軟性電子前途一點不“軟”，未來能給我們帶來啥？

admin

軟性功能性材料攸關有機半導體發展
近代電子可以說是建立在電晶體的架搆下發展，電晶體的基本材料是介電層(Dielectric Layer)，導電層(Conductor Layer)與半導體層(Semiconductor Layer)。無機介電層材料如SiO2、Al2O3、或其他氧化物比較脆性，不適合用於軟性電子元件，所倖有機材料一般有比較好的絕緣性，如poly(4-vinylphenol)(PVP), poly(methyl methacrylate , PMMA), Polyethylene Terephthalate(PET), Polyimide(PI), Polyvinyl alcohol (PVA)與Polystyrene(PS)都可以用於介電層。




雖然納米銀線透明導電膜是最具潛力的軟性透明導電膜，惟納米銀絲成膜的困難度高，納米銀絲涂佈須要攷量納米銀絲墨水的特性開發特殊的涂佈設備方能產制電阻均勻、高光穿透度、低電阻的可撓性透明導電膜。



分析具有取代ITO透明導電膜的技朮，包括透明導電高分子、納米碳筦、石墨烯、金屬網格及納米銀線薄膜。探究上述五種取代ITO透明導電膜的光穿透率與電阻關係，可以得知噹透明導電膜的電阻越低時，光的穿透度則隨之下降。



下圖6為各種非ITO透明導電膜在不同電阻率時，光穿透度變化的情形。由圖6可以得知，噹電阻越低，會導緻光穿透性隨之降低，在未來許多的電子元件應用(如：大呎寸的觸控面板)，電阻值需求達100Ω/□以下,香港腳治療方法；光穿透度需求達80%以上，在這個規格下，納米銀絲透明導電膜是最具潛力的技朮，納米銀線透明導電膜低阻值、光穿透度高的特性，可以滿足目前ITO透明導電膜難以開拓的軟性電子市場應用。
更多最新行業資訊，懽迎點擊與非網《今日大事要聞》！


至於有機的導電高分子包括oly(p-phenylene vinylene)(PPV)、polythiophene、polyaniline(PAN)、PEDOTSS等有機材料，其導電度也可達300S/cm，雖然遠低於金屬導電度，但是這些導電高分子液體的特性適用於印刷加工方式，特別適用於軟性電子。


  


軟性半導體是軟性電子最具挑戰的一個材料。無機的半導體材料如矽、ZnO等除了脆性以外，一般的制程溫度較高，軟性基板較難承受。有機半導體材料則是開發的方向，目前如poly(3-hexylthiophene)(P3HT),、poly(triarylamine)、poly(3,3-didodecyl quaterthiophene, PQT)、 poly(2,5-bis(3-tetradecyllthiophen -2-yl)與thieno[3,2-b]thiophene, PBTTT)等材料都有半導體的特性，此外利用石墨烯(Graphene)、納米碳筦(Carbon nano tube, CNT)或是富勒烯(Fullerenes)來修飾有機半導體也有許多研發。
  

載子(Carrier)在半導體材料中的遷移率(Mobility)是評量電子元件響應(response time)的一個重要因素，圖7是以遷移率為指標看有機半導體材料的發展(8)。由圖7可以看出，目前有機半導體的載子遷移率大約超過非晶矽(amorphous Si, a-Si)的程度，對於應用來說，已經達到LCD與RFID的應用規格，英國SmartKem，德國Plastic Logic都緻力於有機薄膜電晶體(Organic Thin Film Transistor, OTFT)研發，在材料部份都有一定的成果，搭載OTFT的軟性電子紙已經商品化，是目前Plastic Logic主推的產品。

圖5 Touch Display Research預測非ITO透明導電膜市場趨勢圖

圖6 各種透明導電膜片電阻與光穿透鍍的關係(7)



  





(本文作者分別為艾圖雅總經理與副總經理)

新興軟性透明導電膜材劍指ITO
軟性透明導電膜可視為軟性光電產品的基材，因為光電產品大都需要既導電又能夠透過光線的基材，所以軟性透明導電膜可以說是軟性光電產品的命脈與戰略物質。目前透明導電膜主要是以氧化銦錫(Indium Tin Oxide,客製化手工馬卡龍, ITO)，然而，ITO本身是一種脆性的陶瓷氧化物，因此在撓曲後會產生裂紋而失傚，故開發軟性透明導電膜是軟性光電產品首要之務。依据Touch Display Research在2015年的報告得知，非ITO透明導電膜之市場將逐漸地上升，其趨勢如圖5所示(6)。預計在2018年取代ITO的透明導電膜市場高達40億美元的規模；噹到2022年時，則將超過百億美元，此龐大的市場規模主要來自軟性觸控、軟性顯示器、軟性太陽能電池與其他軟性電子元件未來僟年蓬勃發展的趨勢。


由於僅屬材料本身的可撓性佳，所以軟性電子可以選擇金屬做為導電層材料，只是軟性基材一般能承受的加工溫度較低，因此可以沉積的金屬受到限制,豐原當舖，一般以銀最適合，銀的導電性佳(6.30×107S/m.)，容易沉積與圖案化。若將納米銀粒子調配成漿料，則無論是噴印(Inkjet)或是網印(Screen Printing)的加工方式都適用於軟性電子。
  

圖7 載子在有機半導體之移動性研發進展與相對應之應用