印刷電子：引領電子工業新革命

印刷電子是應用傳統印刷工藝制造電子元器件和電子產品的新興工藝技術。作為一種靈活、快捷、環保的制造方法，印刷電子已在新材料業、電子工業以及印刷業等多個行業內備受關注，預期將在電子信息、印刷、化工、發光顯示、包裝物流，乃至智能服裝等領域有廣泛應用，開拓出眾多的新產品和新應用。

   印刷電子產品的最大特點是面積大、柔性化與成本低，2014年市場上相繼出現了可彎曲的柔軟如紙的顯示屏、全印刷電子標簽、大尺寸弧形屏幕、可穿戴電子等，證明利用印刷技術，部分甚至全部取代傳統光刻與刻蝕工藝制造具有柔性、輕薄特征的電子元器件已經成為現實。可以說，印刷電子技術優勢迎合了新一代電子產品柔性與個性化的特征需求，將為電子工業帶來新的技術產業革命。

   全球市場，正在導入期

   印刷電子的歷史，最早可以追溯到20世紀70年代的薄膜開關。此后，隨著其應用范圍不斷拓寬，技術難關不斷被攻克，逐漸受到歐美、日本等發達國家的高度關注。為了研發印刷電子技術及產品，時下各國都紛紛成立研發、制造聯合體，將印刷電子產業作為提高國家和產業競爭力的重要方向。正是在這樣的推動下，近幾年，印刷電子的應用在全球內相繼呈現，為大眾提供了一次又一次表示驚訝的機會。英國時尚雜志Esquire在2008年慶祝其創辦75周年時，在其雜志封面上附上了一個輕薄的電子油墨顯示屏，這種方式讓人們對這一雜志留下了深刻的印象，也讓更多的人開始關注印刷電子；美國Plastic Logic公司在2010年初上市的電子書終端“QUE”，是一個典型的印刷電子產品，QUE中配備了美國E-Ink公司生產的電子紙，尺寸為13.9英寸，厚度不到1/3英寸，重量比一本雜志還輕；在2013 CES消費電子展上，松下公司展出了采用印刷技術生產的4K 50寸OLED顯示器；在于東京有明國際會展中心舉行的 “Retailtech Japan 2013”上，日本凸版印刷和Plastic Logic公司共同展出了大尺寸（42英寸）柔性可彎曲數字標牌產品，其由16張10.7英寸、1280dpi×960dpi像素的可彎曲電子紙拼接而成；2014年，深圳柔宇科技（Royole）創始人劉自鴻，介紹了采用新工藝（印刷或卷到卷）成功研制的可用于智能手機和可穿戴領域的彩色柔性顯示器，其可以自由卷曲伸縮，厚度僅約10微米。

   目前，新興的印刷電子產業在全球范圍內正處于導入期，其中，以韓國、日本以及中國臺灣為主的亞太地區和美國、以加拿大為主的美洲地區，以及以英國、德國為代表的歐洲國家呈現出快速發展的態勢。這些地區的主要發達國家都在政府層面推行了多項研究計劃，包括建立國家層面的研發中心和聯盟。英國在2009年投資2000萬英鎊建立了國家印刷電子技術中心，并啟動國家印刷電子發展計劃，相繼建立了6個與印刷電子相關的研究中心與多家企業。德國涉及有機與印刷電子的科研單位與企業超過90余家，2004年就已成立了有機電子協會。日本在2011年成立了先進印刷電子技術研發聯盟，印刷與薄膜技術企業主導印刷電子產業。此外，日本新能源和工業技術發展組織投入約43億日元開展“基于卷到卷方式的高生產—連續—高精度層疊技術與相關材料技術的開發”項目，眾多企業參與到該項目的研發之中，包括可樂麗、柯尼卡美能達、住友化學、住友電木、大日本油墨、大日本印刷、東亞化成、東麗、凸版印刷、日本電氣、日立化成工業、夏普和日立顯示器等。韓國知識經濟部于2011年提出了發展印刷電子技術的6年計劃，從2012年到2018年，韓國政府與工業界共同投資1725億韓元（約合10億元人民幣），研究開發印刷電子的全面解決方案。韓國認為印刷電子是一個全新的機會，可能會帶動一大批新興產業，因此政府出面主導大力推動，成立了國家印刷電子研發中心，同時，韓國三星、LG等電子產業巨頭，對印刷電子都有研究計劃。

   中國從2009年開始關注印刷電子——2009年11月，中國印刷電路行業協會（CPCA）成立了印刷電子分會；2010年以來，中科院化學所、中科院蘇州納米所，以及北京印刷學院和天津大學、復旦大學相繼組建了印刷電子技術研發團隊和研究中心；2010年7月，國內首屆印刷電子技術研討會在蘇州舉行；2011年，中科院化學所、北京印刷學院與中科院蘇州納米所等共同組建了印刷電子產業技術創新聯盟；中國科學院戰略先導研究計劃進行印刷電子的布局，并成功應用于2014年北京APEC會議電子門卡的天線印制；2013年9月，常州高新技術開發區成立了印刷電子產業研究院；2014年，第五屆國際柔性與印刷電子大會在北京召開，在注冊參會的351人中，有209人來自中國；同年，TCL集團牽頭，聯合中山大學、華南理工大學、華南師范大學等單位成立了廣東省印刷電子產業聯盟，并聚焦于印刷顯示領域。以上諸多舉措說明，我國對印刷電子的重視在不斷加強，越來越多的研發機構和人員已經投入到這一新興領域，我國的印刷電子正在快速發展。

   發展趨勢，轉向終端應用

   國際知名的產業咨詢公司ID Tech Ex提供的市場調查報告顯示，2013年，印刷、柔性和有機電子市場規模為160億美元，2023年，將達到768億美元。而從其于2014年在美國矽谷舉辦的印刷電子研討會(Printed Electronics Conference)上，我們可以看到一個明顯的趨勢，即印刷電子技術正從昔日的“賦能技術 (enabling technology)” 轉變為許多終端市場應用的技術。這或許是全球的一種共識，Drupa 2016亦會以“觸摸未來”為口號，更多地聚焦于面向未來的技術，其中，印刷電子、3D打印，以及工業級的噴墨印刷等會受到極大的關注。

   談及印刷電子產業的未來發展，材料方面，將基于電子器件的組成，向印刷防護層、介電層、連接電路、半導體功能層及其他應用層方向延伸發展，其同無機納米電子材料和有機及聚合物電子材料的發展密不可分；工藝方面，從傳統的絲網印刷擴展到數字噴墨、凹印、壓印等工藝，印刷精度從數十微米級向微米、亞微米甚至納米尺寸發展；印刷方式方面，從單張印刷到卷筒印刷，再進一步拓展到卷到卷高效快速印刷；印刷電子產品方面，從局部印刷向全印刷方式發展；應用方面，趨向于大面積、輕薄化、柔性化、透明化電子電路及元器件方向發展，并逐步應用于電子紙、柔性可彎曲、可折疊、可穿戴以及透明的電子產品，市場前景極為廣闊。

   印刷行業，挑戰+機遇

   印刷電子技術是環境友好、資源節約的加法型制造技術，可以大大降低電子產品的制造成本。相對于傳統印刷產業的低回報率，印刷電子可稱之為一個高回報的行業，但其也需要更多的資金和技術支持。與傳統印刷相比，印刷電子既具有印刷技術的共性，也有獨具的特點——電子產品的價值及消費者對其耐用性的要求，使得印刷電子相較傳統印刷，無論在印刷設備、工藝還是印刷材料等方面，接受的要求更高、實施的難度更大，因此準入門檻也更高，其要涉及材料、電子、自動化、軟件等多學科領域。對于印刷行業來說，這既是挑戰也是一個新的發展機遇。印刷企業可以結合自身實際情況，與產業鏈上下游企業緊密結合，為企業拓展新的發展空間。

   當前，印刷電子產業尚處于發展的初級階段，機遇和挑戰并存。預計未來5到10年，全球印刷電子將進入高速發展期，市場前景極為廣闊。而隨著印刷業向印刷電子等領域的擴展，印刷將作為一種新型制造手段服務于現代新型制造業。目前全球的印刷企業都在尋找新的商機，印刷電子作為一個新的市場，將是印刷企業的一個重要發展方向和贏利點。

   根據印刷電子的產業特征和我國的實際情況，目前是加大對印刷電子的投入，有組織、有計劃地布局產業發展的最佳時期。對于這個在全球范圍內尚處于剛剛起步階段的新興產業，如果能夠抓住機遇，利用我們的優勢，有序、有效地整合各方面的資源，組織產學研協同攻關，那么可以進一步促使我國印刷電子產業系統健康地發展，縮短與發達國家的技術差距，乃至在某些方面形成獨具的技術和產業優勢。同樣，印刷行業及企業也應抓住現下的機遇，在合適的條件下，將印刷電子作為戰略轉型的重要培育和發展方向，爭取在未來印刷與柔性電子產業中占據一席之地。

（作者單位為中國科學院化學研究所綠色印刷重點實驗室、北京市納米材料綠色打印印刷工程技術研究中心）

（感謝國家自然科學基金（No.21203209）和863課題（2013AA030802）資助）