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展望软性电子产业趋势

2007-01-09 09:46:10 来源:《国际电子变压器》2007年1月刊
    近年来,由于对导电高分子的研究有了新突破,有机材料从传统的绝缘体变成可导电的半导体,软性电子便应运而生。由于有机材料特有的“可弯曲性”、“轻”、“薄”、“可利用印刷技术制造”等特点,因而软性电子产品整合光、电、感测功能,可以用来制造各种不同形状的电子产品,可以开创全新的应用和无所不在的低成本电子商品,广泛应用于如电子书、超薄手机、可挠式显示器、拋弃式电子产品、贴身穿戴式产品、PDA、智能卡等领域,从而改变人们的生活习惯。此外,与硅类材料的电子相比,有机材料具有单位面积成本和设备投资低的特点,兼具了环保特点。 同时,软性电子技术整合电子电路、电子组件、材料、平面显示、纳米技术等领域技术外,同时横跨半导体、封测、材料、化工、印刷电路板、显示面板等产业,可协助传统产业,如塑料、印刷、化工、金属材料等产业的转型,提升产业附加价值,因此软性电子技术将为产业结构和人类生活带来革命性的变化。

全球都在加大研发力度

   世界许多国家和地区目前均积极投入软性电子研发,世界领先的科研机构如贝尔实验室、IBM、飞利浦、剑桥大学、美国劳伦斯国家实验室等也纷纷投入,同时许多国际性的大型研讨会也开辟软性电子专题研讨会。
   欧盟为了能够进一步掌握未来的发展机会,许多研究机构开始关注软性电子领域。欧州国家普遍以研究机构和业界共同合作模式,加速研究成效,其中POLYAPPLY与SHIFT计划是其中的重点项目,均为第六届欧盟研究和科技发展框架计划(FP6)信息社会技术计划(IST)中的资助项目。
    美国的科研机构和企业二十世纪九十年代起就开始进行有关研究。贝尔实验室开始美国第一个有机电子项目,主要进行高分子晶体管、有机发光二极管、电子纸等方面的研究,开发出的大部分电子纸张方面的专利都授权给E Ink公司继续进行开发。IBM公司的科学家们一直在研究利用有机材料与无机物的混合物来研制晶体管,近年通过改变有机晶体管中掺杂的绝缘材料,把塑料平面显示器的工作电压降低到了目前已批量生产的非晶硅晶体管液晶显示器的水平,有机材料的电子迁移率也得到了大幅提高。
    日本和韩国在软性显示器领域投入巨大。 有机EL技术曾是日本企业的专属领域,近年韩国有后起直追之力。有机EL不仅可用作显示设备,还可用作为照明设备。日本经济产业省自2002年起5年内投入约40亿日元(约合人民币3亿元) 于有机EL显示器开发项目。在山形县设立的有机电子研究所负责一项7年投入约43亿日元(约合人民币3.3亿元)的研究项目,该项目确定的目标是2007年以前利用有机EL实现60英寸大屏幕显示器和可弯曲、或可对折的薄膜显示器。目前日本业界也存在一些联盟,成员约有7-8家厂商,重点研发Plastic LCD。
    台湾地区是世界电子制造业重地,从2003年开始着力于软性电子的研发,目前已开发出有机薄膜晶体管,但台湾工研院科技人员认为,在软性显示技术的开发方面,台湾目前整体落后美日韩等国约两年左右。2005年7月, 台湾地区产、学、研界成立“软性电子产业推动联盟”,8月,台湾地区行政主管部门在科技政策会议上,将软性电子产业定为未来三大重点发展的新科技之一,2006年至少投入1亿元新台币, 主要的方向为印刷式无线标签(Printed Smart Tag)和软性显示器,预计2008年完成A4大小的显示器与印刷式智能型标签的研发。

当前主要应用领域和市场展望

    英国市场研究公司Cintellig指出,近几年国际业者看好软性电子将继半导体、TFT-LCD(薄膜晶体管液晶显示器)之后形成下一代明星技术,纷纷投入研发。目前国际上软性电子的研发活动主要均集中于软性显示器和印刷式无线标签 RFID。 近年业界在软性电子组件与材料特性等基础研究相继有所突破外,陆续提出了印刷式无线标签(RFID)、可挠式电子书、可挠式商品展示海报、汽车仪板、具有弧型显示屏幕的PDA超薄手机、腕带式数字表等软性电子的设计概念或产品。
1、印制式RFID卷标 市场规模估10亿
    只要成本能够再降低,未来印制式RFID标签,将取代条形码,成为更有效益的仓储管理尖兵。欧洲籍Poly IC公司目前已成功将印制式RFID标签应用到美酒防伪的应用。
    Poly IC公司成立于2003年,是由西门子及KURZ两家公司合资成立。西门子的电子专业,与KURZ在印刷及涂布领域多年的丰富经验。该公司锁定组件印刷技术,标榜自己是The Chip Printers,目前已采取Roll to Roll连续制程大量生产13 MHz RFID标签,其中包含了印制式主动与被动组件与电子电路。
    Poly IC应用总监沃夫根·克莱蒙斯博士(Dr. Wolfgang Clemens)表示,该公司的研发重点工作包括:高速印刷制程技术开发、适合印刷式制程之电子线路设计,以及低价位RFID相关产品的开发。
    其中,电子线路设计是西门子的老本行,而印刷式的量产技术,KURZ的很多经验都可提供协助,两家公司的技术团队与Poly IC有密切的合作。
    Wolfgang Clemens指出,有机电子材料的发展逐渐成熟,未来的电子组件可采用传统的印刷技术大量生产,以取代半导体硅晶圆制程,可大幅度降低成本。而成本的降低,则将更进一步地扩展无线电子卷标的应用,加快取代目前市场上普遍用于仓储管理的一维条形码标签。
    运用印刷技术的无线电子卷标除了可以节省仓储管理成本,并加快民众结帐时间外,许多防伪的应用,也很有商机。目前Poly IC公司的印制式RFID卷标产品已经提供给客户测试中,预计明(2007)年将可导入市场。
    价格方面,初期印制式RFID标签要价约10美分(cent),但随着市场销量提高,预计中长期市场成熟期将可压低至1-2美分,估计市场规模将有数10亿个单位销售量。
    Poly IC长期目标是希望以印制式RFID标签取代条形码应用,但短期先打品牌防伪的市场,目前已有客户应用在葡萄酒的品牌防伪上。
2、全球软性电子显示器市场2010年将起飞
    根据台湾工研院电子所的研究,软性电子显示器(简称软电)市场即将来临,预计全球软电市场将自2010年起飞,2012年全球产值可达235亿美元。为因应市场商机,该所于2005年初宣布投入软性电子技术为研发主轴,并期望与厂商包括旺宏、明基等合作此下世代塑料电子技术的先期开发,同时将携手筹组软电产业策略联盟。该所表示,软电可应用在医疗、人体照顾上,或新潮的MP3产品,明基则计划着手开发软电的应用市场。
    台湾显示面板龙头企业友达科技中心的副总经理刘军廷,最近首度公开了友达针对未来软性显示技术的研发概况。刘军廷表示,友达针对软电技术的研究开发,研发策略考虑重点包括何时投入、选择哪种技术、掌握上下游产业链成熟度、材料与制程的整合、硬件与软件及韧体的搭配等课题。
    刘军廷指出,目前软性显示技术的发展尚未成熟,无论是对比颜色及画质表现,软性显示技术都还比LCD逊色,到底何时才能有广大的市场买气,以及热门的新兴应用在哪里,都还值得持续观察。刘军廷强调,友达最关心的是材料与设备的成熟度、数字内容是否充分完备,以及画质表现是否能与LCD相比。
    以目前软性显示技术而言,在应用上一般分为高阶与低阶应用两种。高阶应用包括:移动电子产品及电子纸等,这些对画质要求比较高的应用。至于低阶应用则有:卡片、智能卡、电子表或电子卷标等,主要应用于提供讯息,对于色彩及分辨率的要求不高。目前低阶应用的软性显示产业,相较于高阶应用,技术发展及上下游供应链已经比较完整。目前看来,友达关心的是高阶应用的市场。
    业界认为,目前除了软性显示器和印刷式无线标签 RFID,有机晶体管、内存、传感器、照明也是未来最有应用前途的方面。

软性电子产业还面临巨大挑战

    当前,软性电子还处在即将产业化的前夜,仍然还存在很多的技术瓶颈,对于材料、工艺、设计等还处在研究和探索的阶段。过高的工作电压、较低的载子迁移率、不稳定的材料与组件特性、缺乏互补式晶体管技术及组件模型等都使材料、工艺的使用均有较多的不确定性。
    而在产品方面, 软性电子产品因采用有机材料,结构特性较松散,产品寿命较短,按每天使用5个小时推算,1~2年内产品的寿命就到期了,在生产和使用中也比较容易损坏,目前生产设备不成熟、产品成品率低、成本和价格较高等等,这些都阻碍了产品的普及化。
    此外,软性电子技术的研发还需要整合多种高科技技术,如纳米电子、半导体构装、平面显示和微机电技术等,产业间的合作和利益模式均未明确,产业链如何构造还未明朗,因此,从目前来看,商业化的步伐似乎不如预期,即便是实现了产品化的技术,也仅被用于有限的用途上。如目前产业化最广的应用产品有机电致发光(0LED)平面显示屏,面临市场化阶段的仅是小分子OLEO,而目前高分子基OLED距离市场化仍有一段距离。
    因此,整体而言,国际上在软性电子领域的研究尚在起步阶段,拥有极大的技术突破和专利申请空间。
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