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2008~2009年的经济危机几乎对所有行业造成冲击,甚至以研发为主推力的导电油墨和印刷电子市场也未能幸免。即使这样,我们还是欣喜地看到在导电油墨和印刷电子市场上仍有许多新公司成立,且各公司不断加大研发力度,并在2010年陆续推出新产品。2011年,这种趋势还在持续。据知名咨询公司IDTechEx预测:2026年,印刷电子市场规模将达到3000亿美元。即使市场规模仅达到预测值的一半,也意味着该领域具有巨大的市场商机。
印刷电子成为导电油墨又一主要应用市场
导电油墨的应用历史已有40多年,然而其主要应用市场在不断地发生变化。20世纪80年代,导电油墨的主要应用市场是汽车、军事、国防等领域,这些市场应用直到今天仍然存在。而在过去的10年里,显示器和光伏电池两大应用领域正成为导电油墨新的主要应用市场。
导电油墨是印刷电子的关键技术,基于纳米银纤维的导电油墨可用来印刷透明导电薄膜,用于显示器和光源领域;基于纳米银颗粒的导电油墨可以用来制作电极,如光伏电池等。导电油墨制造商已看到了印刷电子进入主流市场(包括显示器、光源、光伏电池等)的潜力。尤其是近年来,随着印刷电子相关技术和产品的不断成熟,人们已经切切实实地感受到印刷电子市场的活力,导电油墨制造商也纷纷受益于印刷电子市场的快速发展。
在传统的印刷电子市场中,生物传感器、电子照明、触摸开关(MTS)等几个领域的增长势头仍旧强劲。而现在,增长最快的新兴印刷电子市场是薄膜光伏电池(TFPV)领域,越来越多的公司在此领域不断取得突破。其他的新兴领域,如带有低功率显示屏的智能包装和智能卡、印刷电池、印刷RFID天线、触摸屏、有机发光二极管(OLED)显示器和光源、探测器等,也受到了印刷电子行业的关注。可以说,印刷电子拥有巨大的应用潜力。但由于在大多数领域还缺少真正的“用武之地”,因此,截至目前,印刷电子仅在小众市场上取得成功。
油墨供应商对印刷电子市场的认识和努力
随着印刷电子市场的蓬勃发展,RFID标签、OLED显示器和光源、薄膜光伏电池、印刷电池和传感器等众多印刷电子产品已逐步从实验室走向市场。推动这一趋势的巨大动力是印刷电子产品成本的降低,如果油墨供应商能够通过技术改进、新材料研发等方式来大幅降低生产成本,将会带动一系列印刷电子新产品的开发和应用。
由于蕴含着巨大的市场潜力,作为印刷电子市场重要的原材料供应商,众多油墨制造商争先恐后地涌入印刷电子市场,推出各具特色的导电油墨产品。其中,既有大型跨国公司,如太阳化学、杜邦,也有新成立的公司,比如Plextronics、Kovio和PolyIC等。对于这一潜力市场,各油墨供应商又有怎样的认识呢?又在这一领域中做出了哪些努力?
International Imaging Materials(IIMAK)公司认为,虽然RFID标签需求量一直保持增长,但还远未达到几年前预计的市场规模。也就是说,市场仍存在巨大的潜力,而导电油墨领域的技术进步能够更好地促进RFID标签市场的发展。目前,IIMAK公司在导电油墨领域的主要产品包括网印导电油墨、柔印导电油墨以及导电热转移碳带。
Creative Materials公司也非常看好导电油墨市场,目前无论是传统导电油墨还是纳米级导电油墨,都可以根据客户需要进行特定开发。Creative Materials公司新推出的两款导电油墨产品即是根据客户需求而开发的,其可通过丝网印刷达到50μm的印刷精度,满足了在更小印刷区域内清晰呈现出更多导线的需求。可以说,这种为满足特定市场需求而进行的有针对性的产品研发是油墨供应商必备的竞争优势,这也有助于推动导电油墨市场的进步。
对于RFID标签市场,太阳化学有着不同的观点。由于RFID标签对成本非常敏感,采用导电银浆印刷RFID天线的传统方法在成本上并不能满足市场的要求。于是,市场上陆续出现了采用低成本导体替代金属银来制造导电油墨的产品。而从太阳化学的各类印刷电子相关业务的销量来说,光伏电池领域不但是最主要的导电油墨应用市场,同时也具有巨大的增长潜力。其中,薄膜光伏电池的相关技术已经成熟,未来将会出现突破式增长,特别是有机光伏电池更是拥有良好的发展前景。
杜邦公司也在微电路领域有所涉及,并看好这一市场,认为未来印刷电子市场和应用领域将会继续扩大。伴随着一些新的应用领域的出现(如汽车中的一些内饰产品已经可以通过印刷的方式生产,这样不仅可以降低成本、节省空间,还提高了内饰产品性能的长期稳定性),开始涉足印刷电子业务的印刷企业数量也越来越多,依靠其在印刷设备和生产经验等方面的优势,通过卷到卷的工艺可实现电子电路的大批量印刷生产。目前,杜邦公司正积极与终端客户及下游OEM公司合作,以扩大研究领域,并主动根据未来市场对新材料开发的需求,为客户提供更多差异化的产品和服务。
Plextronics公司专注于为OLED显示器和光源开发导电油墨,如溶剂型空穴注入层(HIL)和空穴传输层(HTL)导电油墨。由于看到了由导电油墨制成的OLED显示器的成本比目前手机和平板电脑领域普遍采用的气相沉积工艺的成本低,不少OLED显示器制造商已经开始从新工艺的研发走向试生产。新的应用领域带来新的增长潜力,可以确定地说,印刷电子市场将会继续扩大,但真正等到OLED显示器和光源的生产工艺成熟还需要一段时间。
作为当前导电油墨的重要原材料,金属银的价格一直在波动,寻找金属银的替代材料迫在眉睫。根据这一市场需求,多家公司推出了新产品。Intrisiq Materials公司在原有传统导电银墨的基础上,新开发了网印导电铜墨,丰富了导电油墨的种类,而且新产品适用于更多承印材料。NovaCentrix公司成功研发出一款Metalon氧化铜还原反应网印油墨产品。该油墨是将氧化铜纳米颗粒均匀分散在溶剂中形成水溶性油墨,然后经丝网印刷后,再由光烧结装置PulseForge进行调制,通过还原反应在表面形成导电的铜结构层。这个铜结构导电线路具有优异的导电性,且成本远远低于导电银墨。虽然从现在的市场应用情况来看,导电银墨的应用比较普遍,导电铜墨的市场应用还相对有限,但随着经济成本更具优势的导电铜墨在印刷电子产品中的应用逐渐成熟,未来1~3年,市场对导电铜墨的需求将持续增长。
如何拓宽导电油墨的应用领域
以当前导电油墨和印刷电子市场的现状来看,这一市场仍有巨大的发展空间有待发掘。如何才能让导电油墨广泛应用于印刷电子领域,并帮助印刷电子产品从“小众”市场走向广阔的“大众”领域呢?
1.降低成本
印刷电子产品生产商通常要求导电油墨成本低、性能独特,可帮助其拓展新的应用领域。广泛使用的导电银墨的成本很大程度上由金属银的成本直接决定。随着金属银价格的持续攀升,印刷电子市场迫切需要找到一种低成本、高导电率的原材料来替代金属银,以降低导电油墨成本。不过目前,在不牺牲导电油墨重要性能的前提下,还没有其他金属能够在性能和成本上替代金属银,金属银仍是导电油墨较为理想的材料。由此可见,油墨制造商也面临着一些技术方面的挑战,必须在研发上付出更多努力,开发出具有更高性价比的多功能材料,不仅仅是在导电性能方面,而且要具有如加热功能、传感功能的材料。
2.选择更适合的印刷方式
随着市场需求不断提升,印刷电子产品正向着印刷更精细、导电性更好的方向发展,最终在印刷线条精细程度、生产效率以及成本之间找到平衡点。由于目前采用丝网印刷来实现超细(宽度约为50μm)电路的印刷还不太可能,除了要不断提升生产效率之外,丝网印刷设备、印版以及导电油墨的细度都需要提升。因此,有人提出用数字印刷方式取而代之。众所周知,数字印刷可以完成高精度印刷,同时还可以提高印刷灵活性、采用更低的加工温度、适用于更柔软的承印材料、具有更快的加工速度。但由于数字印刷的成本还比较高,并且需要使用专用的纳米级导电油墨。因此,从目前来看,要通过数字印刷方式来实现高精度印刷,就需要加大成本投入。
3.建立标准
印刷电子行业是一个新兴行业,很多产品还处于小众市场的推广阶段,印刷电子行业中暂时还没有建立严格的导电油墨技术标准。因此,印刷电子产品生产商需要自行分析市场上各种导电油墨的特点、了解导电油墨与印刷方式的匹配性关系,以及承印物和印刷工艺等方面的具体要求。与此同时,导电油墨供应商也需要花费大量时间对印刷电子产品生产商进行指导,帮助其了解导电油墨的各项应用性能。长远来看,印刷电子市场需要建立一个通用的导电油墨标准,用于评价导电油墨性能、质量的优劣,为随后导电油墨的市场培育和应用推广提供有益参考。
未来市场憧憬
总体来说,导电油墨及印刷电子市场被广泛看好。随着新型功能材料在导电油墨中的探索应用,以及印刷和沉积工艺的不断成熟,印刷电子技术将会在各种需要电路连接的场合发挥重要作用,印刷电子新产品将会层出不穷。不少业内人士对印刷电子市场的发展前景信心十足,认为印刷电子产品将不断拓展应用领域,将在未来20年甚至更长的时间内保持持续增长,并将成为电子市场的主流技术。
尽管我们当前还难以预测印刷电子市场的发展速度,但毋庸置疑,印刷电子技术受到的关注会越来越多。除了专业的行业展会和研讨会之外,在电子技术、光伏技术,以及印刷技术等领域的展会中都会特设展区展示印刷电子新技术、新产品。值得一提的是,印刷电子行业所面临的技术挑战正在逐一被解决,整个供应链的融合比以往更加紧密,这些都将为印刷电子产品的大规模商业应用奠定基础。对于印刷电子行业来说,当前是一个令人激动的时代,印刷电子的“大众”市场即将来临,且让我们拭目以待。