从专利角度分析ITO靶材的研究现状及发展趋势

罗蓉丽，安正源，庄 健，王应武，朱新祥，汪玲玲

1 引言

我国是世界第一产铟大国，铟资源丰富，全球70%的铟来自我国，但是目前因为铟产业的深加工方面落后，导致大量初级原生铟出口流失，附加值过低，经过国外加工，又高价购买高附加值产品，如高品质ITO靶材长期依赖国外进口。由于我国在ITO靶材制备技术研究起步较晚，国外在制备技术上对我国进行封锁，目前，我国制备的ITO靶材只能满足低端产品的要求。近年来，随着液晶显示行业的发展，对ITO靶材的需求不断増加，ITO靶材的研究也越来越迫切，我国新材料产业“十二五”重点产品中指出氧化铟锡（ITO靶材）作为“十二五”攻关重点项目立项研究，在多年的努力下，在ITO靶材制备技术方面取得了一定的成果。国内生产ITO靶材的企业主要有华锡集团、株冶、山东蓝狐、宁夏工厂、北京冶科、广西晶联等，但产量不大，不能满足国内显示器发展的需求。因此，我国必须优先发展具有自主知识产权的ITO靶材制备技术，基于上述背景，本文以ITO靶材的国内外相关专利为研究对象，运用专利信息分析方法，深入分析ITO靶材的发展趋势、核心技术、竞争对手的专利布局情况，帮助我国相关研制单位确定研究方向、获得技术启发、借鉴先进技术，从而促进高端靶材国产化进程，充分发挥我国铟资源的优势，对调整铟产业链结构也具有十分重要的意义。

2 ITO靶材专利申请态势分析

2.1 全球专利申请趋势

本次全球检索共获得ITO靶材相关专利25960件，国内11316件，国外14644件。图1反映的是自2003年以来在ITO靶材专利申请量趋势，从整体上看，国内的申请量整体呈上升趋势，国外专利申请呈下降趋势，我国在2011年的专利申请量超过了国外。（需要说明的是，由于专利申请文件从申请到公开通常需要18个月，而数据只有在公开后才会被收入数据库中，并且同时数据库更新存在一定时滞，因此截止本报告数据检索日，2021年至2022年之间提出的部分专利申请尚未在专利检索库中公开，因此本文未对2021年至2022年专利申请数据进行统计，后文对此现象和原因不再赘述）。图2为中国和世界其他国家/地区申请量比较。从各国申请趋势来看，日本、韩国、美国在ITO靶材领域申请专利较早，且ITO靶材生产工艺较成熟，目前液晶显示器原材料也主要来源于这几个国家，我国起步晚但发展迅速，在2006年超过美日韩成为全球专利申请数量最多的国家。

图1 ITO靶材全球专利申请量趋势

图2 中国和世界其他国家/地区申请量比较

2.2 主要申请人分析

图3为中国申请人类型构成，从图可以看出，我国ITO靶材领域的创新主体是企业，占比为66.47%，其次是大专院校，占比为25.08%。

图3 中国申请人类型构成

表1为在华排名前10的申请人及其申请量，从表1的申请人可以看，排名10中有4家是企业，6家是高校。ITO靶材国内主要申请人为京东方、电子科技大学、华南理工大学等。表2为排名前10的国外申请人，由此可见，国外主要申请人是韩国LG、三星公司，日本出光兴产株式会社、住友、三菱、东曹等公司。其中京东方的主要研究方向为显示器领域，电子科技大学的主要研究方向为太阳能电池领域，华南理工大学的主要研究方向为太阳能电池、发光二极管等领域。韩国LG、三星公司主要研究方向为显示器领域，而日本出光兴产株式会社、住友、东曹的研究方向主要为溅射靶，氧化物半导体薄膜的制备；日本三菱的主要研究方向为ITO粉末的制备；日本松下电器主要的研究方向为液晶显示器领域。

表1 排名前10的国内申请人

表2 排名前10的国外申请人

在ITO靶材领域，国外申请人排名前十中，日本占7家，分别是出光兴产株式会社、半导体能源研究所、住友、三井以及东曹等公司。韩国2家，分别是LG公司和三星集团；美国1家。由此可见，日本作为ITO靶材的研究较早的国家，其在该领域的申请量遥遥领先于其它国家，已经打造出制粉、制靶、镀膜及平板显示器件制造完整的产业链。

2.3 其他国家在华申请情况

图4为其他国家的在华申请量。排在前四位的分别为日本、韩国、美国和德国。日本在ITO靶材领域拥有成熟的制备技术和先进的装备，并在全球进行了专利布局，在中国布局了471项专利。其次是韩国，韩国紧随日本在ITO靶材领域取得了突破性的进展，打破了日本企业在靶材制备方面的技术垄断地位，韩国在华也布局了138件专利。日本在华的主要申请人为半导体能源研究所、三井和日矿金属等，研究方向主要是ITO粉末、靶材、镀膜及显示器。韩国在华的主要申请人是LG和三星公司，研究方向主要为显示器及靶材的制备。其中日本、韩国主要通过粉浆浇注-常压烧结法制备ITO靶材，美国、德国主要通过热等静压法制备ITO靶材，而我国主要采用气氛烧结法制备ITO靶材。

图4 其他国家在华申请情况

2.4 技术构成

ITO靶材领域的各国IPC技术构成如图5所示。我国的IPC分类号排名前五的是电阻式触摸屏、触摸面板等输入装置G06F3、液晶显示装置G02F1、有机发光器件H01L51 和H01L33、ITO靶材制备C23C14，其中ITO靶材制备C23C14占比为10%，然而，在国内的ITO靶材制备C23C14分类号中，中国本土申请占比为86%，日本在我国占比达到10%，因此，中国本土申请ITO靶材制备C23C14分类号占比仅有8.6%。在电阻式触摸屏、触摸面板等输入装置G06F3、液晶显示装置G02F1、有机发光器件H01L51 和H01L33中的应用占比分别为23%、20%、14%和8%。国外IPC分类号排名前五的是ITO靶材制备C23C14、液晶显示装置G02F1、有机发光器件H01L21、H01L29和H01L31。国外ITO靶材制备C23C14占比为17%，ITO靶材在液晶显示装置G02F1、有机发光器件H01L21、H01L29和H01L31的应用占比分别为17%、13%、10%、9%。日本和韩国排名前三的IPC分类号相同，均为：G02F1、C23C14、H01L21。ITO靶材制备C23C14日本占比17%，韩国占比为14%。由此可见，我国在ITO靶材制备C23C14占比最低，但在显示器领域G06F3、G02F1占比高于日本、韩国。这与铟产业链整体情况相吻合，即铟产业链下游ITO靶材制备技术不能满足国内显示器发展的需求，高端ITO靶材仍然需要大量进口。

图5 各国IPC技术构成图

2.5 ITO靶材的重点专利分析

日本住友早在2002年申请了公开号为JP2004143484A，名称为“高浓度ITO靶材以及制备方法”的相关专利，并公开了ITO靶材中氧化锡的含量为20%-50%，ITO靶材的平均密度为7.0 g/cm3以上；其制备方法为：将比表面积值11.4 m2/g，平均粒径0.37μm的氧化铟粉末80%，比表面积11.3 m2/g，平均粒径1.3μm的氧化锡粉末20%，在此基础上，将聚乙烯醇和分散剂分别添加到原料粉末中，使其达到1.25%，再加入规定量的纯水，制成浓度为60%的浆料，用球磨机进行20小时左右的混合粉碎。粉碎后的浆料在热风温度150℃下用喷雾干燥器干燥，粒径10～100μm，在常温下用该造粒粉在196MPa的压力下制作成型体得到的成型体，在1500℃下烧结20小时，得到280×130×10mm的烧结体得到的烧结体的密度为7.12 g/cm3。

为了防止烧结时产生裂缝，日本住友在2003年申请了专利号为JP2005126766A，名称为“氧化铟基靶材及其制备方法”，该靶材包括比表面积为5至15m2/g氧化铟粉末，表面积为5至15m2/g的2～8 %氧化锡，表面积为5至25m2/g质量百分含量为5-20%的氧化铈粉末以及比表面积为5至60m2/g质量百分含量小于1%的氧化钛。随后，日本NIKKO MATERIALS 在2003年申请了公开号为JP2004315951A，名称为“ITO溅射靶及其制造方法”，该专利的 ITO中含有锆100至280wtppm，能够在形成透明电极膜的溅射工艺中减少噪声的形成和异常放电的靶点。在2010年以后，在氧化铟锡的基础上添加锆、镓、锌等元素制备出性能的更优的ITO靶材的专利申请越来越多，如JX金属株式会社申请的2013年申请的JP2014073959A、2014年申请的JPWO2015059938A1、JPWO2014156234A1，JP2015140450A，半导体公司申请的JP2014194076A。添加上述元素后，能够在溅射过程中可防止异常放电，降低ITO靶材的电阻率，降低薄膜的电阻率，以益于作为透明导电膜形成。

韩国三星在2003年也申请了公开号为KR100474845B1，名称为“氧化铟粉末及其制备方法、采用氧化铟粉末制备靶材”的方法的相关专利，其采用共沉淀法制备了40-160nm的氧化铟粉末，并将氧化铟粉末与氧化锡按90:10混合后烧结得到ITO靶材。2010年三星申请了公开号为KR1020110047308A，名称为“铟锡氧化物溅射靶和透明导电膜制备方法”，该靶材包括氧化铟（In2O3），氧化锡和氧化镓，锡原子的含有率为铟原子和镓原子的总和的5-15原子。

我国在ITO靶材领域的研究起步晚，在2008年，株冶集团申请了公开号为CN101407904A，名称为“热等静压法生产ITO靶材的方法”的相关专利，其制粉工艺采用的是化学共沉淀法，成形工艺采用的是冷等静压法，并采用热等静压烧结法。2010年北京化工大学申请了公开号为“CN101812665A”，名称为“单相结构-高密度铟锡氧化物靶材的制备方法”的相关专利，其制粉也是采用化学共沉淀法，成形工艺采用的是冷等静压法，烧结工艺采用氧压烧结法，烧结过程中不用添加分散剂和烧结助剂，所需生产成本低，得到的靶材成分更均匀，不容易开裂。但共沉淀技术对调整不同铟锡比的ITO靶材非常不方便，每批次之间的主成分(铟锡比)均匀性的稳定存在较大问题。随着技术的更新与发展，采用氧化铟和氧化锡进行物理混合制备ITO靶材成为了制备高性能ITO靶材的主要方法，特别是日本ITO靶材企业。株冶集团在2018年申请的CN108947520A专利中，也采用了物理混合氧化铟和氧化锡粉末的方法获得ITO浆料，经过喷雾造粒，得到坯料，之后通过压力成型和常压烧结得到高密度的ITO靶材。

通过对各国的ITO靶材的专利的定性分析可知，我国在吸取日本、韩国的ITO的制备技术的基础上，开发出低成本（即不添加分散剂和烧结助剂）、利用率高（即管状靶材）的ITO靶材，在国内显示技术的快速发展的驱动下，相信国内相关企业很快将突破高端ITO靶材的制备技术瓶颈。

表3 ITO靶材的重点专利

3 结论

基于ITO靶材领域的专利定量和定性分析，可以得出以下结论：

（1）在专利申请数量方面：我国在ITO靶材领域的专利申请呈上升趋势，在2006年超过日本成为全球专利申请数量最多的国家。

（2）在专利申请质量方面：我国在ITO靶材制备方面的专利相比日本、韩国、美国还有很大的差距，但ITO靶材在显示器领域的应用方面显示出强劲的发展态势。

（3）在专利技术构成方面：中国本土申请ITO靶材制备C23C14分类号占比仅有8.6%，而日本、韩国在ITO靶材制备C23C14分类号占比都在14%以上。

（4）在重点专利分析方面：我国应该加强高端面板显示领域的ITO靶材制备技术的研究，重点关注日本、韩国专利关于IT靶材的制备技术，加强ITO管状靶材的专利布局。

4 建议

基于对ITO的全球专利信息分析，较为全面的认识到我国ITO靶材产业发展的现状和未来发展的趋势，在此，针对上述结论提出几点建议：

（1）关注日本、韩国等国际巨头的专利布局。

在ITO靶材领域，日本、韩国掌握着ITO靶材的核心专利，并且日本、韩国已经在全球进行了专利布局，我国应紧盯日本、韩国等巨头企业的专利成果，尤其是ITO粉末制备技术、高密度ITO靶材、大尺寸ITO靶材的制备等方向的专利成果。我国在技术突破过程中，从专利中获取技术启示，另外，还需要进行专利规避，避免知识产权风险，还可以围绕这些专利设计外围专利。

（2）提高我国企业自主创新能力。

随着平面显示技术的高速发展，要求用于高端平面显示器的高密度ITO 靶材具有生产低成本化、尺寸大形化、成分结构均匀化及高利用率的发展趋势，而我国在高端ITO靶材制备领域的专利质量不高，因此，我国应该加大ITO靶材的科研力量的投入，注重人才的培养。鼓励技术人员进行发明创造。也可以与高校科研院所进行合作，同时，还可以从国外引进ITO靶材行业的高端人才，推动我国ITO靶材行业的自主创新能力。