柔性透明導(dǎo)電膜的產(chǎn)業(yè)研發(fā)成果

　　金屬網(wǎng)格（Metal Mesh）

　　蝕刻的銅金屬網(wǎng)格是一個(gè)成熟的產(chǎn)品，過去電漿顯示器（Plasma Display）就應(yīng)用銅金屬網(wǎng)格作電磁遮蔽（EMI）。

　　以傳統(tǒng)曝光、顯影、蝕刻等黃光制程的金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜已經(jīng)商品化，并且應(yīng)用到觸控面板產(chǎn)業(yè)。利用Cu2O／Cu／Cu2O結(jié)構(gòu)，學(xué)者Kim發(fā)表線寬7um、格距450um的金屬網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜，在電阻15．1Ω／sq時(shí)穿透率可達(dá)89％。

　　有別于黃光的蝕刻制程，直接在基板印制網(wǎng)格的制程更多樣。日本富士膠卷（Fujifilm）開發(fā)銀鹽曝光技術(shù)，首先在基板上面進(jìn)行溴化銀涂布，然后經(jīng)過曝光、洗銀等程序制出網(wǎng)格圖案，再以化學(xué)增厚制作銀金屬網(wǎng)格。

　　或是利用準(zhǔn)確網(wǎng)�。―irect Printing Technology，DPT）印制20um線寬的銀網(wǎng)，片電阻0．5～1．6Ω／sq，光穿透率達(dá)78％～88％。日本Komura－Tech以凹版轉(zhuǎn)印（Gravure Offset）印制達(dá)5um線寬的透明導(dǎo)電膜。

　　也有學(xué)者以噴墨印刷方式直接印出網(wǎng)格，面阻值達(dá)0．3Ω／sq。印刷法制程非常大的挑戰(zhàn)在于大面積范圍，印制5um以下的線寬頗具挑戰(zhàn)。

　　此外、不管用哪一種印刷法，奈米金屬漿料都要經(jīng)過燒結(jié)才能形成導(dǎo)電性佳的網(wǎng)格，高分子柔性基板耐熱能力差，燒結(jié)時(shí)奈米金屬較易氧化等都是須克服的問題。

　　雷射燒結(jié)可以同時(shí)達(dá)到網(wǎng)格圖案化與高溫?zé)Y(jié)的目的，可用銅奈米粒子雷射燒結(jié)，或以奈米銀粒子雷射燒結(jié)，分別制出銅金屬網(wǎng)格、與銀金屬網(wǎng)格如（圖7）。其中銀金屬網(wǎng)格之片電阻在30Ω／sq以下，光穿透率大于85％。

　　金屬網(wǎng)絡(luò)（Metal Web）

　　相對(duì)于經(jīng)過設(shè)計(jì)，并透過制程成形的金屬網(wǎng)格，自然形成的金屬網(wǎng)絡(luò)可省略圖案化制程，卻可以達(dá)到形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的目的。

　　利用懸浮液干燥時(shí)固體會(huì)聚集形成咖啡環(huán)（Coffee Ring）的效應(yīng)，適當(dāng)?shù)膽腋∫焊稍锍赡ず罂梢宰孕蚪M裝（Self Alignment）自然形成金屬網(wǎng)絡(luò)；利用奈米金屬線交錯(cuò)也可以形成導(dǎo)電金屬網(wǎng)絡(luò)，分述如下。

　　懸浮液干燥時(shí)固體會(huì)聚集形成環(huán)稱為咖啡環(huán)效應(yīng)，奈米銀經(jīng)過特殊的墨水設(shè)計(jì)，可以在液體揮發(fā)干燥后讓奈米銀自動(dòng)形成網(wǎng)絡(luò)，而省去印刷圖案化的制程。

　　學(xué)者Tokuno巧妙的利用氣泡破裂自動(dòng)形成奈米銀線聚集網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過燒結(jié)可以形成面電阻6．2Ω／sq，穿透度達(dá)84％的透明導(dǎo)電膜（圖8），美國(guó)Cima Nano Tech也利用類似的原理制作透明導(dǎo)電膜。圖9即為使用該公司開發(fā)特殊墨水形成的金屬網(wǎng)絡(luò)。

　　另一種金屬網(wǎng)絡(luò)是由奈米金屬線所組成，奈米金屬線非常纖細(xì)，肉眼無法察覺線的存在，奈米金屬線交織的金屬網(wǎng)絡(luò)，可形成導(dǎo)電度較佳的透明導(dǎo)電膜。

　　利用奈米金屬線的搭接形成的金屬網(wǎng)絡(luò)（圖10），制造工序更簡(jiǎn)單，成本更低廉。

　　以化學(xué)法合成奈米銅線，學(xué)者Guo發(fā)表在51．5Ω／sq下，光穿透度可達(dá)到93．1％的透明導(dǎo)電膜；銀的導(dǎo)電度比銅好，少量奈米銀線即可交織成高導(dǎo)電度，高穿透率的透明導(dǎo)電膜。

　　另名學(xué)者Jia發(fā)表電阻21Ω／sq，光穿透度達(dá)93％的軟性透明導(dǎo)電膜，其優(yōu)越的可撓性與觸控面板的展示如圖11所示。

　　大面積奈米銀線透明導(dǎo)電膜連續(xù)生產(chǎn)的技術(shù)已日臻成熟，研究人員以連續(xù)卷對(duì)卷的狹縫涂布（Slot－die Coating），制出400mm幅寬的柔性奈米銀線透明導(dǎo)電膜，面電阻30Ω／sq時(shí)，光穿透度可達(dá)90％。

　　惟奈米銀線高長(zhǎng)徑比的材料特性，使得涂布均勻度難以控制，因此開發(fā)能夠掌控均勻度的制程與設(shè)備是奈米銀線透明導(dǎo)電膜產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵之一。

　　柔性透明導(dǎo)電膜技術(shù)發(fā)展三大趨勢(shì)

　　綜觀以上幾種柔性透明導(dǎo)電膜技術(shù)發(fā)展，在可撓、光穿透、導(dǎo)電三大特性都有一定的開發(fā)成果，以下就從材料特性、量產(chǎn)制程、技術(shù)成熟度探討其未來發(fā)展。

　　材料特性

　　導(dǎo)電度與光穿透度是柔性透明導(dǎo)電膜重要的光電特性，高導(dǎo)電度下仍然能維持高光穿透度是產(chǎn)品發(fā)展的趨勢(shì)。

　　為比較前述幾種柔性透明導(dǎo)電膜技術(shù)，筆者以近幾年各研究單位發(fā)表的面電阻與光穿透度成果來評(píng)價(jià)各種柔性透明導(dǎo)電膜技術(shù)，如圖12所示。

　　由該圖可以發(fā)現(xiàn)，若以光穿透度大于80％為規(guī)格，在電阻大于100Ω／sq，上述各技術(shù)都能達(dá)到需求；但是到100Ω／sq以下時(shí)，石墨烯與奈米碳管就必須以真空法成長(zhǎng)，再以轉(zhuǎn)移技術(shù)成膜方能達(dá)到需求。

　　導(dǎo)電高分子與金屬網(wǎng)格、金屬網(wǎng)絡(luò)可以達(dá)到此規(guī)格，而10Ω／sq以下，就只有金屬網(wǎng)格與金屬網(wǎng)絡(luò)可以符合。其中奈米銀線網(wǎng)絡(luò)在100Ω／sq以下，甚至更低都能顯現(xiàn)出優(yōu)異的特性，這是由于銀的導(dǎo)電特性較佳，少量的奈米銀線即可達(dá)到低電阻與高穿透度的光電特性。

　　量產(chǎn)制程

　　量產(chǎn)制程的復(fù)雜度與軟性透明導(dǎo)電膜的成本息息相關(guān)，上述幾個(gè)柔性透明導(dǎo)電膜技術(shù)的量產(chǎn)制程解析如表1中所示，薄金屬膜與氧化物／金屬薄膜／氧化物都是真空鍍膜制程，設(shè)備與制造成本較高。

　　奈米碳管、石墨烯的干式轉(zhuǎn)移制程特殊，須要開發(fā)新的設(shè)備。蝕刻法的金屬網(wǎng)格雖然制程復(fù)雜，曝光、顯影、蝕刻、剝膜的黃光設(shè)備昂貴，但是制造技術(shù)成熟，銅網(wǎng)格透明導(dǎo)電膜目前已經(jīng)量產(chǎn)應(yīng)用到觸控面板產(chǎn)業(yè)。

　　印刷法的金屬網(wǎng)格將黃光圖案化的制程以印刷來取代，預(yù)計(jì)可以再簡(jiǎn)化圖案化設(shè)備投入資金，但是須增加低溫?zé)Y(jié)的制程與設(shè)備。自序組裝的金屬網(wǎng)絡(luò)又省略圖案化制程，其制造成本又比印刷金屬網(wǎng)格簡(jiǎn)單。

　　涂布型奈米碳管涂布成膜后須做摻雜處理，石墨烯在氧化石墨烯涂布成膜后須還原處理，設(shè)備與制造成本應(yīng)該與自序組裝的金屬網(wǎng)絡(luò)相近。奈米線搭接的金屬網(wǎng)絡(luò)與導(dǎo)電高分子利用涂布成膜設(shè)備即可制造生產(chǎn)，是設(shè)備與制造成本具競(jìng)爭(zhēng)力的技術(shù)。

　　商品產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

　　新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化是需要經(jīng)過材料開發(fā)、制程開發(fā)、量產(chǎn)開發(fā)的流程。這過程中「量產(chǎn)開發(fā)」是一個(gè)重要的關(guān)鍵，量產(chǎn)開發(fā)牽涉到材料、制程與設(shè)備的整合，也是新技術(shù)商品化的重要關(guān)鍵。

　　銅金屬網(wǎng)格的觸控面板已經(jīng)上市，是所有柔性透明導(dǎo)電膜技術(shù)中發(fā)展快的技術(shù)；奈米銀線觸控面板在許多有經(jīng)驗(yàn)顯示器展覽有多家有經(jīng)驗(yàn)觸控面板廠展示，也接近商品產(chǎn)業(yè)化。

　　導(dǎo)電高分子透明導(dǎo)電膜雖有多家膜廠展示產(chǎn)品，但實(shí)際應(yīng)用仍在開發(fā)模索中。以印刷、自組裝制程之金屬網(wǎng)絡(luò)在材料與制程部份已有些進(jìn)展，相關(guān)量產(chǎn)制程與設(shè)備則仍開發(fā)中。石墨烯在墨水材料與制程技術(shù)上尚處于開發(fā)階段。

　　從材料特性、量產(chǎn)制程與技術(shù)成熟度來看，奈米銀線透明導(dǎo)電膜具競(jìng)爭(zhēng)力。在光電特性上，橫跨數(shù)Ω／sq到百Ω／sq范圍都有優(yōu)異的光穿透度；低成本涂布成膜制程，加上從奈米銀線、墨水、柔性透明導(dǎo)電膜材到觸控面板應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)鏈完整，有待加強(qiáng)的是設(shè)備與制程的整合。

　　奈米銀線墨水是低黏度高長(zhǎng)徑比的特殊墨水，涂布成膜時(shí)均勻度不易控制，針對(duì)奈米銀線導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)開發(fā)特殊的涂布設(shè)備，是打開奈米銀線軟性透明導(dǎo)電膜生產(chǎn)瓶頸的一個(gè)關(guān)鍵。

　　光電商品由硬到軟，掌握關(guān)鍵性材料為發(fā)展契機(jī)

　　從1990年代開始以濺鍍方式制作透明導(dǎo)電膜，ITO便是透明導(dǎo)電膜的代名詞，然而、光電產(chǎn)品由小到大、由硬到軟的趨勢(shì)使ITO透明導(dǎo)電膜的特性逐漸無法滿足未來光電產(chǎn)品需求。

　　柔性透明導(dǎo)電膜在新材料發(fā)展下，奈米碳管、石墨烯、導(dǎo)電高分子應(yīng)用都有一定的進(jìn)展，惟各種技術(shù)在應(yīng)用到產(chǎn)品上市前仍有制程開發(fā)、設(shè)備整合等技術(shù)問題待克服。

　　除此之外，制造成本仍是各技術(shù)能夠勝出的重要因素。

　　本文從材料特性、制程難易度比較到商品產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展做整體概括性的整理與回顧，期待在光電產(chǎn)業(yè)商品化應(yīng)用從硬到軟的關(guān)鍵時(shí)刻，相關(guān)產(chǎn)業(yè)能夠掌握軟柔性電產(chǎn)品的戰(zhàn)略關(guān)鍵性材料，成為柔性透明導(dǎo)電膜的發(fā)展契機(jī)。