代替ITO的新材料及技术概诉课件

1、 唐甲 代替ITO的透明导电材料及技术2016.03.05新材料概述金属网栅纳米银石墨烯导电高分子目录 铟每公斤约800美元，ITO内含有约75wt%的铟，ITO颜色问题，易碎裂，在软性基材无法大角度及多次弯折，面电阻在50以下时光学性能衰退，大尺寸成本压力很大等均迫使业者不断尝试寻找价格可接受，能满足高透及高导电度的替代品。 一 新型透明导电材料概述 目前，石墨烯仍将处于长期研发阶段。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。导电聚合物价格低廉、制程简易、可挠性优异，但面阻和透过性能待完善，是全球众多业者研究的热点。从技术发展与市场应用综合评价，金

2、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。图1. ITO替代品阻抗与成本区间分布一 新型透明导电材料概述图2. 透明导电材料性能对比 Metal Mesh技术是利用银，铜等金属材料或者氧化物等易于得到且价格低廉的原料形成导电金属网格图案，受限于工艺因素目前主要被供应商设定为主攻11.6英寸以上、大尺寸触摸屏市场应用市场。二. 金属网栅MM工艺的关键问题： 如何控制网格精细度，同事避免网格线路过细产生断线！MM 制程难点： 由于印刷制作的工艺水平，所制得的金属线宽较粗，通常大于5um，导致在高像素下，莫瑞干涉波纹非常明显，使得金属网格技术制成的薄膜产品仅仅适用于观测距离较远的显示器屏幕

3、，例如台式一体机器，笔记本电脑，智能电视等。 若线宽能够大幅度下降，特别是能下降到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。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。二. 金属网栅 金属线若是采用上下交叠的正交规则结构，很容易形成光学干涉，也就是所谓的莫瑞纹（Moire pattern）.在高解析的显示器上更为显著。光学干涉的原因： 来自金属网的规则网格与下方面板pixel规则图案重叠； 网格的节点过粗造成的。因此使用金属网做Touch sensor时，通常会旋转一个角度来避免图案重叠，同时线径够细降低节点

4、过粗。二. 金属网栅1. 印刷制程：工序较少，且设备成本低，适合大量生产，但在控制线宽不精准。印刷/自催化电子线路技术 近年来厂商投入的都是卷对卷（ Roll to Roll）制程开发。在滚轮上预先雕刻出线路图案,PET膜上涂布具有自催化能力的油墨，输送过程中，滚轮在油墨上确定出细线位置，将非线路区油墨移去，然后将Cu沉积（无电镀Cu）在油墨之上形成线路，最后在Cu线路周围进行黑化处理，金属与PET之间的附着用3M胶带测试。二. 金属网栅直接网印技术 印刷油墨内含有许多粒径大小约为数百纳米的银颗粒形成导电油墨，透过精密遮罩，将线路直接成型，产品面阻约0.5，线宽约20um，透明度为70%-80

5、%，Gunze公司早在2009年用该方法制作透明电极膜。二. 金属网栅 光刻制程：设备成本高，工序多，但线宽控制精准，能更好的掌握光学品质，欧菲光1.5um线宽工艺已开发完成 (可搭配330ppi解析度LCM, 无Moire)。 日本Torry早在2013年就发表过线径为6um，间距100um，面阻约0.2透过率约80%的产品，它首先将厚度为1.5-2.5um的Cu溅射镀在PET薄膜上，再通过光刻，湿刻技术得到很精细的金属线路，金属Cu蚀刻技术在此部分扮演较重要的角色，需精准控制。二. 金属网栅第一层 Metal 线绝缘OCMetal Mesh 第二层Metal线 我司MM采用黄光制程：Cu黑

6、化、蚀刻后线宽5um，菱形网格。 结构简图如下：二. 金属网栅二. 金属网栅二. 金属网栅 金属网格最主要的优势在于成本低且导电性佳，但为了达到足透的光穿透率，在线细化过程中必须拿掉95%99%的触控感应面积，导致触控讯号降低20100倍，现今触控IC难以支持；其二，为了让眼睛看不到，金属线宽必须小于5um，使黄光制程或精密印刷技术费用高；此外，5um金属线不断裂、解决金属反射、材料氧化等问题都让金属网格技术备受考验，在解决以上难题时，成本也会随之增加，届时Metal Mesh是否还具备成本优势是厂商必须考量的问题。 三. 纳米银 相比之下，纳米银线在工艺制程上很有优势：除具有银优良的导电性之

7、外，由于纳米级别的尺寸效应,纳米银线技术制成的导电薄膜相比于金属网格技术薄膜有更高的透光率。被视为最有可能替代ITO透明电极的材料，为实现柔性、可弯折LED显示、触摸屏等提供了可能。三. 纳米银O-Film在TP上应用纳米银工艺制作流程：镭射工艺制程难点纳米银导电膜与银胶之间的搭配性，需保证搭接处的导电性和附着性。银胶印刷质量管控，需保证印刷厚度均匀性，无杂物、透空点等。Ag&NW同步镭射工艺调试，特别是大尺寸触摸屏涉及到多次拼接，需同时保证 外观和功能OK。三. 纳米银黄光工艺制程难点： 纳米银、干膜与蚀刻液三者之间的搭配性，需保证干膜与纳米银的附着性、解析度以 及蚀刻液对纳米银、干膜的蚀刻

8、性。 纳米银导电膜与银胶之间的搭配性，需保证搭接处的导电性和附着性。 自O-film三. 纳米银 Cima NanoTech公司开发的纳米银颗粒涂布技术SANTE,其专利核心是将含有纳米银粒子的有机乳液涂布到各类基底材料上（包括柔性和透明基底），数秒内自组形成透明导电网络，线宽约5um，该技术可采用低成本、适合大规模量产的湿法涂布、R2R工艺。四.导电高分子 所谓导电高分子是由具有共轭键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。它完全不同于由金属或碳粉末与高分子共混而制成的导电塑料。 通常导电高分子的结构特征是由有高分子链结构和与链非键合的一价阴离子或阳离子共同组成

9、。即在导电高分子结构中，除了具有高分子链外，还含有由“掺杂”而引入的一价对阴离子（p型掺杂）或对阳离子（n型掺杂）。 其本征态可能不导电，或者是半导体，但掺杂后成为半导体或导体。四.导电高分子导电聚合物的分类四.导电高分子 复合型导电聚合物由高分子和导电剂(导电填料)通过不同的复合工艺而构成的材料。 即是以普通的绝缘聚合物为主要基质（成型物质），并在其中掺入较大量的导电填料配制而成的。因此，无论在外观形式和制备方法方面，还是在导电机理方面，都与结构型导电聚合物完全不同。 目前用作复合型导电聚合物基体的主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、环氧树脂、丙烯酸酯树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯

10、、聚氨酯、聚酰亚胺、有机硅树脂等。此外，丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶和天然橡胶也常用作导电橡胶的基质。 碳 如 :炭黑、碳纤维、石墨 金属 如 :金属粉、金属纤维等 金属氧化物 如 :氧化铅、氧化锡基体材料导电填料复合型导电聚合物四.导电高分子 结构型导电聚合物又称本征型导电聚合物（intrinsically conducting polymer，简称ICP），是指高分子材料本身或经过少量掺杂处理而具有导电性能的材料，其电导率可达半导体甚至金属导体的范围。 依导电时载流子的种类，结构型导电聚合物主要分为： 离子型导电聚合物通常又叫高分子固体电解质（solid polymer electroly

11、tes，简称SPE），它们导电时的载流子主要是离子，例如：聚环氧乙烷、聚丁二酸乙二醇酯及聚乙二醇亚胺等。 电子型导电聚合物指的是以共轭高分子为结构主体的导电聚合物材料。 其载流子主要是电子（空穴）。如 : 共轭聚合物乙炔、金属螯合型聚合物聚酞菁铜及高分子电荷转移合物、聚苯胺、聚对苯硫醚、聚吡咯、噻吩、聚哇啉等电子导电体。结构型导电聚合物离子型电子型四.导电高分子 Heraeus公司研发的一种含有聚阴离子的替代型聚噻吩离子键聚合物复合物。 CleviosTM FE-T为即用型蓝色聚合物涂料，其主要成分为：聚（3、4-亚乙二氧基噻吩）-聚（苯乙烯磺酸），即PEDOT：PSS，并包含有机溶剂、添加剂

12、等。 属于本征结构型导电聚合物，具有导电性较高（可低至100/）、透明度高、化学稳定性好、已于加工制作图形等特点。 同时相较于ITO，该导电聚合物有如下优势：该材料属于液相材料，具有合适的粘度和固含量，可以采用多种涂布工艺成膜，容易使用；也可以通过黄光制程制作pattern。四.导电高分子CleviosTM FE-T不同膜厚下的透过率作为ITO替代材料，它有一个非常大的特点： ITO蚀刻原理是：蚀刻液与没有PR保护的ITO区域发生化学反应，未被PR保护的ITO即被蚀刻液从基底上“去除”。 四.导电高分子 该导电聚合物的蚀刻过程不同于ITO蚀刻，未被PR保护的区域与蚀刻液反应以后，其分子链或化学

13、键被打断，使其不具有导电功能，但该区域的导电聚合物仍然存在于基底上。可以将此过程理解为只“蚀”不“刻”。四.导电高分子 其独特的蚀刻原理带来的好处就在于：蚀刻后导电聚合物仍存在于基底，蚀刻与未蚀刻区域的光学差异不大，因此在Touch Panel上用该材料替代ITO，可以不用制作Index Matching。 四.导电高分子 该材料属于液相材料，具有合适的粘度和固含量，结合我司现有设备可以采用如下工艺制程制作TP Sensor Pattern。五.石墨烯 石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，其厚度为0.335nm，碳原子规整的排列于蜂窝状点阵结构单元之中。电子显微镜下观测的石墨烯片，其碳原子间距仅0.142nm。石墨烯一直被认为是假设性的结构，2004年英国曼彻斯特大学物理学家安德烈海姆和康斯坦丁诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，而证实它可以单独存在