[发明专利]ITO粉末及制造方法、导电ITO膜的涂层材料、透明导电膜

说明书

技术领域

本发明涉及用于形成透明导电膜的ITO粉末、用于制造该ITO粉末的方法、用于包含该ITO粉末的导电ITO膜的涂层材料、以及将该涂层材料用于导电ITO膜而制造的透明导电膜。

背景技术

在本说明书中，术语“ITO”是指含锡的氢氧化铟。包含这种ITO的膜是导电的且对可见光是高度半透明的，并因此在各种显示装置、太阳能电池等中用做透明导电膜。使用ITO形成透明导电膜的已知方法包括使用溅射等形成ITO的物理形成方法以及通过涂敷ITO颗粒分散液体或包含ITO的有机化合物形成膜的涂敷形成方法。

通过这种涂敷形成方法获得的ITO涂层膜电导率略低于通过溅射或其他物理形成方法获得的ITO膜的电导率，但是在形成过程中不需要使用真空装置或者其他昂贵装置且可以用于形成大的表面积和复杂形状。因此，通过涂敷方法获得的ITO涂层膜具有低成本的优点。

此外，在涂层膜形成方法中，使用ITO颗粒分散液体作为涂层材料的方法不要求涂层膜被热分解，因此比使用包含ITO的有机化合物作为涂层材料的方法，可以通过相对低温的工艺形成膜且得到更好的电导率。通过涂敷ITO颗粒分散液体获得ITO涂层膜的方法应此被广泛用做形成用于阴极射线管的电磁波屏蔽膜的方法，且正被研究以应用于LCD、EL和其他显示装置中。

用于ITO颗粒分散液体的ITO颗粒的形状和成分应被进一步描述。传统上，用于ITO颗粒分散液体的ITO颗粒一般形状呈粒状。然而，在过去几年中，已经提出使用呈针状(也称为杆状)、片状、或者其他形状的ITO颗粒，从而在形成导电路径时进一步降低膜电阻并增大颗粒之间的接触(例如见日本专利No.3241066)。

发明内容

通过涂敷ITO颗粒分散液体获得ITO涂层膜的方法如上所述具有许多优点。然而，存在与稳定性有关的问题，其在于在ITO颗粒分散液体中使用的包含ITO颗粒的ITO粉末的电阻值随时间显著变化，且该电阻值随时间变化的程度取决于周围环境。为此，在现有技术中，ITO粉末在处理时优选尽量避免与氧气和水接触。然而，安装不允许量产的ITO粉末与氧气或水接触的设备成本高，因此不现实。

鉴于前述情形，本发明的目的是提供在空气中非常稳定且具有低电阻值的包含ITO颗粒的ITO粉末，其电阻值随时间变化很小；制造该ITO粉末的方法；用于包含该ITO粉末的导电ITO膜的涂层材料；以及使用该涂层材料制造的用于导电ITO膜的透明导电膜。

为了解决前述问题，发明人研究了导致包含ITO颗粒的ITO粉末、用于包含该ITO粉末的导电ITO膜的涂层材料、以及使用用于导电ITO膜的涂层材料制造的透明导电膜的电阻值在空气中随时间变化的机制。

一般而言，使用用于导电ITO膜的涂层材料制造的导电ITO膜的电阻基本上来源于两个因素。第一个因素为ITO中载流子电子密度，第二个因素为当载流子电子在导电膜内运动时产生的电阻，即，当载流子电子在ITO颗粒之间运动时产生的电阻。

首先，发明人研究了电阻的第一个来源。

ITO颗粒的成分影响ITO涂层膜的导电性。ITO颗粒内导电性的产生涉及两种机制。第一种机制是Sn⁴⁺替代ITO颗粒中包含的ITO晶体的In³⁺。这种替代导致每个Sn原子产生一个自由电子，这赋予ITO颗粒导电性。第二种机制是使ITO颗粒内包含的ITO晶体中的氧缺失。每个缺失的氧产生两个自由电子，其赋予ITO颗粒导电性。

ITO颗粒被赋予Sn⁴⁺或者氧缺失，为载流子的自由电子的浓度增大，从而使ITO涂层膜导电并进一步提高导电性。然而，发明人发现，当氧缺失的ITO粉末暴露于空气时，这贡献于该粉末的稳定性及电阻值随时间变化。换言之，氧缺失的ITO粉末与空气中的氧气复合，发生降低氧缺失的反应，导致不稳定及随时间变化。发明人已经发现，包含ITO颗粒的ITO粉末制造后，ITO颗粒与氧气的复合最主要发生于该ITO粉末第一次暴露于空气或者另一种包含氧气的气氛中时。

因此，基于这些发现，发明人发现了一种完全革命性的技术，其中烘焙ITO粉末在预先控制状态下与水接触，因此设定范围内的水的数量吸附到ITO粉末包含的ITO颗粒上，ITO颗粒的表面由此稳定。

发明人接着研究了电阻的第二个起因。研究的结果为，发明人发现电阻的第二个起因是因为ITO颗粒之间接触表面积不充分、ITO颗粒界面之间存在杂质、ITO颗粒的接触表面处晶体取向的差异、及其他因素。发明人发现增大ITO颗粒之间的接触表面积是降低电阻第二个起因的影响的有效方法。