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台湾工研院研发出大气电浆镀膜技术

发布时间:2015-3-16 9:57:42   编辑:hxr  来源:触控技术网|全球触摸屏产业领航者
提要:台湾工研院机械与系统所的团队研发“大气电浆镀膜技术”,能在大气常压下镀制透明导电膜,为目前已知唯一能常压进行制程并达到商用品质的技术,此技术也曾获得“R&D百大科技奖”与“华尔街日报科技创新奖(TIA)”。
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台湾工研院机械与系统所的团队研发“大气电浆镀膜技术”,能在大气常压下镀制透明导电膜,为目前已知唯一能常压进行制程并达到商用品质的技术,此技术也曾获得“R&D百大科技奖”与“华尔街日报科技创新奖(TIA)”。

手指滑过手机或平板电脑时,因为屏幕下面那层透明导电薄膜,机器才得以“感知”碰触、执行功能。现在触控面板常用ITO(Indium Tin Oxide,铟锡氧化物)作为透明导电材料,透明导电膜两项主要的性能指标为电阻和透光率,ITO符合低电阻与高可见光穿透率,此外还具有良好的化学稳定性和热稳定性、基材黏着性佳、利于图形加工等优点。因此,在众多可作为透明电极的材料中,ITO成为主流,应用也相当广泛,触控面板、太阳电池、液晶、电浆显示器等光电产品皆可见ITO。

业务组长周大鑫博士说,研发初衷是为了节能,希望开发低耗能的光电产业镀膜技术。现在镀膜的制程为达到高品质,须在真空环境下进行,为了维持真空度,即便不镀膜,真空设备也要持续运行,相当耗能;另一方面,铟是稀有金属,主要出产自中国,来源不稳定,常有价格波动问题。随着近年导入非铟材料取代ITO薄膜的议题亦趋热门,团队也研究导入非贵重金属材料镀制透明导电膜,降低制造成本与风险。

相较于传统真空环境制程,团队的“大气电浆镀膜技术”省了一半以上的电力,也节省了60%的设备空间。大气电浆制程最大缺点是材料出了喷嘴、碰到大气便容易碰撞产生结晶,团队技术的巧思在于“电浆喷嘴”(又称电浆头或电浆产生器)里电极与气流场特殊设计,在局部区域里产生高密度的电弧。

团队设计电浆喷嘴,使其电浆密度够高,得以完整解离材料,透过气流带下来,让材料顺利覆在基板上形成一层薄膜。“有点像大自然现象的闪电,我们可以让电弧产生的数量最多,产生的能量高,范围也大。”周大鑫说,模组也整合电源供应器设计,控制电极的放电频率,达到足够温度。

机械所团队开发的大气镀膜机器。电浆喷嘴的电浆密度够高,完整解离氧化锌,透过气流带下来,让材料顺利覆在基板上形成一层薄膜。

“传统也有大气电浆技术,但能量没像我们这麽高,所以只能做些表面清洁的工作。”周大鑫说,团队的电浆密度高,得以完整解离材料,所以可在大气条件下作镀膜制程,甚至镀制透明导电膜。高能量密度的电浆让不同材料组合变得可行,团队改以氧化锌为镀制材料,镀出来的透明导电薄膜片电阻小于100 ohm/square,透明度90%以上,相当于市售的ITO薄膜水准。团队计算过,触控面板大约有三四成的成本都花在那透明导电膜,而用氧化锌搭配大气电浆技术,成本可降低为一成。(此为三年前的数据,现在透明导电膜成本较低了。)

团队成员将玻璃基板放至镀膜机并示范操作,此机器为线型镀膜,镀制疏水的功能性薄膜。

大气电浆镀膜还可局部镀制,让制程环保许多。传统上,若要局部镀膜,得先全面镀上一层,再用“黄光微影制程”去除不要的地方,过程中会产生许多化学废液,新技术省下了这过程,避免了化学材料污染。

谈及研发过程,周大鑫说,一开始大家听到开发在非真空环境镀膜技术的点子都觉得挑战太大,难以达成。2008年计画最初执行的那半年,团队也果真镀不出来,因为解离不完全,材料从喷嘴出来后接触空气立即结晶,在基板上覆上一层颗粒状粉末,变成“一盘散沙”而不是融合成一层薄膜。后来调整电极模组设计、调整材料配方,隔年才成功镀膜,再经两三年改良制程,才镀出透明导电膜。

不同的功能性薄膜的制程有差异,但概念与设备大致相同,只是更换材料组成。因此,此技术除了用于制作触控面板的透明导电薄膜,作为ITO的替代品,也可以跨产业,用于其他功能性镀膜制程,如表面抗污、疏水、亲水等,除了硬材质的玻璃或塑胶产品表面镀膜,周大鑫也期望未来延伸至软性材基材元件,应用于穿戴式设备。



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