可挠性电子产品 推进软性透明导电膜材料需求
- 魏淑芳
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可挠性电子产品需求越来越高，包含显示器、照明、太阳能电池等，都已将实验室的样品转成商品化用途，具有可挠性、高光源穿透效果、高导电度透明导电膜应用多元，也能为新颖电子产品创造更多卖点。
新产品设计不管是为了轻便携带还是弹性应用需求，需导入软性或可挠性机构设计时，往往会受限关键材料特性而无法扩展新颖的软性应用目的，尤其是大面积的显示屏幕设计， 若有软性透明导电膜组构的显示器元件，将可解决软性电子产品的设计限制，本篇将着重讨论几种透明导电膜的发展现况。
透明导电膜已是光电产品重点元件
多数电子产品，如光电方面的制造产品，都会需要如透过光的穿透和电信号传导进行，尤其是透明导电膜更是如平面显示器、电子纸显示器、OLED显示器、触控显示器、太阳能电池板等光电产品，其中透明导电膜都产品架构里的关键零组件。
透明导电膜设计方案，最大两个关键即「导电度」与「透明度」两项重点指标，基本上导电度提升势必影响材料透明度表现，而材料透明度提升也会相对导致导电度下滑问题，对导电度指标观察，其实是材料介质的传导电子与电洞能力表现；透明度则是可见光穿透材料的实际表现效用。
若就材料的光学特性观察，一般金属材料的薄膜，因为其电浆频率在紫外光区块，所以可见光无法穿透，这也是为什麽金属薄膜可见光无法穿透的原因，若改采金属氧化物的导电薄膜材料，因为金属氧化物的电浆频率在红外线区块，可见光是可以穿透金属氧化物，形成类似透明状的状态。
实际上，金属氧化物的传导能阶较高，导电的载子数量有限，若在目前使用金属氧化物薄膜发展透明导电膜的思路下发展材料，才会有透明度与导电度无法两边都兼具的状态限制。
增加透光率、导电率 为发展元件重点
而降低导电薄膜的金属材料厚度，虽然是增加光线穿透率的做法，但实际上金属薄膜的厚度过薄也会导致加工难度增加，例如，采行金属蒸镀方式形成金属薄膜会产出不连续状态，影响实际线路导电的效用，另较薄的金属薄膜处理层也会因为在空气中较容易产生氧化问题，造成导电薄膜的电阻值过高，制品稳定性差与后期再加工应用不易，影响其应用效益。
另一个思路是提升金属氧化物的载子浓度，进而提升材料的导电特性，比如说，氧化物以成膜性好与材料稳定方向优化，可以应用掺杂或刻意产出缺陷让载子可提升材料导电特性，例如掺杂氧化锡、氧化锌，都能让氧化物薄膜材料可达到高透明度、高导电特性。
掺杂方案中以ITO(Indium Tin Oxide)氧化铟锡应用最多，ITO不仅导电性佳，在可见光透明度表现都相当不错，相关制程成熟，制品可靠度高，是目前应用的主流材料。
ITO材料应用广泛 材料抗挠曲特性仍待优化
即便ITO透明材料用途广泛，为目前主流透明薄膜重点材料，但实际上ITO的材料特性较容易受挠曲应力而出现脆裂，可挠性的表现虽可达到弯曲效果，但受力还是会有脆裂的材料物理限制，这也会让用来发展可挠性、软性电子产品的使用领域因此受限。
如前述，即便ITO导电薄膜仍是使用大宗，但其无法克服的材料限制，也衍生多元材料的新需求，对于非ITO的透明导电膜应用市场也逐渐攀高中，即便在物理、化学观察材料同时能兼顾光穿透效率与高导电率的条件相对困难，甚至还要达到可挠曲的效用，实际上仍可经营复合材料架构设计来进行因应。
例如使用金属薄膜、DMD复合材料结构(Dielectric/thin Metal/Dielectric)、有机导电高分子(Organic Conductive Polymer)、导电碳材(如石墨烯(Graphene)、纳米碳管(Carbon Nanotube))、金属网格(Metal Mesh)、金属网络(Metal Web)等技术方案达成目的。
金属薄膜透明导电膜
导电薄膜讨论中，金属薄膜为最容易理解的机制，金属薄膜为降低金属材料厚度，使其可增加光的穿透度表现，但实际上金属薄膜厚度太薄将导致材料稳定性变动大、易出现金属膜氧化问题，材料厂商则利用复合材料工法改善，例如Ag-Stacked Transparent Conductive Film采用薄银合金作为金属层，同时搭配上／下保护层改善金属薄膜稳定性表现，可达到问题。
Ag-Stacked Transparent Conductive Film的概念为将原有氧化物的厚度减至极薄，而为改善期物理特性，氧化物薄化后再将高度导电能力的金属薄膜整合氧化物改善电性，为维持结构上的可挠曲特性，再搭配材料上下贴合，在兼具导电特性前提维持极佳的材料可挠曲表现。
导电高分子透明导电膜
另一个方向是在成膜过程中，掺杂可增加载子浓度高分子材料，成为导电高分子状态，因为可挠性的导电高分子薄膜制程处理仅简易的涂布成膜加工，加工成本相对低廉，也是透明可挠性高的导电膜成本效益极佳的材料选择。但需注意的是，导电高分子薄膜即便有成本优势，但实际上导电高分子材料稳定性较差，材料在经由UV照射会导致材料产出不可逆的破坏效用，降低材料的导电电性。
导电性碳材透明导电膜
新的导电薄膜会尝试导入碳元素来改善导电电性，例如导入石墨烯(Graphene)、石墨、纳米碳管(Carbon Nanotube)等，其中纳米碳管、石墨烯本身即具备导电特性，材料可小于可见光的纳米级结构，能兼具高光穿透度与材料可挠特性、同时兼具导电膜应用能力。
金属网(Metal Network)透明导电膜
金属网制作的透明导电膜也是新兴方案之一，因为人眼对于线条识别状态约在6µm左右，只要透明薄膜的线材线径小于6µm的金属网状态，即可建构裸视无法识别的透明导电薄膜效用，因为导电材质本身即为高度导通能力的金属线，因此导电电性表现极佳，仅需少量的金属材料便可大量生产高度导电特性的薄膜，未来技术应用领域可期待。
从金属网概念出发，金属网格(Metal Mesh)则是应用蚀刻技术下的产物，金属网格为以曝光、显影、蚀刻等黄光制程程序产制的金属网格透明导电膜，利用蚀刻技术加工的铜金属网格已是相当成熟的材料科技，例如电浆显示器(Plasma Display)即使用铜金属网格制作电磁遮蔽(EMI)处理。
也有部分方案为利用喷墨印刷方式，直接以打印方式产出网格型态，至于印刷方案制程最大的挑战为大面积制作的难度，因为印制5µm以下的线宽本身极具挑战性，印制完成还需经过烧结程序形成导电性佳的网格效果，但因为高分子材料的可挠性基板本身的耐热能力有限，烧结处理程序时原有的纳米金属反而易产生氧化问题，导致导通能力下滑，这些都是必须处理的问题。
