金属网格/奈米银线崛起 ITO替代材料渐热

新一代的铟锡氧化物(ITO)取代材料在这一两年蔚为风潮，除了各种材料的涌现外，有些触控面板厂也已经开始导入这些材料，甚至是相关的新制程。表面上看起来或许是仅是新材料的取用，但实际上却有可能造成将来供应链的质变。新材料之所以会在这个时间点提出，并不单只是有新的材料竞争者想要加入赛局，而且也是因为ITO在一些应用上确实走到了极限。

突破ITO大尺寸应用挑战　低阻抗/可挠性材料受瞩目

除了液晶面板外，电阻式与投射式电容触控面板(Touch Module)应该是ITO最重要的应用。比较触控感测器(Touch Sensor)和显示面板之间的置放关系，有些是围绕着显示面板置放感应器(像是光学式或是声波式)；而有些是因为感应器不透明而必须放在显示面板之下(像是电磁感应式)；另外，有些则是放在显示面板之上，如外挂式的投射式电容就属于后者。正因为如此，投射式电容的感测器(也就是感应电极)必须看起来是透明的，否则就会影响下方显示面板的可视性。ITO就是以其兼具良好的透光性(Optical Transmission)和导电性而成为感测器材料。

日本是全世界重要的ITO靶材生产地，然而ITO材料中的铟(Indium)却必须仰赖中国大陆的生产。铟的产能与地球内剩馀储存量，一度成为ITO是否得以持续使用的攻防战重点，也显示出产业对新材料的期望；但是，至今仍然没有一个共识可以肯定铟产能会在短中期内出现短缺。在2014年7月初，铟的材料价格约在4,970元人民币左右，甚至高于同期间的银材料价格(4,295元人民币)。然而，在过去一年内，铟的价格其实起起伏伏、变动明显，如果真的短缺，价格应该一路攀升，显示高低起伏应该是意味着产能与市场之间的拉锯与调节。

外挂式投射式电容的透明电极，必须同时满足透光性和导电性两个条件。导电性在较大尺寸的触控区应用时更显得重要；表面阻抗值(Sheet Resistance)如果太高，除了感测电极功耗增加外，控制晶片有可能推起来更为费力，因而影响触控灵敏度。ITO本身是很好的导电材料，但是做为感测电极时必须先依附于薄膜或是玻璃上。在进行感测图形化(Sensor Patterning)制程之前，ITO通常以磁控溅镀(Magnetron Sputtering)方式沉积于薄膜(通常是PET材料)或是玻璃上。

欲得到较低阻抗值的方法，就是让ITO层的沉积厚度增加，但是厚度一增加却会影响透光性；另外，薄膜于溅镀过程中的耐受性较差，因此也无法取得较大的厚度；相对而言，玻璃的耐受性较好，自然阻抗值也可以降低，不过玻璃的厚重程度较差。

ITO薄膜目前主流规格约在150欧姆(Ω)/单位面积的阻抗值，对于10寸以下的触控区已经足够，但是到了笔记型电脑的尺寸或是20寸以上，就显得吃力；同时，当触控区成为曲面或是可挠式时，ITO的易脆性容易造成阻抗值急遽升高，阻抗稳定性将变得很差。

因此，要成为ITO取代材料的规格关键，其实就是能够解决上述的问题，包含具有高导电性，并且能够应用在任何基板与任何尺寸上；除了有低表面阻抗值外，也要能维持良好的透光性；再者，该材料最好能够具有可挠性，阻抗值与感测电极的稳定性可以适应非平面触控区。

先进制程加持　金属网格/奈米银线崛起

除了ITO与其他的无机透明导电氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)外，目前触控面板产业出现的取代材料约有五种：金属网格(Metal Mesh)、奈米银线(Sliver Nanowires)、奈米碳管(Carbon Nanotube)、导电高分子(Intrinsically Conductive Polymer)与石墨烯(Graphene)。前三者是目前已经有实际量产与出货的取代材料(表1)。

然而，从触控面板厂的选用与布局来看，金属网格与奈米银线拥有较多的支持者，特别是前者。这两种材料都是金属(银或是铜)，其导电性都比ITO更好，很容易在可接受的透光度下，轻易达到100欧姆、甚至50欧姆以下的表面阻抗值。金属并不像ITO本身就是透明材料，因此必须以网格状或是散乱的丝状来提高透光度，例如，假设在一个感测器的基板表面上，材料占有10%的面积，那么就会有90%的面积可供光线直接穿透基板，也就是说可以达到90%的透光度(如果基板的透光度忽略不计)。

金属网格与奈米银线在低表面阻抗值上有明显超越ITO的优势，但更重要的是两者均支援可挠性与非平面的触控区，而且不会有剧烈的阻抗值变化；而在大于30寸对角线的投射式电容触控区应用上，两者的表面阻抗值更为理想，特别是金属网格，其网格图桉具有一致性、连贯性与延伸性，因此在形成较大尺寸的感测图桉时，线路与图桉的均匀度比较容易控制。

相对而言，奈米银线目前的制程是先以湿式涂布(Wet Coating)于薄膜上，均匀度的控制尤其重要。不像金属网格的连贯性，每个奈米银线都是单独个体，导电性是透过银线之间的交错、重叠来达成，如果银线散布的均匀性不佳，那么阻抗值均匀度就会受影响，甚至断线。

另一方面，金属网格也有若干缺点，特别是反光与摩尔纹(Moire Effect)的问题。目前金属网格的单一线宽约在4微米(μm)左右，若太宽便须要在网格线表面做黑化(Blacking)处理，以减少反光，但这样又会造成显示面板在视觉上太黯澹的观看经验；此外，而摩尔纹效应的降低必须仰赖图桉设计(如菱形、蜂巢状与不规格形状)，并且与显示面板的参数(如Black Matrix与Pixel Pitch)进行协调。

不过，金属网格与奈米银线的缺点，并非是在原理上无法解决的问题，在未来都有机会透过制程的精进逐步克服。之所以让触控面板厂选择这些取代材料的原因，除了材料本身在关键规格的优异性外，制程也是一项重要因素。

以奈米银线来说，可以相容既有的低温黄光设备，因此触控面板厂在设备的投资与折旧摊提上会较为划算；而在前置的湿式涂布制程上，其材料浪费的程度也会比原先ITO溅镀方式来得好。

至于金属网格，部分厂商提出了「加法制程(Additive Process)」以取代「减法制程(Subtractive Process)」，后者最典型的例子就是雷射蚀刻(Laser Etching)和黄光制程。黄光制程是先将材料沉积到基板上，再透过精密的曝光、显影与去光阻等步骤，留下所要的感测图桉与线路(Traces)，并且蚀刻掉不要的材料。前者像是欧菲光、乐金(LG)Innotek的奈米压印(Imprinting)制程，利用滚轮压模将感测图桉与线路一次制作于基板上，不须要蚀刻掉材料。[!--empirenews.page--]

其他的加法制程还有工研院提出的凹版印刷(Gravure Printing)法，与UniPixel的电镀法(Metal Plating)。这些新一代的制程，要完全取代成熟的ITO供应链与黄光制程，还需要一些时间。

扩大应用/制程优势　新兴材料取代ITO可期

一般在判断新材料的导入机会时，最常用的标准普遍为材料成本，但是成本常常只是个结果，而不是导致的原因。以面板产业来看，相对于电浆技术，液晶面板的结构、组件实在过于复杂，自然成本应该要比较高；但是就供应链的充沛性、众多上下游厂商的投入，以及应用端市场的成长时机等因素下，液晶面板价格不断滑落，其所造成的影响，不只是消灭了电浆面板，目前还紧紧地压制住有机发光二极体(AMOLED)。

因此，上述ITO取代材料的规格优势仅是张入场券，在透过触控面板厂商的投入、制程的精进，并且能够在主流应用市场取得一席之地后，渗透率就会逐渐提升；接着，就会有更多的上下游厂商投入，致使成本不断下滑，使得新材料更具竞争力。

目前以ITO为基础的供应链与生态体系，其实相当充沛与稳固，而且对最大的应用端市场(中小尺寸的手机与平板电脑)来说，除非铟的价格飙升，否则ITO的王座并不是那么容易被挑战。

新材料的机会主要有两个方向：第一是规格特性，第二是领导厂商的投入。前者可从更大尺寸与非平面触控区的应用来切入，这两个利基点都是ITO表现不佳的地方，更能突显新材料的优势和价值；后者则是要依靠像是宸鸿、欧菲光等领导厂商，透过在制程的改进与成熟化后，将新材料导入主流的应用，提供给客户不同选择，并且逐渐建立其信心。