從專利角度分析ITO靶材的研究現狀及發展趨勢

羅蓉麗，安正源，莊 健，王應武，朱新祥，汪玲玲

1 引言

我國是世界第一產銦大國，銦資源豐富，全球70%的銦來自我國，但是目前因為銦產業的深加工方面落后，導致大量初級原生銦出口流失，附加值過低，經過國外加工，又高價購買高附加值產品，如高品質ITO靶材長期依賴國外進口。由于我國在ITO靶材制備技術研究起步較晚，國外在制備技術上對我國進行封鎖，目前，我國制備的ITO靶材只能滿足低端產品的要求。近年來，隨著液晶顯示行業的發展，對ITO靶材的需求不斷増加，ITO靶材的研究也越來越迫切，我國新材料產業“十二五”重點產品中指出氧化銦錫（ITO靶材）作為“十二五”攻關重點項目立項研究，在多年的努力下，在ITO靶材制備技術方面取得了一定的成果。國內生產ITO靶材的企業主要有華錫集團、株冶、山東藍狐、寧夏工廠、北京冶科、廣西晶聯等，但產量不大，不能滿足國內顯示器發展的需求。因此，我國必須優先發展具有自主知識產權的ITO靶材制備技術，基于上述背景，本文以ITO靶材的國內外相關專利為研究對象，運用專利信息分析方法，深入分析ITO靶材的發展趨勢、核心技術、競爭對手的專利布局情況，幫助我國相關研制單位確定研究方向、獲得技術啟發、借鑒先進技術，從而促進高端靶材國產化進程，充分發揮我國銦資源的優勢，對調整銦產業鏈結構也具有十分重要的意義。

2 ITO靶材專利申請態勢分析

2.1 全球專利申請趨勢

本次全球檢索共獲得ITO靶材相關專利25960件，國內11316件，國外14644件。圖1反映的是自2003年以來在ITO靶材專利申請量趨勢，從整體上看，國內的申請量整體呈上升趨勢，國外專利申請呈下降趨勢，我國在2011年的專利申請量超過了國外。（需要說明的是，由于專利申請文件從申請到公開通常需要18個月，而數據只有在公開后才會被收入數據庫中，并且同時數據庫更新存在一定時滯，因此截止本報告數據檢索日，2021年至2022年之間提出的部分專利申請尚未在專利檢索庫中公開，因此本文未對2021年至2022年專利申請數據進行統計，后文對此現象和原因不再贅述）。圖2為中國和世界其他國家/地區申請量比較。從各國申請趨勢來看，日本、韓國、美國在ITO靶材領域申請專利較早，且ITO靶材生產工藝較成熟，目前液晶顯示器原材料也主要來源于這幾個國家，我國起步晚但發展迅速，在2006年超過美日韓成為全球專利申請數量最多的國家。

圖1 ITO靶材全球專利申請量趨勢

圖2 中國和世界其他國家/地區申請量比較

2.2 主要申請人分析

圖3為中國申請人類型構成，從圖可以看出，我國ITO靶材領域的創新主體是企業，占比為66.47%，其次是大專院校，占比為25.08%。

圖3 中國申請人類型構成

表1為在華排名前10的申請人及其申請量，從表1的申請人可以看，排名10中有4家是企業，6家是高校。ITO靶材國內主要申請人為京東方、電子科技大學、華南理工大學等。表2為排名前10的國外申請人，由此可見，國外主要申請人是韓國LG、三星公司，日本出光興產株式會社、住友、三菱、東曹等公司。其中京東方的主要研究方向為顯示器領域，電子科技大學的主要研究方向為太陽能電池領域，華南理工大學的主要研究方向為太陽能電池、發光二極管等領域。韓國LG、三星公司主要研究方向為顯示器領域，而日本出光興產株式會社、住友、東曹的研究方向主要為濺射靶，氧化物半導體薄膜的制備；日本三菱的主要研究方向為ITO粉末的制備；日本松下電器主要的研究方向為液晶顯示器領域。

表1 排名前10的國內申請人

表2 排名前10的國外申請人

在ITO靶材領域，國外申請人排名前十中，日本占7家，分別是出光興產株式會社、半導體能源研究所、住友、三井以及東曹等公司。韓國2家，分別是LG公司和三星集團；美國1家。由此可見，日本作為ITO靶材的研究較早的國家，其在該領域的申請量遙遙領先于其它國家，已經打造出制粉、制靶、鍍膜及平板顯示器件制造完整的產業鏈。

2.3 其他國家在華申請情況

圖4為其他國家的在華申請量。排在前四位的分別為日本、韓國、美國和德國。日本在ITO靶材領域擁有成熟的制備技術和先進的裝備，并在全球進行了專利布局，在中國布局了471項專利。其次是韓國，韓國緊隨日本在ITO靶材領域取得了突破性的進展，打破了日本企業在靶材制備方面的技術壟斷地位，韓國在華也布局了138件專利。日本在華的主要申請人為半導體能源研究所、三井和日礦金屬等，研究方向主要是ITO粉末、靶材、鍍膜及顯示器。韓國在華的主要申請人是LG和三星公司，研究方向主要為顯示器及靶材的制備。其中日本、韓國主要通過粉漿澆注-常壓燒結法制備ITO靶材，美國、德國主要通過熱等靜壓法制備ITO靶材，而我國主要采用氣氛燒結法制備ITO靶材。

圖4 其他國家在華申請情況

2.4 技術構成

ITO靶材領域的各國IPC技術構成如圖5所示。我國的IPC分類號排名前五的是電阻式觸摸屏、觸摸面板等輸入裝置G06F3、液晶顯示裝置G02F1、有機發光器件H01L51 和H01L33、ITO靶材制備C23C14，其中ITO靶材制備C23C14占比為10%，然而，在國內的ITO靶材制備C23C14分類號中，中國本土申請占比為86%，日本在我國占比達到10%，因此，中國本土申請ITO靶材制備C23C14分類號占比僅有8.6%。在電阻式觸摸屏、觸摸面板等輸入裝置G06F3、液晶顯示裝置G02F1、有機發光器件H01L51 和H01L33中的應用占比分別為23%、20%、14%和8%。國外IPC分類號排名前五的是ITO靶材制備C23C14、液晶顯示裝置G02F1、有機發光器件H01L21、H01L29和H01L31。國外ITO靶材制備C23C14占比為17%，ITO靶材在液晶顯示裝置G02F1、有機發光器件H01L21、H01L29和H01L31的應用占比分別為17%、13%、10%、9%。日本和韓國排名前三的IPC分類號相同，均為：G02F1、C23C14、H01L21。ITO靶材制備C23C14日本占比17%，韓國占比為14%。由此可見，我國在ITO靶材制備C23C14占比最低，但在顯示器領域G06F3、G02F1占比高于日本、韓國。這與銦產業鏈整體情況相吻合，即銦產業鏈下游ITO靶材制備技術不能滿足國內顯示器發展的需求，高端ITO靶材仍然需要大量進口。

圖5 各國IPC技術構成圖

2.5 ITO靶材的重點專利分析

日本住友早在2002年申請了公開號為JP2004143484A，名稱為“高濃度ITO靶材以及制備方法”的相關專利，并公開了ITO靶材中氧化錫的含量為20%-50%，ITO靶材的平均密度為7.0 g/cm3以上；其制備方法為：將比表面積值11.4 m2/g，平均粒徑0.37μm的氧化銦粉末80%，比表面積11.3 m2/g，平均粒徑1.3μm的氧化錫粉末20%，在此基礎上，將聚乙烯醇和分散劑分別添加到原料粉末中，使其達到1.25%，再加入規定量的純水，制成濃度為60%的漿料，用球磨機進行20小時左右的混合粉碎。粉碎后的漿料在熱風溫度150℃下用噴霧干燥器干燥，粒徑10～100μm，在常溫下用該造粒粉在196MPa的壓力下制作成型體得到的成型體，在1500℃下燒結20小時，得到280×130×10mm的燒結體得到的燒結體的密度為7.12 g/cm3。

為了防止燒結時產生裂縫，日本住友在2003年申請了專利號為JP2005126766A，名稱為“氧化銦基靶材及其制備方法”，該靶材包括比表面積為5至15m2/g氧化銦粉末，表面積為5至15m2/g的2～8 %氧化錫，表面積為5至25m2/g質量百分含量為5-20%的氧化鈰粉末以及比表面積為5至60m2/g質量百分含量小于1%的氧化鈦。隨后，日本NIKKO MATERIALS 在2003年申請了公開號為JP2004315951A，名稱為“ITO濺射靶及其制造方法”，該專利的 ITO中含有鋯100至280wtppm，能夠在形成透明電極膜的濺射工藝中減少噪聲的形成和異常放電的靶點。在2010年以后，在氧化銦錫的基礎上添加鋯、鎵、鋅等元素制備出性能的更優的ITO靶材的專利申請越來越多，如JX金屬株式會社申請的2013年申請的JP2014073959A、2014年申請的JPWO2015059938A1、JPWO2014156234A1，JP2015140450A，半導體公司申請的JP2014194076A。添加上述元素后，能夠在濺射過程中可防止異常放電，降低ITO靶材的電阻率，降低薄膜的電阻率，以益于作為透明導電膜形成。

韓國三星在2003年也申請了公開號為KR100474845B1，名稱為“氧化銦粉末及其制備方法、采用氧化銦粉末制備靶材”的方法的相關專利，其采用共沉淀法制備了40-160nm的氧化銦粉末，并將氧化銦粉末與氧化錫按90:10混合后燒結得到ITO靶材。2010年三星申請了公開號為KR1020110047308A，名稱為“銦錫氧化物濺射靶和透明導電膜制備方法”，該靶材包括氧化銦（In2O3），氧化錫和氧化鎵，錫原子的含有率為銦原子和鎵原子的總和的5-15原子。

我國在ITO靶材領域的研究起步晚，在2008年，株冶集團申請了公開號為CN101407904A，名稱為“熱等靜壓法生產ITO靶材的方法”的相關專利，其制粉工藝采用的是化學共沉淀法，成形工藝采用的是冷等靜壓法，并采用熱等靜壓燒結法。2010年北京化工大學申請了公開號為“CN101812665A”，名稱為“單相結構-高密度銦錫氧化物靶材的制備方法”的相關專利，其制粉也是采用化學共沉淀法，成形工藝采用的是冷等靜壓法，燒結工藝采用氧壓燒結法，燒結過程中不用添加分散劑和燒結助劑，所需生產成本低，得到的靶材成分更均勻，不容易開裂。但共沉淀技術對調整不同銦錫比的ITO靶材非常不方便，每批次之間的主成分(銦錫比)均勻性的穩定存在較大問題。隨著技術的更新與發展，采用氧化銦和氧化錫進行物理混合制備ITO靶材成為了制備高性能ITO靶材的主要方法，特別是日本ITO靶材企業。株冶集團在2018年申請的CN108947520A專利中，也采用了物理混合氧化銦和氧化錫粉末的方法獲得ITO漿料，經過噴霧造粒，得到坯料，之后通過壓力成型和常壓燒結得到高密度的ITO靶材。

通過對各國的ITO靶材的專利的定性分析可知，我國在吸取日本、韓國的ITO的制備技術的基礎上，開發出低成本（即不添加分散劑和燒結助劑）、利用率高（即管狀靶材）的ITO靶材，在國內顯示技術的快速發展的驅動下，相信國內相關企業很快將突破高端ITO靶材的制備技術瓶頸。

表3 ITO靶材的重點專利

3 結論

基于ITO靶材領域的專利定量和定性分析，可以得出以下結論：

（1）在專利申請數量方面：我國在ITO靶材領域的專利申請呈上升趨勢，在2006年超過日本成為全球專利申請數量最多的國家。

（2）在專利申請質量方面：我國在ITO靶材制備方面的專利相比日本、韓國、美國還有很大的差距，但ITO靶材在顯示器領域的應用方面顯示出強勁的發展態勢。

（3）在專利技術構成方面：中國本土申請ITO靶材制備C23C14分類號占比僅有8.6%，而日本、韓國在ITO靶材制備C23C14分類號占比都在14%以上。

（4）在重點專利分析方面：我國應該加強高端面板顯示領域的ITO靶材制備技術的研究，重點關注日本、韓國專利關于IT靶材的制備技術，加強ITO管狀靶材的專利布局。

4 建議

基于對ITO的全球專利信息分析，較為全面的認識到我國ITO靶材產業發展的現狀和未來發展的趨勢，在此，針對上述結論提出幾點建議：

（1）關注日本、韓國等國際巨頭的專利布局。

在ITO靶材領域，日本、韓國掌握著ITO靶材的核心專利，并且日本、韓國已經在全球進行了專利布局，我國應緊盯日本、韓國等巨頭企業的專利成果，尤其是ITO粉末制備技術、高密度ITO靶材、大尺寸ITO靶材的制備等方向的專利成果。我國在技術突破過程中，從專利中獲取技術啟示，另外，還需要進行專利規避，避免知識產權風險，還可以圍繞這些專利設計外圍專利。

（2）提高我國企業自主創新能力。

隨著平面顯示技術的高速發展，要求用于高端平面顯示器的高密度ITO 靶材具有生產低成本化、尺寸大形化、成分結構均勻化及高利用率的發展趨勢，而我國在高端ITO靶材制備領域的專利質量不高，因此，我國應該加大ITO靶材的科研力量的投入，注重人才的培養。鼓勵技術人員進行發明創造。也可以與高校科研院所進行合作，同時，還可以從國外引進ITO靶材行業的高端人才，推動我國ITO靶材行業的自主創新能力。