柔性电⼦崛起的产业趋势已⽇趋明朗，柔性显⽰器、柔性照明、柔性太阳能电池、柔性传感器等产品已经逐渐从实验室⾛向市场。在这产业趋势之下，具有可挠性、⾼光穿透度、⾼导电度的软性透明导电膜是许多柔性光电产品的基础。因此，柔性透明导电膜将会成为柔性光电产品的战略性材料。 本⽂从透明导电膜的特性探讨具潜⼒的柔性透明导电膜技术，阐述各技术发展现况，并从材料特性、量产技术与商品产业化进展分析各种技术的发展趋势。期盼在柔性电⼦崛起之际，产业能够在材料、制程、设备有所布局，掌握柔性电⼦的庞⼤商机。 透明导电膜为光电产品基础
飘舞的碎布
光电产品都需要光的穿透与电的传导，因此透明导电膜是光电产品的基础，平⾯显⽰器、触控⾯板、太阳能电池、电⼦纸、OLED照明等光电产品都须要⽤到透明导电膜。
市调机构Research and Markets 2017年发布的市场调查指出，预估全球透明导电膜的市场从2017到2026年平均年成长率超过9％，不管是从光电产品的产业链或是市场规模来评量，透明导电膜都是光电产业不可忽视的重要材料。
透明度与导电度在物理上是两个互相掣肘的特性，透明度代表可见光可以穿透介质的多寡，⽽导电度代
表介质传导载⼦（Carrier，包括电⼦与电洞）的多寡，与载⼦浓度有关。琴谱音响
在光学性质上，载⼦可视为处于⼀种电浆状态，与光的交互作⽤很强，当⼊射光的频率⼩于材料载⼦之电浆频率（Plasma Frequency）时，⼊射光会被反射，因此，材料的载⼦电浆频率在光谱的位置是可见光波段（380nm～760nm）是否能够穿透的决定因素。
⼀般⾦属薄膜的电浆频率在紫外光区，所以可见光⽆法穿透⾦属，这是⾦属在可见光区呈现不透明光学性质的原因，⽽⾦属氧化物的电浆频率落在红外光区，因此可见光区的光线可以透过⾦属氧化物，呈现透明状态。
但是，⾦属氧化物能隙（Energy Band Gap）太⼤，载⼦的浓度有限，导致⾦属氧化物的导电度很差。从材料的物理特性来看，透明度与导电度是难以两全的特性，开发⼀个同时具有⾼导电度与⾼光穿透率的材料相对困难。
降低⾦属材料厚度是增加光线穿透度的⼀个⽅法，惟⾦属薄膜厚度太薄，加⼯不易，例如以蒸镀⽅式成膜会形成岛状不连续的⽣长；另⼀⽅⾯也因为膜厚较薄，在空⽓中容易有氧化的现象产⽣，造成电阻值剧变，薄膜稳定性差，不利于后续加⼯应⽤。
提升⾦属氧化物的载⼦浓度以增加其导电度是透明导电膜的另⼀个⽅向。氧化物材料稳定，薄膜成膜
性佳。可以利⽤掺杂（Doping）或是制造缺陷增加载⼦的浓度来提⾼导电度，是透明导电膜的理想材料。
如掺杂的氧化锡、氧化锌等都具有⾼透明、⾼导电的特性，其中⼜以氧化铟锡（Indium Tin Oxide，ITO）应⽤最为⼴泛。ITO导电度佳，可见光透光率⾼，同时成膜技术与后续蚀刻图案化制程都成熟可靠，是⽬前透明导电膜主要的材料。
ITO透明导电膜虽然应⽤⾮常⼴泛，但ITO属于脆性的陶瓷材料，容易受⼒脆裂。
从柔性电⼦对可挠性的功能需求来看，受⼒弯曲碎裂的特性使ITO在柔性电⼦组件应⽤上碰到瓶颈，具有可挠特性，取代ITO透明导电膜的产品必是未来柔性光电产品的基础材料，是柔性光电产品的战略物资。
柔性透明导电膜需求上扬，制造材料多元化
近年来，柔性电⼦产品已逐渐商品化，柔性显⽰器、柔性照明到柔性传感器、柔性太阳能电池等技术发展⽇新⽉异，这些柔性产品都促使软性透明导电膜的需求⽇益殷切。
简单的延时电路
依据Touch Display Research 2015年的报告，⾮ITO透明导电膜之市场需求将逐渐地上升（图1）。
图1 Touch Display Research预测⾮ITO透明导电膜市场规模
预计2018年，取代ITO的透明导电膜市场⾼达40亿美元的产值；到2022年时，将超过百亿美元。
如此庞⼤的市场规模主要来⾃柔性触控、柔性显⽰器、柔性太阳能电池与其他柔性电⼦组件在未来⼏年蓬勃发展，造成市场对柔性透明导电膜需求的结果。
虽然学理上⼀种材料同时具有⾼光穿透率、⾼导电率与可挠曲特性⽐较困难，但透过材料设计如⾦属薄膜、氧化物／薄⾦属／氧化物（Dielectric／thin Metal／Dielectric， DMD）复合材料结构、掺杂具共轭键的有机导电⾼分⼦（Organic Conductive Polymer）；具导电性的导电碳材如⽯墨烯（Graphene）、奈⽶碳管（Carbon Nanotube，CNT）；或是设计⾁眼看不到⽹格的结构如⾦属⽹格（Metal Mesh）、⾦属⽹络（Metal Web），都可制成软性透明导电膜（图2）。
图2 各种具潜⼒之软性透明导电膜技术
以下就回顾这些技术⽬前的研发成果。
⾦属薄膜
降低⾦属材料厚度可以增加光线的穿透度，但是⾦属薄膜厚度太薄时，材料稳定性差，容易氧化，造成电阻值剧变。
⽇本TDK以薄银合⾦来取代银⾦属，并且以上下保护层来克服⾦属薄膜稳定性问题。
如图3所⽰，独特的Ag－Stacked Film在9 Ω／sq的电阻下仍有⾼达90％的穿透率。
图3 TDK可挠性质的银合⾦软性透明导电膜结构
降低氧化物的厚度到奈⽶等级可改善氧化物的脆性，然⽽厚度降低必然也会降低导电度，将导电度极佳的⾦属薄膜夹到氧化物中，就有机会在⼀定的可挠度下，维持可应⽤的光穿透率与导电度。DMD结构材料尚包括ZnS／Ag／WO3；MoOx／Au／MoOx。
出租汽车驾驶员从业资格管理规定这些DMD结构特别适⽤于需要能阶匹配的组件，如迭层结构的OLED与太阳能电池，可藉由氧化物的选择做能阶匹配，以增加组件光电转换效率。
⾦属薄膜与DMD结构都需要复杂的真空制程，制造成本⽐ITO来得⾼，⽐较适⽤于⾼附加价值的光电产品。
导电⾼分⼦
具共轭键的⾼分⼦材料，电⼦在π键结受到的束缚较⼩，在适当的掺杂下可以增加载⼦的浓度，成为导电⾼分⼦。
具可挠特性的导电⾼分⼦薄膜是采⽤涂布⽅式成膜，加⼯成本低廉，是软性透明导电膜理想的材料。
掺杂樟脑磺酸（Camphorsulfonic Acid， CSA）的聚苯胺（Polyaniline，PANI）、采⽤微乳胶聚合法制成奈⽶球聚吡咯（Polypyrrole，PPY）、掺杂AuCl3的聚3－⼰基噻吩（Poly（3 －hexylthiophene，P3HT）与掺杂聚苯⼄烯磺酸（Polystyrene Sulfonate，PSS）的聚（3，4－⼄烯⼆氧噻吩）（Poly（3，4－ethylenedioxythiophene），PEDOT）都可以形成柔性透明导电膜，其中已经商品化的PEDOT：PSS材料在透明导电膜的应⽤研究最为⼴泛。
经过添加⼆甲基亚（Dimethyl Sulfoxide，DMSO）与含氟接⼝活性剂修饰的PEDOT：PSS，Vosgueritchian研发出46Ω／sq的电阻，82％的穿透率的软性透明导电膜。
另外，也有以甲磺酸（Methanesulfonic Acid， MSA）处理的⽅式，例如有学者发表在50Ω／sq的电阻之下，92％光穿透率的膜层制作技术；或是控制PEDOT：PSS分⼦的排列研制出创记录的17Ω／sq，穿透率⾼达97．2％的膜层。
导电⾼分⼦透明导电膜是以涂布⽅式成膜，具有⽣产成本的优势，只是导电⾼分⼦材料的稳定性较差，在UV照射下，共轭键结容易断裂产⽣⾃由基导致材料不可逆的破坏，使导电度下降。
此外，掺杂材料⼀般为带电的离⼦，容易吸收⽔分造成导电薄膜的电阻变异。虽然⽬前有许多增加导电性⾼分⼦稳定性⽅法在开发中，但⽬前仍⽆法实际取代ITO的应⽤。
导电性碳材
碳是多采多姿的材料，碳的同素异形体可以有极佳的绝缘特性如钻⽯膜，也可以有极佳的导电特性如⽯墨烯，端视碳的键结⽽异。
导电性的碳材有⽯墨、奈⽶碳管（Carbon Nanotube， CNT）与⽯墨烯等（Graphene）。
其中奈⽶碳管、⽯墨烯具有⼀定的导电度，⼩于可见光波长的奈⽶级尺度结构，能够有⾼光穿透度与可挠的特性，具有应⽤于柔性透明导电膜的潜⼒。
奈⽶碳管
奈⽶碳管是由碳原⼦组成的管状结构材料，有单层壁（Single Wall CNT，SWCNT）与多层壁结构（Multi－wall CNT， MWCNT），奈⽶碳管经过适当的化学处理或是掺杂可以使奈⽶碳管具有⾼导电特性。
应⽤这些纤维状、具有导电性的奈⽶碳管交错搭接即可形成导电的⽹络。
有学者以⼲式转移法，直接转移⾼温成长⾼质量的SWCNT到柔性基板形成在110Ω／sq下，光穿透率达90％的导电膜。
若以较低成本的涂布法形成透明导电膜，则就⽐较难达到直接转移法的光电特性，这是因为CNT间凡德⽡⼒强，在液体中容易形成聚集成CNT捆束（Bundle），要制成可涂布的悬浮液须要在液体中加⼊⼀些使CNT均匀分散的添加剂，这些添加剂会影响膜的光电特性。
以⾮离⼦型界⾯活性剂为分散剂，学者Woong利⽤旋转涂布法制得59Ω／sq下，光穿透率达71％之薄膜；另⼀学者Kim 则以羟丙基纤维素（Hydroxypropylcellulose）混和SWCNT调制成刮⼑涂布浆料，涂布后再经过脉冲光后处理，制得柔性透明导电膜，在68Ω／sq时，光穿透率达89％。
图4为适⽤于⼯业⽣产柔性CNT透明导电膜制程⽰意图，其中，墨⽔分散、涂布成膜与后处理是CNT透明导电膜产业化的三⼤关键技术。
图4 软性CNT透明导电膜制程⽰意图
⽯墨烯
⽯墨烯是本世纪最受瞩⽬的材料之⼀，从2004年盖姆（Andre Geim）与诺沃谢洛夫（Konstantin Novoselov）成功地从⾼定向热解⽯墨分离出单层⽯墨烯材料后，⽯墨烯便以其⼆维特殊结构的⾼导电度特性受到瞩⽬，透明导电膜的应⽤⾃然成为研究开发的项⽬。
与CNT相类似，直接⼲式转移⽯墨烯薄膜与调制成墨⽔涂布是两个透明导电膜成膜的⽅法。
利⽤⾼温CVD制程与适当的掺杂可以制出在150Ω／sq时，光穿透率达87％的⽯墨烯透明导电膜，惟⾼分⼦的柔性基板⽆法承受CVD⾼温制程。
⽇本Sony开发转移法来克服此问题，利⽤在铜箔基板上成长⾼质量⽯墨烯，再转移到PET薄膜上，然后将铜溶解掉⽽得到柔性⽯墨烯透明导电膜（图5）。只是这种连续转移制程的成本⾼，产业化⽣产⽐较复杂困难。
男性同性恋网站图5 SONY运⽤开发转移法制作软性⽯墨烯透明导电膜
⽯墨烯涂布制程与CNT相似，都是墨⽔调制、涂布成膜、除去添加物与后处理。由于⽯墨烯⽚状结构，因凡德⽡⼒造成的聚集⽐CNT更严重，使得⽯墨烯在液体中分散⽐CNT更困难。
因此⽯墨烯的分散技术开发，是柔性⽯墨烯透明导电膜制程中的关键。
研究⼈员利⽤⽯墨悬浮液直接转移分散到⽔／酒精溶液中，剥离⽯墨烯，制得⽯墨烯墨⽔（图6），是避开⽯墨烯分散困难的⽅法。
图6 ⽯墨液相剥离法制作可涂布的⽯墨烯墨⽔
此外、氧化⽯墨烯（Graphene Oxide， GO）因为具有较多的极性氧键结，⽐较容易制成稳定的墨⽔，有助于涂布成膜制程，只是氧化⽯墨烯在涂布后尚需将其还原成导电⽯墨烯薄膜，较温和的还原制程则仍在开发中。
⾦属⽹（Metal Network）
⼈眼对于线条的鉴别度约在6um左右，因此线径⼩于6um⾦属⽹可布成裸眼看不到⾦属线的透明导电膜。由于⾦属的导电性极佳，只要少量的⾦属材料即可布成⾼导电薄膜，是极具潜⼒的技术。
⾦属⽹薄膜可以利⽤蚀刻、⽹印形成图案可控制的⾦属⽹格（Metal Mesh），也可以利⽤⾦属粒聚集或是奈⽶⾦属线交织成图案不定型的⾦属⽹络（Metal Web）。
⾦属⽹格（Metal Mesh）
蚀刻的铜⾦属⽹格是⼀个成熟的产品，过去电浆显⽰器（Plasma Display）就应⽤铜⾦属⽹格作电磁遮蔽（EMI）。
以传统曝光、显影、蚀刻等黄光制程的⾦属⽹格透明导电膜已经商品化，并且应⽤到触控⾯板产业。利⽤Cu2O／Cu／Cu2O结构，学者Kim发表线宽7um、格距450um的⾦属⽹格透明导电膜，在电阻15．1Ω／sq时穿透率可达89％。
有别于黄光的蚀刻制程，直接在基板印制⽹格的制程更多样。⽇本富⼠胶卷（Fujifilm）开发银盐曝光技术，⾸先在基板上⾯进⾏溴化银涂布，然后经过曝光、洗银等程序制出⽹格图案，再以化学增厚制作银⾦属⽹格。
或是利⽤精密⽹印（Direct Printing Technology，DPT）印制20um线宽的银⽹，⽚电阻0．5～1．6Ω／sq，光穿透率达78％～88％。⽇本Komura－Tech以凹版转印（Gravure Offset）印制达5um线宽的透明导电膜。
也有学者以喷墨印刷⽅式直接印出⽹格，⾯阻值达0．3Ω／sq。印刷法制程最⼤的挑战在于⼤⾯积范围，印制5um以下的线宽颇具挑战。
此外、不管⽤哪⼀种印刷法，奈⽶⾦属浆料都要经过烧结才能形成导电性佳的⽹格，⾼分⼦柔性基板耐热能⼒差，烧结时奈⽶⾦属极易氧化等都是须克服的问题。概念模型设计
雷射烧结可以同时达到⽹格图案化与⾼温烧结的⽬的，可⽤铜奈⽶粒⼦雷射烧结，或以奈⽶银粒⼦雷射烧结，分别制出铜⾦属⽹格、与银⾦属⽹格如（图7）。其中银⾦属⽹格之⽚电阻在30Ω／sq以下，光穿透率⼤于85％。
图7 雷射烧结之铜⾦属⽹格与银⾦属⽹格
⾦属⽹络（Metal Web）
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