浅析触控面板新透明导电膜材料发展

触控面板由早期的表面电容式、电阻式，到现在主流的投射电容式，其中的透明导电膜材料一直以氧化铟锡（IndiumTinOxide;ITO）为主。然而，铟的产量少、价格高，由材料的来源和成本来看，都有寻找替代材料的需要。因此从1980年代至今，ITO替代材料的开发不断持续中。此外，ITO这类的透明导电氧化物（TransparentConductingOxide;TCO），基本上是硬质材料，不耐变形或弯折。实验结果显示，在PET基材上的ITO膜受到拉伸时，如果延伸率达到3%左右，ITO膜层就会丧失原有的导电性（1）。凡是TCO材料，都有这个本质上的弱点。近年来随着可挠式显示器的兴起，有必要寻求耐弯折性更佳的透明导电膜材料，而且当面板尺寸继续增大时，ITO膜即将面临电阻无法再降低的瓶颈，这也促使相关业者和研发者更积极地开发非ITO的透明导电膜材料。

ITO替代问题的面面观

材料面

非ITO（或非TCO）的透明导电膜材料要用于触控面板，除了基本的片电阻和穿透率之外，还必须满足其他要求，例如稳定性、耐环境（高温、高湿等）、可图案化等。另外，它们必须能配合现有的生产线，不需大幅修改或增加设备。

产品规格面

投射电容式触控面板尺寸增大时，其透明导电膜（触摸传感器）所需的片电阻值越低，最后会低到目前以溅镀制作的ITO玻璃或ITOFilm很难达到的程度，这可能是使用非ITO透明导电膜的最大驱动力。分析如下：对于多点触控IC可接受的端子间电阻（R），电阻式要求小于50~100kΩ，投射电容式要求小于10~15kΩ。根据R=Rs（L/W）的公式，可由触摸传感器的长度（L）与宽度（W）算出不同尺寸之触控面板所需的透明导电膜片电阻（Rs），如表一所示。

多点触控面板所需的透明导电膜片电阻

ITO薄膜的低电阻化

①ITOFilm可以使用耐热性较好的塑胶基材，以便提高成膜温度，降低ITO薄膜的电阻率。目前已有这样的基材问世，例如透明的PI（Polyimide）等。③改进ITO膜层的退火制程。

新型透明导电膜材料

银与铜

奈米银

要将银做成目视感觉为透明的膜，第一个方式是将奈米银线与树脂之类的物质混合成涂布液，再以涂布或印刷的湿式化学法成膜，使奈米银线彼此重叠相连。第二个方式是利用奈米自组装（Self-assembly）技术，使奈米银颗粒连接成不规则的网状组织。此两种方式都能形成导电的二维网络，因为奈米线与奈米颗粒都非常细小且不是盖满整个膜面，结构中有很多透光的空隙，所以外观是透明的，穿透率也相当高。

银透明导电膜的图案化

Cambrios和Toray发表了“部分蚀刻”的技术，只将蚀刻区域内的奈米银线切断但不去除，这样银线仍存在但不导通，可以达到图案化的效果，视觉上也没有差异。另一种图案化的方法是直接印刷，日本Gunze推出的DPT（DirectPrintingTechnology）是将粒径数十到数百nm的银颗粒制成油墨（Ink），再以高精密网印形成线宽20μm、间隔300~1,000μm的方格网状银，在印刷时由方格网状银直接形成触摸传感器的图案，所以不需电镀蚀刻，且适用于R2R（Roll-to-Roll）制程。DPTFilm可以视需要印制不同形状的传感器，以单片或双片（重叠）的方式来使用。

　　ITO薄膜的低电阻化

①ITOFilm可以使用耐热性较好的塑胶基材，以便提高成膜温度，降低ITO薄膜的电阻率。目前已有这样的基材问世，例如透明的PI（Polyimide）等。③改进ITO膜层的退火制程。

新型透明导电膜材料

银与铜

奈米银

要将银做成目视感觉为透明的膜，第一个方式是将奈米银线与树脂之类的物质混合成涂布液，再以涂布或印刷的湿式化学法成膜，使奈米银线彼此重叠相连。第二个方式是利用奈米自组装（Self-assembly）技术，使奈米银颗粒连接成不规则的网状组织。此两种方式都能形成导电的二维网络，因为奈米线与奈米颗粒都非常细小且不是盖满整个膜面，结构中有很多透光的空隙，所以外观是透明的，穿透率也相当高。

银透明导电膜的图案化

Cambrios和Toray发表了“部分蚀刻”的技术，只将蚀刻区域内的奈米银线切断但不去除，这样银线仍存在但不导通，可以达到图案化的效果，视觉上也没有差异。另一种图案化的方法是直接印刷，日本Gunze推出的DPT（DirectPrintingTechnology）是将粒径数十到数百nm的银颗粒制成油墨（Ink），再以高精密网印形成线宽20μm、间隔300~1,000μm的方格网状银，在印刷时由方格网状银直接形成触摸传感器的图案，所以不需电镀蚀刻，且适用于R2R（Roll-to-Roll）制程。DPTFilm可以视需要印制不同形状的传感器，以单片或双片（重叠）的方式来使用。

导电高分子膜的“蚀刻”过程

石墨烯

从应用的观点来看，首先必须有一个能大量生产优质石墨烯的方法；以胶带重复剥离石墨（机械剥离法）虽然能得到迁移率最高的石墨烯，却无法用于量产。几种石墨烯制作方法的比较如表四所示，其中化学剥离法和CVD（ChemicalVaporDeposition）是较可能用于量产的。典型的化学剥离法为①将石墨单晶粉（石墨层间距离0.34nm）与酸混合搅拌，使石墨氧化，层间距离会增加到约1nm并具有亲水性；④将涂布液涂布在基材后烘干，视需要重复数次，最后在1,000?C还原，成为石墨烯薄膜。

至于CVD，通常是以高质量而平坦的铜或镍为基材，将原料气体CH4通入石英管状炉，在1,000?C左右的环境中进行，可以得到结晶性优良的石墨烯。如果基材非常薄（例如厚度只有25μm的铜箔）且具有良好的弯曲性，还可以用R2R技术卷取基材，大幅提升其量产性。以CVD制作石墨烯的技术进展相当快速，美国Bluestone已有对角线60英吋的展示品问世。[!--empirenews.page--]