【報告】納米銀和金屬網(wǎng)格對比分析

評價產品價格的變動,包括初期生產價格,例如材料成本、制造成本,IC及其器件的整合成本,假如企業(yè)一條龍式地能掌握從原料至器件,甚至IC器件的成本,則有機會端出具有競爭力的產品價格。

一、市場因素的評價

關于市場因素決定于產品價格與技術規(guī)格,技術規(guī)格將于之后再詳細討論。

評價產品價格的變動,包括初期生產價格,例如材料成本、制造成本,IC及其器件的整合成本,假如企業(yè)一條龍式地能掌握從原料至器件,甚至IC器件的成本,則有機會端出具有競爭力的產品價格。第二種系量產價格,當不同材料技術與生產良率仍有提升空間,以及產品的應用領域擴大,因而具備更多壓低成本的能力,例如掌握了主要品牌商且成為市場的主流產品,或者進一步擴展到其他應用領域,而造成市占及出貨量的擴大。

從原料與制造成本的角度,金屬網(wǎng)格材料可為銀或銅原子,或銀的氧化物,以印刷方式形成金屬網(wǎng)格,而該金屬網(wǎng)格的線幅超過5μm以上;由于銀或銅原料取得并不是問題,原料成本系相對低廉,但超過5μm以上的金屬線幅所產生的視覺莫瑞干涉過于明顯致規(guī)格劣化,因此必須設法降低線幅至3μm以下始為市場所接受,如此,為降低線幅所增加的成本,包括放棄印刷法而改成黃光微影或雷射制作遮罩、良率降低等制造成本增加,就占有很高比重。相對地,納米銀線油墨包括納米銀線(線徑約50nm、線長約23μm)、調制溶液配方等,并非能直接取得,而是購自如納米銀線材料供應商Cambriostechnologies等少數(shù)專業(yè)廠商,因此原料成本欲降不易,但相對地,納米銀線沒有如金屬網(wǎng)格的視覺莫瑞干涉現(xiàn)象,不必刻意要求線幅降低,加上可以搭配成本較低的卷對卷印刷方式生產,即能獲得符合市場規(guī)格的觸控面板

為降低原料與制造成本,主推納米銀線觸控面板的觸控大廠宸鴻,即于2013宣布與日本寫真印刷聯(lián)手開發(fā)納米銀線觸控技術,并搭配先前與Cambriostechnologies合資而提供的納米銀線材料。日本寫真擅長塑膠薄膜生產技術與卷軸式(roll-to-roll)生產技術,而Cambriostechnologies系納米銀線材料的少數(shù)供應廠商,透過宸鴻專業(yè)的觸控圖案設計及制造技術,三者強強合作將會有不錯的價格競爭力,打入高階產品市場的機會也很高。雖然Cambriostechnologies的商業(yè)模式不單是與宸鴻技術合作而已。

進一步地,因為納米銀線材料也具有其他領域的應用價值,例如在太陽能電池的應用,因此未來可望吸引更多廠商投入研發(fā)與生產行列,而納米銀線的材料成本在供給增加之后或許有較大的降價機會。

二、技術因素的評價

1.莫瑞效應問題及克服

觸控屏幕上有時會出現(xiàn)看似波紋狀畫面,這種情況被稱之為「莫瑞效應(Moiréeffects)」,特別是當數(shù)位產品中之畫素、光學膜片或觸控圖案,在水平和垂直方向上,若規(guī)則對齊的畫素和物體的精細規(guī)則圖案重疊時稍有偏差,則出現(xiàn)干擾圖案和實際物體并不存在的條紋或干涉。

金屬網(wǎng)格是在薄膜上制造出格狀圖案,并在其中涂布銀、銅等金屬物質的技術。由于圖案系由銀、銅等具有反光的金屬所構成,特別是網(wǎng)格線幅稍粗(反光面積大)、上下網(wǎng)格圖案交疊在一定角度時,例如金屬網(wǎng)格觸控面板用于200ppi以上高解析度顯示器,例如手機,即容易出現(xiàn)該莫瑞效應,故在商用化上仍有重重障礙。而在AllinOne產品的電腦、監(jiān)視器、筆記型電腦等,則因為視距較遠及解析度較低,所以規(guī)格要求相對較低。

金屬網(wǎng)格的莫瑞效應,例如三星,系以微細線幅和圖樣化(Patterning)技術來克服,通過將線幅由目前的約5~6μm縮減到3μm以下,特別是若能縮減到1μm.,則智能手機也將能搭載金屬網(wǎng)格觸控面板。

然而,欲將線幅大幅縮減并非易事,包括無法采用簡易的印刷制程、過細的線幅制作前后容易斷線、網(wǎng)格阻值升高而IC偵測技術需要更精進地配合才行,如此,即失去獲得低制造成本的機會。

相對地,納米銀線并非格狀圖案而呈現(xiàn)不規(guī)則地分布,并且納米銀線的線徑約50nm而低于1μm以下,故沒有金屬網(wǎng)格的莫瑞效應問題。例如Cambrios的銀奈米線材料制成ClearOhm導電透明油墨,能提供比ITO更高的導電性與更快速的觸控反應速度,92%以上透光率,同時沒有特別圖案紋與干涉疊紋的情況,適合各種尺寸的觸控面板,包括華為Ascend,搭售日本NTTDoCoMo的NECMEDIASXN-07D等智能手機,LG23寸顯示器/AIO一體機,GVision15寸POS屏幕,及英特爾13.3寸Ultrabook參考平臺等。

2.霧度問題及克服

所謂霧度(Haze)系指透明或半透明材料的內部或表面,由于光漫射而造成的云霧狀或混濁的外觀。

就金屬網(wǎng)格圖案而言,呈現(xiàn)光漫射的在于金屬圖案材料,特別是銀金屬可以反射更寬范圍的可見光波長。因為金屬網(wǎng)格圖案中的金屬材料所占面積不大,而納米銀線因為分布整個基板表面,所以相對地,光漫射所形成的霧度問題,納米銀線顯得較為嚴重。

為降低光漫射,日產化學工業(yè)開發(fā)出了通過在納米銀線薄膜上進行涂布可降低霧度的高折射率材料,利用涂布高分子材料實現(xiàn)了1.79的高折射率,可使薄膜電阻值為100Ω/□的納米銀線薄膜的霧度降至基本看不到的1以下。

其次,黑化納米銀線表面、減少散射光強度,或者粗糙化納米銀線表面等手段,也可以改善霧度問題。

3.撓度評價

替代ITO的材料技術需求,不只是低價與薄化考慮,更包括一些可撓性產品問世的需要,從小尺寸穿戴式眼鏡、智慧型手表或手環(huán)類運動器材,至配合AMOLED的可撓性顯示器產品。

金屬網(wǎng)格與納米銀線材料技術均可符合這些可撓性產品的性能規(guī)格,但如果比較穿戴頻繁較高的穿戴式眼鏡、智慧型手表或手環(huán)類產品,納米銀線材料技術因為具有比金屬網(wǎng)格更大的曲率,而能獲更長的耐久性。例如,Cambrios與日立化工合作所制作的透明導電膠膜,由上、下兩層PETfilm,中間鍍上一道僅5μm厚的日立乾式光阻膠膜,以及僅0.1μm的ClearOhm奈米級導電油墨;采低溫貼合技術,X軸電極與Y軸電極疊合后厚度僅10μm,具備優(yōu)異的顏色光源傳導性,跟任何膠膜基板或強化玻璃都能搭配,且能適用簡易的卷筒(roll-to-roll)或單元制程。

再者,友達(AUO)的可撓式電子紙產品,系以彎曲半徑R=5mm來進行卷曲,該電子紙也是采用Cambrios的ClearOhm導電膜,每平方英尺電阻值從19.25歐姆,到彎曲超過50,000次時僅增加到28.79歐姆,可以維持相當耐久的高透光與高導電性。

另外ClearOhm技術除了觸控板外,也可做為3DTV液晶電視、可撓式顯示器、OLED顯示器╱照明材料、太陽能光電轉換板(轉換率達12%),以及車用電子等領域的更多應用。然而這些納米銀線材料的優(yōu)異撓度,是金屬網(wǎng)格所無法達成的。

4.線幅評價

為配合高解析度顯示器及解決莫瑞效應問題,金屬網(wǎng)格觸控研發(fā)極力尋求降低線幅的技術方案。同時,為降低制作成本,也不放棄印刷工藝制作金屬網(wǎng)格的前提,包括采用不同材料銀膏或銅材料的絲網(wǎng)印刷或者壓印方式填入金屬材料。

再者,靜電容量式觸控面板,為了從觸控電極區(qū)拉出的布線,可以在屏幕周邊排列極小面積的布線要求(客戶需求一小邊框或無邊框的設計規(guī)格),因此此一區(qū)域的眾多密集布線也必須細微化。實務上,線距為200μm左右的布線區(qū)可以采用絲網(wǎng)印刷或壓印工藝;而線距小于150μm的布線區(qū)則須改用光刻(Photolithography)技術來達成。然而,以制程整合的觀點,觸控電極區(qū)與周邊布線區(qū)的制程需要一致才能簡化并降低成本,亦即,金屬網(wǎng)格于高解析度顯示器的制程整合中存在成本優(yōu)化不易的缺點。

相對地,納米銀線的線徑極細,沒有網(wǎng)格而產生視覺莫瑞效應的問題及與周邊布線區(qū)連接的制程整合問題。

理解到金屬網(wǎng)格的本質問題與納米銀線的優(yōu)點,開始有趨勢期待著采用納米銀線為材料,然后藉以形成納米銀線網(wǎng)格結構這樣的概念產生。目前導入納米銀線材料之后,輔以印刷工藝可以制得線幅小于10μm的進展,最低已到2μm左右的夢想線幅,在成本降低上具有很大的潛力,故全球相關電子應用產品廠商無不聚焦該技術的發(fā)展狀況,冀望能即時掌握此關鍵技術優(yōu)勢,大幅提升市場占有率,以及所衍生出之龐大印刷電子產品市場商機。

三、產業(yè)供應鏈的評價

1.SNW的產業(yè)供應鏈概況

如前所評析,納米銀線材料供應掌握在少數(shù)如CambriosTechnologies廠家手上。目前CambriosTechnologies的策略投資夥伴包括與宸鴻合資成立一家TPKFilmSolution,并于2013年再與日本寫真進一步策略結盟;另外與東麗(Toray)、南韓三星(Samsung)亦有合作關系,而銷售納米銀線材料的對象更擴及金屬網(wǎng)格研發(fā)及制造陣營的中臺企業(yè),例如蘇大維格、歐菲光與勝華等。

納米銀線材料是SNW觸控面板最重要的一環(huán),宸鴻是觸控面板最重要的制造商,而南韓三星極力發(fā)展撓性面板,更是SNW觸控面板潛在的重要出海口,因此,CambriosTechnologies透過策略結盟初步可以站穩(wěn)此一供應鏈的防線,進一步地,因為金屬網(wǎng)格也可能改采以納米銀線作為網(wǎng)格的制作材料而漁利雙收。

日本寫真印刷的加入宸鴻與CambriosTechnologies之間的策略結盟,將引進塑膠薄膜觸控制程,加上卷對卷(roll-to-roll)生產技術,可以進一步整合并制定納米銀線觸控技術的產業(yè)規(guī)格,開發(fā)出更具有價格競爭力的產品。

至于下游相關感測元件部分,則由eTurboTouch、LGE、NisshaPrinting、CNi、ShinEtsu與其他廠商所提供。

整體而言,納米銀線觸控的產業(yè)供應鏈盡管加入總家數(shù)不若金屬網(wǎng)格家數(shù)多,但因為原料供應商、制造商與品牌出??谥g所專擅的業(yè)務與專業(yè)能力非常明確,單一企業(yè)體不易一條龍式垂直整合,呈現(xiàn)上中下游產業(yè)供應鏈結構紮實的型態(tài),再者,由于納米銀線觸控技術具有橫跨全尺寸與不同領域的潛力,因此可以促進此一供應鏈參與者更潛心于研發(fā)改進,而避免不公平的低價傾銷與違反營業(yè)秘密等沖突。

2.MetalMesh的產業(yè)供應鏈概況及可能遭遇的利益沖突

以金屬網(wǎng)格感測器而言,透明導電膜主要架構包括金屬材料圖案與基材搭配而成,上游廠商于完成透明導電膜后,其實可以進一步完成中游的組裝成觸控感測器的業(yè)務而降低成本,甚至再進一步延伸至下游的觸控模組業(yè)務;反之,周邊末端的觸控IC廠亦能跨步進入金屬網(wǎng)格觸控圖案的設計與生產業(yè)務,或者,由下游端往上游端延伸發(fā)展,身為MetalMesh的產業(yè)供應鏈一環(huán)者,彼此都有垂直整合的空間,也因此,金屬網(wǎng)格的產業(yè)供應鏈分界開始趨于模糊,在此產業(yè)供應鏈分不清楚的態(tài)樣下,容易產生利益沖突,包括供應鏈關系不穩(wěn)定,商業(yè)模式建立在彼此防范的脆弱基礎上。

技術名稱

相較ITO的成本

良率

莫瑞干涉紋及克服

霧度問題及克服

商業(yè)模式沖突

Silver Nana Wire (納米銀線)

 

 

無干莫瑞干涉問題

 

有霧度問題,但可經由添加光散射物、調整奈米線的尺寸與奈米線改質等

Metal Mesh (金屬網(wǎng)格) (銀制程)

 

 

有莫瑞干涉問題,需進一步利用不規(guī)則網(wǎng)格設計、網(wǎng)格尺寸變化與角度偏移等手段克服

 

無霧度問題

 

部分廠商可能有供應鏈沖突問題

資料來源:本文推論

表四:新興技術方案的評價:以SNW對MetalMesh為例

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