近年來至以后,移動終端、可穿戴設備、智能家電等產品對觸摸面板的需求都很大。同時,隨著觸摸面板的大尺寸化、低成本化和傳統ITO薄膜不能用于彎曲應用、導電性和透光率等本質問題難以克服等因素,許多面板制造商開始研究ITO替代品,材料包含:納米銀線、金屬網格、納米碳管和石墨烯。
新材料技術的應用可以從智能手機常用的面板尺寸一路延伸到20寸以上的設備,其阻值、延展性和彎曲性都優于ITO薄膜。雖然新材料技術在短時間內不能完全取代ITO薄膜,但新材料技術具有巨大的優勢,應用新材料技術生產的薄膜產品在市場反應上的比重逐年增加。目前石墨烯投擲處于研發階段,距離大規模生產還有很長的距離。納米碳管工業化量產技術還不完善,制成的薄膜產品的導電性還不能達到普通ITO薄膜的水平。因此,從技術發展和市場應用的綜合評價來看,金屬網格和納米銀線技術將期新興觸摸技術的兩大主角。
金屬網(MetalMesh)技術利用銀、銅等金屬材料或氧化物等原料,在PET等塑料薄膜上壓制而成的導電金屬網圖案。其理論最低電阻值可達0.1歐姆/平方英寸,具有良好的電磁干擾屏蔽效果。但由于印刷工藝水平的限制,其觸控傳感器圖案的金屬線寬度較粗,通常大于5um,這將導致莫瑞干擾波紋在高像素下(通常大于200pi)非常明顯。莫瑞干涉指數碼產品顯示屏中的像素、光學膜和觸控導電的金屬圖案,在水平和垂直方向上,規則對齊的像素和物體的精細規則圖案重疊稍有偏差,就會出現干擾波紋圖案。由于莫瑞干涉的存在,金屬網技術制成的薄膜產品不適用于高分辨率智能手機、平板電腦等高分辨率產品,只適用于觀測距離的臺式電腦,如臺式電腦。
若膜中金屬網格圖案的線寬可以大幅度降低,則可以有效地減少金屬網格技術中莫瑞干涉的問題,尤其是如果膜中金屬網格圖案的線寬可以降低到1um左右,則該技術制成的膜也可以搭載在高分辨率的智能設備上。現在韓國三星公司利用微細線寬和圖案化技術,將金屬網格圖案的線寬從原來的5um~6um縮小到3um左右。但是,要想把線寬大幅縮小并不容易,傳統的壓印工藝不能滿足要求,需要采用黃光制程工藝,制作成本會大幅增加,而且會浪費原材料;過細的金屬線寬在外力擠壓時容易斷裂;網格的阻升高,對下游控制IC芯片提出更高的靈敏度要求。所以現在金屬網格技術如何在降低成本的同時,滿足多場景下游應用是一個難點,還需要整個產業鏈的進一步發展和完善。
納米銀線技術(SNW,silvernanowire)是將納米銀線墨水材料涂在塑料或玻璃基板上,然后利用激光光刻技術,描繪出具有納米級銀線導電網絡圖案的透明導電膜。由于其特殊的物理機制,納米銀線的線寬直徑非常小,約為50nm,遠小于1um,因此不存在莫瑞干涉的問題,可應用于各種尺寸的顯示屏。此外,由于線寬較小,銀線技術制成的導電膜與金屬網技術制成的薄膜相比,可以達到更高的透光率。例如,3M公司使用微印壓制成的薄膜產品可以達到89%的透光率。同時,納米銀線膜與金屬網膜相比,彎曲半徑小,彎曲時電阻變化率小,應用于曲面顯示設備,如智能手表、手環等。
在薄膜上,金屬網能反射可見光的金屬線整體面積并不大;納米銀線也不是網格,而是不規則分布,沾滿整個玻璃基板表面。相比之下,納米銀線膜會有更嚴重的漫反射,不僅僅是霧度。屏幕的霧度會導致戶外場景的強光反射,嚴重時會讓用戶看不清屏幕。但是可以采用一些技術手段來減少光漫射,解決霧度問題。比如日產化工公司開發了在納米銀線膜上涂布可以降低霧度的高折射材料,有效降低霧度值。此外,黑化納米銀線表面、降低反射強度、粗化納米銀線表面等技術也可以有效提高霧度。
由于采用普通的銀、銅等金屬材料或氧化物等原料,金屬網格技術采用傳統的印壓法制作薄膜面板,其原料和制作成本都很低,但這類產品存在著無法克服的莫瑞干涉問題,應用受到限制。若要降低金屬網格中的線寬,需要改變制造工藝,成本會隨之增加,而且容易斷線等問題。與金屬網格技術相比,納米銀線技術采用了成型的納米銀線墨水材料,這些納米銀線供應材料掌握在少數,如CambriosTechnologies公司手中,原料成本較高,但制造工藝簡單,采用印刷工藝快速生產大面積觸控面板,整體成本不高,隨著大規模生產,成本將進一步降低。
所以綜合比較,納米銀線技術比金屬網格技術更具優勢。就目前的市場而言,也分為兩大技術陣營。在納米銀線陣營中,臺灣面板供應商TPK是一家專注于納米銀線技術的制造商,結合上游納米銀線材料供應商CambriosTechnologies公司和生產工藝公司日本照片成立子公司,專注于拓展納米銀線技術的研發、應用和制造。TPK預計2014年第二季度實現納米銀線薄膜的大規模生產和交付。
而金屬網格技術陣營則加入了更多的公司,如蘇大維格、歐菲光、韓國三星等。但與金屬網格陣營相比,納米銀線陣營的各公司也都屬于龍頭企業,業務專業能力強,上下游產業鏈緊密結合。
另外,據媒體報道,蘋果(Apple)公司所關注的明星產品iWatch將采用TPK公司的納米銀線薄膜技術,證明納米銀線產品具有明顯的技術優勢和產業鏈穩定性。