本稿では、透明導電膜の特性から可撓性透明導電膜技術の可能性について議論し、現在の各種技術の発展状況を説明し、材料特性、量産技術、製品化の工業化から様々な技術の発展動向を分析する。セックスエレクトロニクスの登場の機会に、材料は、材料、プロセス、機器をレイアウトし、ソフトエレクトロニクスの大きなチャンスをマスターすることができます。
透明導電膜はオプトエレクトロニクス製品の基礎です
オプトエレクトロニクス製品は、光の透過と電気的な導通を必要とするため、オプトエレクトロニクス製品の基盤となっています。フラットパネルディスプレイ、タッチパネル、太陽電池、電子ペーパー、OLED照明などのオプトエレクトロニクス製品には、 2017年に研究機関Research and Marketsが発表した市場調査によると、光通信製品の産業チェーンや市場規模にかかわらず、透明導電膜市場の年間平均成長率は2017年から2026年にかけて9％を超えると推定されています。透明導電膜は、光電産業において無視できない重要な材料である。
「透明性」は物理的に2つの相互に排他的な特徴であり、「透明性」は媒体に浸透する可視光の量を表し、「導電性」はキャリア（電子および正孔を含む）を表す。キャリア数は、キャリア濃度に関係します。
光学特性の観点から、キャリアはプラズマ状態にあると考えられ、光と強く相互作用する。入射光の周波数が材料キャリアのプラズマ周波数よりも低い場合、入射光が反射される。したがって、スペクトル位置における材料のキャリアプラズモン周波数は、可視光帯域（380nm〜760nm）が透過できるかどうかの決定的要因である。
一般に、金属膜のプラズマ周波数は紫外領域であるため、可視光が金属を透過することができないため、金属が可視領域で不透明な光学特性を示し、金属酸化物のプラズマ周波数が赤外領域に入るため、可視領域は光は金属酸化物を透過し、透明な状態を示す。
しかし、金属酸化物のエネルギーギャップ（Gap）が大き過ぎてキャリア濃度が制限され、金属酸化物の電気伝導性が悪くなり、材料の物理的特性から「透明性」と「導電性」が難しい同時に高い導電率と高い光透過率を有する材料を開発することは比較的困難である。
金属材料の厚さを低減する光透過率を増加させる方法であるが、金属薄膜の厚さは、例えば、蒸着形成プロセスに簡単に薄すぎる島状不連続成長を、一方、膜厚が薄いので、酸化は大気中で起こり易く、結果として耐性が劇的に変化し、フィルムの安定性が悪くなり、その後の処理用途には役立たない。
金属酸化物のキャリア濃度が他の方向に透明導電膜の導電率を増加させることである高める。酸化物材料の安定性、良好な膜形成特性は、ドーピング（ドープ）製造欠陥または担体の濃度を増加させるために利用することができます導電性を向上させるために、透明導電膜に理想的な材料です。
ドープ酸化スズ、酸化亜鉛などは、高い透明性、高い導電性を有し、インジウムスズ酸化物（Indium Tin Oxide、ITO）が最も広く用いられている。ITO導電性は良好であり、可視光透過率は高く、同時にメンブレン技術とその後のエッチングパターニングプロセスは成熟しており、信頼性が高く、透明導電膜の主要材料です。
ITO透明導電膜が広く用いられているが、ITOは脆いセラミック材料であり、脆化し易いが、フレキシブル時のフレキシブル電子の機能要件の観点から、応力曲げ特性やクラック特性はITOを軟質電子とする。 ITO透明導電膜に代わる製品は、将来のソフトオプトエレクトロニクス製品の基本材料でなければならず、ソフトオプトエレクトロニクス製品の戦略材料です。
フレキシブル透明導電膜の需要の増加製造材料の多様化
近年、ソフトエレクトロニクス製品が徐々に商品化され、ソフトディスプレイ、ソフトセンサへのソフトライティング、ソフトソーラーセルなどの技術が日々変化しており、軟質の透明導電膜が熱望されています。
タッチディスプレイリサーチの2015年報告書によると、非ITO透明導電膜に対する市場の需要は、それが徐々に（図1）は、2018年に期待値$ 4Bという億までのITO透明導電膜の市場を交換されて上昇します。2022年では、それは意志十億ドル。このような大きな市場規模、主にソフトタッチ、フレキシブルディスプレイ、フレキシブル太陽電池及び他のソフトの電子部品から今後数年間で繁栄する、フレキシブル透明導電膜の市場を作成する要求の結果です。
図1タッチディスプレイ研究は、非ITO透明導電膜の市場規模を予測しています。
理論的には、金属膜、酸化物/金属/誘電体（DMD）膜などの材料設計によって、同時に高い光透過率、高い導電率および柔軟性を有する材料は困難であるが、グラファイト、カーボンナノチューブ（CNT）などの導電性導電性炭素材料、またはグラフェンなどの伝導性導電性炭素材料金属メッシュやメタルウェブのようなメッシュで見えない構造は、柔らかい透明導電膜にすることができます（図2）。以下は、これらの技術の現在の研究開発成果のレビューです。
図2様々な潜在的透明透明導電性フィルム技術
金属フィルム
金属材料の厚さを減少させること、光の透過率を増加させることができるが、金属膜の厚さが薄すぎると、材料の乏しい安定性は容易に酸化され、抵抗値の急激な変化を引き起こす。TDK日本の薄い銀合金の代わりに、銀金属、及び上記下部保護層を克服します図3に示した金属薄膜、依然として9Ω/□最大90％の透過率で一意のAg-積層膜抵抗の安定性。
図3 TDKフレキシブル品質銀合金フレキシブル透明導電膜構造
酸化物の脆さを改善することができる酸化物のナノレベルの厚さを減少させるために、しかし、厚さの減少は、必然的に酸化物に優れたクリップの導電性金属薄膜の導電率が減少する、機会が特定の偏向になるように、光透過率及び導電率を維持することに適用することができます。
DMD構造材料は、依然として、これらのコンポーネントは、このような太陽電池のOLED積層構造として、エネルギーレベルの酸化物を選択することによって行うことができるエネルギーレベルを一致させる必要があるために特に適したZnS /銀/ WO3 ;. MoOx /金/ MoOx DMD構造を含みますマッチングコンポーネントは、光電変換効率及び金属薄膜を増加させるためにDMD構造が複雑な真空プロセスを必要とし、製造コストが、付加価値の高い光学製品のためのより適切なITOよりなります。
導電性ポリマー
π電子によって結合高分子材料と共役結合は、キャリアに増加させることができる適切なドーピング濃度の下で、より少ない結合、フレキシブルな特性を有する導電性ポリマーの導電性ポリマーフィルムは、コーティングの使用であります軟質透明導電膜には、加工コストが低く、成膜方法が理想的です。
AuCl3（ポリカンファースルホン酸でドープされた（カンファースルホン酸、CSA）、ポリアニリン（ポリアニリン、PANI）、マイクロエマルジョン重合法のNSSポリピロール（ポリピロール、PPY）、ドープされたポリ-3-ヘキシルチオフェン（3ポリスチレンスルホネート（PSS）でドープされたポリ（3,4-エチレンジオキシチオフェン）、PEDOTは、 PEDOT：PSS材料が透明導電膜の用途において商業化されている膜は、最も広く研究されている。
Vosgueritchianは、ジメチルスルホキシド（DMSO）およびフッ素含有界面活性剤で変性したPEDOT：PSSを添加した後、46％/ sqの抵抗器および82％の透明な透明な透明導電膜を開発した。
加えて、例えば、フィルム製造技術の光透過率の92％に学者抵抗50Ω/□で公開されてメタンスルホン酸（メタンスルホン酸、MSA）処理する方法があり、制御またはPEDOT：PSS分子が17Ω/ sqの記録を作り、フィルムの97.2％までの浸透率。
透明導電膜を容易に不可逆的な損傷材料を引き起こすUV照射下、共役結合は、ラジカルを生成するために切断され、塗布形成方法、導電性ポリマーフィルムで製造コストの利点が、導電性高分子材料の乏しい安定性を有しています、導電率を下げる。
また、ドーピング材料は一般に荷電イオンであり、水分を吸収しやすく、導電膜の抵抗値にバラツキが生じる。導電性ポリマーの現像安定性を高める方法は数多くあるが、ITOを代替することは現実的ではない。
導電性炭素材料
炭素は様々な材料であり、炭素同素体はダイヤモンド膜のような優れた絶縁特性を有することができるが、炭素結合の末端に依存して、グラフェンのような優れた導電性を有することができる。炭素材料としては、グラファイト、カーボンナノチューブ（CNT）、グラフェンなどがあり、カーボンナノチューブやグラフェンは、ある程度の導電性を有しており、可視光波長のナノメートルスケール構造よりも小さく、高い光が得られます。透過性と柔軟性、フレキシブルな透明導電膜への応用可能性
カーボンナノチューブ
カーボンナノチューブ材料は、単一壁（シングルウォールCNT、SWCNT）および多層壁構造（マルチウォールCNT、MWCNT）、カーボンナノチューブ、又は適切な化学処理後で、炭素原子からなる管状構造体でありますドーピングは、カーボンナノチューブに高い導電性を持たせることができます。これらのカーボンナノチューブは、千鳥状に重ねて導電ネットワークを形成することができます。
いくつかの学者は、乾式転写法を用いて、高温成長したSWCNTを、110Ω/ sqで形成された軟質基板に90％の光透過率で直接転写する。透明コーティングがより低コストで形成される場合CNT間のVan Dewa力が強く、液体CNT束（Bundle）に形成しやすく、塗布可能な懸濁液にする必要があるため、直接転写法の光電特性を達成することは難しいCNTを均一に分散させるために、液体に添加物を加えてください。これらの添加物は、フィルムの光電特性に影響します。
非イオン性界面活性剤を分散剤として使用して、研究者Wangはスピンコーティング法を用いて、59％/ sqで光透過率71％のフィルムを製造した。ブレードコーティングスラリーに調整し、塗布後、処理後のパルス光の後に軟質透明導電膜を得た。光透過率は68Ω/ sq。で89％であった。
図4は、CNT透明導電膜を工業的に製造するためのプロセスの概略図であり、CNT透明導電膜の工業化のための3つの重要な技術は、インク分散、塗布膜形成、後処理である。
図4軟質CNT透明導電膜のプロセス図
グラフェン
グラフェンは、ほとんどのグラフェンカバーティム（アンドレ・ガイム）、2004年から、诺沃谢洛夫（コンスタンチン・ノボセロフ）の単離に成功グラフェン材料の後に高配向熱分解グラファイトから、今世紀における材料のだろう見ての一つであります特別な注意による二次元構造のその高い導電率特性は、透明導電膜の研究開発プロジェクトの自然なアプリケーションである。CNTと同様、塗布インクを調製するためのドライフィルムの直接転写グラフェン透明導電膜2であります堆積法。
高温CVD法を用い、適切なドーピングを行うことにより、光透過率87％のグラフェンの透明導電膜を150Ω/ sqで作製することができるが、CVD用高温プロセスに耐えることができない。
ソニーは、銅箔基板上に成長した高品質のグラフェンをPETフィルムに転写した後、銅を溶解して軟質グラフェン透明導電膜を得ることにより、この問題を解決する転写法を開発しました（図5）。連続転写プロセスのコストは高く、工業生産はより複雑で難しい。
図5 SONYは、柔らかいグラフェン透明導電膜を作るための現像転写法を使用しています。
グラフェンコーティング構造は、グラフェンシートの構造のために、CNTよりもファンデルワールス力による凝集がより深刻であり、グラフェンを形成するために、インキをベースとし、コーティングされ、フィルム形成されているという点でCNTと類似している。液体中での分散はCNTよりも困難である。
研究者は、グラファイト懸濁液を用いて水/アルコール溶液に直接分散し、グラフェンをストリップし、グラフェンインクを得た（図6）。グラフェンの分散技術の開発は、ソフトグラフェン用の透明導電膜の製造の鍵である。グラフェンの分散が困難であることを避けることです。
図6被覆グラフェンインクを作るためのグラファイト液体剥離法。
また、グラフェンオキサイド（GO）は、より極性の酸素結合を有し、安定したインクにすることが容易であり、コーティングプロセスに寄与するが、コーティング後にグラフェン酸化物（GO）を塗布する必要がある。それは導電性グラフェンフィルムに還元され、より緩やかな還元プロセスはまだ開発中である。
メタルネットワーク
目の識別は約6μmであるので、直径6μm未満の金属線を金属線が目立つことのない透明導電膜とすることができ、金属は導電性が優れているため少量の金属材料しか形成できない。導電性の高い薄膜は、潜在的な技術です。
金属メッシュフィルムはエッチングされ、スクリーン印刷されてパターン制御された金属メッシュ（金属メッシュ）を形成することができ、または金属メッシュまたはナノワイヤーを織り込んで不確定金属メッシュ（メタルウェブ）を形成することができる。
金属メッシュ
これまでエッチングされた銅金属グリッドは成熟した製品であったが、これまで電磁波シールド（EMI）用に銅金属メッシュを使用していた。 Cu2O / Cu / Cu2O構造を用いて、金の学者Kimは、線幅7μm、格子間隔450μmの透明導電性金属メッシュを示した。浸透率は15.1Ω/ sqであってもよい。最大89％。
富士フイルムでは、黄色のエッチングプロセスとは異なり、メッシュを直接基板に印刷するプロセスが多様化していますが、富士フイルムでは銀塩露光技術が開発されています。シルバーと他のプログラムは、グリッドパターンを作成し、銀の金属グリッドを化学的に濃くします。
または、銀メッシュの線幅20μm、シート抵抗0.5〜1.6Ω/ sq、光透過率78〜88％の精密印刷（ダイレクトプリンティングテクノロジー、DPT）印刷を使用してください。 （Gravure Offset）最大5umの線幅まで印刷された透明導電膜。
学者の中には、表面抵抗が0.3Ω/ sqのインクジェット印刷でグリッドから直接印刷するものもあります。印刷プロセスで最大の課題は広い領域です。5μm以下の線幅を印刷することは非常に困難です。印刷法では、ナノ金属ペーストを焼成して導電性の良好なグリッドを形成する必要があり、耐熱性が悪く、焼成時にナノ金属が酸化しやすい。
レーザー焼結はグリッドパターニングと高温焼結を同時に達成することができ、銅ナノ粒子でレーザー焼結するか、ナノ銀粒子で焼結して銅金属グリッドを別々に作ることができます。図7）銀金属グリッドのシート抵抗は30Ω/ sq以下であり、光透過率は85％より大きい。
図7シルバーメタルグリッドのレーザー焼結銅金属グリッド
。メタルウェブ
パターニング工程では、自然に形成された金属網を省略することができるが、導電網を形成する目的を達成することができ、懸濁液が乾燥すると固体が凝集してコーヒーリング（コーヒーリング）を形成する。その効果は、フィルムが乾燥フィルムに形成された後に、適切な懸濁液を自己封鎖された天然金属ネットワークに形成することができることであり、導電性金属ネットワークは、以下に説明するようにナノワイヤーインターレースを用いて形成することもできる。
懸濁液が乾燥すると、固体が凝集してコーヒーリング効果と呼ばれるリングが形成されます。ナノ銀は特殊なインクで設計されており、液体が揮発して乾燥した後に自動的にネットワークを形成します。
徳野学術院ではバブルバーストを用いて自動的にナノ銀線のネットワークを形成し、焼結後に表面抵抗6.2Ω/ sq、透過率84％の透明導電膜を形成することができます（図8）。透明導電性フィルムの製造原理図9は、会社が開発した特殊インクを用いた金属網の使用例です。
図8ナノ銀フィルムは自動的にネットワークに集まり、透明導電膜を形成します。
図9アメリカのCima Nano Techは金属網をナノ銀と自動的に統合します
ナノワイヤは、非常に薄く、肉眼で見えないワイヤーであり、ナノワイヤーと織り合わされた金属ネットワークは、優れた導電性を有する透明な導電性フィルムを形成する。金属線の重なりによって形成される金属ネットワーク（図10）は、より簡単な製造プロセスと低コストを有する。
化学的に合成されたナノ銅、J.郭は51.5Ω/□で公開され、透明導電膜の光透過率は93.1％に達することがあり、銅や銀よりも良好な導電率は、銀ナノワイヤの少量高に織ることができます導電率の高い透明導電膜高性能で透明導電膜の光透過率は93％、抵抗率は21Ω/ sq、優れた柔軟性とタッチパネル表示図11に示す。
図10ナノ銀線のインターレースメタルネットワーク
図11は、可撓性に優れたフレキシブルな可撓性銀ナノワイヤ透明導電膜及びタッチパネルを示す
研究者らは、連続したロールツーロールスリットコーティング（Slot-die Coating）を用いて、幅400nmの軟質銀ナノワイヤ透明導電層を製造した。表面抵抗が30Ω/ sqである場合、光透過率は90％に達するが、ナノ銀線の高アスペクト比材料特性により、コーティングの均一性を制御することが困難であるため、均一性を制御できるプロセス及び装置を開発する必要がある。透明銀導電膜製品の工業化における重要なポイントの1つ。
フレキシブル透明導電膜技術の3つの主要動向
柔軟、光の浸透で、いくつかのフレキシブル透明導電フィルムの技術を見ている、導電性の三つの特徴は、一定の進展があり、それは材料の特性、生産工程からのものでは、技術の成熟度は、その将来の発展を調査します。
材料特性
導電性及び光浸透は、フレキシブル透明導電膜が、依然として光侵入の高度を維持することができ、高い導電率は、製品開発の動向である最も重要な光学的特性である。前述のいくつかのフレキシブル透明導電膜の技術を比較するために、Iほぼ数年間、様々な研究ユニットのシート抵抗を発表し、図12に示すように光透過率は、種々のフレキシブル透明導電膜の技術の結果を評価しました。
図12は、表面抵抗の評価及びフレキシブル透明導電膜の技術の様々な操作を行うための光透過率です。
しかし、グラフェンなければならない/□以下であり、カーボンナノチューブ100Ωするために、標準の80％以上の光透過率は、100Ω/□の抵抗値よりも大きい場合には、図から求めることができ、上記の技術的な要件を達成するために技術的な要件を達成するように成長真空方法は、その後の成膜を転送します。
導電性高分子と金属メッシュ、金属ネットは、本明細書で達成することができ、10Ω/ sq以下、唯一の金属メッシュネットワークは、金属に適合することができる。銀ナノワイヤ網100Ω/ sq以下、またはさらに低いが可視化されることができます銀の優れた電気的特性に起因する優れた特性は、銀ナノワイヤ少量の低抵抗で高透過率の光学特性を達成します。
製造プロセス
表1に示すように、大量生産の複雑さのコストとフレキシブル透明導電膜を密接上記製造プロセスに関連するいくつかの分析技術フレキシブル透明導電フィルム、薄い金属酸化膜/金属膜/酸化物であります真空コーティングプロセス、設備および製造コストが最も高い。
カーボンナノチューブ、グラフェンの特別な乾式転写法、新しい機器を開発する必要があります。黄色の高価な機器を剥離した金属メッシュのエッチング工程の複雑さ、露光、現像、エッチング、が、しかし、製造技術が成熟して、銅メッシュ状の透明導電膜は、タッチパネル産業に量産されている。
代わりに印刷する黄色パターニングプロセスの金属メッシュの印刷は、さらに簡略化されたパターン化設備投資であると予想されるが、低温焼結プロセスおよび装置を増やす必要があります。はじめに、金属網を組み立て、パターニング工程を省略し、製造メタルグリッドを印刷するよりも簡単です。
行われる塗布型カーボンナノチューブ堆積ドーピング処理を塗布した後、酸化グラフェン被膜形成のグラフェンは、還元処理、設備及び製造コストが同様の金属網を組み立てはじめなければならないことができる。重複ナノワイヤ装置を構成する金属の導電性ポリマーネットワーク塗膜は、生産設備を用いて製造することができ、製造コストが最も競争力のある技術です。
商品工業化の進展
新技術の産業化は、材料開発、プロセス開発、製品開発プロセスを通過する必要がある。「製品開発」のこのプロセスは、大量生産の発展に重要な鍵は材料、プロセス及び設備の統合だけでなく、新しい技術を必要とするです商業化への重要なキー。
近すぎる、タッチパネルディスプレイにおける銀ナノワイヤ多くのプロプロ植物タッチパネルディスプレイより示す銅グリッドタッチパネルは、すべてのフレキシブル透明導電膜の開発技術のための最速の技術は、列挙されています商品の工業化。
導電性高分子の透明導電膜は、多くのフィルムメーカーで展示されていますが、実用化はまだまだ進んでいますが、印刷や自己組織化プロセスの金属ネットワークは、材料やプロセス、グラーフェンはまだインク材料とプロセス技術の開発段階にありますが、質的な進歩は図13に示されています。
図13各種軟質透明導電膜の実用化の進捗状況
材料特性、製造プロセス、およびビューの技術的成熟度から、百Ω/□の範囲に数Ω/□を横切る光学的特性の中で最も競争力のある銀ナノワイヤの透明導電性フィルムは、優れた光透過を有します低コストのコーティング膜プロセスは、ナノ銀、インク、フレキシブルな透明導電膜からタッチパネルアプリケーションまでの完全な産業チェーンと組み合わされ、唯一強化する必要があるのは装置とプロセスの統合です。
銀ナノワイヤ特殊インクは、低粘度、高アスペクト比のインクであり、コーティングの均一性は、特別な銀ナノワイヤ導電網塗布装置の開発、オープンフレキシブル透明導電性銀ナノワイヤの成膜を制御することは困難です膜生産のボトルネックの鍵。
硬質から軟質のオプトエレクトロニクス製品は、開発機会のために重要な材料を握る
透明導電膜をスパッタリング方法を作るために、1990年代の初めから、ITO透明導電膜が、しかし、将来のオプトエレクトロニクス製品を満たすことがますますできない小規模から大規模まで、ハードからITO透明導電膜のプロパティでソフトな傾向にオプトエレクトロニクス製品の代名詞であります必要があります。
新素材、カーボンナノチューブ、グラフェンの開発のフレキシブル透明導電フィルム、導電性ポリマーの用途は、いくつかの進歩を持っていますが、あることをプロセス開発、デバイスの統合およびその他の技術的な問題がある前に、様々な技術の応用で市場に克服。
また、製造コストは、技術的に重要な要因が最終的に勝つことができ残っている。材料特性から、プロセスの難易工業化の進捗状況を比較すると、一般的な全体的なレビューで商品を終えたし、オプトエレクトロニクス業界におけるアプリケーションの商業化からのを楽しみにしての柔らかく、および関連産業へのハードキー瞬間、それはフレキシブル透明導電フィルムを開発する機会となっている、材料のソフトキーの戦略的な太陽光発電製品を習得することができます。