第01版:一版要闻

2017年10月12日 星期四

石墨烯“合体”偏光片有望成就“杀手级应用”

偏光片应用领域(资料图片)

偏光片结构(资料图片)

石墨烯(资料图片)

  在今年举办的第十五届中国·海峡项目成果交易会上,华侨大学与厦门祥福兴科技股份有限公司共同研发的“石墨烯偏光片”项目引起了业界的广泛关注。这种平时都被人们“无视”的透明薄膜,却与我们生活中的电脑、手机、电视等电子产品息息相关。这种神奇的“膜”与石墨烯的组合,究竟会擦出怎样亮眼的火花?

  1 什么是偏光片?

  偏光片的全称是偏振光片,液晶显示器的成像必须依靠偏振光。所有的液晶屏都有前后两片偏振光片紧贴着液晶玻璃,组成总厚度1毫米左右的液晶片。

  偏光片是LCD TV、笔记本电脑、平板电脑、智能手机等多种显示产品必不可少的核心元件,它作为液晶显示器件的关键原材料之一,紧贴在液晶面板两侧,通过透射或阻断背光模组中发出的光线,调整像素亮度并再现颜色,使得我们看到颜色鲜艳的显示影像。

  华侨大学石墨烯工程中心主任陈国华教授介绍,偏光片的重要特性包括:柔软、超薄、抗静电、抗水汽、滤蓝光,而石墨烯超凡的物理特性正好与偏光片的技术需求完美匹配。

  石墨烯的散热性极好,其导热系数高达5300W/m.k,高于碳纳米管和金刚石;石墨烯还是目前世界上电阻率最小的材料,只有10~8Ω.m,导电性能极佳;石墨烯是目前公认的最轻最薄的材料,几乎完全透明,只吸收2.3%的光;更难得的是,这么薄的材料却比金刚石还硬,强度是钢的300倍;石墨烯的结构还能有效隔绝水汽……总而言之,石墨烯的物理特性正好与偏光片完美切合。

  传统偏光片与石墨烯没有任何交集,其基本结构包括:最中间的PVA(聚乙烯醇),两层TAC(三醋酸纤维素),PSA film(压敏胶),Release film(离型膜)和Protective film(保护膜)。而通过引入石墨烯,石墨烯合成膜可望替代TAC膜层,形成更薄、更高强度,更高性能的偏光片。

  陈国华表示,石墨烯偏光片能够在保证偏光度的前提下,更好地降低水氧透过率,达到更高的耐候性能。其独特的抗静电性、高蓝光吸收率、高耐候性,满足了未来液晶面板产品对功能和使用环境的要求。

  2015年,华侨大学与祥福兴公司共建“华大光学新型显示材料研发中心”,目前该研发中心在石墨烯偏光片方面的研究已经超越国内偏光片厂家的发展进度。而陈国华教授的团队在石墨烯偏光片方面的研究,其意义不仅在于提升偏光片的产品性能,更有望打破国外厂商对于偏光片原材料的绝对垄断,实现偏光片原材料的国产化。(下转第2版)  (上接第1版)

  2 偏光片寄予的产业中国梦

  自2007年以来全球TFT-LCD产业重心开始向中国国内转移,国内面板的全球占有率从2005年的不足1%,到2013年首度成为全球第三大平板显示生产地,世界范围内新建设的液晶面板产线,几乎都集中在中国国内市场。中国已成为全球最大的高世代液晶面板生产基地,这为上游偏光片材料迎来了发展机遇。

  根据群智咨询的统计数据,2014年中国国内面板厂的偏光片需求约为6500万平方米,预计到2018年,所有面板产线(含LCD、AMOLED产线)的年需求量将高达1.4亿至1.8亿平方米,年均增速接近30%。

  然而,偏光片作为占面板成本15%~20%的关键材料,全球近80%的偏光片生产依赖于日本企业的技术,目前国内市场基本也被日本日东、住友化学、韩国LGC三巨头占据半壁江山,占有率超过50%。而国内厂家仅有盛波光电和三利谱等企业,但由于市场份额极小,自给率不足9%,远低于国家产业安全值的30%。

  去年,由于日元升值的因素影响,原材料被日本高度垄断的偏光片净利率增长-1104%,几乎可以说是去年所有行业净利率负增长之最。偏光片原材料PVA和TAC膜由日本富士、KONICA 、可乐丽所垄断,严重制约了下游偏光膜企业的盈利能力,也给我国偏光片产业带来潜在的负面影响。

  与此同时,出于对民族产业的保护,国内进口的偏光片的关税达到8%,大大提高了下游面板商的原料成本;另一方面,出于产业安全的考虑,国家对于国内面板厂商有国产化材料使用的比例要求。无论是从产业链整体成本降低的考量,还是对国家相关产业战略安全的担忧,都在向业界传递一个信号,偏光片的国产化具有巨大的市场机遇和政策保证。

  3 石墨烯复合应用技术难度高

  据了解,TAC功能膜是偏光片的重要组成部分,占其成本的50%,目前国内TAC膜完全依赖进口。而石墨烯合成膜层有望代替TAC膜,成为新型偏光片主材。

  但是石墨烯合成膜并非只是简单地把石墨烯粉体添加到原有材料中,然后搅一搅摊成片就是偏光片了,石墨烯天生超稳定的结构,使它与其它材料的结合从一开始就困难重重。

  “我们首先要针对偏光片原有材料的特性进行分析,再有针对性地对石墨烯进行改性,使之能与偏光片材料完美融为一体,这是一个长期性的工程,绝不是一两个月就能搞出来的快速消费品。”陈国华表示,作为一种新兴材料,石墨烯理论上能与多种现有材料进行融合,并大幅提升产品性能。但从理论到商用阶段,往往是一段艰苦的“长征”,需要在不断地试错中寻找出路。

  从2015年至今,研发中心通过选取不同的石墨烯材料,针对性的对偏光片原材料进行改性、复合,提高偏光片的耐候性、抗静电、抗蓝光等性能。项目已拥有实用新型专利4项、发明专利4项,预计可在2017年第四季度完成偏光片产品试量产。如果量产试制成功,厦门祥福兴公司也将成为国内首家能自行设计生产石墨烯偏光片的企业,并一举打破日本厂商在偏光片主材方面的垄断格局。

  4 有望成就石墨烯“杀手级应用”

  “石墨烯这个概念被炒作几年了,但市场上并没见到几款真正的石墨烯产品,上游的石墨烯企业也很不好过,石墨烯原材料根本卖不动。之所以会形成这种局面,关键点就在于石墨烯没有找到真正的‘杀手级应用’,缺乏规模化市场应用。”陈国华指出,所谓“杀手级应用”至少也要有亿万元级别的市场,是人人都需要的产品,比如在互联网时代,手机、电脑就是“杀手级应用”。而伴随着各类电子产品而生的偏光片,更是隐型的“杀手”,其应用量级而达千亿级。而且从目前的实验试制情况来看,石墨烯偏光片不仅是可以实现的,而且产品性能优良。从目前的石墨烯新品研发来看,最早可能成为“杀手级应用”的,一个是偏光片,另一个是涂料。据了解,上游的石墨烯厂商对这两项应用的发展也十分关注,石墨烯最后能否成功,今后两年的规模化市场应用的实现将至关重要。□本报记者 李彩红