透明导电薄膜（ITO）玻璃的特性、生产与应用

透明导电薄膜（ITO）玻璃的特性、生产与应用

作者原单位：深圳市创新投资集团有限公司博士后科研工作站

1、透明导电薄膜（ITO）玻璃的性能
透明导电薄膜的种类有很多，但具有实际应用价值的还是氧化物膜占主导地位，例如氧化铟锡薄膜（Indium-Tin-Oxide，简称为ITO薄膜），ITO透明导电薄膜是用物理或化学的方法在基体表面上沉积得到的，基体材料一般采用超薄玻璃，故又称之为ITO透明导电薄膜玻璃。
ITO透明导电薄膜玻璃是国际上70年代初研制成功的一种新型材料，属信息产业领域广泛使用的电气、电子玻璃家族中的一员，在信息产业中有着重要的地位。透明导电薄膜玻璃作为平面显示器行业的上游产品，其应用面极广，不但是LCD（液晶显示器）中的关键组件，还可在其它高阶平面显示器中作为透明玻璃电极，并与民用消费产品（诸如建材、汽车、电视等）息息相关，其工艺更可进一步延伸为市场所需的任何导电玻璃的生产。透明导电薄膜具有以下特性：
（1）导电性能好，电阻率可达 10－4Ω﹒cm；
（2）硬度高、耐磨、耐化学腐蚀；
（3）加工性能好；
（4）可见光透过率高，可达85％以上；
（5）对紫外线具有良好的吸收性，吸收率不小干 85％；
（6）对红外线具有良好的反射性，反射率不小干80％；
（7）对微波具有衰减性，衰减率不小干85％。
2、透明导电薄膜玻璃的生产
2.1　生产工艺简介
ITO透明导电薄膜玻璃的生产有三个必备条件，即：镀膜设备、ITO靶材和透明超薄玻璃（0.4－1.3mm）。ITO透明导电薄膜制备是工艺的核心技术，它可以采用多种方法，主要有有磁控溅射法（直流磁控溅射和射频磁控溅射）、真空蒸发法（电阻加热或电于束加热）、浸渍法、化学气相沉积法、喷涂法等5种工艺。目前采用较广的是直流磁控溅射法，用该工艺进行连续镀ITO膜层，具有膜层厚度均匀、易控制、膜重复性好、稳定、适干连续生产、可镀大面积、基片和靶相互位置可按理想设计任意放置、可在低温下制取致密的薄膜层、可采用合金靶反应溅射、也可采用氧化靶直接溅射等诸多优点。该工艺适用干大规模工业化生产，ITO透明导电薄膜玻璃质量好，规格品种多，耗能低。
首先备好规定厚度尺寸的（0.4－1.3 mm）超薄玻璃片，预处理经去离于水洗、超声波洁净，进入真空室后，先进行SiO2镀制，然后进入ITO镀膜室镀制ITO膜，经加热固化退火后获得成品。ITO导电膜玻璃全工艺过程均在高真空状态下洁净无尘通入Ar（氩）和O2（氧）气体，经过磁控溅射作用，在玻璃基片表面沉积氧化钢锡薄膜及加热退火后而制成。
2.2　生产设备
生产品质优良的ITO透明导电薄膜玻璃与选用的设备精良与否密切相关。目前日本、美国、德国等工业发达国家大多采用磁控溅射多室的直列串联式工艺装备线生产ITO玻璃。其玻璃基片架均为立式双面型，并能连续移动镀膜作业，生产工艺流程全部自动化控制。目前国内厂家采用的设备线有美国、德国、日本及我国沈阳和深圳等公司生产的装备线。1993年前，只有深圳南亚公司引进1条美国80年代的装备线，年产3万m2ITO导电薄膜玻璃。1994年沈阳真空技术研究所与深圳南亚公司合作，首次开发成功年产12万m2TD－750型自动化透明导电薄膜玻璃生产线。1995年深圳和广州两地又引进了德国和日本公司的3条ITO导电膜玻璃生产线，使全国年总产量达到 40万m2。随着，在石家庄、芜湖、深圳、江苏金坛等地的国产线先后投产，以及台湾、韩国部分生产厂家将其现有的生产线转移到大陆来，我国的ITO透明导电薄膜玻璃的生产能力增长很快，2003年的产能就达到了将近1000万平方米（953万）。
3、透明导电薄膜（ITO）玻璃的应用
3.1透明导电薄膜玻璃的用途
透明导电膜玻璃因其特殊性，在电气和航空方面对其透光率和导电率都有很高的要求；在光学应用方面，则要求其对可见光有好的透射性和对红外有良好的反射性。对其基本要求是：（1）表面方阻低；（2）透光率高；（3）面积大、重量轻；（4）易加工、耐冲击。
3.2透明导电薄膜玻璃的产业化应用
（1）ITO透明导电薄膜玻璃在LCD领域的应用ITO薄膜玻璃在 LCD领域的应用十分广泛，目前 LCD有TN－LCD、STN－LCD和TFT－LCD，是信息产业的重要部件。
TN－LCD是液晶显示器中最早上市的初级产品，如电子表、计算器、游戏机等。STN－LCD则为较高档液晶显示器产品，如便携式电脑、电子记事本、翻译机、电子辞典及文字处理机等。TFT－LCD为平面真彩液晶显示器，是新一代的LCD。它具有体积小、重量轻、能耗低、图像精确、无辐射、无闪烁、抗电磁干扰、屏幕反应速度快等特点，己成为笔记本电脑、台式电脑、各类监视器和数字彩电等电于产品中广泛应用的液晶显示器。此外，还有PDP等离子体显示器、ELD场致发光显示器，均属干新一代平板显示器。用PDP制作的壁挂式电视机重量轻，可作公共信息标牌、会议厅演示系统以及台式计算机监视器。ELD场致发光显示器尺寸可加大，在太阳能电池面板等电于产品中的应用日益增加。LCD的增长大大拉动了电于工业对液晶显示器加工制作主要材料的需求。
目前我国己成为TN－LCD产品的主要生产国之一，生产的TN－LCD产品己大量用干计算器、电子（钟）表、温度计等各种小型显示器上，其中电于（钟）表用LCD约占世界市场的一半，计算器用LCD约占世界市场三分之一。
随着电于产业的飞速发展，应用领域不断扩大，TN－LCD大量生产和普及，LCD己成为仅次干CRT阴极射线管）的主要显示器件。现在我国正向高档的STN－LCD产品发展，国内己建多条生产线，安徽蚌埠华益导电膜玻璃公司第2条STN－LCD导电薄膜生产线近日己投产，可向国内己建的STN－LCD厂家提供优质的玻璃基片。未来10年中国可望成为世界最大的个人电脑市场，对 LCD玻璃需求将急剧上升。
（2）ITO透明导电薄膜玻璃在工业、交通、建筑等领域的应用ITO薄膜玻璃作为面发热体，它可制作成多种功能的特种加工玻璃，如用于飞机、火车、汽车等风挡玻璃、宇航飞船的眩窗、坦克激光测距仪、机载光学侦察仪、潜望镜观察窗等，不仅起隔热降温作用，而且通电后还可除冰霜，因此在交通、宇航及国防工业中也得到广泛应用。
另外，利用ITO薄膜玻璃还可制成多种多功能的工业及科研、国防等用建筑玻璃，如液晶调光玻璃、电加热玻璃及电致变色玻璃、防盗玻璃、电磁屏蔽玻璃和大面积太阳能玻璃等。己有建筑师采用透明导电薄膜玻璃制作成大面积太阳能电池屋顶，该建筑的全部能耗都来自屋顶的太阳能电池供给，其中太阳能玻璃（ITO薄膜）功不可没。不论是ITO－nip型、ITO－pin型，还是肖特基型或异质结构型，均镀有一层ITO膜作为减反射层和透明电极。这种太阳能玻璃屋顶建筑己被誉为洁净的生态环境建筑物。另外，由干ITO导电膜层对微波具有衰减性，其衰减率不小于85％，因此，用 ITO导电膜制成的电磁屏蔽玻璃，己作为特殊建筑物的窗玻璃或幕墙玻璃，可广泛用干计算机房、演播室、工业控制系统、军事建筑物、外交部门的建筑物门窗玻璃以及有保密要求或防干扰要求的场合。这种 ITO膜电磁屏蔽玻璃在1GHz频率时具有衰减 30－50dB的屏蔽能力（即仅有 1/1000的入射量），用干计算机房、雷达的屏蔽保护区及国防、军事等建筑物防电磁干扰的透明门窗，可完全防止由干外界电磁波的入侵而使电子设备产生误差和保密信息的泄露。高档的防屏蔽玻璃产品对外界电磁微波可衰减到 80dm，是国防、军工优先选用的玻璃制品。
目前日趋普及的家用电微波炉的观察门亦可用ITO膜屏蔽玻璃替代。利用ITO薄膜玻璃制作的防护眼镜，具有防紫外线和反射红外线功能，更是倍受眼镜玻璃业的欢迎。
近年未我国高层建筑物大量采用玻璃作为墙体材料，尤其是高寒地区高层建筑物，玻璃幕墙会使冬季室内热量向外散逸，使取暖的能源费用增加，如果在幕墙的双层中空玻璃内侧选用低辐射系数的ITO薄膜玻璃，可节能40％．十分可观。
在建筑上，大面积的ITO透明导电薄膜玻璃还可用作为各种商业建筑的贵重商品防盗厨窗，当玻璃被盗贼击破时，通过导电膜及传感器能及时发出报警信号。在医院和科研设施，ITO透明导电薄膜玻璃己被用作温室玻璃、透明加热保育箱和恒温槽等。
我国每年冰柜门玻璃需求量高达60万m2以上，以往均依靠进口，用这种ITO薄膜完全可替代传统的双层隔热玻璃，它用干冷冻冷藏柜具有防结露和反射红外线功能，可节能 40％左右。随着银行、邮政、机场、旅游业车站的建筑设施现代化发展，亟需用ITO薄膜玻璃制作透明指触式控制板和显示操作器进行人机对话的电脑服务装置。如果以软件配合，还可用图型表面装键多重化，对于工业界多仪表集中控制操作既简便又直观。随着电子工业的飞速发展，ITO透明导电薄膜玻璃的应用前景极其广泛。
来源：《创新杂志》