印刷电子的应用

印刷电子应用
1、薄膜开关
薄膜开关(Membrane Switch), 也有称触摸开关，是利用聚酯薄膜为基体, 网版印刷方法将纳米银导电墨水印刷在薄膜上，构成导电线路和按键触点(开关)，如图所示。

这类薄膜开关也是印制电子产品，20年前就已有之。

现在薄膜开关
已被广泛应用于计算机键盘、自动化仪表和自动化电子
设备的触摸式控制盘等。

当然，随着印制电子技术发展，
薄膜开关的结构、功能更深入，用途更大。

薄膜开关对于印制电路行业是早已熟知的是产品，
不再多述。

而其也可归入印制电子产品。

薄膜开关
2、半导体器件
薄膜晶体管(TFT：Thin Film Transistor)是采用印制技术在薄膜基材上形成晶体管，这是构成集成电路的基本单元，按一定的阵列排列与互连就构成功能性集成电路，如逻辑电路、存储器等。

根据印制晶体管的半导体材料有无机和有机之分，如纳米银导电墨水、无机硅油墨经喷墨印制出薄膜晶体管(TFT)；而用有机半导体油墨也能喷墨印制出薄膜晶体管，称为有机薄膜晶体管(OTFT)。

OTFT在塑料基材上可以挠曲、重量更轻，如图所示。

印制电子的重点在OTFT，OTFT代表了半导体产品在今后十年内所发展的一个方向。

如日本产业技术综合研究所成功实现塑料薄膜上印刷有机TFT，这是一项高精细、大面积印刷技术，在直径6英寸(152.4mm)面积，印刷L/S=1μm/1μ
m的图形。

可挠曲的塑料薄膜基上印刷有机半导体聚合物构成
TFT，用纳米银粒子导电膏印刷电接点或线路。

美国Kovio公司取得了印刷纳米银导电墨水、纳米硅晶体
管技术, 比印刷聚合物晶体管尺寸更小、性能更好, 并降低成
本。

这项完全的印刷硅晶体管技术能完成电路功能, 甚至能印刷
硅芯片。

另外, 日本Seiko Epson公司也有类产品, 喷墨印制含
有硅的聚合物(有机硅)。

这类硅元件被用于显示器、太阳能电池
等电路中。

OTFT电路大量晶体管按一定的阵列排列与互连就构成功能性集成电路，如逻辑电路、存储器等。

因此OTFT的集成得到有机存储器(O-Memory)，如图所示。

目前这类有机存储器已大量应用于游戏卡中,如图所示。

印制出有机存贮器可能是印制电子取得整体成功的重要因素。

射频识别(RFID)系统包括信息存储、读取、识别，是一种非接触式的自动识别技术。

最普通的应是商品防伪标签，如图所示。

Kovio和大华博科BroadTeko公司用纳米银导电墨水和硅油墨印刷元件开始应用于RIFD标签，在1个RIFD标签载有1000个晶体管, 并达到量产化。

印制有机存储器应用有机存储器的游戏卡
印制导电墨水RFID标签及应用
3、显示器
平板显示器的诞生改变了人们使用显示器的习惯，由于其轻薄的特性，除了对既有市场产生替代效应外，新的应用领域亦应运而生，包括可携式产品、信息产品及视讯产品等都是平板显示器的市场，其代表是液晶显示器(LCD)和等离子体显示器。

然而在迈入21世纪后，开始思考第三代显示器的技术开发，期望相关产品能够有另一个更轻更薄的明星产品，这就是可印制挠性显示器。

可印制挠性显示器的代表为电子纸显示器(EPD),EPD属反射型显示器、耗电量可较玻璃基板LCD显示器减少90%，且电子纸若导入塑料基板、厚度仅约0.3mm、为LCD显示器厚度(含背光模块)的10%，故具更轻、更薄、可卷曲和省电的特性。

除此之外，再由于采用薄膜材料和印制工艺而降低产品成本。

因电子纸如一般纸张适合阅读、眼睛不易疲劳等优势，因此EPD成为新一代具成长潜力的显示器。

从应用的角度分析，具备纸张画质特性的电子纸显示器可以用于更为广泛的领域。

应用范围有户外广告和告示看板，卖场的价格卷标, 手机和手提电脑等移动装置，电子图书和报纸等相关产品。

有关EPD应用图例见图2-6、图2-7和图2-8。

如台湾工研院在前年就展出可弯曲的挠性彩色液晶显示器，利用两个厚度比目前玻璃基板研磨最薄的0.2mm还薄的塑料基板作为上下显示器基板材质，以具轻薄化特性塑料基板研发出可弯曲的彩色液晶显示器，可应用于高阶轻薄型手机与PDA等，以满足特殊手机的设计需求。

日本Fujitsu Ltd.的子公司推出一种新颖电子纸器件，能显示彩色的电子书和电子报纸。

电子报纸的阅读不需要特别的背光或照射灯光，普通光照下就可阅看。

单个电池可连续用50小时，远比LCD显示器节电。

该彩色电子纸器件版面有A4大小，能与手机、个人电脑等连接，下载有关新闻而进行阅读。

图可弯曲液晶显示器
图卷曲式显示屏手机
图多页EPD的手提电脑
目前OLED显示器已经
有许多应用, 包括广告牌
和广告等。

Sony公司推出
11英寸OLED TV, 走出了商品化第一步以后, 许多面板公司投产中小型OLED显示屏用于手机。

在我们身边，可以见到印制电子显示器的例子有那些华丽的大广告屏幕，它们发出明亮的色彩，光线依次明暗变换。

那些元器件几乎完全是用网版印刷技术印制出来的纳米银导电墨水、导电层、绝缘体、带有金属铜掺杂的磷光质涂层、保护层等等。

4、有机照明
有机发光二极管（OLED：Organic Light Emitting Diode)技术是业界公认具有最广阔应用前景的下一代照明与显示技术。

其器件构造如同一块超薄夹心饼干：在两个电极板中间夹有一层或多层薄薄的有机发光材料，当有电流通过时，这些有机材料就会发出强光。

与传统技术相比，OLED技术不仅具有更高的效能，更为环保，而且产品外形也更为轻巧。

OLED面板的厚度可以小于1mm，并能进行任意弯折和裁剪，也就是说采用OLED技术，可以制造出薄如墙纸、可粘贴在墙面屋顶，或卷成一团塞进皮包、口袋的电视、电脑显示屏和照明工具。

近年来这项奇妙的技术已成为全球各大研究机构和企业重点关注的对象，代表着照明系统、平面显示等诸多家用及商用的未来发展趋势。

OLED灯采用的是平面光源，不同于采用点光源的白炽灯泡，卤素灯和LED灯。

OLED 灯可以在表面的任何地方均匀发出光线，不会产生荧光管眩眼的光照效果，在光效、寿命和彩色性上将远远优于现在的照明技术。

OLED照明产品具有1万小时以上的寿命、亮度高达约1000cd/m2、发光效率为40～60lm/W，节能性能优良。

目前OLED已经渗透到小型显示市场，在MP3播放器上和手机的辅助显示中OLED的应用都已经变得相当普遍。

不远的将来，属于面光源且光线柔和的OLED照明，将出现在我们的日常照明环境中。

08年3月通用电气公司(GE)就宣布，实现成功地采用类似报纸印刷的“卷对卷”连续方式印刷OLED涂层，从而大幅降低了OLED的生产成本，使OLED产品的大批量生产成为可能。

GE宣称。

解决了OLED大批量生产的成本问题之后，GE希望能在2010年将OLED 照明产品正式引入市场。

GE将在接下来的两年中继续改进生产工艺，并进行OLED照明产品的设计，“平面照明时代即将来临”。

飞利浦照明于08年9月宣布，将领先其它公司于2009年上市面积最大为50cm2的OLED照明产品。

世界上很多著名厂商纷纷涉足OLED照明的开发，重点是采用印制技术。

在2009年2月日本举行的“Printable Electronics 2009”研讨会上，松下电工公司的演讲中介绍试制出了采用印刷方法制作的OLED照明面板。

发光效率和色彩表现性均获得了较高的数值。

想象一下吧，当你走在夜晚的街道上时，照亮道路的不再是路灯而是路旁高楼大厦的外墙；回到家中，亮起的也不再是台灯、吊灯或落地灯，而是色彩绚丽的“墙纸”，感觉爽吧。

随着整个世界更加注重节约能源，节能的OLED照明会加速增长，这一切也许就将发生在两年后的今天。

平面状OLED照明灯可卷曲面状OLED照明灯
R2R制作的OLED照明灯OLED照明灯装饰的建筑物
5、电池
太阳能是自然界赋予人类最亷价、清洁、取之不尽的能源。

太阳每年向地球发出的能量，有专家估计为人类消耗能源的1200倍以上，利用太阳能是解决人类能源的有效途径。

其中之一是可印制制造的薄膜太阳能电池。

发展薄膜太阳能电池是便宜且有潜能的选择，可以用简单的印制方式生产制造各种形式的太阳能电池组件(如图)，达到便宜与普及的需求。

围绕薄膜太阳能电池研究的热点，科学家们比较看好非晶硅的有机系薄膜太阳能电池，也称有机光伏电池(OPV：Organic Photovoltaics Cell)。

基于非晶硅的薄膜太阳能电池，具有高温下的光伏输出特性好，比晶
体硅太阳能电池有更大的实际功率输出，环境友好，成本低等优点。

薄膜太阳能电池组合可以建造在野外成为发电站；也可以安装在建筑物屋顶或外墙面，是城市利用光伏发电最好的平台。

它们避免了现有玻璃幕墙的光污染问题，又能代替建材，同时发电又节能，将成为未来城市利用光伏发电的主要方向。

消费者可以轻易的将太阳能电池制作在墙壁、屋顶、广告招牌，创造出个人的发电站。

如图2-14所示为建筑立面。

可折叠的薄膜太阳能电池，这是一种利用非晶硅结合PIN光电二极管技术而加工成的薄膜太阳能电池。

此系列产品具有柔软便携、耐用、光电转换效率高等特点；可广泛应用于电子消费品、远程监控/通讯、军事、航天等领域供电，如图2-15薄膜太阳能电池应用于国际空间站。

例如美国艾奥瓦薄膜技术公司宣称，将向市场推出一系列覆有太阳能薄膜的商品，包括太阳能无线电耳机和33厘米宽的发电塑料卷。

另一家卡纳卡公司已开发出能发电的衣服和白天徒步旅行用的背包，这种背包嵌有很轻的光敏塑料充电器，能给手机和iPod充电。

美国Rensselaer理工学院研发出一种外观像纸张的电池，可弯曲或扭转，或是用剪刀裁剪，塑造成所需的形状，希望其可用於电子或其他领域，如图2-16。

薄膜太阳能电池组件
薄膜太阳能电池立面应用于国际空间站有机光伏电池卷在2008年底，日本昭和壳牌石油公司创下了铜铟硒薄膜太阳能电池光电转换效率的最高世界纪录。

面积为864平方厘米的转换效率为14.3%，面积为3560平方厘米的转换效率为13.4%。

已经使用该薄膜太阳能电池制成日本第一个10千瓦太阳能发电系统，使薄膜太阳能电池实用化向前迈进了一大步。

目前在中国的太阳能电池(光伏)制造企业，已具规模的也有数十家。

如量产薄膜太阳能电池的有无锡尚德太阳能电力有限公司、保定天威薄膜光伏有限公司、宁波百事德太阳能科技有限公司、浙江正泰太阳能科技有限公司，以及强生光电（南通）、源畅光电（常州）、深圳日月环、拓日新能源（深圳）、新奥集团（河北廊坊）、尤尼索拉津能（天津）、黑龙江哈克（哈尔滨）等，遍及南北。

6、传感器
传感器是一种物理装置或生物器官，能够探测、感受外界的信号、物理条件（如光、热、湿度）或化学组成（如气味、烟雾），并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

并将探知的信息传递给其他装置或器官。

它是实现自动检测和自动控制的首要环节。

印制电子也将在传感器中大显身手，能够形成薄膜型的新功能传感器。

印制电子技术制作的薄膜传感器，大华博科通过把纳米银导电墨水和敏感材料沉积在薄膜介质基板上形成的，同时可将部分电路制造在此基板上。

例如图为医疗和工业应用中的大型成像传感器，将在移动设备集成的轻薄的生物特征识别系统中找到用武之地它还可以用在实验室系统的微型传感器中，以实现实时现场检验、医学测试和环境测试，以及能够监控穿用者的生命体征，并用作帮助调节人体体温的衣物等
印制薄膜传感器
有机膜传感器医疗和工业用大型成像传感器瑞典的Bioett 公司与一家冷冻食品公司，以及一个瑞典乳制品供应链一起，成功开发了一个完全印制制造的可以发送载有时间/温度特征信号的感应器/电容器/生物传感器，用于食品包装。

当超过保存时间/温度时标签会显示出。

同样，德国KSW Microtec AG公司和美国加州的Infratab公司生产的印制电致变色显示传感器，用于食品包装和血液袋，能够发回记录温度变化的信号，当所盛装的产品变质时，标签会显示出“过期了”字样。

加州的Aardex USA公司已经在销售用来装药片的塑料瓶了，这种瓶子里装有一个称重传感器，这样一来药瓶就可以真实地告诉患者他是否在按时按量的服药。

还有加拿大和丹麦的一些公司也都拥有智能包装和更多同类产品，这些包装能够记录患者的取药时间并将信息通过广播信号传递给医生。

这些传感器多由印制而成。

日本凸版印刷公司开发成功了采用“球状SAW传感器”技术的氢气传感器及气味传感器。

通过表面形成的不同材料感应薄膜，就能实现各种功能的传感器。

如形成可吸收氢气的铂（Pd）薄膜，就能得到氢气传感器。

薄膜的形成方法，根据不同材料分别使用蒸镀、涂布和浸渍等工序，在1cm2的尺寸上能够集成100种不同的传感器。