JP2005183346A

JP2005183346A - 電気光学素子及び透明導電膜の形成方法

Info

Publication number: JP2005183346A
Application number: JP2003426572A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Kawahara; 雄介川原; Hiroaki Ando; 浩明安藤
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2003-12-24
Filing date: 2003-12-24
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】導電性及び光透過性に優れ、簡便な装置構成で製膜することが出来る透明導電性膜を備えた電気光学素子を提供する。
【解決手段】導電材料の微粒子を基材に衝突させる製膜工程及び形成された膜を加熱する工程により透明導電膜を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネセンス、蛍光表示管等の各種表示装置、タッチパネル等の電極、または電磁波遮蔽膜として使用される透明導電膜の膜形成技術に関する。更に詳しくは、導電性と透明性が共に優れた任意のパターンの透明導電膜を、これまでより低い温度で、しかも簡便な装置構成により形成する技術に関する。

近年の高度情報化に伴い、数々の情報映像機器が開発され、これらの機器を構成するキーデバイスとして、半導体装置、表示装置、記録媒体等のデバイスが多用されている。表示装置に関しては、液晶ディスプレイを代表とするフラットパネルディスプレイが多用され、プラズマディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ等の次世代ディスプレイの開発、商品化が積極的に行われている。

上記情報映像機器等の各種機器の製造段階において、とりわけ各種情報映像機器の製造には欠かすことのできない金属層、導電層、絶縁層、半導体層等の形成では、化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、蒸着法、スパッター法、イオンプレーティング法等が用いられている。しかし、これらの方法では、成膜される膜中の組成が不均一な状態で成膜されたり、または成膜速度が遅いことから、膜厚が１μｍ〜１００μｍ程度の比較的厚い薄膜が必要な場合にその形成には不向きであったり、任意のパターンの導電膜を形成するのは困難であるなどの問題があった。更に、これらの方法では製造装置が大掛かりになり、その製造に際しては大量の電力と資源が必要であるため、効率的で、環境に対して負荷の少ない、新たな成膜方法の開発が望まれている。

上記のような課題、特に、光透過性で電極としての機能を有する電気光学素子の製造方法、すなわち、透明導電膜のより改良された形成方法として、キャリアガス中で微粒子を基材に衝突させて導電膜を形成する技術が開示されているが（特許文献１，２）、特許文献１、２の方法でも導電性や透明性が満足できるものではなかった。

このために、透明導電膜を備えた電気光学素子の用途が限定されたり、該電気光学素子を組み込んだ装置の性能が十分でない等の問題があった。
特開２００１−２２６７８０号公報特開２００２−４５７７９号公報

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ディスプレイ、発光装置、照明装置、電磁波遮蔽膜等の広範な用途に使用可能であり、十分な導電性と光透過性を持った電気光学素子及び低い温度、且つ簡便な装置構成で透明導電膜を形成することが出来る透明導電膜の形成方法を提供することを目的とする。

前記の本発明の目的は下記の発明により達成される。
１．
基材上に、膜厚が１μｍ〜２０μｍであり、比抵抗が３．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下である透明導電膜が設けられ、波長５５０ｎｍの光の透過率が７０％以上であることを特徴とする電気光学素子。
２．
前記透明導電膜の比抵抗が１．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする前記１に記載の電気光学素子。
３．
前記透明導電膜がＩｎ₂Ｏ₃：Ｓｎ又はＩｎ₂Ｏ₃：Ｚｎを主成分とすることを特徴とする前記１または２に記載の電気光学素子。
４．
基材上に透明導電膜を形成する方法であって、導電材料の微粒子を基材に衝突させて成膜する工程及び形成された膜を加熱する工程を有することを特徴とする透明導電膜の形成方法。
５．
前記加熱する工程において、前記形成された膜を１００℃〜４００℃に加熱することを特徴とする前記４に記載の透明導電膜の形成方法。
６．
前記４または５のいずれかに記載の形成方法によって形成された前記透明導電膜を有することを特徴とする電気光学素子。
７．
前記透明導電膜の膜厚が１μｍ〜２０μｍであり、比抵抗が３．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であり、波長５５０ｎｍの光の透過率が７０％以上であることを特徴とする前記６に記載の電気光学素子。
８．
前記透明導電膜の比抵抗が１．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする前記７に記載の電気光学素子。
９．
前記導電材料がＩｎ₂Ｏ₃：Ｓｎ又はＩｎ₂Ｏ₃：Ｚｎを主成分とすることを特徴とする前記６〜８のいずれか１項に記載の電気光学素子。

請求項１〜９のいずれかの発明により、電気抵抗が低く、可視光透過率が十分に高いので、用途が広く、表示素子や光源の性能を十分に生かすことが出来る広い用途を持った電気光学素子が実現される。

請求項４〜９のいずれかの発明により、従来の膜形成法では得ることができなかった導電性及び透明性を備えた透明導電膜を低い温度で、且つ、簡便な装置構成で形成することが可能になり、低コストで高性能の透明導電膜が実現される。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明の透明導電膜は、電極や配線等に利用される関係上、必要量の電流を損失無く流すために少なくとも１μｍ程度の厚みを有することが好ましく、また、種々の機器に適用するに当たって、厚みは２０μｍ以下であることが好ましい。

本発明によって、比抵抗が３．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下という高い導電性、特に、比抵抗が１。０×１０^-4Ω・ｃｍ以下という高い導電性の透明導電膜が得られる。また、本発明により、波長５０ｎｍの光に対して７０％以上という高い光透過率を持った電気光学素子が得られ、特に、８０％以上という高い光透過率の電気光学素子が得られる。

本発明の透明導電膜に使用される導電材料としては特に制限は無く、金、銀、銅などの金属や、金属酸化物を適宜用いることができる。その中でも金属酸化物を用いることが好ましく、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＰｂＯ₂、Ｇａ₂Ｏ₃などの二元化合物にＡｌ、Ｇａ、Ｂ、Ｉｎ、Ｙ、Ｓｃ、Ｆ、Ｖ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｅ、Ｓｂ、Ｂｉなどの元素をドーピングした金属酸化物や、または種々の三元化合物や多元化合物に種々の元素をドーピングした金属酸化物が挙げられる。更に、例えばＣａＴｉＯ₃、ＳｒＴｉＯ₃、ＢａＴｉＯ₃、Ｂｉ１₂ＳｉＯ₂₀、Ｂｉ１₂ＧｅＯ₂₀、Ｌａ₂Ｔｉ₂Ｏ₇等の誘電体、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ₇、Ｂｉ₂Ｓｒ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ₁₀等の超伝導体なども好ましく用いられる。また、上記の種々の金属酸化物を複数種類混合して用いることも好ましい態様の１つである。これらの中でも、Ｉｎ₂Ｏ₃をベースとするＩｎ₂Ｏ₃：ＳｎまたはＩｎ₂Ｏ₃：Ｚｎを主成分とすることが特に好ましい。

本発明の透明導電膜を形成する基材としては、公知のいかなる材料でも適宜使用することができ、具体的にはガラスや種々の高分子樹脂の基材を使用することができる。高分子樹脂の基材としては、４００〜８００ｎｍの波長領域において透過率が８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることが更に好ましく、かつ、１００℃以上の耐熱性、更には１５０℃以上の耐熱性を有する高分子樹脂が好ましい。かかる特性を有する高分子樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴという）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリプロピレン、ポリスチレン等が挙げられる。高分子樹脂基材では、１ｍｍ以下の厚さのものが好ましく、１００μｍ以下のものが特に好ましい。なお、必要な強度を有する限度内で薄いものが好ましく、厚さの下限は電気光学素子の用途により異なる。

次に、本発明の透明導電膜の形成方法について説明する。

本発明の透明導電膜の形成方法は、導電材料、すなわち導電性膜形成材料の微粒子を基材に衝突させて成膜する工程、次いで膜を加熱する工程を有してさえいれば、これらの具体的な方法や条件等は特に制限は無く、また、他のいかなる態様をも適宜組み合わせることができる。

本発明で用いることのできる膜形成装置は、透明導電膜形成用基材を保持するホルダー、ホルダーをＸＹＺθで３次元に作動させるステージ、基材に導電材料の微粒子を噴出させる細い開口を備えたノズル、ノズルをエアロゾル化室とつなぐ配管を備えたチャンバー、更に、キャリアガスを貯留する高圧ガスボンベ、導電材料の微粒子とキャリアガスが攪拌・混合されるエアロゾル化室、およびこれらをつなぐ配管によって構成される。ステージの裏面には、ペルチェ素子による温度制御機構が設置され、基材を最適な温度に保つことができる。

図１は、膜形成装置を示す。

基材Ｃはホルダー２に保持されており、ホルダー２は、ステージ３に支持され、ＸＹＺθ変位可能、すなわち、水平方向、垂直方向及び傾きを変えることができる。

透明導電膜を形成する材料の微粒子Ａはエアロゾル化室５に収容されており、窒素、水素、ヘリウム等の不活性ガスからなるキャリアガスを貯留するキャリアガス源６をら送られたキャリアガスと混合され、攪拌、振動によりエアロゾル化される。エアロゾルはパイプにより真空チャンバー１内に送られる。真空チャンバー１は真空ポンプ７により減圧されており、エアロゾルはノズル４から高速で噴射流Ｂとなって、基材Ｃに衝突し、微粒子同士が結合して膜が形成される。

基材Ｃのホルダー２はＸＹＺθステージにより３次元に動くことができるため、基材Ｃの所定の部分に任意のパターンで必要な厚みの透明導電膜を形成することができる。基材Ｃに形成された透明導電膜上には、必要に応じて保護層を設けることもできる。

導電材料の微粒子の平均粒子径は、０．０１μｍ〜１０μｍであることが好ましく、０．１μｍ〜３μｍであることがより好ましく、０．１μｍ〜１μｍであることが更に好ましい。

エアロゾル化された導電材料の微粒子は、流速１００ｍ／ｓｅｃ〜４００ｍ／ｓｅｃで基材Ｃに衝突することが好ましく、流速１００ｍ／ｓｅｃ〜３００ｍ／ｓｅｃのキャリアガスによって衝突することが更に好ましい。適切に制御された流速によって基材上Ｃに堆積することができ、キャリアガスにより衝突した微粒子は、互いに衝突の衝撃によって接合し膜を形成する。キャリアガスの流速は、高圧ガスボンベからなるキャリアガス源６の圧力や真空チャンバー１内の真空度で適宜調整することが可能で、真空チャンバー１内の真空度は１３Ｐａ〜１３００Ｐａに調整することが好ましく、１３０Ｐａ〜１３００Ｐａに調整することが更に好ましい。

導電材料の微粒子を加速・噴出するためのキャリアガスとしては、窒素、水素、ヘリウム等の不活性ガスが好ましく、微粒子衝突時の放電により膜内へ欠陥が導入され膜の透明性が劣化する可能性を考慮すると、窒素が特に好ましい。

導電材料の微粒子を衝突させる基材の温度は、−１００℃〜２００℃に保持することが好ましく、０℃〜１００℃に保持することが更に好ましい。

前記に説明したエアロゾル・デポジション法による成膜装置としては、「応用物理」誌６８巻１号４４ページ等を参照することができる。

次に、本発明の透明導電膜の製造方法における加熱工程について説明する。

本発明の透明導電膜の形成方法では、上述した成膜工程に続き、微粒子同士の界面を適切に制御し導電性を上げる目的で、加熱工程を有することを特徴とする。加熱温度は特に制限は無く、室温以上の温度で適宜調整することが可能であるが、最適に導電性及び透明性の両者を向上させるためには１００℃〜４００℃であることが好ましい。

加熱する方法は特に制限は無く、公知のあらゆる方法を適宜適用することができ、公知の種々の加熱装置を使用することができる。特に基材が高分子樹脂である場合、基材が加熱されることなく透明導電膜のみを加熱することができる方法が好ましい。このような方法として、具体的には透明導電膜にレーザー光を直接照射して加熱する方法や、加熱炉内で導電材料のみが吸収する周波数のマイクロ波を照射して加熱する方法等が挙げられる。

本発明の透明導電膜は、上述した液晶ディスプレイ、プラズマディスプレイ、エレクトロルミネセンス、蛍光表示管、タッチパネル等の各種の情報映像機器の電極や配線、または電磁波遮蔽膜として好ましく使用することができる。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（１）比較例
図１に示す膜形成装置を用い、導電材料として平均粒子径５００ｎｍのＩｎ₂Ｏ₃：Ｓｎ（以下、ＩＴＯという）の微粒子をエアロゾル化室５に満たした。エアロゾル化室５はキャリアガスとしての窒素ガス源と接続されている。エアロゾル化室５を振動させ、窒素ガス中にＩＴＯの微粒子が分散、浮遊するエアロゾルが生成される。真空チャンバー１中に透明導電膜形成用基材Ｃとしてポリカーボネートフィルムを準備し、ノズル４を所定の位置に置く。ノズル４はエアロゾル化室５と接続されている。真空チャンバー１は真空ポンプ７により１３３Ｐａに調整され、圧力差により高速のガス流となり、流速２００ｍ／ｓｅｃのキャリアガスと共にノズルから基材Ｃに向かってＩＴＯの微粒子が高速で吹き付けられ基材Ｃに衝突し、成膜された。基材の温度Ｃは２５℃に調整した。

膜厚が１．４μｍになったところで成膜を終了し、４探針法（三菱油化製ローレスタＭＣＰ−Ｔ４００）で比抵抗を測定した結果、比抵抗の値は６．６×１０^-4Ω・ｃｍであった。また、波長５５０ｎｍの可視光透過率を測定したところ、透過率は７２％であった。
（２）実施例
上述した比較例にて作成したＩＴＯの導電膜に対して、加熱処理を施した。加熱装置としては、試料を保持する回転テーブル、その上に断熱箱を置き、更にマイクロ波発振装置、及び、温度計を用いて導電膜表面温度を断続的に測定できる装置を備えている。加熱炉内部からはガス供給管およびガス排気管の２本のチューブが配置されている。

断熱箱の中に基材上にＩＴＯの導電膜が形成された電気光学素子を配置し、加熱炉内を窒素で置換し、パルス波として２８ＧＨｚのマイクロ波を合計３０秒間照射した。照射後の導電膜の表面温度は３２０℃であった。

比較例と同様に比抵抗を測定した結果、比抵抗の値は９．２×１０^-5Ω・ｃｍであった。また、波長５５０ｎｍの可視光透過率を測定したところ、透過率は８６％であった。

本発明の実施の形態を実施するため膜形成装置の一例を示す図である。

符号の説明

１真空チャンバー
２ホルダー
３ステージ
４ノズル
５エアロゾル化室
６キャリアガス源
７真空ポンプ
Ａ微粒子
Ｂ噴射流
Ｃ基材

Claims

基材上に、膜厚が１μｍ〜２０μｍであり、比抵抗が３．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下である透明導電膜が設けられ、波長５５０ｎｍの光の透過率が７０％以上であることを特徴とする電気光学素子。
前記透明導電膜の比抵抗が１．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電気光学素子。
前記透明導電膜がＩｎ₂Ｏ₃：Ｓｎ又はＩｎ₂Ｏ₃：Ｚｎを主成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載の電気光学素子。
基材上に透明導電膜を形成する方法であって、導電材料の微粒子を基材に衝突させて成膜する工程及び形成された膜を加熱する工程を有することを特徴とする透明導電膜の形成方法。
前記加熱する工程において、前記形成された膜を１００℃〜４００℃に加熱することを特徴とする請求項４に記載の透明導電膜の形成方法。
請求項４または５のいずれかに記載の形成方法によって形成された前記透明導電膜を有することを特徴とする電気光学素子。
前記透明導電膜の膜厚が１μｍ〜２０μｍであり、比抵抗が３．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であり、波長５５０ｎｍの光の透過率が７０％以上であることを特徴とする請求項６に記載の電気光学素子。
前記透明導電膜の比抵抗が１．０×１０^-4Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項７に記載の電気光学素子。
前記導電材料がＩｎ₂Ｏ₃：Ｓｎ又はＩｎ₂Ｏ₃：Ｚｎを主成分とすることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の電気光学素子。