הקדמה: מדוע משקפי מגע צריכים יותר טראנסנדים

בכל פעם שאתה מקל על טלפון חכם, להחליק לוח, או אינטראקציה עם תצוגה של מידע רכב, אתה מסתמכ על שכבה דקה כמעט בלתי נראית של חומר מוליכים שקוף (TCM) יושב ממש מתחת לזכוכית.שכבה זו היא מה מתרגם את המגע שלך לתוך אות של המכשיר ’ מעבדים יכולים להבין, תוך מתן אפשרות התצוגה &rquo; פיקסלים לזרוח לאורך עשרות שנים, זה כמעט תלוי יצרניות חומר מגנטיות יותר ויותר גבוה יותר ויותר; אבל אני מקבל הימורי ביצועים גבוהים יותר ויותר גבוה יותר ויותר גבוה יותר ויותר.

השוק העולמי של חומרים מוליכים שקופה הוערך בכ-6.7 מיליארד דולר ב-2024, עם מסך מגע החשבונאי עבור הנתח הגדול ביותר של הביקוש.אבל השוק משתנה.טלפונים מפוצלים, טלוויזיות מתגלגלות, ופאנלים אינטראקטיביים של רכב דורשים מוליכים שיכולים לכופף אלפי פעמים ללא סדקים.דאגות הקיימות דוחפות גם חלופות לתרמיומי נתרן, אשר יקר ומקורו בעיקר כתוצר על ידי מהנדסים בעלי עוצמה, ומתכננים, כל אחד, הוא בעל יכולת קריטית, עבור כל אחד, כמו גם על ידי מודלים קריטיים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של ייצור, וכוכבי אבץ, וכוכבי כוח, וכוכבי כוח רצון קריטיים, וספקיות, כל אחד, הוא, עבור כל אחד, כל אחד, כל אחד, כמו גם כן, כמו גם עבור מודלים קריטי של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים קריטיים של מודלים של מודלים קריטיים של מודלים של ייצור, תכנון, הוא, כמו גם עבור מודלים קריטי של מודלים קריטיים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים של מודלים קריטיים, כמו גם.

חומרים נוכחיים ומגבלותיהם

The Reign of Indium Tin Oxide

ITO כבר TCM הדומיננטי מאז שנות ה-70, הוענק לשקיפות אופטית גבוהה שלה (מעל 85% בטווח הנראה לעין) והתנגדות נמוכה (כ 10 –30 ⁇ /sq, בהתאם ל) הוא מופקד באמצעות sputtering מחדש, תהליך ריק מבוסס היטב המשלב באופן חלקה לתוך קווי ייצור קיימים.

מחיר הוא עוד דאגה גדולה.Indium — מתכת נדירה עם היצע עולמי מוגבל — ראה תנודתיות מחירים כי סיבוך תכנון לטווח ארוך בערך 200 – $400 ל קילוגרם, זה לא יקר באופן בלתי חוקי עבור מסכים קטנים, אבל עבור תצוגות גדולות של פורמט או ייצור גבוה, העלות החומרית מוסיפה את הכרייה ו refining של פחמן דונמים סביבתיים, כולל השפעות כבדות, כולל גם לחץ כבדות, כולל גם חומרים, כולל חומרים כבדים של עיבוד.

בריפל ונאמנות תחת מתח

במסך מגע קשיח מבוסס זכוכית, ITO ’ העפעמות של זכוכית היה מנוהל.אבל עליית תת-סטריטים מפלסטיק (למשל, פולימיד, PET) וזכוכית אולטרה-ליין חשפה את המגבלות שלה.במבחנים בפלינג להראות כי ITO סרטים בדרך כלל נכשלים רק לאחר 100 –500 מחזורים ברדיוס של 5   עבור מכשיר שנועד לשרוד 000 מטרים סטנדרטיים כדי למנוע ביצועים סטנדרטיים ו-מ"מ"מ"מ.

עיבוד Constraints

גם אם אני מנסה על תת-קרקעיות גמישות דורש התאמה זהירה של אפקטיביות התפשטות תרמי.התהליך פועל בטמפרטורות גבוהות (200 –400 °C), אשר יכול להכות או לדרג סרטי פלסטיק.-temperature sputtering קיים אך קורבנות התנהגות. as יצרנים לדחוף לעבר ייצור רול-to-roll עבור עלויות נמוכות יותר, ITO &rquo; ו-Wals decons decons decons deconretexretexreekretexup-up-upto-upto-upto-upto-upto-upto-upto-upto-upto-upto-upto-upto-upto-upto-upto-upob; הופך בקבוק.

מגבלות מצטברות אלה הניעו את R& אינטנסיבי;D למוליכים שקופה חלופית.המטרה: התאמה או מעבר ל-ITO ’ הביצועים האופטו-אלקטרוניקה תוך הוספת גמישות מכנית, צמצום עלויות ושיפור הקיימות.

חומרים חדשים למכשירים עתידיים

שלושה סוגים של חומרים הופיעו כורשוטים המבטיחים ביותר ל-ITO: ננו-חומרים מבוססי פחמן (במיוחד גרפן), ננו-חוטי מתכת (בעיקר כסף), ופולימרים מוליכים.כל אחד מציע שילוב ייחודי של תכונות, וגישות היברידיות המשלבות חומרים אלה גם צוברות מתח.

שם הסרטון: The One-Atom Wonder

Graphene הוא שכבת פחמן אטומית אחת מאורגנת ב- hexagonal lattice.It מתגאה מוליכות חשמלית יוצאת דופן (קרוב ל 1003FLT:0603FLT:1 S/cm), כוח מכני (130 GPa Tenile Stress), ושקיפות אופטית כמעט מושלמת (97.7% ליישומים של מסך מגע, גרפן יכול להיות גדל באמצעות זיהום כימי (VD) ולאחר מכן מועבר על מנת להשיג את הפחתת 100.

  • (ב) ⁇ :0 (ב) ⁇ (ב"ג): גרף 1:1 , גרף (ב) הוא גמיש לחלוטין ויכול לעמוד בפני קרינת קרינה מתחת ל-1  מ"מ עם שינוי התנגדות מינימלי.
  • (FLT:0)איכותיות: 1.10LT 1 גרף CVD כבר בשימוש בחלק מהמוצרים הנישה, אם כי גדול-שטח, העברה ללא פגם נותרה מאתגרת.
  • (FLT:0) אינטגרציה: 1FLT 1 Graphene תואם לעיבוד רול-to-roll, מה שהופך אותו אטרקטיבי עבור ייצור בנפח גבוה. חוקרים באוניברסיטת קיימברידג ' וסמסונג הוכיחו לוחות מגע אבטיפוס באמצעות אלקטרודות גרפן.

למרות ההבטחה שלה, גרפן פונה אל המכשולים: תהליך ההעברה לעתים קרובות מציג קמטים וסדקים, והתנגדות מגע בין גרפן לבין עקבות מתכת יכול להפיג את הביצועים.עדיין, התקדמות מתמשכת בטכניקות העברה (למשל, באמצעות פולימר תומך או שיטות נביעת) הם שיפור בהתמדה.

Silver Nanowires: התנהגות גבוהה במשה

ננווטים (AgNWs) הם חוטים מתכתיים דקים (בדרך כלל 20 –50  nm בקוטר, 5 –20   מיקרומטר ארוך) כי הם מצופים על תת-קרקעית, להרכיב רשת אקראית.הם מציעים את ה מוליכות הגבוהה ביותר של כל TCM &mash; לעתים קרובות להשיג התנגדות כמו נמוך כמו 10 ו-bnbnb; הם בדרך כלל מצופים, 000.

  • (FLT:0)Performance: FLT:1; סרטי AgNW גמישים מאוד ויכולים לשרוד אלפי מחזורים מכווצים.התכונות האופטו-אלקטרוניות שלהם יכולות להיות מכוונן על ידי התאמת צפיפות חוט, אורך וקוטר.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ (הכסף יקר (במחיר של 070 דולר ונדריש; 1 $ לגרם), אך הסכום הנדרש לסרט הוא קטן ומפורש; בדרך כלל 5 – 20   מ"ג / mFLT:2RLT 3) העלות החומרית לפאנל יכול להיות נמוך יותר מאשר ITO כאשר גורם פשוט בתהליך deposition.
  • (FLT:0)Challenges:FLT:1 ננוwires כסף נוטים חמצון, אשר מגביר את ההתנגדות לאורך זמן.הם גם לפזר אור, גרימת ערפל קל שניתן לא רצוי עבור תצוגות high-end.בנוסף, ננווטים ליצור צומת חימום מקומי ונקודות חלשות פוטנציאליות.

חברות כמו Cambrios (כיום חלק מ-TPK) וננווטל יש סרטי ננו-חוט כסף מסחריים לשימוש בחיישנים מגע, וכמה דגמים חכמים אימצו אותם למגע קצה-על-פני.הטכנולוגיה היא ככל הנראה הקרובה ביותר לאימוץ המוני בין TCMs חלופיים.

פולימרים מוליכים: אורגניים ומעבדים

פולימרים מוליכים — במיוחד פולי(3,4-ethyleneoxythiophene):poly (סטיילנספלטון) (PEDOT:PSS) — להציע אלטרנטיבה אורגנית לחלוטין. PEDOT:PSS ניתן לספוג פיזור ליהקריד באמצעות טכניקות פשוטות כמו ספין-קו-קוטינג, הדפסה או מסך הם גמישים (בדרך כלל, 000), באמצעות דפוס מכני).

  • (FLT:0) סלקציה והתאמה: 1 מאחר והם גמישים באופן לאין שיעור ויכולים להיות מעובדים בטמפרטורות נמוכות, פולימרים מוליכים הם אידיאליים עבור תת-שכבות פלסטיק.
  • (FLT:0) התחייבויות: FLT:1 (החליפה הגדולה ביותר של PEDOT:PSS היא ההתנגדות גבוהה יחסית שלה בדין או ננו-מדומים כסף; בדרך כלל 100 – 300 ⁇ / sq עבור סרטים עם שקיפות טובה.זה מגביל את השימוש שלה יישומים שבהם התנהגות מתונה היא מקובלת, כגון e-paper, אור אורגני-emit (Oremprempance) או לוח נמוך (Oרזולוציה).
  • (FLT:0) שיפור: (FLT:1 doping עם תוספים כמו dimethyl sulfoxide (DMSO) או ethylene glycol יכול להגביר את ההתנהגות על ידי עד שלושה הזמנות של מחקר לאחרונה מ Link ö אוניברסיטת הפחתת השיג התנגדות גיליון מתחת 50 ⁇ /sq עם שקיפות גבוהה באמצעות תוספי ionics ו שלאחר טיפול.

פולימרים מוליכים כבר בשימוש בחלק מהמוצרים המסחריים, בעיקר FLT:0 אורגני photovoltaicsveFLT 1 וחלונות אלקטרו-כרומטיים.

עוד קונסולות: Metal Meshes ו- Carbon Nanotubes

שני חומרים נוספים ראויים לציון.FLT:0 [Metal meshtureFLT:1] ( נחושת או כסף אטי) משתמש ברשת נאה של קווים — לעתים קרובות 3 –5 וnbsp; מיקרומטר רחב וmdash; כדי ליצור דפוס התנהגותי בין קווים מספק שקיפות.

(FLT:0)Carbon ננוtubes (CNTs) ⁇ 1) נחקרו רבות בשנות ה-2000 כפוטנציאל החלפת ITO.CNTs יחיד-הבסיסה יכול ליצור רשתות התנהגותיות עם שקיפות מעל 80% והתנגדות גיליון כדי לנהל פולימרים מקיפים.עם זאת, סרטי CNT סובלים בדרך כלל מהתנגדות גבוהה בין צינורות וקשה בהשגת פיזור אחיד, בעוד שהם נשארים באזור פעיל של גרפים ואפקטים מסחריים במידה רבה.

יתרונות של חומרים חדשים

המעבר מ- ITO מונע על ידי ארבעה יתרונות עיקריים שהחומרים המתעוררים מציעים במשותף:

גמישות לא מתאימה לתצוגה Foldable ו- Rollable

בניגוד ל- ITO, ששבר תחת לחץ, גרפן, ננווטים כסף, ופולימרים מוליכים שומרים על מוליכות גם כאשר כפוף לרדיוני של 1 mm או פחות. גמישות זו חיונית לקטע ההולך וגדל של טלפונים מתקפלים (צפוי להגיע ל-50 מיליון יחידות עד 2027) ולגורמים חדשים כמו טלוויזיות מתגלגלות ומכשירים מעוקלים עם משטחים קלים.

עלויות ייצור נמוכות יותר באמצעות עיבוד פתרונות

רוב חלופות ITO ניתן להפקיד באמצעות שיטות הרטוב (Slot-die, תרסיס, דיוג'ט) בלחץ תחרותי וטמפרטורות בינוניות.זה מבטל את הצורך בציוד ואקום יקר ומאפשר ייצור רול-to-roll, צמצום דרמטי של הוצאות הון ושימוש באנרגיה. עבור ננוwires כסף ופולימרים התנהגותיים, העלות הכוללת של הייצור למטר מוערך להיות 30 & ndash;50% פחות מהופעות ו-I-upreperreperreperrepering.

שיפור יכולת הקיום והחומרים

Indium הוא מרכיב נדיר עם שרשרת אספקה לא בטוחה ו mdash; יותר ממחצית העולם ’s indium מיוצר בסין, ורזרבות מוגבלות. בניגוד, פחמן (לגרפן ופולימרים) וכסף (אשר יכול להיות ממוחזר) הם בשפע יותר. Graphene ייצור, בעוד עדיין אנרגיה אינטנסיבית, משתמשת מזינים משותפים כמו metfurene Conductives מבוססים על פחמן, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 יכול להיות מסוגל, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000

שיפור יכולת ההתקנים והביצועים

מעבר לגמישות, TCMs מתעוררים יכול לשפר את האמינות של המכשיר.רשתות ננו-חוט, למשל, עמידים יותר לזעזוע מכני מאשר ITO כי ה- mesh אקראי להפיץ מתח. פולימרים מוליכים יכול להיות מורכב, אפשרויות פתיחה עבור משטחים באמת תואם מגע. Graphene ’ התנהגות תרמית יוצאת דופן גם עוזר dissipate חום מתצוגה גבוהה כוח, פוטנציאל להאריך את החיים.

אתגרים ומחסומים לאימוץ מסחרי

למרות היתרונות האלה, שום חומר אחד עדיין לא עקר את ITO על פני כל שוק מסך מגע. כמה מכשולים יש להתגבר על אימוץ נרחב.

« « טוהר אופטי וקלרנס

עבור טלפונים חכמים פרמיה וטאבלטים, לקוחות מצפים להציג בבהירות יוצאת דופן וסרטים מינימליים של ננווט כסף בדרך כלל להציג רמות הזה של 1 –3%, הנגרמת על ידי פיזור אור מן החוטים.זה מקובל עבור יישומים רבים אבל יכול להיות בעייתי עבור מציאות וירטואלית ברזולוציה גבוהה (VR) ראשי או צגים פרו-דרגות. Graphene ופולימרים מוליכות יכול להשיג הירכיים נמוכות יותר (be 0.5%), אבל לעתים קרובות יש פגמים חזותיים לא אחידים).

יציבות סביבתית וגמישות

ננווטים Silver oxidize בנוכחות לחות ו-sulfur, המוביל להתנגדות מוגברת לאורך זמן. Encapsulation עם שכבות מחסום מוסיף עלות ומורכבות. פולימרים מוליכים, במיוחד PEDOT:PSS, הם hygroscopic ויכולים לגרוע מתחת לחשיפה UV או לחות גבוהה. Graphene הוא יציב מבחינה כימית, אבל הביצועים שלה יכולים לסחף מודעות עקב conminants מ- 5mbients.

ייצור עבור איכות עקבית

בעוד שהפגנות מעבדה מבטיחות, הפקת סרטים אחידים על אזורים גדולים (למשל, Gen5.5 גליונות זכוכית של 1300 × 1500  mm) ללא פגמים נותר קשה. nanowires כסף נוטים agglomerate, להרכיב clumps כי ליצור מעגלים קצרים או פיקסלים מתים. Graphene העברה מחושת ל substrate הסופי הוא נוטה לדמעות, מתכת ו conmination של ייצור יכול לדרוש שינויים מגנטיים (אוב) כי הם עלולים אחרים מוליכים תהליך מוליכים.

שילוב עם עיצובים קיימים ו- Touch Controller

דפוסי חיישן מגע בדרך כלל מטושטשים לתוך ITO באמצעות טכניקות פוטו-אוטוביוגרפיות.הצבת ITO עם חומר אחר עשוי לדרוש שינויים בעיצוב דפוס, כימיה גירוד, או תהליכי הנקה. Silver nanowires, למשל, לא ניתן לטבול רטוב ללא פגיעה substrate הבסיסית, כך לייזר או גישות הדפסה חייב להיות מאומצת.זה יוצר חיכוך עבור יצרנים אשר השקיעו בכבדות בציוד ITO הוא יתרון יעיל מדי, אלא אם כן עשוי להיות יעיל מדי, אלא אם כן, 000 ביצועים איטיים, אלא אם כן, אז אפשרות להתחיל מחדש, 000 יעיל יותר מדי, אלא אם כן, 000 יעיל יותר מדי, 000.

תחזית לעתיד: מה שקרים

הנוף של חומרים מוליכים שקוף מתפתח במהירות, מונע על ידי דרישות השוק עבור תצוגות גמישות וייצור בר קיימא. מגמות מספר יעצבו את התעשייה ב 5 &ndash הבאים; 10 שנים.

גישות היברידיות ו- Composite

שום חומר יחיד הוא מושלם.חוקרים יותר ויותר לחקור היברידיות המשלבות את התכונות הטובות ביותר של שני חומרים או יותר.לדוגמה, ציפוי ננווטים כסף עם שכבה דקה של גרפן יכול למנוע חמצון ולהפחית את האז תוך שמירה על גמישות. בדומה, הטמעת PEDOT:PSS לתוך רשת מתכת מיקרו-מאורגן יכול להוריד את ההתנגדות תוך שמירה על שקיפות.

שילוב של יישומים שאינם מגע

אותם חומרים המאפשרים למסך מגע יש פוטנציאל רחב יותר: ב-FLT:0 תאים סולאריים סולקסקטיים 1, מוליכים שקופה משמשים כאלקטרודות, ואת הגמישות של חומרים חדשים מאפשר לוחות סולאריים קלים, רולים. חלונות חכמים, אשר משנה שידור אור, גם להסתמך על מוליכים מבוססי TCMs. Graphene נבדקים עבור הפרעה אלקטרומגנטית (EMI) מגן 5G.

מפת דרכים לאימוץ מסחרי

אנליסטים בתעשייה צופים שעד 2030, ITO עדיין לשלוט תצוגות קשיחות (כגון לוחות תעשייתיים זולים) אבל יש להחליף בעיקר במכשירים גמישים פרימיום. nanowires Silver צפויים לתפוס את הנתח הגדול ביותר בטלפונים ובטאבלטים, בעוד גרפן ימצא נישות בעלות גבוהה, ביצועים גבוהים כמו ראשי VR או תצוגות צבאיות.

נהגים וחובות

כמו ממשלות מתדקות תקנות על חומרים גולמיים קריטיים (האיחוד האירופי ’ חוק חומרי גלם קריטי, למשל), הלחץ להפחית תלות נתרן יעלה.בנוסף, חברות אלקטרוניקה לצרכנים מחויבות יותר ויותר לעקרונות כלכלה מעגליים, כולל מיחזור והפחתה של ההשפעה הסביבתית. Alternative TCMs, במיוחד אלה חינם של מתכות נדירות, תואמים עם מטרות אלה.

מסקנה

העתיד של מכשירי מסך מגע תלוי בחומרים שיכולים להיות מעודכנים ללא הפסקה, עלות פחות לייצר, ו tread יותר אור על פני כדור הארץ.Indium tin תחמוצת שימשה היטב את התעשייה, אבל המגבלות שלה הפכו צוואר בקבוק עבור חדשנות. Graphene, ננווטים כסף, ומוליכים פולימרים כל אחד מציעים נתיבים נפרדים קדימה, עם ננווטים כסף כבר להופיע במוצרים מסחריים וגרף עבור שיטות מתקדמות, אך הם מציעים יציבות ויציבות אופטית; אבל אתגרים איכותיים, אך הם עדיין.

עבור מהנדסים, מנהלי מוצר ו anrategists, המסר ברור: עידן של אחד בגודל אחד מתאים לכל TCMs הוא סיום.בחירת המנצח השקיפות הנכון עבור מכשיר ספציפי יהיה יותר ויותר דורש ניתוח סחרוף מעורב גמישות, שקיפות, עלות ואמינות. אלה להשקיע הבנה של חומרים אלה עכשיו יהיה יותר טוב להציב עיצוב של לוח זמנים יציב, יציב, בר קיימא של מסכים של מחר.

מקורות נוספים (בתרגום חופשי:0)

  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) טבע ננוטכנולוגיה ומנדש; Graphene מעבירה אסטרטגיות עבור OptoelectronicssFLT:1