液晶顯示核心材料：導(dǎo)電薄膜ITO的應(yīng)用及缺陷

ITO：

ITO 是Indium Tin Oxides的縮寫，即摻錫氧化銦。是透明導(dǎo)電氧化物TCOs的一種，由于最好的導(dǎo)電性和透明性的組合性能，成為最主要的透明導(dǎo)電材料，主要應(yīng)用于液晶顯示器，觸摸屏，太陽能薄膜電池，照明用有機EL元件等領(lǐng)域。

氧化銦，只吸收紫外光，不吸收可見光，因此達到“透明”的表現(xiàn)。摻錫，雖然會損失透光度，但可以提高導(dǎo)電能力。因此，透光度和導(dǎo)電性是兩個相互牽制的指標。

ITO原料，ITO粉，稱為ITO靶材。將ITO靶材沉積到PET基板上，就形成ITO導(dǎo)電薄膜；將ITO靶材沉積到玻璃基板上，就形成ITO導(dǎo)電玻璃。

現(xiàn)在發(fā)展最成熟，使用最多的ITO沉積工藝是磁控濺射法，即用高能粒子轟擊靶材，使靶材中的原子濺射出來，沉積在基底表面形成薄膜的方法。比其他真空蒸發(fā)、熱解噴涂、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠等方法效果都要好。

ITO薄膜的導(dǎo)電性能，不僅與ITO薄膜材料的組成（包括錫含量和氧含量）有關(guān)，同時與制備ITO薄膜時的工藝條件（包括沉積時的基片溫度、濺射電壓等）有關(guān)。

影響ITO薄膜導(dǎo)電性能的幾個因素包括：ITO薄膜的面電阻（γ）、膜厚（d）和電阻率（ρ），這三者之間的相互關(guān)系是：γ=ρ/d，即為了獲得不同面電阻的ITO薄膜，實際上就是要獲得不同的膜厚和電阻率。 從上述公式可以看到，ITO薄膜的導(dǎo)電性要好（即面電阻值要低），在電阻率一定的情況下，膜厚要增加，這樣會導(dǎo)致ITO薄膜的透光性能下降，反之亦然。所以，ITO薄膜電阻率的大小是ITO薄膜制備工藝的關(guān)鍵，要獲得好的透光度和導(dǎo)電性，就需要盡量小的電阻率（ρ）。

影響電阻率（ρ）大小的因素主要包括載流子濃度、載流子遷移率等，載流子濃度或載流子遷移率越大，薄膜的電阻率就越小。在控制條件上，載流子濃度可以通過調(diào)節(jié)ITO沉積材料的錫含量和氧含量來實現(xiàn)，而載流子遷移率則與ITO薄膜的結(jié)晶狀態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)等相關(guān)，可以通過調(diào)節(jié)薄膜沉積時的沉積溫度、濺射電壓和成膜條件等來實現(xiàn)。

主要應(yīng)用：

在液晶顯示器和觸摸屏領(lǐng)域，由于對顯示效果和傳感響應(yīng)很高的要求，ITO主導(dǎo)了現(xiàn)有液晶顯示器和觸摸屏的透明電極，特別是在觸摸屏領(lǐng)域。

隨著液晶顯示器的普及，和最近幾年智能手機和平板電腦的快速發(fā)展，對ITO的需求也隨之快速增長。

液晶顯示器：

液晶顯示器主要使用ITO導(dǎo)電玻璃。

液晶顯示器之所以能顯示特定的圖形，主要是將導(dǎo)電玻璃上的透明電極蝕刻制成特定形狀的電極，在這些電極上加適當(dāng)電壓信號后，使具有偶極矩的液晶分子在電場作用下特定的方面排列，進而顯示出與電極波長相對應(yīng)的圖形。目前液晶顯示器的透明電極以ITO的透光率和導(dǎo)電性能最好，而且容易在酸液中蝕刻出微細圖形。

觸摸屏：

無論是電阻式觸摸屏還是電容式觸摸屏，工作面都是基于ITO涂層。

電阻式觸摸屏，當(dāng)表面被觸摸時向下彎曲，并使得下面隔開的兩層ITO涂層能夠相互接觸并在該點連通電路，電阻發(fā)生變化，在X和Y兩個方向上產(chǎn)生信號，然后送觸摸屏控制器。

表面電容觸摸屏只采用單層的ITO，當(dāng)手指觸摸屏表面時，就會有一定量的電荷轉(zhuǎn)移到人體。為了恢復(fù)這些電荷損失，電荷從屏幕的四角補充進來，各方向補充的電荷量和觸摸點的距離成比例，由此推算出觸摸點的位置。

有IPHONE引領(lǐng)的投射電容觸摸屏采用多層ITO層，形成矩陣式分布，以X軸、Y軸交叉分布做為電容矩陣，當(dāng)手指觸碰屏幕時，可通過X、Y軸的掃描，檢測到觸碰位置電容的變化，進而計算出手指之所在?；诖朔N架構(gòu)，投射電容可以做到多點觸控操作。

ITO的缺陷：

1.主要成分銦，價格昂貴。銦是稀有金屬，在地殼中的分布量比較小，又很分散，主要以微量存在于錫石和閃鋅礦中，而且絕大多數(shù)的銦儲量在中國。隨著液晶顯示器和觸摸屏產(chǎn)品的普及，銦的價格已經(jīng)上漲數(shù)倍。生產(chǎn)ITO導(dǎo)電材料占超過70%的銦消費量。由于稀缺性和中國政府對產(chǎn)量的限制，未來銦的價格繼續(xù)面臨上漲壓力。

銦過去20年的價格走勢圖：

2.沉積工藝必須在真空環(huán)境下，而且需要昂貴的真空沉積設(shè)備，并且維護成本高。

3.沉積過程中只有不到30%的ITO靶材被濺射到基板上，剩余的都被濺射到室壁上，造成原料的極大浪費。

4. ITO相對較高的電阻率，隨著屏幕尺寸的增大，電阻會不斷變大，影響屏幕亮度和傳感器響應(yīng)性。而且隨著電極數(shù)的增加，邊框布線部分的面積也會增大。在較大尺寸觸摸屏上，雖然可以利用在長邊傳感器電極的兩端取出布線電極等方法來應(yīng)對，但都大大增加了工藝難度和成本。

5.ITO比較脆，尺寸變大后，加工的難度也會隨之增加。而且由于缺乏柔韌性， 不易彎曲，不適合應(yīng)用于柔性觸摸屏。

　　替代：

業(yè)界一直在研發(fā)可替代ITO的材料，例如其他透明導(dǎo)電氧化物，導(dǎo)電性高分子材料，納米材料，金屬網(wǎng)等。

在太陽能薄膜電池領(lǐng)域，由于成本在產(chǎn)品競爭中的重要性，其他兩種透明導(dǎo)電氧化物FTO和和ZNO，雖然導(dǎo)電性能不如ITO，但成本更低。而且由于太陽能薄膜電池對膜層表面并不要求均勻光滑，而是有一定的凹凸，來提高對透射光的散射能力（即霧度），F(xiàn)TO和ZNO比ITO有更好的光散射能力，加上激光刻蝕比ITO更容易，因此逐漸取代ITO在陽能薄膜電池領(lǐng)域的應(yīng)用。

但在液晶顯示器和觸摸屏領(lǐng)域，至今尚未出現(xiàn)能夠規(guī)模量產(chǎn)商業(yè)化的可替代材料。特別是在觸摸屏領(lǐng)域，由智能手機，平板電腦等引領(lǐng)的觸摸屏產(chǎn)業(yè)快速的發(fā)展，大尺寸觸摸屏的制造成本，和柔性觸摸屏的應(yīng)用，都受到ITO特性的制約。