《替代ITO触摸屏新材料发展概况》由会员分享，可在线阅读，更多相关《替代ITO触摸屏新材料发展概况（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、替代 ITO 触控面板新材料发展概况发布时间：2014-11-6 纳米银线与金属网格都具有比 ITO 导电性更佳、价格更低的优势，但截至目前，其中金属网格仍存在不透光、高反射、莫瑞干涉（Moire）等问题亟待解决，因此，纳米银线的相对优势似更为品牌厂商及触控技术研发厂商所看好。随着触控面板大尺寸化、低价化的需求，以及 ITO 薄膜不适用于可挠式显示器应用、导电性及透光率等本质问题不易克服等，众厂商纷纷开始研究 ITO 替代品，包括纳米银线、金属网格、碳纳米管以及石墨烯等材料，其中以纳米银线和金属网格的发展较为成熟。一、金属网格（metalmesh）技术发展概况金属网格是利用银、铜等金属材料或氧
2、化物，在 PET 等塑胶薄膜上所形成的金属网格图案。其理论最低面阻值可达 0.1 欧姆，并且具备电磁遮蔽功能而降低讯号干扰；但其所制得的触控感测器图形线幅稍粗（特别是线幅超过 5m 以上）致莫瑞干涉波纹非常明显，仅适用于观测距离较远的显示屏。较早发展的日本企业是富士和郡是，都是在 2009 年起开始生产金属网格薄膜并之后提供触控面板业者使用。富士和郡是是直接供应触控感测器甚至模组，以协助终端业者降低进入的技术门槛。除此两家之外，美国企业 Atmel 虽提供触控 IC 至透明导电膜的解决方案，但因技术发展较晚，且在生产过程屡因制程问题而影响其出货，而大陆企业受 Atmel 发展结果的影响，于是企
3、图同时强化研发与制造能力，以获得完整的解决方案。金属网格的基础技术主要可分为三种，第一为直接以金属油墨加以网印；第二为先于 PET 薄膜上涂布整面金属，再透过黄光微影制程，洗去多余成分而产生网格；第三的技术和第二类似，只是将其中的金属改成溴化银，利用化学还原成银。原本生产银盐胶卷的富士就是采用第三种方法，并成为全球金属网格薄膜的龙头业者，而其他业者，例如郡是及大陆厂家都是采用第一种技术，Atmel 则是使用第二种技术，另外也有独自开发其他技术的，例如日本企业阿基里斯（Achilles），但尚未实用化。金属网格的量产讯息，2013 年上半年，台湾厂家华硕 7 英寸平板电脑、大陆厂家联想 NB 等
4、率先采用金属网格；大陆厂家华为、日本厂家恩益禧（NEC）智能手机也先后加入，特别是后者采用金属蒸镀技术来制作。再者，2013 年也有搭载薄膜触控制程的 GFF 方案或MetalMesh 技术机种陆续推出。预期 2014 年，该技术虽仍处萌芽阶段，但在取代 ITO 的薄膜式触控面板的道路上，在中大尺寸产品领域具有潜力。虽然 MetalMesh 因为投入的厂商多，在市场中具话题性，而且价格也不贵，但至今 MetalMesh 却尚未被真正地大量生产。诚如SuperC_Touch 总经理李祥宇所指出，其问题在于未达足够的光穿透率，图形化形成细线的过程中必须拿掉 95%99%的触控感应涂层面积，导致触控
5、讯号降低 20100 倍，现今触控 IC 难以支援；其二，为了让眼睛看不到，金属线幅必须小于 5 微米，而采用黄光显影制程或精密印刷技术，但两者费用偏高。因此，欲使低于 5 微米金属线幅不断裂、解决金属反射问题、材料氧化等，都让金属网格技术备受考验。二、纳米银线（SNW,silvernanowire）技术发展概况纳米银线是透明导电材料，纳米银线的直径小，在 250nm 以下，在可见光范围下的透光性高，同时，银具有高导电性和稳定性，可运用在触控感测导电图型结构的制程中，作为 ITO 透明导电膜的替代方案。目前的触控式屏幕使用 ITO 薄膜大多色偏而发黄，而采用纳米银线为新材料便可实现几乎无色的状
6、态。在制造方法上，原来的 ITO 制程使用真空工艺，而纳米银线油墨则能够用涂布法成膜，因此可以低成本制造；再者，现有 ITO 薄膜无法抗弯曲，而纳米银线则可轻松弯曲，匹配未来挠性器件的发展需要。当触控面板尺寸大到 14 或 15.6 英英寸以上时，ITO 的使用限制就会更加明显。在 CTIMES 举办的 2013 第四届触控论坛中，厂商Cambrios 的大中华区总监 JeffreyChen 指出，MetalMesh 及纳米银线两者可量产度及成熟度应该相差不远。但如何架构完整的供应链，将是触控厂商在使用新材料与技术时，非常慎重考虑的一点，”Jeffrey 说。目前 ITO 的替代技术中以纳米银
7、线的量产化进度最快，有利于市占与价格降低。有关纳米银线的量产信息，宸鸿与厂商 Cambrios 合作开发纳米银线触控技术已经超过 3 年，其中，日本企业写真印刷加入此一阵营，将引进塑胶薄膜触控制程与卷对卷生产技术进一步整合，一同制定纳米银线触控技术的产业规格与研发，开发出更具有价格竞争力的产品。该阵营将于 2014 年 4 月陆续量产纳米银线触控面板，规划月产能约 200 万片，初期锁定聚焦于 57 英寸的移动终端。日立化成，其纳米银线材料来源为美国 CambriosTechnology 公司，其产品结构是先在基材上湿式涂布一层纳米银线，在其上涂布感光剂（TransparentConducti
8、veTransferFilm,TCTF），然后透过黄光制程，进行曝光及硷性显影而形成所需电路图案，很适合中大尺寸之触控面板。目前市场上已陆续可看到采用纳米银线技术的产品，如华为Sprint、LG 及联想 AIO、GVISION 的 POSMonitor 等。三、碳纳米管（CNT,carbonnanotube）技术发展概况碳纳米管（carbonnanotube）是由单层或多层之石墨层，卷曲成直径 1 纳米至 50 纳米间的中空柱状体，主要分成多层碳纳米管（multi-wallnanotubes，MWNT）及单层碳纳米管（single-wallnanotubes，SWNT）两种型式。CNT 导电性
9、质随 CNT 结构之不同而有很大差异；在电性上，SWNT 又可依直径与旋度（chirality）之差异再区分为金属性与半导体性，其电阻率分别约为 5.1x10-6（与金属铜相当）及 1x10-4-m（与锗相当）；在触控面板技术的应用上，当然以电阻率低且透光率高的金属性单层碳纳米管为主。碳纳米管透明导电膜的制程包含了一系列的工艺，由碳纳米管的成长开始，经过碳管纯化、分散液与涂布液的配制、薄膜涂布、图案化与应用制程开发，每一个步骤都对碳纳米管透明导电膜的产品性能影响甚巨。控制 CNT 透明导电膜特性之因素大致包括 CNT 本质导电度、管径与网络形貌等，但目前技术并无法独立评估各因素之影响程度。过去
10、以碳纳米管作为触控面板用透明导电膜的尝试，以亚洲厂商为主，例如日厂东丽（Toray）、台厂远东新世纪以及韩厂三星电子等，但均因导电性不如其他 ITO 代替品、靶材成本较高、以及制程稳定度不足等缺陷而始终无法量产。近期，鸿海投资的识骅科技因具有量产触控面板成功的实绩而引人嘱目。鸿海和国内清华大学早在 2002 年就开始合作研发碳纳米管，并成立北京清华-富士康奈米研究中心。用于触控面板的碳纳米管是从化学气相沉积设备（chemicalvapordeposition）中所形成碳纳米管，利用每根碳纳米管之间的凡德瓦尔力拉伸成薄膜，因为单层的厚度极薄而光透过率不差，且拉伸成膜中的每根首尾相接的碳纳米管间可
11、以直接电性连接，所以是 CNT 材料的翘楚，然而，尽管材料技术掌握了，却还是迟至 2010 年在台投资成立识骅科技（大陆同期另成立富纳源创公司）之后，才真正展开碳纳米管做为透明导电膜的生产。目前国内的富纳源创公司满载月产能约 150 万片（以手机应用计），实际产品则以手机应用为主，而主要客户为华为等大陆主要智能手机大厂，不过目前仍处于初期导入阶段，先行导入 12 个机种测试市场水温。四、石墨烯（graphene）技术发展概况石墨烯（graphene）是一种由碳原子组成六角型呈蜂巢晶格的二维平面材料，石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，常温下其理论电子迁移率超过150
12、00cm2/Vs，而理论电阻率只约 10-6cm，因为它的电阻率极低，电子跑的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的透明导电膜。作为用于多种用途的透明导电膜，光透射率在理论上为97.5；但在此条件下，所制成的实体薄膜电阻值仍高而距离触控面板所需的规格仍远。在石墨烯的研究开发领域，韩国企业一直处于全球领先地位。韩国 GrapheneSquare 公司开发出大面积石墨烯薄膜的制造装置，并在 2012 年春季开始销售日本等国家。韩国三星电子也极力发展大面积石墨烯薄膜技术，以匹配可挠性 OLED 显示屏，然而，因为石墨烯薄膜触控面板与 OLED 显示屏一样，都因为成本太高而仅少量供货试水温
13、，距离可以大量生产的阶段仍远。关于石墨烯制成实体薄膜的薄膜电阻值，TPK 所制作的产品当光透射率为 87时，薄膜电阻值为 500-/，虽然还稍微有些大，但已较过去薄膜电阻值却在 1k-/.左右有所进展。同时长谷川正在考虑与导电性较高的金属纳米网片（MeshSheet）等组合使用（hybrid）来解决薄膜电阻值高的问题。不论过去是玻璃电容或是薄膜电容为主的厂商，走向新材料与技术是一必然的发展趋势，理由在于，新材料与技术可以从手机尺寸一路用到 20 英寸以上，其阻抗值、延展性与可挠性均优于 ITO 薄膜，特别是在配合可穿戴设备的曲面玻璃设计上，显得重要；再者，新材料可以补填 OGS 不足之处，OG
14、S 将感应层与保护玻璃 2 合 1 后，虽然可以更显轻薄，但触控面板元件变成产品外观件后，其不同机种间的共用性就大幅降低，其存料管理对手机这种机种繁多、产品生命周期又短的产品地来说，更显得严苛。因此，新材料技术有机会成为新一代的薄膜式电容，虽然不致在短时间内全面取代 ITO 薄膜，但是取代比重却会逐年提高。根据 IHS 资料，ITO 目前在触控面板透明导电薄膜市场仍有 95%左右的市占率，不过到 2017 年底前，替代性技术如金属网格、纳米银线等市占总和很可能来到 34%，ITO的市占则会掉到 66%。综观目前，石墨烯则仍处于研发阶段，距能够量产的程度仍相当遥远，而碳纳米管从成长至分散成膜各阶段之能量也未完善，CNT在导电特性尚不易达到 ITO 的规格等级。基此，本文认为就技术发展持续推演来看，金属网格与纳米银线将是近期新兴触控技术的两大核心主角。
