校和地方政府積極支持柔性電子的研究，推動我國柔性電子產業的發展。中國科學院、北京大學、清華大學等單位在生物電子和柔性傳感領域取得了一定的科研成果。復旦大學、南京工業大學、廈門大學等單位建立了先進材料與柔性電子研究基地，并取得了重要的研究成果[30]。黃維院士及其團隊在面向柔性顯示的鈣鈦礦發光、基于生物醫學光子學納米平臺的癌癥診斷和治療等領域取得重大成果[3]。胡又凡研究員與彭練矛教授課題組制備出高性能的CMOS電子器件，并成功地將傳感集成系統應用于人體信息監測[31]。趙剛課題組制備出新型可重構回收的高性能柔性電子器件[32]。

臺灣元太科技、臺灣友達光電等企業在我國柔性電子產業的中游柔性顯示市場處于領導地位，我國京東方、華星、維信諾、天馬微等企業也大力發展柔性電子產業。京東方(BOE)在柔性顯示照明領域的研究中取得了重大進展，首次設計出全球獨有的針對外折的AMOLED產品多膜層結構[9]。廈門天馬微第六代柔性AMOLED生產線，主要生產曲面與折疊顯示屏，主要應用于智能手機、智能穿戴等柔性應用顯示領域[33]。以弘信電子為代表的國內企業，在柔性電路板等領域取得重大進步并占有一定市場。我國以華為、小米、OPPO等企業為代表，在柔性電子產業下游手機、電視等終端應用領域占據一定的市場份額。

c)柔性電子重點企業

1)TCL華星光電技術有限公司。TCL華星光電技術有限公司專注于半導體顯示領域的研發。TCL華星光電產品全線覆蓋大尺寸電視面板和中小尺寸移動終端面板，已建成和在建的產線共有7條。TCL華星光電積極布局Mini-LED、Mirco-LED、OLED、印刷顯示等先進顯示技術以及大尺寸觸控模組、電子白板、拼接墻、車載、電競等顯示應用領域，進一步夯實在全球面板行業的核心競爭力。TCL華星光電主要產線情況如下：①G8.5液晶面板項目，主要生產主流尺寸電視面板，是我國首條完全依靠自主創新建設的高世代液晶面板生產線。②G8.5 TFT-LCD項目，生產新型顯示產品等。③G6 LTPS(OXIDE)LCD/AMOLED顯示面板項目，主要生產76.2～304.8 mm(3～12吋)、400 PPI以上高端智能手機、移動PC顯示面板等。④G6 LTPS-AMOLED顯示面板項目，主要生產76.2～304.8 mm(3～12吋)高分辨率柔性和折疊智能手機用顯示面板。⑤G11 TFT-LCD及AMOLED新型顯示器件項目，主要生產新型平板顯示。⑥G11超高清新型顯示器件項目，項目產品以8 K高附加值為主。

2)北京維信諾科技有限公司。北京維信諾科技有限公司是中國科學技術產業化的杰出代表和中國OLED行業的領導者。維信諾是集自主研發、規模生產、市場銷售于一體的高科技企業，是中國大陸第一家擁有OLED大規模生產線并能夠批量生產的公司。維信諾擁有一支來自研發、生產、營銷和管理等背景的專業人才，掌握了OLED顯示屏及模塊生產技術，建立了廣泛的上下游產業鏈關系。維信諾在柔性電子方面的主要成果如表2所示。

表2 維信諾主要成果

2.5 柔性電子產業存在問題

雖然我國柔性電子產業發展態勢良好，但是由于我國柔性電子產業起步較晚，柔性電子產業在發展過程中也存在一些問題。

1)人才匱乏。雖然我國在柔性電子行業已擁有一大批優秀學者(如黃維院士、馮雪教授等)，并取得不少國際領先的研究成果，但是從整個行業來看，人才匱乏依然是十分嚴峻的問題。產業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。現有柔性電子相關產業仍處在技術、設備和高端人才以海外引進為主階段，這也是制約我國柔性電子技術可持續發展的重要影響因素之一。目前我國柔性電子產業的發展急需大量專業人才的加入，來為柔性電子的發展注入強大動力。

2)產業布局不夠完整。我國柔性電子企業與國際上的標桿企業相比，產線布局與產能規模仍然存在較大差距。LG、三星等國外柔性電子領軍企業均已形成完整的產業鏈布局，且在柔性電子產業的上游形成技術壟斷。這導致我國在柔性電子產業的上游設備制造及材料環節較為薄弱，所需的關鍵材料及設備基本只能依賴進口，核心制作工藝上必須依賴外國企業，這也使我國的柔性電子產業安全受到嚴重威脅[9]。

3)創新能力不足。雖然近幾年來中國的柔性電子企業(如TCL華星光電，京東方等)的產能都在逐步提高并取得了重大突破，但是仍然面臨著產品單一、產品良率不高等問題。國內柔性電子企業創新能力不足、經營效率不高的問題十分顯著，且柔性電子產品現有的應用還停留在柔性電子技術的初級階段，并未很好地展現出柔性電子的優越性，所應用領域主要集中于娛樂型電子產品領域，而非醫療、軍事等剛性領域，難以替代傳統非柔性產品。柔性電子產業急需在技術上實現重大突破，以保證在和傳統非柔性產品的競爭中占據優勢。

3 結語

柔性電子產業是我國的戰略新興產業，未來發展前景廣闊。盡管我國柔性電子產業在發展過程中存在很多問題，但是新基建、5G的推廣、國家持續出臺的柔性電子相關政策等推動了柔性電子產業的發展。為進一步推動我國柔性電子產業的發展，本文提出以下四點發展建議。

1)加快產業培育，壯大柔性電子產業規模。一是通過“技術-材料-器件”路徑培育柔性電子產業。結合柔性電子產業發展趨勢，聚焦有機電子、納米電子、生物電子等領域，推動柔性光電器件加工制備技術、具有柔性功能的材料與器件的研發，以先進技術積累支撐產業發展。重點在消費電子、醫療健康、可穿戴設備等領域開發柔性電路板、柔性傳感器、柔性顯示屏、柔性電池等具有市場化前景的柔性電子終端器件，實現產業技術研發與應用的良性互動格局，發揮我國制造業優勢，推進柔性電子信息產品的開發和普及應用，提升產品智能化水平，提高產業附加值。二是打造柔性電子智能制造產業園。遵循細分產業發展規律，積極強化產業準入、培育區域品牌、完善基礎設施、搭建公共服務平臺，打造集研發、標準制定、生產、產品應用為一體的柔性電子產業園區，引進和培育一批柔性電子相關企業，擴大產業下游應用的影響力。積極鼓勵柔性電子產業龍頭企業，通過資本運作、產業鏈協作、內部創新成果溢出、外部創新創業孵化等多種形式，打造高度一體化的柔性電子專業園。

2)突破關鍵核心技術，構建協同創新體系。一是加強柔性電子核心技術攻關。依托柔性電子關鍵技術發展路線圖，圍繞柔性電子重點領域的關鍵核心技術、共性技術，擇優遴選實施主體，推動一批關鍵核心技術實現產業化。支持柔性電子相關重點企業，與產業鏈上下游相關行業企業及高校、科研機構等，開展聯合技術攻關。提升科技成果轉化效率，發揮好市場配置資源的決定性作用。二是推動建設高水平創新載體。依托國內各高校以及柔性電子科研院所設立協同創新平臺，設立柔性電子技術創體綜合平臺，建設從基礎到應用及成果轉化的印刷及柔性顯示技術創體綜合平臺，開展前瞻性和關鍵技術研發以及產業化。三是完善創新服務體系。以柔性電子行業創新需求為導向，鼓勵支持國內外知名高校、科研院所等機構，深化產學研協同創新攻關，構建多形式、多層次的自主創新服務體系。進一步深化科技成果轉化體制機制改革，建設眾創空間、孵化器、加速器等創業載體以及中小企業公共技術服務平臺、標準化技術平臺等創新服務平臺，提升創新服務能力和科技創新實效。推動重大科技設施、高校實驗檢測平臺向集群企業開放，實現創新資源共用共享。

3)聚焦項目人才引培，打造產業發展的積聚效應。一是強化重大項目建設。聚焦柔性顯示、柔性電池、柔性電子皮膚等重點和培育方向，細化招商目錄和產業地圖，建立重大項目信息庫，通過產業鏈招商、精準招商等多種形式，重點在柔性顯示、柔性電池、柔性電路板等市場前景好、帶動性強的項目開展國內外招商。注重柔性電子產業鏈完善、技術水平提升和未來市場需求，積極謀劃技術成熟或有待提高的技術研發和產業化項目，推動我國在柔性電子核心技術創新研發、成果轉化、標準制定、材料及智能制造等方面走向該領域的前沿。二是積極培育柔性電子產業人才。落實國家相關人才計劃，加大對柔性電子技術人才培養的支持力度，依托骨干企業、產業基地、重大科研或工程項目，積極培養基礎研究、產業技術、資本投資、園區運營等各類專業人才。在現有高校基礎上，創建柔性電子學院，鼓勵柔性電子企業設立碩士、博士工作站和博士后流動站，建立柔性電子產業人才培養體系。

4)加大政策支持力度，優化產業發展環境。一是強化頂層設計和政策資源支持。建立長效跟蹤機制，推動科技創新和技術儲備，完善組織管理，明確近期、中期、遠期目標。積極謀劃出臺支持柔性電子前沿探索、基礎研究、應用攻關、產業轉化全過程的相關政策，著力降低柔性電子產業布局的準入門檻，引導更多企業參與，建立健全優先使用自主創新成果的激勵機制和風險容錯機制。二是加大產業金融支持力度。加大原始創新研發資金的投入力度，強化天使投資、創業投資等創投基金的引導作用，完善基金決策機制，扶持創新中心、測試評價和產業孵化平臺等建設。積極推進金融機構與重點企業的協調溝通機制，鼓勵金融機構在提高授信額度、延長貸款期限、降低融資成本等方面支持柔性電子企業發展。三是深入開展國內外交流合作。聚焦柔性電子產業發展趨勢，加強各區域產業合作，注重推動資源共享、互利共贏，形成柔性電子制造領域一體化發展格局。支持國內企業和科研機構與國外高端科研院所、優勢企業加強對接合作，開展國際學術交流合作項目，促進協同創新和集成創新。引導企業加強國際產能合作，主動走出去參與國際競爭，加快提升產業發展層級。