印刷的电子装置——未来的市场空白

　　最近，“印刷的电子装置”在印刷传媒中成为热门话题。本文反映了最近在德国达姆施塔德技术大学举行的报告会上传来的在该领域最新的知识和信息。 　　

当2000年纪念谷登堡诞生600周年时，德国美因茨市和国际谷登堡协会授予E-Ink-量oil（电子油墨薄膜）发明人约瑟夫•M•雅各布森博士谷登堡奖荣誉称号。当时利用这种电泳显示技术在墙上绘画，似乎宣布印刷媒体末日来临。 　　

VDD协会以其2001年在柏林召开的主题为“电子商务、印刷技术的局限与机遇”对此作出反应。本文作者鲍里斯•富克斯在其题为《电子油墨：显示技术能替代印刷和纸张吗？》的报告中指出，从阴极射线管到平面荧光屏直到基于聚合物电子学的柔性显示器，形成一个逻辑发展链，电子油墨和电子纸薄膜也纳入这条发展链中。为此O L E D（有机发光二极管）显示器确实具有优势。 　　开姆尼茨技术大学印刷媒体研究所的薛伯莱尔教授通过他的试验证实，为了获得混合媒体，在印刷机上涂敷具有液体导电功能的聚合物。在他的报告中强调了这一点。4年后，到了提供这项技术可行性证据的时候了。

OEA——新的平台 　　

目前，在德国印刷机械协会（V D M A）内成立了一个有机电子学协会（OEA）专业联合体，如Poly-IC 、KSG 、西门子、Degussa 、Merck、Liebherr、Honeywell以及曼罗兰和B ttecherr等公司，还有量raunho量er和PM研究所，总共51个成员属于该协会。其目的是，在这些新产品的研发、制作和应用之间架起一座桥梁。通过共同确定平台/标准和交流经验乃至成员之间合作，实现这个目标。 　　

对印刷者是机遇吗？ 　　

薛伯莱尔教授在报告中重新提出“印刷的电子装置——对印刷工业是具有机遇的技术吗？”这一问题。他在报告一开始回忆起4年前在柏林报告会的情况。当时有些人嘲笑他，指责他是“小儿科的研究”。今天他可以显示他当时预言的第一个成果，讥笑者对此默不作声。 　　

面对印机工业压倒多数的意见，他坚信，向越来越快速和高效印刷机发展的趋势不久将受到制约。因为缺少市场，所以必须为印刷技术寻求新的用途。印刷的电子器件提供了很大的商机。但是，人们必须作好准备，在这个宽广的领域面对外来的竞争。在20年内将会看出，谁将吞掉谁。但是，印刷工业拥有良好的启动条件，人们应该利用。能够进入崭新的应用领域的机遇，并非天天都会降临。至于说到已有的应用情况时，教授提到日本第二大印刷集团凸版印刷公司的“印刷显示器”，但这是由大日本网屏公司研发的，还有东京大学的扫描器薄膜。后者已经考虑为机器人制作压敏的皮肤，丝网印刷方法可将银膏涂敷在压敏皮肤上。新的聚合物化学在多方面开始应用，2000年曾获诺贝尔奖。

新的极限条件 　　

当然，发展这项新技术需要全新的印刷机。因此需要印刷机械工程师的技术创新精神。新的极限条件，如边缘强度、粗糙度、干燥的内部均匀度和其他能导致形成条纹的现象，都应予以注意。这一切对于导电性有很大影响。在油墨方面也必须改变想法，因为表面张力和黏度与其他性能相比变得无足轻重——油墨中慎用添加剂，它会造成印刷故障。必须研发全新的质量安全系统。简单的密度计对专业人员不再有帮助。 　　

向何处发展？ 　　

目前，人们可以观察两个发展趋势： •研发能够快速适应市场需求的产品 •针对复杂的最佳功能进行研发纸质的P C 键盘（小键盘）属于第一种产品，用于视频游戏和短信服务系统发送。新式玩法的纸牌和防伪标签也属于这类产品范畴。为此在薄膜上没有银膏，而是在纸上用聚合物涂层。此外，开姆尼茨研究所也已经印制电子线路——这是与Lucent和BAS量公司合作完成的，目前还处于研发的开始阶段。因此响应时间还有些问题。但试验已证明是可靠的，还没有发现物理上的极限。 　　

RFID的实际应用 　　

Bielomatik公司接受了现有的RFID（射频识别）技术，但该项技术仍在用硅电子学工作，尚未采用聚合物电子学。 　　

什么是RFID？这涉及一个存储器芯片，称之为应答器。它没有自己的能源。确切地说，当读出在应答器上存储的数据时，通过天线供给而得到能源，天线也用来传输数据。与阅读器（3 V ）无接触的耦合是采用感应或电磁方法实现的。读出数据不需要像条形码那样的直视通信，只通过门电路运行就足够了。RFID旨在通过提供多值功能替代包装上的条形码。

应用 　　

在试验阶段，RFID已经在制药、航空、短途公共交通、包裹邮政、传感器电子装置、入关检查和防伪入场券（2006年足球世界杯比赛）方面应用。例如，供给沃尔玛超市识别集装架和纸箱（自2005年1 月起）和地铁使用（自2004年1 1月起）。其他使用者除去图书馆和包裹服务商，如D H L 之外，还有Target和Tesco。香港、拉斯韦加斯和旧金山机场与J A L 、B A 、Delta、Southwest和日本ANA航空公司合作，在行李分配系统中积极使用；在巴黎地铁用安全车票做试验。但是，在把RFID缝入衣物时，由于怀疑存在监视问题，引起消费者不满。在高度敏感的药品方面，RFID实现了良好的服务。

增值链 　　

Bielomatik公司称，在制作RFID和对二三层产品从卷到卷加工时，总是最后把芯片加上去。为此该公司制造和销售机器，如E x -plorer T-100/165和多卷压合机TAL-100。为了以后替代窄幅机器，现已有宽幅的方案放在抽屉里，因为目前仍太昂贵。在为巴黎地铁和德雷斯顿的短途公共交通提供的两个产品中，已利用了印刷技术。肯定有一天也有可能按照同样原理将OLED（有机发光二极管）层涂在纸上。

成本 　　

就成本而言（不是价格），总的订货在1500万个上的智能标签，约3 0 欧分一个。其中“镶嵌”占82%，应答器加工成本占10%，传输频带占5%，覆盖层材料占3%。而在2005 Labelexpo标签展会上，美国竞争者对RFID标签报价为7.9欧分。价格下跌如此之快。在美国，这项技术继续发展的领先者是波士顿的MIT。选择什么频率、什么型号的响应器和哪种数据管理的标准化，仍是一个问题。将来不再把RFID作为标签贴上，而是直接印在包装上。 　　

在讨论中还提到，斯堪的那维亚的造纸工业在1990年开始进行开拓性工作，他们将钮扣形的RFID和天线插入新闻卷筒纸的纸管中，以便解决剩余纸卷识别的棘手问题（不再用条形码）。在大型印刷厂已使用RFID识别滚筒轴承中的凹印版滚筒。 　　

对于曼罗兰公司的鲍曼博士来说，应该在由他宣传的“超出彩色的印刷”意义上，将功能分色（电路、传感器）添加在4色分色片上，加上保护层。如SAP和Oracle公司已将功能分色在其软件中考虑进去。就RFID而言，他强调，如今每天需要400亿个条形码，今后逐步将由RFID取代。如果印刷技术能够从中只争取1%的话，那么对有些印刷厂则意味着“巨大的业务”。 　　

至于RFID的工作频率，区别为L量（30～300 KHz）、H量（3～30 MHz）和UH量（300～1 000 MHz）。选择的频率越高，使用的涂层越薄。这是可以理解的。现今80%的天线仍采用腐蚀技术制作，这造成环境污染问题（因此主要在中国制作）。所以值得试验用印刷方法制作天线。人们在曼罗兰R700和带有热固干燥器的Laborman胶印机上，已经成功地进行试印。在drupa 2004以印刷城的欢迎卡上展示了应用。下一步继续在包装上应用（印刷的电阻）。

制作场效应晶体管 　　

在制作场效应晶体管中也可以采用“超出彩色的印刷”方法，通过湿压湿的印刷过程替代真空蒸气过程。为此印刷机的润湿装置可用来涂敷导电聚合物，同时在一道印刷过程中涂敷导电层和绝缘层。这项技术已在Laborman印刷机上实际应用。同样，摩托罗拉的工作小组已在纸上印刷场效应晶体管电路。Alien、Poly-IC、Acreo公司和瑞典林雪平大学马格努斯教授领导的小组都在从事这种纸张和印刷方法的应用工作。从我们已知的上百种印刷方法中提供广泛的选择性。当然在传统和电子之间或电子方法中的混合系统是可能的。重要的是，首先看清市场机遇，然后用新技术占领它。 　　

海德堡公司马丁博士的课题是：在技术促进和拉动市场的矛盾状态中的印刷电子学。作为技术促进，他列举了Ubicomp的远景：电子学将越来越涌入日常生活的各个方面，对于拉动市场则需要印刷产品的新功能（嵌入式计算）。 电子学发展趋势 　　电子学发展趋势的列举如下：柔性的电子装置、聚合物电子装置、越来越小和廉价的芯片、低成本制造、无需净化工房的条件。为此印刷技术在制作“一次性电子装置”方面充当重要角色。海德堡公司的马丁博士用大量的图表显示了发展链：圆缺图描述、印刷技术过程、市场商机、风险和时机。作为1号案例，他显示RFID的第一个功能图案。Poly-IC公司与OEA的主席沃尔夫冈说：“2007年我们将用13.56 MHz印刷RFID！”。作为2号案例，他列举了开姆尼茨技术大学的成功。 　　

发展的目的：

•在供货链内的商品自动采购
•库存/发货的商品管理
•防盗
•质量保证、生产安全和便利性
•产品真实性
•创新 　　

促进发展的力量是物流、名牌商品和制药。物流应用增长最快，不仅在零售业，而且在军事方面得到广泛应用。涉及到频率分配和市场预测方面，当地的立法仍带来（获准频带和幅射功率）问题以及为保护私人领域的消费者权益保护组织的动议（美国/ 欧洲有差异）。其实RFID的原理是一项老的技术，早在二战期间航空工业已经使用。这项技术进步的原因主要在于，其使用的方法越来越便宜（10～100欧分）。粗略地计算，每年成本减少一半，而且仍不断降低。或许在几年内RFID芯片的成本只有1欧分。大批量的印刷技术完全有可能实现。

研发中心 　　

达姆施塔德技术大学“印刷的电子装置”研发中心跨学科联合了该校的7个研究所。为什么需要研发中心？狄尔菲尔博士回答：
•为了确定标准
•计划和掌握成本
•优化生产
•跟踪寻找市场夹缝中的应用

发展计划：
•可行性研究
•可靠性检验
•测定开关频率
•印刷天线
•设计和优化
•使用混合系统 　　

为此他们希望得到官方支持。在印刷方法中，丝网印刷、凹印、柔印、喷墨和胶印均可使用，应该对这种应用的局限性进行试验。这将在三个层面完成：印刷适性检验、印刷试验室和混合应用。在达姆施塔德大学也像开姆尼茨大学一样，已经印制成一种环形振荡器，并用聚合物涂层制成了RFID。