UniBoss能否颠覆液晶和触摸屏导电材料ITO？

根据DisplaySearch的估算，现有触摸屏市场规模达到了130亿美元。根据nanomarkets的估算，2012年整个透明导电材料市场大约在39亿美元左右。没有人会怀疑触摸屏未来巨大的发展空间，智能手机和平板电脑进一步的普及，WIN8的推出，引领电脑向触摸屏的发展，触摸屏在其他领域更广泛的应用，都推动着触摸屏产业未来快速的发展。ITO主导了现有液晶显示器和触摸屏的透明电极，尚未出现能够大规模商业化的可替代材料，但因为ITO自身缺陷阻碍着触摸屏的进一步发展。下文将简要介绍ITO的工艺技术以及未来可能取代ITO的技术。

一、ITO

ITO是Indium Tin Oxides的缩写，即掺锡氧化铟。是透明导电氧化物TCOs的一种，由于最好的导电性和透明性的组合性能，成为最主要的透明导电材料，主要应用于液晶显示器，触摸屏，太阳能薄膜电池，照明用有机EL元件等领域。

氧化铟，只吸收紫外光，不吸收可见光，因此达到“透明”的表现。掺锡，虽然会损失透光度，但可以提高导电能力。因此，透光度和导电性是两个相互牵制的指标。

ITO原料，ITO粉，称为ITO靶材。将ITO靶材沉积到PET基板上，就形成ITO导电薄膜；将ITO靶材沉积到玻璃基板上，就形成ITO导电玻璃。

现在发展最成熟，使用最多的ITO沉积工艺是磁控溅射法，即用高能粒子轰击靶材，使靶材中的原子溅射出来，沉积在基底表面形成薄膜的方法。比其他真空蒸发、热解喷涂、化学气相沉积、溶胶-凝胶等方法效果都要好。

ITO薄膜的导电性能，不仅与ITO薄膜材料的组成（包括锡含量和氧含量）有关，同时与制备ITO薄膜时的工艺条件（包括沉积时的基片温度、溅射电压等）有关。

1、主要应用

在液晶显示器和触摸屏领域，由于对显示效果和传感响应很高的要求，ITO主导了现有液晶显示器和触摸屏的透明电极，特别是在触摸屏领域。随着液晶显示器的普及，和最近几年智能手机和平板电脑的快速发展，对ITO的需求也随之快速增长。

1.1、液晶显示器

液晶显示器主要使用ITO导电玻璃。

液晶显示器之所以能显示特定的图形，主要是将导电玻璃上的透明电极蚀刻制成特定形状的电极，在这些电极上加适当电压信号后，使具有偶极矩的液晶分子在电场作用下特定的方面排列，进而显示出与电极波长相对应的图形。目前液晶显示器的透明电极以ITO的透光率和导电性能最好，而且容易在酸液中蚀刻出微细图形。

1.2、触摸屏

无论是电阻式触摸屏还是电容式触摸屏，工作面都是基于ITO涂层。

电阻式触摸屏，当表面被触摸时向下弯曲，并使得下面隔开的两层ITO涂层能够相互接触并在该点连通电路，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。

表面电容触摸屏只采用单层的ITO，当手指触摸屏表面时，就会有一定量的电荷转移到人体。为了恢复这些电荷损失，电荷从屏幕的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此推算出触摸点的位置。

有IPHONE引领的投射电容触摸屏采用多层ITO层，形成矩阵式分布，以X轴、Y轴交叉分布做为电容矩阵，当手指触碰屏幕时，可通过X、Y轴的扫描，检测到触碰位置电容的变化，进而计算出手指之所在。基于此种架构，投射电容可以做到多点触控操作。

2、ITO的缺陷

2.1、主要成分铟，价格昂贵。铟是稀有金属，在地壳中的分布量比较小，又很分散，主要以微量存在于锡石和闪锌矿中，而且绝大多数的铟储量在中国。随着液晶显示器和触摸屏产品的普及，铟的价格已经上涨数倍。生产ITO导电材料占超过70%的铟消费量。由于稀缺性和中国政府对产量的限制，未来铟的价格继续面临上涨压力。

铟过去20年的价格走势图：

2.2、沉积工艺必须在真空环境下，而且需要昂贵的真空沉积设备，并且维护成本高。

2.3、沉积过程中只有不到30%的ITO靶材被溅射到基板上，剩余的都被溅射到室壁上，造成原料的极大浪费。

2.4、ITO相对较高的电阻率，随着屏幕尺寸的增大，电阻会不断变大，影响屏幕亮度和传感器响应性。而且随着电极数的增加，边框布线部分的面积也会增大。在较大尺寸触摸屏上，虽然可以利用在长边传感器电极的两端取出布线电极等方法来应对，但都大大增加了工艺难度和成本。

2.5、ITO比较脆，尺寸变大后，加工的难度也会随之增加。而且由于缺乏柔韧性， 不易弯曲，不适合应用于柔性触摸屏。

3、现有ITO的改进

3.1、工艺的改进

现有的其他工艺，都达不到溅散方法同样的效果。但如果未来工艺技术的改善，特别是如果能够使用印刷工艺大批量生产，将有机会大幅降低成本。ITO墨水已经出现了一段时间，但并未被广泛使用，而且只有很少数公司在研究这个领域。如果能使用纳米粒子墨水印刷ITO，将大大提高ITO的使用效率，而且可以允许湿式镀膜(Wet Coating)，在较低的温度下完成，无需昂贵的设备。

3.2、材料的改善：

用其他的材料和ITO混合

Sigma Technologies研发了一种用导电性高分子粘合剂结合ITO和银纳米片的墨水，声称比传统纳米银有更好的导电性。

掺锌氧化铟（IZO），大约10年前由日本公司Idemitsu研发出来，声称比结晶ITO更容易蚀刻，同时比ITO有更低的电阻率，也可以被沉积在未加热的基板上。另外2个是掺锑氧化铟（IAO）和掺锑ITO(IATO)。虽然有着很好的透明度和电阻率，但都至少90%成分还是铟。

无论是工艺的改进，还是材料的改善，都绕不开铟。但不排除未来铟提炼工艺的进步和更多含铟矿的发现。

二、替代

业界一直在研发可替代ITO的材料，例如其他透明导电氧化物，导电性高分子材料，纳米材料，金属网等。

在太阳能薄膜电池领域，由于成本在产品竞争中的重要性，其他两种透明导电氧化物FTO和和ZNO，虽然导电性能不如ITO，但成本更低。而且由于太阳能薄膜电池对膜层表面并不要求均匀光滑，而是有一定的凹凸，来提高对透射光的散射能力（即雾度），FTO和ZNO比ITO有更好的光散射能力，加上激光刻蚀比ITO更容易，因此逐渐取代ITO在阳能薄膜电池领域的应用。[!--empirenews.page--]

但在液晶显示器和触摸屏领域，至今尚未出现能够规模量产商业化的可替代材料。特别是在触摸屏领域，由智能手机，平板电脑等引领的触摸屏产业快速的发展，大尺寸触摸屏的制造成本，和柔性触摸屏的应用，都受到ITO特性的制约。

1、UniBoss

UniPixel公司的UniBoss技术，是采用铜线网，将铜做到5微米（人的头发大约是40-120微米），因为线宽在5微米或以下的话，人肉眼就看不到了，这样铜网就可以达到所谓的“透明”。

UniBoss使用卷对卷(Roll-to-Roll) 的精密压印(Embossing)工艺。

卷对卷(Roll-to-Roll)生产工艺，即卷带式生产方法，近似于印刷报纸，相对于传统批量单张式生产方式(Sheet-to-Sheet)，生产速度更快，流程更少，节省劳动力，因此成本更低。但需要材料比较柔软，已应用于RFID设备和太阳能薄膜电池等的生产上。康宁的柔性Willow玻璃，也采用卷对卷(Roll-to-Roll)生产工艺。

精密压印(Embossing)，是将滚轮圆周表面上的特征形状直接压印在软板的表面，由于只印在需要的地方，因此不会造成原料的浪费。

UniBoss技术，就是用卷对卷的生产方式将触摸电路以5微米线宽的网状图案压印到薄膜上，然后借助特殊的催化墨水将铜沉积到电路薄膜上。技术的难度，一是如何实现制作的工艺，二是如何确保制作过程的成品率，和最终产品的可靠性和寿命。

1.1、UniBoss技术的优势：

①铜相对于ITO 易采购、成本低、易加工。

②铜的化学稳定性更强，所以有更好的耐用性。

③铜的导电性比ITO好很多，铜网状图案方式与ITO薄膜相比，可将电阻值减小一位数以上，因此可以使电池有更长的待机时间。更重要的是，更适合应用在大尺寸触摸屏上。

④铜可以任意弯曲，虽然铜网在弯折时，网间隔会随之有所变大或变小，但电阻值变化不大。这种出色的可弯折性可应用于柔性触摸面板。

⑤公司声称UniBoss的卷对卷(Roll-to-Roll)工艺，可以在常温下操作，而且生产工艺从传统ITO的41道减少为低于10道工序，大大降低了成本，和缩短了供应链。

⑥精密压印(Embossing)方法，不会浪费材料，节约了成本。

⑦UniBoss薄膜可以切割成不同尺寸和形式。

1.2、商业化进程：

2012年2月，UniPixel公司和Texas Instruments签署备忘录，合作开发整合UniBoss传感器和Texas Instruments控制器的触摸模组。Texas Instruments是世界上最大的触摸控制芯片生产商之一。此外合作的触摸控制芯片生产商还包括Synaptics等。

2012年11月，UniPixel和N-trig合作，在 N-trig的DuoSense触摸笔和其他触摸输入技术上使用UniBoss薄膜，该公司声称已经做出整合UniBoss触屏薄膜和N-trig的DuoSense控制器的功能原型，表现比使用ITO薄膜在触摸灵敏度和笔的精度上有显著提升。

2012年12月，UniPixel公司和一家大型PC生产商签署授权协议，PC厂商提供资金来建设产能，但没有披露PC厂商的名字和协议细节。UniPixel公司计划每月生产100万平方英尺的UniBoss薄膜给这家厂商。UniPixel公司已经在2013Q1财报确认了来自这家PC厂商的第一笔500万美元收入。有传言这家大型PC厂商是DELL，但未经公司和DELL官方证实。

UniPixel公司CEO Reed Killion在2013Q1电话会议上表示，已经将50个初级测试样品寄给合作PC厂商。ODM厂商将生产出50个成品样品，然后单独或安装到NOTEBOOK上进行寿命，环境等的测试。ODM厂商大约需要4-6周的时间生产出样品，加速寿命测试大约需要20-60天，取决于他们如何测试。使用UniBoss的新款Notebook将在9月上市。

电话会议上，Killion同时表示公司已经和一家“生态系统”的公司签署了授权协议，同样没有披露名字和协议细节，但表示授权费用将用来建造另一条每月100万平方英尺的生产线。

Reed Killion表示，该公司这种商业模式，通过给合作伙伴优惠的价格和约定的产量来换得建造生产设备的资金，不会造成股权稀释或者产生债务，提升了股东价值。并且可以利用合作厂商的供应链，制造和运营的优势，让公司能够较快的提高产量，满足需求。

2013年4月，UniPixel公司和柯达签署了制造以及供应链协议，在柯达Rochester总部建造产能。但柯达表示并不是排它协议，这可以让柯达和其他公司签署类似的协议。初始投入2400万美元，包括建2个印刷生产线和15个电镀生产线。UniPixel公司表示，预计将在6月完成设备安装，7或8月完成调试。

2013年4月，UniPixel公司被邀请参加了在北京举行的英特尔与合作厂商关于触摸技术的会议。

Reed Killion在2013Q1电话会议上表示，已经达到每月6万平方英尺的产能，正在努力在6月底达到每月20万平方英尺，9月达到每月70万平方英尺，2014年1月达到每月130万平方英尺，2014年底达到每月1000万平方英尺的产能。

Reed Killion表示UniBoss产品的毛利率在50%左右。他在回答分析师提问时，曾表示”公司计划每月生产一百万平方英尺给这家厂商，生产一百万平方英尺大约花费我们1100万美元”。由此推算UniBoss产品售价每平方英尺大约在20美元左右。

如果UniBoss薄膜以每平方英尺20美元的价格出售，以IPHONE4的尺寸来计算，每部手机大约需要2美元，而根据MDB的研究报告，ITO大约在4.05美元。随着尺寸的增大，ITO的传感器成本会不断增加，因此越大的尺寸，UniBoss的成本优势越大。

2、金属网替代方案

Atmel也推出了利用铜网代替ITO的触摸传感器Xsense。Atmel是生产微控制器的厂商，Xsense的铜网技术是使用CIT的Fine Line Technology，CIT正是起诉UniPixel侵权的公司。

Xsense获得了2013年CES嵌入式技术类的创新奖。该公司表示，华硕的部分新款平板电脑将使用Xsense传感器。

Xsense和UniBoss不同的地方在于，CIT的技术在制作网格图案时，使用的是光刻法（Photolithography），光刻法是利用曝光和显影在光刻胶层上刻画几何图形结构，然后通过刻蚀工艺将光掩模上的图形转移到所衬底上。而UniBoss使用的是压印(Embossing)的方法，是直接压印出图案。UniPixel管理层表示，Embossing工艺只在需要的地方添加原料，而且需要的工序比光刻法少，因此成本更低。[!--empirenews.page--]

但由于原料PET价格较便宜，到底成本能低多少，由于ATML没有公布售价，所以无法得知。而且光刻法的工艺比较成熟，在半导体器件制造中应用广泛。答案需要等到产品真正商业化后，来解答。

3、富士

富士研发的触摸屏也采用金属网来代替ITO，但富士使用的是银。在PET薄膜上涂布卤化银层，直接曝光后显影并定影，然后利用银线制作网状图案。卤化银（silver halide）是摄影设备的感光材料，所以富士对其很熟悉。富士声称可以达到很低的电阻率，和ITO相似的透光率，而且成本很低。富士已经开始部分供货。

4、其他透明导电氧化物TCOs

由于铟较高的价格，其他TCOs的成本比ITO低，例如FTO和ZNO已应用于太阳能薄膜电池领域。

掺铝的ZNO是AZO， 掺镓的ZNO是GZO，具备了近似ITO的特性。但和ITO一样，电阻率相对较高，比较脆，不易弯曲。而且沉积方法和ITO相同，都不高效。

5、光学技术

光学技术是用LED光去检测触摸动作，因此不仅手指，手套，笔等都可以去操作，而且灵敏度较高，已应用于电子阅读器。但需要在屏幕周围设置凸起的遮光板来隐藏较厚的LED，因此应用于智能手机等的难度较大，而且目前的技术不能识别超过4个以上的触摸点。更大的可能是扩展在例如汽车，打印机等领域的应用。

Neonode公司声称，他们已经解决了凸起遮光板的问题，并接近实现5点触控，而且一家中国公司深圳威富集团将使用公司的技术生产智能手机和平板电脑，但效果如何，不得而知。

此外研发该技术的公司还包括瑞典的Flatfrog，Intel在去年给Flatfrog投资了2500万美元，研发主要用于教育，医疗，游戏等大型触摸屏技术，同时研发用于较小设备的可能。

6、导电性高分子材料

由于是塑料，所以相对于ITO，价格便宜很多，可弯曲，而且容易印刷。目前受关注度最高的是PEDOT：PSS材料，PEDOT：PSS的透光率较好，但电阻率相对较高，化学稳定性相对较差。因此，更有可能应用在低端商品领域，而不是显示器和触摸屏。Heraeus和Agfa公司是PEDOT：PSS材料领先的研发者，Heraeus在2012年finetech展会上，展示了和柯达共同制作的使用PEDOT：PSS材料的触控面板。

7、银纳米线

银的导电性能比铜还要好，而且可以弯曲，可以使用印刷工艺，比ITO便宜。只是随着银纳米线密度的提高，即所含银纳米线数量的增加，虽然导电性会提升，但雾度也随之增加。

LG去年推出的23英寸触屏一体机V325，已经采用了Cambrios公司研发的ClearOhm银纳米线涂层材料。

Cambrios和LG表示，ClearOhm银纳米线涂层材料，相对于ITO，原料更便宜，使用卷对卷工艺，生产成本更低，导电性能更高，可弯曲，能够使触屏面板更轻，更薄。

此外主要研发银纳米线的还有Carestream公司。

8、碳纳米管（CNT）

研发CNT的主要公司有Unidym，Eikos和Canatu，Unidym公司曾和三星展开合作，在e-paper和LCD上演示过产品。

碳纳米管发现于1991年，随后引起了物理科学和材料科学界的极大关注，由于身具各种优异性质，例如硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性；强度比同体积钢的强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7；出色的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。

碳纳米管最大的问题是难以实现批量的生产，自身性质太丰富，手性角变化一下就是一种不同的碳纳米管，而且可以在金属性和半导体性之间变换。烧一堆样品出来里面各种性质的纳米管都可能存在，甚至连非管状碳纳米材料都有，所以迟迟没有得到广泛应用。

9、石墨烯

石墨烯，2004年才被首次发现。石墨烯即为“单层石墨片”， 就是一层石墨（六角型排列的碳原子），是构成石墨的基本结构单元，而碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的圆筒结构。碳纳米管是碳的一维晶体结构，而石墨烯仅由单碳原子层构成，是真正意义上的二维晶体结构。石墨烯结构比碳纳米管简单许多，而且非常稳定，同时具有比碳纳米管更优异的特性。

石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，也是强度最大的材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。导热系数高达5300 W/m·K，高于碳纳米管和金刚石。常温下其电子迁移率超过15000 cm2/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6 ·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。

石墨烯的问题在于，被发现时间不长，还未被完全的理解，还不成熟，而且价格昂贵，真正商业化还需要一段时间，三星已经在研发以石墨烯为材料的触摸屏。