JP2013239436A

JP2013239436A - 透光性導電膜およびその製造方法と、この透光性導電膜を用いた電子機器

Info

Publication number: JP2013239436A
Application number: JP2013087164A
Authority: JP
Inventors: Aki Yazawa; 亜希矢澤; Satoshi Tomioka; 聡志富岡
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2013-11-28

Abstract

【課題】本発明の透光性導電膜およびその製造方法と、この透光性導電膜を用いた電子機器は、高い導電率を維持しつつ優れた透過率を実現することを目的とする。
【解決手段】上記課題を解決するために、本発明の透光性導電膜は基材２と、基材２の上に形成され、上面に凹部を有し透光性導電結晶４を含む第１の層３と、第１の層３の上に形成され透光性粒子６を含む第２の層５とを備え、凹部に前記透光性粒子６を介在させるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネルなどのディスプレイ用の透光性導電膜として有用なＺｎＯ系の透光性導電膜に関し、ＺｎＯ膜の可視光域の透過率を向上させた透光性導電膜およびその製造方法と、この透光性導電膜を用いた電子機器に関するものである。

ＺｎＯはその優れた透光性と導電性からディスプレイや太陽電池などの透光性導電膜材料として広く検討されている。特にディスプレイ用途には視認性確保のため可視光域において８５％以上の高い透過率が求められている。ＺｎＯ層の成膜プロセスはスパッタ、ＣＶＤ法、溶液法など多岐に渡るが、いずれのプロセスでも、高い透過率を確保するためにＺｎＯの配向度を上げる取組が行われている。またＺｎＯ層における結晶のｃ軸配向度を向上させることで透光性のみならず導電性を向上できる利点もある。

特許文献１では、溶液法によるＺｎＯ層の成膜において、溶液の組成を調整することでＺｎＯのｃ軸配向性を制御しており六角柱状の結晶が基板に対して垂直方向に成長するように成膜しているものである。しかしながら六角柱状のＺｎＯを成膜する場合、実際にはａ、ｂ軸方向にも成長してしまい、例えばＸ線回折測定において、ほぼすべての六角柱状のＺｎＯ結晶がｃ軸配向しているデータが示されたとしても、実際には図５（ａ）のＺｎＯ層の断面ＳＥＭ写真に示すように六角柱の結晶は基板に対して厳密に垂直でないことが多い。また図５（ｂ）のＺｎＯ膜の上面ＳＥＭ写真に示すように上面の凹部でその表面に空隙が生じてしまう。その結果、透光性導電膜の表面におけるＺｎＯ結晶の粒界またはＺｎＯ結晶間の隙間などで光が散乱し透光性導電膜全体の透過率が低下してしまう。また導電性の向上は膜厚を厚くすることで解決されるが厚みが厚くなるに従い、前述した透過率の低下は顕著になってしまう。

特開２００５−４７７５２号公報

本発明の透光性導電膜は上記課題を解決するものであり高い導電率を維持しつつ優れた透過率を実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明は基材と、基材の上に形成され、上面に凹部を有し透光性導電結晶を含む第１の層と、第１の層の上に形成され、透光性粒子を含む第２の層とを備え、凹部に透光性粒子が介在した透光性導電膜を提供するものである。

本発明の透光性導電膜は第１の層における表面に凹部を有した場合でも、凹部で形成された隙間に透光性粒子を充填することで、この凹部で生じる光の散乱を抑制することができる。

本発明の一実施例における透光性導電膜の側面ＳＥＭ写真本発明の一実施例における透光性導電膜の断面模式図本発明の一実施例における透光性導電膜の製造工程フロー図本発明の一実施例における第１の層のＸＲＤ測定結果を示す図一般的な溶液法で作製した透光性導電膜の断面ＳＥＭ写真および上面ＳＥＭ写真

以下、本発明の透光性導電膜１について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明における透光性導電膜１の側面ＳＥＭ写真であり、図２は本発明における透光性導電膜１の断面模式図である。

図１の透光性導電膜１はＰＥＴフィルムやガラス基板などの基材２の上面に、凹部を有し透光性導電結晶４を含む第１の層３を配置し、この第１の層３の上に形成され透光性粒子６を含む第２の層５とを備えるものであり、図２に示すように第１の層３の上面における凹部に透光性粒子６を介在させることで、この凹部における空隙が低減し光の散乱を抑制するものである。

本発明における第１の層３について説明する。第１の層３としては特に限定されるものではないが配向性を有する透光性導電結晶４を用いることで高い導電率および高い透過率を実現することができる。この透光性導電結晶４の材料としてはＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２があげられる。

なお、本発明において配向性を有するとは結晶の成長方向を指しこの配向方向は例えばＸ線回折測定で確認することができる。

以下、透光性導電結晶４をＺｎＯ結晶として説明するが、本発明の透光性導電膜１の透光性導電結晶４においては上述したＺｎＯ結晶以外の結晶で構成されていても良い。

透光性導電結晶４における配向方向の長さは配向方向に垂直な平面における透光性導電結晶４の最大長さよりも小さい透光性導電結晶４が好ましい。この透光性導電結晶４の具体的な形状としては配向方向に薄い薄体形状（板形状、鱗片状等）であり、他の製造プロセスよりも安価でかつ生産性が高い塗布法（スピンコート、ディップコート、印刷法等）を用いて、薄体形状の透光性導電結晶４における底面が基板面と平行に配列し、かつ緻密な第２の層５を形成することができる。ここで透光性導電結晶４の配向方向の長さが配向方向に垂直な平面における透光性導電結晶４の最大長さよりも小さい透光性導電結晶４について説明する。例として透光性導電結晶４をＺｎＯ結晶として説明する。ＺｎＯ結晶の配向方向がｃ軸である場合はＺｎＯ結晶のｃ軸の長さが、ａ−ｂ軸平面における最大長さよりも短い結晶を指し、前述した底面は（００２）面および、この（００２）面と等価な面となる。すなわち、配向方向に対して垂直な面が底面となるものである。

次に本発明における透光性粒子６を含む第２の層５について説明する。第２の層５は第１の層３の上面に配置されるものであり、この透光性粒子６は透光性が良好であると共に、第１の層３で形成される凹部に介在するものであればよい。具体的には透光性粒子６の平均粒子径が透光性導電結晶４の最大長さよりも小さいものであれば、少なくともこの凹部の空隙を透光性粒子６で埋め透光性導電膜１の透過率向上効果を奏する。さらにこの凹部を有する第１の層３が透光性導電膜１の表層となる場合と比較して、この透光性粒子６が透光性導電膜１の表層として構成される方がその凹部が小さくなり光の散乱を抑制することができる。

ここで透光性粒子６の粒形状は特に限定されるものではなく、第１の層３の凹部に介在されるものであればよいが、好ましい透光性粒子６の形態としては、その平均粒径が４０ｎｍ以下であり、可視光下限（約０．４μｍ）の波長の１／１０以下とすることにより、特に透光性導電膜１における表面の散乱を抑えることができる。光は波長の１／１０のサイズの物質であれば、物質表面での散乱や反射を限りなく低減することができ光を透過することができる。この透光性粒子６としては例えばＳｉＯ_２または、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２等があげられるが、より好ましくは高い透過率に加えて、高い導電性を有するＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２があげられる。また、第１の層３と異なる材料の第２の層５を積層した場合には異材同士の界面において光が屈折し易くなり透光性導電膜１全体の透過率が低下してしまうため、より好ましくは第１の層３と同様にＺｎＯを用いることが好ましい。

次に第１の層３の厚みと第２の層５との厚み比について説明する。第１の層の厚みをＡ、第２の層の厚みをＢとしたとき、その厚み比Ａ／Ｂの値が０．４以上であることが好ましい。この厚み比Ａ／Ｂを０．４以上とすることで透光性導電膜１全体の透過率を向上させることができる。また、厚みの比の上限値については特に限定されるものではないが、第１の層３の上面に第２の層が少なくとも透光性粒子１層分の膜厚があればよい。

また、本発明の透光性導電膜１はタッチパネル等に用いられ、これを搭載する電子機器に用いることができる。

次に、上述した本発明の透光性導電膜１の製造方法について実施例を基に以下詳細に説明する。

以下、本発明の実施例１について説明する。

図３は本発明の一実施例における透光性導電膜１の製造工程フローを示す図である。

本実施例ではＺｎＯ結晶を含む第１の層３を溶液法により成膜した。第１の層３を溶液法により作製するために、まず基材２の上面にシード層（種層）を成膜する。まずＺｎ（ＣＨ_３ＣＯＯ）_２、エタノール、２，２−イミノジエタノールを混合してシード層形成溶液を作製する。次いでこのシード層形成溶液をアセトンおよびエタノールで洗浄したガラス基板上にスピンコート塗布して１５０℃で１０分間乾燥させた。これを３回繰り返した後に３５０℃、２０分間の熱処理を施すことでＺｎＯのシード層を形成した。

次に第１の層３を形成するための成膜水溶液として、Ｚｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ、Ｃ_６Ｈ_１２Ｎ_４および水を混合し、この成膜水溶液を７０℃で加熱し、上記シード層付ガラス基板を７０℃に加熱した成膜水溶液に１２０分間浸漬することで第１の層３が形成される。

図４にこの第１の層３のＸ線回折の測定結果を示す。通常のＺｎＯ結晶のメインピーク（１０１）面のピーク強度よりも（００２）面のピーク強度の方が高く、多くのＺｎＯ結晶がｃ軸に配向していることがわかる。

なお、この時（００２）面の（１０１）面に対するピーク強度比をＸ＝Ｉ_００２／（Ｉ_００２＋Ｉ_１０１）とし、配向度Ｆは（Ｘ―Ｘ_０）／（１−Ｘ_０）として算出した。

また、配向度ＦのＸ_０は、ランダムなＺｎＯ結晶の粉末Ｘ線回折測定結果から求めた（００２）面の（１０１）面に対するピーク強度比であり、これらのピーク強度比から配向度Ｆを算出した結果０．９４であった。

次に、この第１の層３の上に透光性粒子６からなる第２の層５を形成する。透光性粒子６の平均粒子径としては０．０２μｍ、０．０４μｍ、０．０５μｍ、０．１μｍ、２μｍを用意し、各々ＩＰＡ分散液をスピンコートすることにより、第２の層５を形成して透光性導電膜１を作製した。

なお、本発明における平均粒子径とは動的光散乱式粒度分布測定装置（Ｍａｌｖｅｒｎ製ゼータサイザー）を用いて測定したＤ５０（メディアン径）の値と定義する。透光性導電膜１の膜厚は全て１μｍで、第１の層３の厚みと第２の層５との厚み比は、全て４となるように調整した。なお、膜厚は膜の破断面のＳＥＭ観察により測定した。

（表１）に第１の層３単体、第２の層５単体、更に第１の層３上に異なる透光性粒子６径の第２の層５を形成した透光性導電膜１の透過率および抵抗率の測定結果を示す。

なお、透過率はＪＩＳＲ１６３５に従い分光光度計（日本分光製Ｖ−５７０）を用いて測定し、可視光の波長域０．４μｍ〜０．７５μｍにおける透過率の平均値を算出し、透過率の値とした。抵抗率は、ＪＩＳＫ７１９４に従い、ロレスタ（三菱化学製）を用い、四深針法により測定した。

（表１）に示すように、試料Ｎｏ．１の第１の層３単体の透過率は７４％であるのに対して、第１の層３の上に平均粒子径０．０２μｍおよび０．０４μｍの第２の層５を形成した試料Ｎｏ．４およびＮｏ．９は、その透過率が８５％以上と優れた値を示した。

これは可視光の波長よりも十分に短い平均粒子径を有した透光性粒子からなる第２の層５を第１の層３上に形成することにより、試料Ｎｏ．１の第１の層３単体の透過率よりも高くなるものである。また、第１の層３におけるＺｎＯ結晶の表面は図１および図５（ｂ）に示すように凹部を有し、この凹部に透光性粒子６を介在させることで、凹部における空隙を低減させ光の散乱を抑制することができる。

また、第２の層５単体の試料Ｎｏ．２および試料Ｎｏ．６の抵抗率は第１の層３単体の試料Ｎｏ．１の抵抗率と比較して２桁高く、さらにこの試料Ｎｏ．２および試料Ｎｏ．６を試料Ｎｏ．１の第１の層３上面に形成した試料Ｎｏ．４および試料Ｎｏ．９の抵抗率は、試料Ｎｏ．１の抵抗率とほぼ同程度の導電性を確保できている。

また、第１の層３単体である試料Ｎｏ．１の上面に、透光性粒子６の平均粒子径が０．０５μｍである第２の層５を形成した試料Ｎｏ．１０では、透光性粒子６の平均粒子径が０．０４μｍの試料Ｎｏ．９と比較して透過率が５％も低下、さらには透光性粒子６の平均粒子径が２μｍの試料Ｎｏ．５および０．１μｍの試料Ｎｏ．１１の透過率は更に低下した。透光性導電膜１の表面に形成される第２の層における透光性粒子６の平均粒子径が可視光の波長よりも大きいために光を散乱してしまうことが要因である。

これら透過率向上の効果は第２の層５単体でその透光性粒子６の平均粒子径が０．０２μｍおよび２．０μｍのときに各々透過率が８９％、０．７％である試料Ｎｏ．２および試料Ｎｏ．３の結果と比較しても明らかである。

以上のように、本実施例によれば高い電気伝導性を維持しつつ、従来よりも高い透過率を実現することができる。

以下、本発明の実施例２について説明する。

なお、本発明の透光性導電膜１は実施例１と同様の方法で作製した。また、第２の層５の透光性粒子６の平均粒子径は０．０２μｍとした。このとき、透光性導電膜１の膜厚は１μｍと一定とし、第１の層３の厚みＡと第２の層５の厚みＢとの厚み比Ａ／Ｂを２５、４、０．４および０．２５とした。なお、第１の層３の厚みは、図３に示す製造工程フローのうち、成膜溶液へ基板を浸漬する時間を調整することにより制御した。第２の層５の厚みは塗布法のうちスピンコートで形成し、スピンコートの回数を変更することにより制御した。なお、透光性導電膜１、第１の層３および第２の層５における各々の厚みは実施例１と同方法で測定した。

（表２）に第１の層３の厚みＡと、第２の層５の厚みＢとの厚み比Ａ／Ｂの検討結果を示す。

（表２）に示すように、第１の層３の厚みＡと、第２の層５の厚みＢとの厚み比Ａ／Ｂが０．４以上の場合には透光性、導電性がいずれも高い。しかしながら０．４から０．２５となる所で急激に抵抗率が増加し、導電性が低下する。これは、第２の層５における透光性粒子６の抵抗率が第１の層３におけるＺｎＯ結晶の抵抗率と比較して高いためである。

以上のように、本実施例によれば、第１の層３の厚みＡと、第２の層５の厚みＢとの厚み比Ａ／Ｂを０．４以上とすることで高い電気伝導性を維持しつつ、従来よりも高い８５％以上の透過率を実現することができる。厚みの比の上限値については特に規定はないが、少なくとも透光性導電膜１の表面に第２の層５が形成されていればよく、この場合厚みとしては透光性粒子６が１層分の膜厚となる。

なお、第１の層３における透光性導電結晶４の形成方法としては溶液法に限らずスパッタ、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、更には安価でかつ生産性が高い塗布法（スピンコート、ディップコート、印刷法等）でも良い。透光性粒子６を含む第２の層５の形成方法としては、塗布法により第１の層３における凹部に透光性粒子６が介在する構成となる。

以上のように、本発明の透光性導電膜１によれば凹部を有し透光性導電結晶４を含む第１の層３と、この第１の層３の上に形成され、透光性粒子６を含む第２の層５とを備え、この凹部に透光性粒子６を介在させることにより高い導電率を維持しつつ、優れた透過率を実現させることができる。

本発明によれば高い導電率を維持しつつ、優れた透過率を有した透光性導電膜を提供するものであり、ディスプレイ用の透光性導電膜として有用である。

１透光性導電膜
２基材
３第１の層
４透光性導電結晶
５第２の層
６透光性粒子

Claims

基材と、
前記基材の上に形成され、上面に凹部を有し透光性導電結晶を含む第１の層と、
前記第１の層の上に形成され、透光性粒子を含む第２の層とを備え、
前記凹部に前記透光性粒子が介在した透光性導電膜。
前記透光性粒子の平均粒子径は、前記透光性導電結晶における最大長さよりも小さい請求項１に記載の透光性導電膜。
前記透光性導電結晶は配向性を有し、前記透光性導電結晶の配向方向の長さは、
前記配向方向に垂直な平面における前記透光性導電結晶の最大長さよりも小さい請求項１に記載の透光性導電膜。
前記透光性粒子の平均粒子径は４０ｎｍ以下である請求項１に記載の透光性導電膜。
前記第１の層の層方向における厚みをＡとし前記第２の層の層方向の厚みをＢとしたとき、前記第１の層の層厚と、前記第２の層の層厚の比Ａ／Ｂは０．４以上である請求項１に記載の透光性導電膜。
前記透光性粒子はＳｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２のいずれかを含む請求項１に記載の透光性導電膜。
前記透光性導電結晶はＺｎＯ、ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２のいずれかを含む請求項１に記載の透光性導電膜。
基材と、
前記基材の上に形成され、上面に凹部を有し透光性導電結晶を含む第１の層と、
前記第１の層の上に形成され、透光性粒子を含む第２の層とを備え、
前記凹部に前記透光性粒子が介在した透光性導電膜の製造方法であって、
前記第１の層は溶液法、スピンコート法、ディップコート法、印刷法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ＰＬＤ法、めっき、ゾルゲル法のうちいずれか１つの方法で形成され、前記第２の層はスピンコート、ディップコート、印刷のうちいずれか１つの方法で形成される透光性導電膜の製造方法。
前記第１の層がスピンコート、ディップコート、印刷法のうちいずれか１つの方法で形成されたとき、前記透光性導電結晶は配向性を有し、前記透光性導電結晶の配向方向の長さは、前記配向方向に垂直な平面における前記透光性導電結晶の最大長さよりも小さい請求項８に記載の透光性導電膜の製造方法。
請求項１に記載の透光性導電膜を備えた表示部付き入力部を有する電子機器。