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最接近市場的ITO替代材料
剖析Cambrios奈米銀線方案優勢

【作者: 歐敏銓】   2013年08月16日 星期五

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近幾年來,ITO(銦錫氧化物)這個透明導電感測材料的應用需求因觸控面板火紅而跟著水漲船高,但當觸控應用走向中大尺寸,甚至是彎曲式、可撓性應用時,ITO的應用限制就浮現了。


以今年Computex聚焦的話題之一:對觸控輕薄筆電來說,當螢幕尺寸走到13吋或15.6吋時,若想實現觸控功能,必須採用ITO玻璃的配置,才不會因尺寸變大造成面電阻過高而影響感測靈敏度。然而,玻璃方案總是比薄膜(film)方案來得重和厚(採G/G會更重),因此OGS會是觸控電筆現階段的首選。


不過,在大尺寸應用上,OGS會遇到貼合良率降低的問題,若能採薄膜方案,如平板用的GF1或GF2,甚至都不用玻璃的保護蓋(Cover Lens),也就是將單層玻璃的OGS(One Glass Solution)改為單層薄膜的OPS(One Plastic Solution),自然更為理想。


然而,GF1或GF2的方案,ITO薄膜的片電阻值會高到讓觸控IC跑不動,而OPS的方案,在製程上會遭到ITO濺鍍程序溫度過高(約300℃)的問題,會讓薄膜變形及不透明,使得ITO在大尺寸應用上,無法採用更輕薄的塑膠材料。


選擇奈米銀線的理由

這些理由,讓觸控模組廠更嚴肅且迫切地尋求適合的ITO替代材料。目前浮上檯面的材料,包括金屬格(Metal Mesh)、奈米銀線(Ag Nanowire, Ag NW)、石墨烯(Graphene)、奈米碳管(CNT)及導電高分子(PEDOT)等幾種,而就透光度及面電阻這兩項關鍵特性而言,Metal Mesh與奈米銀線的表現與ITO最接近,目前也已可看到商業化的產品。



圖一 : 各種ITO替代材料(含ITO)在片電阻與透光度特性上之比較(資料來源:Cambrios)
圖一 : 各種ITO替代材料(含ITO)在片電阻與透光度特性上之比較(資料來源:Cambrios)

Atmel的XSense是Metal Mesh的一個代表方案,華碩最新推出的7吋MemoPad即採用此技術替代ITO感測層。不過,Cambrios執行長John LeMoncheck在Computex的專訪中表示,Metal Mesh的問題除了線寬大易被看見外,其網格結構會在顯示器上造成視覺波紋的莫瑞效應(Moire effect),而同尺寸面板在不同解析度時(如1080p, 900p or 768p等),會出現不同的效應,他認為客製化的挑戰不小。



圖二 : Metal Mesh需克服Moire effect議題(資料來源:Cambrios)
圖二 : Metal Mesh需克服Moire effect議題(資料來源:Cambrios)

相較之下,Cambrios的ClearOhm奈米銀線方案,看來有不錯的進展。這可以從幾方面來看:


1.透光度更高:

相較於ITO OGS模組的90%,Ag NW方案可達92%。更高透光度意味著顯示器可更明亮,或是用背光不用太亮,可更省電。


2.導電性更高:

以13吋至15吋觸控筆電面板來說,採ITO薄膜作法,目前片電阻值會到130-150Ω/square,但設計上需要至少做到100Ω/square,而Cambrios的方案可做到約80Ω/square,因而可滿足AIO/顯示器及Touch NB等大尺寸觸控面板採薄膜製程的需求。


3.更輕薄:

目前ClearOhm是薄膜型方案,自然比玻璃型來的輕薄。


4.低溫塗佈(Coating)製程:

相較於ITO的高溫濺鍍塗佈製程,由於Ag NW是water-based的溶劑材料,其塗佈的溫度大約只有100 - 120℃,這對於OPS來說,正好解決了怕高溫的問題,也開啟了一條新路。


4.圖樣化(Patterning)程序不變:

在感測線圖樣化的製程上,其方案可採用黃光、雷射、印刷等製程技術,既定的ITO圖樣皆可轉移到其Ag NW之上。


5.No Moire effect:

相較於Metal Mesh,此方案不會造成視覺波紋,因此不需隨螢幕解析度而客製化設計。


6.可撓性佳:

Ag NW的可撓性佳,在彎曲時不像ITO有易脆性,導電性也不會有太大影響,可滿足下世代可撓性面板的設計需求。


最後,成本與可量產化往往是新技術能否順利推廣的最大門檻。John對此並未明確提出其成本結構,僅指出其成本已低於ITO,而且尺寸愈大愈有競爭力。在量產實績上,則已有華為的Ascend及NEC的MEDIAS X兩款手機、LG的23吋V325 AIO PC及GVision的15吋POS觸控螢幕採用其方案問世。



圖三 :  Cambrios的供應鏈關係(資料來源:Cambrios)
圖三 : Cambrios的供應鏈關係(資料來源:Cambrios)

小結

綜上所述,Cambrios的奈米銀線方案確實擁有挑戰ITO的條件,目前最大的挑戰,該是攻下更具指標性的客戶並推出旗鑑性的產品,進一步說服市場來採用。看來AIO PC會是首要市場目標,這一塊將遭遇的不是投射電容的挑戰,而是與光學式觸控技術正面交鋒。


(作者為CTIMES總編輯)


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