Displayer och solceller ligger längst fram bland produkterna som bygger på tryckt elektronik. De första läsplattorna i A5-storlek i TFT-LCD finns redan på marknaden. Och i december lanserade Sony sin XEL-1, en 11-tums tv-skärm som bara 3 mm tjock. Skärmen är en OLED (organic light emitting display).
Läsplattor i magasinsformat är något år borta. Visionen är en hoprullbar tv-skärm. På solcellssidan står hoppet till tunna genomskinliga element för montering på fönsterglas.

Halvledarna sitter i bläcket
Tryckt elektronik – ”printed electronics” – är precis vad det låter som. Det vill säga elektronik som trycks i stora upplagor i tryckpress eller skrivare.

Tryckmetoderna kan vara screentryck, flexografi eller bläckstråle. Substratet är en polymer eller papper. Tryckfärger och bläck innehåller ledande och halvledande polymerer.

Även logikkretsar kan tillverkas med tryckt elektronik. De första företagen som klarar att trycka transistorer har visat sina lösningar. Tyska Poly IC, som grundats av Siemens och tryckerikoncernen Leonard Kurz GmbH & Co, ligger långt fram i utvecklingen. För några månader sedan demonstrerade företaget en rfid-krets för 13,56 MHz, må vara mycket begränsad, med en enda minnesbit. Sedan tidigare har bolaget utvecklat en enkel transponder.

– Rfid-kretsen är tryckt på ett flexibelt substrat av en polymer. Vi trycker i fyra lager. Totalt består kretsen av ett trettiotal transistorer och andra designelement, säger Wolfgang Clemens, teknisk chef på företaget.

Poly IC deltog nyligen på mässan och konferensen ”Printed Electronics” som arrangerades av konsultföretaget ID Tech Ex i San Francisco. Företaget siktar på att tillverka rfid-kretser som kan användas för identifiering i exempelvis detaljhandeln. Men man är inte där än. De transponder- och rfid-kretsar som man utvecklat idag kan användas för att avslöja falska förpackningar i exempelvis läkemedelsindustrin.

Konventionell tryckning
Flexografi och screentryck är välkända i den grafiska industrin. För tryck som kräver hög precision används bläckstråleteknik. Upplösningen för tryckmönstren ligger på 20–100 µm.

Ett alldeles eget kapitel är kompositionen av tryckfärgerna. Vad de innehåller och vad man kan trycka på hör idag till de allra hetaste frågorna för branschen.

Än så länge är området till stor del en arena för organiska kemister. Men till tryckt elektronik används även oorganiska material som silver och kisel. En nyhet som fick stort genomslag på konferensen var att Kovio, ett startup-företag i bästa Silicon Valley-tradition, visade kretsar tryckta med polykristallint kisel.

Enligt Kovio är fördelen med kisel bland annat betydligt högre elektronmobilitet än i dagens organiska halvledare. En nackdel är dock att halvledarskiktet måste härdas eller sintras i höga temperaturer, så papper och polymera material fungerar inte som bärare. Kovio använder folier av rostfritt stål och uppges sikta på tillverkning av bland annat rfid-biljetter för kollektivtrafik. De första produkterna väntas i slutet på året.

Mycket hemlighetsmakeri
Några närmare detaljer om sina processer och material avslöjar varken Poly IC, Kovio eller någon annan. Fenomenet var genomgående på konferensen: deltagarna berättade gärna vad de egna processerna kunde användas till och vilken typ av produkter de var tänkta för. Men frågor om detaljer besvarades med ett leende. Sådan kunskap avslöjas bara för partners med sekretessavtal.

Antalet processer och metoder är närmast oöverskådliga. I den ganska lilla utställningslokalen i South San Francisco pågick ett intensivt nätverkande och alliansbyggande.

– Vi har processen x och vi kan göra y, men behöver hjälp med z? Vad kan ditt företag eller forskarlag bidra med?
Parallellerna till den tidiga halvledarindustrin på 1960-talet och den framväxande pc-marknaden tjugo år senare ligger nära till hands.

Konferensen och utställningen ”Printed electronics” hade samlat ett 50-tal utställande företag och ett par hundra konferensdeltagare. Tillsammans bildade de en aktiv marknad för licenser och tekniker.

Ersätter inte dagens elektronik
Kommer då tryckt elektronik att ersätta kretsar på kisel och andra halvledare?

– Nej, säger Peter Harrop som var huvudansvarig för konferensen och dessutom grundare av ID Tech Ex.

– Tryckt elektronik kommer att finna nya användningsområden och användas istället för papper. Inträdesbiljetter och läsplattor är två bra exempel.

– Däremot håller kiseltekniken att gå i väggen, både när det gäller pris och kapacitet. Kostnaden för att tillverka en rfid-krets i kisel kan aldrig bli lägre än låt säga 3 cent.

– Kisel har också andra begränsningar. En solcell i kisel kommer alltid att väga mycket och kan exempelvis inte monteras på ett fönster. Det kan man däremot göra med en tunn genomskinlig plastfilm.

Tryckt elektronik kan alltså göras lätt, den kan bli rullbar, vikbar, genomskinlig självhäftande. Den kan till och med bli ätbar och fås att förmultna.

Men fortfarande finns många begränsningar för tekniken. En fråga är långtidsstabiliteten, en annan är frågan om testbarheten. Fullt uppskalad är ju produktionstakten många gånger högre än vid konventionell elektroniktillverkning. Och fortfarande är kretsar med några tiotal transistorer det mesta logik man lyckats med hittills.

Halvledarbolagen avvaktar
Vad gör då kretstillverkarna i Silicon Valley på området?

– Komponentindustrin är inte särskilt aktiv. Faktum är att det här är första konferensen där jag sett ett större antal representanter, men då bara som besökare, säger Peter Harrop.

Däremot är displayföretagen i Sydostasien väldigt framåt på området. Små teckenfönster och belysningar bakom knappsatser har blivit volymprodukter. Nu kommer större skärmar, bland annat Sonys tv.

Varför kommer det här uppsvinget för tryckt elektronik just nu? Vari ligger det nya?

– Ja, själv tror jag att tiden är mogen nu. Det tar omkring tjugo år för en helt ny teknik för att bli en produkt på marknaden. Se på lasertekniken som länge var vetenskaplig kuriosa, säger Peter Harrop.

Han sätter startpunkten för utvecklingen av tryckt elektronik vid upptäckten av ledande och lysande organiska material, Organic light-emitting diodes (OLED). Upptäckten belönades med Nobelpriset i kemi år 2000. Ett av de första organiska ämnena som gjordes ledande med hjälp av dopning med jodjoner var polyacetylen.

En stor del av det vetenskapliga pionjärarbetet skedde vid universitetet i Cambridge under 1970-talet. Idag har ett europeiskt kompetenscentrum för tryckt elektronik vuxit upp kring Cambridge.

Peter Harrop pekar också ut Norrköping–Linköping och forskningsinstitutet Acreo som ett viktigt kompetenscentrum. Acreos teckenfönster tryckta på elektrokromatiska papper och Thin Films minnen är intressanta lösningar menar Harrop.

– Forskningsmässigt ligger Europa väl framme på området. Men det är de stora företagen i Sydostasien som gör tekniken kommersiell, säger han och nämner Honda och Sumitomo.

– De europeiska storföretagen måste bli mer på hugget. Annars slutar det med att Europa bara levererar forskningsresultat och till Asien och USA.

Peter Harrop ser en jättemarknad för tryckt elektronik växa fram. När man räknar in alla teckenfönster, solceller, givare, batterier, med mera med mera så handlar det om en marknad värd 300 miljarder dollar inom en överblickbar framtid.