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作者:光电工研院
屠国力--一张薄膜新材料的光显示未来
2017-12-18

依麦德,imide,意为聚酰亚胺,一种有机高分子材料。

上世纪60年代,美国、前苏联等大国都将聚酰亚胺的研究、开发及利用,列入21世纪最有希望的工程塑料之一。

目前,聚酰亚胺作为一种特种工程材料,已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域,是唯一一种在太空飞行器中大量使用的塑料。

有何用处?可弯曲电子产品的必备材料。

与LCD相比,OLED的杀手锏为柔性。而柔性又是可穿戴设备、VR等新兴显示的关键需求。OLED取代LCD,已成为大势所趋,并正沿着曲面→可折叠→可卷曲的方向前进。

有机发光材料和薄膜,是OLED实现柔性的两个关键材料。

武汉光电国家实验室教授、武汉依麦德新材料科技有限责任公司董事长屠国力,就是国内光显示领域,聚酰亚胺薄膜材料的领军者之一。

他介绍,与普通塑料相比,聚酰亚胺具备优异的耐热性能,耐高温达400℃以上,长期使用温度范围 -200℃~300℃。采用塑料基板替代不易弯折的玻璃基板,可弯曲但不易变形,尺寸非常稳定。

不仅如此,聚酰亚胺还具有抗辐射、抗紫外、耐强酸弱碱、阻燃、耐冲击、重量轻、体积小等优点,是综合性能最佳的有机高分子材料之一。 “从某种意义上,没有聚酰亚胺,就不会有今天的微电子技术”。

专注于研发与生产电子级和光学级聚酰亚胺产品,依麦德先后引进多位硕博专家,打造以高尖技术为核心的管理团队,使公司具备精细质量管控及生产能力,拥有1个自主研发基地、3个生产基地,承担科技部863计划,掌握了单体合成、聚合工艺、薄膜制造的核心技术。


在德国Wuppertal大学2年及英国剑桥大学3年博士后之后,2009年6月,时年36岁的屠国力放弃国外生活,选择回国。

从1997年开始,屠国力就开始从事OLED领域的研究,最新研究成果及三星等大企业的产业动向,让他意识到:OLED的春天即将到来。

2011年,他与朋友一起在南京成立依麦德光电材料科技有限公司,致力于将聚酰亚胺在OLED显示领域产业化。

次年,依麦德与TCL集团共同研发用于柔性OLED显示的聚酰亚胺,2015年就此项目共同承担国家 863计划。

期间,华星光电、天马等面板生产企业相继落户武汉。“这些龙头企业OLED显示屏一旦量产,武汉将成为全国最大的中小尺寸柔性显示屏生产基地,也将跃升为 全球柔性产业发展的中心之一。”

基于前瞻性的产业判断,依麦德公司2016年在武汉设立总部。

“从最初想法到真正实现生产,漫漫创业路上,大部分企业都死掉了。”屠国力认为,创业要占据天时地利人和。

首先,核心产品要有创新性、实用性。在区域创业环境上,近几年,武汉尤其是光谷对教授、科研人才创业松绑,让企业赶上了好时候。在美国斯坦福、英国剑桥等名校,教授创业一直受到鼓励与支持。

相对于北上广深等一线城市,武汉创业成本更低,人才密集,光电产业背景深厚,是国内首屈一指的好地方。武汉光电国家实验室、武汉光电工研院,也提供了强大的平台支撑和与企业对接的机会。

依麦德落地后,光电工研院育成基金曾给予600万元天使投资。依麦德创业团队各成员几乎倾其所有,共拿出创业资金1000多万元,全力以赴。

 

“OLED柔性显示面板量产已是箭在弦上,只要面板企业开始量产,我们随时可以提供基板材料聚酰亚胺,填补这一核心材料的国内空白。”屠国力说,目前,三星所用聚酰亚胺主要是日本等知名企业大量供货。届时,依麦德将与国际巨头同台竞争,提升我国在新材料领域的竞争力。

我国对于聚酰亚胺的研发从 40 年前就已经开始,屠国力在这一领域的研发也有20多年。最近10年,他一直将主要精力放在产业化上,与华星光电等企业密切接触,结合企业需求不断改进优化。

“相比原始理论研发,产业化难度要大得多,这几年我一直如履薄冰。”屠国力说,首先是产品洁净度的控制。实验室洁净度要求是千级(粒径大于等于0.1微米的最大微粒数不能大于1000个),而显示面板工厂级是百级甚至十级,作为对比的制药行业是十万级或者万级就够了。再者,电子级产品要求品质控制的稳定性,对良品率的要求极高。

合成聚酰亚胺的原材料二胺和二酐,由依麦德在辽宁阜新的60亩生产基地生产,运到武汉进行合成,“放在反应器里发生化学反应,比发馒头还稳定,核心是配方。”

目前,依麦德正在光谷建设2000平方米洁净合成生产车间,年产能1500吨。这足以给国内所有的柔性显示生产线供货。

目前,日本企业出货价格为每公斤200美元至300美元。国产化后,运输成本将大幅度降低,面板企业一条生产线,每年就能节约几千万元。

柔性OLED显示屏是新一代梦幻显示技术,具有可弯曲、轻薄抗摔、响应快速、使用温度范围广等优点,在智能手表、智能手机等小尺寸市场已进入爆发式增长阶段,在电视等大尺寸显示领域,柔性OLED 的增长趋势已经确立。

机构预测,柔性OLED显示在未来5年期间复合增长率将达到150%,2020年将达到160亿美元。

 

除OLED显示基板外,依麦德还有另一项“独门”产品——国际首创的聚酰亚胺窗膜。

目前,高层建筑窗膜所用基膜普遍是聚脂薄膜,使用寿命仅为5-8年,而依麦德的聚酰亚胺窗膜寿命超过25 年。此外,这种窗膜还有一个巨大的优点——阻燃,不会扩散燃烧只碳化,没有明火就自动熄灭,着火过程中不会释放出有毒有害物质。日常使用中,窗膜可以阻隔99%的紫外光,可见光透过率大于85%。

目前,这一产品正在申报国际专利。今年,依麦德就窗膜项目与中国万达集团合资成立山东冠科光学科技有限公司,即将实现量产。

“聚酰亚胺不仅可用作显示屏最下层部分的基板,也可用作最上层部分的触屏,做成柔性触摸屏。”屠国力说,与传统触摸屏相比,柔性触摸屏耐冲击,抗震能力更强,重量轻、体积小,未来潜力巨大。

同时,聚酰亚胺也可以用来生产OLED照明所用的塑料基板。OLED照明是无紫外辐射的新型照明技术,面光源、无眩光、可弯曲、可透明,无需散热片和扩散器,被称为第四代照明光源或绿色光源,易于设计高端艺术产品,目前全球OLED照明市场正蓬勃发展。

“触屏和照明的研发已经顺利完成,正在朝产业化转化。”屠国力表示,科技型企业的产品就是要生产一批、转化一批、储备一批,才能长久立于潮头。

截至目前,依麦德已开发出一系列具有特殊性能的聚酰亚胺产品,用于柔性OLED显示 - 曲面软屏手机,智能手表,超轻、超薄及曲面电视,透明显示器,柔性OLED照明汽车内饰及轮廓灯,Anti-UV透明膜,建筑节能防爆窗膜等,并获得多项国家发明专利。

面向未来,屠国力谈到,今后3到5年,公司将以光学膜、电子膜等薄膜产品为主,并着手开发医用、食品级的复合材料产品。

他介绍说,聚酰亚胺具有生物相容性,放在人体内不会造成伤害,且能微波消毒、辐照、消毒、高温消毒、适应强酸弱碱环境,在生命科学领域大有前途。“毕竟,聚酰亚胺在全球一年消费量高达8万吨,我们要力争代表国家前沿竞争力,勇于参与全球市场竞争。”



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