基於電子產品趨向輕薄短小型態及多功能整合趨勢，自從1947年製造第一顆printed transistor後，1958年製造出第一組整合線路基板，之後經過長時間材料開發、元件升級及系統設計，至2003年才開始量產printed transistor，而2005年才有第一組量產整合線路基板，2006年第一組商品化印刷電子產品出現，至2007年第一組以紙為載體之印刷式整合線路基板量產，因此形成世界各大廠商紛紛積極往有機材料電子產品開發及佈局。由世界主要發展有機電子工業之團體等所組成之Organic electronic association(OE-A)舉行之Organic electronic conference 2007(OEC 2007)會議與展覽，為有機與軟性電子產業一年一度的重要盛會。目前OE-A主要之形成之價值鏈伙伴分佈於零件與材料供應商、設備供應商與其他工具供應商、產品與系統整合業者、終端使用廠商與研發及各開發單位等，在全球總計約有81個成員，歐洲區域計有67個會員，包含世界知名廠商Kurz、AGFA、D.BASF、MERCK、Degussa、SIMEMS等，而亞洲地區目前僅有兩個會員參與該協會（長盛科技公司及工研院）。此OE-A主要任務為提升有機電子於基礎上之競爭力、建立未來市場與技術之發展藍圖(Roadmap)、提升與培養有機電子研發能力、發展長程發展戰略、提升教育與訓練、建立資訊交換平台與標準化之建立等。
軟性印刷電子未來市場預估
IDTechEx針對印刷電子2007-2017技術與領域進行預測，其對於不同應用領域採用無機與有機材料之機會進行說明，如(圖一)所示。其中在導體部分，IDTechEx指出唯有無機金屬部分可達高導電率之需求，而基板材料部分將全部由有機材料所取代。在各別市場發展上，IDTechEx指出RFID標籤隨著標籤售價逐年下降之趨勢，預計到達2017年將接近有一百萬兆個標籤需求，此時生產標籤上具有最大利潤，但當價格再往下降時，將嚴重沖蝕利潤，生產獲利將隨之下降。在太陽電池上，IDTechEx認為CIGS、DSSC、CdTe及OPV皆具有其發展潛力，除了效率皆須提升，在CIGS部分必須考量In價格上揚之問題，DSSC也必須思考Ru來源及價格，CdTe則是要考慮Cd對環境之影響，而OPV則必須考量其價格、效率、穩定性及較窄吸收光譜等問題。在顯示器部分，IDTechEx認為在OLED在於可撓式電子產業中，將於2016年之後大方異彩，而利用OLED所製作之E-Book也是未來發展之重點產品之一。IDTechEx並指出可撓式感測器將是未來幾年開發與發展重點，對於自動偵測與自動回答之要求上，結合無線通訊及RFID等技術，有效提供人類更具安全與便利之生活，開發重點首重低價格、高可靠率及小型化等需求。而未來在材料上最大的問題在於材料的消耗上，如銦、鉿等大約十年內將開採殆盡，銀、白金等將於十五年內開採殆盡，鋅與鉭將於二十至三十年內被開採完，故原物料之存量對於技術之發展上將扮演重要之角色。而在NanoMarkets則指出，在2007-2014年間有機電子產業中顯示器與RFID還是最大宗之產業發展方向，扣除這兩項產業後，照光、感測、玩具、記憶體與太陽電池都將成為主要之有機電子產業。DisplaySearch對於第三波之顯示工業提供預測，指出隨著第二波平面顯示技術之發展漸漸趨於平緩，第三波的顯示技術將著重於可撓式顯示技術之發展，目前可撓式顯示技術分為非晶矽/多晶矽及有機電晶體顯示兩大部分，在前板(Front Plane) Reflective部分有Electrophoretic、Electrowetting、MEMS及Cholesteric LCDs，在Emissive部分有OLESs及FEDs，Transmissive則有TN LCDs及MEMS等。背板部分則有玻璃背板、Lift Off技術、可印式背板及Shadow Mask等方式。而DisplaySearch認為可撓式顯示器未來將大幅應用於行通通訊與行動電子裝置上，如隨身碟、隨身電子照片、軟性感測器、行動電話、產品標籤及智慧卡之顯示等用途上。
圖一、不同應用領域採用無機與有機材料之機會
資料來源：IDTechEX,OEC 2007/工業材料雜誌第252期
材料研發與大面積線路製造是兩大關鍵技術
有機電子在技術開發上的兩大關鍵技術包括(1)材料技術(Functional Materials)與(2)大面積線路製造技術(large Area Patterning Technology)。其中在材料開發上必須著重導體材料，包含有機高分子導體、金屬油墨及奈米金屬粒子等；半導體材料部分上，包含小分子與高分子半導體、無機半導體、混層半導體及奈米碳管半導體等技術；基板材料部分，有紙類(Paper)、膜(film)、箔(foil)及薄玻璃(thin glass)等應用。另外，在大面積線路製造技術上的重點，如接觸式印刷技術，包含網版印刷、凹版印刷、柔版印刷、噴印(ink-jet)印刷等。另外、雷射剝鍍技術(Laser ablation)、大面積光學顯影技術(large-area optical lithography)及軟式顯影技術(soft lithography)等也是發展方向。
今日技術發展中並無單一標準製程技術，必須整合不同製程技術搭配應用。現階段於有機電子的七大領域，分別為有機太陽電池領域(organic photovoltaic cells)、有機記憶體領域(organic memory)、可印式RFID標籤(printable RFID tag)、OTFT顯示器領域(organic TFT backplanes)、可撓式電池領域(flexible batteries)、有機感測元件領域(organic sensors)及Smart Object領域等。在這些應用上有幾個共通條件必須達成，包含元件之壽命(lifetime)、穩定性及均質性等特性，元件操作頻率、操作電壓、設計複雜性、效能及價格。而在技術開發上並需注意元件之電子遷移率(electron mobility)、印刷線路之解析度、電池特性、可撓性(flexibility and bending radius)、製程參數(speed、temperature、solvents與ambient conditions)及製程良率(Yield)等。
有機電子產業中必須要克服的障礙
在未來有機電子產業中必須要克服的幾道障礙，包括(1)線路及圖騰之解析度將會小於10μm，且必須保持一定之製程穩定性；(2)在材料特性上，導體材料之低電阻率(electrical conductivity)及有機半導體之高電子遷移率(electron mobility)，電子遷移率上未來必須大於1cm2/Vs；(3)設計上必須要能包含CMOS-transistors及(4)在高速製程中對於品質工程之新戰略思考。圖二為有機半導體元件電子遷移率特性之Roadmap；圖三顯示有機電子產業現在(2007-2010)、中程(2010-2015)與長程(2015+)市場切入點之預測。圖四(a,b,c)為大會提供之電子書示範，其中(a)為電子書卡讀卡機，電子書卡讀卡機連接個人電腦，將所提供之電子書卡(圖三(c))插入讀卡機，既可直接利用網路直接連結到書卡所提供之訊息。大會並提供幾項有機電子產品樣本如圖四(b)所示，有Thinfilm公司之Printed Memory、D.BASF公司之Printed Transistor、acreo及VARTA Microbattery公司共同開發之Printed Battery and Display、PolyIC公司之Printed Organic Tag、Plastic electronic公司之Hybrid Manufacturing Platform、H. C. Starck及Hochschule Der Medien公司開發之Printed RFID Antenna與Mitsubishi Polyester Film公司開發之Printed Micro-Structure等有機電子產品樣本。
圖二、半導體電子遷移率之Roadmap與對策
資料來源：OE-A,OEC 2007/工業材料雜誌第252期
圖三、OE-A針對有機電子產業之短、中、長程市場切入預測
資料來源：OE-A,OEC 2007/工業材料雜誌第252期
圖四、(a)電子書之讀卡機 (b)有機電子產品之示範案例 (c)電子書卡(插入連上電腦之讀卡機可直接連上電子書內設定之網路資料庫)
資料來源：OE-A,OEC 2007/工業材料雜誌第252期
OE-A同時展示一可撓式多重功能整合案例，顯示該協會於軟性電子產業之技術整合能力，如圖五所示。該案例之整合包含基板部分由Mitsubishi Polyester Film提供、OLED Display由Fraunhofer製作、Organic circuit經由Poly IC公司印製，Push Button則由Plastic electronic公司製作、Flexible Microbattery則由VARTA Microbattery公司提供、而MAN公司則提供Printed circuit board等。此案例充分顯示，未來於軟性全印式或有機電子產業中，無法由單一公司來主導產品之走向及機能化，也無法由單一公司完成產品之開發，必須藉由共同開發及研發能力共享之前提下，才有成功機會。
圖五、可撓式多功能有機電子產品示範
資料來源：OE-A,OEC 2007/工業材料雜誌第252期
射頻辨識系統可印式標籤(RFID Tag)
Poly IC特別將本次大會之識別證以全印式13.56MHz RFID Tag(包含有機電晶體、印刷式導體等)來呈現其公司對於RFID transponder之開發能力。Poly IC主要由德國KURZ(51%)及SIEMENS(49%)相互出資成立而成。依據AUTO-ID中心對可印式RFID標籤之市場預估如圖六所示，預計到達2007年每個RFID標籤價格到達0.15歐元時，每年將有數百萬產量之需求。依據市場需求區隔，Poly IC區分為兩個品牌，一為PolyIDTM主針對RFID標籤及全印式RFID標籤進行開發與生產，第二為PolyLogoTM針對全印式智慧元件、顯示器整合型感測元件進行開發與生產。該公司已推出13.56MHz由有機電晶體(OTFT)所製備而成之RFID transponder，其Diode面積約0.05mm2，電容值1nF，而衍生之8-Bit 13.56MHz RFID Tag實際可讀取距離達7.5cm。而imec公司推出於PEN基板上之整合型433MHz(UHF)及13.56MHz(HF)RFID transponder。
圖六、AUTO-ID中心對可印式RFID標籤之市場預估
資料來源：AUTO-ID,OEC 2007/工業材料雜誌第252期
印刷電子(Printable Electronic)
於印刷材料及製程技術上，DuPont公司對於2012年不同印刷技術可到達之解析度進行分析瞭解，DuPont表示可以Roll to Roll方式以網版印刷(Screen Printing)將達極限線寬40μm之程度，柔版印刷及Ink Jet Printing可達到40μm及20μm之限制，未來可實際應用Imprint Lithography來製作小於1μm解析之線路。而利用不同印刷技術及選擇性油墨(selective linking)之整合可以將不同功能之材料結合，並全部以印刷方式呈現。而導體材料方面，目前DuPont於功能性油墨上計有有機導體油墨(PAN/CNT)、金屬油墨(50nm之Ag與Au奈米顆粒組成)、高電子遷移率可印式半導體油墨及其他高性能油墨等；BASF也有開發奈米銅precursor作為現有奈米銀導體材料之低成本替代材料，於N2/H2氣氛下經過230~320℃燒結溫度後，其線路電阻率可達到5μW-cm。Fujifilm Dimatix公司則主推Ink Jet Printing技術，其目前實驗室的技術可達線寬25μm，實際量產機台可達50μm，對於大面積部分之機台可達75μm，並預期於五年內可將線寬解析縮小到5μm之內。而Xaar及PixDro都是以Ink Jet Printing設備作為公司技術核心，Xaar主要以PZT壓電材之變形控制技術來達到微液粒之噴塗。而PixDro公司則以MEMS技術製作噴嘴並強調其噴嘴之輔助設計功能。而Fraunhofer則於功能異質系統整合有機電子該公司所展現之能力，著重於有機電子元件Roll-toRoll混層製程技術，OTFT高可靠度及高機能化及多重功能異質系統整合於薄(箔)膜基板上。對於異質系統整合製程技術之目標，包括小尺寸印刷、高整合尺寸下之高生產良率、藉由低變化之場發射電晶體達到可再利用性、良好之導體印刷及各不同應用之天線整合。對於市場趨勢，Fraunhofer認為低功能性及非常低價格之應用將具有較大之市場空間。而Novalia則投入於軟性基板用之低價高體積印刷電極開發，並設計與開發Roll to Roll開發製程平台，並積極投入有機電晶體之電極印刷製程技術開發，目前製程技術可達每分鐘50尺，電極通道長度約30μm。
★詳全文：https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=6518