国外印刷电子产业发展概述_邹竞

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( ) 文章编号 : 1 6 7 4 0 4 7 5 2 0 1 4 0 4 0 3 4 2 4 0 - - -
或 涂 布) 工艺应用于 印刷电子是将传统印 刷 ( 制造电子元器件和产 品 的 新 兴 工 艺 技 术 。 尽 管 目 前印刷电子元器件和 产 品 在 分 辨 率 、 集 成 度、 信息 容量等 方 面 还 达 不 到 传 统 硅 基 微 电 子 器 件 的 水 但印 刷 电 子 工 艺 技 术 具 有 节 约 资 源 、 绿色环 平, 保、 低成本 、 柔 性 化 可 大 面 积 生 产 等 显 著 特 点, 具 有十分广阔的发展前景 。 欧美 、 韩日 等 先 进 国 家 十 分 重 视 印 刷 电 子 的 研发工作 , 并将其产业化作为提高企业和国家竞 争力的主要 方 向 之 一 , 在政策和资金等方面予以 扶植支持 。 这是这些国 家 印 刷 电 子 技 术 得 到 迅 速 发展的重要条件 。 本文介绍了印刷电 子 概 况 及 国 外 印 刷 电 子 及
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电子产业
综 述
印刷电子专刊
摘 要: 近年来印刷电子有 了 快 速 发 展 , 许 多 有 关 印 刷 电 子 的 科 研 成 果, 已从实验室投入了生 初步形成了印刷电子产业体系 。 本文 介 绍 了 应 用 于 印 刷 电 子 的 各 类 有 机 、 无机材料及工艺 产, 装备 , 特别详细列举了各类印刷电子产品 及 其 应 用 情 况 , 这些印刷电子产品已开始进入人们日 常生活的多个方面 。 虽然印刷电子产业 尚 处 于 发 展 初 级 阶 段 , 市 场 不 够 成 熟, 但已显示出十分 光明的发展前景 。 文中还指出政府机构的重视和支持是国外印刷电子产业发展的重要因素 。 印刷 关 键 词 :印刷电子 ;有机柔性电子 ;印 刷 电 子 材 料 ;印 刷 电 子 工 艺 装 备 ;印 刷 电 子 产 品 ; : / d o i 1 0. 7 5 1 7 0 4 7 5. 2 0 1 4. 0 4. 3 4 2 . i s s n . 1 6 7 4 - j
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影 像 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 学 与 光 化 学
第3 2卷
着材料及制造的产品 而 变 , 需要 大 量经 验的 积累, 而且这些经验难以随制造设备出口而流向海外 。 1. 3 印刷电子发展概况及市场规模 正是由于印刷电子 技 术 所 显 示 的 特 殊 优 点 和 发展潜力及其广阔的 市 场 前 景 , 促 使 欧、 美、 日、 韩 等先进国家和地区都将 印 刷 电 子 技 术 视 为 未 来 电 子产业发展 的 革 命 性 解 决 方 案 , 投入大量人力物 进行相关材料 、 器件 、 工艺技术与设备的研究开 力, 发, 以拓展印刷电子在通讯 、 新能源 、 信息显示 、 智能 电子标签 、 各类传感器等民用和军事领域的应用 。 欧盟已把印刷电子 产 业 作 为 欧 洲 企 业 提 高 产 业竞争 力 的 重 要 方 向 , 在 欧 盟 第 6、 第7框架计划 ( 中都列出了 E u. 6, 7 t h F r a m e w o r k r o r a m, F P) p g 多项直 接 促 进 印 刷 电 子 产 业 发 展 的 联 合 攻 关 项 目, 并拨付 巨 额 资 金 支 持 这 些 项 目 的 实 施 。 美 国 能源部和军方都十分重 视 印 刷 电 子 技 术 在 研 发 新 新 一 代 节 能 照 明, 以及柔性显示 一代光 伏 电 池 、 智能传感器等领域 的 应 用 , 并给予巨额资金支 器、 澳大利亚 、 新加坡等国也十分重视印刷 持 。 韩国 、 电子技术的 发 展 , 甚至连泰国也成立了国家级的 印刷 电 子 创 新 中 心 ( T h a i l a n d O r a n i c &P r i n t e d g , ) 。 I n n o v a t i o n C e n t e r T O P I C E l e c t r o n i c s , : 全球知 名 大 学 科 研 机 构 如 英 国 的 剑 桥 大 学、 曼彻斯特大学 、 利 物 浦 大 学、 帝 国 学 院, 德国的 达 姆 斯 塔 特 大 学、 普 兰 克 研 究 所、 德累斯顿大 学 、 弗兰霍 弗 研 究 所 , 美 国 的 加 州 大 学、 普林斯顿大 学、 马萨诸塞学 、 斯坦 福 大 学 、 华 盛 顿 大 学、 西北大 密歇根大学 , 日本 的 东 京 大 学 、 大 阪 大 学, 韩国 学、 首尔大学 、 国家印刷电 子 中 心 等 , 都有专门的团队 进行有关印 刷 电 子 技 术 方 面 课 题 的 研 发 工 作 , 并 成功地孵化了一批生产 印 刷 电 子 用 原 材 料 和 器 件 的科技创新企业 。 一些 著 名 的 跨 国 企 业 , 如: 杜 邦、 陶氏化 3 M、 学、 黙克 、 巴 斯 夫、 拜 耳、 索 尼、 松 下、 精 工、 凸版印 大日 本 油 墨 、 三 星、 都在不断扩展其在 刷、 L G 等, 印刷电子方面的业务 , 作为企业发展新的增长点 。 根据国际知 名 的 产 业 咨 询 公 司 I D T e c h E x提
2卷 第4期 第3 0 1 4年7月 2
影 像 科 学 与 光 化 学
I m a i n S c i e n c e a n d P h o t o c h e m i s t r g g y
V o l . 3 2 N o . 4 , J u l 2 0 1 4 y
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1. 2 印刷电子技术的基本特征 目前 , 主流电子元器件和产品的制造技术 , 主 溅射工艺 要以硅基半 导 体 蚀 刻 工 艺 或 真 空 蒸 镀 、 具有集成度高 、 体 积 小、 信 息 容 量 大、 分辨率 为主 , 高等显著 优 点 。 但 存 在 工 艺 过 程 复 杂 、 原材料损 耗严重 、 设备投资过大 、 产 品 价 格 高、 能 耗 大, 以及 环保等问题 。 与传统电 子 元 器 件 制 造 工 艺 技 术 不 同 , 印刷 电子工艺技术具有生 产 工 艺 简 便 、 原 材 料 损 耗 小、 设备投资少 , 并可实现 大 面 积 、 轻 质、 柔 性 化、 低成 信息 本生产的 优 点 。 不 足 之 处 是 目 前 在 集 成 度 、 容量 、 分辨率等方面 , 尚达不到硅基微电子产品的 水平 。 使用常温的印刷工艺 , 可显著降低能耗 , 有利 于选择耐热性较差 、 低 成 本 的 塑 料 薄 膜、 纸张与纤 以 实 现 大 面 积、 轻 质、 柔 韧、 可 维布料等柔性材料 , 弯曲的产品应用 。 具有 加 成 制 造 特 点 的 印 刷 电 子 可以消 除 大 多 数 基 于 化 学 蚀 刻 工 艺 带 来 的 工艺 , 是 一 种 绿 色 制 造 技 术。 废液排放等环境污染 问 题 , 同时 , 通过采 用 具 有 良 好 降 解 性 的 有 机 功 能 材 料 与基材 , 可以 解 决 日 益 严 重 的 电 子 产 品 垃 圾 带 来 的环境污染问题 。 尽管印刷电子器件 性 能 和 集 成 度 还 达 不 到 硅 基微电子的 水 平 , 但上述优点使印刷电子技术拥 有硅基 半 导 体 微 电 子 所 不 能 胜 任 的 众 多 应 用 领 有其特定的市场范 畴 , 从而可对现有硅基微电 域, 子的应 用 领 域 形 成 良 好 的 互 补 。 如 : 大 面 积、 柔 柔性显示 、 太 性/可卷曲/可拉伸电子产品的应用 ( , 阳能电池 、 可穿载电 子 产 品 等) 既可适应已有的 需求 , 又可创造新的社 会 需 求 , 是硅基微电子技术 的补充和创新 。 日本相关 人 士 认 为 , 采用印刷电子的按需生 。日本的 失 败 模 式” 产有 助 于 日 本 摆 脱 此 前 的 “ “ 失败模式 ” 是指 , 以往 半 导 体 技 术 的 大 量 生 产 , 制 由于制造装置直 造经验集中 体 现 在 制 造 装 置 中 , 接出口流向 海 外 , 导致日本半导体厂商陷入成本 竞争中而失败 。 而印刷 电 子 的 最 佳 制 造 工 艺 会 随
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第4期
邹 竞: 国外印刷电子产业发展概述
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室走向生产 ( 的 过 程, 有了一定的市场 l a b t o f a b) 规模 , 从而开 始 形 成 有 别 于 传 统 电 子 生 产 技 术 的 新型电子技术体系 。 有机导体 、 半导体 、 发光体的发现和随后的深 入研究 , 逐渐 形 成 了 有 别 于 硅 基 半 导 体 微 电 子 学 的新型电子技术 。 从上 世 纪 8 以美籍 0 年 代 开 始, 华裔科学家 邓 青 云 为 代 表 的 科 技 工 作 者 , 先后在 有机发光二极管 ( 实验室进行有机晶体管 、 O L E D) 和有机光伏电池 ( 等新型有机电子器件的 研 O P V) 发工作 , 从而奠定了有机电子学的基础 。 柔性电子 , 最初专指柔性印刷电路 , 后来泛指 以柔性塑料 作 为 基 材 制 作 的 电 子 器 件 , 因此也被 ) 。事实上目 称之为 塑 料 电 子 ( l a s t i c e l e c t r o n i c s p 前柔性基材已远不局 限 于 高 分 子 塑 料 基 材 , 纸 张、 金属箔 、 超薄 玻 璃 等 都 已 可 用 于 制 作 柔 性 电 子 产 因此塑料电子仍有其具体指向 。 品, 印刷电子是将特定 功 能 性 材 料 配 制 成 液 态 墨 , 墨水 — 浆 料 —p 根据电子器 料( a s t e的 统 称) i n k、 全部或部分通过印刷( 或 件和产品性能设计要求 , 涂布 ) 工艺技术 , 实现 以 大 面 积 、 柔 性 化、 薄膜轻质 化、 卷对卷为 特 征 的 电 子 元 器 件 和 系 统 产 品 的 生 产 。 这些具有特定光 、 电 特性 的功能 性材 料, 包括 如具有特定电导性能的金 无机类和有 机 类 材 料 , 属氧化物 、 金 属 纳 米 粒 子、 碳 纳 米 管、 石墨烯以及 导电聚合物和有机小 分 子 材 料 等 。 其 应 用 于 印 刷 电子的前提 是 , 必须能配制成适合印刷工艺的溶 液或浆料 。 笼统地讲 , 印刷电子包含了有机电子和柔性 电子的内容 。 但事实上 目 前 相 当 大 部 分 的 有 机 电 子和柔性电 子 元 器 件 和 产 品 , 仍采用传统的真空 蒸镀或等离 子 溅 射 沉 积 工 艺 制 造 , 尚未完全采用 印刷工艺 。 因 此 , 目前印刷电子尚不能完全涵盖 有 机 电 子、 柔性 有机电子和柔性电子 的 所 有 领 域 , 电子在研究 和 生 产 领 域 仍 有 其 相 对 的 独 立 性 , 只 是其与 印 刷 电 子 的 相 互 融 合 部 分 必 然 会 越 来 越 多 。 本文叙述 的 印 刷 电 子 包 含 了 有 机 和 柔 性 电 子。
2 0 1 4 0 6 0 3 收稿 , 2 0 1 4 0 6 1 3 录用 - - - - : E-m a i l z o u i n t u. e d u. c n * 通讯作者 , @ j g j
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国外印刷电子产业发展概述
邹 竞
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( 1.中国乐凯集团有限公司 研究院 ,河北 保定 0 7 1 0 5 4; ) 2.天津大学 化工学院 ,天津 3 0 0 0 7 2
其相关领域 的 发 展 和 策 略 。 主 要 内 容 如 下 : 印 1. 刷电子概况 ; 印刷电 子 材 料 ; 印刷电子工艺装 2. 3. 备; 国外印刷电子产 品 及 其 应 用 ; 国外政府组 4. 5. 总结与思考 。 织对印刷电子产业的支持 ; 6.
1 印刷电子概况
1. 1 印刷电子涵义 材料科学 技 术 的 持 续 进 步 , 促进了新型电子 ) 、 技术 的 发 展 。 有 机 电 子 ( 柔 o r a n i c e l e c t r o n i c s g ) 、 性电子 ( 印刷电子 ( f l e x i b l e e l e c t r o n i c s e r i n t e d - p ) 已不 仅 仅 是 学 术 研 究 领 域 所 创 建 的 新 l e c t r o n i c s 名 词, 各类相关的新型电子产品已经历了从实验
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