研究卷对卷制程技術制备觸控屏之柔性透明导电膜

The transparent conductive films (TCFs) are widely used in the flexible technologies, such as E-paper, displays, solar cell, and touch sensors. This TCF is generally used for connecting the electronic devices to the ground as an common electrode; therefore, the quality of this film is very critical for device performances. Moreover, TCF usually has very large portion of the total cost. As a result, developing a more economic TCF is very essential for our future technology in developing flexible devices. Roll to roll (R2R) process has been regarded as one of the most efficient ways of fabricating flexible TCF. However, this technology is not mature owing it complexity of material and process designs in each step. To realize a very efficient R2R process, the detailed design in each step is very important. Therefore, the work proposed here is trying to explore the sophisticated steps within the integrated R2R process and its corresponding material design. We will investigate the micro-scale physics of the flexible TCF made by the R2R process and try to find out a material which can replace the currently-used rare materials for making TCF. The results are expected to help us to build up the core knowledge of making more complicated flexible devices in the near future.

透明导电薄膜的应用很广，举凡柔性电子纸、柔性显示器、柔性太阳能电池、触控屏等，皆须要使用透明导电膜。此膜的成膜品质大大地影响器件的光电性能。并且这部份的成本通常占了器件中的大部份，所以，研发可以更经济更大量的生产技术与材料，成为当务之急。目前透明导电膜的做法仍是利用干式镀膜制程，无法与柔性基材整合并且需要昂贵的真空制程，而卷对卷制程则是可以实践大量生产柔性透明导电膜的有力工具。但是，以目前世界上的科研进度来说，此技术仍不成熟，主要因为卷对卷制程必须考虑与设计每一个细部环节与材料基础特性，才能够真正实现大量并且有效率的批次生产。有鉴于此，本项目以透明导电薄膜作为研究的开端把很多细部的材料设计与制程考量整合，并将拆解这些前瞻的细部研究以建立起制造柔性电子器件的核心能力。我们将研究柔性电子器件的微观物理、卷对卷制程的细部机理解析、并找出更符合经济效益的材料与制程技术以取代稀有金属的透明导电膜。

透明导电薄膜的应用很广，举凡柔性电子纸、柔性显示器、柔性太阳能电池、触控屏等，皆须要使用透明导电膜。然而目前透明导电膜的做法仍是利用干式镀膜制程，无法与柔性基材整合并且需要昂贵的真空制程，而可兼容卷对卷制程的纳米银线导电材料成为最有前景的替代材料之一；然而对于纳米银线导电薄膜，如何在保证均匀性的基础上，同时兼顾高透光率、高导电性并使实现导电薄膜的图形化，是当前领域存在的难点；另外，尽管卷对卷制程是可以实践大量生产柔性透明导电膜的有力工具，但目前此技术仍不成熟，主要因为卷对卷制程必须考虑与设计每一个细部环节与材料基础特性，才能够真正实现大量并且有效率的批次生产。.有鉴于此，本项目以纳米银线透明导电薄膜作为研究的开端，通过搭建卷对卷器件制备平台制备透明导电薄膜，并成功制成柔性触控屏。纳米银导电薄膜的关键制备技术在于，通过油墨配方与表面处理控制涂布过程的流变特性以均匀成膜；以渗流理论为指导，通过实验验证并建立了纳米银线微观物理因素与薄膜电学性能之间的关系；并通过表面修饰实现纳米银线的图案化分布。我们所制备的AgNW/HPMC薄膜表现出的品质因子σDC /σOp约为400，接近Carestream Health和Cambrios的商用纳米银薄膜性能；其中关于此项目的‘Coating, Patterning, and Transferring Processes of Silver Nanowire for Flexible Display and Sensing Applications’一文荣获2016年SID国际显示学会杰出论文奖。.我们搭建了卷对卷器件制备平台，基于前期对纳米银线导电薄膜的研究基础，制备了银纳米线透明导电薄膜，搭配柔性触控IC，成功制作了5.3英寸的投射电容式柔性触摸屏样机。此柔性触摸屏不仅通过测试平台进行了单点触摸、多点触摸、画线等基本功能验证，还成功集成到手机上进行整机测试。.通过本工作，在导电薄膜制备和应用领域，已具备从材料设计、工艺制程到系统集成的技术成熟性与演示性；本工作建立起制造柔性电子元件的核心能力，相关研究成果和经验可转移并应用于印刷电子、新型柔性显示、可穿戴式电子产品、柔性智能触控屏及医疗电子产品等。