DE69629613T2

DE69629613T2 - Mehrschichtiger, elektrisch leitender Film, transparentes Elektrodensubstrat und Flüssigkristallanzeige die diesen benutzen

Info

Publication number: DE69629613T2
Application number: DE69629613T
Authority: DE
Inventors: Kenzo Tamana-shi Fukuyoshi; Yukihiro Tamana-shi Kimura; Koji Tamana-gun Imayoshi; Osamu Tamana-shi Koga; Katsunori Yokaichi-shi Horachi
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1995-03-22
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2016-03-22
Also published as: TW496985B; KR100411959B1; US5667853A; DE69629613D1; EP0733931B1; EP0733931A2; EP0733931A3; KR960035092A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch leitenden Vielschichtenfilm und ein transparentes Elektrodensubstrat und eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung unter Verwendung desselben und insbesondere einen leitenden Vielschichtenfilm mit hoher Lagerstabilität und ein transparentes Elektrodensubstrat und eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung unter Verwendung dieses leitenden Vielschichtenfilms.
Ein Elektrodensubstrat mit einem auf einem Substrat, wie Glas oder ein Kunststofffilm, ausgebildeten transparenten Elektrodenfilm oder einem lichtreflektierenden Elektrodenfilm wird im großen Ausmaß als Displayelektrode für verschiedene Displayvorrichtungen, wie Flüssigkristalldisplayvorrichtungen und als Input/Output-Elektrode für die direkte Stromeingabe darin von einem Displaybildschirm eingesetzt.
Beispielsweise weist ein transparentes Elektrodensubstrat ein Glassubstrat und eine Farbfilterschicht, die an den Pixelstellen ausgebildet ist, auf, und die Farben werden von jedem Licht durch jeden Pixel in Rot, Grün und Blau durchgelassen. An den Stellen (Interpixelstellen) zwischen den Pixeln ist ein Lichtschutzfilm gebildet, der verhindert, dass das Licht durch diese Interpixelstellen durchgelassen wird. Auf der gesamten Oberfläche der Farbfilterschicht ist ein Schutzfilm gebildet, und eine transparente Elektrode ist auf dem Schutzfilm gebildet. Ein Orientierungsfilm ist auf der transparenten Elektrode gebildet. Die transparente Elektrode ist aus einem elektrisch leitenden transparenten Film hergestellt, der durch eine Sput tertechnik gebildet ist und in das vorbestimmte Elektrodenmuster geätzt ist.
Als transparenter leitender Film wird wegen seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit ein Dünnfilm aus ITO, Indiumoxid mit hinzugefügtem Zinnoxid, im großen Ausmaß verwendet. Er besitzt einen Widerstand von 2,4 × 10^–4 Ω·cm und zeigt einen Folienwiderstand von etwa 10 Ω/Quadrat, wenn er eine Dicke von etwa 240 nm aufweist, eine Dicke, die normalerweise als transparente Elektrode angewendet wird.
Neben dem ITO-Film sind Dünnfilme aus Zinnoxid, Zinnoxid versetzt mit Antimonoxid (NESA-Film) und Zinkoxid versetzt mit Antimonoxid bekannt. Allerdings sind diese Filme schlechter als der ITO-Film im Hinblick auf die Leitfähigkeit und besitzen eine unzureichende Beständigkeit gegenüber Chemikalien, wie Säuren und Alkalien und eine unzureichende Wasser- oder Feuchtigkeitsbeständigkeit. Deswegen werden diese Filme nicht im großen Umfang verwendet.
In letzter Zeit sind die oben erwähnten Displayvorrichtungen und Input/Output-Vorrichtungen für die Darstellung feiner Bildung durch Erhöhung der Pixeldichte in den Blickpunkt geraten. Somit ist es erforderlich, dass das transparente Elektrodenmuster eine hohe Dichte aufweist. Es ist beispielsweise erforderlich, dass die Enden der transparenten Elektrode bei einem Pitch von etwa 10 μm gebildet sein sollen. Des weiteren weist in dem System (COG), worin ein integrierter Schaltkreis (IC) direkt mit dem Substrat verbunden ist, die Verdrahtung manchmal feine Bereiche mit einer Breite von 20–50 μm auf, und deswegen ist es erforderlich, dass das Elektrodenmaterial ein so hohes Ätzverarbeitungsvermögen und eine so hohe Leitfähig keit (geringer Widerstand) aufweist, was bisher in der Vergangenheit noch nicht erforderlich war. Das ITO-Material kann diesen Erfordernissen nicht nachkommen.
Auf der anderen Seite ist ein größerer Displayschirm erforderlich. Es ist notwendig, als transparente Elektrode einen transparenten leitenden Film mit hoher Leitfähigkeit zu verwenden, so dass er einen Folienwiderstand von 5 Ω/Quadrat zeigt, damit eine transparente Elektrode mit einem feinen Muster, wie oben erwähnt, gebildet werden kann und eine ausreichende Antriebsspannung an den Flüssigkristall angelegt werden kann. Außerdem ist ein Folienwiderstand so niedrig wie 3 Ω/Quadrat oder weniger erforderlich, wenn ein Multiabstufungsdisplay von 16 oder mehr Abstufungen in einer Flüssigkristalldisplayvorrichtung eines einfachen Matrixantriebssystems unter Verwendung von beispielsweise Flüssigkristallmaterialien vom STN-Modus bewirkt werden soll. Das ITO-Material kann diesen Erfordernissen auch nicht nachkommen.
Mittlerweile ist Silber unter den Metallen dasjenige mit der höchsten Leitfähigkeit und es sichert eine ausreichende Transparenz und eine ausreichende Leitfähigkeit, auch wenn es zu einem Dünnfilm gebildet wird. Beispielsweise zeigt das Silber bei einer Dicke von 5 bis 30 nm eine Transparenz, die ausreichend ist, um sichtbares Licht durchzulassen, und einen Folienwiderstand von etwa 2 bis 5 Ω/Quadrat. Demzufolge ist das Silber ein vielversprechendes Material für ein leitendes Material, das den oben erwähnten Erfordernissen hinsichtlich eines geringen Widerstands gerecht wird.
Allerdings wird das Silber in etwa einer Woche beschädigt, wenn man es bei Raumtemperatur an der Luft stehen lässt. Ins besondere reagiert das Silber mit den in der Luft vorhandenen Schwefelverbindungen und Wasser und bildet das Sulfid und das Oxid auf seiner Oberfläche und wird dadurch zerstört. Aus diesen Gründen wird Silber nicht üblicherweise als lichtreflektierende Elektrode in einer Flüssigkristalldisplayvorrichtung vom Reflexionstyp oder als lichtreflektierendes Substrat verwendet, obwohl das Silber eine Reflexion haben kann, die höher als bei Aluminium ist und eine hohe Kontrastdarstellung auf dem Bildschirm herstellen kann.
Ein transparenter leitender Film einer Dreischichtenstruktur, wobei eine ITO-Dünnschicht oder eine Indiumoxid(IO)Dünnschicht auf jeder Oberfläche einer Silberdünnschicht gebildet ist, ist in den veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldungen (Kokai) Nrn. 63-173395, 1-12663 und 2-37326 und auf dem 7. ICVM, gehalten in Japan, 1982, vorgeschlagen worden. Dieser transparente leitende Dreischichtenfilm weist einen geringen Folienwiderstand von etwa 5 Ω/Quadrat auf und zeigte somit Aussichten für die Anwendung als transparente Elektrode.
Selbst bei diesem leitenden Film der Dreischichtenstruktur reagiert allerdings die Silberdünnschicht mit dem Wasser, das an den Grenzflächen zwischen den Schichten eindringt und bildet Oxide auf seiner Oberfläche, was fleckenartige Defekte erzeugt, die zu Displaystörungen auf dem Bildschirm führen, wenn der Film beispielsweise als transparente Elektrode in einer Flüssigkristallvorrichtung angewendet wird.
Die DE 4239355A beschreibt kein "Misch"oxidmaterial, wie im charakterisierenden Teil von Anspruch 1 festgestellt ist. Statt dessen wird Indiumoxid ohne tatsächlich ein Mischoxidma terial zu verwenden mit mindestens einem sekundären Metalloxid, dessen Metallelement im wesentlichen keine Feststofflöslichkeit aufweist, verwendet.
Die US-A-4 734 174 beschreibt ebenfalls kein "Misch"oxidmaterial wie im charakterisierenden Teil von Patentanspruch 1 festgestellt ist. Es wird TiO₂ ohne Indiumoxid verwendet, und es gibt keinen Hinweis, dass TiO₂ im wesentlichen keine Feststofflöslichkeit aufweist.
Demzufolge ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen leitenden Film zur Verfügung zu stellen, der eine gute elektrische Leitfähigkeit zeigt, auch wenn er zu einem Dünnfilm gebildet ist und der eine hohe Lagerstabilität aufweist, wobei eine zeitabhängige Schädigung unterdrückt ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein transparentes Elektrodensubstrat und eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung mit diesem leitenden Film zur Verfügung zu stellen.
Diese und andere Aufgaben, die aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich werden, sind mit der vorliegenden Erfindung durch einen leitenden Vielschichtenfilm gelöst worden, der eine Schicht auf Silberbasis, die auf einem Metallmaterial auf Silberbasis gebildet ist und eine erste und zweite Oberfläche aufweist; eine erste transparente Oxidschicht, die auf der ersten Oberfläche der Schicht auf Silberbasis vorgesehen ist und eine zweite transparente Oxidschicht, die auf der zweiten Oberfläche der Schicht auf Silberbasis vorgesehen ist, aufweist, wobei die erste und die zweite transparente Oxidschicht voneinander unabhängig aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid, einem Primäroxid, mit mindestens einem sekundären Metalloxid, dessen Metallelement im Wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, gebildet sind.
Des weiteren wird erfindungsgemäß ein transparentes Elektrodensubstrat mit dem erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm, der auf einem transparenten Substrat ausgebildet transparent ist, zur Verfügung gestellt.
Des weiteren wird erfindungsgemäß eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung, die ein Elektrodensubstrat an der Observerseite, ein Elektrodensubstrat an der Rückseite, das gegenüber dem Elektrodensubstrat an der Observerseite angeordnet ist, und ein Flüssigkristallmaterial, das zwischen diesen Elektrodensubstraten eingeschlossen ist, aufweist, wobei mindestens eines der Elektrodensubstrate aus dem erfindungsgemäßen transparenten Elektrodensubstrat zusammengesetzt ist.
Es wird außerdem erfindungsgemäß eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung zur Verfügung gestellt, die ein Elektrodensubstrat an der Observerseite, das eine transparente Elektrode aufweist, ein Elektrodensubstrat an der Rückseite, das eine lichtreflektierende Elektrode aufweist und gegenüber dem Elektrodensubstrat an der Observerseite angeordnet ist, und ein Flüssigkristallmaterial, das zwischen diesen Elektrodensubstraten eingeschlossen ist, umfasst, wobei die lichtreflektierende Elektrode aus dem erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm, der lichtreflektierend ist, zusammengesetzt ist.
Diese Erfindung kann weiterhin besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen verstanden werden:
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilms, der auf einem Substrat gebildet ist;
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilms, der mit einem Schutzfilm geschützt ist;
3 zeigt eine transparente Flüssigkristalldisplayvorrichtung, auf die der erfindungsgemäße leitende Vielschichtenfilm aufgetragen werden kann;
4 zeigt eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung vom Reflexionstyp, auf die ein erfindungsgemäßer leitender Vielschichtenfilm angewendet werden kann;
5 und 6 sind Graphen, die die Beziehung der Dicke einer Schicht auf Silberbasis in einem erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm mit der Durchlässigkeit und der Reflexion des leitenden Vielschichtenfilms zeigt;
7 ist ein anderer Graph, der die Beziehung der Dicke einer Schicht auf Silberbasis in einem erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm mit der Durchlässigkeit und Reflexion des leitenden Vielschichtenfilms zeigt;
8 ist ein anderer Graph, der die Beziehung der Menge an Kupfer, die in die Schicht auf Silberbasis gegeben ist, mit der Durchlässigkeit des leitenden Vielschichtenfilms zeigt;
9 ist ein Graph, der die Beziehung der Menge an Kupfer, die in die Schicht auf Silberbasis gegeben wurde, mit dem Folienwiderstand des leitenden Vielschichtenfilms zeigt;
10 ist ein Graph, der die Beziehung des Brechungsindex der transparenten Oxidschicht mit der Durchlässigkeit und Reflexion des leitenden Vielschichtenfilms zeigt;
11 ist ein Graph, der die Durchlässigkeit des leitenden Vielschichtenfilms, der in einem Beispiel der Erfindung hergestellt wird, zeigt;
12 ist ein Graph, der die Durchlässigkeit des leitenden Vielschichtenfilms, der in einem anderen Beispiel der Erfindung hergestellt wird, zeigt, und
13 ist ein Graph, der die Beziehung der Menge oder Konzentration an Kupfer, die in die Schicht auf Silberbasis gegeben wurde, mit der Durchlässigkeit des leitenden Vielschichtenfilms zeigt.
Die vorliegenden Erfinder haben ausgiebige Studien durchgeführt, um einen leitenden Vielschichtenfilm zu entwickeln, der eine gute elektrische Leitfähigkeit auch bei der Bildung in einen Dünnfilm zeigt, und der eine hohe Lagerstabilität zeigt, ohne dass eine Zerstörung über einen langen Zeitraum erfolgt. Im Ergebnis haben sie gefunden, dass, wenn ein Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit Ceroxid, Titanoxid oder dergleichen als transparente Oxidschicht, die auf jeder Oberfläche einer Schicht auf Silberbasis gebildet wird, anstelle einer ITO- oder IO-Schicht verwendet wird, der erhaltene leitende Vielschichtenfilm eine sehr hohe Stabilität und Feuchtigkeitsbeständigkeit aufweist. Auf der Grundlage dieser Feststellungen haben die vorliegenden Erfinder schließlich gefunden, dass durch Anwendung eines Mischoxidmaterials aus Indiumoxid (ein Primäroxid) mit mindestens einem Sekundärmetalloxid, dessen Metallelement im wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, als transparente Oxidschicht auf einem Film auf Silberbasis, die Aufgaben der Erfindungen gelöst werden können.
Die vorliegende Erfindung wird im Einzelnen nachfolgend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 zeigt eine Querschnittsansicht, die einen erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm mit Dreischichtenstruktur erläutert.
Der gezeigte leitende Vielschichtenfilm 10 ist aus einer Dünnschicht auf Silberbasis 10, die aus einem Metallmaterial auf Silberbasis gebildet ist, einer ersten transparenten Oxidschicht 12, die auf einer ersten Oberfläche (Rückseitenoberfläche) der Dünnschicht auf Silberbasis 11 vorgesehen ist und einer zweiten transparenten Oxiddünnschicht 13, die auf einer zweiten Oberfläche (vordere Oberfläche) der Dünnschicht auf Silberbasis 11 vorgesehen ist, zusammengesetzt. Der leitende Vielschichtenfilm 10 ist auf einem SUB-Substrat angeordnet.
Sowohl die erste als auch die zweite transparente Oxidschicht sind aus einem Mischoxidmaterial aus einem Primärmetalloxid aus Indiumoxid mit einem Sekundärmetalloxid oder -oxiden, dessen Metallelemente im wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweisen, gebildet. Die ersten und zweiten transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 müssen nicht notwendigerweise aus dem identischen Mischoxidmaterial gebildet sein, es ist allerdings für die Herstellung praktisch, sie aus dem gleichen Mischoxidmaterial zu bilden.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet das Metallelement, das im wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, ein Metallelement, das eine Feststofflöslichkeit in Silber in einer Menge von nicht mehr als 10 Atom-% bei Raumtemperatur (25°C) ausbildet. Dieses Metallelement umfasst ein Übergangsmetall mit hohem Schmelzpunkt, wie Titan (Ti), Zirkonium (Zr), Tantal (Ta) oder Niob (Nb), ein Lanthanidenelement, wie Cer (Ce), ein Halbmetall, wie Wismuth (Bi), Germanium (Ge) oder Silizium (Si) und Chrom (Cr). Diese Metallelemente können allein oder in Kombination aus zwei oder mehreren davon eingesetzt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung nicht an irgendeine Theorie gebunden sein sollte, wird angenommen, dass, wenn Indiumoxid, das mit dem Sekundärmetalloxid, dessen Metallelement im Wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, versetzt ist, auf jede Oberfläche der Dünnschicht auf Silberbasis 11 aufgetragen wird, die Bildung einer Feststofflösung des Silbers in der Dünnschicht auf Silberbasis 11 mit dem Indium element verhindert werden kann und dass die Wanderung des Silbers in beide transparente Oxidschichten 12 und 13 verhindert werden kann, so dass die zeitabhängige Stabilität und die Feuchtigkeitsbeständigkeit des leitenden Vielschichtenfilms erhöht werden kann.
Die Menge des Sekundärmetalloxids in der transparenten Oxiddünnschicht 12 oder 13 ist bevorzugt derart, dass der metallische Teil davon, das heißt, das Metallelement, das im wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, 5 Atom-% oder mehr der gesamten Atommenge des Indiumanteils des Primärmetalloxids und des Metallelements des sekundären Metalloxids besetzt. Wenn die Menge des Metallelements mit dem wesentlichen keiner Feststofflöslichkeit in Silber weniger als 5 Atom% beträgt, wird die Wirkung der Zugabe des Sekundärmetalloxids unzureichend. Die Menge des Metallelements mit im wesentlichen keiner Feststofflöslichkeit in Silber beträgt, insbesondere 10 Atom-% oder mehr der Gesamtatommenge mit dem Indiumelement.
Andererseits ist die Menge des Sekundärmetalloxids bevorzugt derart, dass der metallische Teil davon, das heißt, das Metallelement, das im wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, 50 Atom-% oder weniger der gesamten Atommenge des Indiumelements des primären Metalloxidmaterials und des Metallelements des sekundären Metalloxids besetzt. Wenn die Menge des Metallelements mit im wesentlichen keiner Feststofflöslichkeit in Silber mehr als 50 Atom-% beträgt, wird die Haftung der erhaltenen Oxiddünnschicht wohl schwächer. Wenn außerdem das Metallelement des sekundären Metalloxids in dieser großen Menge vorhanden ist, wird es schwierig, dass für die Filmbildung verwendete Target zu verarbeiten, so dass es zu Brüchen kommen kann, und die Filmbildungsrate erniedrigt sich wohl somit, was später erklärt werden wird. Die Menge des Metallelements mit im wesentlichen keiner Feststofflöslichkeit in Silber beträgt insbesondere 40 Atom-% oder weniger, und am meisten bevorzugt 30 Atom-% oder weniger der gesamten Atommenge mit dem Indiumelement.
Jede der ersten und zweiten transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 weisen bevorzugt eine Dicke von 30 bis 100 nm auf. Wenn die Dicke 100 nm überschreitet, kann es dazu kommen, dass sich das reflektierte Licht an der Oberfläche der Oxiddünnschicht und das reflektierte Licht an der Oberfläche der Dünnschicht auf Silberbasis 11 miteinander stören, was eine Farbe erzeugt.
Die Dünnschicht auf Silberbasis 11 enthält bevorzugt ein anderes Element, dass die Silberwanderung verhindert, um zu verhindern, dass das Silber wandert, obwohl sie auch aus Silber allein gebildet sein kann. Beispiele für dieses andere Element umfassen Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Cadmium (Cd), Gold (Au), Zink (Zn), Magnesium (Mg), Zinn (Sn), Indium (In) , Titan (Ti) , Zirkonium (Zr) , Cer (Ce), Silicium (Si), Blei (Pb) und Palladium (Pd). Von diesen Elementen haben Aluminium, Kupfer, Nickel, Cadmium, Gold, Zink und Magnesium ebenfalls die Wirkung, die Leitfähigkeit zu erhöhen, während Zinn, Indium, Titan, Zirkonium, Cer und Silicium ebenfalls die Wirkung haben, die Haftung mit den Oxiddünnschichten 12 und 13 zu erhöhen. Gold ist am meisten bevorzugt, weil es zur Stabilisierung der Dünnschicht auf Silberbasis 11 beiträgt.
Dieses andere Element ist in der Dünnschicht auf Silberbasis 11 bevorzugt in einer Menge von 0,1 bis 3 Atom-% enthalten. Wenn die Menge geringer als 0,1% ist, wird die Wirkung, dass die Silberwanderung verhindert wird, unzureichend, wenn aller dings die Menge 3 Atom-% überschreitet, erniedrigt sich die elektrische Leitfähigkeit der Dünnschicht auf Silberbasis 11. Insbesondere neigt Gold dazu, einen Ätzrückstand zu hinterlassen, wenn die Menge 3 Atom-% überschreitet. Gold ist insbesondere in einer Menge von 2,5 Atom-% oder weniger enthalten.
Die Dünnschicht auf Silberbasis weist bevorzugt eine Dicke von 2 nm oder mehr auf, um eine zufriedenstellende Leitfähigkeit sicherzustellen. Außerdem variiert ebenfalls die geeignete Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 11 in Abhängigkeit dessen, ob der leitende Vielschichtenfilm 10 als transparente Elektrode oder als lichtreflektierende Elektrode verwendet wird.
Die 5 und 6 zeigen die Änderungen der Reflexion R und der Durchlässigkeit T eines leitenden Vielschichtenfilms, wenn die Dicke einer Dünnschicht auf Silberbasis 11 in dem leitenden Vielschichtenfilm, der auf einem Glassubstrat (Brechungsindex n 1,5) als SUB-Substrat geändert wird. Der leitende Film war aus der Dünnschicht aus Silberbasis 11 und den transparenten Oxidschichten 12 und 13, die die Dünnschicht auf Silberbasis 11 einschließen und jeweils einen Brechungsindex n von 2,3 und eine Dicke von 40 nm aufweisen, zusammengesetzt. 5 zeigt die Ergebnisse, wenn die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 11 10 nm (Kurve a), 15 nm (Kurve b), 20 nm (Kurve c) oder 50 nm (Kurve d) beträgt, während 6 die Ergebnisse zeigt, wenn die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 11 50 nm (Kurve d), 75 nm (Kurve e), 100 nm (Kurve f) oder 200 nm (Kurve g) beträgt. In den 5 und 6 bedeutet das Symbol T in den Klammern neben der Kurvenbedeutung die Durchlässigkeit, während das Symbol R in den Klammern neben den Kurvenbedeutungen die Reflexion darstellt.
Wie aus 5 zu ersehen ist, verhält sich der leitende Vielschichtenfilm, wenn die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 11 20 nm oder weniger beträgt, hauptsächlich im Lichtübertragungsmodus, was einer Durchlässigkeit von etwa 80% oder mehr entspricht. Wie weiterhin aus 6 zu ersehen ist, verhält sich der leitende Vielschichtenfilm, wenn die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 11 50 nm oder mehr beträgt, hauptsächlich im Lichtreflexionsmodus, was einer Reflexion von etwa 80 oder mehr entspricht. Wenn insbesondere die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 11 75 nm oder mehr beträgt, ist die Reflexion des leitenden Vielschichtenfilms gesättigt, was einer Durchlässigkeit von etwa 0% entspricht, und die Reflexion ist vollständig bei einer Dicke von 200 nm gesättigt.
In 1 kann der erfindungsgemäße leitenden Vielschichtenfilm 10 auf einem geeigneten SUB-Substrat unter Verwendung einer geeigneten Abscheidungstechnik, wie Dampfabscheidung, Sputtern, Ionenplattierung oder ähnliche Techniken, hergestellt werden.
Insbesondere werden die transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 bevorzugt durch die Sputtertechnik, insbesondere durch eine Direktstromsputtertechnik, wie das DC-Sputtern oder RF-DC-Sputtern, insbesondere dann, wenn die Dünnschicht auf Silberbasis 11 bereits existiert, wenn die transparente Oxiddünnschicht gebildet werden soll, gebildet. Die Hochfrequenzsputtertechnik erhitzt in unerwünschter Weise das SUB-Substrat, was die Wanderung des Silbers, das in der Dünnschicht auf Silberbasis 11 enthalten ist, verursacht, was wiederum verursacht, dass die Dünnschicht auf Silberbasis 11 in die sphärische Form (Silberagglomeration) deformiert wird. Es wird ebenfalls ein Sauerstoffplasma erzeugt, was ebenfalls zu einer Silberwanderung begleitet durch die Agglomeration der Dünnschicht auf Silberbasis 11 führt.
Insbesondere in dem Fall, wenn die Dünnschicht auf Silberbasis 11 vorhanden ist, wird die Temperatur des SUB-Substrats bevorzugt auf eine Temperatur so niedrig wie möglich, insbesondere auf 180° oder weniger und ganz besonders bevorzugt bei 120°C oder weniger eingestellt, um zu verhindern, dass das Silber in der Dünnschicht auf Silberbasis wandert. Die Temperatur kann auch Raumtemperatur sein.
Die verwendete Sputtervorrichtung ist vorzugsweise in ihrem Innenbereich frei von Feuchtigkeit, um zu verhindern, dass das Silber, das in der Dünnschicht auf Silberbasis 11 enthalten ist, wandert.
Vor der Herstellung des leitenden Vielschichtenfilms 10 auf dem SUB-Substrat, wird das SUB-Substrat gereinigt. Diese Reinigung kann durch Ionenbeschuss, Umkehrsputtern, Aschen, UV-Reinigung, Glimmentladung oder ähnliche Techniken durchgeführt werden, was von dem Material abhängt, das das SUB-Substrat bildet.
Das Target, das zur Abscheidung der transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 durch Sputtertechniken oder dergleichen verwendet wird, kann hergestellt werden, indem ein Pulver aus dem Primärmetalloxid, das heißt, Indiumoxid, mit einem Pulver aus dem Sekundärmetalloxid, das heißt, das Oxid des Metallelements im Wesentlichen keiner Feststofflöslichkeit in Silber vermischt werden und dazu ein Bindemittel, wie Paraffin, ein Dispersionsmittel und ein Lösungsmittel (in der Regel Wasser), je nach Bedarf, hinzugegeben werden. Die erhaltenen Mischoxid pulver werden vermischt und in einem Pulver- und Mischgerät vermischt und pulverisiert, vorzugsweise bis die Mischoxidpulver eine Teilchengröße von 2 μm oder weniger, in der Regel für 10 bis 20 Stunden aufweisen. Die erhaltene feine Pulvermischung wird gestaltet oder geformt, bevorzugt unter einem Druck von 50–200 kg/cm², die dann in einer Sauerstoffatmosphäre gebacken wird. Durch das Backen werden unerwünschte Bestandteile, wie das Bindemittel und das Dispersionsmittel entfernt, und man kann ein dichtes Sinterprodukt erhalten. Die Backtemperatur beträgt vorzugsweise 1.000°C oder mehr, damit man ein dichteres Sinterprodukt erhält. Die Backtemperatur beträgt insbesondere 1.200 bis 1.800°C. Wenn die Backtemperatur 1.800°C überschreitet, schmilzt das Sekundäroxid, so dass es dazu kommen kann, dass eine unerwünschte Reaktion mit der Dünnschicht auf Silberbasis 11 verursacht wird, was die Leitfähigkeit des leitenden Vielschichtenfilms und das Durchlassvermögen der transparenten Oxiddünnschicht herabsetzt.
Das auf diese Weise erhaltene Mischoxidtarget kann mit einem Mahlgerät gemahlen werden oder mit einem Diamantschneider, falls seine Form nicht geeignet ist, geschnitten werden.
Die Zusammensetzung des Mischoxidtargets wird auf die gleiche Zusammensetzung der gewünschten, zu bildenden transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 eingestellt. Mit anderen Worten, man kann die transparente Oxiddünnschicht mit der gleichen Zusammensetzung wie beim Target erhalten. Eine kleine Menge eines Oxids aus einem Element, wie Zinn, Magnesium, Zink, Gallium, Aluminium, Silicium, Germanium, Antimon, Wismuth oder Titan kann in das Target gegeben werden, um die Leitfähigkeit, Dichte und Festigkeit des Targets einzustellen. Diese Additive können in die gebildeten transparenten Oxiddünnschichten 12, 13 eingeführt werden, und sie werden daher in lediglich einer kleinen Menge hinzugegeben, um die transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 nicht nachteilig zu beeinflussen.
Die Dünnschicht auf Silberbasis 11 wird bevorzugt durch eine Direktsputtertechnik hergestellt, weil das direkte Sputtern eine hohe Filmbildungsrate sichert und sie kann in der gleichen Vorrichtung wie bei der Bildung der transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 durchgeführt werden, was eine kontinuierliche Filmbildung ermöglicht.
Das Target für die Abscheidung der Dünnschicht auf Silberbasis durch die Sputtertechnik ist ein Target, das aus Silber allein oder ein Target, das Silber und das andere Element, das die Wanderung des Silbers, wie zuvor erklärt, verhindert, enthält, gebildet ist. Das Target, das das Silber und das andere Element enthält, liegt bevorzugt in Form einer Silberlegierung mit dem anderen Element vor, obwohl das andere Element in Form von Chips, die in dem Silber eingebettet sind, vorliegen kann. Wieder ist die Zusammensetzung des Targets auf Silberbasis die gleiche wie diejenige der gewünschten, zu bildenden Dünnschicht auf Silberbasis 11.
Unter den oben erwähnten Bedingungen werden die transparente Oxiddünnschicht 12, die Dünnschicht auf Silberbasis 11 und die transparente Oxiddünnschicht 13 nacheinander auf dem SUB-Substrat ausgebildet. Der erhaltene Vielschichtenfilm wird bevorzugt einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 200°C oder weniger unterworfen. Die Glühbehandlung erhöht die Leitfähigkeit des Vielschichtenfilms.
Die transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 und die Dünnschicht auf Silberbasis können bevorzugt durch eine Ätzbehandlung mit einem Ätzmittel auf der Basis der Salpetersäure gemustert werden. Beispielsweise wird nach der Bildung des erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm 10 auf dem USB-Substrat ein üblicher Resist auf die oberste transparente Dünnschicht 13 aufgetragen, und der Resistfilm wird in ein geeignetes Muster, beispielsweise ein Elektrodenmuster, gemustert. Der leitende Vielschichtenfilm kann in das gewünschte Muster mit den drei Dünnschichten, die in der Position mit einander ausgerichtet sind, durch Ätzen der Bereiche, die aus dem Resistmuster freiliegen, mit einem Ätzmittel auf der Basis einer Salpetersäure gemustert werden.
Als Ätzmittel auf Salpetersäurebasis kann ein Säuregemisch aus Salpetersäure versetzt mit einer anderen Säure, wie Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure oder Essigsäure, verwendet werden, obwohl auch Salpetersäure allein verwendet werden kann. Das Ätzmittel ist bevorzugt ein Säuregemisch aus Schwefelsäure mit Salpetersäure. Die Schwefelsäure ätzt vorzugsweise die transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13, während die Salpetersäure bevorzugt die Dünnschicht auf Silberbasis 11 ätzt. Bei dem Säuregemisch aus Schwefelsäure mit Salpetersäure ist es bevorzugt, dass die Konzentration der Schwefelsäure höher als die der Salpetersäure ist. Somit werden die Ätzmengen für die drei Dünnschichten gleich, was sicherstellt, dass die Muster der drei Dünnschichten miteinander ausgerichtet sind, obwohl die Ätzrate der transparenten Oxiddünnschichten unterschiedlich von der der Dünnschicht auf Silberbasis ist. Es wird ein Säuregemisch aus Schwefelsäure und Salpetersäure in einem Gewichtsverhältnis von 100 : 0,05 bis 100 : 5 bevorzugt verwendet. Zu dem Ätzmittel kann nach Bedarf ein Sulfatsalz, wie Ammoniumsulfat, Ammoniumperoxysulfat oder Kaliumsulfat, ein Nitratsalz, wie Ammoniumnitrat oder Ammoniumcernitrat, ein Chlorid, wie Natriumchlorid oder Caliumchlorid, ein Oxidationsmittel, wie Chromoxid, Ceroxid oder Wasserstoffperoxid und die anderen Additive, wie Essigsäure, Selensäure, ein Alkohol oder ein oberflächenaktives Mittel hinzugegeben werden. Das Ätzen kann bei einer Temperatur von 30°C bis 40 bis 60 Sekunden durchgeführt werden. Mit dieser Ätzbehandlung kann ein Elektrodenmuster mit einem feinen breiten Bereich einer minimalen Breite von 20 bis 50 μm mit einer Seiten geätzten Breite von 0 bis 4 μm gebildet werden, ohne dass eine Unordnung im Muster erzeugt wird.
In dem Fall, wenn der leitende Vielschichtenfilm auf diese Weise geätzt wird, ist es bevorzugt, dass eine feuchtigkeitsbeständige transparente Dünnschicht gebildet wird, um die Ätzseiten vor Zerstörung aufgrund der Feuchtigkeit zu schützen. 2 zeigt den erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm in einer mit einer elektrisch isolierenden, feuchtigskeitsbeständigen, transparenten Dünnschicht 21 geschützten Form. In 2 ist jeder leitende Vielschichtenfilm 10 auf dem SUB-Substrat zu einem Streifen ausgebildet, der sich in die Normalrichtung zur Ebene der Ziehfolie erstreckt, und der leitende Film, einschließlich seine geätzten Seiten, werden insgesamt mit der feuchtigkeitsbeständigen, transparenten Dünnschicht 21 bedeckt.
Die Schutzschicht 21 ist bevorzugt aus einem Oxid eines Metalls, wie Silicium, Titan, Zirkonium oder Tantal wegen dessen hoher Feuchtigkeitsbeständigkeit gebildet. Siliciumoxid ist am meisten bevorzugt.
Die Schutzschicht 21 weist bevorzugt eine Dicke von 20 nm mehr insgesamt mit der Dicke der transparenten Oxiddünnschicht 13 auf. Außerdem weist die Schutzschicht 21 eine Dicke von 100 nm oder weniger insgesamt mit der Dicke der transparenten Oxiddünnschicht 13 auf. Wenn die Gesamtdicke der Schutzschicht 21 und der transparenten Oxidschicht 13 100 nm überschreitet, beeinflussen sich das reflektierte Licht an der Oberfläche der Schutzschicht 21 und das reflektierte Licht an der Oberfläche der Dünnschicht auf Silberbasis 11 untereinander, was eine Farbe erzeugt. Die Schutzschicht 21 wird in der Regel auf eine Dicke von 20 bis 70 nm gebildet. Die Schutzschicht 21 kann nach der gleichen Filmbildungstechnik wie für die Herstellung der transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 gebildet werden. Wenn die Schutzschicht 21 gebildet wird, wird die oben erwähnte Wärmebehandlung für die Verbesserung der Leitfähigkeit durchgeführt, nachdem die Schutzschicht 21 gebildet worden ist.
Der erfindungsgemäße leitende Vielschichtenfilm kann als transparente Elektrode und/oder lichtreflektierende Elektrode für verschiedene Flüssigkristalldisplayvorrichtungen verwendet werden. Während 1 ebenfalls eine Basisstruktur eines transparenten Elektrodensubstrats zeigt, wenn der leitende Vielschichtenfilm 10 wie oben beschrieben mit Blick auf die 3 und 4 transparent ist, zeigt sie ebenfalls ein lichtreflektierendes Elektrodensubstrat, wenn der leitende Vielschichtenfilm lichtreflektiv, wie unten mit Blick auf 4 beschrieben, ist.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für Flüssigkristalldisplayvorrichtungen vom transparenten Typ zeigt. Die in 3 gezeigte Flüssigkristalldisplay vorrichtung vom transparenten Typ weist ein Paar aus den transparenten Substraten 31 und 41 auf, die gegenüber angeordnet sind und voneinander in einer vorbestimmten Distanz, die durch einen Spacer SP definiert ist, voneinander entfernt sind. Das transparente Substrat 31 befindet sich an der Observerseite, während das transparente Substrat 41 sich an der Rückseite befindet.
Auf der Oberfläche des Substrats der Observerseite 31, die dem Substrat 41 gegenüberliegt, ist eine Farbfilterschicht 32 aus einer Gruppe von Farbfiltern CF₁–CF_n (manchmal nachfolgend insgesamt als Farbfilter CF bezeichnet), wobei die Farbe des durchgehenden Lichts rot, grün oder blau ist, gebildet, auf der eine Schutzschicht 33 ausgebildet ist. In der Regel ist an den Stellen (Interpixelstellen) zwischen den Pixeln ein Lichtschutzfilm (nicht gezeigt) ausgebildet, um zu verhindern, dass das Licht durch die Interpixelstellen durchgeht. Auf der Schutzschicht 33 sind eine Vielzahl von streifenförmigen transparenten Elektroden 34 (in der Figur kann man nur eine sehen) ausgebildet, die voneinander in einem vorbestimmten Abstand entfernt sind. Auf den Elektroden 34 ist ein Orientierungsfilm 35 ausgebildet. Ein IC-Chip CH für den Antrieb der Vorrichtung ist auf dem Bereich der Elektroden 34 ausgebildet, der sich von der Flüssigkristallzelle auf dem transparenten Substrat 31 erstreckt.
Auf der anderen Seite des transparenten Substrats 31 ist ein Polarisationsfilm 36 gebildet.
Auf der Oberfläche des Rückseitensubstrats 31, das dem Substrat 31 gegenüberliegt, sind eine Vielzahl von streifenförmigen transparenten Elektroden 42₁ –42_n (manchmal nachfolgend ins gesamt als transparente Elektroden 42 bezeichnet) ausgebildet, die voneinander in einer vorbestimmten Distanz entfernt sind und sich in Normalrichtung zur Richtung erstrecken, in der sich die transparenten Elektroden 34 erstrecken. Auf den transparenten Elektroden 42 ist ein Orientierungsfilm 43 ausgebildet.
Auf der anderen Oberfläche des transparenten Substrats 41 ist ein Polymerisationsfilm 44 ausgebildet.
Die transparenten Substrate 31 und 41 sind aus Lichtübertragungsmaterialien gebildet. Beispiele für diese Materialien umfassen ein Glassubstrat, ein Kunststoffsubstrat und eine Kunststofffolie (einschließlich eines Polymerisationsfilms, eines Phasendifferenzialfilms und einer Linsenfolie und ebenfalls einschließlich solche, die eine Gassperrschicht oder eine harte Überzugsschicht aus einem harten synthetischen Harz aufweisen).
In dem Raum zwischen den Substraten 31 und 41 wird ein Flüssigkristallmaterial LC versiegelt. Jedes Flüssigkristallmaterial kann in Abhängigkeit des Operationsmodus verwendet werden, wozu nematische Flüssigkristalle, ferroelektrische Flüssigkristalle, halbferromagnetische Flüssigkristalle, cholerische Flüssigkristalle, smektische Flüssigkritalle und homeotropische Flüssigkristalle, die jeweils in einer Polymermatrix dispergiert sein können, zählen. Der Operationsmodus kann verdrillt nematisch (TN), super-verdrillt nematisch (STN), elektrisch gesteuert doppelbrechend (ECB), doppelbrechend-verdrillt-nematisch (BTN), optisch kompensiert gekrümmt (OCB) oder Gast/Wirt-Modus sein. Das Flüssigkristallmaterial LC weist bevorzugt einen Brechungsindex (z. B. 1,5 bis 1,6) nahe dem Brechungsindex (in der Regel etwa 1,5) des transparenten Substrats zum Zeitpunkt der Lichtübertragung (zum Zeitpunkt des Ausscheidens der Spannung beim TN- oder STN-Modus des normalen Weißtyps) auf. Wenn das Flüssigkristallmaterial diesen Brechungsindex aufweist, kann das auf das Flüssigkristallmaterial auftreffende Licht ohne Brechung oder Reflexion durchgehen.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für Flüssigkristalldisplayvorrichtungen vom Reflexionstyp zeigt. Die in 4 gezeigte Flüssigkristalldisplayvorrichtung vom Reflexionstyp 50 weist ein Paar Elektroden 51 und 61, die gegenüber angeordnet sind und in einem vorbestimmten Abstand, der durch einen Spacer SB definiert ist, voneinander angeordnet sind, auf. Das Substrat 51 befindet sich an der Observerseite und ist transparent, während sich das Substrat 61 an der Rückseite befindet und entweder transparent oder nichttransparent sein kann.
Auf der Oberfläche des Substrats der Observerseite 51, das dem Substrat 61 gegenüberliegt, sind eine Vielzahl von streifenförmigen transparenten Elektroden 53₁ –53_n (manchmal nachfolgend insgesamt als transparente Elektroden 53 bezeichnet) in einem vorbestimmten Abstand und durch einen Lichtstreufilm 52 voneinander weg angeordnet. Auf den transparenten Elektroden 53 ist ein Orientierungsfilm 54 ausgebildet.
Auf der anderen Oberfläche des transparenten Substrats 41 ist ein Polarisationsfilm 55 ausgebildet, auf dem ein Lichtstreufilm 56 ausgebildet ist.
Das transparente Substrat 51 kann aus dem gleichen Material wie die transparenten Substrate 31 und 41 in der in 3 gezeigten Flüssigkristalldisplayvorrichtung gebildet sein.
Auf der Oberfläche des Rückseitensubstrats 61, das dem Substrat 51 gegenüberliegt, sind eine Vielzahl von streifenförmigen lichtreflektierenden Elektroden 62 (man kann nur eine in der Figur sehen) in einem vorbestimmten Abstand voneinander weg ausgebildet und erstrecken sich in Normalrichtung in die Richtung, in der sich die transparenten Elektroden 53 bewegen. Auf den Elektroden 62 ist ein Orientierungsfilm 63 ausgebildet. Ein IC-Chip CH zum Betreiben der Vorrichtung ist auf dem Bereich der lichtreflektierenden Elektrode 62 ausgebildet, der sich von der Flüssigkristallzelle auf dem transparenten Substrat 61 erstreckt.
Das Rückseitensubstrat 61 kann aus dem gleichen Material wie die transparenten Substrate 31 und 41 hergestellt sein, wenn es transparent ist, allerdings macht man das Substrat 61 bevorzugt nicht transparent, indem man darauf Unregelmäßigkeiten ausbildet oder indem man darauf eine Lichtstreuschicht bildet. Die Lichtstreuschicht kann aus einem Material gebildet sein, in dem ein transparentes Pulver in einem synthetischen Harz dispergiert ist, wobei das Pulver einen Brechungsindex aufweist, der unterschiedlich von dem Brechungsindex des Harzes (in der Regel 1,3 bis 1,7) ist. Das transparente Pulver weist eine Teilchengröße auf, die größer als die Wellenlänge des Lichts ist. Beispiele für das transparente Pulver umfassen ein teilchenförmiges Harzpulver (z. B. Mikrokapseln aus einem Fluorharz) und ein anorganisches Pulver, wie Titanoxid, Zirkoniumoxid, Bleioxid, Aluminiumoxid, Siliciumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Thoriumoxid, Ceroxid, Calciumfluorid oder Magnesium fluorid. Ceroxid, Calciumfluorid und Magnesiumfluorid sind insbesondere bevorzugt.
In dem freien Raum zwischen den Substraten 51 und 61 ist ein Flüssigkristallmaterial LC, das ähnlich dem oben beschriebenen für die in 3 gezeigte Flüssigkristalldisplayvorrichtung 30 ist, dicht eingeschlossen. Der Operationsmodus kann TN, STN, BTN, OCB oder Gast-Wirt-Modus sein. So weist auch das Flüssigkristallmaterial LC bevorzugt einen Brechungsindex (z. B. 1,5 bis 1,6) auf, der nahe am Brechungsindex (in der Regel etwa 1,5) des transparenten Substrats zum Zeitpunkt des Lichtdurchlasses (zum Zeitpunkt des Abschaltens der Spannung beim TN- oder STN-Modus des normalen weißen Typs) ist. Wenn das Flüssigkristallmaterial diesen Brechungsindex aufweist, kann das auf das Flüssigkristallmaterial fallende Licht dadurch übertragen werden, ohne dass es gebeugt oder reflektiert wird.
Der erfindungsgemäße leitfähige Vielschichtenfilm 10, der entweder geschützt oder nicht durch die Schutzschicht 21 geschützt sein kann, kann als transparente Elektrode 34, 42 und/oder 53 in den in den 3 und 4 gezeigten Displayvorrichtungen verwendet werden. Da in diesem Fall der leitende Vielschichtenfilm 10 transparent sein muss, weist die Dünnschicht auf Silberbasis 11 bevorzugt eine Dicke von 20 nm oder weniger, wie oben erklärt, auf.
Da die Farbfilter CF und das transparente Substrat 31, 41 oder 51 einen Brechungsindex von etwa 1,5 bis 1,6 aufweisen, weist die Dünnschicht auf Silberbasis 11 insbesondere eine Dicke von 17 nm oder weniger, am meisten bevorzugt eine Dicke von 4 bis 17 nm auf, um den Brechungsindex des leitenden Vielschichten films 10 möglichst nah anzugleichen, wodurch die Reflexion erniedrigt wird und die Transmission erhöht wird.
7 zeigt die Ergebnisse der Simulation der Durchlässigkeit (T) und der Reflexion (R) eines leitenden Vielschichtenfilms mit einer Struktur, die ähnlich zu dem in 5 erklärten leitenden Vielschichtenfilm ist, allerdings betrugen dabei der Brechungsindex der transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 2,3, die Dicke der ersten transparenten Oxiddünnschicht 12 37 nm, die Dicke der zweiten transparenten Oxiddünnschicht 13 37 nm, die Dicke eines darauf ausgebildeten Orientierungsfilms 40 nm und der Brechungsindex des Flüssigkristalls 1,5 und außerdem war die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 11 verändert. In 5 betrifft die Kurve a den Fall, wo die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 11 9 nm betrug, die Kurve b betrifft den Fall, wo die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 11 nm betrug, die Kurve c betrifft den Fall, wo die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 11 13 nm betrug, die Kurve d betrifft den Fall, wo die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 15 nm betrug und die Kurve e betrifft den Fall, wo die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 17 nm betrug. In 7 bedeutet das Symbol (T) neben der Kurvenbedeutung die Durchlässigkeit, während das Symbol (R) neben der Kurvenbedeutung die Reflexion bedeutet. Wie aus 7 zu sehen ist, ist, wenn die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 17 nm oder weniger beträgt, die Durchlässigkeit 90% oder mehr, und die Reflexion ist entsprechend niedriger, während wenn die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis mehr als 17 nm beträgt, ist die Durchlässigkeit geringer als 90% bei einer Wellenlänge von 550 nm. Es ist allerdings nicht bevorzugt, dass die Dicke der Dünnschicht auf Silberbasis 11 weniger als 4 nm beträgt, weil in diesem Fall die Schicht auf Silberbasis dazu neigt, nicht kon tinuierlich zu werden, sie wird dann bei ihrer Bildung inselähnlich.
Es ist außerdem bevorzugt, dass die Dünnschicht auf Silberbasis 11 aus einer Silberlegierung mit 0,1 bis 3 Atom-% Kupfer- und/oder Gold gebildet ist. Durch die Zugabe von Kupfer und/oder Gold in dieser Menge erhöht sich die Durchlässigkeit bei kürzeren Wellenlängen.
8 zeigt die Ergebnisse, die man erhält, wenn eine Silberdünnschicht versetzt mit 0,1 Atom-% Kupfer (AgCu₀ _,1), eine Silberdünnschicht versetzt mit 3 Atom-% Kupfer (AgCu₃) oder eine Silberdünnschicht (Ag) gebildet wird, und die Durchlässigkeit T der Dünnschichten auf Silberbasis wurde gemessen. Jede Dünnschicht auf Silberbasis wies eine Dicke von 40 nm auf. Wie aus 8 ersehen werden kann, erhöht die Zugabe von 0,1 bis 3 Atom-% Kupfer in das Silber erheblich die Durchlässigkeit bei der kürzeren Wellenlänge im Vergleich zu Silber allein.
9 zeigt den Folienwiderstand einer Dünnschicht auf Silberbasis, worin eine sich ändernde Menge (Atom-%) Kupfer in das Silber gegeben wurde. Wie in 9 gezeigt ist, erhöht sich dieser mit der Erhöhung der Menge oder Konzentration an Kupfer. Wenn allerdings die Konzentration von Kupfer 3 Atom-% betrug, zeigte die Silber/Kupfer-Legierung einen Folienwiderstand von etwa 5 Ω/Quadrat (), wenn die Dicke 10 nm betrug, und der Folienwiderstand betrug etwa 3 Ω/Quadrat, wenn die Dicke 15 nm war, was anzeigt, dass, wenn Kupfer in dieser Menge zugegeben wird, die elektrische Leitfähigkeit unzureichend ist.
Ähnliche Ergebnisse wie die in den 8 und 9 gezeigten wurden erhalten, wenn Gold anstelle von Kupfer verwendet wurde.
Des weiteren ist es bevorzugt, dass die transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 einen Brechungsindex von 2,1 oder mehr aufweisen, um die Durchlässigkeit bei der längeren Welle zu erhöhen. Um diesen hohen Brechungsindex zu erreichen, ist es bevorzugt, dass ein Oxid von Cer, Titan, Zirkonium, Hafnium und/oder Tantal als Sekundärmetalloxid, das die transparenten Oxiddünnschichten bildet, verwendet wird. Die Oxide von Cer und Titan sind insbesondere als solche Sekundärmetalloxide bevorzugt. Beispielsweise sind die Beugungsindices von transparenten Oxiddünnschichten, die 20, 30 und 40 Atom-% Cer enthalten, 2, 17, 2,24 bzw. 2,30. Wenn die Metallatome in dem sekundären Metalloxid in einer Menge von 10 Atom-% enthalten sind, werden die transparenten Oxiddünnschichten amorph oder amorphartig. Somit kann die Oxiddünnschicht mit guter Präzision geätzt werden, und die Polarisationsebene kann beibehalten werden, weil die Dünnschicht optisch isotroph wird.
10 zeigt die berechneten Beziehungen des Brechungsindex der transparenten Oxiddünnschicht in dem erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm mit der Durchlässigkeit und der Reflexion, wo angenommen wurde, dass der leitende Vielschichtenfilm mit dem Flüssigkristallmaterial (soll einen Brechungsindex von 1,5 aufweisen) durch den Polyimidorientierungsfilm mit einer Dicke von 40 nm in Kontakt gerät. In diesem Fall war die Dicke der transparenten Oxiddünnschicht optimiert. Die Kurve a betrifft einen Brechungsindex von 2,0, die Kurve b betrifft einen Brechungsindex von 2,1, die Kurve c betrifft einen Brechungsindex von 2,2, die Kurve d betrifft einen Brechungsindex von 2,3 und die Kurve e betrifft einen Brechungs index von 2,4. In 10 bedeutet das Symbol (T) neben der Kurvenbedeutung die Durchlässigkeit, während das Symbol (R) neben der Kurvenbedeutung die Reflexion bedeutet. Wie aus 10 zu ersehen ist, ist, wenn der Brechungsindex der transparenten Oxiddünnschicht 2,1 oder mehr beträgt, die Durchlässigkeit des leitenden Vielschichtenfilms erhöht, und die Reflexion ist dementsprechend verringert.
Wenn der leitende Vielschichtenfilm 10 als Lichtreflexionselektrode in der in 4 gezeigten Flüssigkristalldisplayvorrichtung vom Reflexionstyp verwendet wird, ist es bevorzugt, dass der leitenden Vielschichtenfilm 10 eine Dünnschicht auf Silberbasis 11 mit einer Dicke von 50 nm oder mehr, wie oben erklärt, aufweist. Außerdem ist es bevorzugt, dass die Dünnschicht auf Silberbasis 11 eine Dicke von 200 nm oder weniger, wie im Zusammenhang mit 6 erläutert wurde, aufweist. Die anderen Merkmale sind die gleichen als diejenigen, die mit Bezug auf die 1, 2 und 4 erläutert wurden.
Obwohl der erfindungsgemäße leitenden Vielschichtenfilm hauptsächlich mit Blick auf seine Anwendung auf Flüssigkristalldisplayvorrichtungen beschrieben wurde, sollte angemerkt werden, dass der erfindungsgemäße leitende Vielschichtenfilm als transparente Elektrode oder lichtreflektierende Elektrode für Solarzellen verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend anhand ihrer Beispiele beschrieben.
BEISPIEL 1
In diesem Beispiel wurde ein transparentes Elektrodensubstrat, das einen erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm aufweist, hergestellt.
Das transparente Elektrodensubstrat hatte die in 1 gezeigte Struktur und wies einen leitenden Vielschichtenfilm 10 auf, der aus einer transparenten Oxiddünnschicht 12 mit einer Dicke von 35 nm, einer Silberdünnschicht 11 mit einer Dicke von 14 nm und einer transparenten Oxiddünnschicht 13 mit einer Dicke von 35 nm bestand, die nacheinander auf einem SUB-Glassubstrat mit einer Dicke von 0,7 mm abgeschieden wurden. Beide transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 waren aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid (In₂O₃) mit Titanoxid (TiO₂) gebildet, wobei die Menge des Titaniumoxids derart war, dass die Titanatome 20 Atom-% der Indiumatome, bezogen auf die Metallelemente ohne Zählen der Sauerstoffatome, betrugen.
Der leitende transparente Vielschichtenfilm wurde wie folgt hergestellt.
<Herstellung eines Sputtertargets für die Abscheidung der transparenten Oxiddünnschichten>
Eine Mischung aus Indiumoxidpulver und Titanoxidpulver mit jeweils einer mittleren Teilchengröße von etwa 2 μm in vorbestimmten Mengen wurde mit einer kleinen Menge aus Paraffin als Bindemittel versetzt und in einer Nasskugelmühle für 24 Stunden pulverisiert vermischt.
Das Pulvergemisch wurde in eine vorbestimmte Form eingefüllt und in eine vorbestimmte Form eingeformt, die dann getrocknet wurde, um das Wasser zu entfernen. Die geformte Masse wurde in einen elektrischen Ofen platziert und in einer Sauerstoffatmosphäre bei 1.550°C für 10 Minuten gebacken, um das Paraffin zu entfernen und die geformte Masse zu sintern. Das Sinterprodukt wurde mit einer Hobelmühle gemahlen und mit einem Diamantschneider in Form gebracht. Auf diese Weise wurde das gewünschte Mischoxidtarget hergestellt.
<Herstellung eines Sputtertargets für die Abscheidung der Silberdünnschicht>
Es wurde Silber in einem Schmelzofen in einem Vakuum geschmolzen, in eine mit Wasser gekühlte Form gegossen und für drei Stunden gekühlt. Die erhaltene gegossene Masse wurde mit einer Hobelmühle gemahlen, um die Besäumung auszuformen. Somit erhielt man das gewünschte Silbertarget.
<Reinigen des Glassubstrats>
Die Oberfläche des Glassubstrats wurde nacheinander mit einem alkalischen oberflächenaktiven Mittel und Wasser gereinigt. Dann wurde das Substrat in eine Vakuumkammer einer DC-Magnetronsputteranlage platziert und einer Plasmabehandlung unterworfen, die Umkehrsputtern genannt wird, um es weiterhin zu reinigen.
<Herstellung des leitenden Vielschichtenfilms>
Ohne das Glassubstrat aus der Vakuumkammer herauszunehmen und während das Substrat bei Raumtemperatur gehalten wurde, wurde die transparente Oxiddünnschicht auf dem Glassubstrat unter Verwendung des Mischoxidtargets ausgebildet, dann wurde die Silberdünnschicht 11 mit dem Silbertarget ausgebildet und schließlich wurde die transparente Oxiddünnschicht 13 wieder unter Verwendung des Mischoxidtargets ausgebildet.
Danach wurde ein Resistfilm aus dem vorbestimmten Elektrodenmuster auf der transparenten Oxiddünnschicht 13 ausgebildet, und die Bereiche, die aus dem Resistfilm frei lagen, wurden in das Elektrodenmuster bei 30°C für etwa 40 Sekunden unter Verwendung eines Ätzsäuregemischs, das 60,4 Gew-% Schwefelsäure und 3 Gew-% Salpetersäure enthielt, geätzt. Das Elektrodenmuster mit den abgeschiedenen drei Dünnschichten, die miteinander ausgerichtet waren, wurde so erhalten. Dann wurden die Elektroden bei 220°C für 1 Stunde geglüht. Somit erhielt man transparente leitende Vielschichtenfilme.
Die auf diese Weise hergestellten transparenten leitenden Vielschichtenfilme zeigten einen Folienwiderstand von etwa 2,7 Ω/Quadrat. Die Durchlässigkeit für sichtbares Licht des Films ist in Tabelle 1 unten gezeigt.
Zum Vergleich wurde unter Verwendung von IO-Dünnschichten anstelle der transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 ein leitender transparenter Dreischichtenfilm hergestellt. Die Durch lässigkeit für sichtbares Licht des Films ist ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.
Das oben erhaltene erfindungsgemäße transparente Elektrodensubstrat wurde an der Luft für 8 Wochen gelagert. Es wurden keine Veränderungen am äußeren Aussehen des leitenden Vielschichtenfilms 10 beobachtet. Im Gegensatz dazu, erschienen bei dem leitenden Dreischichtenfilm, worin die IO-Dünnschichten anstelle der transparenten Dünnschichten, wie oben gezeigt, aufgetragen waren, viele Verfärbungen nach der Lagerung an der Luft über zwei Wochen.
Wie oben beschrieben wurde, wurde bestätigt, dass der in diesem Beispiel hergestellte transparente leitende Vielschichtenfilm eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht bei der längeren Wellenlänge, eine hohe und gleichmäßige Durchlässigkeit über die gesamten sichtbaren Bereiche, eine sehr hohe Leitfähigkeit und eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsbeständigkeit im Vergleich zu dem Dreischichtenfilm des Standes der Technik aufweist.
BEISPIEL 2
In diesem Beispiel wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel ein transparentes Elektrodensubstrat hergestellt, mit der Ausnahme, dass die transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit Titanoxid und Ceroxid (CeO₂) gebildet waren. Die Menge des Titaniumoxids war derart, dass die Titanatome 16 Atom-% der Indiumatome betrugen, und die Menge des Ceroxids war derart, dass die Ceratome vier Atom-% der Indiumatome, bezogen auf die Metallelemente, ohne Zählen der Sauerstoffatome, betrugen.
Der erhaltene leitende transparente Vielschichtenfilm zeigte einen Folienwiderstand von etwa 2,7 Ω/Quadrat. Seine Durchlässigkeit für sichtbares Licht ist ebenfalls in Tabelle 1 unten gezeigt.
Das in dieser Weise hergestellte transparente Elektrodensubstrat wurde an der Luft über acht Wochen gelagert. Es wurden keine Veränderungen des äußeren Erscheinungsbildes des leitenden Vielschichtenfilms beobachtet.
Tabelle 1 Durchlässigkeit für sichtbares Licht (%)
BEISPIEL 3
Es wurde ein transparenter leitender Vielschichtenfilm auf einem Glassubstrat in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 ausgebildet, mit der Ausnahme, dass die transparente Oxiddünn schicht 12 und 13 jeweils eine Dicke von 39 nm, ohne Veränderung der jeweiligen Zusammensetzungen, aufwies, und die Dünnschicht auf Silberbasis wurde aus einer Silber/Kupfer-Legierung, die 0,4 Atom-% Kupfer enthielt, gebildet. Der Vielschichtenfilm wurde dann bei 270°C für 1 Stunde geglüht.
Der auf diese Weise erhaltene transparente leitende Vielschichtenfilm zeigte einen Folienwiderstand von etwa 2,8 Ω/Quadrat. Seine Durchlässigkeit für sichtbares Licht ist in Tabelle 2 unten gezeigt.
Tabelle 2 Durchlässigkeit für sichtbares Licht (%)
Wie oben beschrieben wurde, wurde bestätigt, dass der in diesem Beispiel hergestellte transparente leitende Vielschichtenfilm eine hohe Durchlässigkeit für sichtbares Licht bei der kürzeren Wellenlänge, eine gleichmäßige Durchlässigkeit über die gesamten sichtbaren Bereiche, eine hohe Leitfähigkeit und eine ausgezeichnete Feuchtigkeitsbeständigkeit aufwies.
BEISPIEL 4
In diesem Beispiel wurde ein transparentes Elektrodensubstrat mit einem erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm hergestellt.
Das transparente Elektrodensubstrat hatte die in 1 gezeigte Struktur und wies einen leitenden Vielschichtenfilm 10 auf, der aus einer transparenten Oxiddünnschicht 12 mit einer Dicke von 39 nm, einer Silberlegierungsdünnschicht 11 mit einer Dicke von 10 nm und einer transparenten Oxiddünnschicht 13 mit einer Dicke von 39 nm, die nacheinander auf einem SUB-Substrat mit einer Dicke von 0,7 mm aufgetragen wurden, bestand.
Beide transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 waren aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit Titanoxid und Ceroxid gebildet. Die Menge des Titanoxids war derart, dass die Titanatome 19 Atom-% der Indiumatome betrugen, und die Menge des Ceroxids war derart, dass die Ceratome 1 Atom-% der Indiumatome, bezogen auf die Metallelemente ohne Zählen der Sauerstoffatome betrugen. Die Silberlegierungsdünnschicht 11 wurde aus einer Silber/Kupfer-Legierung, die 0,3% Kupfer enthielt, gebildet.
Es wurde der transparente leitende Vielschichtenfilm 10 in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, und er zeigte einen Folienwiderstand von etwa 4,6 Ω/Quadrat nach dem Glühen bei 270°C für 1 Stunde. Die Durchlässigkeit für sichtbares Licht des Films wurde gemessen. Der Film zeigte eine Durchlässigkeit so hoch wie 90% oder mehr über den gesamten sichtbaren Bereich, und es wurde bestätigt, dass er eine beträchtlich verbesserte Durchlässigkeit sowohl bei der kürzeren Wellenlänge von 500 nm oder weniger als auch bei der längeren Wellenlänge von 550 nm oder mehr aufwies.
BEISPIEL 5
In diesem Beispiel wurde ein transparentes Elektrodensubstrat mit einem erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm hergestellt.
Das transparente Elektrodensubstrat hatte die in 1 gezeigte Struktur und wies einen leitenden Vielschichtenfilm 10 auf, der aus einer transparenten Oxiddünnschicht 12 mit einer Dicke von 33 nm, einer Dünnschicht auf Silberbasis 11 mit einer Dicke von 15 nm und einer transparenten Oxiddünnschicht 13 mit einer Dicke von 34 nm, die nacheinander auf einem SUB-Glassubstrat mit einer Dicke von 0,7 mm abgeschieden worden waren, bestand.
Beide transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 wurden aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit Titanoxid und Ceroxid gebildet. Die Menge des Ceroxids war derart, dass die Ceratome 30 Atom-% der Indiumatome, bezogen auf die Metallelemente ohne Zählen der Sauerstoffatome, betrug. Die Dünnschicht auf Sil berbasis 11 wurde aus einer Silber/Gold-Legierung, die 1,0 Atom-% Gold enthielt, gebildet.
Der transparente leitende Vielschichtenfilm wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt und bei 270°C für 1 Stunde geglüht.
Der transparente leitende Vielschichtenfilm 10 zeigte einen Folienwiderstand von etwa 2,9 Ω/Quadrat. Die Durchlässigkeit für sichtbares Licht des Films ist in 11 gezeigt.
Der auf diese Weise hergestellte gemusterte transparente leitende Vielschichtenfilm wurde bei Bedingungen mit einer Temperatur von 60°C und einer relativen Feuchtigkeit von 90% für 500 Stunden gelagert. Man beobachtete keine Veränderungen des äußeren Erscheinungsbilds des Films. Es wurde festgestellt, dass die transparenten Oxiddünnschichten einen Brechungsindex von 2,24 aufwiesen.
BEISPIEL 6
Es wurden transparente leitenden Vielschichtenfilme auf SUB-Glassubstraten in der gleichen Weise wie in Beispiel 5 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Goldmenge in der Silber/Gold-Legierung, die die Dünnschicht auf Silberbasis ausmacht, auf 0,1 bis 4 Atom-% geändert wurde. Der Folienwiderstand und die Durchlässigkeit bei 610 nm der leitenden Filme ist in 3 unten gezeigt. Der Folienwiderstand und die Durchlässigkeit wurden nach dem Glühen der Filme bei 220°C für 1 Stunde gemessen.
Tabelle 3
Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, zeigte sogar der transparente leitenden Vielschichtenfilm mit einer Dünnschicht auf Silberbasis aus einer Silber/Gold-Legierung mit 4 Atom-% Gold einen Folienwiderstand, der so niedrig wie 4,9 Ω/Quadrat war. Alle leitenden Filme wiesen eine Durchlässigkeit von 90% oder mehr bei einer Wellenlänge von 545 nm (Grün) auf. Der leitende Film mit der Dünnschicht auf Silberbasis, die 4 Atom-% Gold enthielt, zeigte eine etwas geringere Durchlässigkeit von 89% bei einer Wellenlänge von 610 nm (Rot). Auch mit Blick auf die Durchlässigkeit ist eine Goldzugabe von mehr als 4 Atom-% nicht bevorzugt.
Die auf diese Weise hergestellten transparenten Vielschichtenfilme wurden bei Bedingungen mit einer Temperatur von 60°C und einer relativen Feuchtigkeit von 90°C gelagert. Nach der Lagerung von über 200 Stunden wurden keine Veränderungen des äußeren Erscheinungsbildes für alle Filme, ohne Verfärbungen, beobachtet. Nach der Lagerung über 500 Stunden wurde keine Veränderungen im äußeren Erscheinungsbild der Filme, die 0,4 Atom-% oder mehr Gold in der Dünnschicht auf Silberbasis enthielten, beobachtet, allerdings erschienen sehr feine Verfärbungen in den leitenden Filmen, die 0,1 Atom-% und 0,2 Atom-% Gold in den Dünnschichten auf Silberbasis enthielten. Allerdings waren alle leitenden Filme ausgezeichnet im Hinblick auf die Lagerstabilität im Vergleich zu den entsprechenden leitenden Vielschichtenfilmen, die Kupfer, anstelle von Gold, in den Silberlegierungsdünnschichten enthielten.
BEISPIEL 7
In diesem Beispiel wurde ein transparentes Elektrodensubstrat mit einem erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm hergestellt.
Das transparente Elektrodensubstrat hatte die in 1 gezeigte Struktur und wies einen leitenden Vielschichtenfilm 10 auf, der aus einer transparenten Oxiddünnschicht 12 mit einer Dicke von 39 nm, einer Dünnschicht auf Silberbasis 11 mit einer Dicke von 15 nm und einer transparenten Oxiddünnschicht 13 mit einer Dicke von 40 nm, die nacheinander auf einem SUB-Glassubstrat mit einer Dicke von 0,7 mm abgeschieden worden waren, bestand.
Beide transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 wurden aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit Ceroxid, Zinnoxid und Titanoxid gebildet. Das Mischoxidmaterial enthielt 66 Atom-% Indium, 32,5 Atom-% Cer, 1,0 Atom-% Zinn und 0,5 Atom-% Titan, bezogen auf die Metallelemente ohne Zählen der Sauerstoffatome. Die Dünnschicht auf Silberbasis 11 wurde aus einer ternä ren Silber/Gold-Kupfer-Legierung, die 98,4 Atom-% Silber, 0,8 Atom-% Gold und 0,8 Atom-% Kupfer enthielt, gebildet.
Der transparente leitende Vielschichtenfilm 10 zeigte einen Folienwiderstand von etwa 2,8 Ω/Quadrat nach dem Glühen bei 220°C für eine Stunde. Die Durchlässigkeit des Films bei 550 nm betrug etwa 97%.
Der transparente leitende Vielschichtenfilm wurde bei Bedingungen mit einer Temperatur von 60°C und einer relativen Feuchtigkeit von 95% über 200 Stunden gelagert. Er zeigte dennoch ein gutes äußeres Erscheinungsbild ohne Verfärbungen.
Die leitenden Vielschichtenfilme, deren Dünnschichten auf Silberbasis aus ternären Silber-Gold-Kupfer-Legierungen gebildet sind, neigen dazu, geringere Folienwiderstände und verbesserte Feuchtigkeitsbeständigkeiten im Vergleich zu entsprechenden leitenden Vielschichtenfilmen, deren Dünnschichten auf Silberbasis aus einer binären Silber/Kupfer-Legierung, die Kupfer in einer Menge entsprechend der Gesamtmenge an Gold und Kupfer in den ternären Legierungen enthalten, zeigen. Da des weiteren Gold um das 100-fache teurer als Silber ist, kann die Zugabe von Kupfer die Menge an Gold reduzieren, was die Gesamtkosten erniedrigt.
BEISPIEL 8
In diesem Beispiel wurde ein transparentes Elektrodensubstrat mit einem erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm hergestellt.
Das transparente Elektrodensubstrat hatte die in 2 gezeigte Struktur und wies eine Vielzahl von leitenden Vielschichtenfilme 10 auf, die jeweils aus einer transparenten Oxiddünnschicht 12 mit einer Dicke von 40 nm, einer Silberdünnschicht 11 mit einer Dicke von 14 nm und einer transparenten Oxiddünnschicht 13 mit einer Dicke von 40 nm, die miteinander ausgerichtet waren und nacheinander auf einem SUB-Glassubstrat mit einer Dicke von 0,7 mm abgeschieden worden waren, bestand. Alle leitenden Vielschichtenfilme 10 waren gleichmäßig mit einem elektrisch isolierenden, feuchtigkeitsbeständigen transparenten Film mit einer Dicke von 40 nm bedeckt.
Beide transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 wurden aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit Ceroxid gebildet. Die Menge des Ceroxids war derart, dass die Ceratome in einer Menge von 10 Atom-% in dem Mischoxidmaterial, bezogen auf die Metallelemente ohne Zählen der Sauerstoffatome, enthalten waren. Der transparente Film 41 wurde aus Siliciumoxid (SiO₂) gebildet. Die transparenten leitenden Vielschichtenfilme (transparente Elektroden) 10 hatten eine Streifenform mit einer Breite von 200 μm, und sie waren bei einem Pitch von 210 μm mit einem Abstand von 10 μm angeordnet.
Das transparente Elektrodensubstrat wurde in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, indem nacheinander die transparente Oxiddünnschicht 12, die Silberdünnschicht 11 und die transparente Dünnschicht 13 auf einem SUB-Glassubstrat gebildet wurden, die erhaltene Dreischichtenstruktur in ein Streifenmuster geätzt wurde, der feuchtigkeitsbeständige Film 21 gebildet wurde, und die Struktur bei 200°C für 30 Minuten geglüht wurde. Jede transparente Elektrode hatte einen feinen Breitenbereich mit einer Breite von 20 nm oder weniger.
Die in dieser Weise hergestellten transparenten Elektroden zeigten einen Folienwiderstand von etwa 2,8 Ω/Quadrat.
Das transparente Elektrodensubstrat wurde an der Luft über einen Monat gelagert. Man beobachtete keine Veränderung am äußeren Erscheinungsbild der Elektroden.
Zum Vergleich wurde eine Silberdünnschicht auf einem Glassubstrat ausgebildet, das dann an der Luft für einen Monat gelagert wurde. Die Oberfläche der Dünnschicht war dann farblich verändert, und es wurden viele Verfärbungen beobachtet.
Wie oben beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß die zeitabhängige Zerstörung der Dünnschicht auf Silberbasis verhindert, und die Lagerstabilität ist erhöht. Deswegen kann beispielsweise eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung stabil hergestellt werden, ohne dass das Display Defekte, die durch die Schwefelverbindung und die Feuchtigkeit an der Luft verursacht werden, erzeugt werden.
BEISPIEL 9
In diesem Beispiel wurde eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung vom transparenten Typ, die in 3 gezeigt ist, hergestellt. Die transparenten Elektroden 42₁ bis 42_e hatten jeweils eine Streifenform mit einer Breite von 100 μm, und sie waren bei einem Pitch von 110 μm angeordnet. Die transparenten Elektroden 34 hatten eine Streifenform mit einer Breite von 320 μm. Die Elektroden 34 waren bei einem Pitch von 330 μm angeordnet und erstreckten sich auf dem Farbfilter CF in Normal richtung in die Richtung, in der sich die transparenten Elektroden 42 erstreckten. Jede transparente Elektrode wies einen feinen breiten Bereich mit einer Breite von 20 nm oder weniger auf.
Die transparenten Elektroden 34 und 42 umfassten jeweils die transparente Oxiddünnschicht 12 mit einer Dicke von 38 nm, die Dünnschicht auf Silberbasis 11 mit einer Dicke von 14 nm und die transparente Oxiddünnschicht 13 mit einer Dicke von 41 nm.
Die transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 wiesen einen Brechungsindex von 2,2 auf und waren jeweils aus einem Oxidmaterial aus Indiumoxid mit Ceroxid gebildet, wobei die Menge des Ceroxids derart war, dass die Ceratome 25 Atom-%, bezogen auf die Metallelemente ohne Zählen der Sauerstoffatome, betrug. Die Dünnschicht auf Silberbasis 11 wurde aus einer Silber/Kupfer-Legierung, die 0,8 Atom-% Kupfer enthielt, gebildet.
Diese transparenten Elektroden 34 und 42 wurden wie in Beispiel 1 hergestellt und geätzt, und bei 220°C für 1 Stunde vor der Herstellung in eine Flüssigkristallzelle geglüht. Die Elektroden zeigten einen Folienwiderstand von etwa 3 Ω/Quadrat.
Zum Vergleich wurde eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung in der gleichen Weise wie oben hergestellt, mit der Ausnahme, dass ITO-Dünnschichten (Brechung: etwa 2) anstelle der transparenten Oxidschichten 12 und 13 verwendet wurden. Es wurde festgestellt, dass die Displayvorrichtung der Erfindung um 10 heller als die Vergleichsdisplayvorrichtung war und eine bessere Displayqualität aufwies.
Es wurde keine zeitabhängige Verschlechterung der Displayvorrichtung der Erfindung beobachtet, die mit weniger Kreuzkupplungen als eine Displayvorrichtung mit einer einzigen ITO-Schicht als transparente Elektrode (Folienwiderstand: 8 Ω/Quadrat) betrieben werden konnte, was eine hohe Displayqualität erbringt.
BEISPIEL 10
In diesem Beispiel wurde ein lichtreflektierendes Elektrodensubstrat mit einem erfindungsgemäßen leitenden Vielschichtenfilm hergestellt.
Das lichtreflektierende Elektrodensubstrat hatte die in 1 gezeigte Struktur und wies einen lichtreflektierenden leitenden Vielschichtenfilm (Elektrode) 10 auf, der aus einer transparenten Oxiddünnschicht 12 mit einer Dicke von 10 nm, einer Dünnschicht auf Silberbasis 11 mit einer Dicke von 120 nm und einer transparenten Oxiddünnschicht 13 mit einer Dicke von 70 nm, die nacheinander auf einem SUB-Glassubstrat mit einer Dicke von 0,7 mm abgeschieden worden waren, bestand.
Beide transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 wurden aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit Zirkoniumoxid gebildet. Die Menge an Zirkoniumoxid war derart, dass die Zirkoniumatome 20 Atom-% der Indiumatome, bezogen auf die Metallelemente ohne Zählen der Sauerstoffatome, betrugen. Die Dünnschicht auf Silberbasis 11 wurde aus einer Silber/Kupfer-Legierung, die 1 Atom-% Gold enthielt, gebildet.
Der transparente leitende Vielschichtenfilm 10 wurde ähnlich wie in Beispiel 1 hergestellt und geätzt und bei 220°C für 1 Stunde geglüht.
Die Reflexion des lichtreflektierenden leitenden Vielschichtenfilm 10 ist, im Vergleich mit Aluminium, in 12 gezeigt, wobei die Reflexion von Aluminium auf 100% angenommen wurde.
Zum Vergleich wurde in der gleichen Weise wie oben ein lichtreflektierender leitender Film hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Dünnschicht auf Silberbasis aus Silber allein gebildet wurde. Dieser lichtreflektierende leitende Film zeigte eine Reflexion, die höher als das Aluminium war, über fast den gesamten sichtbaren Bereich, allerdings zeigte er eine geringere Reflexion von etwa 86% bei einer kürzeren Wellenlänge von etwa 450 nm.
Im Gegensatz dazu zeigte der lichtreflektierende leitende Film dieses Beispiels unter Verwendung der mit Kupfer versetzten Dünnschicht auf Silberbasis eine Reflexion, die höher als Aluminium war, auch bei einer kürzeren Wellenlänge von etwa 450 nm, was in 12 gezeigt ist, wobei eine gleichmäßige und hohe Reflexion über den gesamten sichtbaren Bereich gesichert ist.
Der lichtreflektierende leitende Film von diesem Beispiel wurde an der Luft für 2 Monate gelagert, und die Veränderungen der lichtreflektierenden Eigenschaften wurden überprüft. Im Ergebnis wurden keine Veränderungen des äußeren Erscheinungsbilds des Films sowie bei der Reflexion beobachtet.
BEISPIEL 11
Es wurden lichtreflektierende leitende Filme jeweils auf einem Glassubstrat in der gleichen Weise wie Beispiel 10 hergestellt, mit der Ausnahme, dass ein Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit Titanoxid für die Herstellung der transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 verwendet wurde, und es wurde eine Silber/Kupfer-Legierung, die verschiedene Mengen Kupfer enthielt, als Dünnschicht auf Silberbasis 11 verwendet. Die Menge des Titanoxids in jeder der transparenten Oxidschichten 12 und 13 war derart, dass die Titanoxide 20 Atom-% der Indiumatome ausmachten.
Die Reflexion bei 450 nm der auf diese Weise hergestellten verschiedenen lichtreflektierenden leitenden Filme wurde gemessen und mit der von Aluminium, die auf 100% angenommen wurde, verglichen. Die Ergebnisse sind in 13 gezeigt.
Wie man aus 13 ersehen kann, wurde bestätigt, dass sich die Reflexion bei einer kürzeren Wellenlänge von 450 nm je nach Kupfermenge ändert und dass etwa 86% Aluminiumreflexion mit der Kupfermenge von 0%, erhalten wird, etwa 97% Aluminiumreflexion mit der Kupfermenge von 0,1 Atom-% erhalten wird und die Reflexion erreicht das Maximum von etwa 102% bis 104 % der Aluminiumreflexion mit der Kupfermenge von 1 bis 3 Atom% und erniedrigt sich auf etwa 97% der Aluminiumreflexion mit der Kupfermenge von 7 Atom-%.
BEISPIEL 12
In diesem Beispiel wurde wie in Beispiel 10 ein lichtreflektierendes Elektrodensubstrat hergestellt.
Das lichtreflektierende Elektrodensubstrat hatte die in 2 gezeigte Struktur und wies eine Vielzahl von lichtreflektierenden leitenden Vielschichtenfilme (Elektroden) 10 auf, die jeweils aus einer transparenten Oxiddünnschicht 12 mit einer Dicke von 10 nm, einer lichtreflektierenden Silberdünnschicht 11 mit einer Dicke von 120 nm und einer transparenten Oxiddünnschicht 13 mit einer Dicke von 70 nm, die miteinander ausgerichtet waren und nacheinander auf einem SUB-Glassubstrat mit einer Dicke von 0,7 mm abgeschieden worden waren, bestanden. Auf den Vielschichtenstrukturen wurde ein feuchtigkeitsbeständiger transparenter Dünnfilm 21 mit einer Dicke von 35 nm ausgebildet, der im ganzen die Oberflächen und Seitenkanten. der Elektroden bedeckte.
Beide transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13 wurden aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit Zirkoniumoxid gebildet. Die Menge des Zirkoniumoxids war derart, dass die Zirkoniumatome 3 Atom-% der gesamten Zirkoniumatome und Indiumatome, bezogen auf die Metallelemente ohne Zählen der Sauerstoffatome, betrug. Die Dünnschicht auf Silberbasis 11 wurde aus einer Silber/Kupfer-Legierung, die 1 Atom-% Gold enthielt, gebildet. Der feuchtigkeitsbeständige transparente Film 12 wurde aus Siliciumoxid gebildet. Die lichtreflektierenden Elektroden hatten eine Streifenform mit einer Breite von 200 μm, und sie waren bei einem Pitch von 210 μm mit einem Abstand voneinander von 10 μm angeordnet. Jede Elektrode hatte einen feinen breiten Bereich mit einer Breite von 20 nm oder weniger, was dem Verdrahtungsmuster für die Herstellung eines IC-Chips für den Antrieb einer Flüssigkristallvorrichtung entsprach.
Die transparenten leitenden Vielschichtenfilme 10 wurden hergestellt, indem nacheinander die transparente Oxiddünnschicht 12, die Silberdünnschicht 11 und die transparente Oxiddünnschicht 13 auf einem Glassubstrat gebildet wurden, das vorbestimmte Muster durch Ätzen gebildet wurde, was in ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 geschah. Dann wurde der transparente Dünnfilm 21 gebildet und die erhaltene Struktur wurde dann einer Glühbehandlung bei 220°C für 30 Minuten unterworfen.
Die Reflexion des lichtreflektierenden leitenden Vielschichtenfilms 10 im Vergleich mit Aluminium ist in 12 gezeigt, wobei die Reflexion von Aluminium auf 100% angenommen wurde.
Der lichtreflektierende leitende Film von diesem Beispiel wurde an der Luft für einen Monat gelagert, und die Änderungen der lichtreflektierenden Eigenschaften wurden überprüft. Im Ergebnis wurden keine Veränderungen im äußeren Erscheinungsbild des Films und auch nicht im Hinblick auf die Reflexion beobachtet.
BEISPIEL 13
In diesem Beispiel wurde eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung vom Reflexionstyp, die in 4 gezeigt ist, hergestellt.
Die transparenten Elektroden 53₁ bis 53_n wiesen jeweils eine Streifenform mit einer Breite von 100 μm auf, und sie waren auf einem Lichtstreufilm 52 bei einem Pitch von 110 μm angeordnet. Die lichtreflektierenden Elektroden 62 hatten jeweils eine Streifenform mit einer Breite von 320 μm. Die lichtreflektierenden Elektroden 62 wurden bei einem Pitch von 330 μm angeordnet und erstreckten sich in Normalrichtung in die Richtung, in der sich die transparenten Elektroden 53 erstreckten. Jede transparente Elektrode und jede lichtreflektierende Elektrode wiesen einen feinen breiten Bereich mit einer Breite von 20 nm oder weniger auf.
Die transparenten Elektroden 53 umfassten jeweils die transparente Oxiddünnschicht 12 mit einer Dicke von 40 nm, die Dünnschicht auf Silberbasis 11 mit einer Dicke von 15 nm und die transparente Oxiddünnschicht 13 mit einer Dicke von 40 nm.
Die lichtreflektierenden Elektroden 32 umfassten jeweils eine transparente Oxiddünnschicht 12 mit einer Dicke von 10 nm und waren in Kontakt mit dem Rückseitensubstrat 61, das das Glassubstrat war, eine Dünnschicht auf Silberbasis 11 mit einer Dicke von 150 nm und eine transparente Oxiddünnschicht 13 mit einer Dicke von 40 nm.
Sowohl die transparenten als auch die lichtreflektierenden Elektroden 53 und 62, die transparenten Oxiddünnschichten 12 und 13, hatten einen Brechungsindex von 2,24 und wurden jeweils aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit Ceroxid gebildet, wobei die Menge des Ceroxids derart war, dass die Ceratome 30 Atom-% der Indiumatome, bezogen auf die Metallelemente ohne Zählen der Sauerstoffatome, ausmachten. Die Dünnschicht auf Silberbasis 11 in beiden Elektroden 53 und 62 wurde aus einer Silber/Kupfer-Legierung, die 0,8 Atom-% Kupfer enthielt, gebildet.
Zum Vergleich wurde wie oben eine Flüssigkristalldisplayvorrichtung hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Elektroden 53 und 62 aus ITO mit einem Folienwiderstand von 8 Ω/Quadrat und einer Dicke von 240 nm gebildet wurden, und es wurde eine lichtreflektierende Aluminiumschicht auf der Rückseite des Rückseitensubstrats 61 ausgebildet. Die Helligkeit der Schirme beider Displayvorrichtungen wurde verglichen. Die Displayvorrichtung der Erfindung war um 10% heller als die Vergleichsdisplayvorrichtung, was eine hohe Displayqualität sicherstellt. Des weiteren wurde bei der Vergleichsdisplayvorrichtung eine Schattenbildung auf den angezeigten Buchstaben beobachtet, allerdings gab es keine Schattenbildung bei der Displayvorrichtung der Erfindung. Des weiteren zeigten die angezeigten Buchstaben ein Doppelbild, weil die Buchstaben auf der reflektierenden Aluminiumschicht gespiegelt wurden. Allerdings wurde dieses Phänomen nicht bei der Displayvorrichtung der Erfindung beobachtet.
Ein leitender Vielschichtenfilm (10) weist eine Schicht auf Silberbasis (11) auf, die aus einem Metallmaterial auf Silberbasis gebildet ist. Eine erste transparente Oxidschicht (12) befindet sich auf einer Oberfläche der Schicht auf Silberbasis (11), und es befindet sich eine zweite transparente Oxidschicht (13) auf der anderen Oberfläche der Schicht auf Silberbasis (11). Die ersten und zweiten transparenten Oxidschichten (12, 13) sind voneinander unabhängig aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit mindestens einem Sekundärmetalloxid, dessen Metallelement im wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, gebildet.

Claims

Leitender Vielschichtenfilm (10), der eine Schicht auf Silberbasis (11), die aus einem Metallmaterial auf Silberbasis gebildet ist und eine erste und eine zweite Oberfläche aufweist; eine erste transparente Oxidschicht (12), die auf der ersten Oberfläche der Schicht auf Silberbasis vorgesehen ist, und eine zweite transparente Oxidschicht (13), die auf der zweiten Oberfläche der Schicht auf Silberbasis vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite transparente Oxidschicht voneinander unabhängig aus einem Mischoxidmaterial aus Indiumoxid mit mindestens einem sekundären Metalloxid, dessen Metallelement im Wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, gebildet sind, aufweist.
Vielschichtenfilm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement, das im Wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, aus der Gruppe gewählt ist, die aus Titan, Zirkonium, Tantal, Niob, Hafnium, Cer, Wismuth, Germanium, Silicium, Chrom und einer Kombination aus zwei oder mehreren dieser Elemente besteht.
Vielschichtenfilm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement, das im Wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, 5 bis 50 Atom-% der Gesamtatommenge mit dem Indium besetzt.
Vielschichtenfilm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallmaterial auf Silberbasis eine Silberlegierung mit einem anderen Element, das das Silberelement daran hindert, zu wandern, umfasst.
Vielschichtenfilm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Element aus der Gruppe gewählt ist, die aus Aluminium, Kupfer, Nickel, Cadmium, Gold, Zink, Magnesium und einer Kombination aus zwei oder mehreren dieser Elemente besteht.
Vielschichtenfilm nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das andere Element aus der Gruppe gewählt ist, die aus Zinn, Indium, Titan, Cer, Silicium und einer Kombination aus zwei oder mehreren dieser Elemente gewählt ist.
Vielschichtenfilm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf Silberbasis eine Dicke von 2 bis 20 nm aufweist.
Transparentes Elektrodensubstrat, das den leitenden Vielschichtenfilm von Anspruch 7, der über einem transparenten Substrat vorgesehen ist, umfasst.
Elektrodensubstrat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallmaterial auf Silberbasis 0,1 bis 3 Atom-% Kupfer und/oder Gold enthält.
Elektrodensubstrat nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite transparente Oxidschicht einen Beugungsindex von 2,1 oder mehr aufweisen.
Elektrodensubstrat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement, das im Wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, aus der Gruppe gewählt ist, die aus Cer, Titan, Zirkonium, Hafnium, Tantal und einer Kombination aus zwei oder mehreren dieser Elemente besteht.
Elektrodensubstrat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallelement, das im Wesentlichen keine Feststofflöslichkeit in Silber aufweist, Cer oder Titan umfasst.
Elektrodensubstrat nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der leitende Vielschichtenfilm einen kleinen breiten Bereich mit einer minimalen Breite von 50 nm oder weniger aufweist.
Flüssigkristall-Displayvorrichtung, die ein Elektrodensubstrat als Observerseite, ein Elektrodensubstrat als Rückseite, das gegenüber dem Elektrodensubstrat als Observerseite angeordnet ist und ein Flüssigkristallmaterial, das zwischen diesen beiden Elektrodensubstraten eingeschlossen ist, wobei mindestens eines der Elektroden substrate aus dem transparenten Elektrodensubstrat nach einem der Ansprüche 8 bis 13 zusammengesetzt ist, umfasst.
Vielschichtenfilm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht auf Silberbasis eine Dicke von 50 nm oder mehr aufweist.
Flüssigkristall-Displayvorrichtung, die ein Elektrodensubstrat als Observerseite, das eine transparente Elektrode aufweist, ein Elektrodensubstrat als Rückseite, das eine lichtreflektierende Elektrode aufweist, und gegenüber dem Elektrodensubstrat als Observerseite angeordnet ist und ein Flüssigkristallmaterial, das zwischen diesen Elektrodensubstraten eingeschlossen ist, umfasst, wobei die lichtreflektierende Elektrode aus dem leitenden Vielschichtenfilm nach Anspruch 15 zusammengesetzt ist.