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¿Cuál es la diferencia entre Silver Nanowire e ITO para pantallas táctiles?

Las pantallas táctiles se han convertido en una de las interfaces más intuitivas en casi todos los dispositivos electrónicos de consumo. Son populares en tabletas, portátiles, teléfonos móviles, monitores de escritorio, quioscos, máquinas de juegos, dispositivos de punto de venta, automóviles, sistemas GPS y más. El sistema operativo Windows 8 los ha hecho más populares en ordenadores portátiles, monitores de escritorio y equipos todo en uno. La mayoría de las pantallas táctiles utilizan tecnología de capacidad proyectada y requieren conductores transparentes de alta calidad para proporcionar una rica experiencia de usuario.

La tecnología establecida para conductores transparentes utiliza óxido de indio de estaño (ITO). El Indium es un subproducto de la minería de zinc que se obtiene principalmente de China. Ha habido escasez de suministro de vez en cuando. ITO ha jugado un papel importante en el crecimiento de varios dispositivos electrónicos, en particular pantallas electrónicas y células solares. Para crear un conductor transparente, ITO es recubierto por pulverización catódica sobre un sustrato objetivo usando un proceso de deposición de vapor en una cámara de vacío. El sustrato revestido resultante (normalmente vidrio) se graba químicamente y se moldea para formar un conductor transparente que se usa en pantallas táctiles.

El material de recubrimiento ClearOhm de Cambrios es una tinta con nanocables de plata (SNW) suspendida dentro. Los nanocables están hechos de plata cristalina con un diámetro en las decenas de nanómetros y una longitud en decenas de micrómetros, lo que le da una alta relación de aspecto. Cuando se recubre sobre un sustrato de plástico (típicamente PET), la película resultante tiene una red percolada de nanocables de plata altamente conductores pero transparentes (figura 1) . Los cables de plata de cristal único se superponen, creando una red que es altamente conductiva ya que la plata es el elemento más conductor del planeta.

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Requisitos para pantallas táctiles

Los requisitos para conductores transparentes utilizados en pantallas táctiles varían según la aplicación y el tamaño de la pantalla táctil. En general, todos requieren materiales altamente transmisivos para una buena visibilidad, buena conductividad para permitir una respuesta rápida al tacto, y materiales más delgados para que los productos finales pesen menos y sean estéticamente agradables. Más importante aún, los conductores transparentes ofrecen un menor costo de propiedad a los fabricantes de pantallas táctiles y por lo tanto un dispositivo de menor precio para el consumidor.

Sin embargo, estos requisitos están cambiando en la mayoría de las aplicaciones, como monitores, computadoras todo en uno, computadoras portátiles, tablets y teléfonos móviles. Se busca una conductividad incluso más alta por debajo de 100 Ω / cuadrado para que las pantallas táctiles respondan mejor a las nuevas aplicaciones y se realice una mejor experiencia de usuario.

Para pantallas táctiles de mayor tamaño utilizadas en aplicaciones como 23 pulgadas. Monitores, la mayor conductividad es esencial para ofrecer un tiempo de respuesta rápido con capacidad de toque de 10 dedos. Para dispositivos móviles como ordenadores portátiles, la necesidad de pantallas táctiles más delgadas, más ligeras y más fuertes está impulsando la necesidad de conductores transparentes en película en lugar de vidrio tradicional. A medida que las pantallas flexibles se convierten en una realidad, los conductores transparentes que pueden ser conformados, doblados o incluso laminados a superficies no planas son parte de los nuevos requisitos. Más importante aún, como los precios de los dispositivos electrónicos de consumo siguen alcanzando los niveles que causan la adopción en masa, el costo de los conductores transparentes debe mantener el ritmo.

Transmisión Versus Conductividad

En las aplicaciones de pantalla táctil, en particular las pantallas táctiles capacitivas para ordenadores portátiles y ordenadores todo en uno, la alta transmisión (más del 90%) y la baja resistencia (menos de 80 Ω / cuadrado) permiten un toque de 10 dedos, lo que lo convierte en una gran experiencia de usuario .

ITO sobre película está típicamente disponible en resistencias de chapa de más de 120 Ω / cuadrado. Por debajo de este rango, ITO está disponible típicamente en vidrio y no en película (Fig. 2) . Esto se debe principalmente a que la temperatura de recocido de unos pocos cientos de grados centígrados para ITO es demasiado alta para los sustratos de plástico, restringiendo su uso a películas de baja conductividad. ITO sobre vidrio, sin embargo, se puede hacer para tales aplicaciones. Una mayor conductividad se obtiene depositando una capa más gruesa de ITO sobre el sustrato de vidrio, aunque, reduciendo el rendimiento ya que consume más tiempo para depositar. Además, los sustratos de vidrio tradicionales son pesados y más gruesos que la película, lo que hace que los dispositivos sean voluminosos.

Los fabricantes de equipos originales prefieren cada vez más los conductores transparentes basados en películas. Las películas ITO compatibles con índices comercialmente disponibles tienen una buena transmisión de más del 98%, lo que las hace adecuadas para pantallas táctiles de tamaño diagonal más pequeño, como teléfonos móviles, donde no es obligatoria una menor resistencia (Figura 2) .

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2. La ITO no indexada sobre película tiene típicamente una resistencia de hoja de 120 Ω / cuadrado pero con una transmisión de luz más baja.


En el caso del conductor transparente SNW, el material puede recubrirse sobre película ya que la temperatura necesaria para recubrir y secar es de unos 100ºC, mucho menor que las temperaturas de reblandecimiento de las películas plásticas. Además, la velocidad de producción es la misma independientemente de los requisitos de resistencia de la hoja. Para obtener una menor resistencia de la hoja, se implementa un revestimiento más grueso de la misma tinta SNW a la misma velocidad de recubrimiento (de ahí el mismo rendimiento). SNW tiene una transmisión más alta que la mejor de su clase ITO y ofrece más de 95% de transmisión de luz en las resistencias de la hoja significativamente por debajo de lo que se logra a través de ITO película.

Una transmisión más alta significa una pantalla más brillante ya que los sensores táctiles no impiden la luz. Los conductores transparentes de mayor transmisión también significan una mayor duración de la batería por carga en dispositivos móviles.

Visibilidad de los patrones, Haze, y Moireé

Tanto las tecnologías SNW como ITO son fuertes en esta área. Tampoco sufre efectos de Moireé. La visibilidad del patrón de ITO no es alta en comparación con tecnologías como la malla metálica. Dada la aleatoriedad de la distribución de nanocables de plata en película, esta tecnología no tiene casi ninguna visibilidad de patrón. Haze, por otro lado, es un problema con ambas tecnologías. Los valores típicos de neblina para SNW en película y ITO en película son similares, con ITO sobre vidrio que tiene un rendimiento mucho mejor que ITO en película o SNW.

Peso y espesor

En esta categoría, menos es más. Los conductores transparentes que pesan menos hacen que los dispositivos electrónicos de consumo como las tabletas y los ordenadores portátiles sean más portátiles y resistentes debido a la reducción de masa. La reducción de espesor significa que los diseños son elegantes y estéticamente más agradables. En el caso de pantallas táctiles que requieren baja resistencia de la lámina por debajo de 100 Ω / cuadrado, el uso de ITO en la película no es posible. ITO entonces se deposita generalmente en el vidrio, que hace el sensor del tacto en el vidrio cerca de 0.6 milímetros de grueso. En comparación, SNW en película es tan baja como 0,2 mm y tan alta como 0,4 mm. De forma similar, los sensores ITO basados en vidrio tradicionales son significativamente más pesados que los sensores SNW basados en películas. En general, los sensores SNW en película son aproximadamente un 40% más ligeros y un 40% más delgados que sus homólogos ITO.

Las tabletas, los ordenadores portátiles y los monitores LCD del pasado eran más pesados y gruesos. Hoy en día, la tendencia es crear dispositivos verdaderamente portátiles y elegantes ordenadores todo en uno que demanden componentes más delgados y ligeros. Este es un área de ventaja para los sensores SNW basados en película.

Pantallas táctiles flexibles, flexibles y enrollables

Diferentes tecnologías de pantalla y pantallas táctiles han estado buscando aplicaciones de visualización flexibles para la portabilidad, robustez y diseños únicos. En particular, los LEDs orgánicos (OLED) y el papel electrónico están siendo dirigidos a nuevas aplicaciones móviles. Las pantallas táctiles para estas aplicaciones también necesitan ser flexibles, delgadas, ligeras y resistentes.

Imagina teléfonos móviles flexibles que son irrompibles. Imagine doblar su 10 pulgadas. Tableta para que se ajuste en su bolsillo. Imagínese el despliegue de una pantalla desde dentro de su pluma. O, imagine pantallas flexibles del tamaño del bloc de notas o pantallas que se envuelven alrededor de un pilar o edificio. Estos tipos de productos se están convirtiendo en una realidad. Para permitir estas aplicaciones existe la necesidad de pantallas táctiles flexibles, plegables y rodables (Fig. 3) .TIO es un material cerámico quebradizo. Puede flexionarse ligeramente, pero es probable que se agriete y se vuelva no funcional en aplicaciones de conductores flexibles y transparentes.


3. Flexible touchscreens can be a challenge to ITO displays.
3. Pantallas táctiles flexibles pueden ser un reto para las pantallas de ITO.


Los materiales de SNW han sido revestidos en pantallas flexibles y rodables y probados por los clientes, pasando con éxito 100.000 vueltas alrededor de un radio de 3 mm de la curva. Los sensores táctiles basados en películas que utilizan conductores transparentes SNW son flexibles, robustos y ya están en uso incluso en monitores rígidos de pantalla basados en vidrio, teléfonos móviles y ordenadores todo en uno. Para estas aplicaciones, el conductor transparente flexible / pantallas táctiles reducen el peso y el grosor aunque la pantalla del anfitrión no sea flexible.

Costo total de la propiedad

La plata es el mejor conductor de electricidad del planeta y es aproximadamente 100 veces más conductora que la ITO. Desde un punto de vista material, una pantalla táctil utiliza mucho menos plata que el indio. Hay tres áreas para la comparación de costos: la infraestructura / equipo necesario para revestir el material sobre un sustrato, el costo de modelar el material y el costo de la pila de materiales que compone la pantalla táctil.

La infraestructura necesaria para cubrir ITO requiere equipos de deposición en vacío que involucran varios millones de dólares de inversión, y los requerimientos de conductividad de la aplicación influyen en el rendimiento. Por ejemplo, el rendimiento para revestir una capa de ITO de 50 Ω / cuadrado es cuatro veces menor que una capa de ITO de 200 Ω / cuadrado.

Por el contrario, los materiales SNW están revestidos con solución con una inversión inicial significativamente más baja en equipos como los revestidores pilotos (Figura 4) . El rendimiento / capacidad de una línea dada no varía con la resistencia de conductividad / lámina requerida para diferentes aplicaciones. El proceso de rodillo a rollo empleado para fabricar material recubierto con SNW permite expandir la capacidad muy rápidamente. El proceso es mucho más eficiente. Además, la utilización del material es mejor y no sufre de los enormes residuos generados en el proceso de deposición de ITO.


4. Pilot coaters are used to make roll-to-roll flexible transparent conductors.
4. Los recolectores pilotos se utilizan para fabricar conductores transparentes flexibles roll-to-roll.


Los costes de modelado tanto para SNW como para ITO son los mismos si se utilizan patrones de foto o métodos de modelado en húmedo. Sin embargo, SNW tiene una ventaja de coste cuando el material está modelado usando un procedimiento láser a temperatura ambiente. El coste del modelado con láser es aproximadamente un cuarto del costo del modelado fotográfico, ya que los costos de los equipos son más bajos y no hay consumibles como resistentes a fotos, aguafuertes o strippers. Además, puesto que el proceso del laser no utiliza productos químicos no hay ediciones de la disposición de la basura.

El rendimiento es alto y la calidad del patrón es similar al proceso fotográfico de gama alta. La potencia láser requerida para modelar la película SNW es bastante pequeña y la calidad del patrón es muy alta con un excelente rendimiento óptico. El modelado con láser en ITO puede dar como resultado que la película de sustrato esté dañada, ya que ITO requiere más potencia o una duración más larga para patrón, y la película modelada resultante podría tener una visibilidad de patrón que es objetable.

El coste de la pila o por unidad de coste varía según la configuración de la pila. Muchas más configuraciones son posibles con SNW, y estas configuraciones proporcionan opciones de mejor costo para una aplicación dada. Algunos tienen menos pasos del proceso (cinco pasos contra 15 con ITO tradicional) como en el caso de SNW embebido en un material resistente de la película seca. En otras configuraciones como la solución de una película (OFS), la pila no utiliza adhesivos ópticamente transparentes (OCA), lo que reduce aún más el coste. En general, las pantallas táctiles basadas en SNW han demostrado ser ligeramente menos a significativamente menos costosas que las soluciones basadas en películas ITO equivalentes.

Ventajas de ITO y SNW

ITO ha disfrutado del dominio del mercado durante varios años, ya que es una tecnología bien probada que los fabricantes entienden. En algunos casos, los fabricantes ya han invertido cientos de millones de dólares en equipos de deposición de vapor / pulverización en fábricas bien depreciadas.

El proceso ITO es bien entendido. La transmisión no es mejor que SNW, ni tampoco la película ITO consigue una baja resistencia de la hoja, pero su rendimiento es adecuado para aplicaciones tradicionales para pequeñas pantallas táctiles de tamaño diagonal. ITO es también muy uniforme, la visibilidad del patrón se minimiza, y el material es muy estable.

SNW tiene una ventaja sobre ITO en la transmisión y baja resistencia de la hoja. El material está probado en varios productos de consumo, la fabricación y por unidad de costos son más bajos, y la escala con SNW es mucho más fácil. El conductor transparente SNW procesado rollo a rollo es una gran opción para nuevas instalaciones de producción que necesitan un alto rendimiento, un procesamiento más fácil y un material adecuado para pantallas táctiles de pantalla flexibles.

Rahul Gupta es el director senior de desarrollo de negocios de Cambrios. Anteriormente tenía más de 13 años de experiencia en el desarrollo de nuevas tecnologías y productos como los láseres para telecomunicaciones ópticas en Lucent, las pantallas OLED a todo color y la iluminación OLED en Osram, y los equipos de impresión inkjet Generation 8 para hacer filtros de color para pantallas LCD en AKT Materiales aplicados). Recibió su doctorado de la Universidad de California en Santa Bárbara y un MBA de la Escuela de Negocios Hass de la Universidad de California en Berkeley.

Sriram Peruvemba se desempeña como director de marketing para las operaciones mundiales de Cambrios. Gestiona los esfuerzos de marketing global de la empresa, ingeniería de aplicaciones y desarrollo de negocios. Tiene más de 25 años de experiencia en la industria electrónica. Antes de unirse a Cambrios, se desempeñó como CMO para E Ink Holdings, donde supervisó los esfuerzos de marketing global para sus negocios de papel electrónico y LCD. También ha ocupado puestos de alto nivel en Sharp Corp., Planar Systems y TFS Inc. También es asesor ejecutivo de YFYJupiter.


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