光电显示用透明导电膜及玻璃（ITO）的原理
相关专题： 电子应用 时间：2012-05-16 09:02 来源： icbuy亿芯网
　　ITO导电玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡（俗称ITO）膜加工制作成的。液晶显示器专用ITO导电玻璃，还会在镀ITO层之前，镀上一层二氧化硅阻挡层，以阻止基片玻璃上的钠离子向盒内液晶里扩散。高档液晶显示器专用ITO玻璃在溅镀ITO层之前基片玻璃还要进行抛光处理，以得到更均匀的显示控制。液晶显示器专用ITO玻璃基板一般属超浮法玻璃，所有的镀膜面为玻璃的浮法锡面。因此，最终的液晶显示器都会沿浮法方向，规律的出现波纹不平整情况。

　　在溅镀ITO层时，不同的靶材与玻璃间，在不同的温度和运动方式下，所得到的ITO层会有不同的特性。一些厂家的玻璃ITO层常常表面光洁度要低一些，更容易出现“麻点”现象；有些厂家的玻璃ITO层会出现高蚀间隔带，ITO层在蚀刻时，更容易出现直线放射型的缺划或电阻偏高带；另一些厂家的玻璃ITO层则会出现微晶沟缝。

　　ITO导电层的特性：

　　ITO膜层的主要成份是氧化铟锡。在厚度只有几千埃的情况下，氧化铟透过率高，氧化锡导电能力强，液晶显示器所用的ITO玻璃正是一种具有高透过率的导电玻璃。由于ITO具有很强的吸水性，所以会吸收空气中的水份和二氧化碳并产生化学反应而变质，俗称“霉变”，因此在存放时要防潮。

ITO层在活性正价离子溶液中易产生离子置换反应，形成其它导电和透过率不佳的反应物质，所以在加工过程中，尽量避免长时间放在活性正价离子溶液中。

　　ITO层由很多细小的晶粒组成，晶粒在加温过程中会裂变变小，从而增加更多晶界，电子突破晶界时会损耗一定的能量，所以ITO导电玻璃的ITO层在600度以下会随着温度的升高，电阻也增大。

　　ITO导电玻璃的分类：

　　ITO导电玻璃按电阻分，分为高电阻玻璃（电阻在150~500欧姆）、普通玻璃（电阻在60~150欧姆）、低电阻玻璃（电阻小于60欧姆）。高电阻玻璃一般用于静电防护、触控屏幕制作用；普通玻璃一般用于TN类液晶显示器和电子抗干扰；低电阻玻璃一般用于STN液晶显示器和透明线路板。

　　ITO导电玻璃按尺寸分，有14”x14”、14”x16”、20”x24”等规格；按厚度分，有2.0mm、1.1mm、0.7mm、0.55mm、0.4mm、0.3mm等规格，厚度在0.5mm以下的主要用于STN液晶显示器产品。

　　ITO导电玻璃按平整度分，分为抛光玻璃和普通玻璃。

　　透明导电氧化物薄膜主要包括Ｉｎ、Ｚｎ、Ｓｂ和Ｃｄ的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等特性。透明导电薄膜以掺锡氧化铟（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ，ＩＴＯ）为代表，广泛地应用于平板显示、太阳能电池、特殊功能窗口涂层及其他光电器件领域。平板显示器市场广阔，被认为具有比半导体产业更高的增长率，特别是液晶显示器（ＬＣＤ）具有体积小、重量轻、能耗低、无辐射、无闪烁、抗电磁干扰等特点，广泛应用于笔记本电脑、台式电脑、各类监视器、数字彩电和手机等电子产品，以全球显示器市场来看，ＬＣＤ产值远高于其他显示器。透明导电薄膜是简单液晶显示器的三大主要材料之一，随着ＬＣＤ产业的发展，市场对ＩＴＯ透明导电膜的需求也随之急剧增大。

　　ＩＴＯ薄膜的制备方法多样，研究较多的制备方法为磁控溅射法，另外还有真空蒸发法、化学气相沉积法、喷涂法、溶胶－凝胶法等方法。其中，溶胶－凝胶法的优点是生产设备简单、工艺过程温度低，易实现制备多组元且掺杂均匀的材料。

　　采用溶胶－凝胶法制备ＩＴＯ薄膜多以铟、锡的有机醇盐为前驱物。以铟、锡的无机盐为前驱物，采用溶胶－凝胶法制备的ＩＴＯ薄膜，比以有机醇盐为前驱物的溶胶－凝胶法制备成本低，该方法制备ＩＴＯ薄膜具有生产设备简单、成本低的优势。本文以氯化铟和氯化锡为前驱物，采用溶胶－凝胶法制备ＩＴＯ薄膜，探索以铟、锡的无机盐为前驱物制备ＩＴＯ薄膜的方法。

　　液晶显示器现已成为技术密集，资金密集型高新技术产业，透明导电玻璃则是LCD的三大主要材料之一。液晶显示器之所以能显示特定的图形，就是利用导电玻璃上的透明导电电膜，经蚀刻制成特定形状的电极，上下导电玻璃制成液晶盒后，在这些电极上加适当电压信号，使具有偶极矩的液晶分子在电场作用下特定的方面排列，仅而显示出与电极波长相对应的图形。

　　在氧化物导电膜中，以掺Sn的In2O3（ITO）膜的透过率最高和导电性能最好，而且容易在酸液中蚀刻出微细的图形。其透过率已达90%以上，ITO中其透过率和阻值分别由In2O3与Sn2O3之比例来控制，通常SnO2：In2O3=1：9。

　　ITO是一种N型氧化物半导体-氧化铟锡，ITO薄膜即铟锡氧化物半导体透明导电膜，通常有两回事个主要的性能指针：电阻率和光透过率。

　　目前ITO膜层之电阻率一般在510-4左右，最好可达510-5，已接近金属的电阻率，在实际应用时，常以方块电阻来表征ITO的导电性能，其透过率则可达90%以上，ITO膜之透过率和阻值分别由In2O3与Sn2O3之比例控制，增加氧化锢比例则可提高ITO之透过率，通常Sn2O3：In2O3=1：9，因为氧化锡之厚度超过200Å时，通常透明度已不够好---虽然导电性能很好。

　　如用是电流平行流经ITO脱层的情形，其中d为膜厚，I为电流，L1为在电流方向上膜厚层长度，L2为在垂直于电流方向上的膜层长主，当电流流过方形导电膜时，该层电阻R=PL1/dL2式中P为导电膜之电阻率，对于给定膜层，P和d可视为定值，P/d，当L1=L2时，怒火正方形膜层，无论方块大小如何，其电阻均为定值P/d，此即方块电阻定义：R□=P/d，式中R□单位为：奥姆/□（Ω/□），由此可所出方块电阻与IOT膜层电阻率P和ITO膜厚d有关且ITO膜阻值越低，膜厚越大。

　　目前在高档STN液晶显示屏中所用ITO玻璃，其R□可达10Ω/□左右，膜厚为100-200um，而一般低档TN产品的ITO玻璃R□为100-300Ω/□，膜厚为20-30um。

　　在进行LCD走线设计时，由ITO阻计算方式，可知影响ITO阻值有如下因素：

　　1、ITO玻璃之方块电阻

　　要确保走线电阻小，应酬让ITO玻璃方块电阻小，因为R□=P/d，则必须选P小，d适当大些的材料。

　　2、L1/L2

　　L1/L2即走线在平行电流方向与垂直电流方向上的长度比，在R□一定时，要保证走线电阻值小，就要让L1/L2小，当L1一定时，只有增大L2，也说法是在设计时，走线应尽可能加宽;而当L2一定时，L1就要小，即走线宽度一定时，细线应尽可能短。

　　3、在LCD显示屏设计当中，不仅要考虑走线布对ITO阻值的影响，还要考虑生产工艺对ITO阻值的影响，以便选择适当方块电阻的ITO玻璃，以便设计到制作的全面控制，生产高对比的LCD产品，这时高占空比及COG产品无为重要，如ITO膜厚的均匀性，因为ITO的耙材及工艺的为稳定，会使同样长度与宽度的ITO阻值发生变化，如目标值为10Ω时，其R□范围在8-12Ω之间，所以在生产中要使用ITO膜厚均匀的导电玻璃，以减少电阻的变化，其次为ITO玻璃的耐高温时性，酸碱性，因为通常LCD生产工艺中要使用高温烘烤及各种酸碱液的浸泡，而一般在300°C30min的环境中，会使R□增大2-3倍，而在10wt%NaOH5min及6wt%HCL2min（60°C）下也会增到1。1倍左右，由此可知，在生产工艺中不宜采用高温生产及酸碱的长时清洗，若无法避免，则应尽量在低温下进行并尽量缩短动作时间。

　　4、由于在液晶显示器中，ITO方块电阻等效于电路图中的分压电阻，其阻值大小直接影响电路两端电压的大小，即方块电阻越大，LCD值电压越大。有数据表明，ITO之方块电阻由100Ω/□降至60Ω/□。（CellGap为6um）左右，Vth值会降低0。03V左右。