JP2004152727A

JP2004152727A - 透明導電膜

Info

Publication number: JP2004152727A
Application number: JP2002319620A
Authority: JP
Inventors: Hideo Nakakuki; 英夫中久喜
Original assignee: Toyo Metallizing Co Ltd
Current assignee: Toyo Metallizing Co Ltd
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2004-05-27

Abstract

【課題】高い可視光透過率を有し、かつ透過色の黄色味が従来のものよりも小さな透明導電膜を提供する。特に、表面抵抗値が２００Ω／□以下で、基板と膜の密着力が高い透明導電膜を提供する。
【解決手段】基板上に少なくとも高屈折率層、低屈折率層および透明導電層がこの順に積層され、該高屈折率層の屈折率が２．０〜２．６であり、該低屈折率層の屈折率が１．３〜１．６であり、該透明導電層の屈折率が１．８〜２．５であり、該透明導電層の厚さが３０〜１５０ｎｍであることを特徴とする透明導電膜。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶ディスプレイなどの表示機器や、調光液晶シート、タッチパネル等に好適に用いられる透明電極用の透明導電膜に関するものであり、特にガラス基板上やプラスチックフィルム上に成膜した透明導電膜に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、透明で電気を通す材料としていくつかの金属酸化物が知られているが、その中で透明性が良く比抵抗が低いことから、一般にＩＴＯと呼ばれるインジウムとスズの酸化物が広く用いられている。ＩＴＯをガラス基板上に蒸着したものは、透明電極として、液晶ディスプレイやＥＬディスプレイ、プラズマディスプレイパネルなどの表示機器の視認部に用いられている。また、プラスチックフィルム上にＩＴＯを成膜したものは、低コストで大面積の透明電極が得られることや、耐衝撃性に優れていることから、携帯用途の表示機器や調光液晶シート、タッチパネルなどに用いられている。
【０００３】
電極として用いられる透明導電膜では、表面抵抗値と光線透過率が特に重要である。用途によって表面抵抗値の要求値は異なり、数十〜数百Ω／□であることが多い。透明導電膜の厚さによって表面抵抗値が変化することから、蒸着する膜厚によって表面抵抗値をコントロールするのが一般的である。また、光線透過率も透明導電膜の膜厚によって変化する。可視光の透過率は高いほど好ましいとされるが、表面抵抗値が所望の値となるように膜厚を決定するため、膜厚の調整によって透過率を高めることには限度がある。
【０００４】
そこで、透明導電膜の膜厚を変えずに透過率を増加させる手段として、屈折率の異なる層を積層させる方法が知られている。光の干渉作用によって反射率を低下させ、その結果透過率を上昇させるというものである。例えば、基板上に屈折率が１．８〜２．５の高屈折率膜を、光学膜厚、すなわち屈折率と膜厚の積で１５〜４５ｎｍ成膜し、ついで屈折率が１．３５〜１．５５の低屈折率膜を光学膜厚で４５〜７５ｎｍ積層し、その上に屈折率が１．８以上の透明導電膜を１５０ｎｍ以上積層する方法が提案されている（特許文献１参照。）。また別に、屈折率１．６〜２．５の透明膜を５０〜２００ｎｍ、屈折率１．３５〜１．５の透明膜を２５〜４５ｎｍ、屈折率１．７〜２．２の透明導電膜を１０〜３０ｎｍこの順に積層する方法も提案されている（特許文献２参照。）。前者に示される技術は、透明導電膜の厚さが１５０ｎｍ以上の場合を対象としており、表面抵抗値が低い透明導電膜に対し有効である。一方、後者に示される技術は、透明導電膜の厚さが１０〜３０ｎｍの場合を対象にしており、表面抵抗値が高い透明導電膜に対して有効である。透明導電膜の厚さが変わると光学的な干渉条件が変わり、各層の最適な屈折率と厚さが変化するため、透明導電膜の厚さが３０〜１５０ｎｍの場合には前記の技術とは異なる光学設計を行う必要があった。
【０００５】
ＩＴＯ膜では可視光短波長域で吸収があるために、その波長域では透過率が低下し、透過色が黄色味を帯びる。黄色味の程度はＣＩＥ表色系のｂ＊値で表されることが多く、ｂ＊値は０に近いことが好ましい。ＩＴＯの膜厚が厚くなると光の干渉効果により可視光域における透過率の最大値と最小値の差が大きくなるため色目が強くなり、特に表面抵抗値が２００Ω／□以下であるような場合はこの問題はより顕著なものとなる。
【０００６】
また、透明導電膜を形成する基板として、ガラス基板ではなくポリエステルフィルムなどのプラスチックフィルムを使用した場合、ガラス基板の場合に比べて膜の密着力が劣る場合が多い。このため機械的衝撃や熱負荷がかかると、膜の剥離が発生し特性が劣化するという問題があった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平４−１５４６４７号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平７−２４２４４２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高い可視光透過率を有し、かつ透過色の黄色味が従来のものよりも小さな透明導電膜を作製することを課題とする。特に表面抵抗値が２００Ω／□以下である透明導電膜に於いて前述の問題を解決することを課題とする。また、プラスチック基板上に形成した場合でも前述の問題を解決し、かつ基板と膜の密着力が高い透明導電膜を作製することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の透明導電膜は、基板上に少なくとも高屈折率層、低屈折率層および透明導電層がこの順に積層され、該高屈折率層の屈折率が２．０〜２．６であり、該低屈折率層の屈折率が１．３〜１．６であり、該透明導電層の屈折率が１．８〜２．５であり、該透明導電層の厚さが３０〜１５０ｎｍであることを特徴とする透明導電膜である。なお、ここで言う屈折率は、波長５５０ｎｍにおける値である。
【００１１】
本発明の透明導電膜においては、
（ａ）表面抵抗値が３０〜２００Ω／□であること、
（ｂ）基板がプラスチックフィルムであること、
（ｃ）透明導電層の主成分が、酸化インジウム、酸化スズおよび酸化亜鉛のうちの少なくとも１種からなること、
（ｄ）高屈折率層の主成分が、酸化チタン、窒化珪素、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ニオブおよび硫化亜鉛のうちの少なくとも１種からなること、
（ｅ）低屈折率層の主成分が、酸化珪素、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウムおよびフッ化アルミニウムのうちの少なくとも１種からなること、
（ｆ）高屈折率層が酸化チタンを主成分とし、低屈折率層が酸化珪素を主成分とし、透明導電層が酸化インジウムを主成分とすること、および
（ｇ）高屈折率層の厚さが１〜２０ｎｍで、低屈折率層の厚さが５〜３０ｎｍであること、
が好ましい態様として含まれている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の透明導電膜は、基板上に少なくとも高屈折率層、低屈折率層および透明導電層がこの順に積層され構成されている。
【００１３】
本発明で用いられる基板は、ガラス基板やプラスチック基板など光の透過性を有するものであれば特に限定するものではないが、連続的に大面積を加工できるという点でプラスチックフィルムを基板とすることが好ましく、ポリエステル、ポリカーボネート、アセテート、アクリルおよびポリイミドなど各種のプラスチックフィルムを用いることができる。
【００１４】
基板の材質は、上記のとおり可視光領域の波長の光の透過性を有するものであることが必要で、ガラスやプラスチックの基板を用いることができる。したがって、基板の屈折率は、一般的なガラスやプラスチックの屈折率である１．４〜１．７であることが好ましい。基板は着色されていても良く、また光を散乱する機能や膜の密着性を向上させるための機能を持ったコーティング処理がなされていても良い。
【００１５】
本発明で用いられる基板は、その厚さが２０〜１０００μｍであることが好ましく、より好ましくは５０〜２００μｍである。厚さが薄すぎる場合、扱いが困難であり、また厚すぎる場合はコストや使用される製品の軽量化に関して不利となる。基板の厚さは、マイクロメーターによって測定することができる。
【００１６】
本発明において用いられる高屈折率層の材料としては、酸化チタン、窒化珪素、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ニオブおよび硫化亜鉛などが挙げられ、これらのうち少なくとも１種を主成分とする材料であることが好ましい。本発明では特に、酸化チタンは透明性がよく高い屈折率を有し、プラスチック基板との密着性も良好であることから好ましく用いられる。高屈折率層の厚さは１〜２０ｎｍであることが好ましい。これより薄い場合は透過率を向上させる効果が乏しく、また均一に成膜することが困難である。これより厚い場合には透過率の最大、最小の差が大きくなるため、色目が強くなる。また用いられる材料によっては、プラスチック基板との密着力が低下する場合がある。高屈折率層のより好ましい厚さは５〜１５ｎｍである。
【００１７】
本発明では、高屈折率層の屈折率が２．０〜２．６であることが重要である。高屈折率層のより好ましい屈折率は２．０〜２．５である。基板上に積層される各層の屈折率及び膜厚は、エリプソメトリー法によって測定することが可能である。
【００１８】
本発明において用いられる低屈折率層の材料としては、酸化珪素、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウムおよびフッ化アルミニウムなどが挙げられ、これらのうち少なくとも１種を主成分とする材料であることが好ましい。本発明では特に、低コストで成膜できることから酸化珪素を主成分とする材料であることが好ましい。
【００１９】
低屈折率層の厚さは５〜３０ｎｍであることが好ましい。これより薄い場合は透過率を向上させる効果が乏しく、これより厚い場合も透過率を向上させる効果が得られにくい上生産性が低下する。低屈折率層のより好ましい厚さは１０〜２０ｎｍである。
【００２０】
本発明では、低屈折率層の屈折率が１．３〜１．６であることが重要である。低屈折率層のより好ましい屈折率は１．４〜１．５である。
【００２１】
調光シート用の透明電極などの用途では、表面抵抗値が３０〜２００Ω／□のものがよく用いられるが、そのような表面抵抗値の電極を得るためには、透明導電層の膜厚が３０〜１５０ｎｍであることが必要である。本発明で用いられる透明導電層の材質は、透明性すなわち可視光線の透過率が高く十分な導電性を有するものであることが必要で、酸化インジウム、酸化スズおよび酸化亜鉛のうち少なくとも１種を主成分とする材料が好ましく、特に酸化インジウムを主成分とする材料が好ましく用いられる。なお、ここで言う主成分とは質量比が７０％以上のことである。本発明では、酸化スズを質量比で３〜２０％含む酸化インジウムは、特に導電性が高いため更に好ましい。透明導電層として用いることのできる酸化物の多くは、屈折率が１．８〜２．５の範囲にあり、このような屈折率を有する材料を厚さ３０〜１５０ｎｍとなるように成膜した場合、下地層として屈折率が２．０〜２．６の高屈折率層および屈折率が１．３〜１．６の低屈折率層をこの順に基板上に形成することで高い透過率を得ることができ、さらに透過色の黄色味を低減することができる。これは光の干渉効果によって反射光を減少させ、その結果透過率を増大させるというもので、特に可視光短波長域の透過率の向上により黄色味の低減効果をもたらすものである。
【００２２】
透明導電層の好ましい厚さは、３５〜８０ｎｍである。
【００２３】
また、透明導電層のより好ましい屈折率は１．９〜２．４である。
【００２４】
また、本発明の透明導電膜の表面抵抗値は、上述のとおり３０〜２００Ω／□であることが好ましく、より好ましくは５０〜１２０Ω／□である。表面抵抗値は、二端子法あるいは四端子法により測定プローブを透明導電膜に接触させて測定することができる。
【００２５】
次に、図面に基づいて、本発明の透明導電膜の実施の態様を説明する。
【００２６】
図１は、本発明の透明導電膜を例示説明するための断面図である。図１において、本発明の透明導電膜は、基板１の上に高屈折率層２、低屈折率層３および透明導電層４を、この順に積層して形成されている。
【００２７】
基板１の上に高屈折率層２、低屈折率層３および透明導電層４を形成する方法としては、各種真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法、スプレー法またはディップ法など、一般的に知られている方法を採用できる。特にスパッタリング法は合金や誘電体など多くの材料に適用可能で、欠陥の少ない膜を所望の膜厚に精度よく成膜できることから優れている。スパッタリング法の場合、各層の厚さは投入電力によって調整でき、フィルムを巻取りながら成膜する場合、その巻取り速度を変えることによっても膜厚の調整が可能である。各層の屈折率は主に材料によって決まるため、所望の屈折率を有する材料を選択する。また表面抵抗値は主に透明導電層の厚さによって調整することが可能で、さらに透明導電層の成膜時の雰囲気中の酸素濃度も影響する。一般的には表面抵抗値が最小となる酸素濃度で成膜する。
【００２８】
本発明の透明導電膜は、液晶ディスプレイなどの表示機器、調光液晶シートおよびタッチパネル等に好適に用いられる。また、本発明の透明導電膜は、電磁波の遮蔽効果も有するので、透明電磁波シールドとして用いることもできる。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明の透明導電膜について、実施例をもって説明する。
【００３０】
（実施例１）
図１に示した透明導電膜において、基板１として厚さ１８８μｍのポリエステルフィルム（屈折率ｎ＝１．５２）を用いた。このポリエステルフィルムを真空槽内で巻き取りながら、スパッタリング法により高屈折率層２、低屈折率層３および透明導電層４を、次のようにして順次形成した。高屈折率層２としては、ＴｉターゲットをＡｒとＯ２の混合ガスで反応性スパッタリングを行うことによって、酸化チタン膜（屈折率ｎ＝２．４０）を形成した。膜（高屈折率層）の厚さは１０ｎｍとなるようにスパッタリングの電力を調整した。低屈折率層３として、ＳｉターゲットをＡｒとＯ２の混合ガスで反応性スパッタリングを行うことによって、酸化珪素膜（屈折率ｎ＝１．４５）を形成した。膜（低屈折率層）の厚さは２０ｎｍとなるようにスパッタリングの電力を調整した。透明導電層４としては、酸化スズを１０ｗｔ％混合した酸化インジウムターゲットをＡｒとＯ２の混合ガスで反応性スパッタリングを行うことによって、酸化インジウムスズ膜（屈折率ｎ＝２．０５）を形成した。膜（透明導電層）の厚さは６０ｎｍとなるようにスパッタリングの電力を調整した。
【００３１】
以上のようにして得られた、ポリエステルフィルム基板上に３層を積層してなる透明導電膜について、光学特性を分光光度計（島津製作所製）によって測定した。透過率の分光スペクトルを図２（グラフ）の線５に示す。波長５５０ｎｍにおける透過率は７６．８％で、全光線透過率は８０．２％であった。また、ＣＩＥ表色系による透過色度で、黄色味の程度をあらわすｂ＊値（Ｌａｂ表色系）は−０．３１であった。クロスカットセロテープ（登録商標）剥離試験により密着強度を評価した結果、１００／１００であり、密着強度は十分であった。表面抵抗値は６０Ω／□であった。
【００３２】
（実施例２）
実施例１における高屈折率層２として、酸化スズを１０ｗｔ％混合した酸化インジウムターゲットをＡｒとＯ２の混合ガスで反応性スパッタリングを行うことによって酸化インジウムスズ膜（屈折率ｎ＝２．０５）を１３ｎｍ形成した他は、実施例１と同様にして透明導電膜を作製した。透過率の分光スペクトルを図２（グラフ）の線６に示す。波長５５０ｎｍにおける透過率は７６．５％で、全光線透過率は７９．８％であった。またＣＩＥ表色系による透過色度で、黄色味の程度をあらわすｂ＊値（Ｌａｂ表色系）は０．８８であった。クロスカットセロテープ（登録商標）剥離試験により密着強度を評価した結果、１００／１００であり、密着強度は十分であった。表面抵抗値は６０Ω／□であった。
【００３３】
（実施例３）
実施例１における透明導電層４の膜厚を５０ｎｍとした他は、実施例１と同様にして透明導電膜を作製した。得られた透明導電膜における透過率の分光スペクトルを、図２（グラフ）の線７に示す。波長５５０ｎｍにおける透過率は７６．５％で、全光線透過率は８０．５％であった。また、ＣＩＥ表色系による透過色度で、黄色味の程度をあらわすｂ＊値（Ｌａｂ表色系）は２．６１であった。クロスカットセロテープ（登録商標）剥離試験により密着強度を評価した結果、１００／１００であり、密着強度は十分であった。表面抵抗値は７５Ω／□であった。
【００３４】
（比較例１）
実施例１における高屈折率層２と低屈折率層３を形成せず、基板１の上に透明導電層４を直接形成した他は、実施例１と同様にして透明導電膜を作製した。透過光の分光スペクトルを図２（グラフ）の線８に示す。波長５５０ｎｍにおける透過率は７４．５％、全光線透過率は７７．４％で、実施例１と２に比べて低い値を示した。また、ＣＩＥ表色系による透過色度で、黄色味の程度をあらわすｂ＊値（Ｌａｂ表色系）は３．３２で、実施例１、２および３に比べて高く、透過色が黄色味を帯びていた。クロスカットセロテープ（登録商標）剥離試験により密着強度を評価した結果、１００／１００であり、密着強度は十分であった。表面抵抗値は７０Ω／□であった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、光の透過性と導電性を有する透明導電膜において光線透過率を高め、さらに透過色の色目、特に黄色味を低減する効果がある。特に表面抵抗値が３０〜２００Ω／□であるような透明導電膜に対して高い効果を有する。また、基板がプラスチックフィルムである場合でも高い膜の密着力を有する透明導電膜を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の透明導電膜を例示説明するための断面図である。
【図２】図２は、実施例１〜３および比較例１で得られたサンプル（透明導電膜）の分光透過率を示したグラフである。
【符号の説明】
１基板
２高屈折率層
３低屈折率層
４透明導電層
５実施例１で得られた透明導電膜の分光透過率
６実施例２で得られた透明導電膜の分光透過率
７実施例３で得られた透明導電膜の分光透過率
８比較例１で得られた透明導電膜の分光透過率

Claims

基板上に少なくとも高屈折率層、低屈折率層および透明導電層がこの順に積層され、該高屈折率層の屈折率が２．０〜２．６であり、該低屈折率層の屈折率が１．３〜１．６であり、該透明導電層の屈折率が１．８〜２．５であり、該透明導電層の厚さが３０〜１５０ｎｍであることを特徴とする透明導電膜。
表面抵抗値が３０〜２００Ω／□であることを特徴とする請求項１記載の透明導電膜。
基板がプラスチックフィルムであることを特徴とする請求項１または２記載の透明導電膜。
透明導電層の主成分が、酸化インジウム、酸化スズおよび酸化亜鉛のうちの少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の透明導電膜。
高屈折率層の主成分が、酸化チタン、窒化珪素、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ニオブおよび硫化亜鉛のうちの少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の透明導電膜。
低屈折率層の主成分が、酸化珪素、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウムおよびフッ化アルミニウムのうちの少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の透明導電膜。
高屈折率層が酸化チタンを主成分とし、低屈折率層が酸化珪素を主成分とし、透明導電層が酸化インジウムを主成分とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の透明導電膜。
高屈折率層の厚さが１〜２０ｎｍで、低屈折率層の厚さが５〜３０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の透明導電膜。