國際軟性電子技術最新發展：材料世界網

人類文明進入二十一世紀，對於資訊電子產品之需求，除輕、薄、短、小等上世紀之要求外，「軟及可撓曲」之特性為本世紀第一個重要的訴求，因為其具有容易使用、彈性設計、容易整合與簡單製造等特點，非常容易融入個人化、移動載具與居助空間等之資訊電子產品設計，因此軟性電子技術(flexible electronics) 應運而生。

可撓性基材之發展
可撓性基材為軟性電子技術之基礎，包含紙張、塑膠薄膜、可撓性金屬薄膜以及布料等基材均是目前被評估發展之對象，可撓性基材若想要完全取代矽基板或玻璃基板，須具備高耐熱性、耐環境性、機械性質以及尺寸安定性等特性，而這些特性對於上述候選基材無疑是一大挑戰，因此國內外廠商，無不針對這些問題持續進行相關研發。分析目前之發展趨勢，筆者認為可撓性基材未來發展機會比例依次為塑膠薄膜、布料、紙張、最後為金屬薄膜。

塑膠薄膜不僅具有優異之可撓性功能，其多樣化材料及透光度高等特質，獲多數產學研各界採用為研發中軟性電子產品之基材，例如高透光度之塑膠薄膜，為可撓性顯示器、太陽電池及照明元件不可或缺之基材；塑膠薄膜依耐熱性區分，可以從耐熱性低之聚苯二甲酸二乙酯(PET)之120℃，一直到超過300℃之聚亞醯胺(PI)，不同耐熱性材料可應用於不同之產品與製程需求。此外，塑膠薄膜的特性，也相當容易以無機添加物調整，例如添加奈米級二氧化矽提高耐熱性與降低尺寸收縮量。

價格低廉紙張之應用機會，在於低階之感測器與RFID標籤，特點為使用時間要求不長，由於紙張屬於多孔基材，必須在表面上增加一層平整層，如目前市面上之RC paper(Resin coated paper)。布料發展之機會，在於非常容易將可攜式電子產品融入，預期應用在控制按鍵、顯示器、RFID標籤、發光照明以及太陽電池等產品，目前發展以採用外貼軟性電子產品為主。金屬薄膜最大之優點在於耐高溫以及無水氣與氧氣穿透問題，但是其可撓性較差且非透光特性，未來僅能應用於固定彎曲之軟性電子產品，或如太陽電池或自發光顯示器。

導電材料之發展
導電材料於軟性電子應用相當廣泛，依用途可以分為電極及連接電路用材料；依型態可分為透光及非透光；依製程不同可分為乾式沈積及濕式塗佈或印刷技術；依電阻性可從數千Ω/□到數個Ω/□；依材料可為金屬、氧化物以及導電高分子。目前發展之導電油墨，依導電度分類依次以金屬顆粒、無機導電顆粒、有機-無機導電混成物及導電高分子，目前其技術挑戰有：(1)提高導電度；(2)降低固化或燒結溫度；(3)發展新的導電油墨；(4)調控導電油墨塗佈性及印刷性；(5)改善機械物性等。

半導電材料之發展
半導電材料於軟性電子應用相當廣泛，如電晶體、記憶體、二極體等主動元件、自發光顯示器、太陽光電及照明元件等等，目前發展以適合使用於連續式製程之材料如主，如薄膜矽、無機或有機的半導體等，其中以有機半導體最為看好，因其具備大區域覆蓋面、結構柔軟性、低溫處理以及低成本等特性；但是目前因有機半導體之穩定性及效能並不如理想，無機之氧化物研究進展相當快速，如氧化鋅製作之電晶體，除具有高之遷移率(mobility)外，因本身也是透明度高之電晶體，可應用於顯示器之驅動電路，以提高開口率。

此外，未來軟性電子相關產品主要可能應用情境之一為可攜式應用，因此電子元件之耗電率即為最要，目前發展之有機電晶體幾乎均為p-type，若要達到低耗電率之要求，CMOS電晶體為重要之解決方案之一，但是目前並無相對應發展有機半導體材料，雖然氧化物半導體為n-type，但是需同時整合有機及氧化物半導體製成CMOS電晶體，將面臨製程及成本上大幅之挑戰。因此亟待發展n-type有機半導體或p-type氧化物半導體材料及其相關製程加工技術。

軟性顯示器之發展
2007年軟性顯示器技術仍為軟性電子技術最受重視之一環，以下簡述最新之技術及產品之發展。
1. Polymer Vision與Plastic Logic
荷蘭的Polymer Vision於英國興建量產軟性顯示器的工廠，2007年年底正式量推出捲軸式顯示器(rollable display)，並推出世界首款折疊式電子書Readius(如圖一)。Plastic Logic在2007年1月募得1億美元，將在德國德勒斯登興建軟性顯示器之量產工廠，朝向在2008年可以量產10吋150ppi解析度的軟性顯示器，初期年產能每年100萬片；以上兩家軟性顯示器業者皆以OTFT技術製作驅動背板。

圖一、Polymer Vision推出之電子書Readius

2. Kent Display Inc.
Kent Display Inc.發展之塗佈型膽固醇液晶薄膜，利用膽固醇相分離技術及噴墨技術製作導電層，發展出世界最薄之多色膽固醇液晶顯示薄膜(RBG三層結構)，僅有數十微米，甚至可以做到無基板顯示薄膜。

3. Fujitsi
Fujitsi發展三層堆疊之多彩膽固醇液晶顯示薄膜(圖二)，產品為平板裝置 FLEPia Portable Tablet。預期未來此種技術能使顯示器透過薄膜捲軸的方法進行生產。目前規格可達對比率4 比 1、 30% 反射率、110 度視角以及8~4096顏色顯示。在 8 顏色的情況下，影像刷新需要2.3 秒；而 4096 顏色下則需要 10 秒的時間。

圖二、Fujitsi彩色膽固醇液晶顯示技術

4. E-Ink
E-Ink發展出快速反應之電泳顯示介質(EPD)，反應速度提高接近一倍(1200ms縮短為740ms)、亮度增加20％的電子紙「Vizplex」(圖三)。新型電子紙的灰階從以往的2bit提高到了3bit，並已可製作出影像顯示功能(video-mode)，可同時在一個顯示薄膜內同時設計顯示影像及文字兩部分，就像觀看新聞也可以同時看到動態影像。國內元太科技已獲E-Inks授權生產相關產品，圖三(b)為Amazon推出之電子書Kindle，即為該公司生產之產品。

圖三、(a) E-Ink「Vizplex」顯示技術；(b)Kindle電子書

5. 三星電子
三星電子研發14.3”可撓式彩色電子紙(圖四)，其基板材料為低成本的PEN 基板，使其顯示器具有輕、軟的特性。顯示介質材料也選擇E-Ink 公司的EPD材料，再搭配彩色濾光片來達到256色之彩色化。驅動背板採用130℃超低溫非結晶矽所製成。電子紙分辨率可達HD，每秒耗電量僅300mW，為一般LCD的500分之1。

圖四、三星電子發展之EPD多彩顯示技術