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印刷電子與那些高大上的應(yīng)用

2014-08-22 09:27 來源：《CPRJ 中國塑料橡膠》責(zé)編：周艷平

摘要：: 盡管還是一種寡居金字塔尖的研究性技術(shù)，但隨著一些先驅(qū)探索者們的開拓，印刷電子應(yīng)用的無限可能性正被一點點發(fā)掘，可以說，這不僅是一個充滿想象樂趣與新奇體驗的王國，更是一個尚待挖掘的大金礦。

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小C專訪｜正博總經(jīng)理范

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事實上，印刷傳感裝置并不是一個新東西。例如，在全球運送的許多疫苗現(xiàn)在都有一個印刷的溫度標(biāo)簽，如果在運輸和貯存過程中冷卻鏈出問題會警示醫(yī)療人員。但是，這些標(biāo)簽不是電子裝置：如果溫度太高，印墨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使顏色產(chǎn)生變化。

電子感測器通常較為復(fù)雜，所以制造過程更具挑戰(zhàn)性。有多層材料，而且裝置需要金屬互聯(lián)件。要根據(jù)材料性能、成本和解析度選取制造工藝。多年來，印刷（尤其是絲網(wǎng)印刷）技術(shù)一直用于制造高級陶瓷材料感測器。存在的問題是，這些感測器需要一個燒結(jié)過程，所以與塑料元件不相容，塑料存在熔化和變形問題。

相比之下，新傳感器采用印墨，可以直接印刷在塑料基材上。它們具有柔軟、細(xì)小、輕量的優(yōu)點，而且在有些情況下可以采用卷到卷設(shè)備制造。這意味著，這些傳感器可以安裝到以前無法安裝傳感器的地方。例如，安裝到曲面、超薄裝置或抗振裝置上。

盡管仍有許多柔性傳感器處于研發(fā)階段，IDTechEx指出了正在興起的并已接近工業(yè)化水平的幾種技術(shù)。它們是：塑料上的印刷氣體傳感器、印刷溫度傳感器、柔性光探測器、柔性壓電傳感器、柔性數(shù)字X射線傳感器。2014年將是一些此類傳感器交付給最終用戶的一年。

OLED光源

VDMA旗下OE-A（有機印刷電子協(xié)會）發(fā)布的有機印刷電子發(fā)展路線圖指出的四大應(yīng)用領(lǐng)域（電子紙和OLED顯示屏、OLED光源、有機光伏產(chǎn)品，以及補充傳統(tǒng)硅類微電子產(chǎn)品的電子元件）中，OLED光源可能是討論最激烈、最具挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，因為它們要與成熟的LED和鹵燈激烈競爭，來推動節(jié)能。

與LED和鹵聚光燈不同，OLED可以實現(xiàn)大面積動態(tài)顏色可控發(fā)光。OLED能夠采用使建筑美觀的方式固定在表面上，甚至是家中熟悉的物體上，從而將它們轉(zhuǎn)化為主動光源。OLED燈已用于設(shè)計研究高級產(chǎn)品，如Osram和Philips公司的產(chǎn)品。

有機光伏產(chǎn)品和電池

有機光伏產(chǎn)品（OPV）正在與由氧化鈦與染料敏化混合太陽能電池，以及純有機即聚合物基電池組成的復(fù)合替代品同步發(fā)展。它們均已投放市場。但是，由于它們的效率相對較低，所以并不打算為公共電網(wǎng)供電，而是作為當(dāng)?shù)氐碾娫矗芰渴占瑸橐苿訑?shù)據(jù)和消費電子裝置及測量站電池充電。在OE-A路線圖的長期展望中，也設(shè)想了2021年前在車輛和建筑領(lǐng)域的應(yīng)用（建筑集成光伏產(chǎn)品）。

發(fā)展阻力與動力

不過，柔性有機電子以及柔性有機光伏產(chǎn)品發(fā)展仍面臨一些技術(shù)障礙，如需要氣密封裝來阻止大氣中的水蒸氣進入，因為水蒸氣會腐蝕電極薄膜，縮短有效使用壽命。到目前為止，只有采用硬質(zhì)玻璃罩才能達(dá)到這種封裝要求。

形狀可自由改變的太陽能電池和柔性顯示屏的適用解決方案是采用層合薄膜作為阻隔層，其中非晶二氧化硅透明層似乎非常適合。在許多地方正在聯(lián)合研發(fā)，如在Fraunhofer Polymer Surface Alliance （Polo）和日本國家先進科學(xué)研究所（AIST）。

OE-A路線圖中指出，應(yīng)用開發(fā)的推動力來自4個主要工業(yè)領(lǐng)域：汽車、制藥、消費電子產(chǎn)品，以及食品、醫(yī)藥和其他消費品的智能包裝。

采用印刷射頻激活識別（RFID）標(biāo)簽，智能包裝就可以實現(xiàn)商品管理，使大規(guī)模后勤工作更加高效。此外，采用印刷、動態(tài)及時顯示，就能實現(xiàn)有史以來最佳的與消費者的交流，吸引對敏感商品冷卻鏈間隙的注意力，或?qū)⒏呒壷破返臄?shù)據(jù)鏈接到可追溯供應(yīng)鏈中來保證其真實性。德國公司PolyIC在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，開發(fā)了RFID標(biāo)簽及其印刷天線，并采用了導(dǎo)電透明有機薄膜。

OE-A路線圖還提到另一個當(dāng)前發(fā)展情況。一些高級轎車已裝配了印刷天線及座席占用印刷傳感器，集成在椅套中，用于必要時觸發(fā)安全氣囊。傳感器還探測重量，以此區(qū)分兒童與成人。轎車還配備有倒車攝相頭OLED顯示器，而不是傳統(tǒng)的后視鏡，以及儀表盤上儀表組的照明和幾乎看不到的印刷窗除冰器。轎車發(fā)展的下一步是采用有機顯示器和觸摸傳感器來替代傳統(tǒng)的機械顯示器和開關(guān)。奧迪公司已在研發(fā)OLED倒車燈，從而可替代當(dāng)前的LED燈來實現(xiàn)節(jié)能、省錢。大面積的OLED應(yīng)用也在討論之中，作為調(diào)光、變色頭襯或用于突出門檻。

印刷電子 VS 印刷電路

在“印刷電路”中，“印制”的主要工序是光刻和腐蝕，而印刷電子則是直接將電氣器件制作到基材上。

印刷電子技術(shù)以新型油墨替代傳統(tǒng)印刷油墨，采用類似于傳統(tǒng)噴墨印刷技術(shù)制備電子電路和元器件。這里，具有關(guān)鍵性意義的新型“油墨”是具有導(dǎo)電、介電或半導(dǎo)體等性質(zhì)的“電子油墨”。