电子世界的“柔软仙境”

1903年,一个名叫艾伯特-汉森的柏林人在英国提交了一项专利,目的是为了解决电话交换的需求。他提出了在石蜡涂布纸上铺上金属导体的构想。虽然这并不是完全意义上的柔性电子,但却给出了雏形。

自此以后,人们对于让电路板变得“柔韧”起来的追求从未停止脚步。尽管仍旧存在壁垒,但科技业者正在努力实现突破。

根据IDTechEx的预测,从2016年到2026年,柔性电子的市场规模将从265.4亿美元增长至690.3亿美元。

如果有幸生活在哈利波特那样的“时空”,人们获取资讯的方式或许会变得更加生动。在那个魔法师的世界,当你拿起报纸,头条位置不是一幅静止不动的图片,而是一段会“动”的影片,世界各地正在发生什么大事一目了然。

对于目前的世界来说,这或许还是一种彻头彻尾的“魔法”。但科技界的努力正在让人们接近将这个理想世界变为现实。

在最近举行的美国国际消费电子展(CES)上,LG所展示的柔性OLED显示屏让人们仿佛看到了未来:这块极薄的电子屏能够随意卷起来装进背包里。这告诉人们:昔日冰冷的电子屏正在变得越来越柔性,它们不仅仅拥有一般电子设备所具有的基本功能,同时还可以弯曲并且更容易携带。

包括柔性显示、OLED、传感器及存储柔性电池等,柔性电子技术已经在各个领域跃跃欲试。而伴随智能可穿戴设备的蓬勃发展,它们的用武之地也在不断扩展。

可穿戴潮成动力 OLED谋新局

对于科技创新拓荒者而言,1903年是里程碑式的一年。这不仅仅是因为莱特兄弟在美国北卡罗来纳州试飞了一架飞机,有一项对于日后人类科技生活举足轻重的细节同样在这一年出现。

一个名叫艾伯特-汉森的柏林人在英国提交了一项专利,目的是为了解决电话交换的需求。他提出了在石蜡涂布纸上铺上金属导体的构想。虽然这并不是完全意义上的柔性电子,但却给出了雏形。

差不多同一个时期,当被朋友弗兰克-史伯格问起,如何将导电轨迹画在纸上时,托马斯-爱迪生提出可以利用聚合物胶粘剂和导电颗粒,创造一种类似于柔性电路的东西。

大约四十年后,在由克雷多-布鲁内提和罗杰-柯蒂斯撰写的印制电路技术一书中,它们对什么是灵活的绝缘材料(如纸张)进行讨论,显示出人们对这一话题的兴趣。到了上世纪五十年代,美国东海岸新罕布什尔州的 Sanders 联合公司,开发了在柔性基材上印制平面导线的技术。

人们对于让电路板变得“柔韧”起来的追求从未停止脚步。尽管仍旧存在壁垒,但科技业者正在努力实现突破,这在显示面板领域有着最为直观的展现。

去年2月,德国Merck公司和英国FlexEnable公司宣布,在柔性树脂基板上形成了IPS模式的液晶显示器。英国Plastic Logic公司也开发除了多种尺寸的柔性塑料显示器,它们实现了超轻超薄的特性。

而中国柔宇科技则在今年CES上推出了全球最薄0.01毫米彩色柔性显示屏。完整柔性显示屏的厚度仅约为0.01毫米,几乎是头发丝的五分之一。由于其超薄的厚度,柔性显示屏的弯折半径可以小到1毫米,甚至比笔芯更小。

OLED(有机发光二极管)更是苹果及三星等一众科技业巨头的兵家必争之地,其中的AMOLED技术更是广受青睐。在近日举行的CES 上,三星和LG也都携带各自的AMOLED产品亮相。

TrendForce旗下光电事业处WitsView最新研究报告显示,2015年全球智能手机面板出货有机会达到18.2亿片,2016年上看19.5亿片,年增7%。全球智能手机市场在高度竞争下,产品差异化程度已逐渐缩小,提供AMOLED面板崛起的机会。

WitsView资深研究经理范博毓表示,AMOLED面板特色为轻薄、省电与高色饱和度,更重要的是与传统LCD面板截然不同的屏幕体验,恰好让手机品牌厂商有操作产品差异化的空间。

各领域实证接力 技术突破有看头

除了智能设备领域,柔性电子在更多地方有着踪影。无论是工业4.0还是物联网,它都有着用武之地。

中国台湾业者E Ink元太科技与合作伙伴Visionect 共同开发的Joan 电子纸会议室预约系统,荣获2016年CES 在环保节能与永续技术产品类别创新产品奖。而美国知名健康产品品牌Withings也推出了首款采用E Ink 圆形段码电子纸的健康追踪记录器。应用于健康保健领域只是电子纸的功能之一,其在零售、包装等领域同样可以发挥很大作用。

在韩国,使用金纳米粒子,韩国科学家发明了一种超薄柔性可监测心脏功能的穿戴设备。研究人员表示,未来的可穿戴系统将会基于高性能生物电子装置,追求移动医疗监测和数据分析,需要集成各种柔性电子元件,如传感器、放大器和内存模块等。

只要将柔性芯片植入老人体内,便可进行全程适时监控老人的生理指标,病情一旦发生变化,便会经由智能芯片第一时间发送给家人和附近的医疗机构。

而即使是在农业领域,同样需要柔性电子设备的帮忙。来自瑞典的研究人员尝试将柔性有机电子元件搬入活体植物,设想可以监测到这些植物的活动。最先接受实验的是玫瑰。林雪平大学的科学家们利用半导性聚合物在活体玫瑰中制造出了模拟和数字电路。

在海外媒体眼中,这项技术的潜在应用领域巨大。有了它,“智能植物”不再是幻想,未来植物将变得可以由计算机控制,甚至可以具备多种生理特征。它还可以帮助农场主们监听庄稼甚至控制它们成熟的时间。而植物光合作用所产生的能量也将因此易于被储存到燃料电池中,在新能源方面有着非一般的意义。

如这一研究团队的负责人马格努斯·贝尔根所言,是时候可以开始讨论所谓的“能源植物”了。

产学研齐发力 柔性电子迎大时代

在美国,柔性电子甚至还是五角大楼第一个硅谷合作伙伴的研究目标。一个由知名企业及多个学术机构支持的协会同样吸引到了美国政府的注意。

这个名为柔性混合动力电子研究所的机构获得1.71亿美元的注资,一部分来自于政府承诺的五年内投入7500万美元,其中也包括国防部。而在业界,参与其中的波音和通用等企业在开发相关汽车领域柔性混合电子系统的可行性方面也有着非常浓厚的兴趣。

海外媒体评论指出,美国国防部在该财团诞生之前实际上就已经对类似的技术有着相当的关注,所以柔性电子应该不是什么很遥远的事情。

事实上,这种产学研集体发力的现象在攻克柔性电子技术方面并不鲜见。位于美国亚利桑那州立大学的柔性电子产品显示中心和施乐公司PARC研究中心便宣布,通过采用先进的薄膜晶体管已经成功制造出世上最大的柔性X射线探测器原型。该装置主要应用在轻薄、舒适和高度坚固的器件中。

在中国,已由中国电子视像行业协会牵头,成立了OLED显示产业联盟。而据我国台湾媒体报道,台湾地区有关部门自1994年起便通过科技专案持续投入下一代显示产业技术开发与强化专利的布局,并建置完成台湾首条 AMOLED 软性显示试量产验证平台。

而他们所将迎来的也是一个富有潜力的市场。根据IDTechEx的预测,从2016年到2026年,柔性电子的市场规模将从265.4亿美元增长至690.3亿美元。