DE19856714A1

DE19856714A1 - Leitfähige transparente Schicht

Info

Publication number: DE19856714A1
Application number: DE1998156714
Authority: DE
Inventors: Roland Gesche
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-12-09
Filing date: 1998-12-09
Publication date: 2000-06-15

Abstract

Transparente leitfähige Schichten finden vielfältige technische Anwendungen. Sie werden als Infrarot-Filter zum Aufbau von Wärmeschutzgläsern benötigt, als leitende transparente elektroden in flachen Bildschirmen, zur Abschirmung von elektromagnetischen Feldern oder als Teil eines optischen Schichtsystems. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird eine Schicht beschrieben, die aus einem strukturierten leitenden Material besteht. Durch Wahl der Strukturabmessungen lassen sich optische Parameter und Leitfähigkeit oder auch Infrarot-Abschirmung optimieren. Während bei den bekannten Schichten immer ein Kompromiß zwischen der Realisierung der verschiedenen Anforderungen geschlossen werden muß, läßt sich das beschriebene System aufgrund seiner anisotropen Eigenschaften in einem wesentlich größeren Bereich optimieren.

Description

Gegenstand der Anmeldung, Anwendungsbereiche

Transparente leitfähige Schichten finden vielfältige technische Anwendungen. Sie werden als Infrarot-Filter zum Aufbau von Wärmeschutzgläsern benötigt, als leiten de transparente Elektroden in flachen Bildschirmen, zur Abschirmung von elektro magnetischen Feldern oder als Teil eines optischen Schichtsystems.

Stand der Technik

Transparente leitfähige Schichten werden derzeit zumeist in Vakuum- Dünnschichttechnik, insbesondere durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) herge stellt. Für Wärmeschutzgläser werden zum Beispiel sehr dünne Silberschichten verwendet, Display-Elektroden bestehen meist aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) während für optische Schichtsysteme verschiedene Materialien Verwendung finden.

Nachteilig sind hierbei die hohen Kosten der gebräuchlichen Beschichtungsmateria lien (ITO, Silber) und der immer über die Schichtdicke zu schließende Kompromiß zwischen elektrischer Leitfähigkeit (bzw. Einfügungsdämpfung von IR-Strahlung) und optischer Transmission. Hinzu kommen unerwünschte Farbgebungen und mangelnde chemische Stabilität an Atmosphäre, wie zum Beispiel bei Silber. Eine mögliche optische Kompensation durch mehrlagige Schichtsysteme erhöht den Herstellungsaufwand ebenso wie eine ggfs. notwendige Schutzschicht.

Wünschenswert ist eine Schicht, die einerseits eine gute, möglichst beliebig stei gerbare elektrische Leitfähigkeit besitzt, andererseits eine hohe, von dieser Leitfä higkeit möglichst unabhängige Transmission bei neutralem Farbverhalten aufweist.

Für Wärmeschutz-Anwendungen ist eine Schicht wünschenswert, die IR-Strahlung möglichst nicht durchläßt, aber wiederum für sichtbares Licht eine möglichst hohe und farblich neutrale Transmission aufweist.

Ähnliche Anforderungen ergeben sich für optische Schichtsystem verschiedenster Anwendungen.

Beschreibung des Verfahrens

Erfindungsgemäß werden diese Anforderungen durch Schichten erfüllt, die aus strukturierten leitenden Materialien bestehen. Durch die mechanische Strukturie rung wird eine geometrische Anisotropie erzeugt, durch die zwei verschiedene, im isotropen Fall verkoppelte Anforderungen gleichzeitig erfüllt werden können. Als Beispiel sei ein sogenannter Wabenkamin angeführt, wie er zur elektromagneti schen Abschirmung von Luftkanälen verwendet wird. Das geringe Materialprofil im Querschnitt erlaubt unabhängig von der Dicke des Wabenkamins einen fast unge störten Luftstrom (und eine hohe, hier nebensächliche optische Transmission). Elektromagnetisch stellt sich der Wabenkamin jedoch als eine Vielzahl von Hohllei tern kleinen Querschnitts dar, in denen jeweils elektromagnetische Wellen nicht ausbreitungsfähig sind, deren halbe Wellenlänge größer als der effektive Waben durchmesser ist. Dies ergibt eine Hochpaßcharakteristik mit einer extrem hohen Dämpfung niedrigerer Frequenzen, die durch eine größere Dicke des Wabenkamins nahezu beliebig gesteigert werden kann.

In den optischen Bereich transformiert, muß ein Netz oder besser eine Waben struktur aus einem leitenden Material erzeugt werden, deren effektive Maschen- oder Wabendurchmesser der halben Wellenlänge der gewünschten Grenzfrequenz entsprechen. Für ein IR-Filter liegen diese Abmessungen im Mikrometer-Bereich.

Solche Strukturen lassen sich zum Beispiel erzeugen, indem zunächst eine leiten de, durchgängige Schicht abgeschieden wird, diese fotolitographisch mit einer Mas ke versehen wird und dann die Struktur herausgeätzt wird. Mit entsprechenden ani sotropen Ätzverfahren lassen sich hierbei auch große Verhältnisse zwischen Schichticke und Strukturgröße erzielen, was einen großen Auslegungsspielraum erlaubt. Das sichtbare Licht kleiner Wellenlänge kann jetzt durch die Wabenstruktur hindurchdringen, während die Wärmestrahlung reflektiert wird.

Transparente Schichten, die elektrisch leitend sein sollen, um Elektroden für Dis plays oder elektromagnetische Abschirmungen zu bilden, können mit dem gefor derten Frequenzverhalten und der notwendigen Leitfähigkeit entsprechenden grö ßeren Strukturweiten hergestellt werden, was noch mehr Spielraum für die Optimie rung der optischen Transmission läßt. Hier wird durch die strukturierte Schicht ein anisotropes Material erzeugt, das in der Richtung senkrecht zur Oberfläche eine hohe Transmission (geringe äquivalente Leitfähigkeit) aufweist, parallel zur Oberflä che jedoch gut leitet. Die Strukturgeometrie erlaubt eine gut entkoppelte Optimie rung von Leitfähigkeit und Transmission. Da für die Herstellung eines Displays in der Regel sowieso Leiterbahnen benötigt werden, ist es vorteilhaft, diese Leiterbah nen in einem Arbeitsgang mit den erfindungsgemäß beschriebenen transparenten leitfähigen Elektroden herzustellen, was einige technische Vorteile bringt und Ko steneinsparungen ermöglicht.

Eine weitere Anwendung bilden optische Schichten. Hier ist es insbesondere inter essant, durch effektive Maschenweiten im Bereich der halben Wellenlänge, also im Bereich der Ausbreitungsgrenze, einen durch die Geometrie definierten Bre chungsindex zu erzeugen. Dadurch ergeben sich neue Möglichkeiten der Herstel lung von optischen Schichtsystemen, insbesondere, wenn mehrere dieser Schich ten mit unterschiedlichen Maschenweiten übereinander erstellt werden.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, die strukturierte leitende Schicht durch eine wei tere Beschichtung mit einem dielektrischen Material aufzufüllen.

Claims

1. Elektrisch leitfähige transparente Schicht und Verfahren zur Herstellung dersel ben, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einem strukturierten leitfähi gen Material besteht.

2. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strukturgrößen in der Größenordnung der Lichtwellenlänge liegen.

3. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrlagiger Schichtaufbau verwendet wird, der eine oder mehrere strukturierte Schichten aus leitfähigem Material enthält.

4. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Strukturgrößen und -formen der verschiedenen strukturierten Schich ten aus leitfähigem Material unterscheiden.

5. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur einen wabenförmigen Aufbau hat.

6. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte leitfähige Schicht mit einer zusätzlichen, die Strukturzwischenräu me ausfüllenden dielektrischen Schicht versehen wird.

7. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die strukturierte Schicht aus einer durchgehenden leitfähigen Materialschicht durch Ätzen hergestellt wird

8. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzmaske mit einem lithographischen Verfahren hergestellt wird.

9. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehende leitfähige Schicht mit einem Vakuum-Beschichtungsverfahren aufgebracht wird.

10. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtsystem als Wärmeschutz oder Infrarot-Filter verwendet wird.

11. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtsystem als Elektrodenfläche für Flachbildschirme dient.

12. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 1-6 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß aus der leitfähigen Schicht sowohl die strukturierten transparenten Elektro den als auch elektrische Leiterbahnen in einem Arbeitsschritt hergestellt wer den.

13. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige elektrische Schicht als transparente elektromagnetische Abschir mung verwendet wird.

14. Anordnung und Verfahren nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schichtsystem für optische Anwendungen verwendet wird.