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電子加工新聞

光電顯示用透明導(dǎo)電膜及玻璃(ITO)的原理

星之球激光 來源:21ic2012-05-18 我要評論(0 )   

ITO導(dǎo)電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鍍上一層氧化銦錫(俗稱ITO)膜加工制作成的。液晶顯示器專用ITO導(dǎo)電玻璃,還會在鍍ITO層之前,鍍...

 

ITO導(dǎo)電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鍍上一層氧化銦錫(俗稱ITO)膜加工制作成的。液晶顯示器專用ITO導(dǎo)電玻璃,還會在鍍ITO層之前,鍍上一層二氧化硅阻擋層,以阻止基片玻璃上的鈉離子向盒內(nèi)液晶里擴(kuò)散。高檔液晶顯示器專用ITO玻璃在濺鍍ITO層之前基片玻璃還要進(jìn)行拋光處理,以得到更均勻的顯示控制。液晶顯示器專用ITO玻璃基板一般屬超浮法玻璃,所有的鍍膜面為玻璃的浮法錫面。因此,最終的液晶顯示器都會沿浮法方向,規(guī)律的出現(xiàn)波紋不平整情況。

 

在濺鍍ITO層時(shí),不同的靶材與玻璃間,在不同的溫度和運(yùn)動方式下,所得到的ITO層會有不同的特性。一些廠家的玻璃ITO層常常表面光潔度要低一些,更容易出現(xiàn)“麻點(diǎn)”現(xiàn)象;有些廠家的玻璃ITO層會出現(xiàn)高蝕間隔帶,ITO層在蝕刻時(shí),更容易出現(xiàn)直線放射型的缺劃或電阻偏高帶;另一些廠家的玻璃ITO層則會出現(xiàn)微晶溝縫。

 

ITO導(dǎo)電層的特性:

 

ITO膜層的主要成份是氧化銦錫。在厚度只有幾千埃的情況下,氧化銦透過率高,氧化錫導(dǎo)電能力強(qiáng),液晶顯示器所用的ITO玻璃正是一種具有高透過率的導(dǎo)電玻璃。由于ITO具有很強(qiáng)的吸水性,所以會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),俗稱“霉變”,因此在存放時(shí)要防潮。

 

ITO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)電和透過率不佳的反應(yīng)物質(zhì),所以在加工過程中,盡量避免長時(shí)間放在活性正價(jià)離子溶液中。

 

ITO層由很多細(xì)小的晶粒組成,晶粒在加溫過程中會裂變變小,從而增加更多晶界,電子突破晶界時(shí)會損耗一定的能量,所以ITO導(dǎo)電玻璃的ITO層在600度以下會隨著溫度的升高,電阻也增大。

 

ITO導(dǎo)電玻璃的分類:

 

ITO導(dǎo)電玻璃按電阻分,分為高電阻玻璃(電阻在150~500歐姆)、普通玻璃(電阻在60~150歐姆)、低電阻玻璃(電阻小于60歐姆)。高電阻玻璃一般用于靜電防護(hù)、觸控屏幕制作用;普通玻璃一般用于TN類液晶顯示器和電子抗干擾;低電阻玻璃一般用于STN液晶顯示器和透明線路板。

 

ITO導(dǎo)電玻璃按尺寸分,有14”x14、14x16、20x24等規(guī)格;按厚度分,有2.0mm、1.1mm、0.7mm、0.55mm、0.4mm、0.3mm等規(guī)格,厚度在0.5mm以下的主要用于STN液晶顯示器產(chǎn)品。

 

ITO導(dǎo)電玻璃按平整度分,分為拋光玻璃和普通玻璃。

 

透明導(dǎo)電氧化物薄膜主要包括In、Zn、Sb和Cd的氧化物及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料,具有禁帶寬、可見光譜區(qū)光透射率高和電阻率低等特性。透明導(dǎo)電薄膜以摻錫氧化銦(IndiumTinOxide,ITO)為代表,廣泛地應(yīng)用于平板顯示、太陽能電池、特殊功能窗口涂層及其他光電器件領(lǐng)域。平板顯示器市場廣闊,被認(rèn)為具有比半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)更高的增長率,特別是液晶顯示器(LCD)具有體積小、重量輕、能耗低、無輻射、無閃爍、抗電磁干擾等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于筆記本電腦、臺式電腦、各類監(jiān)視器、數(shù)字彩電和手機(jī)等電子產(chǎn)品,以全球顯示器市場來看,LCD產(chǎn)值遠(yuǎn)高于其他顯示器。透明導(dǎo)電薄膜是簡單液晶顯示器的三大主要材料之一,隨著LCD產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,市場對ITO透明導(dǎo)電膜的需求也隨之急劇增大。

 

ITO薄膜的制備方法多樣,研究較多的制備方法為磁控濺射法,另外還有真空蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法、噴涂法、溶膠-凝膠法等方法。其中,溶膠-凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)設(shè)備簡單、工藝過程溫度低,易實(shí)現(xiàn)制備多組元且摻雜均勻的材料。

 

采用溶膠-凝膠法制備ITO薄膜多以銦、錫的有機(jī)醇鹽為前驅(qū)物。以銦、錫的無機(jī)鹽為前驅(qū)物,采用溶膠-凝膠法制備的ITO薄膜,比以有機(jī)醇鹽為前驅(qū)物的溶膠-凝膠法制備成本低,該方法制備ITO薄膜具有生產(chǎn)設(shè)備簡單、成本低的優(yōu)勢。本文以氯化銦和氯化錫為前驅(qū)物,采用溶膠-凝膠法制備ITO薄膜,探索以銦、錫的無機(jī)鹽為前驅(qū)物制備ITO薄膜的方法。

 

液晶顯示器現(xiàn)已成為技術(shù)密集,資金密集型高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),透明導(dǎo)電玻璃則是LCD的三大主要材料之一。液晶顯示器之所以能顯示特定的圖形,就是利用導(dǎo)電玻璃上的透明導(dǎo)電電膜,經(jīng)蝕刻制成特定形狀的電極,上下導(dǎo)電玻璃制成液晶盒后,在這些電極上加適當(dāng)電壓信號,使具有偶極矩的液晶分子在電場作用下特定的方面排列,僅而顯示出與電極波長相對應(yīng)的圖形。

 

在氧化物導(dǎo)電膜中,以摻Sn的In2O3(ITO)膜的透過率最高和導(dǎo)電性能最好,而且容易在酸液中蝕刻出微細(xì)的圖形。其透過率已達(dá)90%以上,ITO中其透過率和阻值分別由In2O3與Sn2O3之比例來控制,通常SnO2:In2O3=1:9。

 

ITO是一種N型氧化物半導(dǎo)體-氧化銦錫,ITO薄膜即銦錫氧化物半導(dǎo)體透明導(dǎo)電膜,通常有兩回事個(gè)主要的性能指針:電阻率和光透過率。

 

目前ITO膜層之電阻率一般在510-4左右,最好可達(dá)510-5,已接近金屬的電阻率,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),常以方塊電阻來表征ITO的導(dǎo)電性能,其透過率則可達(dá)90%以上,ITO膜之透過率和阻值分別由In2O3與Sn2O3之比例控制,增加氧化錮比例則可提高ITO之透過率,通常Sn2O3:In2O3=1:9,因?yàn)檠趸a之厚度超過200Å時(shí),通常透明度已不夠好---雖然導(dǎo)電性能很好。

 

如用是電流平行流經(jīng)ITO脫層的情形,其中d為膜厚,I為電流,L1為在電流方向上膜厚層長度,L2為在垂直于電流方向上的膜層長主,當(dāng)電流流過方形導(dǎo)電膜時(shí),該層電阻R=PL1/dL2式中P為導(dǎo)電膜之電阻率,對于給定膜層,P和d可視為定值,P/d,當(dāng)L1=L2時(shí),怒火正方形膜層,無論方塊大小如何,其電阻均為定值P/d,此即方塊電阻定義:R□=P/d,式中R□單位為:奧姆/□(Ω/□),由此可所出方塊電阻與IOT膜層電阻率P和ITO膜厚d有關(guān)且ITO膜阻值越低,膜厚越大。

 

目前在高檔STN液晶顯示屏中所用ITO玻璃,其R□可達(dá)10Ω/□左右,膜厚為100-200um,而一般低檔TN產(chǎn)品的ITO玻璃R□為100-300Ω/□,膜厚為20-30um。

 

在進(jìn)行LCD走線設(shè)計(jì)時(shí),由ITO阻計(jì)算方式,可知影響ITO阻值有如下因素:#p#分頁標(biāo)題#e#

 

1、ITO玻璃之方塊電阻

 

要確保走線電阻小,應(yīng)酬讓ITO玻璃方塊電阻小,因?yàn)镽□=P/d,則必須選P小,d適當(dāng)大些的材料。

 

2、L1/L2

 

L1/L2即走線在平行電流方向與垂直電流方向上的長度比,在R□一定時(shí),要保證走線電阻值小,就要讓L1/L2小,當(dāng)L1一定時(shí),只有增大L2,也說法是在設(shè)計(jì)時(shí),走線應(yīng)盡可能加寬;而當(dāng)L2一定時(shí),L1就要小,即走線寬度一定時(shí),細(xì)線應(yīng)盡可能短。

 

3、在LCD顯示屏設(shè)計(jì)當(dāng)中,不僅要考慮走線布對ITO阻值的影響,還要考慮生產(chǎn)工藝對ITO阻值的影響,以便選擇適當(dāng)方塊電阻的ITO玻璃,以便設(shè)計(jì)到制作的全面控制,生產(chǎn)高對比的LCD產(chǎn)品,這時(shí)高占空比及COG產(chǎn)品無為重要,如ITO膜厚的均勻性,因?yàn)镮TO的耙材及工藝的為穩(wěn)定,會使同樣長度與寬度的ITO阻值發(fā)生變化,如目標(biāo)值為10Ω時(shí),其R□范圍在8-12Ω之間,所以在生產(chǎn)中要使用ITO膜厚均勻的導(dǎo)電玻璃,以減少電阻的變化,其次為ITO玻璃的耐高溫時(shí)性,酸堿性,因?yàn)橥ǔCD生產(chǎn)工藝中要使用高溫烘烤及各種酸堿液的浸泡,而一般在300°C30min的環(huán)境中,會使R□增大2-3倍,而在10wt%NaOH5min及6wt%HCL2min(60°C)下也會增到1。1倍左右,由此可知,在生產(chǎn)工藝中不宜采用高溫生產(chǎn)及酸堿的長時(shí)清洗,若無法避免,則應(yīng)盡量在低溫下進(jìn)行并盡量縮短動作時(shí)間。

 

4、由于在液晶顯示器中,ITO方塊電阻等效于電路圖中的分壓電阻,其阻值大小直接影響電路兩端電壓的大小,即方塊電阻越大,LCD值電壓越大。有數(shù)據(jù)表明,ITO之方塊電阻由100Ω/□降至60Ω/□。(CellGap為6um)左右,Vth值會降低0。03V左右。

 

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