CN101365816B - 反射膜用Al-Ni-B合金材料 - Google Patents

反射膜用Al-Ni-B合金材料 Download PDF

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Abstract

本发明涉及反射型显示器，提供具有优异的反射特性且能与ITO和IZO等透明电极层直接接合的反射膜用铝类合金材料。本发明的在铝中含有镍和硼的反射膜用Al-Ni-B合金材料的特征在于，镍含量为1.5at％～4at％，硼含量为0.1at％～0.5at％，其余为铝。此外，进一步优选镍含量为1.5at％～3at％，硼含量为0.1at％～0.4at％。

Description

反射膜用Al-Ni-B合金材料
技术领域
本发明涉及在构成液晶等显示器时使用的铝类合金材料，特别涉及适合反射型液晶显示器的反射膜形成用Al-Ni-B合金材料。
背景技术
关于以液晶显示器为代表的薄型电视机等显示器，已知有反射型和透射型，上述反射型显示器一直以来采用反射率高的纯铝膜。但是，若将上述纯铝作为反射膜使用，则在与ITO(氧化铟锡)或IZO(氧化铟锌)等透明电极(以下有时称为透明电极层)接合的情况下，在反射膜上形成图案时会产生由电化学反应引起的电蚀现象，很难形成满足实用特性的电路等。
因此，采用反射率高、抗电化学腐蚀性强的银或银合金作为反射膜用材料，以代替上述纯铝(专利文献1)。但是，银类反射膜用材料由于受其蚀刻特性的影响，难以形成所需的电路，存在生产率下降的可能性。
鉴于此，有人提出采用能抑制图案形成中的电蚀现象的铝合金材料(专利文献2)，但是，对于用该现有技术文献所述的铝合金材料形成的膜的反射率特性以及接合时的电特性等都还不清楚。另外，还有人提出采用能与ITO等透明电极层直接接合的铝合金材料(专利文献3、专利文献4)，但并未对用上述现有技术文献的铝合金材料形成的膜的反射率特性进行探讨，目前关于其是否具备实用的反射率特性也还不明确。
专利文献1：日本专利第3302894号说明书
专利文献2：国际公开WO97/13885号小册子
专利文献3：日本专利特开2003-89864号公报
专利文献4：日本专利特开2004-214606号公报
发明的揭示
本发明是鉴于上述背景情况而完成的发明，涉及反射型显示器，提供具有优异的反射特性并能与ITO或IZO等透明电极层直接接合的反射膜用铝类合金材料。
本发明的在铝中含有镍和硼的反射膜用Al-Ni-B合金材料的特征在于，含有1.5at％～4at％的镍和0.1at％～0.5at％的硼，其余部分为铝。
而且，本发明的反射膜用Al-Ni-B合金材料优选镍含量为1.5at％～3at％，硼含量为0.1at％～0.4at％。
另外，本发明的具有用上述反射膜用Al-Ni-B合金材料形成的反射膜层和透明电极层的反射型显示器的元件结构中，具有反射膜层与透明电极层直接接合的部分。
用本发明的Al-Ni-B合金材料形成反射膜时，优选使用含有1.5at％～4at％的镍和0.1at％～0.5at％的硼且其余部分为铝的溅镀靶材。
附图的简单说明
图1是ITO膜与反射膜交叉层叠而成的试验样品的简单立体图。
实施发明的最佳方式
下面，对本发明的最佳实施方式进行说明，但本发明不限于下述实施方式。
本发明者对Al-Ni类合金进行了潜心研究，结果发现：通过使Al-Ni合金含有规定量的硼(B)，可得到具有优异的反射特性且能抑制图案形成中的电蚀现象的反射膜用Al-Ni-B合金材料。
具体为含有1.5at％～4at％的镍和0.1at％～0.5at％的硼且其余部分为铝的反射膜用Al-Ni-B合金材料。若是由上述组成的反射膜用Al-Ni-B合金材料形成的反射膜，则在250℃的退火处理后，具有87％以上的反射率，同时还具有4.5μΩ·cm以下的低电阻特性，且反射膜自身不会产生隆起(突起物)或凹陷(凹坑状缺陷)等塑性变形。而且，上述组成的反射膜能抑制透明电极层与反射膜层直接接合时的电蚀现象。另外，本发明的反射膜用Al-Ni-B合金材料在本发明所具有的效果的范围内，例如，不能阻止在材料制造工序或布线电路形成工序或元件制造工序等中混入有可能混入的气体成分之类的不可避免的杂质。本申请的“反射膜用Al-Ni-B合金材料”这一用语包括反射膜自身、其原料例如用于形成反射膜的溅镀靶材、利用该溅镀靶材成膜得到的溅射膜。
当镍含量不足1.5at％时，无法确保反射膜的耐热性。而且，若镍含量不足0.5at％，则与ITO等透明电极层的直接接合特性有可能下降。当镍含量超过4at％时，反射膜的电阻值有可能超过4.5μΩ·cm。另外，若硼含量不足0.1at％，则无法确保反射膜的耐热性。若硼含量超过0.5at％，则反射率不足87.0％。本发明中的反射膜耐热性指在250℃、30分钟的热处理中反射膜不产生隆起(突起物)或凹陷(凹坑状缺陷)等塑性变形。
本发明中的反射率指由在反射膜上照射波长550nm的光时从反射膜反射的光强度算出的绝对反射率。在经250℃、30分钟热处理后的反射膜上测定该反射率。
在上述组成范围内，若镍含量为1.5at％～3at％、硼含量为0.1at％～0.4at％，则可制得反射率在88％以上、膜比电阻在4.0μΩcm以下的反射膜。
上述由反射膜用Al-Ni-B合金材料形成的反射膜层可与透明电极层直接接合，且具有所需的反射特性。
用上述本发明的反射膜用Al-Ni-B合金材料形成反射膜时，优选使用含有1.5at％～4at％的镍和0.1at％～0.5at％的硼且其余部分为铝的溅镀靶材。采用上述组成的溅镀靶材时，虽然有时在一定程度上会受到溅镀时的成膜条件的影响，但容易形成与靶材组成几乎相同的组成的反射膜。
另外，本发明的Al-Ni-B合金材料如上所述优选用溅镀法形成反射膜较为实用，但也可以采用其他不同的方法。例如，可以采用蒸镀法、喷射成形法等干式法，例如用由本发明的Al-Ni-B合金组成所构成的合金粒子作为布线材料，用气浮沉积法形成反射膜，或用喷墨法形成反射膜等。
实施例
下面，对实施例进行说明。在本实施例中，用表1所示各组成的Al-Ni-B合金材料形成反射膜，并对该反射膜特性的评价结果进行说明。特性评价中，对膜比电阻、耐热性、反射率、ITO接合性进行了评价。各特性评价的方法如下。
膜比电阻：制作具有表1所述各组成的溅镀靶材，用磁控管·溅镀装置(溅镀条件：输入功率3.0瓦/cm2、氩气流量100sccm、氩压力0.5Pa)，在玻璃基板上形成厚0.3μm的反射膜。将该反射膜在氮气氛围气中进行300℃、30分钟的热处理后，用四端子电阻测定装置进行测定。另外，按表1所述的各组成量，在铝中混合规定量的镍和硼，在真空中溶解搅拌后，在惰性气体氛围气中铸造，然后将得到的铸块压延并进行成形加工，对供溅镀的表面进行平面加工，将制得的加工品作为溅镀靶材。
耐热性：在玻璃基板上通过溅镀法(条件与上述相同)形成单层膜(厚约0.3μm)，在氮气氛围气中，在100℃～400℃范围内以50℃刻度为单位的各温度下进行30分钟热处理，然后用扫描型电子显微镜(SEM：1万倍)观察膜表面，对表1所述各组成的反射膜的耐热性进行评价。在上述SEM观察中，对各观察样品以10μm×8μm的观察范围取5个视野进行观察。表1所示的耐热性评价结果中，将在观察表面发现有直径为0.1μm以上的突起物(隆起)时或在观察表面发现有4个以上形成凹坑状部分(直径为0.3μm～0.5μm)的凹陷时的热处理温度作为其耐热性评价温度。
反射率：用紫外可见分光光度计(V550-DS：日本分光株式会社制)测定反射率。用该装置测定的反射率是绝对反射率，作为参考，测定了由蒸镀形成的纯铝膜的反射率。测定范围为可见光区域(250nm～850nm)，本实施例的反射率采用波长550nm下的测定值。向置于大气氛围气中的玻璃基板的反射膜从光源以入射角5°入射光，利用反射角5°的反射光来测定反射率。各反射膜的制作条件与上述膜比电阻值中所述的条件相同。另外，在经过250℃、30分钟热处理后的反射膜上测定该反射率。
ITO接合性：如图1的简单立体图所示，在玻璃基板上形成ITO膜(In2O3-10wt％SnO2：1000
Figure S2007800019383D00041
厚、电路宽10μm)，在其上以交叉的方式形成各组成的反射膜(2000
Figure S2007800019383D00042
厚、电路宽10μm)，制得试验样品(开尔文元件)，用该试验样品评价ITO接合性。
该试验样品的制作方法如下：首先，用表1所述的各组成的溅镀靶材在上述溅镀条件下在玻璃基板上形成厚2000的反射膜。然后，在各组成的反射膜表面覆盖(OFPR800：东京应化工业株式会社)抗蚀剂，配置宽10μm的电路形成用图案膜并进行曝光处理，再用浓度为2.38％、液温为23℃的含有氢氧化四甲铵的碱显影液(以下简称为TMAH显影液)进行显影处理。显影处理后，用磷酸类混酸蚀刻液(关东化学株式会社制)形成电路，用二甲亚砜(以下简称为DMSO)剥离液除去抗蚀剂，形成10μm宽电路。
接着，将该形成了由反射膜构成的10μm宽电路的基板进行纯水清洗、干燥处理，在其表面形成SiNx的绝缘层(厚4200
Figure S2007800019383D00052
)。用溅镀装置，在输入功率RF3.0瓦/cm2、氩气流量90sccm、氮气流量10sccm、压力0.5Pa、基板温度300℃的溅镀条件下进行该绝缘层的成膜。
然后，在绝缘层表面覆盖正型抗蚀剂(东京应化工业株式会社制：TFR-970)，配置10μm×10μm见方的接触孔开口用图案膜，并进行曝光处理，再用TMAH显影液进行显影处理。然后，用CF4干蚀刻气形成接触孔。接触孔的形成条件为：CF4气流量50sccm、氧气流量5sccm、压力4.0Pa、输出功率150W。
然后，用上述DMSO剥离液进行抗蚀剂的剥离处理。用异丙醇除去残留剥离液后，进行水洗、干燥处理。对结束上述抗蚀剂剥离处理的各样品，用ITO溅镀靶材(组成In2O3-10wt％SnO2)，在接触孔内及其周围形成成为透明电极的ITO膜。在基板温度70℃、输入功率1.8瓦/cm2、氩气流量80sccm、氧气流量0.7sccm、压力0.37Pa的条件下进行溅镀，形成厚1000
Figure S2007800019383D00053
的ITO膜。
在该ITO膜表面覆盖抗蚀剂(东京应化工业株式会社制：OFPR800)，配置图案膜并进行曝光处理，再用TMAH显影液进行显影处理，用草酸类混酸蚀刻液(关东化学株式会社制：ITO05N)形成宽10μm的电路。形成ITO膜电路后，用DMSO剥离液除去抗蚀剂。
将按上述方法得到的各试验样品在大气氛围气中、在250℃下热处理30分钟，然后从图1所示试验样品的箭头部分的端子部连续通电(3mA)，测定电时的电阻测定条件采用在85℃的大气氛围气中的所谓的加速寿命试验条件。在该加速寿命试验条件下，测定各试验样品的电阻值变为测定开始时的初期电阻值的100倍以上时的时间(故障时间)。将在该加速寿命试验条件下超过250小时也没出现故障的试验样品评价为○。将在加速寿命试验条件下不到250小时就出现故障的试验样品评价为×。另外，上述加速寿命试验遵照JIS C 5003：1974、参考文献(《可靠性加速试验的高效进行方法及其实际应用》：鹿沼阳次编著、出版社日本科技中心(日文原文：日本テクノセンタ一)株式会社)。
表1
Figure S2007800019383D00071
由表1可知，当镍含量和硼含量过少时，反射膜的耐热性存在下降的倾向，反之当镍含量和硼含量过多时，存在膜比电阻增加的同时反射率下降的倾向。表1中，将反射率不足87.0％或膜比电阻值在4.5μΩcm以上或耐热性不足250℃的样品评价为×，将耐热性为250℃以上、反射率为87.0％以上、膜比电阻值在4.5μΩcm以下的样品评价为○，将耐热性为250℃以上、反射率为88.0％以上、膜比电阻值在4.0μΩcm以下的样品评价为◎。由评价结果可知，若采用镍含量为1.5at％～4at％、硼含量为0.1at％～0.5at％的组成，则耐热性在250℃以上，反射率在87.0％以上，膜比电阻值在4.5μΩcm以下。而且，当镍含量为1.5at％～3at％、硼含量含量为0.1at％～0.4at％时，耐热性在250℃以上，反射率在88.0％以上，膜比电阻在4.0μΩcm以下。另外，由表1所述各组成的Al-Ni-B合金材料形成的反射膜均可与ITO直接接合，不存在任何问题。
产业上利用的可能性
本发明可提供具有优异的反射特性且能与ITO和IZO等透明电极层直接接合的反射膜。而且，若采用由本发明的反射膜用Al-Ni-B合金材料形成的反射膜，则即使反射膜受热，也能稳定地维持高反射率。

Claims (4)

1.反射膜用Al-Ni-B合金材料，它是在铝中含有镍和硼的反射膜用Al-Ni-B合金材料，其特征在于，含有1.5at％～4at％的镍和0.1at％～0.5at％的硼，其余部分为铝。
2.如权利要求1所述的反射膜用Al-Ni-B合金材料，其特征在于，镍含量为1.5at％～3at％，硼含量为0.1at％～0.4at％。
3.反射型显示器的元件结构，其特征在于，具有用权利要求1或权利要求2所述的反射膜用Al-Ni-B合金材料形成的反射膜层和透明电极层，所述反射膜层具有与半导体层直接接合的部分。
4.溅镀靶材，它是用于形成由反射膜用Al-Ni-B合金材料构成的反射膜的溅镀靶材，其特征在于，含有1.5at％～4at％的镍和0.1at％～0.5at％的硼，其余部分为铝。
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