JP2014201746A

JP2014201746A - 透明導電膜、及び透明導電膜の製造方法

Info

Publication number: JP2014201746A
Application number: JP2013075709A
Authority: JP
Inventors: 雅人松原; Masahito Matsubara; 健治後藤; Kenji Goto
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-10-27

Abstract

【課題】透明電極の消衰係数の低い透明導電膜を提供する。【解決手段】透明電極膜を有する透明導電膜であって、前記透明電極膜の波長４５０ｎｍにおける消衰係数が０．００６以下である透明導電膜。【選択図】図１

Description

本発明は、透明導電膜、及び透明導電膜の製造方法に関する。

タッチパネルでは一般にインジウム系透明電極が使用されるが、インジウム系透明電極の屈折率は一般に１．９以上と高いため、反射による光の損失が大きいという課題があった。また、インジウム系透明電極を用いた透明導電膜の場合、インジウム系透明電極が透けて見える、所謂「骨見え」を防止することが大きな課題となっている。

上記課題を解決するための方法の開示はあるものの（特許文献１及び２）、これらであっても十分な効果は得られなかった。

特開２００９−００３４４０号公報ＷＯ２０１０／１４０２７５号パンフレット

本発明の目的は、透明電極の消衰係数の低い透明導電膜を提供することである。

本発明の一形態によれば、以下の透明導電膜が提供される。
透明電極膜を有する透明導電膜であって、前記透明電極膜の波長４５０ｎｍにおける消衰係数が０．００６以下である透明導電膜。

本発明によれば、透明電極の消衰係数の低い透明導電膜が提供できる。

透明基材、屈折率調整層及び透明電極膜を有する場合の透明導電膜の一実施形態を示す概略断面図である。

［透明電極］
本発明の一形態に係る透明導電膜は、透明電極膜を有する透明導電膜であって、当該透明電極膜の波長４５０ｎｍにおける消衰係数が０．００６以下である。
透明電極膜の消衰係数を０．００６以下と低くすることで、透明電極の反射を低減することができる。

消衰係数は、以下のように定義される係数である。
物質が光を吸収する場合に、透過光Ｉは、入射光強度Ｉ_０、光の侵入深さＺを用いて、下記の関係式に従って減衰する。
Ｉ＝Ｉ_０ｅ^−αｚ
このとき、単位長さあたりの減衰を示すαを吸収係数と呼ぶ。一方、光と物質の相互作用を理論的に扱う場合には、光の電磁場の振動１回あたりの吸収量が基準となる。このため、物質による光の吸収を定義する量として消衰係数ｋが定義されている。消衰係数ｋと吸収係数α、波長λの間には、下記関係がある。
ｋ＝α×λ／４π

本発明の一形態に係る透明導電膜の透明電極膜は、好ましくはＩｎ、Ｚｎ及びＳｎから得らればれる２以上の元素を含む酸化物からなる。
上記酸化物としては、例えばＩｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３−ＳｎＯ_２−ＺｎＯ等が挙げられる。

透明電極膜の膜厚は、低い比抵抗及び高い光透過率を得る観点から、好ましくは１０ｎｍ〜１０００ｎｍであり、生産コストの観点から、好ましくは２０ｎｍ〜１００ｎｍ以下である。

本発明の一形態に係る透明導電膜は、好ましくは透明基材を有し、当該透明基材及び透明電極膜を含む積層体である。
上記透明基材としては、特に制限はなく公知の基材を使用でき、例えばケイ酸アルカリ系ガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等のガラス基板；アクリル、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、環状シクロポリオレフィン（ＣＯＰ）等の樹脂基板；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、環状シクロポリオレフィン（ＣＯＰ）、ポリアミド等の高分子フィルム基材等が使用できる。

透明基材の厚さは、通常０．１〜１０ｍｍであり、０．３〜５ｍｍが好ましい。
透明基材がガラス基板の場合は、化学的に、或いは熱的に強化させたものが好ましい。透明性や平滑性が求められる場合は、ガラス基板、樹脂基板が好ましく、ガラス基板が特に好ましい。軽量化が求められる場合は樹脂基板や高分子基材が好ましい。

本発明の一形態に係る透明導電膜は、好ましくは透明電極膜及び透明基材に挟持されてなる屈折率調整層を有する。透明導電膜が、屈折率調整層を有することにより、ｂ^＊を１．５以下とすることができる。

屈折率調整層は、１層単独でもよく、２層以上の積層体でもよい。
例えば屈折率調整層が２層以上の積層体である場合、例えば屈折率が１．７０〜２．５０である１層以上の高屈折率層及び屈折率が１．３０〜１．６０である１層以上の低屈折率層の積層体を屈折率調整層とすることができる。
上記の高屈折率層及び低屈折率層の積層体が屈折率調整層である場合、高屈折率層及び低屈折率層を透明基材側からこの順に有する積層体であると好ましい。

高屈折率層の屈折率は、例えば１．７０〜２．５０であり、好ましくは１．９０〜２．３０であり、より好ましくは１．９０〜２．１０である。
高屈折率層の材料としては、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＳｎＯ等の酸化物；これらの複合酸化物；及びＺｎＳが挙げられる。
高屈折率層の厚みは、例えば４〜２０ｎｍであり、好ましくは７〜１５ｎｍであり、より好ましくは８〜１３ｎｍである。

低屈折率層の屈折率は、例えば１．３０〜１．６０であり、好ましくは１．４０〜１．５５であり、より好ましくは１．４３〜１．５０である。
低屈折率層の材料としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の透明金属酸化物；これらの複合酸化物；ＣｕＦ_２、ＣｅＦ_２、ＭｎＦ_２、ＭｇＦ_２等の金属フッ化物；及びこれらの複合フッ化物が挙げられる。
低屈折率層の厚みは、例えば４〜２０ｎｍであり、好ましくは７〜１５ｎｍであり、より好ましくは８〜１３ｎｍである。

屈折率調整層は、好ましくは透明導電膜を構成する元素と異なる元素の酸化物からなり、より好ましくはＺｒ、Ｔｉ及びＳｉからなる群から選択される１以上の元素を含む酸化物からなる。

本発明の一形態に係る透明導電膜は、屈折率調整層を有することによりｂ^＊を１．５以下とすることができ、ｂ^＊が１．５以下である透明導電膜は、透明電極が透けて見える「骨見え」を防ぐことができる。

図１は、上述の透明電極膜、屈折率調整層及び透明基材を有する場合の透明導電膜の一実施形態を示す概略断面図である。
透明導電膜１は、透明基材１０、屈折率調整層２０、及び透明電極膜３０をこの順に有する。

［透明導電膜の製造方法］
本発明の一形態に係る透明導電膜は、透明電極膜の成膜時の背圧を１×１０^−３Ｐａ以上とする。背圧を１×１０^−３Ｐａ以上より高くすることで、波長４５０ｎｍにおける透明電極膜の消衰係数を０．００６以下とすることができる。
透明電極膜成膜時の背圧は、好ましくは１×１０^−３Ｐａ〜１×１０^−２Ｐａである。
また、透明電極膜成膜時の背圧の上限は特にないが、例えば５×１０^−２Ｐａである。

ここで「成膜時の背圧」とは、スパッタ成膜する際に基板が設置される成膜室（真空容器）内の到達真空度であり、成膜開始前の成膜ガスを導入する前の成膜装置内の真空度を意味する。
本明細書において、背圧（到達真空度）は、スパッタ成膜装置に設置されているイオンゲージ（電離真空計）の値を読み取った値とすることができる。成膜装置内の背圧（到達真空度）は、成膜装置内の水分量（水分圧）と概ね等価であるため、質量分析計を用いて測定された水分圧から求めた値としてもよい。

透明電極膜の成膜前に、屈折率調整層を成膜してもよい。
透明電極膜及び屈折率調整層の成膜は、例えばスパッタ法、蒸着法、イオンビーム法等の乾式成膜又は湿式塗布法を用いてそれぞれ行うことができる。
スパッタ法で透明電極膜及び屈折率調整層の成膜をする場合、基板温度は加熱成膜でも非加熱成膜でも構わない。透明基材が有機物の場合は、非加熱成膜が好ましい。透明基材が無機物の場合は、室温成膜から２５０℃の範囲で成膜が可能である。好ましくは室温から１５０℃である。

透明電極膜及び屈折率調整層の成膜条件として、酸素分圧は０〜５％が好ましく、成膜圧力は０．１〜０．８Ｐａであることが好ましく、基板間距離は５０ｍｍ〜５０００ｍｍであることが好ましい。電源は、ＤＣ又はＲＦが使用可能である。

本発明の透明電極は、液晶ディスプレイ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、太陽電池等の透明電極として好適に用いることができる。

実施例１
Ｉｎ_２Ｏ_３が９２．５ｗｔ％及びＺｎＯが７．５ｗｔ％の組成を有するインジウム化合物をマグネトロンスパッタ装置に装着した。
透明基材として厚さ１２５μｍのＰＥＴフィルムを用い、スパッタ成膜室の背圧が１×１０^−３Ｐａとなるように圧力調整した後、成膜時の基材温度を室温（非加熱成膜）、酸素を２％添加して成膜時の全圧力をＯ_２＋Ａｒで０．１Ｐａとなるように調整し、透明電極膜の成膜を行った。スパッタ時間は、透明電極膜の膜厚が３０ｎｍとなるように調整した。
得られた透明電極膜について、ＦｉｌｍＴｅｋ３０００（ＳＣＩ社）を用いて、波長４５０ｎｍの消衰係数を測定した。結果を表１に示す。

実施例２
スパッタ成膜室の背圧を３×１０^−３Ｐａとなるように圧力調整した他は、実施例１と同様にして透明電極膜を作製し、評価した。結果を表１に示す。

実施例３
スパッタ成膜室の背圧を５×１０^−３Ｐａとなるように圧力調整した他は、実施例１と同様にして透明電極膜を作製し、評価した。結果を表１に示す。

比較例１
スパッタ成膜室の背圧を５×１０^−４Ｐａとなるように圧力調整した他は、実施例１と同様にして透明電極膜を作製し、評価した。結果を表１に示す。

実施例４
透明基材であるＰＥＴ上に、ＺｒＯ_２を２０ｎｍ及びＳｉＯ_２を１０ｎｍそれぞれこの順に成膜して、ＺｒＯ_２及びＳｉＯ_２の積層体からなる屈折率調整層を積層した。
スパッタ成膜室の背圧が３×１０^−３Ｐａとなるように圧力調整した後、透明基材及び屈折率調整層（透明基材側からＺｒＯ_２層及びＳｉＯ_２層からなる積層体）からなる積層体の温度を室温（非加熱成膜）、酸素を２％添加して成膜時の全圧力をＯ_２＋Ａｒで０．１Ｐａとなるように調整し、Ｉｎ_２Ｏ_３が９２．５ｗｔ％及びＺｎＯが７．５ｗｔ％の組成を有するインジウム化合物を用いて、透明電極膜の成膜を行った。スパッタ時間は、透明電極膜の膜厚が３０ｎｍとなるように調整した。
得られた透明導電膜について、分光光度計を用いて透過率からｂ^＊を計算した。結果を表２に示す。
また、得られた透明導電膜の透明電極膜の消衰係数を測定したところ，４５０ｎｍの波長における消衰係数は，０．００５２であった。

実施例５
透明基材であるＰＥＴ上に、ＺｒＯ_２を１０ｎｍ及びＳｉＯ_２を３０ｎｍそれぞれこの順に成膜して、ＺｒＯ_２及びＳｉＯ_２の積層体からなる屈折率調整層を積層した他は、実施例４と同様にして透明導電膜を製造し、評価した。結果を表２に示す。

実施例６
透明基材であるＰＥＴ上に、ＴｉＯ_２を１５ｎｍ及びＳｉＯ_２を１０ｎｍそれぞれこの順に成膜して、ＴｉＯ_２及びＳｉＯ_２の積層体からなる屈折率調整層を積層した他は、実施例４と同様にして透明導電膜を製造し、評価した。結果を表２に示す。

実施例７
透明基材であるＰＥＴ上に，ＴｉＯ_２を５ｎｍ及びＳｉＯ_２を３０ｎｍをそれぞれこの順に成膜して、ＴｉＯ_２及びＳｉＯ_２の積層体からなる屈折率調整層を積層した他は、実施例４と同様にして透明導電膜を製造し、評価した。結果を表２に示す。

参考例１
屈折率調整層を設けなかった他は、実施例４と同様にして透明電極を作製し、評価した。結果を表２に示す。

比較例２
Ｉｎ_２Ｏ_３が９２．５ｗｔ％及びＴｉＯ_２が７．５ｗｔ％の組成を有するインジウム化合物を用いて透明電極膜を成膜した他は参考例１と同様にして透明導電膜を作製し、評価した。結果を表２に示す。

１透明導電膜
１０透明基材
２０屈折率調整層
３０透明電極膜

Claims

透明電極膜を有する透明導電膜であって、前記透明電極膜の波長４５０ｎｍにおける消衰係数が０．００６以下である透明導電膜。
前記透明電極膜が、成膜時の背圧が１×１０^−３Ｐａ以上で成膜された透明電極膜である請求項１に記載の透明導電膜。
前記透明電極膜が、Ｉｎ、Ｚｎ及びＳｎからなる群から選ばれる２以上の元素を含む酸化物からなる請求項１又は２に記載の透明導電膜。
透明基材を有する請求項１〜３のいずれかにに記載の透明導電膜。
前記透明電極膜及び前記透明基材の間に屈折率調整層を有する請求項４に記載の透明導電膜。
前記屈折率調整層が、前記透明電極膜を構成する元素とは異なる元素から選ばれる酸化物からなる請求項５に記載の透明導電膜。
前記屈折率調整層が、Ｚｒ、Ｔｉ及びＳｉからなる群から選択される１以上の元素を含む酸化物からなる請求項５又は６に記載の透明導電膜。
ｂ^＊が１．５以下である請求項５〜７のいずれかに記載の透明導電膜。
透明電極膜を含む透明導電膜の製造方法であって、
成膜時の背圧を１×１０^−３Ｐａ以上として前記透明電極膜を成膜する透明導電膜の製造方法。