前言

柔性触控是未来电子器件的发展方向，这是毋庸置疑的，再加上5G技术的商用、新技术的飞速发展，更是推动柔性、折叠显示和触控技术的发展步伐，智能终端设备形态多样化成为未来的主流方向。柔性显示技术制造的器件具有体积小、易弯折、方便携带等优势，在市场的需求日益旺盛。然而，传统的显示器中，为了减少显示器厚度并且易弯折，一般会省略偏光板，导致显示器效果不佳，使观看者无法享有优质的视觉感官。因此，需要寻找一款性能优良的柔性材料。

一、柔性触摸屏

1、触摸屏结构

触摸屏一般分为：电阻式、电容式、声波式、红外线式，早先的触摸屏是电阻式触摸显示器，现在基本都是电容式触摸显示器了。我们现在手机上面所使用的触摸屏显示器都是由三部分组成，分别是钢化玻璃、电容式触摸屏和OLED显示屏，如图1所示。

图1：手机上面所使用的触摸屏显示器的组成部分示意图

在钢化玻璃下方是电容式触摸屏，触摸屏是由两个透明的菱形网络和中间的光学透明绝缘体组成。菱形网格图案上印有铟锡的透明材料，这个透明材料具有导体能力，如图2所示。

图2：电容式触摸屏的组成部分示意图

2、触摸屏工作原理

图2底下这层蓝色的光学材料上有很多无法移动的电子，这些电子产生的负电场会导致正电荷聚集在顶层黄色的光学材料上，这样就形成了电容器。当我们的手指靠近电容器某个位置的时候，就会打破刚才的稳定，聚集在黄色光学材料上的正电荷数量就会发生改变，处理器就会根据黄色光学材料上变化的正电荷数量，将这个位置标记为触摸的位置，然后扫描蓝色光学材料的电荷继续判断触摸位置。

需要注意的是，每列的黄色菱形连接在一起，每行的蓝色菱形也是连接在一起的，这使得黄色菱形和蓝色菱形形成了网格，我们仅需要测量每个列的电荷或电压然后发送到对应的行就可以了。上面描述的黄色光学材料和蓝色光学材料均是透明的，这里加颜色只是为了方面描述，实际上它是图3这样透明的[1]。

图3：触摸屏的两层透明的菱形网络

3、柔性显示的触控技术

受益于“柔韧性”和“灵活性”的特点，薄膜触控技术在柔性AMOLED应用上最具优势。目前主要有COP和PET两种方案，其中以三星为代表的面板厂主推COP方案，将触控薄膜贴附在封装薄膜之上、偏光片之下，三星称之为Oncell，但从结构上看仍属于外挂式方案。其优势在于可有效改善彩虹纹、pattern可视化等光学效果，但成本相对较高。传统触控厂则采用PET Film方案，由于多年的积累，技术已趋于成熟，并且成本较低。同时为了对抗面板厂，传统触厂间通过加强战略合作，快速形成技术、客户、资金等方面优势资源互补，来进一步提升核心竞争力，如蓝思+NISSHA、欧菲+TPK等。

4、三星AMOLED柔性触控集成技术

三星显示器公司已向韩国知识产权局提交了“柔性触摸屏（TSP）集成显示屏”的专利申请。与现有的触摸集成产品相比，该专利实现了更薄的厚度和弯曲特性。三星显示器方面指出，如果TSP单独制造并贴合到显示屏上，则整体厚度会增加，这可能会降低图像的可见度和柔韧性。他还补充表示，柔性显示屏的需求正在增长，但这与这种趋势背道而驰。

图4：三星显示器正在申请的触摸一体式柔性显示屏专利

三星显示器建议使用双挠性显示基板或双薄膜透明基板来实现该技术。触摸感测图案和像素由两个基板之间的透明电极材料形成。其原理是，在底部基板上实现像素后，在上面层用氧化铟电极(ITO)等透明电极物质实现触控图案，使其透光。为了减小显示屏的厚度，提出了这种使用有机发光二极管（OLED）的方法。三星公司认为，如果实施该技术，则在两个基板之间形成的触摸感应图案将进一步增加基板之间的粘合力。另外，由于该结构比现有的触摸集成显示屏更简单，因此期望显示屏的整体厚度更薄并且可以增加柔性。该专利似乎针对各种全球智能手机制造商，包括三星电子及其核心客户苹果。最近，包括三星GalaxyFold在内的配备了柔性显示屏的高级智能手机陆续推出，要求同时具有触摸功能和清晰屏幕的集成产品。预计该技术将减少可折叠手机的整体厚度[2]。

二、透明导电膜技术

柔性显示技术制造的器件具有体积小、易弯折、方便携带等优势，在市场的需求日益旺盛。然而，传统的显示器中，为了减少显示器厚度并且易弯折，一般会省略偏光板，导致显示器效果不佳，使观看者无法享有优质的视觉感官。因此，需要寻找一款性能优良的柔性材料。

1、ITO透明导电膜

自2007年苹果公司将触摸屏技术引入其手机和平板电脑产品之后，触摸屏成了所有电子设备显示界面的标配。而透明导电膜是触摸屏不可或缺的重要功能材料。不仅是显示界面，也是OLED照明、薄膜太阳能电池、电子书、透明电磁波屏蔽等不可缺少的重要功能性材料[3,4]。目前商业化的透明导电膜中占统治地位的是掺锡氧化铟（ITO）。ITO具有优良的光电性能，具有可低至10Ω/sq的方阻。在可见光范围有90%左右的透明度。但是也有两个明显的缺点。第一个是生产成本较高。传统的工业化ITO薄膜生产通常采用昂贵且工艺复杂的真空沉积技术，并且需要特殊的蚀刻加工过程图案化。另外用到了稀有元素铟。第二个是ITO薄膜本身固有的脆性。ITO薄膜在经过反复弯折后会产生微裂隙，这些微裂隙会严重降低薄膜的导电性，因此不适合生产柔性、可延展性和可弯曲的器件。因此很多研究组都在努力寻找替代的工艺和材料。

2、柔性透明导电膜

目前已知可以制备透明导电膜并且不需要真空溅射沉积的材料与技术包括其它金属氧化物、导电聚合物（PEDOT：PSS）、碳纳米管、石墨烯、纳米银线、卤化银和金属网格。如图5所示。一直以来，石墨烯与新能源电池结合出现的频率较高，但其实石墨烯在柔性、导电方面同样有非常优秀的特性，如高导电性、耐揉搓性、透光性佳等。理论上，石墨烯的透光度及电阻性能都占优势，但是由于其制程工艺复杂，在设备改进、工艺优化等方面都预示在前期需要有巨大的投入，售价也很高。在很长一段时间内，石墨烯都不具备量产的条件。而碳纳米管工业化量产技术也尚未完善，纳米管彼此堆叠而倾向于也遭受表面粗糙，其制成的薄膜产品导电性还不能达到普通ITO薄膜的水平。2014年的市场统计数字证明，只有纳米银线和金属网格这两种非ITO技术真正获得了市场应用。同为电容触控屏的解决方案，金属网格和纳米银线各有优势。

图5：透明导电膜类型

3、金属网格和纳米银线

在国外市场，金属网格已经成为触控大屏的主流选择。金属网格是黄光制程，打样速度慢，启动完整自动化产线后量产速度快，因此能够满足大客户的规模化生产；纳米银线为激光制程，打样速度很快，但量产速度慢，因而适合零散市场。在中尺寸的电脑触摸屏市场，金属网格和ITO呈现出两强相争的局面。在小尺寸触摸屏上，尽管ITO一家独大，但由于其无法适应柔性屏幕，因此折叠手机的崛起必然将给金属网格和纳米银带来新的市场机遇。例如三星的折叠屏手机Galaxy Fold就采用了金属网格作为触控方案。

虽然金属网格具有成本低且导电性优异的优势，但是为了达到足够的光穿透率，在线细化过程中必须拿掉95%～99%的触控感应面积，导致触控讯号降低1/5 ，现今触控IC难以支持；其二，为了让眼睛看不到金属网格，金属线宽必须小于5微米，使得其黄光显影制程或精密印刷技术费用高。此外，5微米金属线易断裂、金属易反射、材料氧化等问题都让金属网格技术备受考验，同时在解决以上难题时，成本也会随之增加。中科院苏州纳米所开发的透明导电膜在国内触摸屏龙头企业南昌欧菲光公司得到应用。该技术将传统的真空溅射ITO与光刻腐蚀制备触摸屏的方法由卷对卷混合印刷高分辨率金属网栅透明柔性电极所取代。所制造的触摸屏不仅具有更好的导电性、柔性，而且制造成本更低。图6为金属网格透明导电膜及微观结构示意图。

图6：金属网格透明导电膜及微观结构示意图

在国内市场，金属网格和纳米银技术的角力，将成为未来一两年竞争的主旋律。相比之下，纳米银线在工艺制程上就拥有得天独厚的优势，如生产工艺简单、良率高。纳米银线通过涂布成膜，然后激光刻蚀形成电极图案。由于线宽较小，银线技术制成的导电薄膜相比于金属网格技术制成的薄膜可以达到更高的透光率。而且纳米银线薄膜相比于金属网格薄膜具有较小的弯曲半径，且在弯曲时电阻变化率较小，应用在具有曲面显示的设备上，更具有优势。并且目前纳米银线的技术和上下游产业也已趋于成熟。图7为纳米银线透明导电膜及微观结构示意图。据悉，金属网格在中期增长较为缓慢，石墨烯、CNT和PEDOT将保持锁定主流市场，而纳米银线已进入增长阶段并将迅速增长，到2028年将与ITO薄膜一较高下。

图7：纳米银线透明导电膜及微观结构示意图

结论

柔性触控是触控行业公认的未来发展方向，低成本高效率的柔性导电膜量产技术对应广阔的蓝海市场，具备垄断性，掌握相应技术的公司可快速成长为触控领域的独角兽。我们相信，这一新兴材料柔性透明导电膜的推出，将有力推动柔性显示行业和印刷电子行业的快速发展，并为国家和地区带来颠覆性的新材料和新技术。