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主题:ITO薄膜替代技术及材料的发展现状

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ITO薄膜替代技术及材料的发展现状  发帖心情 Post By:2014-9-15 13:20:16 [只看该作者]

 ■北京大学信息科学技术学院教授段晓辉

    ITO,即掺锡氧化铟(IndiumTinOxide)。它是液晶显示器(LCD)、等离子显示器(PDP)、电致发光显示器(EL/OLED)、触摸屏(TouchPanel)、太阳能电池以及其他电子仪表的透明电极最常用的薄膜材料。

    未来移动终端、可穿戴设备、智能家电等产品,对触摸面板的有着强劲需求,同时随着触控面板大尺寸化、低价化,以及传统ITO薄膜不能用于可弯曲应用,导电性及透光率等本质问题不易克服等因素,众面板厂商纷纷开始研究ITO的替代品,包括纳米银线、金属网格、纳米碳管以及石墨烯等材料。

    新材料技术应用可以从智能手机的常用面板尺寸一路延伸到20英寸以上的设备,而且其阻值,延伸性,弯曲性均优于ITO薄膜。虽然,新材料技术在短时间内无法全面取代ITO薄膜,但是新材料技术有着巨大的优势,而且从市场反应上来看,应用新材料技术生产的薄膜产品所占的比重在逐年提高。目前,石墨烯扔处于研发阶段,距离量产还有很远的距离。纳米碳管工业化量产技术尚未完善,其制成的薄膜产品导电性还不能达到普通ITO薄膜的水平。因而,从技术发展与市场应用综合评价,金属网格与纳米银线技术将是近期新兴触控技术的两大主角。

    金属网格(MetalMesh)技术利用银,铜等金属材料或者氧化物等易于得到且价格低廉的原料,在PET等塑胶薄膜上压制所形成的导电金属网格图案。其理论的最低电阻值可达到0.1欧姆/平方英寸,而且就有良好的电磁干扰屏蔽效果。但是受限于印刷制作的工艺水平,其所制得的触控感测器图样的金属线宽较粗,通常大于5um,这样会导致在高像素下(通常大于200ppi)莫瑞干涉波纹非常明显。莫瑞干涉指数码产品显示屏中像素,光学膜片以及触控导电的金属图案,在水平和垂直方向上,规则对齐的像素和物体的精细规则图案重叠式稍有偏差,则会出现的干扰波纹图案。由于莫瑞干涉的存在,金属网格技术制成的薄膜产品不适用在高分辨率智能手机,平板电脑等高分辨率的产品上,仅仅适用于观测距离较远的显示器屏幕,例如台式一体机器,笔记本电脑,智能电视等。

    如果薄膜中金属网格图样的线宽能够大幅度下降,则能有效的降低金属网格技术中的莫瑞干涉的问题,特别是如果金属网格图样的线宽下降到1um左右,则该技术制成的薄膜同样可以搭载在高分辨率的智能设备上。目前韩国三星公司利用微细线宽和图样化(Patterning)技术,将金属网格图样的线宽由原来的5um~6um,缩减到3um左右。然而,欲将线宽大幅缩减并非易事,传统的压制印刷工艺无法满足要求,需要采用黄光制程工艺,制作成本会大幅增加,而且会浪费原材料;过细的金属线宽易在外力挤压时断裂;网格的阻值升高,对下游的控制IC芯片提出更高的灵敏度要求。因此,目前金属网格技术如何在降低成本的同时,满足多场景的下游应用是一个难点,还需整个产业链进一步发展完善才行。

    纳米银线(SNW,silvernanowire)技术,是将纳米银线墨水材料涂抹在塑胶或者玻璃基板上,然后利用镭射光刻技术,刻画制成具有纳米级别银线导电网络图案的透明的导电薄膜。由于其特殊的制成物理机制,纳米银线的线宽的直径非常小,约为50nm,远小于1um,因而不存在莫瑞干涉的问题,可以应用在各种尺寸的显示屏幕上。另外,由于线宽较小,银线技术制成的导电薄膜相比于金属网格技术制成的薄膜可以达到更高的透光率,例如3M公司采用微印压法制成的薄膜产品可以达到89%透光率。再次,纳米银线薄膜相比于金属网格薄膜具有较小的弯曲半径,且在弯曲时电阻变化率较小,应用在具有曲面显示的设备,例如智能手表,手环等上的时候,更具有优势。

    在薄膜上,金属网格中可以反射可见光的金属线总体面积不大;而纳米银线并非是网格状而是呈现不规则的分布,沾满整个玻璃基板表面。相比较而言,纳米银线薄膜会有更严重的漫反射,既雾度(Haze)问题。屏幕的雾度问题会导致在室外场景光线照射的情况下,屏幕反射光强烈,严重的时候会使得用户看不清屏幕。但是可以采用一些技术手段降低光漫射,解决雾度问题。例如日产化工公司开发出了在纳米银线薄膜上涂布可降低雾度的高折射率材料,有效将雾度值降低。另外,黑化纳米银线表面、减少反光强度、粗糙化纳米银线的表面等技术,也可以有效改善雾度的问题。

    金属网格技术因为采用普通的银,铜等金属材料或者氧化物等作为原始材料采用传统的印压法制作薄膜面板,其原材料和制作成本都很低,但是这样的产品却有不可克服的莫瑞干涉问题,应用受到限制。如果要降低金属网格中金属的线宽,需要更改制成工艺,成本会随之增加,而且会有易断线等问题。相比较金属网格技术,纳米银线技术采用的是成型的纳米银线墨水材料,这些纳米银线供应材料掌握在少数例如CambriosTechnologies公司手上,原材料的成本较高一些,但是制成工艺简单,采用印刷制程快速生产大面积的触控面板,整体的成本并不高,随着大规模的生产,成本会进一步的降低。

    因此,综合比较,纳米银线技术比金属网格技术更有优势。就目前市场而言,也已经分化出两大技术阵营。其中纳米银线阵营中,台湾面板供应商TPK公司是主打纳米银线技术的厂商,并且结合上游的纳米银线材料供应商CambriosTechnologies公司,以及生产工艺公司日本写真成立一家子公司,专注于拓展纳米银线技术的研发,应用和制造。TPK公司预计在2014第二季度实现纳米银线薄膜的量产出货。

    金属网格技术阵营则加入的公司较多,例如苏大维格和欧菲光,韩国三星等都由参与研发和制造。但是相比较于金属网格阵营,纳米银线阵营的各个公司都在也内属于龙头企业,业务专业能力强,上中下游产业链结合紧密。

    此外,据媒体报道,苹果(Apple)公司吸引大家关注的明星产品iWatch将采用TPK公司的纳米银线薄膜技术,证明了纳米银线产品确实具有明显的技术优势和产业链的稳定性。











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  发帖心情 Post By:2014-9-15 13:22:42 [只看该作者]

ITO取代材料的演进格局

  目前新取代材料技术尚处于前期投入阶段,单纯进行成本比较为期尚早。以产业经验来看,当产业投资聚集,技术、设备、制程能力得以改善,供应链资源充沛时,通常会带动成本的快速下滑。以LCD产品为例,虽然LCD较PDP更为复杂,但充沛的产业投资和供应链资源最终带来了巨大的成本下滑并最终全面战胜了PDP产品。

  与之相似,当下触控产品依旧以手机及平板电脑为主力应用市场,而基于ITO基础的传统触控产品技术已然成熟,供应极为充沛,且ITO面阻值亦可充分满足产品需求,对ITO取代材料技术的需求并不强烈。故而ITO取代材料尚未有实质成本优势可言,其未来的发展还将依赖可展现其独有优势的应用领域。

  以目前产业发展动态观察,针对新材料技术主要有两个利基市场。其一为触控笔电市场。尽管触控笔电市场需求尚面临挑战,但对薄膜架构的触控业者而言,在较大尺寸产品上,尤其笔电市场主力机型14英寸,15.6英寸产品上,触控感测线路的面阻值面临挑战,使得其难以与玻璃架构为基础的触控业者相抗衡。而金属网格和纳米银线技术的优良导电性能则有机会使得薄膜式触控架构产品在触控笔电甚至更大尺寸产品市场上取得突破。

  另外一个利基市场则是尚待崛起的可穿戴市场。谢忠利表示,尽管显示器件并非可穿戴市场的必然配置,然而针对配备显示器件的可穿戴设备而言,弯曲显示(Curved display)或者软性显示(Flexible Display)将会具备更佳的体验效果。

  传统的ITO触控感测线路因其固有的脆性,容易因多次弯曲或较大幅度弯折而导致面阻值急剧上升,从而导致触控功能失效。而新材料技术则可凭籍其优良的导电性能和可挠性能而受益于可穿戴设备市场的崛起。

  因此,目前ITO取代材料技术多处于触控业者进行布局的产业投入时期,尚无成熟的产业链可言,成长动能更多依赖于相关业者的积极推广。但随着利基市场的逐步开启,将有机会带动ITO取代材料产业日益成熟,并最终于长期演进后呈现其产品优势。



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