触控面板:新材料取代ITO可有胜算?

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平面显示器市场研究机构 DisplaySearch 观察指出,触控面板使用的新一代氧化铟锡(ITO)取代材料经过这两年的讨论与导入,已经在市场上有了相当的能见度;一线的触控模块厂像是宸鸿与欧菲光都已经量产、导入手机与笔记本电脑等应用,并且终端品牌也逐渐显露出兴趣。不过,新材料离全面取代ITO的阶段恐怕还为时尚早。

 

DisplaySearch 表示,这一方面是因为目前ITO并没有短缺或铟矿被限制开采的问题,二方面主要的应用、像是手机、平板和笔记本电脑,正面临市场饱和或是模块价格崩盘的局面,新材料一开始就面临价格的压力。再者,在采用新一代ITO取代材料的同时,触控模块厂多半也导入新制程;因此,学习曲线与制程的优化都还需要时间过渡,即使模块厂提出了积极的报价,但可能仅反映其推广策略,未必充分反映了成本。

 

单从技术规格上来看,要成为ITO取代材料的关键主要有三项:

 

具有高导电性且能够应用在任何基板与任何尺寸上;除了有低表面阻抗值(sheet resistance)外,也要能维持良好的透光性(optical transmission)。另外,该材料最好能够具有可挠性,让阻抗值与感测电极的稳定性可以适应非平面的触控区。低表面阻抗值和透光性是最基本的条件;ITO本身是透明材料,但是金属网格(metal mesh)和奈米银线(silver nanowires)却不是。不过,利用分布密度的做法,还是可以让电极达到可接受的透光度。

 

金属网格与奈米银线这两种新材料胜过ITO的优点,主要是明显更低的表面阻抗值和可挠性。

 

ITO薄膜目前的主流规格约在150 奥姆/单位面积的阻抗值,对于10寸以下的触控区已经足够,但是到了笔记本电脑的尺寸或是20寸以上,就显得吃力。较低的表面阻抗值有助于10寸以上的触控面板灵敏度,而可挠性对非平面的触控面板更是重要。

 

目前,触控面板的主要市场仍然是手机和平板电脑;前者在今年已经是超过12亿台出货量的市场,而后者即使面临成长的停滞,也有将近2.5亿台的出货量。

 

ITO不论是以玻璃或是PET薄膜作为基板、甚至是在内嵌式触控面板内,都能够满足中小尺寸触控面板的规格需求,而且供应链相当充沛。因此,新材料在这两块主要 市场的竞争策略仍然是价格优势,而合理的价格优势不能仅依赖触控模块厂的积极报价,最主要的还是要让尽快让制程可以顺畅、良率得以提升。

 

另一方面,触控面板也开始延伸到新的应用,而这些应用将有利于新的ITO取代材料切入。

 

以智能手表而言,受限于曲面显示面板(包含LCD和AMOLED)当前质量的稳定性,即使面板本身已经使用塑料基板,但是多数的品牌还是选择平面的形式(form factor)。不过,一旦这些技术与良率逐渐解决,曲面将会是比较能符合智能手表的穿戴式情境。ITO材料镀膜于薄膜上固然可以挠曲,但是ITO本身材料的特性使其无法承受多次的挠曲而易致断裂、质量也容易因挠曲而不稳定。因此,这对新材料来说是一个重要的规格差异化和机会。

 

除了中小尺寸外,10寸以上的笔记本电脑、甚至20寸的AIO (All in One)个人电脑,也有可能会是新材料的另一项机会。从2013年开始,笔记本电脑的渗透率约仅11%左右,即使到了2014年也仅是些微提升而已,个中原因与使用者对Windows 8的评价与使用习惯最直接相关。

 

不过,随着Apple iOS与Google Chrome (甚至Android)开始朝向10寸以上的、具生产力的平板电脑布局,同时许多笔记本电脑品牌也开始利用最新的、无风扇的Intel Core M生产二合一的平板电脑,10寸以上的触控面板市场在2015年有机会获得新的成长契机。虽然OGS仍然会是10寸到20寸触控面板的较佳选择,但是对许多薄膜触控厂商来说,以新材料来取代ITO薄膜会比转换到OGS产线来得容易。

 

除了ITO与其他的无机透明导电氧化物 (transparent conductive oxide,TCO)外,目前最提及的取代材料约有5种:金属网格、奈米银线、奈米碳管(carbon nanotube)、导电高分子(intrinsically conductive polymer)与石墨烯(graphene);前三者是目前已经有实际量产与出货。

 

金属网格与奈米银线拥有较多的支持者,这两种材料都是金属(银或是铜),其导电性都比ITO更好,很容易在可接受的透光度下,轻易达到100奥姆、甚至50奥姆以下的表面阻抗值。

 

金属网格图案具有一致性、连贯性与延伸性,因此在形成较大尺寸的感测图案时,线路与图案的均匀度比较容易控制。相对而言,奈米银线目前的制程是先以湿式涂布 (wet coating)于薄膜上,均匀度的控制尤其重要。不像金属网格的连贯性,每个奈米银丝都是单独个体,导电性是透过银线之间的交错、重迭来达成,如果银线 散布的均匀性不佳,那么阻抗值的均匀度就会受影响、甚至断线。

 

金属网格也有若干缺点,特别是反光与摩尔纹(moire effect)的问题。

 

目前金属网格可以顺利生产的单一线宽约在3.5~4um左右;太宽的话需要在网网格线表面做黑化(blacking)处理、减少反光,但是这样又会造成显示面板在视觉上太黯淡的观看经验。而网网格线如果太细,对有些加法制程来说,制程难度则相对提高许多。

 

对目前显示面板动辄超过300 ppi的智能手机来说,比较理想的网网格线宽约在2um左右,如果制程上无法达到,那么金属网格应用于智能手机的机会无形中就会减低。不过,金属网格与奈米银线的这些缺点并不是在原理上无法解决的问题,而是都有机会在未来透过制程的精进逐步地克服。

 

DisplaySearch指出,一般人在判断这些新材料的导入机会时,最常用的标准恐怕是材料成本,但是成本常常最终只是个结果,而不是导致的原因。

 

新材料的机会主要会有两个方向:第一是规格特性,第二是领导厂商的投入。前者可从更大尺寸与非平面的触控区的应用来切入,这两个利基点都是ITO表现不佳的地方,更能凸显新材料的优势和价值。后者则是要依靠像是宸鸿、欧菲光等领导厂商,透过他们在制程的改进与成熟化后,将新材料导入主流的应用,提供给客户不同的选择,并且逐渐建立起信心。

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