显示技术进展_Lecture__ITO与触控面板

1、西安邮电学院西安邮电学院光电信息工程教研室光电信息工程教研室20092010学年第一学期学年第一学期2前言* *在平面面板显示器的发展过程中，铟锡氧化物透明导电薄膜是显示器面板制程中非常重要的技术项目，其薄膜的物理特性将深深地影响到最终产品显示器的画质及其价位。* *铟锡氧化物透明导电薄膜的主要功能是在于其极佳的电极材料而应用于平面面板显示器，具有发热、热反射、抗电磁波和静电发热、热反射、抗电磁波和静电等不同的用途等不同的用途。* *早期液晶显示组件的发展过程中，主要的电极材料是金金(Au)(Au)和氧化锡氧化锡(SnO(SnO2 2) )，尔后开发出目前常用的氧化铟氧化铟和氧化锡的氧化锡的混

2、合物混合物(In(In2 2O O3 3-SnO-SnO2 2) )，这是因为铟锡氧化物薄膜具有很高的透明度和导电特性。31前言* *液晶显示组件的发展，也就是由被动式矩阵驱动向列型被动式矩阵驱动向列型(TN)(TN)/ /超扭向型超扭向型(STN)(STN)液晶显示器液晶显示器，推向主动式矩阵驱动薄膜晶体管液晶显示器，并更加发展至所谓的新世代的显示器，-有机电有机电发光显示器或有机发光二极管发光显示器或有机发光二极管(OLED)(OLED)，无论如何发展而铟锡氧化物薄膜的重要性毋庸置疑毋庸置疑。* *使用于液晶显示器的ITO膜，不仅作为透明的像素电极功能而且也作为简单矩阵型STN-LCD的扫

3、描电极和信号电极，以及主动型TFT-LCD的共通电极和阵列电路中配线重要角色，随着彩色化、高分辨率和人机界面化(触控面板)，促使相关液晶显示器和其它平面显示器的成长快速。4* *一般平面显示器的透明电极用的透明导电膜，大多是以铟锡氧化物铟锡氧化物(ITO)(ITO)为靶材，而使用溅镀法制作而成2铟锡氧化物透明导电薄膜铟锡氧化物透明导电薄膜的材料材料及其特性特性52.1铟锡氧化物透明导电薄膜的材料种类* *平面显示器的种类，表示方式和表示画质的不同，而相对地对其显示性能的要求也就有所差异。目前的透明导电材料种类，有金属薄膜、金属氧化物、金属薄膜、金属氧化物、非金属氧化物非金属氧化物以及导电性颗粒

4、导电性颗粒分散铁电材料分散铁电材料，其中以金属氧化物薄膜为主。薄膜的形式则是单层膜、二层膜、多层膜或复层膜、无掺杂型、掺杂型和多元单层膜、二层膜、多层膜或复层膜、无掺杂型、掺杂型和多元素型。素型。*透明导电膜的材料，以氧化锡中掺杂氧化铟的薄膜氧化锡中掺杂氧化铟的薄膜，氧化锡氧化锡、氧化锌氧化锌以及氧化铟氧化铟/氧化锌氧化锌(IZO)也是下一个新研发的透明导电薄膜材料6* *ITO透明导电膜可区分为ITOITO膜膜和ITIT膜膜。* *铟锡薄膜的靶材是铟锡合金材料而非氧化物，利用溅镀法及室温制程制作半透明非晶质结构膜，在电极图案加工和配向膜处理工程，使其稳定化和透明化。* *一般ITO透明导电膜

5、的质量特性需求，有低表面电阻有低表面电阻、高透高透光率光率、低比电阻值低比电阻值、耐热性耐热性、耐酸碱性耐酸碱性、图案加工性图案加工性、电化电化学稳定性学稳定性、膜表面形状膜表面形状、低成膜温度低成膜温度、膜附着机械强度膜附着机械强度、膜膜厚及其硬度厚及其硬度、膜的外观膜的外观、大面积低成本大面积低成本等* *低温成膜的低温成膜的InIn2 2O O3 3-ZnO(IZO)-ZnO(IZO)系的透明导电膜，顺应技术市场的需要而开发使用。2.2铟锡氧化物透明导电薄膜的结构及其特性72.2铟锡氧化物透明导电薄膜的结构及其特性* *ITO透明导电膜可区分为ITOITO膜膜和ITIT膜膜，就铟锡氧化物

6、薄膜而言，通常是将含有35%重量百分比的In2O3SnO2烧结体，利用电子束加热并使其在适当的氧分压下蒸发，而于300预热的基板上蒸着薄膜，因其膜的颜色是白色而又称为白膜膜的颜色是白色而又称为白膜。* *就铟锡薄膜而言，铟锡薄膜的靶材是铟锡合金材料而非氧化物，利用溅镀法及室温制程制作半透明非晶质结构膜，在电极图案加工和配向膜处理等工程中，使其稳定化和透明化，因其膜颜膜颜色是黑色而又称为黑膜色是黑色而又称为黑膜。82.2铟锡氧化物透明导电薄膜的结构及其特性*一般ITO透明导电膜的质量性需求，有低表面电阻、高的透光率低表面电阻、高的透光率、低比电阻值、耐热性、耐酸碱性、图案加工性、电化学稳定性、低

7、比电阻值、耐热性、耐酸碱性、图案加工性、电化学稳定性、膜表面形状、低成膜温度、模附着机械强度、膜厚及其硬度、膜表面形状、低成膜温度、模附着机械强度、膜厚及其硬度、膜的外观、大面积和低成本膜的外观、大面积和低成本。*低温成膜In2O3-ZnO(IZO)系的透明导电膜，由于因应新技术市场的需要而被开发使用。IZO透明导电膜为10wt%氧化锌(ZnO)掺杂于氧化铟而形成，其结晶形态为完全非晶质的而与ITO结晶质是不相同的。9*掺杂有氧化铟氧化锡氧化铟氧化锡或锢锡合金导电锢锡合金导电膜膜的种类特性2.2铟锡氧化物透明导电薄膜的结构及其特性10*一般氧化铟氧化物膜氧化铟氧化物膜或铟锡合金膜铟锡合金膜的制

8、作方法有: 1.物理式气相蒸着法物理式气相蒸着法: 物理式气相蒸着法，可分为真空蒸镀法加热型和电子束 加热型、离子被覆膜法，以及溅镀法直流磁控型和射频磁控型。 2.化学式的气相蒸着法化学式的气相蒸着法:化学式的气相蒸着法则有电浆型、浸镀型和凝胶型3铟锡氧化物透明导电薄膜铟锡氧化物透明导电薄膜的制作流程技术制作流程技术11*一般铟锡氧化物膜铟锡氧化物膜或铟锡合金膜铟锡合金膜的制作方法3铟锡氧化物透明导电薄膜铟锡氧化物透明导电薄膜的制作流程技术制作流程技术123.1铟锡氧化物透明导电薄膜的制造流程及其技术*一般铟锡氧化物膜或铟锡合金膜的制作方法有两大种类，但是要仍以溅镀法溅镀法为其主流，通常的导电

9、性靶材是以直流磁控式溅镀法为主，而绝缘性或高电阻性靶材则以射频磁控式溅镀射频磁控式溅镀法法为首要选择制程。*实际上一般的ITO膜中掺杂着510wt%氧化锡，其比电阻值易受基板温度的影响，而于低温成膜时呈上升状态，且其ITO膜的应力值约在12x1010dyn/cm2范围内。西安邮电学院西安邮电学院光电信息工程教研室光电信息工程教研室触控式面板触控式面板14*触控式面板系统是是一种利用传感器来确定手指触摸屏幕的位置的坐标，并能够将位置信号传送给主机去处理的显示设备。利用触控式面板上氧化铟氧化物导电玻璃(ITO Glass)和导电薄膜(ITO Film)电场来变化，来侦测手指或者物体接触面板的位置，

10、并将信息传到计算机的操作系统。目前有感测技术有电阻式电阻式(Resistive)、电容式电容式、红外线式红外线式、声表面波式声表面波式、静电感应式静电感应式3.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术153.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术* *各类触控式面板感测系统技术的变化以及特性关系，如下页表所示，纯玻璃触控面板的原理，有电容式、电阻式、红外线式、声表面波式和静电感应式五种不同的触控技树，其中以电阻式电阻式的技术为主流。1.电阻式触控面电阻式触控面板板是由柔软的顶层膜、刚性的底层膜，以及绝缘性的点球状间隔物材所构成，而每一层的内表面均镀有透明性的金属物薄膜，施加电压时，则其各

11、层将产生梯度的变化，当手指压着柔软的顶层膜时，将在电阻层间产生电接触，而基本上即是在电路中关闭其开关。16* *电阻式电阻式触控式面板3.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术172.电容式的技术电容式的技术应用主要是在影像玩具机，公共信息站和贩卖机等产品，电容触控面板被曲线化后，或平板玻璃迭在被覆透明金属氧化膜于顶部表面，当电压施加于重迭层的角端处，而形成一均匀的电场分布，导电性笔尖物或裸露手指头触控面板时将电场的每个角端处导引电流产生，并由引发电压降，再经由电压降的测量，在决定出触控地方的位置坐标。3.红外线式的技红外线式的技术术用于大面板、银行提款机和军事用图等产品，红外线触控面板的

12、原理，是利用光束中断效应，而达到定出坐标位置所在，其结构是将格子状网版贴附于面板，而此格子状是由一排发光二极管的光源以及另一排光传感器，并在面板上形成格子网的交叉状分布。3.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术18* *电容式电容式触控式面板* *主要应用于影像影像玩具机玩具机，公共信息公共信息以及贩卖机贩卖机3.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术193.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术4.声表面波技术声表面波技术应用是在工共信息站和医疗侦测系统。声表面波触控面板的原理，是利用放置于玻璃边缘的转能器放射出超声表面波频率，这些声表面波将交叉地反射而成为传感器所侦测，手指头

13、或其他较尖状的物体，当触控面板时，将吸收声声表面波能量，而控制将测量到声表面波的振幅变化，并进行决定其触控的位置。5.静电感应式静电感应式的技术主要是应用在严苛工业环境的公共信息站，坚轫性好敏感度高，静电感应式触控面板是由两片的积层玻璃所组成，玻璃片是被覆有图案透明的金属氧化物薄膜。20* *红外线式红外线式触控式面板* *超声表面波式超声表面波式触控式面板* *主要应用于大面板大面板* *应用在公共信息公共信息以及医疗医疗服务服务3.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术21* *各式触控式面板感测技触控式面板感测技术术的特性关系3.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术22* *静

14、电感应式静电感应式触控式面板* *坚轫性好，敏感度高3.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术233.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术* *触控开触控开关关是触控式面板中最重要构的零件，其质量的优劣将影响面板的性能，而要提升触控开关的质量，关键性材料铟锡氧化物薄膜的质量是很重要的。* *触摸开关是由软质的ITO膜与硬质的ITO导电玻璃所组合而成，在薄膜上要均匀地蒸着一些导电材料，以使膜表面性质均一和具有适当的绝缘阻抗值，铟锡氧化物薄膜表面不仅要做硬化处理，也要做结晶处理，进而获得高质量的薄膜。* *触摸开关的铟锡氧化物薄膜要达到稳定的低表面阻抗低表面阻抗和高密着高密着性性。24*

15、 *电阻式电阻式触控式面板的制造流程* *上部电极基板上部电极基板 下部电极基板下部电极基板3.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术253.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术* *电阻膜式触控面板的制造流程，可分为：1.1.上部电极基板上部电极基板上部电极基板的制作上，其程序为首先清洗聚酯膜(PEF)基板、定好尺寸裁减、光阻剂涂布、蚀刻和剥离、透明导电极形成、绝缘膜的形成，接着剂填充、接着剂处理和膜处理。2.2.下部电极基板下部电极基板下部电极基板的制作，其程序则是清洗玻璃基板、光阻剂涂布、蚀刻和剥璃、透明导电电极形成、绝缘膜的形成、点球状间隔物形成、定好尺寸裁减、边缘角处理和洗

16、净工程。* *最后完成品电阻膜方式触控面板的模拟型模拟型(下页图a)和数位型数位型(下页图b)的正面概念示意图。26* *电阻膜方式电阻膜方式触控式面板的模拟型模拟型和数位型数位型3.2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术274铟锡氧化物透明导电薄膜的应用领域与未来展望* *透明导电膜由于具有很高的透明度和导电性佳，而广泛的被透明导电膜由于具有很高的透明度和导电性佳，而广泛的被应用在以下领域应用在以下领域: :1.1.在信息产品中作为在信息产品中作为LCDLCD、PDPPDP、OLEDOLED等显示器中导电膜电极等显示器中导电膜电极2.2.工业用途产品中触控式面板显示器工业用途产品中触控式

17、面板显示器3.CRT3.CRT屏幕抗幅射的高透光过滤保护膜屏幕抗幅射的高透光过滤保护膜4.4.捷运车、汽车和监视器用的相机等除霜装置的表面加热器捷运车、汽车和监视器用的相机等除霜装置的表面加热器5.5.太阳电池组件的基板太阳电池组件的基板6.6.传真机、监视器和复印机等静电防止装置传真机、监视器和复印机等静电防止装置7.7.特殊用途玻璃的高功能膜特殊用途玻璃的高功能膜8.8.烤炉遮热材及省能源窗材等热反射器烤炉遮热材及省能源窗材等热反射器28铟锡氧化物/氧化锌多层透明导电膜研究附录:参考数据:吴俊庆、刘代山-铟锡氧化物/氧化锌多层透明导电膜研究* *透明导电膜是近年來LCD平面显示器(FPD)

18、产业应用最广泛的热门材料，由于他拥有可吸收紫外光可吸收紫外光及可见光穿透与反射红外线可见光穿透与反射红外线的的特性特性，再加上其优异的导电特性，使得他在平面显示器中扮演着极其重要的角色。 而在透明导电膜材料的选择上来说，一般最被广泛使用的材料就属ITO(ITO(铟锡氧化物铟锡氧化物) )与与ZnOZnO( (氧化锌氧化锌) )，但由于ITO本身原料含有铟(In)，具毒性、同时在高温时薄膜的性质不稳定，而ZnO薄膜有较佳的稳定性，但其本身导电特性不佳，因此本文使用多层膜的方式多层膜的方式，藉以改善ZnO薄膜的导电性，制作特性较为优良的透明导电膜。在薄膜制作上，常见的成长方式大概可分为脉冲雷射镀膜

19、、电子束蒸镀、溅镀以及化学气相沉积法等。29自从19681968年荷兰年荷兰PhilipsPhilips公司公司BoortBoort和和GrothGroth在铟化物表面上喷洒氯化锡液体，而得到3 10-4以低电阻系数的透明导电薄膜后，ITO薄膜研究就一直被热烈的讨论着。ITO，铟锡氧化物，这个名词原本应该叫做Tin-doped IndiumOxide，即掺杂锡铟氧化物。一些人简称它叫Indium Tin Oxide（ITO），使成为共通语言。铟锡氧化物（ITO）薄膜，由于其极佳的导电特性（电阻系数可至（电阻系数可至2 2 10-410-4下，约为最佳导体银金属下，约为最佳导体银金属100100

20、倍）倍），及高可见光透过性及高红外光反射性，一直是学术界及工业界积极探讨对象。透明导电薄膜可以应用于许多包括透明加热组件透明加热组件（transparent heating element)transparent heating element)、抗静電抗静電( anti-static)( anti-static)膜、电磁波防膜、电磁波防護護( electromagnetic-shield )( electromagnetic-shield )膜、太阳能电池透明电极、防反光涂膜、太阳能电池透明电极、防反光涂佈佈( anti-reflection)( anti-reflection)及热反射及热

21、反射镜镜(heat reflecting mirror)(heat reflecting mirror)等电子、光学及光电装置上。等电子、光学及光电装置上。附录:参考数据:实验七 铟锡氧化物导电薄膜溶胶凝胶法制备及鉴定30目前ITO薄膜主要被使用于液晶显示器（LiquidCrystalDisplay，LCD）透明导电电极材料上;但由于上述光学特性。未来具有被当作省能源用热线反射膜涂布在门窗玻璃上。日本为当前世界最大ITO薄膜制造国，其产量随着LCD的成长，已由1985年100万平方米，增至增至19911991年年10001000平方米平方米；未来随着LCD及其他显示器（如electrolumi

22、nescentdisplay）持续成长以及热线反射玻璃应用，其发展潜力及重要性将不容忽视。附录:参考数据:实验七 铟锡氧化物导电薄膜溶胶凝胶法制备及鉴定31ITO薄膜优良导电特性主要来自于锡的掺杂( Tin-doping )及氧的空位( oxygen vacancy)两种带电载子( charge carrier)存在而大幅提升其导电度。ITO薄膜中，铟锡氧化物因锡的掺杂，而使得其晶格中部份位置铟原子被取代。由于锡价电子比铟多1，当每个锡取代铟，便可多放出一个电子，因此锡以n-typedonorn-typedonor的方式来提高铟锡氧化物导电性。氧的空位在ITO薄膜中，因晶格氧的位置没有填补，而

23、使得该键结两个电子释出形成自由电子，因此氧的空位亦以n-typedonor的方式来提高铟锡氧化物导电性。 附录:参考数据:实验七 铟锡氧化物导电薄膜溶胶凝胶法制备及鉴定32ITO薄膜导电度，在少量锡掺杂时，导电度因电荷carrier浓度增加而增加；但在锡掺杂量加大时，因铟氧化物（因铟氧化物（In2O3In2O3）晶格构）晶格构造扭曲变大造扭曲变大，使得电荷使得电荷carriercarrier迁移率迁移率（mobilitymobility）变小而降低）变小而降低导电导电度度。另外，随着氧的空位浓度降低（即带电载子数量减少），ITO薄膜导电度亦随下降。而氧空位浓度与制程中的许多操作变量，如加热温度

24、有关、加热时间、加热气氛等息息相关。由此可见ITO薄膜特性，会随着锡掺杂量多寡及制造程序条件不同而变。附录:参考数据:实验七 铟锡氧化物导电薄膜溶胶凝胶法制备及鉴定33ITO薄膜制造法，目前有真空蒸镀法真空蒸镀法（vacuum evaporation）、溅镀法溅镀法（sputtering）、化学蒸镀法化学蒸镀法（chemical vapor deposition）及使用溶胶使用溶胶- -凝胶程序浸渍涂布法凝胶程序浸渍涂布法（dipcoating）等；虽然目前工业界制造ITO薄膜以溅镀法溅镀法为主，但溶胶但溶胶- -凝胶程凝胶程序所制造出来的序所制造出来的ITOITO薄膜导电度及透明度薄膜导电度

25、及透明度最佳最佳。另外与溅镀法、化学蒸镀法等方法比较，溶胶-凝胶程序是ITO制造方法中最不需昂贵真空设备操作原理最简单也最可适用涂布大面积或复杂形状基材薄膜制备法。附录:参考数据:实验七 铟锡氧化物导电薄膜溶胶凝胶法制备及鉴定34触控式面板触控式面板(Touch Panel)技术分析 触控式面板的应用可说是越来越广泛，从早期军方军方或是一些特殊的应用， 到目前许多地方都采用了触控式面板，然而，触控式面板有4 4、5 5种以上的技术种以上的技术和许多的厂商投入其中，假如有些顾客想采用触控式面板，势必会被五花八门的信息搞的眼花撩乱，不知所措。图：图：电阻式触控式面板电阻式触控式面板附录:参考数据:

26、http:/.tw/ShowNews.aspx?zCatId=116&zNotesDocId=4625A30F4C06FB024825719C005AE3D635电阻式电阻式电阻式触控屏幕可以说是目前使用量最多的一个技电阻式触控屏幕可以说是目前使用量最多的一个技术术，电阻式的驱动原理是用电压降的方式来找坐标轴，由上页图可以看出，X轴和Y轴各由一对0 5V的电压来驱动，当电阻式触控屏幕被Touch到的时候，由于回路被导通，而会产生电压降，而控制器则会算出电压降所占的比例然后更进一步算出坐标轴。从电阻式的结构面来讲 ，通常电阻式上层是以ITOITO CoatingCoating的PET来当

27、材料，下层则是以ITO Coating的PET或是玻璃来当材料，平常没使用的时候上下两层是以绝缘體SpacerDot来撑开， 要不然就会产生ConstantTouch（光标固定每一点）的问题。一般电阻式架构式Film on Glass（FG），也就是说上层是ITO Coating的PET，下层则是以ITOCoating的一般玻璃，缺点是一般玻璃假如在使用中不慎弄破，玻璃碎片会割伤使用者。附录:参考数据:http:/.tw/ShowNews.aspx?zCatId=116&zNotesDocId=4625A30F4C06FB024825719C005AE3D636电容式电容式电容式触控面

28、板，跟电阻式比较，则是一个截然不同的技术，电容式的架构比较简单，基本上是以ITOITO玻璃玻璃为主体，在ITO玻璃的四角放电，在表面形成一个均匀的电场，当可以导电的物体，例如像是人的手指，吸走一点微量的电流，后面的控制器则会算出电流被吸走的比例而算出X轴和Y轴。附录:参考数据:http:/.tw/ShowNews.aspx?zCatId=116&zNotesDocId=4625A30F4C06FB024825719C005AE3D637电阻式电阻式和电容式电容式的比较表 附录:参考数据:http:/.tw/ShowNews.aspx?zCatId=116&zNotesDocId

29、=4625A30F4C06FB024825719C005AE3D638透光度透光度触控式面板是依附在LCD外面的，所以其透光率以及其抗眩抗反射的特性也相对重要。电容式触控面板要做到高透光及抗眩光并不容易。一般只有一般只有8585的透光率的透光率。而且抗眩的效果也不佳。反应时间反应时间假如只是单点触控的话，反应时间或许还感觉不出来它着重要性，但是假如需要画线的话，例如像游戏机的使用，就非常的重要，电容式等于是及时的反应，你使用电阻式的话则是会有迟钝的感觉，跟不上游戏的节奏。附录:参考数据:http:/.tw/ShowNews.aspx?zCatId=116&zNotesDocId=4625A30F4C06FB0