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(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。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
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。
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关键指标:电阻率和光透过率
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,通常有两个主要性能指标:电阻率和光透过率。
目前ITO膜层之电阻率一般在5*10-4左右,最好可达5*10-5,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。
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。
LCD布线设计考虑
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,以便选择适当方阻的ITO玻璃,以实现从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产品至关重要。如,ITO膜厚的均匀性,因为ITO的耙材及工艺不稳定,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,还要考虑的工艺参数是ITO玻璃的耐高温性、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°C *30min的环境中,会使R□增大2-3倍。因此,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。数据表明,ITO之方块电阻由100Ω/□降至60Ω/□。Cell Gap为6um左右,Vth值会降低0.03V左右。