印刷电子印刷电子技术是基于印刷原理的电子制造技术。在过去的50年中,硅基半导体微电子技术占据了电子技术的绝对主导地位。但由于硅基集成电路制造技术的日益复杂和所需要的巨大投资,硅基集成电路的制造完全垄断在全世界少数几家大公司手中。因此,在过去10多年中对溶液化有机与无机半导体材料的研究开发,催生了用传统印刷技术制造各种电子器件的探索研究。溶液化有机与无机半导体材料的最大特点是它们不依赖于基底材料的导体或半导体性质,可以以薄膜形态沉积到任何材料上。沉积的手段可以是蒸发、旋涂或印刷方式。由此而产生了不同于硅基微电子学的一些新的电子学领域,例如有机电子学 (Organic electronics),因为有机半导体材料是最早开发出来的溶液化半导体材料,当然有机半导体材料还包括非溶液化的小分子材料等;塑料电子学或纸电子学 (Plastic electronics,Paper electronics),因为溶液化半导体材料可以制作在塑料薄膜或纸张上;柔性电子学 (Flexible electronics),因为基底材料的柔软性不影响这类电子器件的工作;透明电子学(Transparent electronics),因为许多有机或无机电子材料是透明或半透明的,做在玻璃或透明塑料基底材料上可以使整个电子学器件或显示屏透明化;印刷电子学 (Printed electronics),因为大面积或打阵列电子器件可以像传统报纸印刷那样大批量制作。而印刷电子学则可以涵盖其他这些特殊电子学领域。例如,印刷电子既可以印刷无机电子材料,也可以印刷有机电子材料(包含了有机电子学);既可以在硅、玻璃、不锈钢衬底上印刷,也可以在塑料或纸衬底上印刷(包含了塑料电子学、纸电子学或透明电子学);即可以在刚性衬底上印刷,也可以在柔性衬底上印刷(包含了柔性电子学)。

印刷电子产品的最大特点与优势是大面积、柔性化与低成本,与硅基微电子产品形成强烈对比。印刷制作电子器件所需设备投资极低,而且印刷电子器件可以制作在任何衬底材料上。尽管印刷制作的电子器件性能不如硅基微电子器件,但成本上的优势和大面积与柔性化特点使印刷电子技术仍有硅基微电子器件所不能胜任的大量应用领域。有关印刷电子学的详细介绍,参见《印刷电子学:材料、技术及其应用》(高教出版社,2012年3月出版)。

面临价格压力和订单数量下降的威胁,印刷行业开始在市场中寻找新的商机。虽然将电子性能融入印刷品的技术已经应用了多年,但在受挫于全球经济的下滑后,一些印刷企业率先一步开了发展印刷技术,创造出新的高价值印刷品的路程,这也给整个印刷行业带来的巨大的鼓舞。

印刷电子的出现

在世界范围内,印刷行业处于一个低迷期。有人会问:“几经若干世纪发展起来的印刷科技就要从此退出历史舞台了吗?”或许不是这么简单的否定。一个令人兴奋的答案就是“电子印刷”。今后的20年里,印刷电子市场加速发展成为价值3000亿美元的市场。电子印刷是一个很广泛的概念。狭义的讲,电子印刷就是应用印刷技术的电子线路制作技术,它包括PCB(线路板印刷)、OLED(有机发光二极体)、LCD、LED,TFTC还有最新的RFID。

印刷电子的市场规模

调查公司IDTechEx在2008年初发布了印刷电子市场2008-2028年预测报告,认为印刷电子市场2008年为15.8亿美元,20年后2028年会发展到3000亿美元。20年间增长近190倍。IDTechEx在2009年初又发布了印刷电子市场2009-2019预测报告,认为印刷电子市场2009年为19.2亿美元,10年后2019年会发展到572亿美元。10年间增长近30倍。

IDTechEx预测了未来十年印刷电子市场发展。印刷电子在现阶段还处于研究开发为主,仅少量进入商品化。随着技术成熟,投入大批量、低成本生产,印刷电子市场会快速增长。到2019年时,印刷电子市场中显示器约占27%,其次太阳能(光伏)电池约占24%,RFID等属于逻辑/存储器领域约占22%,OLED照明约占18%。

印刷电子新技术

英国的一家剑桥大学旗下的公司印刷电子供应商PragmatICPrinting正在研究使印刷品具有交互性的技术。PragmatIC公司与英国德纳罗公司合作共同开发的“遥控互动标签”不需要电池,通过一个标准的无线电频率ID或者近距离通信读卡器就能启动。这类读卡器很快普及,现已应用在非接触式支付系统上,也能够集成到新一代移动电话上。遥控互动标签非常柔韧轻薄,大约只有50μ,并且可以进行常规热塑封加工。

另一个剑桥公司Novalia正在致力于将印刷转变为双向体验的技术。起初采取强调设计的方式将附加功能融入到印刷品中,客户通过触摸进行互动,得到产品相关信息,这种回应客户需求的技术赢得了广泛的关注。

Novalia多种的技术的发展证实了其技术实力。这家公司印刷集成电路并将电子元件嵌入印刷品中,在一定程度上对设计进行了补充。

期待互动作用的实现

Novalia公司不仅仅是一个纯粹的技术公司,它是还是发展印刷市场的推动者,在市场中需要一个完全不同的方法:要提供吸引人的产品,而不是简单组件一样枯燥的技术。

这家公司的一个发展方向是:“通过结合传统印刷技术和传统电子技术使世界互动。”同样,这对于所有印刷服务供应商来说也是一个新的商机,通过互动,他们可以使产品更加生动形象,客户更加容易受到吸引。而至于印刷业是够否能实现互动这一愿景,我们都将拭目以待。

印刷电子产业的发展有一个供应链的关系,涉及印刷电子领域包含了特殊材料、印制工艺与设备、印刷电子产品。目前来看,印刷电子产品的基础是材料,这是供应链的起始端,也是当前技术开发的重点。材料方面有聚合物薄膜基材和功能性图形油墨,功能油墨又尤为关键。印刷电子产品的设计目前还没有统一的标准或设计规则,这有待于产品开发成熟和批量化生产时形成。

鉴于印刷电子是新兴产业,具有多环节的供应链。印刷电子产品广阔的市场前景,吸引了大量财力与人力的加入。因此有大量的公司在抓住机会进入印刷电子领域,这已引起了一些国际大公司的加入,成为这些大公司的发展战略步骤。