1 　ITO 透明導電膜玻璃的發(fā)展與應用
       ITO(氧化銦錫) 透明導電膜玻璃是國際上70 年代初研制成功的一種新型材料。它是制造液晶平板顯示器(LCD) 的主要材料。LCD 順應時代發(fā)展的潮流,作為人機接口產(chǎn)品而獲得了高速增長。這種透明導電膜玻璃的膜層具有以下特性:
        ⑴膜層導電性能好,電阻率可達10 - 4Ω·cm;
        ⑵膜層硬度高、耐磨、耐化學腐蝕;
        ⑶膜層加工性能好;
        ⑷膜層可見光透過率高,可達85 %以上;
        ⑸膜層對紫外線具有良好的吸收性,吸收率不小于85 %;
        ⑹對紅外線具有良好的反射性,反射率不小于80 %;
        ⑺對微波具有衰減性,衰減率不小于85 %。
       由于ITO 透明導電膜玻璃生產(chǎn)技術(shù)難度高,工藝較為復雜,目前世界上仍只有少數(shù)工業(yè)發(fā)達國家能夠工業(yè)化生產(chǎn)透明導電膜系列產(chǎn)品。日本已有數(shù)十條生產(chǎn)線,有效鍍膜玻璃面積從300mm ×400mm 到850mm ×1250mm 等共有7 種規(guī)格,美國多納利公司、德國萊寶公司也先后推出了系列化產(chǎn)品,有效鍍膜面積從350mm×900mm到830mm ×1500mm 不等,以爭奪LCD 市場。
       1. 1 　ITO 透明導電膜玻璃在LCD 領(lǐng)域的應用
        ITO 玻璃在LCD 領(lǐng)域的應用十分廣泛,目前LCD 有TN - LCD、STN - LCD 和TFT - LCD ,是信息產(chǎn)業(yè)的重要部件。
        TN - LCD 是液晶顯示器中最早上市的初級產(chǎn)品,如電子表、計算器、游戲機等。STN - LCD 則為較高檔液晶顯示器產(chǎn)品,如便攜式電腦、電子記事本、翻譯機、電子辭典及文字處理機等。TFT - LCD 為平面真彩液晶顯示器,是新一代的LCD。它具有體積小、重量輕、能耗低、圖像精確、無輻射、無閃爍、抗電磁干擾、屏幕反應速度快等特點,已成為筆記本電腦、臺式電腦、各類監(jiān)視器和數(shù)字彩電等電子產(chǎn)品中廣泛應用的液晶顯示器。此外,還有PDP 等離子體顯示器、ELD 場致發(fā)光顯示器,均屬于新一代平板顯示器。用PDP 制作的壁掛式電視機重量輕,可作公共信息標牌、會議廳演示系統(tǒng)以及臺式計算機監(jiān)視器。ELD 場致發(fā)光顯示器尺寸可加大,在太陽能電池面板等電子產(chǎn)品中的應用日益增加。LCD 的增長大大拉動了電子工業(yè)對液晶顯示器加工制作主要材料的需求。
        目前我國已成為TN - LCD 產(chǎn)品的主要生產(chǎn)國之一,生產(chǎn)的TN - LCD 產(chǎn)品已大量用于計算器、電子(鐘)表、溫度計等各種小型顯示器上,其中電子(鐘) 表用LCD 約占世界市場的一半,計算器用LCD 約占世界市場三分之一。我國已建有LCD 生產(chǎn)線80 余條,年需求ITO 透明導電膜玻璃已超過400 萬m2 。ITO 透明導電膜玻璃生產(chǎn)線建有十多條,年產(chǎn)導電膜玻璃150～200 萬m2 ,市場缺口甚大。
        隨著電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,應用領(lǐng)域不斷擴大,TN - LCD 大量生產(chǎn)和普及,LCD 已成為僅次于CRT(陰極射線管) 的主要顯示器件?，F(xiàn)在我國正向高檔的STN - LCD 產(chǎn)品發(fā)展,國內(nèi)已建多條生產(chǎn)線,安徽蚌埠華益導電膜玻璃公司第2 條STN - LCD 導電膜玻璃生產(chǎn)線近日已投產(chǎn),可向國內(nèi)已建的STN - LCD 廠家提供優(yōu)質(zhì)的玻璃基片。未來10 年中國可望成為世界最大的個人電腦市場,對LCD 玻璃需求將急劇上升。
        1. 2 　ITO 透明導電膜玻璃在工業(yè)、交通、建筑等領(lǐng)域的應用
         ITO 膜玻璃作為面發(fā)熱體,它可制作成多種功能的特種加工玻璃,如用于飛機、火車、汽車等風擋玻璃、宇航飛船的眩窗、坦克激光測距儀、機載光學偵察儀、潛望鏡觀察窗等,不僅起隔熱降溫作用,而且通電后還可除冰霜,因此在交通、宇航及國防工業(yè)中也得到廣泛應用。
         另外,利用ITO 膜玻璃還可制成多種多功能的工業(yè)及科研、國防等用建筑玻璃,如液晶調(diào)光玻璃、電加熱玻璃及電致變色玻璃、防盜玻璃、電磁屏蔽玻璃和大面積太陽能玻璃等。已有建筑師采用透明導電膜玻璃制作成大面積太陽能電池屋頂,該建筑的全部能耗都來自屋頂?shù)奶柲茈姵毓┙o,其中太陽能玻璃( ITO 膜玻璃) 功不可沒。不論是ITO - nip 型、ITO - pin 型,還是肖特基型或異質(zhì)結(jié)構(gòu)型,均鍍有一層ITO 膜作為減反射層和透明電極。這種太陽能玻璃屋頂建筑已被譽為潔凈的生態(tài)環(huán)境建筑物。另外,由于ITO 導電膜層對微波具有衰減性,其衰減率不小于85 % ,因此,用ITO 導電膜制成的電磁屏蔽玻璃,已作為特殊建筑物的窗玻璃或幕墻玻璃,可廣泛用于計算機房、演播室、工業(yè)控制系統(tǒng)、軍事建筑物、外交部門的建筑物門窗玻璃以及有保密要求或防干擾要求的場合。這種ITO 膜電磁屏蔽玻璃在1GHz 頻率時具有衰減30～50dB 的屏蔽能力(即僅有1/ 1000 的入射量) ,用于計算機房、雷達的屏蔽保護區(qū)及國防、軍事等建筑物防電磁干擾的透明門窗,可完全防止由于外界電磁波的入侵而使電子設(shè)備產(chǎn)生誤差和保密信息的泄露。高檔的防屏蔽玻璃產(chǎn)品對外界電磁微波可衰減到80dm ,是國防、軍工優(yōu)先選用的玻璃制品。
         目前日趨普及的家用電微波爐的觀察門亦可用ITO 膜屏蔽玻璃替代。利用ITO 膜玻璃制作的防護眼鏡,具有防紫外線和反射紅外線功能,更是倍受眼鏡玻璃業(yè)的歡迎。
         近年來我國高層建筑物大量采用玻璃作為墻體材料,尤其是高寒地區(qū)高層建筑物,玻璃幕墻會使冬季室內(nèi)熱量向外散逸,使取暖的能源費用增加,如果在幕墻的雙層中空玻璃內(nèi)側(cè)選用低輻射系數(shù)的ITO 膜玻璃,可節(jié)能40 % ,十分可觀。
         在建筑上,大面積的ITO 透明導電膜玻璃還可用作為各種商業(yè)建筑的貴重商品防盜廚窗,當玻璃被盜賊擊破時,通過導電膜及傳感器能及時發(fā)出報警信號。在醫(yī)院和科研設(shè)施, ITO 透明導電膜玻璃已被用作溫室玻璃、透明加熱保育箱和怛溫槽等。
         我國每年冰柜門玻璃需求量高達60 萬m2 以上,以往均依靠進口,用這種ITO 膜玻璃完全可替代傳統(tǒng)的雙層隔熱玻璃,它用于冷凍冷藏柜具有防結(jié)露和反射紅外線功能,可節(jié)能40 %左右。隨著銀行、郵政、機場、旅游業(yè)車站的建筑設(shè)施現(xiàn)代化發(fā)展,亟需用ITO 膜玻璃制作透明指觸式控制板和顯示操作器進行人機對話的電腦服務(wù)裝置。如果以軟件配合,還可用圖型表面裝鍵多重化,對于工業(yè)界多儀表集中控制操作既簡便又直觀。
         人類已進入21 世紀,隨著電子工業(yè)的飛速發(fā)展,ITO 透明導電膜玻璃的應用前景極其廣泛。
2 　ITO 透明導電膜玻璃的生產(chǎn)工藝
          2. 1 　ITO 透明導電膜玻璃生產(chǎn)工藝簡介
         ITO 透明導電膜玻璃的生產(chǎn)有三個必備條件,即:鍍膜設(shè)備、ITO 靶材和透明超薄玻璃(0. 4～1. 3mm) 。
         ITO 透明導電膜玻璃的膜層鍍制是工藝的核心技術(shù),它可以采用多種方法,有磁控濺射法(直流磁控濺射和射頻磁控濺射) 、真空蒸發(fā)法(電阻加熱或電子束加熱) 、浸漬法、化學氣相沉積法、噴涂法等5 種工藝。目前采用較廣的是直流磁控濺射法,用該工藝進行連續(xù)鍍ITO 膜層,具有膜層厚度均勻、易控制、膜重復性好、穩(wěn)定、適于連續(xù)生產(chǎn)、可鍍大面積、基片和靶相互位置可按理想設(shè)計任意放置、可在低溫下制取致密的薄膜層、可采用合金靶反應濺射、也可采用氧化靶直接濺射等諸多優(yōu)點。該工藝適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn), ITO透明導電膜玻璃質(zhì)量好,規(guī)格品種多,耗能低。
         首先備好規(guī)定厚度尺寸的(0. 4～1. 3mm) 超薄玻璃片,預處理經(jīng)去離子水洗、超聲波潔凈,進入真空室后,先進行SiO2 鍍制,然后進入ITO 鍍膜室鍍制ITO 膜,經(jīng)加熱固化退火后獲得成品。ITO 導電膜玻璃全工藝過程均在高真空狀態(tài)下潔凈無塵通入Ar (氬) 和O2 (氧) 氣體,經(jīng)過磁控濺射作用,在玻璃基片表面沉積氧
化銦錫薄膜及加熱退火后而制成。在鍍膜工藝生產(chǎn)時,注意ITO 膜主要特性是透明和導電,影響這兩個指標的最主要因素有濺射電壓、沉積速率、基片溫度、濺射壓力、氧分壓及靶材的Sn/ In 組分比。因此,在鍍制ITO透明導電膜時,應盡可能低電壓濺射,防止膜層因受離子轟擊而損傷,使膜層電阻增大及形成低價黑色氧化物InO ,降低了ITO 玻璃的透光率。
         2. 2 　ITO 透明導電膜玻璃的生產(chǎn)設(shè)備及主要材料
         生產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)良的ITO 透明導電膜玻璃與選用的設(shè)備精良與否密切相關(guān)。目前日本、美國、德國等工業(yè)發(fā)達國家大多采用磁控濺射多室的直列串聯(lián)式工藝裝備線生產(chǎn)ITO 玻璃。其玻璃基片架均為立式雙面型,并能連續(xù)移動鍍膜作業(yè),生產(chǎn)工藝流程全部自動化控制。目前國內(nèi)廠家采用的設(shè)備線有美國、德國、日本及我國沈陽和深圳等公司生產(chǎn)的裝備線。1993 年前,只有深圳南亞公司引進1 條美國80 年代的裝備線,年產(chǎn)3萬m2 ITO 導電膜玻璃。1994 年沈陽真空技術(shù)研究所與深圳南亞公司合作,首次開發(fā)成功年產(chǎn)12 萬m2TD -750 型自動化透明導電膜玻璃生產(chǎn)線。1995 年深圳和廣州兩地又引進了德國和日本公司的3 條ITO 導電膜玻璃生產(chǎn)線,使全國年總產(chǎn)量達到40 萬m2 。1996 年蚌埠華益導電膜玻璃有限公司引進美國1 條STN - ITO導電膜玻璃生產(chǎn)線,年產(chǎn)10 萬m2 。隨后不久,在石家莊、蕪湖、深圳及江蘇金壇等地又先后建成國產(chǎn)線多條,總計10 余條裝備線,年總生產(chǎn)能力150～300 萬m2 。從目前ITO 導電膜裝備來看,日本真空技術(shù)株式會社開發(fā)的SDP 系列連續(xù)磁控濺射設(shè)備在國際市場銷量較大,1993 年已產(chǎn)63 條。德國萊寶公司推出的ARIS2TO1200 - 6 型ITO 鍍膜機有其新的先進性,被國際市場看好。
           2. 2. 1 　國外裝備
             ⑴美國GCS - 16 型透明導電膜玻璃生產(chǎn)裝備線
             該裝備進入中國市場較早,已在安徽蚌埠華益及深圳南亞公司運行多年,其裝備性能及產(chǎn)品質(zhì)量較好。該設(shè)備系80 年代末全自動控制裝備線,它是在高度凈化的廠房中利用平面磁控鍍膜技術(shù),在超薄玻璃基片上沉積氧化銦錫薄膜,生產(chǎn)TN - LCD 及STN - LCD 導電膜玻璃,年產(chǎn)60～80 萬片,約合10 萬m2 。產(chǎn)品規(guī)格有14″×14″×0. 4～1. 1mm ,14″×12″×0. 4～1. 1mm ,14″×16″×0. 4～1. 1mm等,生產(chǎn)的ITO 導電膜玻璃各項指標均達到國際通用標準。其面電阻R ≤150Ω/ Ö ,光透過率T ≥85 % ,膜層厚度為250 ±30! 。國內(nèi)早期引進該裝備線已獲良好經(jīng)濟效益。
            ⑵德國NEW ARISTO 1200 - 6 型真空鍍膜機
            由德國萊寶公司推出的NEW ARISTO 1200 - 6 型真空鍍膜設(shè)備,屬德國新開發(fā)設(shè)計的新一代真空鍍制ITO 透明導電膜玻璃的裝置。該裝備線主要由超薄玻璃清洗機、真空室、真空泵、真空測量計、濺射陰極、控制系統(tǒng)及成品檢測儀、真空檢漏儀等70 多臺(套、件) 所組成。裝備線主要特點大致如下:
            ⑴體積小、占地少、經(jīng)濟合理　　該設(shè)備占地面積13. 2m ×4. 5m ,高約3m。由于該設(shè)備采用返回軌道薄膜沉積技術(shù),充分發(fā)揮真空腔室利用率,設(shè)備體積只有該公司早期產(chǎn)品的一半;
            ⑵能生產(chǎn)多種規(guī)格尺寸的ITO 玻璃基片　　該機淘汰了V 型玻璃基架,使上機的玻璃基片不再受到框架的限制,適合多種規(guī)格玻璃基片的ITO 膜鍍制,大大拓寬了基片鍍膜產(chǎn)品品種。
            ⑶直接鍍制SiO2 膜層(具有射頻裝置室) 　　該設(shè)備可直接鍍制SiO2 (氧化硅膜) ,使ITO 透明導電膜玻玻璃與搪瓷璃制造商可直接購買英、比、德、日等國生產(chǎn)的超薄玻璃原片,用該設(shè)備自行鍍制SiO2 膜,使ITO 透明導電膜玻璃成本大為降低,獲利上升。
            ⑷適合鍍制各種不同性能的膜層　　該設(shè)備不僅可鍍制TN 型、STN 型,還可鍍PDP、ELD 等多種導電膜玻璃的膜系,具有廣泛的適用性。
            ⑸設(shè)計合理,易于保養(yǎng)　　該設(shè)備采用了模式化腔室的設(shè)計,并且各腔室尺寸結(jié)構(gòu)一致,便于維護保養(yǎng),且各腔室零部件均可通用互換。還可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求,便利地增加或減少腔室與陰極數(shù)。
            另外該設(shè)備一改過去需從空氣中長距離返回的玻璃基架為新型的返回軌道薄膜沉積技術(shù),使基片在首先鍍制SiO2 膜后,能迅速鍍制ITO 膜層,玻璃基片在設(shè)備一端進出,使玻璃基片架暴露在空氣中的時間大為縮短,玻璃基片所受空氣中的殘留塵埃污染大大減少,產(chǎn)品質(zhì)量得到提高。
            萊寶公司1200 - 6 型設(shè)備集真空技術(shù)和磁控濺射于一體,它能采用射頻RF 濺射SiO 膜,用ITO 靶材真空高溫鍍制透明導電膜層,又由于裝置中的陰極采用移動磁場,使靶材利用率高達50 % ,而以往該設(shè)備的靶材利用率只有25 %～35 % ,為此大大降低了ITO 玻璃的生產(chǎn)成本。另外由于該裝備中使用了分子泵,可使真空度達到8 ×10 - 5Pa 以上,使空腔室無油漬污染現(xiàn)象出現(xiàn)。設(shè)備傳動機構(gòu)采用磁懸浮導軌,不但使設(shè)備運轉(zhuǎn)穩(wěn)定,且無機械摩擦,確保了各腔室的清潔度。該設(shè)備的控制系統(tǒng)使用PLC 可編程序邏輯控制器,使用PC機操作管理,還配有在線光學透過率檢測系統(tǒng),采用PC 機自動監(jiān)控并與主機PC 機相連自動校正工藝參數(shù)。
該鍍膜裝置生產(chǎn)出用于TN、STN、TFT 的ITO 導電膜玻璃,其質(zhì)量達到歐洲標準。該生產(chǎn)線還配有膜質(zhì)檢測儀(包括ITO 膜厚測試儀、分光光度計、SiO2 膜厚和折射率檢測設(shè)備、四探針電阻測試儀) 。