淺析觸控面板新透明導電膜材料發(fā)展

觸控面板由早期的表面電容式、電阻式，到現(xiàn)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（IndiumTinOxide;ITO）為主。然而，銦的產(chǎn)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(fā)不斷持續(xù)中。此外，ITO這類的透明導電氧化物（TransparentConductingOxide;TCO），基本上是硬質(zhì)材料，不耐變形或彎折。實驗結(jié)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(zhì)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(xù)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(yè)者和研發(fā)者更積極地開發(fā)非ITO的透明導電膜材料。

ITO替代問題的面面觀

材料面

非ITO（或非TCO）的透明導電膜材料要用于觸控面板，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(wěn)定性、耐環(huán)境（高溫、高濕等）、可圖案化等。另外，它們必須能配合現(xiàn)有的生產(chǎn)線，不需大幅修改或增加設備。

產(chǎn)品規(guī)格面

投射電容式觸控面板尺寸增大時，其透明導電膜（觸摸傳感器）所需的片電阻值越低，最后會低到目前以濺鍍制作的ITO玻璃或ITOFilm很難達到的程度，這可能是使用非ITO透明導電膜的最大驅(qū)動力。分析如下：對于多點觸控IC可接受的端子間電阻（R），電阻式要求小于50~100kΩ，投射電容式要求小于10~15kΩ。根據(jù)R=Rs（L/W）的公式，可由觸摸傳感器的長度（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。

多點觸控面板所需的透明導電膜片電阻

ITO薄膜的低電阻化

①ITOFilm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膜層的退火制程。

新型透明導電膜材料

銀與銅

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(zhì)混合成涂布液，再以涂布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(guī)則的網(wǎng)狀組織。此兩種方式都能形成導電的二維網(wǎng)絡，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(jié)構(gòu)中有很多透光的空隙，所以外觀是透明的，穿透率也相當高。

銀透明導電膜的圖案化

Cambrios和Toray發(fā)表了“部分蝕刻”的技術，只將蝕刻區(qū)域內(nèi)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（DirectPrintingTechnology）是將粒徑數(shù)十到數(shù)百nm的銀顆粒制成油墨（Ink），再以高精密網(wǎng)印形成線寬20μm、間隔300~1,000μm的方格網(wǎng)狀銀，在印刷時由方格網(wǎng)狀銀直接形成觸摸傳感器的圖案，所以不需電鍍蝕刻，且適用于R2R（Roll-to-Roll）制程。DPTFilm可以視需要印制不同形狀的傳感器，以單片或雙片（重疊）的方式來使用。

　　ITO薄膜的低電阻化

①ITOFilm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膜層的退火制程。

新型透明導電膜材料

銀與銅

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(zhì)混合成涂布液，再以涂布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(guī)則的網(wǎng)狀組織。此兩種方式都能形成導電的二維網(wǎng)絡，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(jié)構(gòu)中有很多透光的空隙，所以外觀是透明的，穿透率也相當高。

銀透明導電膜的圖案化

Cambrios和Toray發(fā)表了“部分蝕刻”的技術，只將蝕刻區(qū)域內(nèi)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（DirectPrintingTechnology）是將粒徑數(shù)十到數(shù)百nm的銀顆粒制成油墨（Ink），再以高精密網(wǎng)印形成線寬20μm、間隔300~1,000μm的方格網(wǎng)狀銀，在印刷時由方格網(wǎng)狀銀直接形成觸摸傳感器的圖案，所以不需電鍍蝕刻，且適用于R2R（Roll-to-Roll）制程。DPTFilm可以視需要印制不同形狀的傳感器，以單片或雙片（重疊）的方式來使用。

導電高分子膜的“蝕刻”過程

石墨烯

從應用的觀點來看，首先必須有一個能大量生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石墨烯的方法；以膠帶重復剝離石墨（機械剝離法）雖然能得到遷移率最高的石墨烯，卻無法用于量產(chǎn)。幾種石墨烯制作方法的比較如表四所示，其中化學剝離法和CVD（ChemicalVaporDeposition）是較可能用于量產(chǎn)的。典型的化學剝離法為①將石墨單晶粉（石墨層間距離0.34nm）與酸混合攪拌，使石墨氧化，層間距離會增加到約1nm并具有親水性；④將涂布液涂布在基材后烘干，視需要重復數(shù)次，最后在1,000?C還原，成為石墨烯薄膜。

至于CVD，通常是以高質(zhì)量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(huán)境中進行，可以得到結(jié)晶性優(yōu)良的石墨烯。如果基材非常?。ɡ绾穸戎挥?5μm的銅箔）且具有良好的彎曲性，還可以用R2R技術卷取基材，大幅提升其量產(chǎn)性。以CVD制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。[!--empirenews.page--]