JP2013129887A

JP2013129887A - 複合電極の形成方法

Info

Publication number: JP2013129887A
Application number: JP2011281155A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Minamikata; 雅之南方; Toshitaka Nakamura; 年孝中村; Keita Mine; 啓太峯; Kazuaki Sasa; 和明佐々
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-07-04

Abstract

【課題】簡易な操作により、低コストで複合電極を形成することができる複合電極の形成方法を提供すること。
【解決手段】表面に透明電極２が形成された基板４を用意し、その透明電極２の表面に、エアロゾルデポジション法によって金属薄膜からなる補助電極３を形成することにより、複合電極１を形成する。この複合電極１の形成方法では、補助電極３がエアロゾルデポジション法によって形成されるため、複合電極１を低コストかつ簡易に形成することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、複合電極の形成方法、詳しくは、透明電極および補助電極を備える複合電極の形成方法に関する。

従来、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などから形成される透明電極が、可視光の透過率や導電性に優れることから、例えば、液晶表示装置、有機ＥＬ装置、タッチパネル、太陽電池などの光透過性が要求される各種デバイスにおいて、採用されている。

一方、透明電極は、透明性を確保する観点から薄膜性が要求されるが、薄膜として形成すると、透明電極の抵抗値が高くなる場合がある。

そのため、透明電極の表面に金属材料からなる補助電極を形成し、抵抗値を調整することが提案されており、そのような方法として、具体的には、例えば、透明電極の表面に、スパッタリング法により金属材料を蒸着させる方法、例えば、透明薄膜の表面に電解めっき法により金属薄膜を形成させる方法、例えば、透明電極の表面に導電ペーストを塗布および乾燥させる方法などが、提案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

特開２００５−３３８２３０号公報特開２０１１−０７１０２４号公報特開２０１１−１０８８８３号公報

しかるに、スパッタリング法では、金属材料のコストが高くなるという不具合があり、また、抵抗値を調整できるほどの厚い膜として形成することが困難であるという不具合がある。

また、電解めっき法では、酸やアルカリの溶液を用いる必要があるため、操作が煩雑であるという不具合がある。

さらに、導電性ペーストの塗布および乾燥では、導電性ペーストの塗布において、所望とする位置とは異なる位置に導電性ペーストが付着するなどの汚染の可能性があり、また、乾燥条件（硬化条件）を調整する必要があるため、操作が煩雑であるという不具合がある。

本発明の目的は、簡易な操作により、低コストで複合電極を形成することができる複合電極の形成方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の複合電極の形成方法は、表面に透明電極が形成された基板を用意する工程、および、前記透明電極の表面に、エアロゾルデポジション法によって金属薄膜からなる補助電極を形成する工程を備えることを特徴としている。

このような複合電極の形成方法では、補助電極がエアロゾルデポジション法によって形成されるため、複合電極を低コストかつ簡易に形成することができる。

また、本発明の複合電極の形成方法では、前記透明電極が、酸化インジウムスズを含有することが好適である。

透明電極が酸化インジウムスズを含有すれば、複合電極の優れた導電性および光透過率を確保することができる。

また、本発明の複合電極の形成方法では、前記補助電極が、銅を含有することが好適である。

補助電極が銅を含有すれば、複合電極の抵抗値を適切に調整することができる。

本発明の複合電極の形成方法では、補助電極がエアロゾルデポジション法によって形成されるため、複合電極を低コストかつ簡易に形成することができる。

本発明の複合電極の形成方法により得られる複合電極の一実施形態の断面図である。図１に示す複合電極の形成方法を示す工程図であって、（ａ）は、表面に透明電極が形成された基板を用意する工程、（ｂ）は、透明電極の表面に、補助電極の形成位置に対応する所定パターンで開口されたマスクを配置する工程、（ｃ）は、透明電極の表面に、エアロゾルデポジション法によって補助電極を形成する工程、（ｄ）は、基板からマスクを除去する工程をそれぞれ示す。エアロゾルデポジション法において用いられるエアロゾルデポジション装置の概略構成図である。

図１は、本発明の複合電極の形成方法により得られる複合電極の一実施形態の断面図である。

図１において、複合電極１は、透明電極２および補助電極３を備え、基板４上に設けられている。

基板４は、例えば、略平板状をなし、例えば、透明性に優れる基板材料から形成されている。

基板材料としては、例えば、ガラスなどの無機材料や、例えば、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル樹脂、ポリカーボネートなどのポリカーボネート樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂などの有機材料などが挙げられる。基板材料として、好ましくは、無機材料、より好ましくは、ガラスが挙げられる。

これら基板材料は、単独使用または２種類以上併用することができる。

基板４の厚さは、例えば、１〜１０００００μｍ、好ましくは、１０〜１００００μｍである。

また、基板４の光透過率（波長：３６０〜８３０ｎｍの光の透過率）は、例えば、８０％以上、好ましくは、９０％以上である。

透明電極２は、光透過率が７０％以上、好ましくは、８０％以上の電極であって、基板４の表面全体において、基板４と平面視略同一形状に形成されている。

透明電極２の材料としては、透明性および導通性を備えていればよく、例えば、ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ（ＩＴＯ、酸化インジウムスズ）、ＩｎｄｉｕｍＺｉｎｃＯｘｉｄｅ（ＩＺＯ、酸化インジウム亜鉛）、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、白金、金、銀、ロジウム、銅、クロム、炭素、アルミニウム、シリコン、アモルファスシリコン、マグネシウム、ＢＳＯ（ＢｉｓｍｕｔｈＳｉｌｉｃｏｎＯｘｉｄｅ）などが挙げられ、さらには、ポリチオフェン系ポリマー、ポリピロール系ポリマー、ポリアニリン系ポリマー、ポリアセチレン系ポリマー、ポリパラフェニレン系ポリマー、ポリセレノフェニレン系ポリマーなどの導電性ポリマーなどが挙げられる。透明電極２の材料として、好ましくは、酸化インジウムスズが挙げられる。透明電極２が酸化インジウムスズを含有すれば、複合電極１の優れた透明性および導通性を確保することができる。

これら透明電極２の材料は、単独使用または２種類以上併用することができる。

透明電極２の厚みは、例えば、１０〜１０００ｎｍ、好ましくは、１５〜３００ｎｍである。

補助電極３は、透明電極２の抵抗値を調整するための金属薄膜であって、透明電極２の表面において、互いに間隔を隔てて複数（例えば、３つ×２列（なお、図１および図２には、３つ×１列のみ記載している。））設けられている。

補助電極３の材料としては、後述するエアロゾルデポジション法に採用できる電極材料であれば、特に制限されないが、例えば、銅、ニッケル、金、銀、アルミニウムなどの金属材料が挙げられる。補助電極３の材料として、好ましくは、銅が挙げられる。補助電極３が銅を含有していれば、複合電極１の優れた透明性および導通性を確保することができる。

これら補助電極３の材料は、単独使用または２種類以上併用することができる。

補助電極３の厚みは、例えば、０．０１〜２００μｍ、好ましくは、０．０５〜１００μｍである。

そして、これら透明電極２および補助電極３を備える複合電極１の総合厚みは、例えば、例えば、２０〜５１０００ｎｍ、好ましくは、２００〜５０００ｎｍである。

また、複合電極１の抵抗値は、例えば、０．１〜１０００Ω／□、好ましくは、５〜３００Ω／□である。

次いで、このような複合電極１の形成方法について、詳述する。

図２は、図１に示す複合電極の形成方法を示す工程図である。

この方法では、まず、図２（ａ）に示すように、表面に透明電極２が形成された基板４を用意する。

次いで、この方法では、図２（ｂ）に示すように、透明電極２の表面に、補助電極３の形成位置に対応する所定パターンで開口されたマスク５を配置する。

その後、この方法では、図２（ｃ）に示すように、透明電極２の表面に、エアロゾルデポジション法（ＡＤ法）によって補助電極３を形成する。

図３は、エアロゾルデポジション法において用いられるエアロゾルデポジション装置の概略構成図である。

エアロゾルデポジション法（ＡＤ法・ガスデポジション法（気体堆積法））によって補助電極３を形成するには、エアロゾルデポジション装置１０が用いられる。

エアロゾルデポジション装置１０は、成膜チャンバー１１、エアロゾルチャンバー１２およびキャリアガス輸送装置１３を備えている。

成膜チャンバー１１は、透明電極２の表面に、補助電極３を形成するための成膜室であって、基板ホルダー１４、成膜チャンバー１１内の温度を測定するための温度計（図示せず）、および、成膜チャンバー１１内の圧力を測定するための圧力計（図示せず）を備えている。

基板ホルダー１４は、支柱１５、台座１６およびステージ１７を備えている。

支柱１５は、台座１６およびステージ１７を連結させる部材であって、成膜チャンバー１１の天井壁を貫通して下方（鉛直方向下方）に突出するように設けられている。

台座１６は、基板４を成膜チャンバー１１内に保持および固定するために、支柱１５の長手方向一端部（下端部）に設けられている。また、台座１６は、成膜チャンバー１１内において、その台座１６に基板４が配置されたときに、透明電極２の表面が成膜チャンバー１１の下方に向かうように、配置されている。

ステージ１７は、補助電極３の形成時において、基板４を任意の方向（ｘ方向（前後方向）、ｙ方向（左右方向）、ｚ方向（上下方向）およびθ方向（回転方向））に移動可能とするための装置であって、成膜チャンバー１１の天井壁の上面に設けられ、支柱１５の長手方向他端部（上端部）に接続されている。

これにより、ステージ１７は、支柱１５を介して台座１６に接続され、ステージ１７により、台座１６を移動可能としている。

また、成膜チャンバー１１には、メカニカルブースターポンプ１８およびロータリーポンプ１９が接続されている。

メカニカルブースターポンプ１８およびロータリーポンプ１９は、成膜チャンバー１１内を減圧するとともに、成膜チャンバー１１に連結管２０（後述）を介して連通されるエアロゾルチャンバー１２内を減圧するため、成膜チャンバー１１に、順次接続されている。

エアロゾルチャンバー１２は、補助電極３の材料を貯留する貯留槽であって、振動装置２１、および、エアロゾルチャンバー１２内の圧力を測定するための圧力計（図示せず）を備えている。

振動装置２１は、エアロゾルチャンバー１２、および、エアロゾルチャンバー１２内の補助電極３の材料を振動させるための装置であって、公知の振盪器が用いられる。

また、エアロゾルチャンバー１２には、連結管２０が接続されている。

連結管２０は、エアロゾル化された材料（以下、エアロゾル）を、エアロゾルチャンバー１２から成膜チャンバー１１に輸送するための配管であって、その一方側端部（上流側端部）がエアロゾルチャンバー１２に接続されるとともに、他方側が成膜チャンバー１１の底壁を貫通して台座１６に向かって延びるように配置されている。また、成膜チャンバー１１内において、連結管２０の他方側端部（下流側端部）には、成膜ノズル２２が接続されている。

成膜ノズル２２は、エアロゾルを透明電極２の表面に噴き付けるための噴射装置であって、成膜チャンバー１１内において、噴射口が鉛直方向上側の台座１６に向かうように、配置されている。具体的には、成膜ノズル２２は、その噴射口が台座１６と所定間隔（例えば、０．１〜５０ｍｍ、好ましくは、０．３〜３０ｍｍ）を隔てるように対向配置されており、これにより、エアロゾルチャンバー１２から供給されるエアロゾルを、透明電極２の表面に噴き付け可能としている。

なお、成膜ノズル２２の噴射口形状としては、特に制限されず、エアロゾルの噴射量、噴射範囲などに応じて、適宜設定される。

また、連結管２０の流れ方向途中には、連結管開閉弁２３が介在されている。連結管開閉弁２３としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。

キャリアガス輸送装置１３は、キャリアガスボンベ２５を備えている。

キャリアガスボンベ２５は、例えば、ヘリウムガス、アルゴンガス、窒素ガス、空気などのキャリアガスを貯留するボンベであって、ガス管２６を介して、エアロゾルチャンバー１２に接続されている。

ガス管２６は、キャリアガスをキャリアガスボンベ２５からエアロゾルチャンバー１２に輸送するための配管であって、その上流側端部がキャリアガスボンベ２５に接続されるとともに、下流側端部がエアロゾルチャンバー１２に接続されている。

また、ガス管２６の流れ方向途中には、ガス流量計２７が介在されている。ガス流量計２７は、ガス管２６内のガスの流量を調整するとともに、その流量を検知するための装置であって、特に制限されず、公知の流量計が用いられる。

さらに、ガス管２６の流れ方向途中には、ガス流量計２７よりも下流側において、ガス管開閉弁２８が介在されている。ガス管開閉弁２８としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。

このようなエアロゾルデポジション装置１０により補助電極３を形成するためには、まず、台座１６に、透明電極２を備える基板４を、その透明電極２の表面が成膜ノズル２２側（下側）に向かうように配置する。

なお、このとき、補助電極３の形成位置に対応するように所定パターンで開口されたマスク５は、透明電極２の鉛直方向下方に設置される（図２（ｂ）参照）。

一方、エアロゾルチャンバー１２には、上記した補助電極３の材料の粉末を投入する。

補助電極３の粉末の平均粒子径（メジアン径）は、例えば、０．３〜７μｍ、好ましくは、０．３〜２μｍであり、比表面積（ＢＥＴ法）は、例えば、０．１８〜１．２ｍ^２／ｇ、好ましくは、０．６〜１．２ｍ^２／ｇである。

次いで、この方法では、ガス管開閉弁２８を閉とし、また、連結管開閉弁２３を開とするとともに、メカニカルブースターポンプ１８およびロータリーポンプ１９を駆動させることにより、成膜チャンバー１１内およびエアロゾルチャンバー１２内を減圧する。

成膜チャンバー１１内の圧力は、例えば、５〜５０Ｐａであり、エアロゾルチャンバー１２内の圧力は、例えば、５〜５０Ｐａである。

次いで、この方法では、上記の粉末を、エアロゾルチャンバー１２内において、振動装置２１により振動させるとともに、ガス管開閉弁２８を開として、キャリアガスボンベ２５からキャリアガスをエアロゾルチャンバー１２に供給する。これにより、材料をエアロゾル化させるとともに、発生したエアロゾルを、連結管２０を介して成膜ノズル２２に輸送することができる。このとき、エアロゾルは、成膜ノズル２２の内壁に衝突して破砕され、より粒径の小さな粒子となる。

また、ガス流量計２７により調整されるキャリアガスの流量は、例えば、５〜１０Ｌ／分である。

次いで、この方法では、破砕された材料の粒子を、成膜ノズル２２の噴射口から透明電極２の表面に向けて噴射する。

エアロゾル噴射中のエアロゾルチャンバー１２内の圧力は、例えば、５０〜８００００Ｐａ、好ましくは、２０００〜５００００Ｐａであり、また、成膜チャンバー１１内の圧力は、例えば、５〜１０００Ｐａであり、好ましくは、１０〜９００Ｐａである。

また、エアロゾル噴射中のエアロゾルチャンバー１２内の温度は、例えば、０〜５０℃℃である。

また、エアロゾル噴射中、好ましくは、ステージ１７を適宜移動させることにより、マスク５の表面に均等にエアロゾルを噴き付ける。

このような場合において、ステージ１７の移動速度（すなわち、成膜ノズル２２の移動速度）は、例えば、０．１〜５ｍｍ／秒である。

これにより、透明電極２の表面（鉛直方向下側）には、マスク５の開口に対応する部分において、金属薄膜として補助電極３を上記した厚みで形成することができ、これにより、透明電極２および補助電極３を備える複合電極１を形成することができる（図２（ｃ）参照）。

その後、必要により、図２（ｄ）に示すように、基板４からマスク５を除去する。

このような複合電極１の形成方法では、補助電極３がエアロゾルデポジション法によって形成されるため、複合電極１を低コストかつ簡易に形成することができる。

すなわち、補助電極３を、例えば、スパッタリング法で形成する場合には、材料のコストが高くなり、また、抵抗値を調整できるほどの厚い膜として形成することが困難である場合がある。また、補助電極３を、電解めっき法で形成する場合には、酸やアルカリの溶液を用いる必要があるため、操作が煩雑であるという不具合がある。さらに、補助電極３を導電性ペーストにより形成する場合には、その塗布において、所望とする位置とは異なる位置に導電性ペーストが付着するなどの汚染の可能性があるため、慎重な操作を必要とするなど、作業性に劣る。また、導電性ペーストの乾燥条件（硬化条件）を調整する必要があるため、操作が煩雑であるという不具合がある。

一方、上記した複合電極１の形成方法では、エアロゾルデポジション法によって、簡易な操作により、低コストで補助電極３を形成することができるので、複合電極１を低コストかつ簡易に形成することができる。

なお、上記した説明では、補助電極３を透明電極２の表面に形成するため、マスク５を用いたが、補助電極３を所望の位置に形成することができれば、上記の方法に限定されず、例えば、成膜ノズル２２の噴射口の形状および幅を設定することにより、所望の位置に補助電極３を形成することができ、これにより、複合電極１を形成することもできる。

実施例１
まず、透明電極としてＩＴＯ薄膜（厚み１５０ｎｍ）が表面に形成されたガラス基板（縦４ｃｍ×横４ｃｍ×厚み０．７ｍｍ）を用意した。

次いで、ＩＴＯ薄膜上に、補助電極の形成位置が開口されたマスクを配置した。なお、マスクの開口部は、縦１０ｍｍ×横５ｍｍの長方形として、それら開口部が３つ×２列（合計６つ）並ぶように、互いに１０ｍｍ間隔を隔てて形成した。

そして、エアロゾルデポジション装置（キャリアガス：ヘリウムガス）を用意し、その成膜チャンバー（２２℃）内において、基板ホルダーの台座に、ＩＴＯ薄膜およびマスク表面が鉛直方向下方を向くように設置した。

なお、このとき、成膜ノズルの噴射口とＩＴＯ薄膜表面との間隔が、１０ｍｍとなるように調節した。

一方、１２０℃において２０時間乾燥させた銅粉体（メジアン径：０．８４μｍ、ＢＥＴ比表面積：０．８８ｍ^２／ｇ）を１５０ｍＬ用意し、５００ｍＬのガラス製エアロゾルチャンバーに投入した。

その後、ガス管開閉弁を閉とし、また、連結管開閉弁を開とするとともに、メカニカルブースターポンプおよびロータリーポンプを駆動させることにより、成膜チャンバー内およびエアロゾルチャンバー内を、３０Ｐａまで減圧した。

次いで、ヘリウムガスの流量が７．５Ｌ／分となるようにガス流量計により調整し、また、エアロゾルチャンバーを振盪器により振動させながら、ガス管開閉弁を開とした。これによって、エアロゾルチャンバー内において、銅粉体をエアロゾル化し、得られたエアロゾルを、成膜ノズルから噴射させた。

なお、このときのエアロゾルチャンバー内の圧力は、約２００００Ｐａであり、成膜チャンバー内の圧力は、約２００Ｐａであった。

そして、基板ホルダーのステージによって、ガラス基板が固定された台座を移動速度０．５ｍｍ／秒でｘ−ｙ方向に適宜移動させるとともに、成膜ノズルから噴射されるエアロゾルを、マスクの開口を介してＩＴＯ薄膜の表面に噴き付け、その後、マスクを除去した。

これにより、厚み１．５μｍの銅薄膜を所定パターンで形成し、透明電極および補助電極を備える複合電極（厚み１．６５μｍ）を形成した。

その結果、補助電極をエアロゾルデポジション法によって形成することができ、そのため、複合電極を低コストかつ簡易に形成することができた。

実施例２
成膜ノズルによる噴き付け量を調整し、銅薄膜の厚みを５０μｍとした以外は、上記実施例１と同様にして、透明電極および補助電極を備える複合電極（厚み５０．１５μｍ）を形成した。

その結果、このような方法によっても、補助電極をエアロゾルデポジション法によって形成することができ、そのため、複合電極を低コストかつ簡易に形成することができた。

１複合電極
２透明電極
３補助電極
４基板
５マスク

Claims

表面に透明電極が形成された基板を用意する工程、および、
前記透明電極の表面に、エアロゾルデポジション法によって金属薄膜からなる補助電極を形成する工程
を備えることを特徴とする、複合電極の形成方法。
前記透明電極が、酸化インジウムスズを含有することを特徴とする、請求項１に記載の複合電極の形成方法。
前記補助電極が、銅を含有することを特徴とする、請求項１または２に記載の複合電極の形成方法。