新型透明導電材料發展現況

 

刊登日期:2015/8/5
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隨著行動裝置的蓬勃發展,透明導電薄膜在光電市場上仍有大量的需求,而各家廠商也因穿戴式電子產品的興起,不斷開發各種不同應用端產品來吸引消費者,連帶也影響原本透明導電薄膜材料的主要供應來源銦錫氧化物(Indium Tin Oxide; ITO)所主導的市場。各種替代ITO材料早已開發多年等待上場,包含奈米銀線、金屬網格、奈米碳管、石墨烯及導電高分子等。目前市場以奈米銀線與金屬網格為產業界最炙手可熱的替代材料,本文將介紹這兩者的發展與產業應用的現況。
 
ITO透明導電材料 
銦錫氧化物(Indium Tin Oxide; ITO),由於較多帶電載子(Charge Carrier)的產生,其中包括錫的混摻(Tin Doping)可產生一個導電載子以及氧的空缺(Oxygen Vacancy)可產生兩個導電載子,因而擁有極佳的導電性,並因其具有易於蝕刻加工、高可見光穿透率及導電性佳等優點而被廣泛的應用在平面顯示器上,幾乎成為現今透明導電薄膜的代名詞。
 
奈米銀線透明導電材料 
奈米銀線(Silver Nanowire)透明導電材料已發展多時,技術也較成熟,其延展性(Flexibility)優於ITO,色偏(Color Shift; b*)也比ITO低,透光率高。其主要的合成方式為多元醇法(Polyol Process)。多元醇為高沸點溶劑也是弱還原劑,為早期常見製備金屬與合金膠體粒子(Colloidal Particles)的方法。由於溫度上升時,會提高多元醇對金屬鹽類的溶解度與還原力,因此可藉由改變溫度來控制金屬的成核與生長速率,各個研發團隊多以此為主要方式,利用不同的保護劑與晶種,搭配不同反應條件合成奈米銀線。圖七為工研院材化所自行開發之奈米銀線透明導電薄膜,其穿透度可達96%以上、片電阻值小於80 Ω/□,非常有利於做ITO的替代材料。透過銀奈米線沉積密度可控制薄膜之片電阻值與穿透度,並可依照載具需求做調控取捨。
 


圖七、工研院材化所之奈米銀線透明導電膜

金屬網格透明導電材料
金屬網格(Metal Mesh)技術,其形狀像是將極細的金屬線組成烤肉架,做在觸控感應器上,其優勢在於阻抗低(小於10Ω/□)、資本支出非常低、製造成本較ITO稍低、透明度比ITO佳、光透度最佳、可撓度高,加上技術成熟且入門門檻低,因此有許多廠商加入角逐的行列。在2015 Finetech Japan展覽中,大日本印刷(DNP)利用金屬網格製程技術,展示了85吋觸控顯示器,其中金屬線寬約為6微米,已進入量產階段,同時亦發表了更細線寬之觸控樣品,分別為4微米與2微米,如圖八


圖八、大日本印刷於2015 Finetech Japan展示金屬網格技術產品

金屬網格目前所面對的問題主要是反光與莫瑞效應(Moire Effect)。目前的金屬網格在追求細線化(<5微米)的過程中,單一線寬約在4微米左右,若太寬便須要在網格線表面做黑化(Blacking)處理,以減少反光,但這樣又會造成顯示面板在視覺上太黯淡的觀看經驗;而減少觸控感應面積也會使觸控訊號降低。此外,莫瑞效應的降低必須仰賴……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
  
作者:蕭暐翰、邱國展/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」344期,更多資料請見下方附檔。


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