柔性电子：灵活多变的新兴电子技术

□ 文 / 杨 瑾 杭州市科技信息研究院

柔性电子（Flexible Electronics）技术是一种将有机/无机材料电子器件制作在柔性/可延性基板上的新兴电子技术。柔性电子材料具有独特的柔性和延展性，凭借高效率、低成本的制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域具有广泛应用前景，如柔性电子显示器、有机发光二极管OLED、印刷RFID、薄膜太阳能电池板、电子用表面粘贴（Skin Patches）等。相对于传统电子材料，柔性电子材料具有更大的灵活性，能够在一定程度上适应不同的工作环境，满足设备的形变要求。

柔性电子技术起源于有机电子和塑料电子技术，是在碳基材料与光电过程高度融合基础上形成的一个未来技术产业。与传统IC 技术一样，制造工艺和装备也是柔性电子技术发展的主要驱动力。柔性电子制造技术水平指标包括芯片特征尺寸和基板面积大小，其关键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电子器件。

柔性电子技术最初进入公众视野是在显示领域的应用——柔性显示屏。柔性显示屏是由柔软材料制成的可变形、可弯曲的显示装置，像纸一样薄，即使切掉电源，内容也不会消失，也被叫做“电子纸”。目前柔性显示技术的主流是柔性OLED（有机电激光显示），OLED显示是一种自发光显示技术，其最大的特点是无需背光源，OLED显示按驱动方式可分为主动式（AMOLED）和被动式（PMOLED）。与传统屏幕相比，AMOLED 屏体积轻薄、色域广、对比度高、功耗低，易于制造成可弯曲、可折叠的屏幕，被认为是最具潜力的下一代显示技术。柔性显示屏可以适用于不同形态、不同曲面的设备，可以应用到手机、电视、音箱、水杯、箱包、衣服等众多非规则平面的设备和物品上。

柔性电子产业具有广阔的市场前景，据英国知名研究公司IDTechEx预测，柔性电子产业市场将处于长期高速增长的态势，其市场规模将在2028 年达到3010 亿美元。柔性显示作为柔性电子产业的一个重要方向，全球市场份额大幅增长，据市场研究公司TMR 估计，2021 年柔性显示产业的收入达到149 亿美元。在未来几年，全球柔性显示器市场复合年增长率将达到约33.1%，2031年全球市场规模将达到2426亿美元。

全球柔性电子产业的发展情况

柔性电子技术是一场全新的电子技术革命。美国、欧盟等发达经济体的政府机构、高等院校和科研单位争相投入大量资金与人力，设立研究中心与技术联盟，重点支持柔性信息显示、柔性电子器件、健康医疗设备等方面的研究及产业化，在柔性显示与绿色照明、柔性能源电子技术、柔性生物电子技术和柔性传感技术等领域展开竞争。

从柔性电子产业全球市场格局来看，美、日、韩等发达国家的柔性电子产业发展迅速，凭借其大量的生产经验和先进的制造工艺，占据世界领先地位，出现了一批从事柔性电子材料与器件生产的大型企业（如表1）。在柔性显示领域，韩国三星、韩国LG、日本东芝、日本夏普等国际企业占据较多市场份额；在柔性电路板领域，日本旗胜、美国M-FIEX 等公司占有较大的先发优势。韩国三星是全球柔性OLED 显示器的先驱型企业，占据市场的主导地位，可提供全套垂直整合供应链。韩国LG 的柔性显示生产工艺十分成熟，处于行业领头羊地位。日本旗胜作为生产柔性印刷电路板的集团公司，技术先进，其产品的市场占有率和各项指标在同行业中名列前茅。美国M-FLEX 创立于1984 年，目前已成为全美最大的柔性线路板生产制造商之一，在柔性线路板生产领域欧美排名领先、世界排名前列。

表1 全球柔性电子产业相关大型企业

中国柔性电子产业的发展情况

我国在柔性电子技术领域的发展起步较晚，整体产业规模、技术实力和国外相比仍有不小的差距。但在政策扶持和全球柔性电子技术发展日益成熟的影响下，我国产业发展也在稳步推进，技术发展态势良好。

近年来，国家持续出台相关政策支持柔性电子产业发展，把新一代信息产业、先进材料、生物技术等与柔性电子技术息息相关的产业列入了国家战略性新兴产业。同时，以清华大学、北京大学、华南理工大学等为代表的科研机构也加大了相关领域的研究力度。我国在柔性电子领域的技术探索和产业化取得重要进展。

2018 年8 月，工业和信息化部、国家发改委发布《扩大和升级信息消费三年行动计划（2018—2020 年）》，提出要加快新型显示产品发展，支持企业加大技术创新投入力度，突破柔性面板等量产技术来带动产品创新。

2020年9月，国家发改委等四部门联合发布《关于扩大战略性新兴产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》，提出加快新一代信息技术产业提质增效，其中聚焦重点产业投资领域包括新型显示器件的核心技术攻关。

2021年1月，工业和信息化部等三部门发布《变压器能效提升计划（2021—2023 年）》，通过鼓励生产制造柔性变压器推动变压器加大产品研发力度，加速柔性电子产品升级换代。

目前，我国柔性电子产业链上游包括产品制造所需的主要材料与设备，包括发光材料、柔性基板、镀膜设备等；中游以柔性电子器件生产制造为主，主要有柔性显示屏、柔性电路板、柔性传感器等；下游应用领域主要有电子类产品、航空军工类产品、医疗设备、汽车产品等。我国柔性电子终端产业化应用主要集中在智能手机、液晶电视、平板电脑、车载产品等领域。

我国柔性电子产业相关A 股上市企业共有68 家，截至2022 年6月，流通市值约为6337.4亿元。我国柔性电子产业主要上市企业在各自领域具有一定的技术先进性，且大部分为传统生产工艺的转型升级，柔性电子技术研发与相关材料、器件生产是其业务的一部分，主营业务涉及系统集成、电子元器件、材料等（如表2）。京东方作为国内自主掌握柔性显示技术的企业，在柔性显示照明领域取得了一系列成果，首次设计出全球独有的针对外折的AMOLED 产品多膜层结构，实现了曲率半径5mm条件下20 万次弯折。弘信电子在柔性电路板方面有较强的研发及制造优势，其柔性印制电路板产品广泛应用于手机、平板电脑、汽车电子等领域，并能进一步加工成压力传感器等其他柔性电子产品应用于可穿戴设备、高端厨电、智能家电及小家电领域。

表2 我国柔性电子产业主要上市企业

我国柔性电子产业已经初具规模，目前各类研究机构超过10 家，国内相关企业超过300 家，规模较大的企业主要以传统材料、电子器件、应用为主。业内预计，2028年我国柔性电子产业市场规模将达到500亿美元。

我国柔性电子产业发展具有广阔的前景，但是也存在一些困难与挑战。

一是产业链发展不均衡。我国柔性电子技术尚处于起步期，上游材料处于研发突破阶段，中、下游领域大多处于布局阶段，实现投产或量产的项目较少，整体产业规模较小。产业链发展不均衡，尚缺乏原创性成果和完整工艺链条，在国际产业分工中仍处于代工地位和跟跑阶段。

二是产业技术有所欠缺。由于柔性电子技术门槛较高，我国柔性电子上游原材料相关核心技术及供应权基本被日本、韩国和欧美厂商垄断，中国企业掌握的技术核心与国外巨头企业相比差距较大，竞争能力较弱，在国际市场上仍然受制于人。

三是人才竞争力有待加强。柔性电子产业的竞争依赖于技术的竞争，技术的竞争归根到底是人才的竞争。现有柔性电子技术相关的高端人才仍以海外引进为主，整体人才竞争力较弱，人才队伍分布梯度有待改善，不利于我国柔性电子产业的可持续发展。

杭州柔性电子产业现状与发展机遇

2017 年底，杭州发布了《关于加快推动杭州未来产业发展的指导意见》，紧盯人工智能、虚拟现实、区块链、量子技术、增材制造、商用航空航天、生物技术和生命科学等前沿技术领域。这些产业领域，基本都与柔性电子技术紧密相关，如人工智能、航空航天、生物技术等不少高端设备，都需要柔性电子核心技术作为支撑。

柔性电子技术还可以助力杭州传统产业（如塑料、印刷、化工、金属材料等）的转型升级，提升其产业附加值，推动信息化与工业化的深度融合。柔性电子技术在传统产业中的应用，也必将给这些行业带来巨大变革。

2018 年至2019 年，连续两届全球柔性电子国际学术大会均在杭州下沙科技城举行，来自中、美、韩等多个国家和地区的国际顶级专家与会。下沙已经将柔性电子列为重点产业方向，联合清华大学等国内外顶尖研究团队，力争打造全球柔性电子产业高地。

柔性电子与智能技术全球研究中心于2018年5月在杭州下沙成立，是浙江清华柔性电子技术研究院的重要组成部门，与位于北京、嘉兴的研究中心联动，主要聚焦柔性传感、柔性显示、柔性能源、柔性健康医疗、柔性集成电路及芯片等方向和领域，致力于成为全球柔性电子技术顶尖科研技术机构。

未来，基于杭州三大科创高地、五大产业链基础及柔性电子产业需求，杭州可以优先布局发展柔性电子产业，以顶层布局为引领、以核心技术为重点、以生产制造为抓手、以应用推广为驱力，鼓励科研院所开展关键核心技术攻关，引进国内外知名企业在杭设立柔性核心材料生产线，推广下游领域应用，全力拓展杭州柔性电子产业的发展空间与潜能。