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透明导电膜简介

2017/11/15 21:53:10      点击:

    透明导电膜的发展历程
    透明导电膜(Transparent Conductive Oxide,TCO)是(1)在可见光范围内具有高透明率(2)具有导电特性的一种薄膜,为晶粒尺寸数百纳米的多晶层,主要用于光电器件如液晶显示器的透明电极、触摸屏、薄膜太阳能电池的透明电极等,上述透光度和导电性是两个相互牵制的指标,一般来讲,导电性提高,透光度就会下降,反之也一样。目前常见的透明导电薄膜包括ITO(Indium Tin Oxides锡掺杂三氧化铟)、GZO(Gallium Zinc Oxides镓掺杂氧化锌)、AZO(Aluminum Zinc Oxides铝掺杂氧化锌)等,这些氧化物只吸收紫外光,不吸收可见光,是“透明”的导电膜。透明导电膜材料的研究起步于19世纪末,当时是在光电导材料上涂上很薄的金属薄膜;到了1950年,第二种透明导电膜In2O3被制成,ITO导电膜开始在透明导电膜方面得到普遍应用;在最近20年里,透明导电膜应用主要以ITO材料为主,而在制程上以磁控溅镀工艺为主。

    透光度和导电性:鱼与熊掌不可兼得
    透明导电膜的性能指标主要有两个:透光度和导电性。以目前透明导电膜的主流材料——ITO导电膜为例,影响ITO薄膜导电性能的几个因素包括:ITO薄膜的面电阻(γ)、膜厚(d)和电阻率(ρ),这三者之间的相互关系是:γ=ρ/d,即为了获得不同面电阻的ITO薄膜,实际上就是要获得不同的膜厚和电阻率。从上述公式可以看到,ITO薄膜的导电性要好(即面电阻值要低),在电阻率一定的情况下(电阻率是制备工艺的关键,难度较大),膜厚要增加,这样会导致ITO薄膜的透光性能下降,反之亦然。所以,ITO薄膜电阻率的大小是ITO薄膜制备工艺的关键,要获得好的透光度和导电性,就需要尽量小的电阻率(ρ)。
    影响电阻率(ρ)大小的因素主要包括载流子浓度、载流子迁移率等,载流子浓度或载流子迁移率越大,薄膜的电阻率就越小。在控制条件上,载流子浓度可以通过调节ITO沉积材料的锡含量和氧含量来实现,而载流子迁移率则与ITO薄膜的结晶状态、晶体结构等相关,可以通过调节薄膜沉积时的沉积温度、溅射电压和成膜条件等来实现。
    透明导电膜的应用
    透明导电膜下游应用非常广泛,主要用于光电器件如液晶显示器的透明电极、触摸屏、薄膜太阳能电池的透明电极等领域。根据NanoMarket在2010年的预测,仅液晶显示器的透明电极、触摸屏、薄膜太阳能电池的透明电极等高端应用对透明导电膜的需求到2017年将达到5亿平方米,透明导电膜的市场将由2010年的24亿美元增长到2017年的76亿美元,年均复合增长率为17.9%,而整个透明导电膜的市场规模则远超百亿美元规模。液晶显示器的透明电极:液晶显示器之所以能显示特定的图形,主要是将导电玻璃上的透明导电膜蚀刻制成特定形状的电极,在这些电极上加适当电压信号后,使具有偶极矩的液晶分子在电场作用下特定的方面排列,进而显示出与电极波长相对应的图形。目前液晶显示器的透明电极以ITO膜的透光率和导电性能最好,而且容易在酸液中蚀刻出微细图形。
    触摸屏:触摸屏是最近几年透明导电膜发展最大的动力来源,由于进入门槛低、灵敏度差、使用寿命短,电阻触摸屏走向衰落已成定局,目前性能更优的投射式电容屏是主流。
    薄膜太阳能电池的透明电极:透明导电膜在太阳能领域的应用主用用于薄膜太阳能电池的透明电极,有别于LCD中以ITO为主要的透明电极材料,太阳能电池的透明电极材料是以氧化锡(SnO2)或氧化锌(ZnO)为主,主要基于太阳能电池和LCD在制程和材料特性需求上有所不同。
   透明导电膜市场需求的三个维度
    目前ITO导电膜主要用于液晶显示器的透明电极、触摸屏(TP)及薄膜太阳能电池的电极等领域,虽然产品下游应用领域非常广泛,但我们认为目前ITO导电膜的需求增量主要来自下游触摸屏行业的发展,伴随最近几年触摸屏行业需求的爆发性增长,上游ITO导电膜的需求也随之快速增长,本文聚焦的也是基于触摸屏行业需求的ITO导电膜市场容量。这里我们直接给出透明导电膜市场三个维度的需求估计,对于下述数据的估算过程,我们等介绍完触摸屏结构后再详细论述。
    触摸屏用ITO导电膜:我们基于智能手机和平板电脑两大领域对ITO导电膜的需求进行预测,保守估计该市场在2011年的需求量为324万平米,今年(2012年)的需求量能达到453万平米,到2015年能达到2054万平米,2012~2015年的年均复合增长率达到45%,2015年ITO导电膜的产值达到54.4亿元人民币,这还没有包括触控超级本、一体机、GPS、电子书等触控屏领域,若将全部触控屏领域汇总,则触控屏用ITO导电膜的规模还将增加不少。
    ITO导电膜:触摸屏用ITO导电膜的需求在今年(2012年)预计将远超过500万平米,估计传统领域液晶显示器的透明电极目前的需求量亦超过500万平米,整个ITO导电膜的规模在几千万平米的数量级。
    透明导电膜:应用在液晶显示器的透明电极、触摸屏、薄膜太阳能的透明电极、抗静电涂屏节能视窗、汽车和飞机的挡风玻璃等广泛领域。我们估计2012年,仅应用在液晶显示器的透明电极、触摸屏、薄膜太阳能的透明电极、照明用有机EL元件等高端领域的透明导电膜需求就接近2亿平米。而根据NanoMarket在2010年的预测,上述高端应用对透明导电膜的需求到2017年将达到5亿平方米,透明导电膜的市场将由2010年的24亿美元增长到2017年的76亿美元,年均复合增长率为17.9%,整个透明导电膜的市场规模远超百亿美元规模。