Innovations


 

 

技術水準

技術之創新程度

(結合新的團隊,創新的電漿設備,鍍出品質最高的透明導電薄膜)

透明導電氧化物(Transparent Conductive Oxide, TCO)主要構成材料為金屬氧化物;廣泛使用於各式平面顯示器 ( Flat Panel Display , FPD ) 、觸控式螢幕 ( Touch Panel ) 及建築能源用透光玻璃等透光導電電極。 同時 TCO 膜也是太陽能電池 ( Solar Cell ) 的重要膜層。常用的 TCO 材料有 ITO 、 In2O3 、 SnO2 、 ZnO 、 CdO 、 AZO 、 IZO 等。

從1907年 Baderker博士第一次發現氧化鎘TCO的透明導電性到現在,有關TCO的研究與製造技術開發種類將近有20種(附件五),目前主流的量產技術仍僅有真空下的Sputtering技術與CVD技術,其它真空/非真空下的製程技術品質與性能,對於上述的主流應用(FPD, Touch Panel, Solar…)都還不夠好…。無論是目前的主流或非主流TCO製造技術,都有一個共通點,就是製程成本高又危險(昂貴的金屬靶材或有毒的有機金屬化合物),溫度也偏高(>200℃)…。我國的許多業者投入TCO相關產業習慣購買目前現有的Turnkey設備與技術,因此也面臨到同樣的問題,彼此的技術也無太大差別。

雷立強光電科技股份有限公司的技術創使核心成員,在2005年時,跨單位結合材料專家、設備專家以及元件整合技術領域專家進行合作;企圖以創新的的設備技術與方法,突破未來產業即將面臨的瓶頸。

雷立強光電科技股份有限公司創新之處在於不採用習知的真空鍍膜或溼式鍍膜技術,而是直接大膽的挑戰非真空環境下之電漿技術做TCO鍍膜突破的工具與研究方向,重點不僅是TCO鍍膜性能會更好(片電阻< 8 Ω/sq.),而且製程十分安全及成本低廉,是本公司技術領先全球的重要指標之一。

另一個重要的創新之處,在於在透明導電薄膜之上,直接結合抗反射(Anti-Reflection, AR)之功能;這樣的設計有兩項重要的目的,一來降低光線的反射,可以增加透光性(透光>90%),這對許多光電產品很重要。二來是直接達到光學複合膜的功能(TCO+ AR),降低元件整合的複雜度,可以提高良率以及較低成本,對觸控面板產業來說,良率從50%提升至80%以上的關鍵之一就在這裡。

以上的技術突破與創新,均已申請專利。同時研究的成果,也得到國內外許多大獎的肯定。以下針對創新內容,做重點式的說明:

 

關鍵核心技術-低溫大氣壓電漿製程與設備技術(aePlasma Technology)

習知的大氣壓下TCO製程,實務上常採用噴霧熱裂解(Spray Pyrolysis Deposition, SPD)、Sol-gel等方式,缺點是都屬於高溫製程,或者經過後處理才能達到TCO需要的特性(高透明、低電阻)…。在未來軟性電子低溫製程的需求下,SPD或Sol-gel技術可能會受到一些限制。

雷立強光電科技股份有限公司,開發大氣壓電漿設備經驗已超過8年。還掌握目前國內唯一,世界少見的大氣壓電漿鍍膜技術與設備實機(一般只有表面處理),而且還是低溫製程(<200℃)。習知的TCO鍍膜技術,需要靠基板加熱才能夠提供成膜反應需要的能量,引此製程溫度過高,不利溫度敏感性的透光材料做為基材,如PET, PI, 壓克力材料等。

一般需要精密控制膜厚的光學材料鍍膜,常以化學氣相沈積(Chemical Vapor Deposition)之概念來進行。低溫的化學氣相沉積技術為了避免利用基板取得化學反應需要的能量而造成基板溫度容易過高的問題,因此在基板表面成膜之前,必須想辦法讓化學前驅物充分解離成為反應物種,然後才能在基板表面上進行低溫的成膜反應。

高效率之解離方式莫過於利用電漿技術。電漿裡的電磁場快速變動之特性,可以讓化學前驅反應物更容易得到活化或解離,而且隨著電漿密度成近似正比的關係。大氣壓電漿具有高電漿密度(>1014cm-3)之特性,因此非常適合用於解離前驅反應物;但習知的大氣電漿技術也有高密度區域過小或穩定性不易控制的現象,在一般研究論文中都無法成功製程類似於ITO導電薄膜的特性與性能…。

我們利用低溫電漿鍍膜設備核心技術,在大氣壓電漿源之設計與研究上得到到重大的突破,採用ZnO:Ga為TCO材料,避免製程上使用危險性有機金屬前驅物,以及克服了大氣電漿輔助氧化物鍍膜性能不佳的問題,成功在不影響大氣壓電漿產生之有利狀態條件下,有效解離及活化化學前驅物及氣體分子,在基板(PET, PI, glass)上進行TCO低溫成膜 (100~200℃)與結晶反應,形成導電度高又透明的TCO薄膜。

從材料的鑑別測試(XRD)有一個有趣的地方,就是材料的特徵訊號與目前主流鍍膜技術-濺鍍(Sputter)相同,與一般用化學氣相鍍膜的結果明顯不同(本案技術屬於化學氣相鍍膜的一種),這是值得深入研究的地方。不過目前的結果反而有利於未來推展到業界或產品應用時的相容性。

技術團隊突破以往大氣壓電漿無法進行高品質之金屬氧化物鍍膜製程之限制,充分利用大氣壓電漿高電漿密度之特色,成功於低溫基板中沈積透明導電氧化薄膜。

 

水溶性的前驅物設計,低危害性最低。

考量本計畫之大氣壓電漿製程不採用真空環境,因此前驅物及其副產物對於人員的危害性相對較真空系統嚴苛許多,由於多數CVD所採用之前驅物具有相當高的毒性或危險性,對於大氣環境下使用仍有許多限制;因此設計採用硝酸鋅水合物(Zn(NO3)2Ÿ6H2O)與硝酸鎵水合物(Ga(NO3)3Ÿ9H2O)之水性溶液,對於人體及環境的危害性相對很低,使用上也較為安全。

但是金屬鹽類不同於有機金屬的部份是,金屬鹽類不具蒸氣壓之特性,因此無法直接昇華或氣化成為氣體分子;特別是金屬鹽類水容易會將水先蒸發,殘留金屬鹽類;有鑑於此,在前驅物氣化方式則採用特殊的超音波霧化方式,將金屬鹽類水溶液霧化成為小霧滴,再採用N2氣體將霧滴帶入電漿反應器,進行反應而沈積在基板表面成為導電膜,而這部份的與電漿系統的搭配,是本公司成功的關鍵之一(競爭力),也影響到本案技術之成果末來是否符合世界綠色製程的趨勢,推廣到產業界廣泛使用。