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智能家居的发展,促使薄膜面板需求增加

近年来至以后,移动终端、可穿戴设备、智能家电等产品对触摸面板的需求都很大。同时,随着触摸面板的大尺寸化、低成本化和传统ITO薄膜不能用于弯曲应用、导电性和透光率等本质问题难以克服等因素,许多面板制造商开始研究ITO替代品,材料包含:纳米银线、金属网格、纳米碳管和石墨烯。

新材料技术的应用可以从智能手机常用的面板尺寸一路延伸到20寸以上的设备,其阻值、延展性和弯曲性都优于ITO薄膜。虽然新材料技术在短时间内不能完全取代ITO薄膜,但新材料技术具有巨大的优势,应用新材料技术生产的薄膜产品在市场反应上的比重逐年增加。目前石墨烯投掷处于研发阶段,距离大规模生产还有很长的距离。纳米碳管工业化量产技术还不完善,制成的薄膜产品的导电性还不能达到普通ITO薄膜的水平。因此,从技术发展和市场应用的综合评价来看,金属网格和纳米银线技术将期新兴触摸技术的两大主角。

金属网(MetalMesh)技术利用银、铜等金属材料或氧化物等原料,在PET等塑料薄膜上压制而成的导电金属网图案。其理论最低电阻值可达0.1欧姆/平方英寸,具有良好的电磁干扰屏蔽效果。但由于印刷工艺水平的限制,其触控传感器图案的金属线宽度较粗,通常大于5um,这将导致莫瑞干扰波纹在高像素下(通常大于200pi)非常明显。莫瑞干涉指数码产品显示屏中的像素、光学膜和触控导电的金属图案,在水平和垂直方向上,规则对齐的像素和物体的精细规则图案重叠稍有偏差,就会出现干扰波纹图案。由于莫瑞干涉的存在,金属网技术制成的薄膜产品不适用于高分辨率智能手机、平板电脑等高分辨率产品,只适用于观测距离的台式电脑,如台式电脑。

若膜中金属网格图案的线宽可以大幅度降低,则可以有效地减少金属网格技术中莫瑞干涉的问题,尤其是如果膜中金属网格图案的线宽可以降低到1um左右,则该技术制成的膜也可以搭载在高分辨率的智能设备上。现在韩国三星公司利用微细线宽和图案化技术,将金属网格图案的线宽从原来的5um~6um缩小到3um左右。但是,要想把线宽大幅缩小并不容易,传统的压印工艺不能满足要求,需要采用黄光制程工艺,制作成本会大幅增加,而且会浪费原材料;过细的金属线宽在外力挤压时容易断裂;网格的阻升高,对下游控制IC芯片提出更高的灵敏度要求。所以现在金属网格技术如何在降低成本的同时,满足多场景下游应用是一个难点,还需要整个产业链的进一步发展和完善。

纳米银线技术(SNW,silvernanowire)是将纳米银线墨水材料涂在塑料或玻璃基板上,然后利用激光光刻技术,描绘出具有纳米级银线导电网络图案的透明导电膜。由于其特殊的物理机制,纳米银线的线宽直径非常小,约为50nm,远小于1um,因此不存在莫瑞干涉的问题,可应用于各种尺寸的显示屏。此外,由于线宽较小,银线技术制成的导电膜与金属网技术制成的薄膜相比,可以达到更高的透光率。例如,3M公司使用微印压制成的薄膜产品可以达到89%的透光率。同时,纳米银线膜与金属网膜相比,弯曲半径小,弯曲时电阻变化率小,应用于曲面显示设备,如智能手表、手环等。

在薄膜上,金属网能反射可见光的金属线整体面积并不大;纳米银线也不是网格,而是不规则分布,沾满整个玻璃基板表面。相比之下,纳米银线膜会有更严重的漫反射,不仅仅是雾度。屏幕的雾度会导致户外场景的强光反射,严重时会让用户看不清屏幕。但是可以采用一些技术手段来减少光漫射,解决雾度问题。比如日产化工公司开发了在纳米银线膜上涂布可以降低雾度的高折射材料,有效降低雾度值。此外,黑化纳米银线表面、降低反射强度、粗化纳米银线表面等技术也可以有效提高雾度。

由于采用普通的银、铜等金属材料或氧化物等原料,金属网格技术采用传统的印压法制作薄膜面板,其原料和制作成本都很低,但这类产品存在着无法克服的莫瑞干涉问题,应用受到限制。若要降低金属网格中的线宽,需要改变制造工艺,成本会随之增加,而且容易断线等问题。与金属网格技术相比,纳米银线技术采用了成型的纳米银线墨水材料,这些纳米银线供应材料掌握在少数,如CambriosTechnologies公司手中,原料成本较高,但制造工艺简单,采用印刷工艺快速生产大面积触控面板,整体成本不高,随着大规模生产,成本将进一步降低。

所以综合比较,纳米银线技术比金属网格技术更具优势。就目前的市场而言,也分为两大技术阵营。在纳米银线阵营中,台湾面板供应商TPK是一家专注于纳米银线技术的制造商,结合上游纳米银线材料供应商CambriosTechnologies公司和生产工艺公司日本照片成立子公司,专注于拓展纳米银线技术的研发、应用和制造。TPK预计2014年第二季度实现纳米银线薄膜的大规模生产和交付。

而金属网格技术阵营则加入了更多的公司,如苏大维格、欧菲光、韩国三星等。但与金属网格阵营相比,纳米银线阵营的各公司也都属于龙头企业,业务专业能力强,上下游产业链紧密结合。

另外,据媒体报道,苹果(Apple)公司所关注的明星产品iWatch将采用TPK公司的纳米银线薄膜技术,证明纳米银线产品具有明显的技术优势和产业链稳定性。

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