等离子体处理ITO导电玻璃基表 | 降低平均粗糙度,增加表面极性,提高功函数

发布时间: 05月28日 浏览次数:473

 

在更畅通的5G时代,平板显示器成为我们接收信息的一个重要视觉窗口。ITO导电玻璃作为平板显示器唯一的透明导电电极材料,在液晶电视、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、数码相机、数码摄像机等电子商品的生产制造中发挥其他材料不可替代的作用。

 

ITO导电玻璃,是一种既透明又导电的玻璃,采用磁控溅射沉积成膜技术,以氧化铟锡(俗称ITO)材料作为溅射靶材,在玻璃基板上生成一层很薄的ITO膜。玻璃基板具有重量轻、透明度高、平整度高、机械硬度好、易切割加工等特点,同时具有良好的导电性和透光性,可以切断对人体有害的电子辐射,紫外线及远红外线。广泛应用于手机屏、PDA、计算器、电子手表、电磁屏蔽、光催化、太阳能电池、生物实验、各大高校实验室等新型科技领域。

图源:中科院上海光学精密机械研究所

 

ITO导电玻璃随着LCD显示器的兴起至今已经历了近半个世纪的历程,并从过去只能生产高电阻、小尺寸、普通表面、黑白显示的产品,发展到了现在能够生产低电阻、大尺寸、精密抛光、彩色显示的产品。

 

OLED用ITO导电玻璃 图源:粒光电子

 

浮法锡面与平整度

 

ITO导电玻璃在平板显示产业中主要应用在触摸屏和液晶面板领域。触摸屏领域应用的是TP-ITO导电玻璃,而液晶面板领域应用的是LCD-ITO导电玻璃。高端LCD-ITO玻璃在溅镀ITO层之前基片玻璃还要进行抛光处理,以得到更均匀的显示控制。LCD-ITO导电玻璃基板一般属超浮法玻璃,所有的镀膜面为玻璃的浮法锡面。

 

浮法玻璃生产的成型过程是在通入保护气体(N2及H2)的锡槽中完成的。熔融玻璃从池窑中连续流入并漂浮在相对密度大的锡液表面上,在重力和表面张力的作用下,玻璃液在锡液面上铺开、摊平、形成上下表面平整、硬化、冷却后被引上过渡辊台。辊台的辊子转动,把玻璃带拉出锡槽进入退火窑,经退火、切裁,就得到平板玻璃产品 。

 

 

ITO导电玻璃按平整度分,分为抛光玻璃和普通玻璃。根据基板玻璃表面状态的不同,通常分为以下三组类型:

 

  • TN未抛光型,直接在玻璃的浮法面进行镀膜;
  • HTN简单抛光型/TN精选玻璃,将玻璃的浮法面进行简单的抛光后,在抛光面进行镀膜;
  • STN超抛光型:将玻璃的浮法面进行精细的抛光后,在抛光面进行镀膜。

 

ITO导电玻璃平整度 图源:中科院上海光学精密机械研究所

 

粗糙表面对ITO表面性能的影响 

 

显示器需要平整度优异的ITO玻璃基材表面。如智能手机上大规模应用的OLED,即采用ITO导电玻璃。OLED显示器需要ITO膜层作为透明的电极,然后再制作有机材料发光层。OLED用ITO导电玻璃对膜层粗糙度要求非常高的要求,要求表面粗糙度(Ra)小于1nm。因此,精密表面处理方法变得无比重要。

 

图源:康耀电子

 

ITO膜是有机物膜进行淀积的基底,其表面形态将影响有机膜的成膜吸附性、内应力和结晶度。ITO阳极是OLED光出射面,粗糙的ITO表面将降低OLED器件的发光效率和外量子效率,会影响OLED的内场分布。由于粗糙的表面将不利于有机分子之间内聚形成晶体,因而粗糙的表面易于形成不定形结构的有机物薄膜。ITO表面的局部高场会加速有机材料老化,从而降低器件的寿命和稳定性。 

 

OLED显示是以电流驱动的,ITO膜层表面的微小突起会形成尖端电流异常,而影响显示效果,因此必须除去ITO膜层表面的微小突起以及有机污染物。目前主要的去除方法是在镀制ITO膜层后,再采用特殊的膜层抛光技术,将ITO膜层表面的微小突起抛掉。

 

等离子体对ITO玻璃基表活性处理的表现优势

 

目前ITO导电玻璃精密表面处理的方法有等离子处理、抛光处理、酸碱处理、氧化剂处理以及在ITO表面增加有机和无机化合物。等离子体处理被认为是最有效的处理方式——兼表面平整、清洗有机物和表面活化等功效,降低平均粗糙度,增加表面极性度,提高功函数。

图源:IENER ELECTRONIC

 

图源:东信高科

 

在OLED中,由于ITO可直接与有机薄膜接触,所以使得ITO的表面特性如表面有机污染物含量、面电阻、表面粗糙度和功函数等对整个器件性能起着重要作用,改变ITO的表面特性便可影响OLED的性能。等离子体的作用通常是改变表面粗糙度和提高功函数,利用等离子体可对ITO玻璃表面进行活性处理。

 

等离子体通常在等离子处理设备上,将基片放在底座上,在真空系统中通入不同的混合气体,并在金属电极上家射频电压将气体电离,形成等离子体, 以非常快的速度轰击ITO基片粗糙微小凸起,并清洗表面吸附的环境气体、水汽、污物, 使表面清洁、活化。

 

ITO导电玻璃等离子处理后接触角测量仪分析 图源:善准科技

 

从等离子体处理后的ITO表面形貌分析发现,ITO表面的平均粗糙度和峰谷粗糙度有明显降低,使薄膜表面变得更加平坦。ITO膜与NPB之间的界面能减少,空穴注人能力大大增强。表面富集了一层带负电的氧,形成界面偶极层,增加了ITO表面功函数。同时,表面颗粒半径大大降低,使得ITO与有机层的接触面增大,表面吸附力增大使ITO薄膜表面的润湿性能和氧原子吸附性能得到改善,有利于获得更加均匀的有机薄膜。

 

一言蔽之,等离子体处理后的阳极制备的器件亮度高,质量好,利于增加发光器件的寿命和稳定性。

 

关于ITO导电玻璃市场

 

近年来随着液晶产业的升级换代,ITO导电玻璃市场已进入完全竞争阶段。但由于生产 ITO 导电玻璃需要一定的技术和人才积累,使得行业进入壁垒仍然较高。ITO导电玻璃属于高技术含量、超精细加工产品,其行业具有技术和资金密集型特征。

图源:日久光电

 

国内玻璃行业存在的结构性供需矛盾,平板玻璃产能过剩,而深加工玻璃却供不应求,需要大量进口,有统计数据显示,我国每年进口玻璃超过400亿人民币(2018年数据),主要都是高附加值的电子玻璃、汽车玻璃、高档建筑玻璃等。国内企业所生产的LCD-ITO导电玻璃大多处于STN-LCD/CSTN-LCD用ITO导电玻璃的中低端,而在高等的TFT-LCD/OLED-ITO导电玻璃生产上处于劣势。

 

消费电子市场革新加速,近两年也催促国产替代加快。日久光电是国内ITO导电玻璃的龙头,并在全球ITO 导电膜市场扩增到30%的占有率,仅次于行业龙头日东电工。国内目前从事 ITO 导电玻璃生产与销售的企业还有:长信科技、莱宝高科、方兴科技、中国南玻集团股份等。

 

据专业人士分析,智能终端将向轻薄化、便携化和高性能发展,这对技术投入高,创新能力强的企业将带来更大的发展机会。

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