觸控面板的新透明導電膜材料

刊登日期:2013/8/29
  • 字級

觸控面板由早期的表面電容式、電阻式,到現在主流的投射電容式,其中的透明導電膜材料一直以氧化銦錫(IndiumTin Oxide; ITO)為主。然而,銦的產量少、價格高,由材料的來源和成本來看,都有尋找替代材料的需要,因此從1980年代至今,ITO替代材料的開發不斷持續中。此外,ITO這類的透明導電氧化物(Transparent Conducting Oxide; TCO),基本上是硬質材料,不耐變形或彎折。實驗結果顯示,在PET基材上的ITO膜受到拉伸時,如果延伸率達到3%左右,ITO膜層就會喪失原有的導電性(1)。凡是TCO材料,都有這個本質上的弱點。近年來隨著可撓式顯示器的興起,有必要尋求耐彎折性更佳的透明導電膜材料,而且當面板尺寸繼續增大時,ITO膜即將面臨電阻無法再降低的瓶頸,這也促使相關業者和研發者更積極地開發非ITO的透明導電膜材料。

ITO替代問題的面面觀
2. 材料面
非ITO(或非TCO)的透明導電膜材料要用於觸控面板,除了基本的片電阻和穿透率之外,還必須滿足其他要求,例如穩定性、耐環境(高溫、高濕等)、可圖案化等。另外,它們必須能配合現有的生產線,不需大幅修改或增加設備。

4. 產品規格面
投射電容式觸控面板尺寸增大時,其透明導電膜(觸摸感測器)所需的片電阻值越低,最後會低到目前以濺鍍製作的ITO玻璃或ITO Film很難達到的程度,這可能是使用非ITO透明導電膜的最大驅動力。分析如下:對於多點觸控IC可接受的端子間電阻(R),電阻式要求小於50~100 kΩ,投射電容式要求小於10~15 kΩ。根據R=Rs(L/W)的公式,可由觸摸感測器的長度(L)與寬度(W)算出不同尺寸之觸控面板所需的透明導電膜片電阻(Rs),如表一所示。

表一、多點觸控面板所需的透明導電膜片電阻

5. ITO薄膜的低電阻化
①ITO Film可以使用耐熱性較好的塑膠基材,以便提高成膜溫度,降低ITO薄膜的電阻率。目前已有這樣的基材問世,例如透明的PI(Polyimide)等。③改進ITO膜層的退火製程。

新型透明導電膜材料
1. 銀與銅
(1)奈米銀
要將銀做成目視感覺為透明的膜,第一個方式是將奈米銀線與樹脂之類的物質混合成塗佈液,再以塗佈或印刷的濕式化學法成膜,使奈米銀線彼此重疊相連。第二個方式是利用奈米自組裝(Self-assembly)技術,使奈米銀顆粒連接成不規則的網狀組織。此兩種方式都能形成導電的二維網路,因為奈米線與奈米顆粒都非常細小且不是蓋滿整個膜面,結構中有很多透光的空隙,所以外觀是透明的,穿透率也相當高。

(4)銀透明導電膜的圖案化
Cambrios和Toray發表了「部分蝕刻」的技術,只將蝕刻區域內的奈米銀線切斷但不去除,這樣銀線仍存在但不導通,可以達到圖案化的效果,視覺上也沒有差異。另一種圖案化的方法是直接印刷,日本Gunze推出的DPT(Direct Printing Technology)是將粒徑數十到數百nm的銀顆粒製成油墨( Ink),再以高精密網印形成線寬20 μm、間隔300~1,000 μm的方格網狀銀,在印刷時由方格網狀銀直接形成觸摸感測器的圖案,所以不需電鍍蝕刻,且適用於R2R (Roll-to-Roll)製程。DPT Film可以視需要印製不同形狀的感測器,以單片或雙片(重疊)的方式來使用。


圖一 導電高分子膜的「蝕刻」過程(為了便於說明,膜層以不同灰階顯示,實際上都是透明的,而且肉眼無法辨識其差異)

3. 石墨烯
從應用的觀點來看,首先必須有一個能大量生產優質石墨烯的方法;以膠帶重複剝離石墨(機械剝離法)雖然能得到遷移率最高的石墨烯,卻無法用於量產。幾種石墨烯製作方法的比較如表四所示,其中化學剝離法和CVD (Chemical Vapor Deposition)是較可能用於量產的。典型的化學剝離法為①將石墨單晶粉(石墨層間距離0.34 nm)與酸混合攪拌,使石墨氧化,層間距離會增加到約1 nm並具有親水性;④將塗佈液塗佈在基材後烘乾,視需要重複數次,最後在1,000˚C還原,成為石墨烯薄膜。

至於CVD,通常是以高品質而平坦的銅或鎳為基材,將原料氣體CH4通入石英管狀爐,在1,000˚C左右的環境中進行,可以得到結晶性優良的石墨烯。如果基材非常薄(例如厚度只有25 μm的銅箔)且具有良好的彎曲性,還可以用R2R技術捲取基材,大幅提升其量產性。以CVD製作石墨烯的技術進展相當快速,美國Bluestone已有對角線60英吋的展示品問世。Sony也發表了長度100 m、幅寬23 cm的R2R石墨烯製造設備……以上內容為重點摘錄,如欲詳全文請見原文

作者:楊明輝/欣興電子
★本文節錄自「工業材料雜誌320期」,更多資料請見:http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=11258


分享
為此篇文章評分

相關廠商