液晶显示核心材料：导电薄膜ITO的应用及缺陷

ITO：

ITO 是Indium Tin Oxides的缩写，即掺锡氧化铟。是透明导电氧化物TCOs的一种，由于最好的导电性和透明性的组合性能，成为最主要的透明导电材料，主要应用于液晶显示器，触摸屏，太阳能薄膜电池，照明用有机EL元件等领域。

氧化铟，只吸收紫外光，不吸收可见光，因此达到“透明”的表现。掺锡，虽然会损失透光度，但可以提高导电能力。因此，透光度和导电性是两个相互牵制的指标。

ITO原料，ITO粉，称为ITO靶材。将ITO靶材沉积到PET基板上，就形成ITO导电薄膜；将ITO靶材沉积到玻璃基板上，就形成ITO导电玻璃。

现在发展最成熟，使用最多的ITO沉积工艺是磁控溅射法，即用高能粒子轰击靶材，使靶材中的原子溅射出来，沉积在基底表面形成薄膜的方法。比其他真空蒸发、热解喷涂、化学气相沉积、溶胶-凝胶等方法效果都要好。

ITO薄膜的导电性能，不仅与ITO薄膜材料的组成（包括锡含量和氧含量）有关，同时与制备ITO薄膜时的工艺条件（包括沉积时的基片温度、溅射电压等）有关。

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，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。

主要应用：

在液晶显示器和触摸屏领域，由于对显示效果和传感响应很高的要求，ITO主导了现有液晶显示器和触摸屏的透明电极，特别是在触摸屏领域。

随着液晶显示器的普及，和最近几年智能手机和平板电脑的快速发展，对ITO的需求也随之快速增长。

液晶显示器：

液晶显示器主要使用ITO导电玻璃。

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电极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：

无论是电阻式触摸屏还是电容式触摸屏，工作面都是基于ITO涂层。

电阻式触摸屏，当表面被触摸时向下弯曲，并使得下面隔开的两层ITO涂层能够相互接触并在该点连通电路，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号，然后送触摸屏控制器。

表面电容触摸屏只采用单层的ITO，当手指触摸屏表面时，就会有一定量的电荷转移到人体。为了恢复这些电荷损失，电荷从屏幕的四角补充进来，各方向补充的电荷量和触摸点的距离成比例，由此推算出触摸点的位置。

有IPHONE引领的投射电容触摸屏采用多层ITO层，形成矩阵式分布，以X轴、Y轴交叉分布做为电容矩阵，当手指触碰屏幕时，可通过X、Y轴的扫描，检测到触碰位置电容的变化，进而计算出手指之所在。基于此种架构，投射电容可以做到多点触控操作。

ITO的缺陷：

1.主要成分铟，价格昂贵。铟是稀有金属，在地壳中的分布量比较小，又很分散，主要以微量存在于锡石和闪锌矿中，而且绝大多数的铟储量在中国。随着液晶显示器和触摸屏产品的普及，铟的价格已经上涨数倍。生产ITO导电材料占超过70%的铟消费量。由于稀缺性和中国政府对产量的限制，未来铟的价格继续面临上涨压力。

铟过去20年的价格走势图：

2.沉积工艺必须在真空环境下，而且需要昂贵的真空沉积设备，并且维护成本高。

3.沉积过程中只有不到30%的ITO靶材被溅射到基板上，剩余的都被溅射到室壁上，造成原料的极大浪费。

4. ITO相对较高的电阻率，随着屏幕尺寸的增大，电阻会不断变大，影响屏幕亮度和传感器响应性。而且随着电极数的增加，边框布线部分的面积也会增大。在较大尺寸触摸屏上，虽然可以利用在长边传感器电极的两端取出布线电极等方法来应对，但都大大增加了工艺难度和成本。

5.ITO比较脆，尺寸变大后，加工的难度也会随之增加。而且由于缺乏柔韧性， 不易弯曲，不适合应用于柔性触摸屏。

　　替代：

业界一直在研发可替代ITO的材料，例如其他透明导电氧化物，导电性高分子材料，纳米材料，金属网等。

在太阳能薄膜电池领域，由于成本在产品竞争中的重要性，其他两种透明导电氧化物FTO和和ZNO，虽然导电性能不如ITO，但成本更低。而且由于太阳能薄膜电池对膜层表面并不要求均匀光滑，而是有一定的凹凸，来提高对透射光的散射能力（即雾度），FTO和ZNO比ITO有更好的光散射能力，加上激光刻蚀比ITO更容易，因此逐渐取代ITO在阳能薄膜电池领域的应用。

但在液晶显示器和触摸屏领域，至今尚未出现能够规模量产商业化的可替代材料。特别是在触摸屏领域，由智能手机，平板电脑等引领的触摸屏产业快速的发展，大尺寸触摸屏的制造成本，和柔性触摸屏的应用，都受到ITO特性的制约。