金屬網(wǎng)格/奈米銀線崛起 ITO替代材料漸熱

新一代的銦錫氧化物(ITO)取代材料在這一兩年蔚為風(fēng)潮，除了各種材料的涌現(xiàn)外，有些觸控面板廠也已經(jīng)開始導(dǎo)入這些材料，甚至是相關(guān)的新制程。表面上看起來或許是僅是新材料的取用，但實際上卻有可能造成將來供應(yīng)鏈的質(zhì)變。新材料之所以會在這個時間點提出，并不單只是有新的材料競爭者想要加入賽局，而且也是因為ITO在一些應(yīng)用上確實走到了極限。

突破ITO大尺寸應(yīng)用挑戰(zhàn)　低阻抗/可撓性材料受矚目

除了液晶面板外，電阻式與投射式電容觸控面板(Touch Module)應(yīng)該是ITO最重要的應(yīng)用。比較觸控感測器(Touch Sensor)和顯示面板之間的置放關(guān)系，有些是圍繞著顯示面板置放感應(yīng)器(像是光學(xué)式或是聲波式)；而有些是因為感應(yīng)器不透明而必須放在顯示面板之下(像是電磁感應(yīng)式)；另外，有些則是放在顯示面板之上，如外掛式的投射式電容就屬于后者。正因為如此，投射式電容的感測器(也就是感應(yīng)電極)必須看起來是透明的，否則就會影響下方顯示面板的可視性。ITO就是以其兼具良好的透光性(Optical Transmission)和導(dǎo)電性而成為感測器材料。

日本是全世界重要的ITO靶材生產(chǎn)地，然而ITO材料中的銦(Indium)卻必須仰賴中國大陸的生產(chǎn)。銦的產(chǎn)能與地球內(nèi)剩馀儲存量，一度成為ITO是否得以持續(xù)使用的攻防戰(zhàn)重點，也顯示出產(chǎn)業(yè)對新材料的期望；但是，至今仍然沒有一個共識可以肯定銦產(chǎn)能會在短中期內(nèi)出現(xiàn)短缺。在2014年7月初，銦的材料價格約在4,970元人民幣左右，甚至高于同期間的銀材料價格(4,295元人民幣)。然而，在過去一年內(nèi)，銦的價格其實起起伏伏、變動明顯，如果真的短缺，價格應(yīng)該一路攀升，顯示高低起伏應(yīng)該是意味著產(chǎn)能與市場之間的拉鋸與調(diào)節(jié)。

外掛式投射式電容的透明電極，必須同時滿足透光性和導(dǎo)電性兩個條件。導(dǎo)電性在較大尺寸的觸控區(qū)應(yīng)用時更顯得重要；表面阻抗值(Sheet Resistance)如果太高，除了感測電極功耗增加外，控制晶片有可能推起來更為費力，因而影響觸控靈敏度。ITO本身是很好的導(dǎo)電材料，但是做為感測電極時必須先依附于薄膜或是玻璃上。在進(jìn)行感測圖形化(Sensor Patterning)制程之前，ITO通常以磁控濺鍍(Magnetron Sputtering)方式沉積于薄膜(通常是PET材料)或是玻璃上。

欲得到較低阻抗值的方法，就是讓ITO層的沉積厚度增加，但是厚度一增加卻會影響透光性；另外，薄膜于濺鍍過程中的耐受性較差，因此也無法取得較大的厚度；相對而言，玻璃的耐受性較好，自然阻抗值也可以降低，不過玻璃的厚重程度較差。

ITO薄膜目前主流規(guī)格約在150歐姆(Ω)/單位面積的阻抗值，對于10寸以下的觸控區(qū)已經(jīng)足夠，但是到了筆記型電腦的尺寸或是20寸以上，就顯得吃力；同時，當(dāng)觸控區(qū)成為曲面或是可撓式時，ITO的易脆性容易造成阻抗值急遽升高，阻抗穩(wěn)定性將變得很差。

因此，要成為ITO取代材料的規(guī)格關(guān)鍵，其實就是能夠解決上述的問題，包含具有高導(dǎo)電性，并且能夠應(yīng)用在任何基板與任何尺寸上；除了有低表面阻抗值外，也要能維持良好的透光性；再者，該材料最好能夠具有可撓性，阻抗值與感測電極的穩(wěn)定性可以適應(yīng)非平面觸控區(qū)。

先進(jìn)制程加持　金屬網(wǎng)格/奈米銀線崛起

除了ITO與其他的無機(jī)透明導(dǎo)電氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)外，目前觸控面板產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)的取代材料約有五種：金屬網(wǎng)格(Metal Mesh)、奈米銀線(Sliver Nanowires)、奈米碳管(Carbon Nanotube)、導(dǎo)電高分子(Intrinsically Conductive Polymer)與石墨烯(Graphene)。前三者是目前已經(jīng)有實際量產(chǎn)與出貨的取代材料(表1)。

然而，從觸控面板廠的選用與布局來看，金屬網(wǎng)格與奈米銀線擁有較多的支持者，特別是前者。這兩種材料都是金屬(銀或是銅)，其導(dǎo)電性都比ITO更好，很容易在可接受的透光度下，輕易達(dá)到100歐姆、甚至50歐姆以下的表面阻抗值。金屬并不像ITO本身就是透明材料，因此必須以網(wǎng)格狀或是散亂的絲狀來提高透光度，例如，假設(shè)在一個感測器的基板表面上，材料占有10%的面積，那么就會有90%的面積可供光線直接穿透基板，也就是說可以達(dá)到90%的透光度(如果基板的透光度忽略不計)。

金屬網(wǎng)格與奈米銀線在低表面阻抗值上有明顯超越ITO的優(yōu)勢，但更重要的是兩者均支援可撓性與非平面的觸控區(qū)，而且不會有劇烈的阻抗值變化；而在大于30寸對角線的投射式電容觸控區(qū)應(yīng)用上，兩者的表面阻抗值更為理想，特別是金屬網(wǎng)格，其網(wǎng)格圖桉具有一致性、連貫性與延伸性，因此在形成較大尺寸的感測圖桉時，線路與圖桉的均勻度比較容易控制。

相對而言，奈米銀線目前的制程是先以濕式涂布(Wet Coating)于薄膜上，均勻度的控制尤其重要。不像金屬網(wǎng)格的連貫性，每個奈米銀線都是單獨個體，導(dǎo)電性是透過銀線之間的交錯、重疊來達(dá)成，如果銀線散布的均勻性不佳，那么阻抗值均勻度就會受影響，甚至斷線。

另一方面，金屬網(wǎng)格也有若干缺點，特別是反光與摩爾紋(Moire Effect)的問題。目前金屬網(wǎng)格的單一線寬約在4微米(μm)左右，若太寬便須要在網(wǎng)格線表面做黑化(Blacking)處理，以減少反光，但這樣又會造成顯示面板在視覺上太黯澹的觀看經(jīng)驗；此外，而摩爾紋效應(yīng)的降低必須仰賴圖桉設(shè)計(如菱形、蜂巢狀與不規(guī)格形狀)，并且與顯示面板的參數(shù)(如Black Matrix與Pixel Pitch)進(jìn)行協(xié)調(diào)。

不過，金屬網(wǎng)格與奈米銀線的缺點，并非是在原理上無法解決的問題，在未來都有機(jī)會透過制程的精進(jìn)逐步克服。之所以讓觸控面板廠選擇這些取代材料的原因，除了材料本身在關(guān)鍵規(guī)格的優(yōu)異性外，制程也是一項重要因素。

以奈米銀線來說，可以相容既有的低溫黃光設(shè)備，因此觸控面板廠在設(shè)備的投資與折舊攤提上會較為劃算；而在前置的濕式涂布制程上，其材料浪費的程度也會比原先ITO濺鍍方式來得好。

至于金屬網(wǎng)格，部分廠商提出了「加法制程(Additive Process)」以取代「減法制程(Subtractive Process)」，后者最典型的例子就是雷射蝕刻(Laser Etching)和黃光制程。黃光制程是先將材料沉積到基板上，再透過精密的曝光、顯影與去光阻等步驟，留下所要的感測圖桉與線路(Traces)，并且蝕刻掉不要的材料。前者像是歐菲光、樂金(LG)Innotek的奈米壓印(Imprinting)制程，利用滾輪壓模將感測圖桉與線路一次制作于基板上，不須要蝕刻掉材料。[!--empirenews.page--]

其他的加法制程還有工研院提出的凹版印刷(Gravure Printing)法，與UniPixel的電鍍法(Metal Plating)。這些新一代的制程，要完全取代成熟的ITO供應(yīng)鏈與黃光制程，還需要一些時間。

擴(kuò)大應(yīng)用/制程優(yōu)勢　新興材料取代ITO可期

一般在判斷新材料的導(dǎo)入機(jī)會時，最常用的標(biāo)準(zhǔn)普遍為材料成本，但是成本常常只是個結(jié)果，而不是導(dǎo)致的原因。以面板產(chǎn)業(yè)來看，相對于電漿技術(shù)，液晶面板的結(jié)構(gòu)、組件實在過于復(fù)雜，自然成本應(yīng)該要比較高；但是就供應(yīng)鏈的充沛性、眾多上下游廠商的投入，以及應(yīng)用端市場的成長時機(jī)等因素下，液晶面板價格不斷滑落，其所造成的影響，不只是消滅了電漿面板，目前還緊緊地壓制住有機(jī)發(fā)光二極體(AMOLED)。

因此，上述ITO取代材料的規(guī)格優(yōu)勢僅是張入場券，在透過觸控面板廠商的投入、制程的精進(jìn)，并且能夠在主流應(yīng)用市場取得一席之地后，滲透率就會逐漸提升；接著，就會有更多的上下游廠商投入，致使成本不斷下滑，使得新材料更具競爭力。

目前以ITO為基礎(chǔ)的供應(yīng)鏈與生態(tài)體系，其實相當(dāng)充沛與穩(wěn)固，而且對最大的應(yīng)用端市場(中小尺寸的手機(jī)與平板電腦)來說，除非銦的價格飆升，否則ITO的王座并不是那么容易被挑戰(zhàn)。

新材料的機(jī)會主要有兩個方向：第一是規(guī)格特性，第二是領(lǐng)導(dǎo)廠商的投入。前者可從更大尺寸與非平面觸控區(qū)的應(yīng)用來切入，這兩個利基點都是ITO表現(xiàn)不佳的地方，更能突顯新材料的優(yōu)勢和價值；后者則是要依靠像是宸鴻、歐菲光等領(lǐng)導(dǎo)廠商，透過在制程的改進(jìn)與成熟化后，將新材料導(dǎo)入主流的應(yīng)用，提供給客戶不同選擇，并且逐漸建立其信心。