“柔性电子”可望为台湾地区电子产业再创奇迹

为迎合下一世代电子产品在可移植性、轻便化与便携性程度上的更进一步需求，近年有关柔性电子(Flexible Electronics)的话题成为全球电子产业界关注的新焦点。目前，欧、美、日等国的国家级或大学实验室，以及IBM、飞利浦、柯达、爱普生等大厂都将此技术视为电子产业的革命性解决方案，并投入大量人力与资源进行相关研发。而台湾工研院旗下的电子工业研究所(ITRI-ERSO)，也在2005年成立了柔性电子技术组正式进军该领域的研究，并已经在柔性显示器、柔性电子封装与柔性电子主、被动组件技术发展上小有斩获。

工研院电子所柔性电子技术组组长黄新钳表示，“所谓的柔性电子，指的是一种建立在薄塑料片或金属薄片等柔性或可弯曲基板上的组件技术，又称为塑料电子，使用的材料包括非晶硅、低温多晶硅以及有机半导体等；并采用电子印刷技术，以可以大量生产的滚动条式制程或是类似传统的印刷技术，在这些材料上形成电路。”他介绍说，柔性电子技术并非用以取代目前的硅芯片技术，柔性电子组件的功能也比较有限，但由于非柔性的硅芯片有较厚、易脆的缺点，柔性电子除具备轻、薄与抗震的特性，同时成本也较低，因此将可开创全新的应用领域，用以设计各种形状以及更贴近人体、易于使用的电子产品。

目前较为人所熟知的柔性电子技术，包括智能卡所使用的RFID、智能标签，以及柔性显示器(即电子纸)等。目前全球柔性电子的市场规模不到10亿美元，但根据市场调查机构NanoMarkets的估计，柔性电子产业在2010年将逐渐形成规模，相关产品在2009年将达58亿美元的产值，且其中有46%为柔性显示器；而2010年该市场将成长到97亿美元，并在2012年升至235亿美元，主攻逻辑与处理器、传感器等应用产品。由于全球柔性电子技术研发尚在萌芽阶段，台湾工研院电子所也积极加紧研发脚步投入大量研发资源，企图赶上世界水准且拥有与国际大厂并驾齐驱的成果展现。

在国际柔性电子技术研发现况方面，目前已有美国PolyIC公司研发出可卷式RFID被动系统，飞利浦发表了具备可卷曲LCD屏幕的电子阅读器，而日本SEIKO亦有单色微胶囊式的电子纸手表等成果，主要集中在柔性显示器与柔性基板材料、柔性天线等项目。工研院已发表的技术，则包括一种类似商标、可黏附在各种设备甚至人体上的下一代超薄柔性电子信息装置(E-skin IT Device)；采用塑料基板与低温制程，可制作电子书与滚动条式便携式显示设备的柔性主动式有机显示器；以及将有源器件内置于有机薄膜基板的下一代封装技术。

黄新钳表示，工研院对于柔性电子技术发展分为三个阶段，第一步是开发材料、基板与晶体管技术，第二步则是组件与电路整合设计，第三步将扩展至系统应用，因此在产品应用端将先由低端、单色的显示器产品切入，逐渐向全彩柔性显示器、智能商标系统、感应系统等更高端或特殊应用的产品发展。“柔性电子技术目前仍面临组件特性不稳定、制造成本高、缺乏支持设备以及设计资源限制等等挑战，仍需持续在材料与电路印刷设备、制程技术等方面寻求突破，因此工研院也积极与业界厂商合作进行研发，希望能结合更多的力量以获得更好的成绩。”黄新钳如是说。该机构已将2010年定为台湾地区柔性电子产业的起飞期，并预计届时能在全球柔性电子市场获得10%的占有率。在历经了由硅晶圆半导体以及LCD平板显示器所创造的“两兆双星”辉煌时代，柔性电子有机会成为台湾地区电子产业再创奇迹的下一张王牌。

2006年将成“柔性显示年”

2006年将可能成为“柔性显示年”，因为可卷绕(roll-up)式显示器和数字标签将使电子纸张粉墨登场。超薄显示器和电子纸张成为最近在美国召开的显示工程与应用会议(Display Engineering and Applications Conference)的焦点。研究人员在会上报告了所取得的进展，并对2006年的发展前景进行了预测。会议参加者还了解到有关LCD技术和军用头戴显示器方面的进展。

亚利桑那州立大学柔性显示器中心(Flexible Display Center)副主任Nick Colaneri介绍了该中心取得的进展。这家中心是由美国军方资助，专门从事柔性背板和显示器的制造工艺开发和试生产。他说：“我们一年前从零开始，但现在我们已对迄今为止所进行的晶体管测试建立了一个大型数据库。我们拥有大量的数据，可以用于对制造工艺进行优化。”

目标技术是可以在90℃温度下进行制造的有机并五苯晶体管，以及其它低温材料，研究组可以在内部的电泳前平面叠片中使用。该中心的19位工程师和技术员利用TFT试生产线生产了38批次，探查了385个测试晶圆，并建立了一个具有11,521个晶体管的自动化的数据库。  

Colaneri表示，仅用一年时间，晶体管的性能就从非常低的水平提高到比正常值相差不到20%的程度。“当初我们并不担心我们的晶体管性能可以达到什么高度?D?D我们有其它问题需要解决。”他说。“但现在我们已集中精力提高晶体管性能，我们把电子迁移率提高到了每伏特0.1cm2，正常水平是0.5cm2/V左右。”

该中心将在2006年开始验证其第二代试生产线，并利用它在2007年生产原型产品。第二代生产线将放弃传统的圆形晶圆，而采用14.5×18.5英寸的长方形基板，这样可以制作出一个对角尺寸为23英寸的显示器，不过研究人员计划把它切割成四个10英寸显示器。

柔性显示器中心的其它各成员公司都在积极提供设施支持各项研究。E-Ink公司研究用于似纸显示器的电泳墨水；Kent Displays公司研究用于反射和近红外显示器的胆固醇型(cholesteric)液晶。与单色的电泳墨水不同，cholesteric液晶可以形成不需要滤光器的全彩色的反射式显示器。

SiPix Imaging公司的业务拓展经理Amy Chen介绍了该公司全彩色电子纸在商业生产方面取得的进展。SiPix公司的微杯结构(Microcup)电子纸是柔性的，具有高对比度，视角接近180°，而且功耗极低。因为它只需要功率来改变像素的颜色，因此待机功耗为零。“我们拥有世界上第一条EPD(电泳显示器)卷式制程生产线。”Chen表示。“目前我们每分钟能生产6英寸。”

微杯结构在一个150微米的柔性塑料基底上制成。它包括一个透明导体，该导体采用铟锡氧化物形成80到150平方微米的区域，进入这些区域的彩色染料可以沉积下来。然后把这些微型杯密封起来，并迭加到一个带有电极的背板上面，该背板用于驱动显示器。制造采用滚动条式压纹工艺，由此对一张连续的PET塑料进行涂布，首先是涂上透明的导体，然后是一种自有的树脂。接着把微杯注入树脂之中，以便填充染料、密封和附着在背板上。

“我们目前在与BASF、飞利浦及其它厂商在开发各种应用。”Chen表示。“从2006年开始，你将开始看到我们的微杯EPD被用于标签应用，如用于价格标签、可卷绕的显示器和智能卡。”飞利浦公司旗下的Philips Polymer Vision部门近期表示，它有望在近期推出一种对比度为1:10、厚度为100微米的5英寸320×240像素的可卷绕显示器，它利用E-Ink公司的单色电子墨水开发这种显示器。据Chen介绍，飞利浦也在与SiPix进行合作开发，目标是推出彩色可卷绕显示器。

Primordial公司介绍了它的军用头戴式显示器(HMD)。它的士兵(Primordial Soldier)头戴系统应用于战术覆盖，包括在士兵的头戴式显示器上面标注敌友、执行自动的威胁评估和提供弱点统计。头戴显示器曾仅限于坦克操作手和战斗机飞行员，但面向步兵的头戴系统将被纳入陆军的未来作战部队的早期用户评估。

Clairvoyante公司则称，该公司为把LCD用于人类视觉系统进行了一项革命性改进。该公司的创始人兼首席执行官Candice Brown Elliott演示了算法如何让眼睛感觉到屏幕亮度增强了一倍，而功率一样(或者亮度一样，而功率减少一半)。这类算法把白条纹加入到红色、蓝色和绿色条纹之中。她说，在给定的分辨率下，该公司的PenTile RGBW亚像素方案把所需的像素数量减少了三分之一。

作者：蒋柯