JP2017179599A - 帯電防止膜およびディスプレイ入力装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献2には、インセル型の静電容量式タッチセンサ付き液晶ディスプレイに関して、簡略化された構造が提案されている(特許文献2)。
[帯電防止膜の組成]
本発明に係る帯電防止膜は、Inと、Znと、Snと、Oとを含む。また、本発明に係る帯電防止膜は、さらに、V、Mn、CoおよびMoからなる群から選択される少なくとも1種を含んでよい。
以下に各金属元素ついて詳述する。
本明細書において、金属元素の含有量とは、帯電防止膜を構成する金属元素の合計100原子%[at%]中の割合を意味するものとする。
Inは、薄膜のキャリア密度の制御に有効な元素である。室温で帯電防止膜を成膜する場合、薄膜のキャリア密度が低くなると抵抗が増加しやすく、特にスパッタ時の酸素分圧が低い場合、その傾向が大きくなる。また、薄膜のキャリア密度が低いほど透過率は高くなり、特に赤外領域における透過率が高くなる。従って、Inの含有量を調整することにより、薄膜のキャリア密度を制御することができ、優れた透過率とシート抵抗とを両立することができる。
薄膜のキャリア密度を適正に制御する観点から、Inの含有量は、例えば、21.2原子%とすることができる。
Znは、ウェットエッチングレートに影響を及ぼす元素であり、Znが少な過ぎると酸化物半導体加工用ウェットエッチング液を用いた場合のウェットエッチングレートが遅くなることがある。良好なウェットエッチングレートを得る観点から、Inの含有量の好ましい下限は5原子%、より好ましくは15原子%である。
一方、Zn含有量が多過ぎると、酸化物半導体加工用ウェットエッチング液に対するウェットエッチングレートが早過ぎて、所望のパターン形状とすることが困難となる場合があるため、Znの含有量の好ましい上限は55原子%、より好ましくは45原子%である。
Snは、ウェットエッチング耐性向上に有効な元素である。Snの含有量が少な過ぎると、ウェットエッチング速度が増加して、帯電防止膜をウェットエッチングする際、酸化防止膜の膜厚の減少またはその表面へのダメージが増加するため、帯電防止膜のシート抵抗等の特性が低下することがある。また酸化物半導体加工用ウェットエッチング液に対するウェットエッチング性が悪くなることもある。従って、Snの含有量の好ましい下限は8原子%、より好ましくは15原子%である。
一方、Snの含有量が多過ぎると、酸化物半導体加工用ウェットエッチング液に対するウェットエッチングレートが低下する(ウェットエッチング性が低下する)ことがある。とりわけ、酸化物半導体加工用ウェットエッチング液として汎用されるシュウ酸等の有機酸に不溶となり、帯電防止膜の加工ができなくなることがある。
また、室温で帯電防止膜を成膜する場合、Snの含有量が多過ぎると、薄膜のキャリア密度が低くなることにより、抵抗が増加しやすくなる。特に、スパッタ時の酸素分圧が低い場合、その傾向が大きくなる。また、薄膜のキャリア密度が低いほど透過率は高く、特に赤外領域における透過率が高くなる。
従って、Snの含有量の好ましい上限は40原子%、より好ましくは30原子%である。
後述するように、帯電防止膜の製造時において、キャリアガスに酸素を導入し、キャリアガス中の酸素分圧を調整するが、形成される帯電防止膜のシート抵抗は、スパッタ時の酸素分圧に依存することが知られている。
高いシート抵抗を得るためには、酸素分圧を高くすることが有効である。しかし、酸素分圧が高い場合、シート抵抗が所望の値より高くなり、シート抵抗の制御が難しいことがある。一方、酸素分圧が低い場合、帯電防止膜のシート抵抗が変動しやすいため、その変動に応じた酸素分圧の調整が難しいことがある。
V、Mn、CoおよびMnは、高いシート抵抗を得るために必要な酸素分圧を低下させる効果があり、シート抵抗が変動しにくく、酸素分圧の調整が容易になる。従って、V、Mn、CoおよびMnの少なくとも1種を含むことにより、高いシート抵抗を有する帯電防止膜をより安定して製造することができる。
酸素分圧を低下させ、酸素分圧の調整を容易にする観点から、Vの含有量の好ましい下限は0.2原子%、より好ましくは0.5原子%であり、好ましい上限は5.0原子%、より好ましくは3.0原子%である。
同様の観点から、Mnの含有量の好ましい下限は0.5原子%、より好ましくは0.8原子%であり、好ましい上限は6.0原子%、より好ましくは4.0原子%である。
同様の観点から、Coの含有量の好ましい下限は0.7原子%、より好ましくは1.0原子%であり、好ましい上限は15原子%、より好ましくは12原子%である。
同様の観点から、Moの含有量の好ましい下限は1.0原子%、より好ましくは2.0原子%であり、好ましい上限は10.0原子%、より好ましくは8.0原子%である。
また、酸素分圧の調整を容易にしつつ、高い透過率を得る観点から、V、MnおよびCoがより好ましい。
より良好な帯電防止性およびタッチパネルの感度を両立する観点から、本発明に係る帯電防止膜のシート抵抗の好ましい下限は1×107Ω/□、より好ましくは1×108Ω/□であり、好ましい上限は1×1013Ω/□、より好ましくは1×1012Ω/□である。
より良好な透過率とシート抵抗とを両立する観点から、本発明に係る帯電防止膜の膜厚の好ましい下限は10nm、より好ましくは15nmであり、好ましい上限は50nm、より好ましくは40nmである。
帯電防止膜において、膜厚10nmにおける450nmの光の透過率の好ましい下限は82%、より好ましくは90%、さらに好ましくは95%である。450nmの光の透過率を測定することにより、ディスプレイの透過率の特性を評価することができる。
本発明に係る帯電防止膜は、スパッタリングターゲットを用いて、公知のスパッタリング法、例えばマグネトロンスパッタリング法により製造することができる。
また、本発明に係る帯電防止膜において、帯電防止膜を構成する金属元素の組成は、当該帯電防止膜の成膜に用いたスパッタリングターゲットとは異なることがある。例えば、Znの蒸気圧は他の金属元素と比較して高いため、成膜する際の真空条件下で、他の金属元素と比べてZnが蒸発しやすく、帯電防止膜中のZnの比率は、成膜に用いたスパッタリングターゲット中のものより小さくなることがある。従って、所望の組成を有する帯電防止膜を得るために、スパッタリングターゲットの組成を適宜調整してよい。
上述のような密度を得るために、例えば成膜時のガス圧は、おおむね1〜3mTorrの範囲内であることが好ましい。また投入パワーも高いほどよく、おおむね200W以上に設定することが好ましい。
本発明に係る帯電防止膜は、透光性部材の上に設けた透光性を有する帯電防止膜であり任意のディスプレイに用いてよく、またタッチセンサを備えたディスプレイ入力装置に用いることができる。透光性部材としては、例えば、後述のような透明基板等が挙げられる。
本発明に係るディスプレイ入力装置は、本発明に係る帯電防止膜を備えており、さらに後述のようなタッチセンサを有することにより、ユーザーの指先等でディスプレイ入力装置の操作が可能となる。優れた帯電防止性および透光率を有する当該帯電防止膜を備えることにより、当該ディスプレイ入力装置は、誤作動が少なく、且つディスプレイの光の優れた透過率を有する。
また、タッチセンサ4は、第1の透明基板2上に設けられている。
帯電防止膜1は、カラーフィルタ5が設けられた第2の透明基板3の反対側の面上に設けられている。
また、タッチセンサ4は、ディスプレイ入力装置100と異なり、液晶層6上に設けられている。
帯電防止膜1は、ディスプレイ入力装置100と異なり、タッチセンサ4が設けられた第2の透明基板3の反対側の面上に設けられている。
TFTを構成する材料としては、例えば、In−Zn−Sn−O系酸化物半導体薄膜(IZTO)、In−Ga−Sn−O系酸化物半導体薄膜(IGTO)、In−Ga−Zn−Sn−O系酸化物半導体薄膜(IGZTO)、In−Ga−Zn−O系酸化物半導体薄膜(IGZO)、アモルファスシリコンまたは低温ポリシリコン等が挙げられるが、ディスプレイの構成または用途等に応じて適当に選択されてよい。
カラーフィルタ5は、例えば、赤色、緑色または青色の光を透過させるように構成されてよい。液晶の種類としては、TN方式、VA方式、FFS方式またはIPS方式等の液晶駆動方式に応じて適当に選択されてよいが、広視野角を得る観点から、FFS方式またはIPS方式がより好ましい。
タッチセンサ4は、図1または図2に示される実施形態のディスプレイ入力装置100および100Aのように、第1の透明基板2と第2の透明基板3との間に配置されてよく、インセル型のディスプレイ入力装置を構成してよい。また、タッチセンサ4は、ディスプレイ入力装置の構成に応じて、第1の透明基板2と第2の透明基板3との間の外側に配置されてもよく、オンセル型のディスプレイ入力装置を構成してよい。
また、ディスプレイ入力装置100および100Aは、その構成に応じて、適当に配置された透明電極、配向膜、ブラックマトリックス、スペーサー、絶縁膜、粘着層またはフィルム層等を含んでよく、各構成部材の間に適当に配置されてよい。
(1)帯電防止膜の作成
In:Zn:Sn=20.0原子%:56.6原子%:23.4原子%の組成を有するスパッタリングターゲットをアルバック社製DCマグネトロンスパッタリング装置「CS200」のチャンバー内の電極に取り付けた後、チャンバー内の圧力を1mTorrに調整した。次に、キャリアガス(ArおよびO2の混合ガス、酸素分圧:O2/(O2+Ar)=4%)を、チャンバー内に導入し、チャンバー内の圧力を2mTorrに調整した。その後、室温で、スパッタリングターゲットにDC300Wのスパッタパワーを印加し、ガラス基板(コーニング社製イーグルXG、直径2インチ×厚さ0.7mm)上に、膜厚が40nmの表1のNo.1の帯電防止膜を作成した。
表1のようにキャリアガスの酸素分圧を8〜20%の間で変化させたこと以外は、上記と同様にして、No.2〜6の帯電防止膜を作成した。
ICP発光分析法により、金属元素の合計を100原子%としたときの各金属元素の組成を算出したところ、No.1〜6の帯電防止膜の組成は、いずれもIn:Zn:Sn=21.2原子%:54.7原子%:24.1原子%であった。
三菱化学アナリテック社製抵抗率計「ハイレスタUP」(型番:MCP−HT450、測定方式:リング電極方式)を用いて、上記(1)で得られたNo.1〜6の帯電防止膜のシート抵抗を測定した。
その後、120℃で5分間のベークを行って、実際の製造工程に相当する熱履歴を与え、シート抵抗を測定した。シート抵抗の測定結果を表1に示す。また、シート抵抗と酸素分圧の関係を示したグラフを図3に示す。
また、No.2〜4の帯電防止膜は、シート抵抗が8.0×108〜8.4×1012Ω/□であり、より良好な帯電防止性およびタッチパネルの感度を両立することができる。
(1)帯電防止膜の作成
酸素分圧を8%にしたこと以外は、実施例1と同様にして、表2に示す膜厚(10〜40nm)のNo.7〜10の帯電防止膜を作成した。
ICP発光分析法により、金属元素の合計を100原子%としたときの各金属元素の組成を算出したところ、No.7〜9の帯電防止膜の組成は、いずれもIn:Zn:Sn=21.2原子%:54.7原子%:24.1原子%であった。
実施例1と同様にして、上記(1)で得られたNo.7〜10の帯電防止膜のシート抵抗を測定した。
その後、120℃で5分間のベークを行って、実際の製造工程に相当する熱履歴を与え、シート抵抗を測定した。シート抵抗の測定結果を表2に示す。また、シート抵抗と膜厚の関係を示したグラフを図4に示す。
上記(1)で得られたNo.7〜10の帯電防止膜について、実際のレジスト剥離工程における条件を模して、レジスト剥離液に対する耐性試験を行った。
まず、上記(1)で得られたNo.7〜10の帯電防止膜について、120℃で5分間のベークを行い、実際の製造工程に相当する熱履歴を与えた。
その後、当該帯電防止膜を、東京応化社製レジスト剥離液「TOK104」に、70℃で10分間浸漬した。次いで、当該帯電防止膜を5分間水洗し、120℃で30分間のベークを行った。その後、常温まで冷却し、シート抵抗を測定した。シート抵抗の測定結果を表2に示す。また、シート抵抗と膜厚の関係を示したグラフを図4に示す。
上記(1)で得られたNo.7〜10の帯電防止膜について、実際のエッチング工程における条件を模して、エッチング液およびレジスト剥離液に対する耐性試験を下記の手順で行った。
まず、上記(1)で得られたNo.7〜9の帯電防止膜について、120℃で5分間のベークを行い、実際の製造工程に相当する熱履歴を与えた。
その後、当該帯電防止膜にAl電極を成膜し、エッチング液(リン酸:70質量%、硝酸1.9質量%、酢酸:10質量%、水:18.1質量%)に室温で浸漬した。浸漬時間は、Al電極が全てエッチングされる時間の120%の時間とした。
その後、当該帯電防止膜を、東京応化社製レジスト剥離液「TOK104」に、80℃で10分間浸漬した。次いで、当該帯電防止膜を5分間水洗し、120℃で30分間のベークを行った。その後、常温まで冷却し、シート抵抗を測定した。シート抵抗の測定結果を表2に示す。また、シート抵抗と膜厚の関係を示したグラフを図4に示す。
(1)帯電防止膜の作成
実施例2と同様にして、表2のNo.7の帯電防止膜を作成し、120℃で5分間のベークを行い、実際の製造工程に相当する熱履歴を与えた。
KLA−TENCOR社製「α−STEP」を用いて、エッチング前の帯電防止膜の膜厚を測定した。次に、フォトレジストを用いて、上記(1)で得られた帯電防止膜上にマスキングを行い、関東科学社製蓚酸「ITO−07N」を用いて、25℃で数分間エッチングを行った。その後、エッチング後の帯電防止膜の膜厚を測定し、下記の式でエッチング速度を算出した。
エッチング速度[nm/min]=(エッチング前の帯電防止膜の膜厚−エッチング後の帯電防止膜の膜厚)/(エッチング液への浸漬時間)
その結果、エッチング速度が10.5nm/minであり、且つ残渣の無い良好なエッチング性が確認された。
(1)帯電防止膜の作成
実施例2と同様にして、表2のNo.10の帯電防止膜を作成し、120℃で5分間のベークを行い、実際の製造工程に相当する熱履歴を与えた。
実施例1と同様にして、上記(1)で得られた帯電防止膜のシート抵抗を測定した。その後、高温高湿試験機を用いて、湿度85%および80℃の下で96時間の耐久性試験を行い、耐久性試験後のシート抵抗を測定した。
その結果、耐久性試験前において、シート抵抗が1.6×1011Ω/□であるのに対し、耐久性試験後は、シート抵抗が1.4×1011Ω/□であり、優れたシート抵抗および耐久性が得られた。
日本分光株式会社製可視・紫外分光光度計「V−570」(日本分光株式会社製)を用いて、ガラス板上に成膜した帯電防止膜について、850〜250nmの範囲の分光透過率を測定した。
その結果、耐久性試験前において、波長450nmの光の透過率が96.2%であるのに対し、耐久性試験後は、波長450nmの光の透過率が96.0%であり、優れた透過率および耐久性が得られた。
(1)帯電防止膜の作成
膜厚を20nmとしたこと、および表3のようにキャリアガスの酸素分圧を0〜8%の間で変化させたこと以外は、実施例1と同様にして、No.11〜15の帯電防止膜を作成した。
また、In、ZnおよびSnにVを添加して、In:Zn:Sn:V=19.6原子%:55.5原子%:22.9原子%:2.0原子%の組成を有するスパッタリングターゲットを用いたこと以外は、上記と同様にして、No.16〜19の帯電防止膜を作成した。
また、表3のようにVをMn、CoまたはMoに置き換えたこと以外は、上記と同様にして、No.20〜31の帯電防止膜を作成した。
その後、No.11〜31の帯電防止膜について、120℃で5分間のベークを行って、実際の製造工程に相当する熱履歴を与えた。
ICP発光分析法により、金属元素の合計を100原子%としたときの各金属元素の組成を算出した。
No.11〜15の帯電防止膜の組成は、いずれもIn:Zn:Sn=21.2原子%:54.7原子%:24.1原子%であった。
No.16〜19の帯電防止膜の組成は、いずれもIn:Zn:Sn:V=22.0原子%:51.8原子%:24.7原子%:1.5原子%であった。
No.20〜23の帯電防止膜の組成は、いずれもIn:Zn:Sn:Mn=22.7原子%:49.2原子%:25.1原子%:3.0原子%であった。
No.24〜27の帯電防止膜の組成は、いずれもIn:Zn:Sn:Co=20.7原子%:45.9原子%:23.1原子%:10.3原子%であった。
No.28〜31の帯電防止膜の組成は、いずれもIn:Zn:Sn:Mo=21.7原子%:49.7原子%:23.9原子%:4.7原子%であった。
実施例1と同様にして、上記(1)で得られたNo.11〜31の帯電防止膜のシート抵抗を測定した。
また、実施例4と同様にして、上記(1)で得られたNo.11〜31の帯電防止膜について、450nmの光の透過率を測定した。
シート抵抗および450nmの光の透過率の測定結果を表3に示す。また、シート抵抗と酸素分圧との関係および透過率と酸素分率との関係を示したグラフをそれぞれ図5および図6に示す。
なお、表3並びに図5および6中、No.11〜15、No.16〜19、No.20〜23、No.24〜27およびNo.28〜31の帯電防止膜を、それぞれ「IZTO」、「IZTO+V」、「IZTO+Mn」、「IZTO+Co」および「IZTO+Mo」と示す。
さらに、V、MnまたはCoを添加した帯電防止膜は、Moを添加した帯電防止膜と比較して、高い透過率を得ることができ、高シート抵抗と高透過率との両立がより容易であった。
態様1:
透光性部材の上に設けた透光性を有する帯電防止膜であって、Inと、Znと、Snと、Oとを含む帯電防止膜。
態様2:
さらに、V、Mn、CoおよびMoからなる群から選択される少なくとも1種を含む態様1に記載の帯電防止膜。
態様3:
V、MnまたはCoからなる群から選択される少なくとも1種を含む態様2に記載の帯電防止膜。
態様4:
一方の面にカラーフィルタが設けられた前記透光性部材である透明基板において、他方の面に設けた態様1〜3のいずれかに記載の帯電防止膜。
態様5:
シート抵抗が1×107〜1×1013Ω/□であり、
膜厚10nmにおいて、波長450nmの光の透過率が95%以上である、
態様1〜4のいずれかに記載の帯電防止膜。
態様6:
態様1〜5のいずれかに記載の帯電防止膜を備えたディスプレイ入力装置。
2 第1の透明基板
3 第2の透明基板
4 タッチセンサ
5 カラーフィルタ
6 液晶層
7 偏光板
8 バックライト
100、100A ディスプレイ入力装置
Claims (5)
- 透光性部材の上に設けた透光性を有する帯電防止膜であって、Inと、Znと、Snと、Oとを含む帯電防止膜。
- さらに、V、Mn、CoおよびMoからなる群から選択される少なくとも1種を含む請求項1に記載の帯電防止膜。
- 一方の面にカラーフィルタが設けられた前記透光性部材である透明基板において、他方の面に設けた請求項1または2に記載の帯電防止膜。
- シート抵抗が1×107〜1×1013Ω/□であり、
膜厚10nmにおいて、波長450nmの光の透過率が82%以上である、
請求項1〜3のいずれか1項に記載の帯電防止膜。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の帯電防止膜を備えたディスプレイ入力装置。
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