人類文明進入二十一世紀時，由於IC科技的快速發展，數位化電子產品已逐漸與人類生活相結合。而隨著無線通訊的發達與普及，人們對於可攜式資訊的追求越來越強烈，如此一來，具備輕、薄、耐摔甚至可捲撓等特性的電子產品，便是人們追求的夢想。”軟性電子”即是在這種種的情況下所醞釀出來的。近幾年來國際上發展軟性電子相關技術非常積極，歐盟以ICT下之FP7計畫規劃數十個相關研發聯盟，有計畫的朝向全方位技術研發前進；美國則以政府資源為後盾，積極補助私人公司進行多角化技術研發；日本及韓國亦結合大型企業與研究機構投入大量之資源進行軟性電子與顯示器之相關研發。除政府之政策投入外，產業界之投入程度也在近幾年來大幅提升。據估計，代表高風險投入之創投基金將在2008~2009年期間超過政府的投資金額，此一趨勢正意味著軟性電子市場即將到來。另一方面，從技術角度來看，由於傳統半導體黃光製程的生產步驟非常複雜，且僅能以單片方式製作，因此造成生產速度緩慢與成本昂貴。相反的，軟性電子是一種建置在塑膠薄片或金屬薄片等軟性基板上的技術，由於其所採用的印刷式生產製程，其步驟簡化且可高速連續生產，並將產品以成捲的形式做出並不受限於面積大小，因此對降低生產成本更具極大的改進空間。軟性電子因為其使用的材料大部分為有機材料，因此有人也稱為有機電子(Organic Electronics)；或因其大部分是以印刷製程為主，因此亦有人稱為印製式電子(Printed Electronics)。

軟性電子市場發展與預估
根據市場調查公司IDTechEx對“有機與印製式電子”之市場分析，將軟性電子產業歸類為：(1)軟性顯示產業-如軟性顯示器、電子書、電子報紙、電子佈告等與顯示媒介相關之產業；(2)軟性能源產業-如軟性太陽光電、照明、可撓曲電池等與能源應用相關之產業；以及(3)其他-如邏輯運算、資料記憶、感知器、無線智慧標籤等與電子運算相關之軟性電子產業。其2006年市場報告指出，全球整體軟性電子市場規模預估2010年可達47.5億美元，2015年可達300億美元，而2025年更可達2500億美元。依據目前的發展趨勢，軟性電子市場應用可分為三個階段：第一階段 (2010年前) 市場以軟性顯示器為主要產業；第二階段(2011至2015年) 能源及顯示產業各約佔有25%之市場；第三階段 (2020至 2025年) 軟性照明以及邏輯運算及記憶體產業興起。現階段國際軟性電子的研發活動主要均集中於軟性顯示器、軟性太陽能電池以及有機電子元件的研究與開發應用，並試圖與行動生活、生醫電子及綠色能源生活等結合。因此，各研究機構普遍認為，短期之內，低階軟性顯示器(如用於廣告用看板或可攜式電子裝置的顯示器)、無線辨識智慧型標籤(例如含顯示功能之無線辨識標籤、或是含有感測器之智慧型標籤等)及此兩者的組合會是最主要的應用發展方向。

軟性電子產業成為全球資金挹注焦點
在過去五年中，全球針對軟性電子開發投入相當大的資源，以歐盟、美、日投入最多，尤其在歐洲方面，由產學所組織的研發聯盟，正快速開展軟性電子的相關產品與應用。2000-2006年間，據統計美國與歐洲政府機構投入6.5億美元以上，協助軟性電子相關領域的開發；過去三年裡，私人創投公司更相繼投入超過4億美元的資金於軟性電子的研發與生產，明顯看出無論是政府機構或是私人企業，針對軟性電子的投入每年都有增長趨勢。 Cintelliq公司在2007年初統計政府部門及創投業投入金額，顯示從2007至2009年，創投業投入金額將超過政府部門，而推論在此期間為啟始建廠期，而在2011年後將又許多產品陸續進入市場，由此顯示軟性電子技術之發展，已相當接近產業化，未來3至5年之發展為關鍵期。（如圖一所示）然而, 市場發展的消息恰巧地也驗證了上述的預測， 尤以過去半年內，德國PolyIC公司宣布已於2007年投入全印式RFID標籤的量產；美國Konarka公司集資二千萬美元準備投入軟性太陽能電池的生產；荷蘭Polymer Vision公司宣布全球第一台具備可折疊之軟性顯示器的產品；英國Plastic Logic公司更集資一億美元準備投入印製式電子紙的生產。

另一方面，從近幾年國際研討會參與人數的增長，更可看出全世界對相關技術的積極參與和關心程度。我國從2005年起，以工研院為首，也積極投入軟性電子的開發與推廣。過去兩年，由行政院主導的全國科技策略顧問會議已針對軟性電子的發展，擬定國內基磐產業落實軟性電子產業化的策略。2005年9月工研院電光所正式成立軟性電子技術組，以加速國內軟性電子技術之發展，並提昇台灣軟性電子在國際上之兢爭力。歷經近兩年來之努力，目前已取得許多重要之研發成果、今年三月份建置完成國內首座軟性電子開發實驗室，更受到國際注目並有多家國際大廠前來尋求合作。

圖一、(a)歐美政府投入研發經費；(b)全球創投投入開發經費
資料來源：Cintelliq,2007/工業材料雜誌第252期

軟性電子未來的產品與應用
由於軟性電子獨特性質與低成本的生產架構，使其產品應用也變得十分廣泛。目前許多研究單位與廠商均積極投入軟性電子產品應用市場，基本上可將應用產品歸納為以下五類之發展趨勢：
第一類是具備多功能的卡片型應用：如簡單的電子遊戲卡、門票入場券、一次性密碼（OTP）卡、悠遊卡以及多功能的智慧型銀行金融卡等。此類應用著重在產品的輕、薄且可適度彎曲等特色，尤其當其具有顯示功能時，對於以塑膠為基材的軟性顯示器則相形重要。

第二類是無線通訊應用：例如從單一貨品貼的簡易型RFID標籤、倉儲管理的RFID標籤以及高效能的EPC標籤等，這類應用取決於產品數量龐大，單一產品價格成為主要訴求。以RFID為例，若欲大量普及來取代Barcode，其標籤（Tag）成本必須低於1-5 Cents美金，而這種價格是無法以系統整合技術來達成。因此包括PolyIC、3M、Philips及Siemens都投入可大量生產且低單價的有機電子電路印製技術來製作RFID。根據IDTechEx與AUTO-ID Center調查報告指出，在2010-2015年間，軟性RFID Tags將約有1012~1014pcs/yr的使用量。

第三類是醫療診斷用的產品：如貼紙型溫度感應器、薄膜型超音波診療器、智慧型醫用貼布以及與人體相結合的醫療診斷感應標籤等，此類應用涉及與人體的直接接觸，因此對產品的柔軟度、可彎曲特性是主要訴求。

第四類則是軟性顯示器的應用：如超級市場顯示價格的電子標籤、百貨公司顯示廣告用的電子看板、可容納數百本小說且便於攜帶的電子書、可隨時隨地下載訊息的電子紙以及捲軸式的顯示器產品。

第五類是攜帶式能源功能的軟性太陽能電池、大面積的軟性薄膜照明等也是許多公司投資發展的方向。

軟性電子之技術挑戰
儘管全球各地在過去幾年投入相當大的資源於軟性電子開發，然而在實際應用上，不論從材料面、製程面或設備面來看，仍有許多技術挑戰必需克服。例如有機半導體的載子遷移率(Mobility)僅在0.1-0.01cm2/V.sec範圍，研究機構相繼提出高載子遷移率的有機半導體材料，但仍在實驗室階段，離量產尚有一段距離。若與以矽為基材的半導體材料相比，有機半導體的電子遷移率仍明顯過低（如圖二所示），對用在高頻操作的電子元件則無法滿足其需求。目前有些研發團體也發表適用於印刷製程的無機半導體材料，其載子遷移率遠高於有機半導體材料，不過由於製程溫度仍偏高，對一般塑膠基板並不適用。加上有機半導體材料當暴露在空氣中受水與氧的侵襲，其元件特性很快就會消失，如此其元件的操作壽命變得非常短暫，無法滿足產品需求，穩定性不足。雖然可在產品上設計保護層以防空氣中的水和氧侵襲，但成本將大幅提升，難以符合市場與消費者的需求。

圖二、有機半導體材料之載子遷移率

有機薄膜電晶體（OTFT)在1970年代被科學家提出，直到1986第一個以高分子為基材的場效電晶體方被製造出來。有機場效電晶體的基本結構包括導電層、半導體層和絕緣層，其中導電層的首要考量除了要有優良的導電特性外，與半導體間的接觸電阻也是重要參數。絕緣層則除了要能降低漏電流外；另一個功能是在改善有機半導體分子在其介面上的排列，以提高載子遷移率。至於有機半導體則可分為小分子與高分子兩大類，現階段的小分子半導體材料中，以五環素（Pentacene)所製做之元件特性最佳，但此類的有機分子其本身的溶解度不佳，製程上仍需利用真空蒸度之過程。反之，高分子有機半導體因其本身的結晶性差，載子遷移率則不如小分子，但因成膜簡單與製程的多元化而受到關注。

有機半導體元件除上述的載子遷移率和穩定性問題外，對於如何增加元件間的均勻性亦是技術上的一大挑戰。因為半導體元件受到元件本身每層材料的厚度影響很大，而每個材料塗層又都在奈米等級的厚度，因此以現有的印刷塗佈技術，要將每層材料都塗佈均勻且保持一定的印刷速度，難度指數極高。此外，印刷製程使用機械控制系統的點狀或一維製程技術，相較於傳統半導體元件透過顯影蝕刻的二維製程技術，元件會因製程順序上的時間差，造成表面不均勻以及機械驅動的幾何尺寸偏移，產生結構上的電性缺陷與誤差，是現階段製程所無法避免的現象。因此在電路設計的流程中，如何克服電晶體電性的不均勻性便是完成高集積度之積體電路的重要關鍵。

另一方面，現有印刷技術如凹版印刷、凸版印刷或是平版印刷，雖能達到很高的印刷速度，但解析度卻往往無法滿足半導體元件的要求，造成元件特性的衰弱；相反地，像奈米壓印（Nanoimprint）、軟接觸式印刷（Soft-contact）等技術雖能達到較高解析度，但速度卻非常緩慢，無法得到高的生產效益。近幾年，噴墨印刷（Inkjet Printing）被廣泛應用於軟性電子元件的製作，甚至用於實際生產，如Plastic Logic與PolyIC公司分別採用噴墨印刷製程，來生產用於電子紙的TFT背板以及用於RFID標籤的電子元件。噴墨印刷的優點在於能直接噴印所需的圖形，並能達到20um以下的解析度，符合製作有機半導體元件的需求。近年噴墨印刷技術發展迅速，除噴印面積愈來愈大之外，噴印速度也大幅提升，許多工業型的噴墨印刷設備已相繼問世，相信對軟性電子產業將有很大影響。除上述提及之印製解析度與印製速度外，連續式印刷製程中所面臨的對位和線上檢驗問題，亦是軟性電子發展過程中所需解決的技術，

構築新產業價值鏈的軟性電子市場
近年，台灣產業正面臨內外的雙重壓力，競爭價值從過去倚賴低附加價值、替代性高的生產與裝配活動，推移至高值化產品，亟需依賴優勢產業及新興產業之蓬勃發展以維持經濟成長。由於軟性電子預期將形成新的產業價值鏈，導引產品設計多樣化的時代來臨，著重市場應用技術的創新設計，將促使高投資報酬率之創新服務型產業興起。我國因具有兩兆產業的根基，並孕育優秀的人才、設備、技術等基礎環境，對軟性電子的發展有很大的優勢。除此，國內塑化、軟板、材料、自動化、印刷等產業已具規模，對軟性電子的發展更有關鍵性的影響；然而在有機半導體材料和連續式製程設備的開發上，卻落後歐、美、日等國，若能設定策略、運用兩兆產業所建立的寶貴資源與經驗，結合基礎產業能力，透過技術的創新研發，將可共同開創另一個全新格局。

圖三、工研院軟性電子量產開發實驗室

工研院在台灣軟性電子的技術開發以及相關的產業推動上，扮演著關鍵角色。2005年在其積極推動下，成立FEIA台灣軟性電子產業推動聯盟，透過這個聯盟平台進行產官學擬定台灣在軟性電子的策略走向、產業技術整合朝向應用產品共同開發（FEIA；Flexible Electronics Industrial Alliance/ http://feia.itri.org.tw)。 2007年初，在工研院研發人員努力下，完成台灣第一座軟性電子量產開發實驗室（Flexible Electronics Pilot Laboratory) (如圖三所示)對台灣未來在全球軟性電子產業的競爭舞台上，提供十分有利的後盾，對台灣軟性電子產業的發展具關鍵性的影響。總而言之， 要進入軟性電子產業必須同步建置技術研發、產業架構、創新營運模式、產學研整合、人才培育、產業政策等關鍵因素，透過技術研發與產品應用引導性電子產業形成，建立其研發與營運能量，掌握關鍵智權與技術，使台灣成為亞太地區主要的軟電應用與技術設計研發中心，進而帶動周邊相關材料化工、設備業、服務業共同開創便利新科技相關產業，提升我國的全球競爭力與產業的附加價值。（作者任職於工研院電光所）

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