柔性電子崛起的產(chǎn)業(yè)趨勢已日趨明朗，柔性顯示器、柔性照明、柔性太陽能電池、柔性傳感器等產(chǎn)品已經(jīng)逐漸從實(shí)驗(yàn)室走向市場。在這產(chǎn)業(yè)趨勢之下，具有可撓性、高光穿透度、高導(dǎo)電度的軟性透明導(dǎo)電膜是許多柔性光電產(chǎn)品的基礎(chǔ)。因此，柔性透明導(dǎo)電膜將會(huì)成為柔性光電產(chǎn)品的戰(zhàn)略性材料。

本文從透明導(dǎo)電膜的特性探討具潛力的柔性透明導(dǎo)電膜技術(shù)，闡述各技術(shù)發(fā)展現(xiàn)況，并從材料特性、量產(chǎn)技術(shù)與商品產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展分析各種技術(shù)的發(fā)展趨勢。期盼在柔性電子崛起之際，產(chǎn)業(yè)能夠在材料、制程、設(shè)備有所布局，掌握柔性電子的龐大商機(jī)。

透明導(dǎo)電膜為光電產(chǎn)品基礎(chǔ)

光電產(chǎn)品都需要光的穿透與電的傳導(dǎo)，因此透明導(dǎo)電膜是光電產(chǎn)品的基礎(chǔ)，平面顯示器、觸控面板、太陽能電池、電子紙、OLED照明等光電產(chǎn)品都須要用到透明導(dǎo)電膜。

市調(diào)機(jī)構(gòu)Research and Markets 2017年發(fā)布的市場調(diào)查指出，預(yù)估全球透明導(dǎo)電膜的市場從2017到2026年平均年成長率超過9%，不管是從光電產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈或是市場規(guī)模來評(píng)量， 透明導(dǎo)電膜都是光電產(chǎn)業(yè)不可忽視的重要材料。

「透明度」與「導(dǎo)電度」在物理上是兩個(gè)互相掣肘的特性，「透明度」代表可見光可以穿透介質(zhì)的多寡，而「導(dǎo)電度」代表介質(zhì)傳導(dǎo)載子(Carrier，包括電子與電洞)的多寡，與載子濃度有關(guān)。

在光學(xué)性質(zhì)上，載子可視為處于一種電漿狀態(tài)，與光的交互作用很強(qiáng)，當(dāng)入射光的頻率小于材料載子之電漿頻率(Plasma Frequency)時(shí)，入射光會(huì)被反射，因此，材料的載子電漿頻率在光譜的位置是可見光波段(380nm~ 760nm)是否能夠穿透的決定因素。

一般金屬薄膜的電漿頻率在紫外光區(qū)，所以可見光無法穿透金屬，這是金屬在可見光區(qū)呈現(xiàn)不透明光學(xué)性質(zhì)的原因，而金屬氧化物的電漿頻率落在紅外光區(qū)，因此可見光區(qū)的光線可以透過金屬氧化物，呈現(xiàn)透明狀態(tài)。

但是，金屬氧化物能隙(Energy Band Gap)太大，載子的濃度有限，導(dǎo)致金屬氧化物的導(dǎo)電度很差。 從材料的物理特性來看，「透明度」與「導(dǎo)電度」是難以兩全的特性，開發(fā)一個(gè)同時(shí)具有高導(dǎo)電度與高光穿透率的材料相對(duì)困難。

降低金屬材料厚度是增加光線穿透度的一個(gè)方法，惟金屬薄膜厚度太薄，加工不易，例如以蒸鍍方式成膜會(huì)形成島狀不連續(xù)的生長；另一方面也因?yàn)槟ず褫^薄，在空氣中容易有氧化的現(xiàn)象產(chǎn)生，造成電阻值劇變，薄膜穩(wěn)定性差，不利于后續(xù)加工應(yīng)用。

提升金屬氧化物的載子濃度以增加其導(dǎo)電度是透明導(dǎo)電膜的另一個(gè)方向。氧化物材料穩(wěn)定，薄膜成膜性佳。 可以利用摻雜(Doping)或是制造缺陷增加載子的濃度來提高導(dǎo)電度，是透明導(dǎo)電膜的理想材料。

如摻雜的氧化錫、氧化鋅等都具有高透明、高導(dǎo)電的特性，其中又以氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ITO)應(yīng)用最為廣泛。ITO導(dǎo)電度佳，可見光透光率高，同時(shí)成膜技術(shù)與后續(xù)蝕刻圖案化制程都成熟可靠，是目前透明導(dǎo)電膜主要的材料。

ITO透明導(dǎo)電膜雖然應(yīng)用非常廣泛，但I(xiàn)TO屬于脆性的陶瓷材料，容易受力脆裂。

從柔性電子對(duì)可撓性的功能需求來看，受力彎曲碎裂的特性使ITO在柔性電子組件應(yīng)用上碰到瓶頸，具有可撓特性，取代ITO透明導(dǎo)電膜的產(chǎn)品必是未來柔性光電產(chǎn)品的基礎(chǔ)材料，是柔性光電產(chǎn)品的戰(zhàn)略物資。

柔性透明導(dǎo)電膜需求上揚(yáng)，制造材料多元化

近年來，柔性電子產(chǎn)品已逐漸商品化，柔性顯示器、柔性照明到柔性傳感器、柔性太陽能電池等技術(shù)發(fā)展日新月異，這些柔性產(chǎn)品都促使軟性透明導(dǎo)電膜的需求日益殷切。

依據(jù)Touch Display Research 2015年的報(bào)告，非ITO透明導(dǎo)電膜之市場需求將逐漸地上升(圖1)。

圖1 Touch Display Research預(yù)測非ITO透明導(dǎo)電膜市場規(guī)模

預(yù)計(jì)2018年，取代ITO的透明導(dǎo)電膜市場高達(dá)40億美元的產(chǎn)值；到2022年時(shí)，將超過百億美元。

如此龐大的市場規(guī)模主要來自柔性觸控、柔性顯示器、柔性太陽能電池與其他柔性電子組件在未來幾年蓬勃發(fā)展，造成市場對(duì)柔性透明導(dǎo)電膜需求的結(jié)果。

雖然學(xué)理上一種材料同時(shí)具有高光穿透率、高導(dǎo)電率與可撓曲特性比較困難，但透過材料設(shè)計(jì)如金屬薄膜、氧化物/薄金屬/氧化物(Dielectric/thin Metal/Dielectric, DMD)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、 摻雜具共軛鍵的有機(jī)導(dǎo)電高分子(Organic Conductive Polymer)；具導(dǎo)電性的導(dǎo)電碳材如石墨烯(Graphene)、奈米碳管(Carbon Nanotube, CNT)；或是設(shè)計(jì)肉眼看不到網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)如金屬網(wǎng)格( Metal Mesh)、金屬網(wǎng)絡(luò)(Metal Web)，都可制成軟性透明導(dǎo)電膜(圖2)。

圖2 各種具潛力之軟性透明導(dǎo)電膜技術(shù)

以下就回顧這些技術(shù)目前的研發(fā)成果。

金屬薄膜

降低金屬材料厚度可以增加光線的穿透度，但是金屬薄膜厚度太薄時(shí)，材料穩(wěn)定性差，容易氧化，造成電阻值劇變。

日本TDK以薄銀合金來取代銀金屬，并且以上下保護(hù)層來克服金屬薄膜穩(wěn)定性問題。

如圖3所示，獨(dú)特的Ag-Stacked Film在9 Ω/sq的電阻下仍有高達(dá)90%的穿透率。

圖3 TDK可撓性質(zhì)的銀合金軟性透明導(dǎo)電膜結(jié)構(gòu)

降低氧化物的厚度到奈米等級(jí)可改善氧化物的脆性，然而厚度降低必然也會(huì)降低導(dǎo)電度，將導(dǎo)電度極佳的金屬薄膜夾到氧化物中，就有機(jī)會(huì)在一定的可撓度下，維持可應(yīng)用的光穿透率與導(dǎo)電度。DMD結(jié)構(gòu)材料尚包括ZnS/Ag/WO3；MoOx/Au/MoOx。

這些DMD結(jié)構(gòu)特別適用于需要能階匹配的組件，如迭層結(jié)構(gòu)的OLED與太陽能電池，可藉由氧化物的選擇做能階匹配，以增加組件光電轉(zhuǎn)換效率。

金屬薄膜與DMD結(jié)構(gòu)都需要復(fù)雜的真空制程，制造成本比ITO來得高，比較適用于高附加價(jià)值的光電產(chǎn)品。

導(dǎo)電高分子

具共軛鍵的高分子材料，電子在π鍵結(jié)受到的束縛較小，在適當(dāng)?shù)膿诫s下可以增加載子的濃度，成為導(dǎo)電高分子。

具可撓特性的導(dǎo)電高分子薄膜是采用涂布方式成膜，加工成本低廉，是軟性透明導(dǎo)電膜理想的材料。

摻雜樟腦磺酸(Camphorsulfonic Acid, CSA)的聚苯胺(Polyaniline, PANI)、采用微乳膠聚合法制成奈米球聚吡咯(Polypyrrole, PPY)、摻雜AuCl3的聚3-己基噻吩(Poly(3 -hexylthiophene, P3HT)與摻雜聚苯乙烯磺酸(Polystyrene Sulfonate, PSS)的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), PEDOT) 都可以形成柔性透明導(dǎo)電膜，其中已經(jīng)商品化的PEDOT:PSS材料在透明導(dǎo)電膜的應(yīng)用研究最為廣泛。

經(jīng)過添加二甲基亞(Dimethyl Sulfoxide, DMSO)與含氟接口活性劑修飾的PEDOT:PSS，Vosgueritchian研發(fā)出46Ω/sq的電阻，82%的穿透率的軟性透明導(dǎo)電膜。

另外，也有以甲磺酸(Methanesulfonic Acid, MSA)處理的方式，例如有學(xué)者發(fā)表在50Ω/sq的電阻之下，92%光穿透率的膜層制作技術(shù)；或是控制PEDOT:PSS分子的排列研制出創(chuàng)記錄的17Ω/sq， 穿透率高達(dá)97.2%的膜層。

導(dǎo)電高分子透明導(dǎo)電膜是以涂布方式成膜，具有生產(chǎn)成本的優(yōu)勢，只是導(dǎo)電高分子材料的穩(wěn)定性較差，在UV照射下，共軛鍵結(jié)容易斷裂產(chǎn)生自由基導(dǎo)致材料不可逆的破壞，使導(dǎo)電度下降。

此外，摻雜材料一般為帶電的離子，容易吸收水分造成導(dǎo)電薄膜的電阻變異。 雖然目前有許多增加導(dǎo)電性高分子穩(wěn)定性方法在開發(fā)中，但目前仍無法實(shí)際取代ITO的應(yīng)用。

導(dǎo)電性碳材

碳是多采多姿的材料，碳的同素異形體可以有極佳的絕緣特性如鉆石膜，也可以有極佳的導(dǎo)電特性如石墨烯，端視碳的鍵結(jié)而異。

導(dǎo)電性的碳材有石墨、奈米碳管(Carbon Nanotube, CNT)與石墨烯等(Graphene)。

其中奈米碳管、石墨烯具有一定的導(dǎo)電度，小于可見光波長的奈米級(jí)尺度結(jié)構(gòu)，能夠有高光穿透度與可撓的特性，具有應(yīng)用于柔性透明導(dǎo)電膜的潛力。

奈米碳管

奈米碳管是由碳原子組成的管狀結(jié)構(gòu)材料，有單層壁(Single Wall CNT, SWCNT)與多層壁結(jié)構(gòu)(Multi-wall CNT, MWCNT)，奈米碳管經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理或是摻雜可以使奈米碳管具有高導(dǎo)電特性。

應(yīng)用這些纖維狀、具有導(dǎo)電性的奈米碳管交錯(cuò)搭接即可形成導(dǎo)電的網(wǎng)絡(luò)。

有學(xué)者以干式轉(zhuǎn)移法，直接轉(zhuǎn)移高溫成長高質(zhì)量的SWCNT到柔性基板形成在110Ω/sq下，光穿透率達(dá)90%的導(dǎo)電膜。

若以較低成本的涂布法形成透明導(dǎo)電膜，則就比較難達(dá)到直接轉(zhuǎn)移法的光電特性，這是因?yàn)镃NT間凡德瓦力強(qiáng)，在液體中容易形成聚集成CNT捆束(Bundle)，要制成可涂布的懸浮液須要在液體中加入一些使CNT均勻分散的添加劑， 這些添加劑會(huì)影響膜的光電特性。

以非離子型界面活性劑為分散劑，學(xué)者Woong利用旋轉(zhuǎn)涂布法制得59Ω/sq下，光穿透率達(dá)71%之薄膜；另一學(xué)者Kim則以羥丙基纖維素(Hydroxypropylcellulose)混和SWCNT調(diào)制成刮刀涂布漿料， 涂布后再經(jīng)過脈沖光后處理，制得柔性透明導(dǎo)電膜，在68Ω/sq時(shí)，光穿透率達(dá)89%。

圖4為適用于工業(yè)生產(chǎn)柔性CNT透明導(dǎo)電膜制程示意圖，其中，墨水分散、涂布成膜與后處理是CNT透明導(dǎo)電膜產(chǎn)業(yè)化的三大關(guān)鍵技術(shù)。

圖4 軟性CNT透明導(dǎo)電膜制程示意圖

石墨烯

石墨烯是本世紀(jì)最受矚目的材料之一，從2004年蓋姆(Andre Geim)與諾沃謝洛夫(Konstantin Novoselov)成功地從高定向熱解石墨分離出單層石墨烯材料后，石墨烯便以其二維特殊結(jié)構(gòu)的高導(dǎo)電度特性受到矚目， 透明導(dǎo)電膜的應(yīng)用自然成為研究開發(fā)的項(xiàng)目。

與CNT相類似，直接干式轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜與調(diào)制成墨水涂布是兩個(gè)透明導(dǎo)電膜成膜的方法。

利用高溫CVD制程與適當(dāng)?shù)膿诫s可以制出在150Ω/sq時(shí)，光穿透率達(dá)87%的石墨烯透明導(dǎo)電膜，惟高分子的柔性基板無法承受CVD高溫制程。

日本Sony開發(fā)轉(zhuǎn)移法來克服此問題，利用在銅箔基板上成長高質(zhì)量石墨烯，再轉(zhuǎn)移到PET薄膜上，然后將銅溶解掉而得到柔性石墨烯透明導(dǎo)電膜(圖5)。 只是這種連續(xù)轉(zhuǎn)移制程的成本高，產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)比較復(fù)雜困難。

圖5 SONY運(yùn)用開發(fā)轉(zhuǎn)移法制作軟性石墨烯透明導(dǎo)電膜

石墨烯涂布制程與CNT相似，都是墨水調(diào)制、涂布成膜、除去添加物與后處理。 由于石墨烯片狀結(jié)構(gòu)，因凡德瓦力造成的聚集比CNT更嚴(yán)重，使得石墨烯在液體中分散比CNT更困難。

因此石墨烯的分散技術(shù)開發(fā)，是柔性石墨烯透明導(dǎo)電膜制程中的關(guān)鍵。

研究人員利用石墨懸浮液直接轉(zhuǎn)移分散到水/酒精溶液中，剝離石墨烯，制得石墨烯墨水(圖6)，是避開石墨烯分散困難的方法。

圖6 石墨液相剝離法制作可涂布的石墨烯墨水

此外、氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)因?yàn)榫哂休^多的極性氧鍵結(jié)，比較容易制成穩(wěn)定的墨水，有助于涂布成膜制程，只是氧化石墨烯在涂布后尚需將其還原成導(dǎo)電石墨烯薄膜，較溫和的還原制程則仍在開發(fā)中。

金屬網(wǎng)(Metal Network)

人眼對(duì)于線條的鑒別度約在6um左右，因此線徑小于6um金屬網(wǎng)可布成裸眼看不到金屬線的透明導(dǎo)電膜。 由于金屬的導(dǎo)電性極佳，只要少量的金屬材料即可布成高導(dǎo)電薄膜，是極具潛力的技術(shù)。

金屬網(wǎng)薄膜可以利用蝕刻、網(wǎng)印形成圖案可控制的金屬網(wǎng)格(Metal Mesh)，也可以利用金屬粒聚集或是奈米金屬線交織成圖案不定型的金屬網(wǎng)絡(luò)(Metal Web)。

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。

或是利用精密網(wǎng)印(Direct 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。 印刷法制程最大的挑戰(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)奈米金屬極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%。

圖7 雷射燒結(jié)之銅金屬網(wǎng)格與銀金屬網(wǎng)格

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)。

圖8 奈米銀線成膜時(shí)自動(dòng)聚集成網(wǎng)絡(luò)而成透明導(dǎo)電膜

圖9 美國Cima Nano Tech以奈米銀自動(dòng)聚集成金屬網(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)電度極佳的透明導(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。

圖10 奈米銀線搭接交錯(cuò)的金屬網(wǎng)絡(luò)

圖11 可撓度極佳的軟性奈米銀線透明導(dǎo)電膜與觸控面板的展示

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

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)電膜最重要的光電特性，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。

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。

圖12 以面電阻與光穿透度來做評(píng)價(jià)各種軟性透明導(dǎo)電膜技術(shù)

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，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)電特性極佳，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)備與制造成本最高。

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)可以再簡化圖案化設(shè)備投資，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)備與制造成本最具競爭力的技術(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)展最快的技術(shù)；奈米銀線觸控面板在許多專業(yè)顯示器展覽有多家專業(yè)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。

圖13 各種軟性透明導(dǎo)電膜目前商品產(chǎn)業(yè)化之進(jìn)展

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)電膜最具競爭力。 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，唯一有待加強(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)最后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)。