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涂層材料的在線檢測(cè): 如何獲得更高產(chǎn)量?(1)ITO 導(dǎo)電膜玻璃介紹及特性
① ITO 導(dǎo)電膜玻璃介紹
ITO 導(dǎo)電膜玻璃是在鈉鈣基或硅硼基基片玻璃的基礎(chǔ)上,利用磁控濺射的方法沉積二氧化硅(SiO2)和氧化銦錫(通稱 ITO)薄膜加工制作成的一種具有良好透明導(dǎo)電性能的金屬化合物,具有禁帶寬、可見(jiàn)光譜區(qū)光透射率高和電阻率低等特性。
ITO 導(dǎo)電膜玻璃廣泛地應(yīng)用于顯示及觸控器件、太陽(yáng)能電池、特殊功能窗口涂層及其他光電器件領(lǐng)域,是目前 LCD、PDP、OLED、觸摸屏等各類顯示及觸控器件最主要的透明導(dǎo)電電極材料。
② ITO 導(dǎo)電膜玻璃特性
由于 ITO 膜層的主要成份是氧化銦錫,而氧化銦具有透過(guò)率高的特性,氧化錫具有導(dǎo)電能力強(qiáng)的特性。因此,ITO 導(dǎo)電膜玻璃是一種具有高透過(guò)率的導(dǎo)電玻璃。
此外,由于 ITO 導(dǎo)電膜玻璃具有很強(qiáng)的吸水性,會(huì)吸收空氣中的水份和二氧化碳并產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì),產(chǎn)生“霉變”,因此在存放時(shí)要防潮;ITO 膜層在活性正價(jià)離子溶液中易產(chǎn)生離子置換反應(yīng),形成其它導(dǎo)電和透過(guò)率不佳的反應(yīng)物質(zhì),所以在加工過(guò)程中,盡量避免長(zhǎng)時(shí)間放在活性正價(jià)離子溶液中。
另外,ITO膜層由很多細(xì)小的晶粒組成,晶粒在加溫過(guò)程中會(huì)裂變變小,從而增加更多晶界,電子突破晶界時(shí)會(huì)損耗一定的能量,所以 ITO 導(dǎo)電玻璃的 ITO 膜層在 600 度以下會(huì)隨著溫度的升高,電阻也增大。
(2)ITO 導(dǎo)電膜玻璃發(fā)展概述及現(xiàn)狀
從 20 世紀(jì) 50 年代到 20 世紀(jì) 70 年代,ITO 導(dǎo)電膜玻璃自發(fā)現(xiàn)以來(lái)一直處于研究的萌芽狀態(tài)。
20 世紀(jì) 70 年代, ITO 導(dǎo)電膜玻璃開(kāi)始逐步應(yīng)用于液晶顯示領(lǐng)域,并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),從而進(jìn)入快速發(fā)展的階段。
20 世紀(jì) 80 年代,ITO導(dǎo)電膜玻璃主要應(yīng)用于電子表、計(jì)算器、計(jì)時(shí)器等 TN-LCD。
20 世紀(jì) 90 年代,ITO 導(dǎo)電膜玻璃開(kāi)始應(yīng)用于 STN-LCD,為手機(jī)、筆記本電腦、PDA 等配套。
進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái),隨著彩屏手機(jī)和觸摸屏產(chǎn)品的興起,ITO 導(dǎo)電膜玻璃除應(yīng)用于TN-LCD、STN-LCD 以外,開(kāi)始應(yīng)用于 OLED、觸摸屏等諸多類別的產(chǎn)品領(lǐng)域。
ITO 導(dǎo)電膜玻璃隨著 20 世紀(jì) 70 年代初 LCD 顯示器的興起至今已經(jīng)歷了 40多年的歷程,并從早期的高電阻、小尺寸、普通表面、黑白顯示的產(chǎn)品,發(fā)展到了目前的低電阻、大尺寸、拋光表面、彩色顯示的產(chǎn)品。
早期的 ITO 導(dǎo)電膜玻璃是采用銦錫合金作為濺射靶材,通過(guò)氧化反應(yīng)而成膜的;此種靶材對(duì)濺射工藝控制有極其嚴(yán)格的要求,尤其是氧氣流量的輕微波動(dòng),就可能形成氧化反應(yīng)不充分,而使膜層透過(guò)率和蝕刻性能變差;或因氧氣流量較大,而造成靶面“中毒”,使濺射效率下降,從而使膜層變薄、電阻升高。
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展,氧化靶應(yīng)運(yùn)而生,即將高純度的氧化銦和氧化錫超細(xì)粉末,按一定比例充分混合好,再采用粉末冶金工藝燒結(jié)成固體靶材。
隨著居民收入提升與消費(fèi)升級(jí),市場(chǎng)和技術(shù)方向的主流選擇以及產(chǎn)品的進(jìn)口替代和政府產(chǎn)業(yè)政策的推進(jìn),尤其是目前超薄智能穿戴成為市場(chǎng)熱點(diǎn),可以滿足不同人群對(duì)于健康、運(yùn)動(dòng)、溝通、社交、等一系列個(gè)性化需求,這些趨勢(shì)將共同促進(jìn)智能穿戴設(shè)備市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。
ITO 透明導(dǎo)電薄膜和導(dǎo)電玻璃處于整個(gè)智能穿戴設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈上游位置,是整個(gè)顯示觸控行業(yè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。
伴隨著0.15mm~0.28mm 超薄 ITO 導(dǎo)電膜產(chǎn)品的蓬勃發(fā)展,政府也將超薄 ITO 導(dǎo)電膜產(chǎn)品作為重點(diǎn)工程專項(xiàng)扶持,一系列利好的政策支持為我國(guó)超薄 ITO 導(dǎo)電膜產(chǎn)品、平板顯示及觸摸屏產(chǎn)業(yè)的突破奠定了良好的基礎(chǔ),國(guó)內(nèi)一些有實(shí)力的科技公司紛紛涉足 ITO 顯示及觸控行業(yè),掀起一股產(chǎn)業(yè)投資熱潮。
(3)ITO 導(dǎo)電膜玻璃的應(yīng)用
① 液晶顯示(LCD)用 ITO 導(dǎo)電膜玻璃
ITO 導(dǎo)電膜玻璃是制作 LCD 的三大主要材料之一(另兩個(gè)為液晶和偏光片)。
采用 ITO 導(dǎo)電膜玻璃為基片材料制作的 LCD 顯示器具有體積小、厚度薄、質(zhì)量輕、能耗少、無(wú)污染、無(wú)輻射、無(wú)散熱影響等優(yōu)點(diǎn),是節(jié)能、潔凈的環(huán)保型電子材料產(chǎn)品。
目前,LCD 分以下幾種:
TN-LCD(扭曲向列相液晶顯示器),是液晶顯示器的初級(jí)產(chǎn)品,應(yīng)用于電子表、計(jì)算器、游戲機(jī)等;
STN-LCD 是液晶顯示器的中檔產(chǎn)品,應(yīng)用于便攜式電腦、電子記事本、翻譯機(jī)、電子辭典及文字處理機(jī)等;
TFT-LCD(薄膜晶體管液晶顯示器),是有源矩陣尋址液晶顯示器的代表,是新一代的高檔 LCD 產(chǎn)品,已成為筆記本電腦、臺(tái)式電腦、各類監(jiān)視器和數(shù)字彩電等電子產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用的液晶顯示器。
此外,PDP(等離子體顯示器)、ECD(場(chǎng)致發(fā)光顯示器)均屬于新一代平板顯示器,ITO 導(dǎo)電膜玻璃也是它們所需要的透明電極的最佳常用顯示材料。
② 觸摸屏(TP)用 ITO 導(dǎo)電膜玻璃
觸摸屏(TP)用 ITO 導(dǎo)電膜玻璃按感應(yīng)原理可以分為電阻式、電容感應(yīng)式、紅外線式以及表面聲波式,目前市場(chǎng)上應(yīng)用較多的以電容感應(yīng)式為主。
近年來(lái),隨著智能手機(jī)的普及,電容感應(yīng)式觸摸屏應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
電容感應(yīng)式觸摸屏在觸摸屏表面鍍上 ITO 導(dǎo)電膜,并制作成 ITO 線條,這樣在導(dǎo)電體內(nèi)形成一個(gè)低電壓交流電場(chǎng)。在觸摸屏幕時(shí),由于人體電場(chǎng),手指與導(dǎo)體層間會(huì)形成一個(gè)耦合電容,四邊電極發(fā)出的電流會(huì)流向觸點(diǎn),而電流強(qiáng)弱與手指到電極的距離成正比,位于觸摸屏幕后的控制器便會(huì)計(jì)算電流的比例及強(qiáng)弱,準(zhǔn)確算出觸摸點(diǎn)的位置。
③ 有機(jī)發(fā)光顯示(OLED)用導(dǎo)電膜玻璃
有機(jī)發(fā)光顯示器(OLED)是一種在電流驅(qū)動(dòng)下,通過(guò)載流子注入和復(fù)合形成激子,由激子輻射衰減而發(fā)光的顯示器件。
它具有自主發(fā)光、視角寬、輕薄、便于攜帶等特點(diǎn)。OLED 顯示器仍然需要 ITO 膜層作為透明的電極,其基本結(jié)構(gòu)是在玻璃基板上鍍制 ITO 膜層的基礎(chǔ)上,再制作有機(jī)材料發(fā)光層。
④ ITO 導(dǎo)電膜玻璃的其他領(lǐng)域應(yīng)用
ITO 導(dǎo)電膜玻璃作為面發(fā)熱體,可制作成多種功能的特種加工玻璃,如用于飛機(jī)、火車、汽車等風(fēng)擋玻璃、宇航飛船的眩窗、坦克激光測(cè)距儀、機(jī)載光學(xué)偵察儀、潛望鏡觀察窗等,不僅起隔熱降溫作用,而且通電后還可除冰霜。
ITO 導(dǎo)電膜玻璃還可制成多種多功能的工業(yè)及科研、國(guó)防等用建筑玻璃,如液晶調(diào)光玻璃、電加熱玻璃及電致變色玻璃、防盜玻璃、電磁屏蔽玻璃和大面積太陽(yáng)能玻璃等。
另外,由于 ITO 導(dǎo)電膜層對(duì)微波具有衰減性,衰減率不小于 85%;因此用 ITO 導(dǎo)電膜制成的電磁屏蔽玻璃,已作為特殊建筑物的窗玻璃或幕墻玻璃,可廣泛用于計(jì)算機(jī)房、演播室、工業(yè)控制系統(tǒng)、軍事建筑物、外交部門(mén)的建筑物門(mén)窗玻璃以及有保密要求或防干擾要求的場(chǎng)合。
(4)原材料供應(yīng)狀況
ITO 導(dǎo)電膜玻璃主要包括玻璃基板和靶材。
① 玻璃基板
玻璃基板產(chǎn)業(yè)是一個(gè)典型的資本和技術(shù)雙密集產(chǎn)業(yè),具有明顯的規(guī)模效應(yīng),進(jìn)入壁壘較高。
ITO用玻璃基板制程條件嚴(yán)格,性能要求高,除不含鉀、鈉等堿金屬外,還必須具備高精密的表面平整度與起伏度。因此,玻璃基板行業(yè)要求制作技術(shù)難度極高。
從國(guó)內(nèi)玻璃基板的供給端來(lái)看,目前國(guó)內(nèi)可以提供玻璃基板的供應(yīng)商主要為南玻、洛玻、東旭集團(tuán)、彩虹股份等。
2013年我國(guó)玻璃基板年供給量不足900萬(wàn)平方米,且均為6代線及以下,而在8.5代線面板廠的玻璃基板供應(yīng)方面,國(guó)內(nèi)玻璃基板廠還未涉足,核心技術(shù)始終掌握在美國(guó)康寧(Corning)、旭硝子(AGC)、電氣硝子(NEG)以及板硝子(NSG)四大廠商手中。
目前,全球玻璃基板的主要生產(chǎn)廠商包括:
② 靶材
目前,日本能源、美國(guó)Umicore、日本三井、日本東曹等少數(shù)幾家公司壟斷了靶材80%的市場(chǎng)份額。
日本企業(yè)生產(chǎn)的靶材以大尺寸、高性能占據(jù)著顯示器中高端領(lǐng)域,主要以常壓燒結(jié)法作為靶材主要生產(chǎn)方法,常壓燒結(jié)法也是目前靶材生產(chǎn)的主流技術(shù)。
全球靶材需求市場(chǎng)主要集中在日本、韓國(guó)、中國(guó)等亞洲國(guó)家,其中中國(guó)占到全球總需求的35%以上。
受益于平板顯示、觸控屏等下游產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,預(yù)計(jì)到2016年全球靶材需求將達(dá)到2,500噸左右,其中中國(guó)需求占比將超過(guò)40%。
我國(guó)雖然是世界第一產(chǎn)銦大國(guó),銦產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的70%(原生銦),但是在深加工方面卻處于初級(jí)階段。為了突破技術(shù)和打破瓶頸,有效利用資源,近年來(lái)中國(guó)企業(yè)加快了靶材的技術(shù)研發(fā)和引進(jìn),建成了多項(xiàng)高端靶材國(guó)產(chǎn)化項(xiàng)目。
目前,全球靶材的主要生產(chǎn)廠商包括:
(5)ITO 導(dǎo)電膜玻璃未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
隨著顯示及觸控技術(shù)的不斷更新?lián)Q代,特別是顯示及觸控技術(shù)應(yīng)用的普及,使智能手機(jī)、平板電腦的市場(chǎng)容量逐年上升,ITO 導(dǎo)電膜玻璃的研發(fā)和生產(chǎn)工藝也隨之不斷進(jìn)步。
未來(lái),ITO 導(dǎo)電膜玻璃主要有以下發(fā)展趨勢(shì):
① 大尺寸化
縱觀 LCD 的發(fā)展,大尺寸化將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。
為滿足液晶面板廠商不斷增加的大尺寸顯示屏產(chǎn)品的開(kāi)發(fā),玻璃基板尺寸也在不斷增加。玻璃基板尺寸越大,能夠切割的面板數(shù)量就越多,可以切割的顯示屏尺寸就越大。
因此,隨著玻璃基板的大尺寸化以及滿足消費(fèi)者需求的基礎(chǔ)上,促使平板顯示和觸控屏向大尺寸化發(fā)展。
此外,為順應(yīng)平板顯示和觸控屏的發(fā)展,對(duì) ITO導(dǎo)電膜玻璃的鍍膜技術(shù)提出了更高的要求。
② 柔性化
目前,應(yīng)用最為廣泛的 ITO 導(dǎo)電膜玻璃是在玻璃、陶瓷等硬質(zhì)基材上制備,但這些基材存在質(zhì)脆、不易變形等缺陷,限制了 ITO 導(dǎo)電膜玻璃的應(yīng)用。
與硬質(zhì)基材 ITO 導(dǎo)電膜玻璃相比,在有機(jī)柔性基材上制備的 ITO 導(dǎo)電膜玻璃不僅具有相同的光電特性,而且還具有可彎曲、重量輕、不易破碎、便于運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)。
因此,隨著電子器件的“輕薄化”,必然會(huì)推動(dòng) ITO 導(dǎo)電膜的技術(shù)不斷進(jìn)步,向“柔性化”的方向發(fā)展。
③ 輕薄化
目前,ITO 導(dǎo)電膜玻璃的厚度主要在 0.3~1.1mm 之間。
隨著手機(jī)、平板電腦等電子消費(fèi)品輕薄化的發(fā)展趨勢(shì),對(duì)玻璃基板的減薄需求也日益提高,同時(shí),也帶動(dòng)著 ITO 導(dǎo)電膜玻璃技術(shù)的發(fā)展。
輕薄化不僅減輕了手機(jī)和平板電腦等電子消費(fèi)品的重量,也在一定程度上給產(chǎn)品的外觀設(shè)計(jì)提供了更多的便利。
(6)國(guó)內(nèi)領(lǐng)軍企業(yè)
目前,國(guó)內(nèi)主要領(lǐng)軍企業(yè)包括蕪湖長(zhǎng)信科技股份有限公司、深圳萊寶高科技股份有限公司、安徽方興科技股份有限公司、河南康耀電子股份有限公司、安徽立光電子材料股份有限公司等。
本文由unima新材網(wǎng)綜合整理
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