印刷的電子裝置——未來(lái)的市場(chǎng)空白

　　最近，“印刷的電子裝置”在印刷傳媒中成為熱門話題。本文反映了最近在德國(guó)達(dá)姆施塔德技術(shù)大學(xué)舉行的報(bào)告會(huì)上傳來(lái)的在該領(lǐng)域最新的知識(shí)和信息。 　　

當(dāng)2000年紀(jì)念谷登堡誕生600周年時(shí)，德國(guó)美因茨市和國(guó)際谷登堡協(xié)會(huì)授予E-Ink-量oil（電子油墨薄膜）發(fā)明人約瑟夫•M•雅各布森博士谷登堡獎(jiǎng)榮譽(yù)稱號(hào)。當(dāng)時(shí)利用這種電泳顯示技術(shù)在墻上繪畫，似乎宣布印刷媒體末日來(lái)臨。 　　

VDD協(xié)會(huì)以其2001年在柏林召開(kāi)的主題為“電子商務(wù)、印刷技術(shù)的局限與機(jī)遇”對(duì)此作出反應(yīng)。本文作者鮑里斯•富克斯在其題為《電子油墨：顯示技術(shù)能替代印刷和紙張嗎？》的報(bào)告中指出，從陰極射線管到平面熒光屏直到基于聚合物電子學(xué)的柔性顯示器，形成一個(gè)邏輯發(fā)展鏈，電子油墨和電子紙薄膜也納入這條發(fā)展鏈中。為此O L E D（有機(jī)發(fā)光二極管）顯示器確實(shí)具有優(yōu)勢(shì)。 　　開(kāi)姆尼茨技術(shù)大學(xué)印刷媒體研究所的薛伯萊爾教授通過(guò)他的試驗(yàn)證實(shí)，為了獲得混合媒體，在印刷機(jī)上涂敷具有液體導(dǎo)電功能的聚合物。在他的報(bào)告中強(qiáng)調(diào)了這一點(diǎn)。4年后，到了提供這項(xiàng)技術(shù)可行性證據(jù)的時(shí)候了。

OEA——新的平臺(tái) 　　

目前，在德國(guó)印刷機(jī)械協(xié)會(huì)（V D M A）內(nèi)成立了一個(gè)有機(jī)電子學(xué)協(xié)會(huì)（OEA）專業(yè)聯(lián)合體，如Poly-IC 、KSG 、西門子、Degussa 、Merck、Liebherr、Honeywell以及曼羅蘭和B ttecherr等公司，還有量raunho量er和PM研究所，總共51個(gè)成員屬于該協(xié)會(huì)。其目的是，在這些新產(chǎn)品的研發(fā)、制作和應(yīng)用之間架起一座橋梁。通過(guò)共同確定平臺(tái)/標(biāo)準(zhǔn)和交流經(jīng)驗(yàn)?zāi)酥脸蓡T之間合作，實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。 　　

對(duì)印刷者是機(jī)遇嗎？ 　　

薛伯萊爾教授在報(bào)告中重新提出“印刷的電子裝置——對(duì)印刷工業(yè)是具有機(jī)遇的技術(shù)嗎？”這一問(wèn)題。他在報(bào)告一開(kāi)始回憶起4年前在柏林報(bào)告會(huì)的情況。當(dāng)時(shí)有些人嘲笑他，指責(zé)他是“小兒科的研究”。今天他可以顯示他當(dāng)時(shí)預(yù)言的第一個(gè)成果，譏笑者對(duì)此默不作聲。 　　

面對(duì)印機(jī)工業(yè)壓倒多數(shù)的意見(jiàn)，他堅(jiān)信，向越來(lái)越快速和高效印刷機(jī)發(fā)展的趨勢(shì)不久將受到制約。因?yàn)槿鄙偈袌?chǎng)，所以必須為印刷技術(shù)尋求新的用途。印刷的電子器件提供了很大的商機(jī)。但是，人們必須作好準(zhǔn)備，在這個(gè)寬廣的領(lǐng)域面對(duì)外來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)。在20年內(nèi)將會(huì)看出，誰(shuí)將吞掉誰(shuí)。但是，印刷工業(yè)擁有良好的啟動(dòng)條件，人們應(yīng)該利用。能夠進(jìn)入嶄新的應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)遇，并非天天都會(huì)降臨。至于說(shuō)到已有的應(yīng)用情況時(shí)，教授提到日本第二大印刷集團(tuán)凸版印刷公司的“印刷顯示器”，但這是由大日本網(wǎng)屏公司研發(fā)的，還有東京大學(xué)的掃描器薄膜。后者已經(jīng)考慮為機(jī)器人制作壓敏的皮膚，絲網(wǎng)印刷方法可將銀膏涂敷在壓敏皮膚上。新的聚合物化學(xué)在多方面開(kāi)始應(yīng)用，2000年曾獲諾貝爾獎(jiǎng)。

新的極限條件 　　

當(dāng)然，發(fā)展這項(xiàng)新技術(shù)需要全新的印刷機(jī)。因此需要印刷機(jī)械工程師的技術(shù)創(chuàng)新精神。新的極限條件，如邊緣強(qiáng)度、粗糙度、干燥的內(nèi)部均勻度和其他能導(dǎo)致形成條紋的現(xiàn)象，都應(yīng)予以注意。這一切對(duì)于導(dǎo)電性有很大影響。在油墨方面也必須改變想法，因?yàn)楸砻鎻埩宛ざ扰c其他性能相比變得無(wú)足輕重——油墨中慎用添加劑，它會(huì)造成印刷故障。必須研發(fā)全新的質(zhì)量安全系統(tǒng)。簡(jiǎn)單的密度計(jì)對(duì)專業(yè)人員不再有幫助。 　　

向何處發(fā)展？ 　　

目前，人們可以觀察兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)： •研發(fā)能夠快速適應(yīng)市場(chǎng)需求的產(chǎn)品 •針對(duì)復(fù)雜的最佳功能進(jìn)行研發(fā)紙質(zhì)的P C 鍵盤（小鍵盤）屬于第一種產(chǎn)品，用于視頻游戲和短信服務(wù)系統(tǒng)發(fā)送。新式玩法的紙牌和防偽標(biāo)簽也屬于這類產(chǎn)品范疇。為此在薄膜上沒(méi)有銀膏，而是在紙上用聚合物涂層。此外，開(kāi)姆尼茨研究所也已經(jīng)印制電子線路——這是與Lucent和BAS量公司合作完成的，目前還處于研發(fā)的開(kāi)始階段。因此響應(yīng)時(shí)間還有些問(wèn)題。但試驗(yàn)已證明是可靠的，還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)物理上的極限。 　　

RFID的實(shí)際應(yīng)用 　　

Bielomatik公司接受了現(xiàn)有的RFID（射頻識(shí)別）技術(shù)，但該項(xiàng)技術(shù)仍在用硅電子學(xué)工作，尚未采用聚合物電子學(xué)。 　　

什么是RFID？這涉及一個(gè)存儲(chǔ)器芯片，稱之為應(yīng)答器。它沒(méi)有自己的能源。確切地說(shuō)，當(dāng)讀出在應(yīng)答器上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)天線供給而得到能源，天線也用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。與閱讀器（3 V ）無(wú)接觸的耦合是采用感應(yīng)或電磁方法實(shí)現(xiàn)的。讀出數(shù)據(jù)不需要像條形碼那樣的直視通信，只通過(guò)門電路運(yùn)行就足夠了。RFID旨在通過(guò)提供多值功能替代包裝上的條形碼。

應(yīng)用 　　

在試驗(yàn)階段，RFID已經(jīng)在制藥、航空、短途公共交通、包裹郵政、傳感器電子裝置、入關(guān)檢查和防偽入場(chǎng)券（2006年足球世界杯比賽）方面應(yīng)用。例如，供給沃爾瑪超市識(shí)別集裝架和紙箱（自2005年1 月起）和地鐵使用（自2004年1 1月起）。其他使用者除去圖書(shū)館和包裹服務(wù)商，如D H L 之外，還有Target和Tesco。香港、拉斯韋加斯和舊金山機(jī)場(chǎng)與J A L 、B A 、Delta、Southwest和日本ANA航空公司合作，在行李分配系統(tǒng)中積極使用；在巴黎地鐵用安全車票做試驗(yàn)。但是，在把RFID縫入衣物時(shí)，由于懷疑存在監(jiān)視問(wèn)題，引起消費(fèi)者不滿。在高度敏感的藥品方面，RFID實(shí)現(xiàn)了良好的服務(wù)。

增值鏈 　　

Bielomatik公司稱，在制作RFID和對(duì)二三層產(chǎn)品從卷到卷加工時(shí)，總是最后把芯片加上去。為此該公司制造和銷售機(jī)器，如E x -plorer T-100/165和多卷壓合機(jī)TAL-100。為了以后替代窄幅機(jī)器，現(xiàn)已有寬幅的方案放在抽屜里，因?yàn)槟壳叭蕴嘿F。在為巴黎地鐵和德雷斯頓的短途公共交通提供的兩個(gè)產(chǎn)品中，已利用了印刷技術(shù)。肯定有一天也有可能按照同樣原理將OLED（有機(jī)發(fā)光二極管）層涂在紙上。

成本 　　

就成本而言（不是價(jià)格），總的訂貨在1500萬(wàn)個(gè)上的智能標(biāo)簽，約3 0 歐分一個(gè)。其中“鑲嵌”占82%，應(yīng)答器加工成本占10%，傳輸頻帶占5%，覆蓋層材料占3%。而在2005 Labelexpo標(biāo)簽展會(huì)上，美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)者對(duì)RFID標(biāo)簽報(bào)價(jià)為7.9歐分。價(jià)格下跌如此之快。在美國(guó)，這項(xiàng)技術(shù)繼續(xù)發(fā)展的領(lǐng)先者是波士頓的MIT。選擇什么頻率、什么型號(hào)的響應(yīng)器和哪種數(shù)據(jù)管理的標(biāo)準(zhǔn)化，仍是一個(gè)問(wèn)題。將來(lái)不再把RFID作為標(biāo)簽貼上，而是直接印在包裝上。 　　

在討論中還提到，斯堪的那維亞的造紙工業(yè)在1990年開(kāi)始進(jìn)行開(kāi)拓性工作，他們將鈕扣形的RFID和天線插入新聞卷筒紙的紙管中，以便解決剩余紙卷識(shí)別的棘手問(wèn)題（不再用條形碼）。在大型印刷廠已使用RFID識(shí)別滾筒軸承中的凹印版滾筒。 　　

對(duì)于曼羅蘭公司的鮑曼博士來(lái)說(shuō)，應(yīng)該在由他宣傳的“超出彩色的印刷”意義上，將功能分色（電路、傳感器）添加在4色分色片上，加上保護(hù)層。如SAP和Oracle公司已將功能分色在其軟件中考慮進(jìn)去。就RFID而言，他強(qiáng)調(diào)，如今每天需要400億個(gè)條形碼，今后逐步將由RFID取代。如果印刷技術(shù)能夠從中只爭(zhēng)取1%的話，那么對(duì)有些印刷廠則意味著“巨大的業(yè)務(wù)”。 　　

至于RFID的工作頻率，區(qū)別為L(zhǎng)量（30～300 KHz）、H量（3～30 MHz）和UH量（300～1 000 MHz）。選擇的頻率越高，使用的涂層越薄。這是可以理解的。現(xiàn)今80%的天線仍采用腐蝕技術(shù)制作，這造成環(huán)境污染問(wèn)題（因此主要在中國(guó)制作）。所以值得試驗(yàn)用印刷方法制作天線。人們?cè)诼_蘭R700和帶有熱固干燥器的Laborman膠印機(jī)上，已經(jīng)成功地進(jìn)行試印。在drupa 2004以印刷城的歡迎卡上展示了應(yīng)用。下一步繼續(xù)在包裝上應(yīng)用（印刷的電阻）。

制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管 　　

在制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管中也可以采用“超出彩色的印刷”方法，通過(guò)濕壓濕的印刷過(guò)程替代真空蒸氣過(guò)程。為此印刷機(jī)的潤(rùn)濕裝置可用來(lái)涂敷導(dǎo)電聚合物，同時(shí)在一道印刷過(guò)程中涂敷導(dǎo)電層和絕緣層。這項(xiàng)技術(shù)已在Laborman印刷機(jī)上實(shí)際應(yīng)用。同樣，摩托羅拉的工作小組已在紙上印刷場(chǎng)效應(yīng)晶體管電路。Alien、Poly-IC、Acreo公司和瑞典林雪平大學(xué)馬格努斯教授領(lǐng)導(dǎo)的小組都在從事這種紙張和印刷方法的應(yīng)用工作。從我們已知的上百種印刷方法中提供廣泛的選擇性。當(dāng)然在傳統(tǒng)和電子之間或電子方法中的混合系統(tǒng)是可能的。重要的是，首先看清市場(chǎng)機(jī)遇，然后用新技術(shù)占領(lǐng)它。 　　

海德堡公司馬丁博士的課題是：在技術(shù)促進(jìn)和拉動(dòng)市場(chǎng)的矛盾狀態(tài)中的印刷電子學(xué)。作為技術(shù)促進(jìn)，他列舉了Ubicomp的遠(yuǎn)景：電子學(xué)將越來(lái)越涌入日常生活的各個(gè)方面，對(duì)于拉動(dòng)市場(chǎng)則需要印刷產(chǎn)品的新功能（嵌入式計(jì)算）。 電子學(xué)發(fā)展趨勢(shì) 　　電子學(xué)發(fā)展趨勢(shì)的列舉如下：柔性的電子裝置、聚合物電子裝置、越來(lái)越小和廉價(jià)的芯片、低成本制造、無(wú)需凈化工房的條件。為此印刷技術(shù)在制作“一次性電子裝置”方面充當(dāng)重要角色。海德堡公司的馬丁博士用大量的圖表顯示了發(fā)展鏈：圓缺圖描述、印刷技術(shù)過(guò)程、市場(chǎng)商機(jī)、風(fēng)險(xiǎn)和時(shí)機(jī)。作為1號(hào)案例，他顯示RFID的第一個(gè)功能圖案。Poly-IC公司與OEA的主席沃爾夫?qū)f(shuō)：“2007年我們將用13.56 MHz印刷RFID！”。作為2號(hào)案例，他列舉了開(kāi)姆尼茨技術(shù)大學(xué)的成功。 　　

發(fā)展的目的：

•在供貨鏈內(nèi)的商品自動(dòng)采購(gòu)
•庫(kù)存/發(fā)貨的商品管理
•防盜
•質(zhì)量保證、生產(chǎn)安全和便利性
•產(chǎn)品真實(shí)性
•創(chuàng)新 　　

促進(jìn)發(fā)展的力量是物流、名牌商品和制藥。物流應(yīng)用增長(zhǎng)最快，不僅在零售業(yè)，而且在軍事方面得到廣泛應(yīng)用。涉及到頻率分配和市場(chǎng)預(yù)測(cè)方面，當(dāng)?shù)氐牧⒎ㄈ詭?lái)（獲準(zhǔn)頻帶和幅射功率）問(wèn)題以及為保護(hù)私人領(lǐng)域的消費(fèi)者權(quán)益保護(hù)組織的動(dòng)議（美國(guó)/ 歐洲有差異）。其實(shí)RFID的原理是一項(xiàng)老的技術(shù)，早在二戰(zhàn)期間航空工業(yè)已經(jīng)使用。這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)步的原因主要在于，其使用的方法越來(lái)越便宜（10～100歐分）。粗略地計(jì)算，每年成本減少一半，而且仍不斷降低?；蛟S在幾年內(nèi)RFID芯片的成本只有1歐分。大批量的印刷技術(shù)完全有可能實(shí)現(xiàn)。

研發(fā)中心 　　

達(dá)姆施塔德技術(shù)大學(xué)“印刷的電子裝置”研發(fā)中心跨學(xué)科聯(lián)合了該校的7個(gè)研究所。為什么需要研發(fā)中心？狄爾菲爾博士回答：
•為了確定標(biāo)準(zhǔn)
•計(jì)劃和掌握成本
•優(yōu)化生產(chǎn)
•跟蹤尋找市場(chǎng)夾縫中的應(yīng)用

發(fā)展計(jì)劃：
•可行性研究
•可靠性檢驗(yàn)
•測(cè)定開(kāi)關(guān)頻率
•印刷天線
•設(shè)計(jì)和優(yōu)化
•使用混合系統(tǒng) 　　

為此他們希望得到官方支持。在印刷方法中，絲網(wǎng)印刷、凹印、柔印、噴墨和膠印均可使用，應(yīng)該對(duì)這種應(yīng)用的局限性進(jìn)行試驗(yàn)。這將在三個(gè)層面完成：印刷適性檢驗(yàn)、印刷試驗(yàn)室和混合應(yīng)用。在達(dá)姆施塔德大學(xué)也像開(kāi)姆尼茨大學(xué)一樣，已經(jīng)印制成一種環(huán)形振蕩器，并用聚合物涂層制成了RFID。