2019年04月17日 | TDK全新Ag积层薄膜解析

TDK开发了一种全新的Ag（银）积层薄膜，将薄的透明导电Ag合金层沉积在薄膜基板上，可具有较低的电阻和优异的柔韧性，同时保持与ITO薄膜相当的高透射率。它是一种新型的透明导电薄膜，适用于光控窗（智能窗）和OPV（有机光伏）等应用，在节能或发电领域都可应用，支持灵活的显示、照明或可穿戴设备的透明电极。

通过比对，我们可以看到膜的遮光率很好，而且反应也迅速

TDK Ag积层薄膜的特点

透明导电膜，其上堆叠有薄的Ag合金层和原始保护层
实现更低的电阻和优异的柔韧性，同时保持与ITO膜相当的透明度
通过高平滑度和具有面内均匀性的连续层结构实现优异的水蒸汽和气体阻隔性能
红外区域具有高反射率，实现高热屏蔽
通过纳米级厚度控制可定制光谱特性

技术背景

市场对导电膜的需求日益增长，导电膜是将膜基底与各种特征的材料结合在一起形成的。在透明时具有导电性的透明导电膜，其大量用作智能手机或平板电脑的触摸面板、太阳能电池及其他产品的透明电极。

透明导电膜需要两个特性：透明性和高导电性。然而，透明度和导电性两者常常是相对立的，难以同时实现，这可从透明材料通常是绝缘体（例如玻璃或塑料）的事实看出。

传统上，ITO（氧化铟锡），掺杂有10％（质量）锡的氧化铟已成为主流透明电极材料。 ITO膜具有可见光区域的透射率和相对高的导电率。然而，此项技术存在着诸多难题：当减小膜厚度以增加透射率时，表面电阻率（薄层电阻）增加并且导电性劣化。例如，当将ITO膜应用于触摸板时，需要保持90％的透射率，但是难以将表面电阻率降低至100Ω/ sq或更少。另外，作为ITO膜的主要材料的铟是不均匀分布的稀有金属，因此面临稳定供应的风险以及价格飙升的问题。随着对透明导电膜的需求增加，现如今业界正在进行ITO的透明电极材料替代品的研究及商业化开发。

透明导电薄膜的类型

替代的ITO膜包括不使用稀有金属（氧化锌等）的氧化物基膜，基于导电聚合物的膜和使用诸如石墨烯或碳纳米管（CNT）的新材料的膜，此外还有一种是利用金属本身的导电性的类型。

作为替代ITO薄膜的解决方案，TDK专注于Ag，其在金属中具有最高的导电性。排布Ag的方法包括：透明导电膜、在基板上形成以基质形式排列的细Ag线的金属网、在基板上施加并印刷的针状Ag线。TDK的Ag堆叠膜是具有沉积在膜基底表面上的均匀薄Ag层。

自由电子可以在金属中实现高导电性，同时还可以阻止光进入内部并在表面上反射。厚度约为100nm或更厚的Ag膜具有高的光反射率，因此用于LCD的薄膜或反射电极;然而，当它们的厚度减小到20到30nm或更小时，可见光的透射增加，使它们能够用作同时实现高导电率和高透射率的透明导电膜。TDK的Ag叠层薄膜正在利用这一优势进行开发。

TDK Ag堆叠薄膜的特点和优势

在保持与ITO膜相同的透射率的同时，将电阻降低至1/10或更低。

TDK Ag堆叠薄膜的薄膜结构如图所示。当薄Ag薄膜的厚度减小到20nm或更小时，由于氧气，水蒸汽或热的影响而变得不稳定，并且光学中的劣化影响电气特性。因此，TDK采用了Ag合金材料及具有高透射率的原始保护材料，并在薄膜基板上使用先进的溅射方法形成具有“保护层/ Ag合金层/保护层”的多层结构的透明导电膜。它具有面内均匀结构的连续层，不同于具有凹凸表面的导电膜，例如使用金属网或Ag线墨水方法的膜。

此外，通过最佳的纳米级厚度，薄膜还实现了比用于触摸板（触摸传感器）的ITO膜低至1/10或更低的电阻，同时保持与ITO膜相当的高透射率控制层。此外，该薄膜具有高可靠性和热稳定性，以及可反复弯曲的高耐久性，并且通过溅射方法沉积可以更均匀，使得表面光滑度更高。

TDK Ag-堆叠薄膜的薄膜结构

Ag叠层膜的基本特征如下表所示。该表显示该膜的表面电阻值为9Ω/ sq。总透光率为90％，同时实现了高透光率和低电阻。此外，由于层表面非常光滑，它具有小的雾度值并且具有高清透明度。此外，由于表面具有光滑的连续层结构，它还具有优异的水蒸气阻隔性能。

基本特征

优异的弯曲耐久性，适用于柔性设备

ITO是结晶金属氧化物，并且需要增加膜厚度以降低电阻，这就让其柔软性变差。下图是比较重复弯曲试验结果的图表。在ITO膜中，当弯曲次数达到约100时，会产生裂缝并且电阻值显著增加。然而，在Ag堆叠膜中，弯曲次数可达10000次，同时保持电阻值的稳定。另外，Ag叠层膜的弯曲直径（φ）小于10mm，这对ITO膜来说是困难的。因此，Ag叠层薄膜适合安装在柔性可穿戴设备和曲面屏的表面。

重复弯曲特性

重复弯曲特性

将Ag叠层膜和作为柔性器件的电极的常规ITO膜的特性的比较示于下表中。此外，ITO膜需要退火工艺（特殊热处理）以通过提高结晶度来改善特性，但是Ag积层薄膜不需要。

Ag-堆叠膜和ITO膜Ag-堆叠膜ITO膜的特性的比较

可见光区域的高透射率，红外区域的高反射率

此外，如下图所示，Ag积层薄膜的光谱显示，在可见光区域（约380至780nm）具有高透射率，同时在红外区域具有高反射率，这使得膜具有高隔热性。因此，当薄膜用作建筑物的窗户或汽车的窗户或天窗的电极时，它通过反射热射线实现节能效果。它也可以用作透明布线或天线。

 Ag叠层薄膜的光谱响应

应用于能源领域，如ZEB（零能耗建筑）

TDK的Ag积层薄膜可用于各种节能设备，例如，它可以应用于近年来引起关注的ZEB（零能耗建筑）或ZEH（零能耗房屋）。ZEB需要考虑建筑结构和材料，以及再生能源的利用率等，目标是将电力消耗降至尽可能零。

通过使用智能窗，从而调节进入室内的光照强度及热量，从而控制室温。Ag积层薄膜则可实现优秀的隔热和透光性。

在ZEB中，还可以通过OPV（有机光伏）电池的窗户发电。 OPV电池是一种新型太阳能电池，作为发电层的有机薄膜覆在薄膜基板上。尽管发电效率低于硅基太阳能电池，但它们具有低成本生产的优点，可通过涂覆方法形成。由于OPV电池是柔性薄膜类型，它们可以与透明导电薄膜结合用于弯曲玻璃。

TDK的Ag积层薄膜也适用于有机器件，包括有机电致发光（EL）照明。有机EL照明具有LED照明不具备诸如显色性或曲面能力，此外因为有机EL照明是表面发射型，还具有不产生阴影的优点。特别地，在使用透明膜基底的有机EL照明中，需要具有高水蒸气阻隔性的阻挡膜以防止由于水分引起的降解。而且，为了确保柔韧性，需要具有优异柔韧性的透明电极。TDK的Ag积层薄膜具有卓越的水蒸气阻隔性和柔韧性等特点，可应用于柔性有机器件的透明电极，包括有机EL照明。

结论

主要用作透明导电膜的ITO膜在资源和特性方面都有限制。因此，业界正在寻求新的替代材料。TDK的Ag积层薄膜是一种创新型产品，它的电阻仅有ITO薄膜的1/10，同时保持与ITO薄膜相当的高透射率。同时它还具有存储可靠性，热稳定性和柔性等特点，可用于各种创新型应用，包括柔性显示器，可穿戴设备或照明，OPV（有机光伏）电池，VR眼镜，透明天线等。TDK还推进了具有更低电阻1Ω/ sq的产品的开发。

未来主要应用

透明电极
灵活的显示器或可穿戴设备

OPV（有机光伏电池）电池，光控玻璃或薄膜，有机EL照明等
透明天线，透明电波屏蔽材料等