在潔淨的實驗車間裡,只見一個個戴著口罩、手套,穿著防塵服,“全副武裝”的實驗人員對薄膜進行檢驗,得知各項指標達到要求甚至超出預期時,大家懸著的心終於放下,露出了久違的笑容。
這個小薄膜正是PVA光學膜,也是中國科學技術大學國家同步輻射實驗室、安徽皖維集團有限責任公司(下稱皖維集團)等多個單位組成的校企聯合攻關團隊,歷經多年潛心研發的創新成果。PVA光學膜作為製造新型顯示偏光片和液晶顯示面板的上游關鍵原材料,長期以來被國外企業壟斷。如今,國產的PVA光學膜逐步打破技術壟斷,正在液晶顯示屏(LCD)、有機發光顯示屏(OLED)上發揮著關鍵作用。
攻克“卡脖子”難題
隨著我國液晶面板產業的迅猛發展,偏光片、光學薄膜等行業發展重心正在由國外向國內轉移。產業研究報告顯示,全球偏光片市場需求從2020年的7.08億平方米,預計2024年增加到9.55億平方米。偏光片需求的增長帶動了PVA光學膜需求的增長。
小小的薄膜究竟能起到多大的作用?“在液晶屏幕中,如果沒有偏光片,就不能顯示任何圖像。”團隊負責人李良彬介紹,好的PVA光學膜能夠保障偏光片擁有優異的偏振度、透過率等光學性能,提高屏幕的對比度,保障顯示色彩準確鮮明。
薄膜雖小,技術要求卻極其嚴苛。此前,先進的PVA光學樹脂相關產品完全依賴進口。面對重重挑戰,團隊決心用創新技術破局,將基礎研發和產業有效結合起來。2017年,團隊獲批建設安徽省先進功能高分子薄膜工程實驗室,開發功能性高分子薄膜加工成套工藝技術,攻克新型顯示產業光學膜“卡脖子”的難題,實現全鏈條產業創新。
作為國家同步輻射實驗室的成員,李良彬帶領團隊藉助大科學裝置高時間、空間分辨的一雙“慧眼”,“看清楚”薄膜材料的微觀結構,構建起薄膜材料加工工藝、微觀結構、宏觀性能之間的聯繫,對薄膜工業生產過程有了更深入的理解。
“為了進一步提高PVA光學膜的研發水平、滿足實驗需求,我們設計製造了系列研究設備。”團隊成員孟令蒲博士表示,在進行成膜配方及加工工藝研究時,團隊研製的高壓溶解成膜裝置等用於樣品製備和表徵分析,為完成技術研發起到了很好的支撐作用。目前,團隊已提交“一種高純度聚乙烯醇的生產方法”等專利申請,從配方到製備方法,實現了高質量PVA光學膜生產技術的突破。
成果落地工業產線
校企聯手是研發成果落地最有效的途徑之一。2019年,中國科學技術大學與皖維集團成立了校企聯合實驗室,組建了包含多名教授及博士、碩士等人才的科研團隊。2021年,團隊通過專利作價入股(評估價值805萬元)的方式與皖維集團共同成立安徽皖維先進功能膜材料研究院有限公司(下稱研究院公司)。
“目前,我們已經形成了良好的研發協作模式,構建了三方協同創新的新局面,即由中國科學技術大學負責基礎理論研究、研究院公司負責技術和產品開發,皖維集團負責產品生產和應用。研究院公司是團隊成果轉化孵化的企業,已成為連接皖維集團和中國科學技術大學的橋樑。”研究院公司總經理王道亮表示,公司針對薄膜產品的成型、加工、應用建設了全流程的研發平臺,突破了高端PVA光學膜生產技術,在實驗設備、產品配方、加工工藝等多個維度進行了專利佈局,實現了國產光學膜從無到有、低端到高端市場的邁進。
“從整個產業鏈所處的位置來看,光學薄膜行業屬於產業鏈上游,PVA光學膜等關鍵原材料一旦被“卡脖子”,對我國整個顯示產業影響巨大。”王道亮介紹,以京東方為代表的顯示面板企業已經做到了全球第一,目前國內顯示面板出貨量佔全球超60%。中國光學光電子行業協會液晶分會統計數據顯示,2021年,我國顯示行業產值約5868億元。因此,在上游的高端新材料上實現國產化和自主化,是解決國內相關產業面臨風險的必然之選。
如今,PVA光學膜技術實現突破後通過中試驗證已經在產線實現生產,最終形成了新型PVA光學膜產品。“下游企業深圳市盛波光電科技有限公司利用我們研發的PVA光學膜生產出的偏光片,偏振度實現了99.99%的突破,各項性能優良,符合下游面板廠家的使用要求。”王道亮介紹,目前,國產PVA光學膜已經應用於彩色偏光片,在國內首次實現了該領域產品的國產替代。
2021年以前,皖維集團的PVA光學膜產品只能應用於黑白液晶顯示屏,現在該產品已經能夠應用於彩色顯示領域。2022年底,皖維集團5000噸PVA光學樹脂與年產700萬平米的PVA光學膜產線已順利投產,進一步保障國內PVA光學膜產品的市場需求。
“在高端PVA光學膜技術研發的探索實踐中,高校實驗室與薄膜生產企業聯合組建創新團隊,開展技術攻關、強化知識產權支撐的創新研發模式。”王道亮表示,“在推廣高性能聚合物薄膜等新型膜材料研發創新及落地應用、突破國外技術封鎖的道路上,不是一個成果或者一張膜就可以實現的。而通過政校企聯合創新模式,我們能夠真正掌握高性能聚合物薄膜的技術,讓更多新產品落地應用。”(劉弘一)