触控面板及其透明导电膜之最新发展 (三)

觸控面板及其透明導電膜之最新發展（三）編輯室/2009.05觸控面板的技術課題一､軟性顯示器用觸控面板軟電顯示器用觸控面板的透明導電膜必須具備可撓性的用途，ITO透明導電膜的彎曲性是有問題的，因為ITO為無機氧化物系(陶瓷系)若與有機材料比較，伸縮性相對很差，只要超過1.5%以上的伸縮，就可能產生龜裂，當然亦可藉助於透明導電膜的材料設計或加工條件加以控制，而使用膜的厚度、透明導電膜基材設計都很重要。解決方式必須從材料面從新檢討，找出比現用的ITO更具耐久性與彎曲特性的材料，例如導電高分子；而採用奈米級控制的金屬元素CNT、ZnO為候補。也有使用ITO奈米分子材料將ITO膜直接加工在塑膠片上的方法。這些材料開發著實在進展中，而且已接近實用化，大概3年以內可以商品化。這些新材料，除了應用為觸控面板外，還可應用在太陽電池、電子紙等電極材料。導電性高分子於2007年開始陸續被開發出來，富士通Component發表將邁向實用化，2008年中開始樣品試供；帝人DupontFilm的導電性高分子「Carenfine」已商品化，並積極推展在觸控面板、電磁波屏蔽材、透明電極的應用，預定在2009年上市。事實上，拿帝人化成的導電性高分子與ITO膜比較，仍有透明性不足(87%)，對高溫、高濕耐性較低及線性等問題，必須繼續開發，未來有希望為電容量式觸控面板所採用。二､3次元輸入技術三菱電機在「Interruction2009」公開試作的「3次元觸控面板」，適用於手機用投射電容式觸控面板；但檢測方式無法適用於表面電容式觸控面板。材料世界網軸、Y軸方向，3次元觸控面板則還可檢出Z軸上手指的位置。對Z軸方向的容量時間變化加以計算的話「連手指接近面板時的加速度也可以檢測出來」。換言之，可以判斷手指是快速接近或緩慢接近，例如「快速接近，液晶面板的背光源顯出紅光；緩慢接近則出現藍光」。三菱3次元試作品也採用ITO透明電極，不過加上量測手指接近的距離。手指未接觸時的容量變化小於觸碰到面板，必須提高檢測感度，使用銅電極可得必要的感度，但銅電極是不透明的。關鍵在於以距離的檢測判斷其為「接近狀態」或「接觸狀態」，並拫據此切換檢測方法，接近狀態以檢測「感度」優先；接觸狀態以「分解能」檢測優先。為提高感度檢測，接近狀態採用2個感測器，以擴大感測面積。接近狀態可檢出的容量變化為0.3pF；接觸狀態為8~10數pF；接近狀態的X軸、Y軸向分解能換算成距離為約10mm，Z軸至少在20mm以內距離可檢出手指的接近狀態。三､In-Cell(In-Panel)技術應用In-Cell(又稱為In-Panel)化技術的觸控面板產品發表有越來越多的趨勢。事實上，In-Cell型觸控面板對LCD模組的顯示品質(對比、亮度、外觀異物等)的提升，有其存在的價值。東芝松下DisplayTechnlogy開發內建光感測器的可輸入顯示器，形成In-Panel觸控面板，它的光感測器使用Pin二極體，TFT-LCD面板內設有可以將二極體輸出電流增幅的電路，光感測器可以感測手指觸壓面板時產生的外光減少之變化，以及手指產生的反射光兩種光線的變化。飛利浦則將電阻式觸控單元設置在Cell內部。具體而言，是在Cell內部設置厚度比Cell更薄的導電材料，接著利用Spacer與平版印刷技術，在對向基板使ITO膜堆出凸型的內式觸控面板，這些技術一旦商品化，可能會造成觸控面板大革新。反應速度方面，接近狀態為約50ms，接觸為約10ms；耗電情況幾無差異。此外，為了降低迴路的寄生容量，追加了「SensorShield控制」功能，就可以不材料世界網層。此外，試作品在X軸向和Y軸向分別配置了電極，以相同電壓的信號流動，抑制寄生容量。現在正在研究對應10吋以上的畫面。觸控面板用透明導電膜觸控面板等使用的透明導電膜，以中小型用逐漸大型化至20吋級監視器的用途為中心。為因應ITO膜市場擴大，原來的ITO膜公司增產，也不斷有新公司加入生產。另一方面，替代ITO的研究開發也持續不斷。現階段觸控面板用途使用的透明導電膜佔壓倒性多數的是ITO膜，而電阻膜式觸控面板用導電膜就是使用ITO膜。替代方案以濕式導電膜的有機導電高分子、奈米碳材導電膜的商品化最被期待，後者具有膜曲率小的可撓特性，主要用於電阻膜的上部電極。目前不同材料之導電性大小依序為ITOZnOCNT導電性高分子；光學特性方面，各種材料之間的透光率並無太大的差異，但色調上各有不同，ITO略帶黃色，導電性高分子帶青色，CNT、ZnO則居中間，因此，可因應不同領域分開採用；成膜加工法，ITO、ZnO採用真空成膜，其他材料採用塗佈法。透明導電膜很多都用於電極用途，與其他光學膜比較，通常必須注意後工程的約150℃高溫工程。因此設計時必須將透明導電膜的安定性，膜的尺寸安定性、透明導電膜蝕刻部分的膜基材到不純物析出防止等高溫熱履歷都列入考慮。一、觸控面板用ITO膜之市場動向觸控面板用ITO膜市場規模持續以2位數成長，2007年的成長為前一年的128.4%，2008年為約160%，這是靠ITO膜在主要用途觸控面板市場的大幅成長所致。2008年6月ITO膜呈現供給不足現象，於是各材料廠家開始增產或新設生產線，其動向如表一所示。2008年的供給量為約700萬m2。觸控面板上游材料的ITO膜，過去一直都掌握在日商的手裡，而且其ITO膜的品質最佳；最近，韓國、臺灣的ITO膜品質已有長足的進步，供給能力急速成長。根據日本帝人化成的資料，電阻膜式觸控面板用透明導電膜之世界需求，如圖一所示。表二為觸控面板材料市場。材料世界網表一、ITO膜增產狀況公司名產品名量產/產能經費廠址生產產品寬幅(mm)大日本印刷ITOFilm(透明導電膜)2009年4月量產三原廠2008年末產能增大為1.5倍2008年未投入30億日圓龜岡廠2009年夏產能擴大50%中國東莞廠GunzeITOFilm2009年秋稼動2010年Gunze總產能比07年提高70%台灣合併廠2008年5月建新廠房；3~4吋總產能400萬片/月80億日圓日本寫真印刷ITOFilm2008年10月增加生產線；總產能加倍；600萬片/月40億日圓追加加賀廠SMKITOFilm2009年1月增設生產線數億日圓菲律賓廠鈴寅ITO膜、反射防止膜2008年達100萬m2/年蒲郡廠(愛知縣)1000~3400帝人化成ITO膜2008年10月擴產為年產能120萬m214億日圓三原廠廣島縣)1300日東電工ITO膜增產尾道廠(廣島縣)400~500尾池工業ITO膜、可撓性基板用材料20~30%增產尾池廠(關西)1400~1500韓SKCHears2007年為70萬m2/年2008年春導入新生產線天安廠670~1500(新)材料世界網整理一般觸控面板用ITO膜，基材PET的厚度為180µm，ITO膜厚為10~30nm，電阻值為200~1000Ω/□。小型觸控面板用途的ITO，當做上部電極基板的用途，2008年以日東電工的「Elecrysta」佔世界市場的60%左右，其餘由尾池工業、帝人化成、Gunze三家大廠呈均分狀態。尾池工業提供的ITO膜為具100%結晶化膜，由於結晶度高，不會熱收縮，不用再HeatSet。材料世界網圖一、電阻膜式觸控面板用透明導電膜之世界需求表二、觸控面板材料市場市場尺寸材料用途結構(%)單價量金額備註ITOFilm上部電極(下部電極少量)504000-7000日圓/m2400萬m2200億日圓2010年600萬m2ITO玻璃下部電極(極薄G為上部電極)403000~6000日圓/m2200萬m280億日圓多用於LCDFPC上部/下部電極的接續2100日圓/P以下5億日圓多用於其他用途AgInk形成ITO面的電路5約7萬日圓/kg20億日圓多用於FPC、PDP絕緣InkAg電路的絕緣保護2約5000日圓/kg3億日圓同上其他(下方偏光板/MaskingFilm)1資料來源：MaterialStage月刊2009.03/材料世界網整理材料世界網二、ITO製膜法ITO製膜法以物理氣相沈積法(PVD)之濺鍍為主流，濺鍍使用真空設備，在真空中對靶材施加高電壓，離子化惰性氣體衝擊靶材表面，飛出粒子沈積在基板而成膜。膜化後的ITO膜比電阻為3×10-4~1×10-3Ωcm，被應用的最多。TDK將ITO透明導電膜新塗佈技術實用化(2009年3月)。此法比較容易用來製作大型膜，耐久性、彎曲性也提高，可應用於圓型或大型觸控面板。TDK應用了VHSTape塗佈磁性體的技術，將ITO粉末與微細樹脂混合，塗佈在PolyethyleneFilm或Polycarbonate板上。新製膜法的好處是ITO膜不易破裂，塗佈膜在捲成直徑1公分的圓柱後立即測定其電阻值上升情形，可望抑制在10%以下。不過透光率87%，比傳統法稍差。TDK以塗佈法製作透明導電膜的應用對象，如建築界的大型觸控面板、張貼在窗戶上的天線材料等。三、透明導電膜用基材透明導電膜使用之基材依要求特性而異，一般使用最多的是PET膜。PET膜經過二軸延伸而成強度、耐熱性、成本面皆優的基材膜。如果後工程的溫度超過PET耐熱使用溫度範圍，則必須改用耐熱膜；如果希望的是光學等方性則使用光學等方性膜；尤其是要求低反射的高級觸控面板，則不將觸控面板設置在最表面，而是設置在偏光板下方。為了在偏光板下方使用透明導電膜，不使用PET膜，而使用PC、PES、Zeonor之類光學等方性膜。此外，近年將延伸後的相位差膜(光學輔助膜)當做基材使用的案例有增加的趨勢。日東電工的「ElecrystaLType」為使用PET膜的2層構造，並確立其為上部基板標準品的地位。2008年起，臺灣開始提供2層構造的ITO膜，此乃因日東電工未在臺灣申請專利，所以是合法的。ITO玻璃基板已由日本轉移到臺灣，未來可能再轉到大陸生產。目前台灣業者積極搶進ITO玻璃基板，例如勝華科技具有上下游垂直整合的優勢，冠華科技不斷開出ITO玻璃基板新產能，由光碟片廠錸德光電獨立出來的安可光電、材料世界網以及正大科技都備受矚目。鴻海入主的正達國際光電將同時切入電阻式與電容式兩大技術領域。電容式玻璃基板日本採用臺灣的產品居多。四、主流觸控面板用透明導電膜1.電阻膜式觸控面板的構造與構成材料圖二為電阻膜式觸控面板的基本構造及所使用的材料。上部電極使用濺鍍ITO的膜，下部電極使用濺鍍ITO的玻璃基板。換言之，將透明導電膜配置在相對的位置上，輸入時(觸壓)使兩方導電膜相互接觸而導通，針對導通點進行位置檢測的方式。再用導電膏拉出迴路形成平行電極，為了維持迴路與上部電極的絕緣，設有絕緣層。最近，下部電極也有採用鍍ITO的膜。此外，上部電極的ITO膜也與下部電極一樣，使用導電膏拉出迴路當做平行電極，並加設絕緣層。下部電極除了輸入時間以外，為防止上下電極因接觸引發誤動作，以一定間隔加設了微小凸起的微小隔球(Spacer)。從上下電極拉出的電極使用導電膏(Paste)、異方性導電膏(ACP)接續，固定集中在下部電極旁。集中在下部電極的電極與驅動迴路，使用ACP、異方性電膜(ACF)使與FPC(FlexiblePrintedCircuit)接續。表三為各製程使用膏材及其用途。表三、電阻膜式觸控面板使用的Paste材料用途/功能種類分類熱乾燥型紫外線硬化型ITO膜的Patterning蝕刻光阻PastePhoto-Ligtho型熱乾燥型電極，形成迴路導電膏熱硬化型熱硬化型紫外線硬化型確保上下ITO膜的間隔,防止接觸DotSpacer用PastePhoto-Ligtho型熱硬化型紫外線硬化型確保上下配線電極的絕緣性,防止