ITO与触控面板ppt课件

显示技术进展 ProgressinDisplayTechnology 主讲 刘琳西安邮电学院光电信息工程教研室Email liulin 2009 2010学年第一学期 2 显示技术进展 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 Au 和氧化锡 SnO2 尔后开发出目前常用的氧化铟和氧化锡的混合物 In2O3 SnO2 这是因为铟锡氧化物薄膜具有很高的透明度和导电特性 3 显示技术进展 1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 TN 超扭向型 STN 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 有机电发光显示器或有机发光二极管 OLED 无论如何发展而铟锡氧化物薄膜的重要性毋庸置疑 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 显示技术进展 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 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的材料及其特性 5 显示技术进展 2 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 非金属氧化物以及导电性颗粒分散铁电材料 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 氧化锌以及氧化铟 氧化锌 IZO 也是下一个新研发的透明导电薄膜材料 6 显示技术进展 ITO透明导电膜可区分为ITO膜和IT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透明导电膜的质量特性需求 有低表面电阻 高透光率 低比电阻值 耐热性 耐酸碱性 图案加工性 电化学稳定性 膜表面形状 低成膜温度 膜附着机械强度 膜厚及其硬度 膜的外观 大面积低成本等 低温成膜的In2O3 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 7 显示技术进展 2 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ITO膜和IT膜 就铟锡氧化物薄膜而言 通常是将含有3 5 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 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 因其膜颜色是黑色而又称为黑膜 8 显示技术进展 2 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 显示技术进展 掺杂有氧化铟氧化锡或锢锡合金导电膜的种类特性 2 2铟锡氧化物透明导电薄膜的结构及其特性 10 显示技术进展 一般氧化铟氧化物膜或铟锡合金膜的制作方法有 1 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则有电浆型 浸镀型和凝胶型 3铟锡氧化物透明导电薄膜的制作流程技术 11 显示技术进展 一般铟锡氧化物膜或铟锡合金膜的制作方法 3铟锡氧化物透明导电薄膜的制作流程技术 12 显示技术进展 3 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 但是要仍以溅镀法为其主流 通常的导电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法为首要选择制程 实际上一般的ITO膜中掺杂着5 10wt 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1 2x1010dyn cm2范围内 触控式面板 14 显示技术进展 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 ITOGlass 和导电薄膜 ITOFilm 电场来变化 来侦测手指或者物体接触面板的位置 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 Resistive 电容式 红外线式 声表面波式 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 15 显示技术进展 3 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 其中以电阻式的技术为主流 1 电阻式触控面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 显示技术进展 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 17 显示技术进展 2 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 显示技术进展 电容式触控式面板 主要应用于影像玩具机 公共信息以及贩卖机 3 2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术 19 显示技术进展 3 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 显示技术进展 红外线式触控式面板 超声表面波式触控式面板 主要应用于大面板 应用在公共信息以及医疗服务 3 2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术 21 显示技术进展 各式触控式面板感测技术的特性关系 3 2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术 22 显示技术进展 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 23 显示技术进展 3 2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术 触控开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和高密着性 24 显示技术进展 电阻式触控式面板的制造流程 上部电极基板 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 25 显示技术进展 3 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 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 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 边缘角处理和洗净工程 最后完成品电阻膜方式触控面板的模拟型 下页图a 和数位型 下页图b 的正面概念示意图 26 显示技术进展 电阻膜方式触控式面板的模拟型和数位型 3 2铟锡氧化物透明导电薄膜的触控面板制程技术 27 显示技术进展 4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 而广泛的被应用在以下领域 1 在信息产品中作为LCD PDP OLED等显示器中导电膜电极2 工业用途产品中触控式面板显示器3 CRT屏幕抗幅射的高透光过滤保护膜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5 太阳电池组件的基板6 传真机 监视器和复印机等静电防止装置7 特殊用途玻璃的高功能膜8 烤炉遮热材及省能源窗材等热反射器 28 显示技术进展 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 产业应用最广泛的热门材料 由于他拥有可吸收紫外光及可见光穿透与反射红外线的特性 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 铟锡氧化物 与ZnO 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 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 电子束蒸镀 溅镀以及化学气相沉积法等 29 显示技术进展 自从1968年荷兰Philips公司Boort和Groth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 dopedIndiumOxide 即掺杂锡铟氧化物 一些人简称它叫IndiumTinOxide 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2 10 4 下 约为最佳导体银金属100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 transparentheatingelement 抗静電 anti static 膜 电磁波防護 electromagnetic shield 膜 太阳能电池透明电极 防反光涂佈 anti reflection 及热反射镜 heatreflectingmirror 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 显示技术进展 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1991年1000平方米 未来随着LCD及其他显示器 如electroluminescentdisplay 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 31 显示技术进展 ITO薄膜优良导电特性主要来自于锡的掺杂 Tin doping 及氧的空位 oxygenvacancy 两种带电载子 chargecarrier 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 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 32 显示技术进展 ITO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 In2O3 晶格构造扭曲变大 使得电荷carrier迁移率 mobility 变小而降低导电度 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 33 显示技术进展 ITO薄膜制造法 目前有真空蒸镀法 vacuumevaporation 溅镀法 sputtering 化学蒸镀法 chemicalvapordeposition 及使用溶胶 凝胶程序浸渍涂布法 dipcoating 等 虽然目前工业界制造ITO薄膜以溅镀法为主 但溶胶 凝胶程序所制造出来的ITO薄膜导电度及透明度最佳 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 显示技术进展 触控式面板 TouchPanel 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 5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 电阻式触控式面板 附录 参考数据 tw ShowNews aspx zCatId 116 zNotesDocId 4625A30F4C06FB024825719C005AE3D6 35 显示技术进展 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ITOCoating的PET来当材料 下层则是以ITOCoating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FilmonGlass FG 也就是说上层是ITOCoating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 tw ShowNews aspx zCatId 116 zNotesDocId 4625A30F4C06FB024825719C005AE3D6 36 显示技术进展 电容式电容式触控面板 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ITO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 tw ShowNews aspx zCatId 116 zNotesDocId 4625A30F4C06FB024825719C005AE3D6 37 显示技术进展 电阻式和电容式的比较表 附录 参考数据 tw ShowNews aspx zCatId 116 zNotesDocId 4625A30F4C06FB024825719C005AE3D6 38 显示技术进展 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85 的透光率 而且抗眩的效果也不佳 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 tw ShowNews aspx zCatId 116 zNotesDocId 4625A30F4C06FB024825719C005AE3D6 39 显示技术进展 起动力量由于电阻式必须要压下PET表层才能造成电压降进而产生一個Touch 你一定要施力压下去才可以启动电阻式面板 有时太轻的一个触控会无法驱动电阻式面板 然而 电容是只要手触控到表面 就可以形成一个触控 不需要施加任何的力量 在使用者的观感上会觉得电容式更灵敏 附录 参考数据 tw ShowNews aspx zCatId 116 zNotesDocId 4625A30F4C06FB024825719C005AE3D6 40 显示技术进展 iPod走红 带动触控式面板开发热潮 iPod的成功已经对行动装置的用户接口掀起了一股革命性风潮