可撓性電子產品 推進軟性透明導電膜材料需求

友達旗下的軟性AMOLED屏幕材料樣品，已可做到小幅撓曲仍可正常顯示。AUO

可撓性電子產品需求越來越高，包含顯示器、照明、太陽能電池等，都已將實驗室的樣品轉成商品化用途，具有可撓性、高光源穿透效果、高導電度透明導電膜應用多元，也能為新穎電子產品創造更多賣點。

新產品設計不管是為了輕便攜帶還是彈性應用需求，需導入軟性或可撓性機構設計時，往往會受限關鍵材料特性而無法擴展新穎的軟性應用目的，尤其是大面積的顯示屏幕設計， 若有軟性透明導電膜組構的顯示器元件，將可解決軟性電子產品的設計限制，本篇將著重討論幾種透明導電膜的發展現況。

透明導電膜已是光電產品重點元件

多數電子產品，如光電方面的製造產品，都會需要如透過光的穿透和電訊號傳導進行，尤其是透明導電膜更是如平面顯示器、電子紙顯示器、OLED顯示器、觸控顯示器、太陽能電池板等光電產品，其中透明導電膜都產品架構裡的關鍵零組件。

透明導電膜設計方案，最大兩個關鍵即「導電度」與「透明度」兩項重點指標，基本上導電度提升勢必影響材料透明度表現，而材料透明度提升也會相對導致導電度下滑問題，對導電度指標觀察，其實是材料介質的傳導電子與電洞能力表現；透明度則是可見光穿透材料的實際表現效用。

若就材料的光學特性觀察，一般金屬材料的薄膜，因為其電漿頻率在紫外光區塊，所以可見光無法穿透，這也是為什麼金屬薄膜可見光無法穿透的原因，若改採金屬氧化物的導電薄膜材料，因為金屬氧化物的電漿頻率在紅外線區塊，可見光是可以穿透金屬氧化物，形成類似透明狀的狀態。

實際上，金屬氧化物的傳導能階較高，導電的載子數量有限，若在目前使用金屬氧化物薄膜發展透明導電膜的思路下發展材料，才會有透明度與導電度無法兩邊都兼具的狀態限制。

增加透光率、導電率  為發展元件重點

而降低導電薄膜的金屬材料厚度，雖然是增加光線穿透率的做法，但實際上金屬薄膜的厚度過薄也會導致加工難度增加，例如，採行金屬蒸鍍方式形成金屬薄膜會產出不連續狀態，影響實際線路導電的效用，另較薄的金屬薄膜處理層也會因為在空氣中較容易產生氧化問題，造成導電薄膜的電阻值過高，製品穩定性差與後期再加工應用不易，影響其應用效益。

另一個思路是提升金屬氧化物的載子濃度，進而提升材料的導電特性，比如說，氧化物以成膜性好與材料穩定方向優化，可以應用摻雜或刻意產出缺陷讓載子可提升材料導電特性，例如摻雜氧化錫、氧化鋅，都能讓氧化物薄膜材料可達到高透明度、高導電特性。

摻雜方案中以ITO(Indium Tin Oxide)氧化銦錫應用最多，ITO不僅導電性佳，在可見光透明度表現都相當不錯，相關製程成熟，製品可靠度高，是目前應用的主流材料。

ITO材料應用廣泛  材料抗撓曲特性仍待優化

即便ITO透明材料用途廣泛，為目前主流透明薄膜重點材料，但實際上ITO的材料特性較容易受撓曲應力而出現脆裂，可撓性的表現雖可達到彎曲效果，但受力還是會有脆裂的材料物理限制，這也會讓用來發展可撓性、軟性電子產品的使用領域因此受限。

如前述，即便ITO導電薄膜仍是使用大宗，但其無法克服的材料限制，也衍生多元材料的新需求，對於非ITO的透明導電膜應用市場也逐漸攀高中，即便在物理、化學觀察材料同時能兼顧光穿透效率與高導電率的條件相對困難，甚至還要達到可撓曲的效用，實際上仍可經營複合材料架構設計來進行因應。

例如使用金屬薄膜、DMD複合材料結構(Dielectric/thin Metal/Dielectric)、有機導電高分子(Organic Conductive Polymer)、導電碳材(如石墨烯(Graphene)、奈米碳管(Carbon Nanotube))、金屬網格(Metal Mesh)、金屬網絡(Metal Web)等技術方案達成目的。

金屬薄膜透明導電膜

導電薄膜討論中，金屬薄膜為最容易理解的機制，金屬薄膜為降低金屬材料厚度，使其可增加光的穿透度表現，但實際上金屬薄膜厚度太薄將導致材料穩定性變動大、易出現金屬膜氧化問題，材料廠商則利用複合材料工法改善，例如Ag-Stacked Transparent Conductive Film採用薄銀合金作為金屬層，同時搭配上／下保護層改善金屬薄膜穩定性表現，可達到問題。

Ag-Stacked Transparent Conductive Film的概念為將原有氧化物的厚度減至極薄，而為改善期物理特性，氧化物薄化後再將高度導電能力的金屬薄膜整合氧化物改善電性，為維持結構上的可撓曲特性，再搭配材料上下貼合，在兼具導電特性前提維持極佳的材料可撓曲表現。

導電高分子透明導電膜

另一個方向是在成膜過程中，摻雜可增加載子濃度高分子材料，成為導電高分子狀態，因為可撓性的導電高分子薄膜製程處理僅簡易的塗布成膜加工，加工成本相對低廉，也是透明可撓性高的導電膜成本效益極佳的材料選擇。但需注意的是，導電高分子薄膜即便有成本優勢，但實際上導電高分子材料穩定性較差，材料在經由UV照射會導致材料產出不可逆的破壞效用，降低材料的導電電性。

導電性碳材透明導電膜

新的導電薄膜會嘗試導入碳元素來改善導電電性，例如導入石墨烯(Graphene)、石墨、奈米碳管(Carbon Nanotube)等，其中奈米碳管、石墨烯本身即具備導電特性，材料可小於可見光的奈米級結構，能兼具高光穿透度與材料可撓特性、同時兼具導電膜應用能力。

金屬網(Metal Network)透明導電膜

金屬網製作的透明導電膜也是新興方案之一，因為人眼對於線條辨識狀態約在6µm左右，只要透明薄膜的線材線徑小於6µm的金屬網狀態，即可建構裸視無法辨識的透明導電薄膜效用，因為導電材質本身即為高度導通能力的金屬線，因此導電電性表現極佳，僅需少量的金屬材料便可大量生產高度導電特性的薄膜，未來技術應用領域可期待。

從金屬網概念出發，金屬網格(Metal Mesh)則是應用蝕刻技術下的產物，金屬網格為以曝光、顯影、蝕刻等黃光製程程序產製的金屬網格透明導電膜，利用蝕刻技術加工的銅金屬網格已是相當成熟的材料科技，例如電漿顯示器(Plasma Display)即使用銅金屬網格製作電磁遮蔽(EMI)處理。

也有部分方案為利用噴墨印刷方式，直接以列印方式產出網格型態，至於印刷方案製程最大的挑戰為大面積製作的難度，因為印製5µm以下的線寬本身極具挑戰性，印製完成還需經過燒結程序形成導電性佳的網格效果，但因為高分子材料的可撓性基板本身的耐熱能力有限，燒結處理程序時原有的奈米金屬反而易產生氧化問題，導致導通能力下滑，這些都是必須處理的問題。