觸控ITO替代方案的明日之星│CTIMES

CTIMES 2013-10-03 15:31

儘管在觸控面板中，ITO目前仍然獨佔市場，但隨著越來越多觸控應用的發展，讓ITO的問題開始浮現，為了解決這些難題，不少廠商急欲尋找其他取代ITO的方案。

【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。
◆隨著觸控應用朝向更多方面拓展，ITO卻因本身材料條件的限制，面臨一些難以解決的技術挑戰。(Source: Cambrios)

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。
◆奈米銀線(ClearOhm)的優勢在於反應速度快、比ITO具有更高的導電性、更好的透光性且價格便宜。

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。

Xsense是採用極細的銅金屬線來替代ITO，為了不讓金屬線不被肉眼看到，且不會遮光，此銅線必須做到5-10μm的線寬，這會讓電容感測變得相當困難，也是一般觸控IC難以滿足的感測要求，這相對也突顯了Atmel觸控IC在感測能力上的優勢。
除了Atmel，日本廠商富士也採用Metal Mesh，不同之處在於富士使用的是銀。富士將鹵化銀層塗布在PET基材上，經過曝光、顯影、定影等程序，再利用銀線來製作網狀圖案。富士表示，其技術能夠達到極低片電阻值，且透光率可與ITO相似，成本當然也較ITO低。日商凸版印刷也開發了網格銅膜和以網格銅膜為感測器的觸控面板，其中銅線的幅寬只有5μm，是以蝕刻製成。

不過，Metal Mesh有一項極為重要的問題必須解決，其網格結構會在顯示器上造成莫瑞效應（Moire effect），讓同尺寸面板在不同解析度時（如1080p, 900p or 768p等），會出現不同的視覺波紋效應，客製化挑戰不小。另一個問題為，銅或銀金屬線並不透明，除非極細，否則容易被肉眼所見。姚欣仁指出，儘管價格便宜，但消費者是否能接受，還待市場來證實。

新勢力崛起 Cima展現出色性能

為此，另外一家廠商，Cima NanoTech提出類似於Metal Mesh的新興技術SANTE film，SANT不僅能因應現今大尺寸、多點觸控顯示器的要求，對於ITO無法觸及的可撓式顯示器市場也能夠滿足。Cima NanoTech 執行長Jon Brodd指出，相較於銀奈米線，SANTE技術可達到極低電阻且高透光率，其特性反而較為接近金屬網格那一端，但卻又有著金屬網格較難達到的高透光率。

SANTE技術原理是將銀奈米分子以捲對捲(Roll to Roll)連續式濕式涂佈在PET基材上，所有銀奈米分子可自行組成微米大小的導電網路，在觸控光學膜的表面形成不規則網紋，因此不會有莫瑞波紋的問題。同時，SANTE可提供≤ 25Ω/sq的超低表面電阻，擁有超高的導電性，也滿足對透光率的要求。

Jon Brodd表示，SANTE所強調的，即是在高導電度的同時，又能夠達到88%的高透光率。此外，SANTE關鍵的優勢在於其材料特性能夠如紋身貼紙般，轉貼至塑膠膜或玻璃基板上，在軟性顯示器上有更多元化的應用。Jon Brodd指出，其表面低阻抗性與可彎曲撓曲性是一般 ITO flim所無法達到的特性。

在製程與成本考量上，面對業界對於新技術必須要汰換舊有設備的疑慮，Cima NanoTech資深業務開發經理劉軒耘指出，SANTE能夠融入原本的ITO製程，無需添購新設備或汰換舊有設備，降低導入新技術的門檻，也減少成本支出。
◆SANTE技術的銀奈米分子可自行組成微米大小的導電網路，在觸控光學膜的表面形成不規則網紋，因此不會有莫瑞波紋的問題。