專家視點 | 淺析具潛力的柔性透明導電膜
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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
柔性電子的崛起是當下電子顯示產業大趨勢，柔性顯示器、柔性照明、柔性太陽能電池、柔性傳感器等產品正在加速從實驗室走向市場。在這產業趨勢之下，具有可撓性、高光穿透度、高導電度的軟性透明導電膜是許多柔性光電產品的基礎。因此，柔性透明導電膜將會成為柔性光電產品的戰略性材料。
本文從透明導電膜的特性淺析具潛力的柔性透明導電膜技術，闡述各技術發展現況，并從材料特性、量產技術與商品產業化進展分析各種技術的發展趨勢。期盼在柔性電子崛起之際，產業能夠在材料、制程、設備有所布局，掌握柔性電子的龐大商機。
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透明導電膜為光電產品基礎 |
光電產品都需要光的穿透與電的傳導，因此透明導電膜是光電產品的基礎，平面顯示器、觸控面板、太陽能電池、電子紙、OLED照明等光電產品都須要用到透明導電膜。
「透明度」與「導電度」在物理上是兩個互相掣肘的特性，「透明度」代表可見光可以穿透介質的多寡，而「導電度」代表介質傳導載子(Carrier，包括電子與電洞)的多寡，與載子濃度有關。
在光學性質上，載子可視為處于一種電漿狀態，與光的交互作用很強，當入射光的頻率小于材料載子之電漿頻率(Plasma Frequency)時，入射光會被反射，因此，材料的載子電漿頻率在光譜的位置是可見光波段(380nm~ 760nm)是否能夠穿透的決定因素。
一般金屬薄膜的電漿頻率在紫外光區，所以可見光無法穿透金屬，這是金屬在可見光區呈現不透明光學性質的原因，而金屬氧化物的電漿頻率落在紅外光區，因此可見光區的光線可以透過金屬氧化物，呈現透明狀態。
但是，金屬氧化物能隙(Energy Band Gap)太大，載子的濃度有限，導致金屬氧化物的導電度很差。從材料的物理特性來看，「透明度」與「導電度」是難以兩全的特性，開發一個同時具有高導電度與高光穿透率的材料相對困難。
降低金屬材料厚度是增加光線穿透度的一個方法，惟金屬薄膜厚度太薄，加工不易，例如以蒸鍍方式成膜會形成島狀不連續的生長；另一方面也因為膜厚較薄，在空氣中容易有氧化的現象產生，造成電阻值劇變，薄膜穩定性差，不利于后續加工應用。
提升金屬氧化物的載子濃度以增加其導電度是透明導電膜的另一個方向。氧化物材料穩定，薄膜成膜性佳。可以利用摻雜(Doping)或是制造缺陷增加載子的濃度來提高導電度，是透明導電膜的理想材料。
如摻雜的氧化錫、氧化鋅等都具有高透明、高導電的特性，其中又以氧化銦錫(Indium Tin Oxide, ITO)應用*為廣泛。ITO導電度佳，可見光透光率高，同時成膜技術與后續蝕刻圖案化制程都成熟可靠，是目前透明導電膜主要的材料。
ITO透明導電膜雖然應用非常廣泛，但ITO屬于脆性的陶瓷材料，容易受力脆裂。
從柔性電子對可撓性的功能需求來看，受力彎曲碎裂的特性使ITO在柔性電子組件應用上碰到瓶頸，具有可撓特性，取代ITO透明導電膜的產品必是未來柔性光電產品的基礎材料，是柔性光電產品的戰略物資。
預計取代ITO的透明導電膜市場到2022年時，將超過百億美元。
如此龐大的市場規模主要來自柔性觸控、柔性顯示器、柔性太陽能電池與其他柔性電子組件在未來幾年蓬勃發展，造成市場對柔性透明導電膜需求的結果。
雖然學理上一種材料同時具有高光穿透率、高導電率與可撓曲特性比較困難，但透過材料設計如金屬薄膜、氧化物/薄金屬/氧化物(Dielectric/thin Metal/Dielectric, DMD)復合材料結構、 摻雜具共軛鍵的有機導電高分子(Organic Conductive Polymer)；具導電性的導電碳材如石墨烯(Graphene)、納米碳管(Carbon Nanotube, CNT)；或是設計肉眼看不到網格的結構如金屬網格( Metal Mesh)、金屬網絡(Metal Web)，都可制成軟性透明導電膜。
▲圖：柔性透明導電膜技術發展三大趨勢
綜觀以上幾種柔性透明導電膜技術發展，在可撓、光穿透、導電三大特性都有一定的開發成果，以下就從材料特性、量產制程、技術成熟度探討其未來發展。
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透明導電材料特性 |
導電度與光穿透度是柔性透明導電膜*重要的光電特性，高導電度下仍然能維持高光穿透度是產品發展的趨勢。
為比較前述幾種柔性透明導電膜技術，筆者以近幾年各研究單位發表的面電阻與光穿透度成果來評價各種柔性透明導電膜技術，如圖所示。
▲圖：以面電阻與光穿透度來做評價各種軟性透明導電膜技術
由上圖可以發現，若以光穿透度大于80%為規格，在電阻大于100Ω/sq，上述各技術都能達到需求；但是到100Ω/sq以下時，石墨烯與納米碳管就必須以真空法成長，再以轉移技術成膜方能達到需求。
導電高分子與金屬網格、金屬網絡可以達到此規格，而10Ω/sq以下，就只有金屬網格與金屬網絡可以符合。其中納米銀線網絡在100Ω/sq以下，甚至更低都能顯現出優異的特性，這是由于銀的導電特性**，少量的納米銀線即可達到低電阻與高穿透度的光電特性。
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上海卷柔新技術光電有限公司是一家專業研發生產光學儀器及其零配件的高科技企業，公司2005年成立在上海閔行零號灣創業園區，專業的光電鍍膜公司，技術背景依托中國科學院，卷柔產品主要涉及光學儀器及其零配件的研發和加工；光學透鏡、反射鏡、棱鏡，平板顯示，安防監控等光學鍍膜產品的開發和生產，為全球客戶提供上等的產品和服務。
采用德國薄膜制備工藝，形成了一套具有嚴格工藝標準的閉環式流程技術制備體系，能夠制備各種超高性能光學薄膜，包括紅外薄膜、增透膜，ARcoating,激光薄膜、特種薄膜、紫外薄膜、x射線薄膜，應用領域涉及激光切割、激光焊接、激光美容、醫用激光器、光學科研，紅外制導、面部識別、VR/AR應用,博物館，低反射櫥窗玻璃，畫框，工業燈具照明，廣告機，點餐機，電子白板，安防監控等。卷柔新技術擁有自主知識產權的全自動生產線【sol-gel溶膠凝膠法鍍膜線】，這條生產線能夠生產全球先進的減反射玻璃。鍍膜版面可達到2440*3660mm，玻璃厚度從0.3mm到12mm都可以,另外針對PC,PMMA方面的增透膜也具有量產生產能力。ARcoating減反膜基本接近無色,色彩還原性好，并且可以避免了磁控濺射的缺點，鍍完增透膜后玻璃可以做熱彎處理和鋼化處理以及DIP打印處理。這個難度和具有很好的應用性，新意突出，實用性突出，濕法鍍膜在價格方面也均優于真空磁控的干法。
卷柔減反射(AR)玻璃的特點:高透,膜層無色,膜硬度高,抗老化性強(耐候性強于玻璃),玻璃長期使用存放不發霉,且有一定的自潔效果.AR增透減反膜玻璃產品廣泛應用于**文博展示、低反射幕墻、廣告機玻璃、節能燈具蓋板玻璃、液晶顯示器保護玻璃等多行業。
我們的愿景：卷柔讓光學更具價值！
我們的使命：有光的地方就有卷柔新技術！
我們的目標：以高質量的產品，優惠的價格,貼心的服務，為客戶提供優良的解決方案。
上海卷柔科技以現代鍍膜技術為核心驅動力，通過鍍膜設備、鍍膜加工、光學鍍膜產品服務于客戶，努力為客戶創造新的利潤空間和競爭優勢，為中國的民族制造業的發展貢獻力量。
