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觸控ITO替代方案的明日之星

撰文/丁于珊    

近幾年來,智慧手機、平板電腦風靡全球,觸控已成為最自然的人機介面。各種技術當中,以電阻式及電容市占有大部分市場,電容式觸控更在2011年市占率超越電阻式觸控,而ITO(銦錫氧化物)透明導電感測材料的應用需求更因觸控面板火紅而跟著水漲船高,幾乎占盡電容式觸控所有市場。

事實上,透明導電膜市場商機龐大,且持續在成長當中,預計2015年可望達到50億美元的市場規模,其應用領域也非常廣,包括觸控螢幕、軟性顯示器、LCD面板OLED照明、太陽能電池等,而目前又以ITO獨佔此市場。

觸控應用拓展 ITO現瓶頸

然而,在觸控面板上,隨著Windows 8的發布,觸控應用朝向更多方面拓展,筆電、AIO、甚至大到數位看板也都加入觸控功能;加上近來智慧手錶等穿戴式裝置熱潮興起,讓可撓式觸控顯示器的需求不斷增加,這些中大尺寸面板或可撓式等應用因ITO本身材料條件的限制,面臨一些難以解決的技術挑戰,也讓面板廠商傷透腦筋。

以Windows 8觸控輕薄筆電為例,當螢幕來到13吋以上的中大尺寸後,為了不造成片電阻過高而影響觸控靈敏度,另一方面又為了不讓螢幕顯得過厚而重,OGS成為首選方案之一,其夾帶著低成本及輕薄的優勢,積極布局觸控筆電市場。

不過,OGS在大尺寸應用上,貼合良率一直是還未解決的問題,但若採用薄膜技術又會面臨ITO尺寸越大阻抗越嚴重的問題,導致在大尺寸面板性能上較為不佳。其次,若採用OPS(One Plastic Solution)方案在製程上又會遇到ITO濺鍍程序溫度過高(約300℃),導致塑膠變形不透明的問題,這些都讓ITO不適用於中大尺寸的應用。

也因為這些問題,雖然ITO目前仍然獨佔市場,但在中大尺寸面板上一直有著技術挑戰,且其易脆的特性,也不利於軟性面板市場的發展。為了解決ITO帶來的難題,尋求能夠取代ITO的新興材料已是勢在必行,Cambrios執行長John LeMoncheck就指出,不論是銦材料未來將面臨短缺、ITO在中大尺寸面板的片電阻過高及成本問題、或是軟性面板需求等,都顯現了尋找取代ITO材料的必要性。

ITO商用化替代方案一一浮現

目前浮出檯面的ITO替代方案包括銀奈米線(Silver nanowires;Ag NW)、金屬網格(Metal mesh)、碳奈米管、導電高分子等,而就現況而言,以奈米銀線及金屬網格的表現似乎最能夠在短期內成為替代ITO的商品化技術。

奈米銀線強力進入市場

透明導電膜市場極大,不少廠商也都注意到這個龐大的商機,紛紛積極投入一些獨門技術的開發,例如Cambrios。Cambrios選擇電組特性較好的奈米銀線作為材料,開發出奈米銀薄膜(film)和奈米銀墨水(Ink)方案,稱為ClearOhm。

Cambrios亞太區業務副總姚欣仁指出,銦礦屬稀有金屬,目前蘊藏量最大地區為大陸,約佔全球58%,中國為避免過度開採,出口有限,因此價格容易受到波動,相較之下,銀的開採不受管制,在價格上相對穩定。

ClearOhm為Cambrios的主力產品,可藉由液態形式當作塗料,塗佈於塑膠或玻璃介質上,且可採用低溫塗佈(Coating)製程,解決了ITO的高溫濺鍍塗佈製程在OPS上會遇到塑膠變形的問題;而銀奈米線可撓性佳,導電性也不會有太大影響,正好滿足市場對於可撓性面板的需求,讓ClearOhm在應用上具有更大的空間。

金屬工業研究發展中心光電系統組副組長翁敏航指出,目前ITO不易被取代的最大問題在於其蝕刻方式已經非常成熟,因此電極圖案化(Patterning)能力很好,是其他材料所不易替代的優勢。不過,姚欣仁表示,ClearOhm能夠採用既有ITO圖案化程序,其方案可採用黃光、雷射、印刷等製程技術,既定的ITO圖樣皆可轉移,觸控廠商不需為了不同材料改變製程,解決此問題。

姚欣仁指出,在成本上,ClearOhm的材料成本與ITO差異不大,相較下的優勢在於反應速度快、比ITO具有更高的導電性、更好的透光性(可達到92%,ITO為90%),且因採用薄膜型方案,比起玻璃也較為輕薄。

更重要的是,由於不需像ITO必須投資大量的成本在真空設備等資產上,因此在組合成本上相對較低,目前其成本已可低於ITO,讓ClearOhm在軟性、非平面性等應用上有很大的機會,並且尺寸越大越具成本優勢。以同樣表面阻抗而言,姚欣仁指出,Cambrios的Ag NW方案與ITO價差約為10-15%。

ClearOhm的確解決了不少ITO遇到的難題。看好這樣的技術,Gartner日前在「2013年觸控和手勢控制領域最酷供應商」報告中,將其評選為「最酷供應商」,並且指出比起ITO在成本、良率、原料取得、導電度等特性上都更具有競爭力,三星也投注了500萬美元的資金。如此看來,ClearOhm確實擁有一定的市場發展潛力。

目前宸鴻、友達等都已開始與Cambrios合作,市面上也已經可以看到由ClearOhm技術所做出來的商品,例如華為的Ascend、NEC的MEDIAS X兩款手機、LG 23吋V325 AIO PC以及GVision的15吋POS觸控螢幕都是採用了其方案。

不過,真正大量的應用仍未出現,最大的挑戰還是來自於製程良率及通過環境測試檢驗的現實問題。在製程上,由於銀奈米線的結構稀疏,在蝕刻過程可能造成感測線斷裂的問題,讓出品良率受到影響;對於大尺寸的應用來說,則仍面臨片電阻值過高的問題。

金屬網格力戰大尺寸市場

另一項同樣被認為具有替代ITO市場發展潛力的技術為金屬網格(Metal mesh)。金屬網格具有價格便宜以及導電性佳的特性,較為知名的廠商有Atmel。Atmel的XSense是Metal Mesh的一個代表方案,Atmel將其稱為FLM(Fine-line Metal),華碩最新推出的7吋MemoPad即採用此技術替代ITO感測層。


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