JP2018204059A - Flexible display aluminum alloy film and flexible display - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、可撓性を有するフレキシブル基材を用いた液晶ディスプレイなどの表示装置に使用され、電極および配線材料として有用なフレキシブル表示装置用Al合金膜および上記Al合金膜を備えたフレキシブル表示装置に関する。 The present invention is used for a display device such as a liquid crystal display using a flexible flexible substrate, and is useful as an electrode and a wiring material. An Al alloy film for a flexible display device and a flexible display device including the Al alloy film About.
表示装置用Al合金膜は、主に電極および配線材料として用いられている。また、電極および配線材料としては、液晶ディスプレイ(Lquid Crystal Display:LCD)における薄膜トランジスタ用のゲート、ソースおよびドレイン電極並びに配線材料、有機EL(Organic Light Emitting Diode:OLED)における薄膜トランジスタ用のゲート、ソースおよびドレイン電極並びに配線材料、フィールドエミッションディスプレイ(Field Emission Display:FED)におけるカソードおよびゲート電極並びに配線材料、蛍光真空管(Vacuum Fluorescent Display:VFD)におけるアノード電極および配線材料、プラズマディスプレイ(Plasma Display Panel:PDP)におけるアドレス電極および配線材料、無機ELにおける背面電極などが挙げられる。 Al alloy films for display devices are mainly used as electrodes and wiring materials. As the electrodes and wiring materials, gates, source and drain electrodes and wiring materials for thin film transistors in a liquid crystal display (LCD), wiring materials, gates for thin film transistors in organic EL (Organic Light Emitting Diode: OLED), sources, and Drain electrode and wiring material, cathode and gate electrode and wiring material in field emission display (FED), anode electrode and wiring material in vacuum vacuum tube (VFD), plasma display panel (PDP) Address electrodes in And wiring materials, back electrodes in inorganic EL, and the like.
液晶ディスプレイは、最近では100インチを超える大型のものが商品化され、低消費電力技術も進んでおり、主要な表示デバイスとして汎用されている。液晶ディスプレイには動作原理の異なるものがあるが、このうち、画素のスイッチングに薄膜トランジスタ(Thin Film Transitor、以下、「TFT」と呼ぶ。)を用いるアクティブ・マトリックス型液晶ディスプレイは、高精度画質を有し、高速動画にも対応できるため、主力となっている。そのなかで、更に低消費電力で画素の高速スイッチングが求められる液晶ディスプレイでは、多結晶シリコンや連続粒界結晶シリコンを半導体層に用いたTFTが用いられている。 Recently, a liquid crystal display having a large size exceeding 100 inches has been commercialized, and a low power consumption technology has been developed, which is widely used as a main display device. Some liquid crystal displays have different operating principles. Among them, active matrix liquid crystal displays that use thin film transistors (hereinafter referred to as “TFTs”) for switching pixels have high-precision image quality. And because it can handle high-speed video, it is the mainstay. Among these, TFTs using polycrystalline silicon or continuous grain boundary crystalline silicon as a semiconductor layer are used in liquid crystal displays that require further low power consumption and high-speed pixel switching.
例えば、アクティブマトリクス型の液晶ディスプレイは、スイッチング素子であるTFT、導電性酸化膜から構成される画素電極、および走査線や信号線を含む配線を有するTFT基板を備えており、走査線や信号線は、画素電極に電気的に接続されている。走査線や信号線を構成する配線材料には、純AlやAl基合金膜が用いられている。 For example, an active matrix liquid crystal display includes a TFT substrate having a TFT that is a switching element, a pixel electrode made of a conductive oxide film, and a wiring including a scanning line and a signal line. Are electrically connected to the pixel electrode. Pure Al or an Al-based alloy film is used as a wiring material constituting the scanning lines and signal lines.
ところで近年、携帯に適した軽量で薄型の表示装置(ディスプレイ)の需要が高まっており、この表示装置のなかでも特に、基板にフィルムのような可撓性を有する素材が用いられ、自由に屈曲することができるフレキシブル型表示装置への要求が強く、企業、大学または研究機関等で開発が進められている。 By the way, in recent years, the demand for lightweight and thin display devices (displays) suitable for carrying is increasing, and among these display devices, in particular, a flexible material such as a film is used for a substrate, and it can be bent freely. There is a strong demand for flexible display devices that can be developed, and development is being promoted by companies, universities, research institutions, and the like.
このフレキシブル型表示装置は、軽量かつ薄型により携帯性が高い一方で、フレキシブル型表示装置を屈曲する場合には、屈曲箇所に大きな曲げ応力がかかるため、様々な課題が生じ得る。なかでも、フレキシブル型表示装置に内蔵される、純Al膜やAl合金膜などの金属配線(導電層)には、曲げ応力が繰り返し加わることにより、金属配線に微小なクラックが生じ得る。この微小なクラックの発生が原因で、金属配線の電気抵抗が上昇する場合がある。更には、クラックの密度が増加して多数のクラック同士がつながると、金属配線の断線によるフレキシブル表示装置の表示不良が起こり得ることが問題となっている。そこで、従来、このような金属配線における、電気抵抗の上昇や断線を抑制するための方法が検討されている。 This flexible display device is lightweight and thin and highly portable. On the other hand, when the flexible display device is bent, a large bending stress is applied to the bent portion, which may cause various problems. In particular, the metal wiring (conductive layer) such as a pure Al film or an Al alloy film incorporated in the flexible display device can be subjected to bending stress repeatedly, thereby causing minute cracks in the metal wiring. Due to the occurrence of such minute cracks, the electrical resistance of the metal wiring may increase. Furthermore, when the density of cracks increases and many cracks are connected, there is a problem that a display failure of the flexible display device may occur due to disconnection of the metal wiring. Therefore, conventionally, methods for suppressing an increase in electrical resistance and disconnection in such metal wiring have been studied.
例えば、特許文献1には、ディスプレイを折り曲げる際、前面基板や背面基板において、導電層の破断や基板からの剥離という障害が発生するおそれを防止するために、周波数1Hzにおける貯蔵弾性率G´が、1×104Pa以上1×108Pa以下である応力緩和層(A)と導電層(B)を有するフレキシブルディスプレイ用電極基板で、その応力緩和層(A)と導電層(B)との間の密着強度が5N/25mm以上であるフレキシブルディスプレイ用電極基板を用いることにより、直径3mmで曲げた際の、導電層(B)の面抵抗率上昇率を20%以下に抑えることができる技術が提案されている。 For example, Patent Document 1 discloses a storage elastic modulus G ′ at a frequency of 1 Hz in order to prevent a problem that a conductive layer is broken or peeled off from a substrate on a front substrate or a rear substrate when the display is bent. A flexible display electrode substrate having a stress relaxation layer (A) and a conductive layer (B) of 1 × 10 4 Pa to 1 × 10 8 Pa, the stress relaxation layer (A) and the conductive layer (B) By using a flexible display electrode substrate having an adhesion strength of 5 N / 25 mm or more, the surface resistivity increase rate of the conductive layer (B) when bent at a diameter of 3 mm can be suppressed to 20% or less. Technology has been proposed.
しかしながら、上記特許文献1の方法においては、金属配線となる導電層を所定の応力緩和層により保護することで導電層の破断を抑制するものであるが、導電層自体の耐屈曲性を改善するものではなく、フレキシブル表示装置における耐屈曲性の更なる性能向上のために、導電層自体の耐屈曲性に対する性能向上が望まれていた。 However, in the method of Patent Document 1 described above, the conductive layer serving as the metal wiring is protected by a predetermined stress relaxation layer to suppress breakage of the conductive layer, but the bending resistance of the conductive layer itself is improved. However, in order to further improve the bending resistance of the flexible display device, it has been desired to improve the bending resistance of the conductive layer itself.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、可撓性を有し、自由に屈曲することができるフレキシブル表示装置に用いられる金属配線用のAl合金膜において、繰り返しの屈曲に対しても、金属配線における電気抵抗の上昇や断線を抑制し得るフレキシブル表示装置用Al合金膜を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to repetitively in an Al alloy film for metal wiring used for a flexible display device that is flexible and can be freely bent. An object of the present invention is to provide an Al alloy film for a flexible display device that can suppress an increase in electrical resistance and disconnection in metal wiring even when bent.
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、フレキシブル表示装置に用いられるAl合金膜が特定の合金を備えることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that the Al alloy film used in the flexible display device can be provided with a specific alloy to solve the above problems, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下の[1]〜[8]に係るものである。
[1]フレキシブル表示装置に用いられるAl合金膜であって、
Ta、Nb、Re、Zr、W、Mo、V、Hf、Ti、CrおよびPtよりなる群から選択される少なくとも一種のX元素と、
希土類元素の少なくとも一種と、
CuまたはGeの少なくとも一種と、
NiまたはCoの少なくとも一種とを含み、残部Alおよび不純物からなることを特徴とするフレキシブル表示装置用Al合金膜。
[2]前記X元素の含有量は0.1〜1原子%であることを特徴とする上記[1]に記載のフレキシブル表示装置用Al合金膜。
[3]前記希土類元素の含有量は0.1〜1原子%であることを特徴とする上記[1]または[2]に記載のフレキシブル表示装置用Al合金膜。
[4]前記CuまたはGeの少なくとも一種の含有量は0.1〜1原子%であることを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれか1つに記載のフレキシブル表示装置用Al合金膜。
[5]前記NiまたはCoの少なくとも一種の含有量は0.01〜1原子%であることを特徴とする上記[1]〜[4]のいずれか1つに記載のフレキシブル表示装置用Al合金膜。
[6]前記Al合金膜は、前記フレキシブル表示装置に用いられる樹脂基板上に直接成膜、または絶縁膜を介して成膜されることを特徴とする上記[1]〜[5]のいずれか1つに記載のフレキシブル表示装置用Al合金膜。
[7]前記Al合金膜は、前記フレキシブル表示装置に用いられるゲート電極の配線材料として用いられるものであり、かつ、前記フレキシブル表示装置に用いられるゲート絶縁膜に直接接続されることを特徴とする上記[1]〜[6]のいずれか1つに記載のフレキシブル表示装置用Al合金膜。
[8]上記[1]〜[7]のいずれか1つに記載のフレキシブル表示装置用Al合金膜を備えたフレキシブル表示装置。
That is, the present invention relates to the following [1] to [8].
[1] An Al alloy film used in a flexible display device,
At least one X element selected from the group consisting of Ta, Nb, Re, Zr, W, Mo, V, Hf, Ti, Cr and Pt;
At least one kind of rare earth element,
At least one of Cu or Ge;
An Al alloy film for a flexible display, comprising at least one of Ni or Co, and comprising the balance Al and impurities.
[2] The Al alloy film for flexible display device according to [1], wherein the content of the X element is 0.1 to 1 atomic%.
[3] The Al alloy film for flexible display devices according to [1] or [2], wherein the content of the rare earth element is 0.1 to 1 atomic%.
[4] The Al alloy for flexible display devices according to any one of [1] to [3], wherein the content of at least one of Cu or Ge is 0.1 to 1 atomic%. film.
[5] The Al alloy for flexible display devices according to any one of [1] to [4], wherein the content of at least one of Ni or Co is 0.01 to 1 atomic%. film.
[6] The above [1] to [5], wherein the Al alloy film is formed directly on a resin substrate used in the flexible display device or via an insulating film. The Al alloy film for flexible displays as described in one.
[7] The Al alloy film is used as a wiring material for a gate electrode used in the flexible display device, and is directly connected to a gate insulating film used in the flexible display device. The Al alloy film for flexible display devices according to any one of [1] to [6] above.
[8] A flexible display device comprising the Al alloy film for flexible display device according to any one of [1] to [7].
本発明によれば、可撓性を有し、自由に屈曲することができるフレキシブル表示装置に用いられる金属配線用のAl合金膜において、繰り返しの屈曲に対しても、金属配線における電気抵抗の上昇や断線を抑制し得るフレキシブル表示装置用Al合金膜を提供することができる。 According to the present invention, in an Al alloy film for metal wiring used for a flexible display device that is flexible and can be bent freely, the electrical resistance in the metal wiring is increased even when it is repeatedly bent. It is possible to provide an Al alloy film for a flexible display device that can suppress breakage and breakage.
本発明者らは、可撓性を有し、自由に屈曲することができるフレキシブル表示装置に用いられる金属配線用のAl合金膜において、繰り返しの屈曲に対しても、金属配線における電気抵抗の上昇や断線を抑制し得るフレキシブル表示装置用Al合金膜を提供するため、鋭意検討を行ってきた。 In the Al alloy film for metal wiring used in a flexible display device that is flexible and can be bent freely, the inventors of the present invention have an increase in electrical resistance in the metal wiring even with repeated bending. In order to provide an Al alloy film for a flexible display device that can suppress breakage and disconnection, intensive studies have been conducted.
その結果、フレキシブル表示装置用Al合金膜として、Ta(タンタル)、Nb(ニオブ)、Re(レニウム)、Zr(ジルコニウム)、W(タングステン)、Mo(モリブデン)、V(バナジウム)、Hf(ハフニウム)、Ti(チタン)、Cr(クロム)およびPt(白金)よりなる群から選択される少なくとも一種のX元素と、希土類元素の少なくとも一種と、Cu(銅)またはGe(ゲルマニウム)の少なくとも一種と、Ni(ニッケル)またはCo(コバルト)の少なくとも一種とを含み、残部Al(アルミニウム)および不純物からなるAl合金膜が、繰り返しの屈曲に対しても、金属配線における電気抵抗の上昇や断線を抑制できることを突き止め、本発明を完成するに至った。 As a result, as an Al alloy film for flexible display devices, Ta (tantalum), Nb (niobium), Re (rhenium), Zr (zirconium), W (tungsten), Mo (molybdenum), V (vanadium), Hf (hafnium) ), Ti (titanium), Cr (chromium), and Pt (platinum), at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, and at least one element selected from Cu (copper) or Ge (germanium) Al alloy film composed of at least one of Ni (nickel) and Co (cobalt) and the balance Al (aluminum) and impurities suppresses the increase in electrical resistance and disconnection in the metal wiring even against repeated bending As a result, the present invention has been completed.
まず、本発明に用いられるフレキシブル表示装置用Al合金膜について、詳細に説明する。 First, the Al alloy film for flexible display devices used in the present invention will be described in detail.
(フレキシブル表示装置用Al合金膜)
本発明のフレキシブル表示装置用Al合金膜は、Ta、Nb、Re、Zr、W、Mo、V、Hf、Ti、CrおよびPtよりなる群から選択される少なくとも一種のX元素と、希土類元素(Rare Earth Metal:REM)の少なくとも一種と、CuまたはGeの少なくとも一種と、NiまたはCoの少なくとも一種とを含有する、Al−X元素−REM−Cu/Ge−Ni/Co合金膜である。
(Al alloy film for flexible display)
The Al alloy film for a flexible display device of the present invention includes at least one X element selected from the group consisting of Ta, Nb, Re, Zr, W, Mo, V, Hf, Ti, Cr, and Pt, and a rare earth element ( Rare Earth Metal (REM), an Al—X element-REM-Cu / Ge—Ni / Co alloy film containing at least one of Cu or Ge and at least one of Ni or Co.
ここで、X元素は、融点が概ね1600℃以上の高融点金属から構成されており、単独で高温下の耐熱性向上に寄与する元素である。これらの元素は、単独で添加しても良いし、2種以上を併用しても良い。X元素のうち好ましいのは、Ta、Tiであり、より好ましくはTaである。 Here, the X element is composed of a refractory metal having a melting point of approximately 1600 ° C. or higher, and is an element that contributes to improving heat resistance at high temperatures. These elements may be added alone or in combination of two or more. Of the X elements, Ta and Ti are preferable, and Ta is more preferable.
X元素の含有量(単独で含有する場合は単独の量であり、2種以上を併用するときは合計量である。)は、0.1原子%以上であることが好ましく、0.2原子%以上であることがより好ましい。X元素の含有量が0.1原子%未満では、結晶粒径の微細化による機械的強度が十分に確保できないため、十分な屈曲性を確保することが困難となる。また、X元素の含有量は、1原子%以下であることが好ましく、0.7原子%以下であることがより好ましい。X元素の含有量が1原子%を超えると、Al合金膜自体の電気抵抗が高くなり過ぎるほか、配線加工時に残渣が発生しやすくなるなどの問題がある。 The content of X element (when contained alone, it is a single amount, and when two or more types are used in combination, it is the total amount) is preferably 0.1 atomic% or more, and 0.2 atoms. % Or more is more preferable. If the content of the X element is less than 0.1 atomic%, the mechanical strength due to the refinement of the crystal grain size cannot be sufficiently ensured, so that it is difficult to ensure sufficient flexibility. Further, the content of the X element is preferably 1 atomic% or less, and more preferably 0.7 atomic% or less. When the content of the X element exceeds 1 atomic%, there are problems that the electrical resistance of the Al alloy film itself becomes too high and that residues are easily generated during wiring processing.
また、希土類元素(REM)は、ランタノイド元素(周期表において、原子番号57のLa(ランタン)から原子番号71のLu(ルテチウム)までの合計15元素)に、Sc(スカンジウム)とY(イットリウム)とを加えた元素群を意味する。本発明では、上記希土類元素を単独で用いても良いし、2種以上を併用しても良い。希土類元素のうち好ましいのは、Nd(ネオジム)、La、Gd(ガドリニウム)であり、より好ましいのは、Nd、Laである。 In addition, rare earth elements (REM) include lanthanoid elements (a total of 15 elements from La (lanthanum) having atomic number 57 to Lu (lutetium) having atomic number 71 in the periodic table), Sc (scandium) and Y (yttrium). It means the element group which added and. In the present invention, the rare earth elements may be used alone or in combination of two or more. Among the rare earth elements, Nd (neodymium), La, and Gd (gadolinium) are preferable, and Nd and La are more preferable.
希土類元素の含有量(単独で含有する場合は単独の量であり、2種以上を併用するときは合計量である。)は、0.1原子%以上であることが好ましく、0.2原子%以上であることがより好ましい。希土類元素の含有量が0.1原子%未満では、結晶粒径の微細化による機械的強度が十分に確保できないため、十分な屈曲性を確保することが困難となる。また、希土類元素の含有量は、1原子%以下であることが好ましく、0.8原子%以下であることがより好ましい。希土類元素の含有量が1原子%を超えると、Al合金膜自体の電気抵抗が高くなり過ぎるほか、配線加工時に残渣が発生しやすくなるなどの問題がある。 The content of the rare earth element (in the case of containing alone, it is a single amount, and in the case of using two or more in combination) is preferably 0.1 atomic% or more, and 0.2 atoms % Or more is more preferable. If the rare earth element content is less than 0.1 atomic%, it is difficult to ensure sufficient flexibility because the mechanical strength due to the refinement of the crystal grain size cannot be sufficiently ensured. The rare earth element content is preferably 1 atomic% or less, and more preferably 0.8 atomic% or less. If the rare earth element content exceeds 1 atomic%, there are problems that the electrical resistance of the Al alloy film itself becomes too high and that residues are easily generated during wiring processing.
CuまたはGeの少なくとも一種の含有量(単独で含有する場合は単独の量であり、2種以上を併用するときは合計量である。)は、0.1原子%以上であることが好ましく、0.2原子%以上であることがより好ましい。CuまたはGeの少なくとも一種の含有量が0.1原子%未満では、結晶粒径の微細化による機械的強度が十分に確保できないため、十分な屈曲性を確保することが困難となる。また、CuまたはGeの少なくとも一種の含有量は、1原子%以下であることが好ましく、0.6原子%以下であることがより好ましい。CuまたはGeの少なくとも一種の含有量が1原子%を超えると、Al合金膜自体の電気抵抗が高くなり過ぎるほか、配線加工時に残渣が発生しやすくなるなどの問題がある。なお、Cu、Geについては、CuまたはGeを単独で添加しても良いし、両方を添加しても良い。 The content of at least one of Cu or Ge (when contained alone is a single amount, and when two or more types are used in combination) is preferably 0.1 atomic% or more, More preferably, it is 0.2 atomic% or more. If the content of at least one kind of Cu or Ge is less than 0.1 atomic%, it is difficult to ensure sufficient flexibility because the mechanical strength due to the refinement of the crystal grain size cannot be sufficiently ensured. Further, the content of at least one of Cu or Ge is preferably 1 atomic% or less, and more preferably 0.6 atomic% or less. If the content of at least one of Cu or Ge exceeds 1 atomic%, there are problems that the electrical resistance of the Al alloy film itself becomes too high and that residues are easily generated during wiring processing. In addition, about Cu and Ge, Cu or Ge may be added independently and both may be added.
NiまたはCoの少なくとも一種の含有量(単独で含有する場合は単独の量であり、2種以上を併用するときは合計量である。)は、0.01原子%以上であることが好ましく、0.1原子%以上であることがより好ましい。NiまたはCoの少なくとも一種の含有量が0.01原子%未満では、結晶粒径の微細化による機械的強度が十分に確保できないため、十分な屈曲性を確保することが困難となる。また、NiまたはCoの少なくとも一種の含有量は、1原子%以下であることが好ましく、0.5原子%以下であることがより好ましい。NiまたはCoの少なくとも一種の含有量が1原子%を超えると、Al合金膜自体の電気抵抗が高くなり過ぎるほか、配線加工時に残渣が発生しやすくなるなどの問題がある。なお、Ni、Coについては、NiまたはCoを単独で添加しても良いし、両方を添加しても良い。 The content of at least one of Ni or Co (a single amount when contained alone and a total amount when two or more types are used in combination) is preferably 0.01 atomic% or more, More preferably, it is 0.1 atomic% or more. If the content of at least one of Ni or Co is less than 0.01 atomic%, it is difficult to ensure sufficient flexibility because the mechanical strength due to the refinement of the crystal grain size cannot be sufficiently ensured. Further, the content of at least one of Ni or Co is preferably 1 atomic% or less, and more preferably 0.5 atomic% or less. If the content of at least one of Ni or Co exceeds 1 atomic%, there are problems that the electric resistance of the Al alloy film itself becomes too high and that residues are easily generated during wiring processing. As for Ni and Co, Ni or Co may be added alone, or both may be added.
上記Al合金膜は、上記で説明した各元素を含有し、残部がAlおよび不純物である。 The Al alloy film contains each element described above, and the balance is Al and impurities.
ここで、不純物としてはFe(鉄)、Si(シリコン)、B(ホウ素)などが例示される。不純物の合計量は特に限定されないが、概ね0.5原子%までの含有は許容する。各不純物元素について、Fe、Siはそれぞれ0.12原子%まで、Bは0.012原子%までの含有は許容する。なお、上記範囲内であれば、不可避的不純物として含有される場合だけでなく、積極的に添加された場合であっても本発明の効果を妨げない。 Here, examples of impurities include Fe (iron), Si (silicon), B (boron), and the like. Although the total amount of impurities is not particularly limited, inclusion up to approximately 0.5 atomic% is allowed. For each impurity element, Fe and Si are allowed to contain up to 0.12 atomic% and B up to 0.012 atomic%, respectively. In addition, if it is in the said range, not only the case where it contains as an unavoidable impurity but the case where it adds positively does not prevent the effect of this invention.
以上、本発明のフレキシブル表示装置用Al合金膜の組成について説明した。 The composition of the Al alloy film for flexible display device of the present invention has been described above.
本発明のAl合金の膜厚は、特に高温耐熱性と配線抵抗の低減化を確保するため、50nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがより好ましい。なお、その上限は、特に限定されないが、配線テーパ形状などを考慮すると、1μm以下であることが好ましく、より好ましくは600nm以下である。 The thickness of the Al alloy of the present invention is preferably 50 nm or more, and more preferably 100 nm or more, particularly in order to ensure high temperature heat resistance and reduced wiring resistance. The upper limit is not particularly limited, but it is preferably 1 μm or less, more preferably 600 nm or less, considering the wiring taper shape and the like.
上記Al合金膜は、フレキシブル表示装置に用いられるソース−ドレイン電極やゲート電極などの各種配線材料に好ましく用いられるが、特に、屈曲性が要求されるゲート電極の配線材料として、より好ましく用いられる。 The Al alloy film is preferably used for various wiring materials such as a source-drain electrode and a gate electrode used in a flexible display device, and more preferably used as a wiring material for a gate electrode that requires flexibility.
(フレキシブル表示装置用Al合金膜の製造方法)
上記Al合金膜は、スパッタリング法にてスパッタリングターゲット(以下「ターゲット」ということがある。)を用いて形成することが望ましい。イオンプレーティング法や電子ビーム蒸着法、真空蒸着法で形成された薄膜よりも、成分や膜厚の膜面内均一性に優れた薄膜を容易に形成できるからである。
(Method for producing Al alloy film for flexible display)
The Al alloy film is desirably formed by a sputtering method using a sputtering target (hereinafter also referred to as “target”). This is because a thin film having excellent in-plane uniformity of components and film thickness can be easily formed as compared with a thin film formed by ion plating, electron beam vapor deposition or vacuum vapor deposition.
スパッタリング時における成膜条件は特に限定されないが、例えば、以下のような条件を採用することが好ましい。
・基板温度:室温〜50℃
・到達真空度:1×10−5Torr以下(1×10−3Pa以下)
・成膜時のガス圧:0.1〜1.0Pa、酸素分圧:1〜50%
・DCスパッタリングパワー密度(ターゲットの単位面積当たりのDCスパッタリングパワー):1.0〜20W/cm2
The film formation conditions during sputtering are not particularly limited, but for example, the following conditions are preferably employed.
-Substrate temperature: room temperature to 50 ° C
・ Achieving vacuum: 1 × 10 −5 Torr or less (1 × 10 −3 Pa or less)
-Gas pressure during film formation: 0.1 to 1.0 Pa, oxygen partial pressure: 1 to 50%
DC sputtering power density (DC sputtering power per unit area of target): 1.0 to 20 W / cm 2
また、上記スパッタリング法で上記Al合金膜を形成するには、上記ターゲットとして、前述した元素を含むものであって、所望のAl合金膜と同一組成のAl合金スパッタリングターゲットを用いれば、組成ずれのおそれがなく、所望の成分組成のAl合金膜を形成することができるため好ましい。 Further, in order to form the Al alloy film by the sputtering method, if the Al alloy sputtering target having the same composition as the desired Al alloy film is used as the target, This is preferable because there is no fear and an Al alloy film having a desired component composition can be formed.
従って、本発明には、前述したAl合金膜と同じ組成のスパッタリングターゲットも本発明の範囲内に包含される。具体的には、フレキシブル表示装置に用いられるAl合金膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、Ta、Nb、Re、Zr、W、Mo、V、Hf、Ti、CrおよびPtよりなる群から選択される少なくとも一種のX元素と、希土類元素の少なくとも一種と、CuまたはGeの少なくとも一種と、NiまたはCoの少なくとも一種とを含み、残部Alおよび不純物からなるスパッタリングターゲットが好適なものとして挙げられる。 Therefore, the present invention also includes a sputtering target having the same composition as the Al alloy film described above within the scope of the present invention. Specifically, it is a sputtering target for forming an Al alloy film used in a flexible display device, and includes a group consisting of Ta, Nb, Re, Zr, W, Mo, V, Hf, Ti, Cr, and Pt. A suitable sputtering target includes at least one selected X element, at least one rare earth element, at least one Cu or Ge, and at least one Ni or Co, and the balance Al and impurities. .
更に、上記のAl合金膜で説明した理由と同様に、上記スパッタリングターゲットにおける、X元素の含有量(単独で含有する場合は単独の量であり、2種以上を併用するときは合計量である。)は、0.1原子%以上であることが好ましく、0.2原子%以上であることがより好ましい。また、X元素の含有量は、1原子%以下であることが好ましく、0.7原子%以下であることがより好ましい。 Further, for the same reason as described for the Al alloy film, the content of the X element in the sputtering target (a single amount when contained alone, and a total amount when two or more types are used in combination). .) Is preferably at least 0.1 atomic%, more preferably at least 0.2 atomic%. Further, the content of the X element is preferably 1 atomic% or less, and more preferably 0.7 atomic% or less.
上記スパッタリングターゲットにおける、希土類元素の含有量(単独で含有する場合は単独の量であり、2種以上を併用するときは合計量である。)は、0.1原子%以上であることが好ましく、0.2原子%以上であることがより好ましい。また、希土類元素の含有量は、1原子%以下であることが好ましく、0.8原子%以下であることがより好ましい。 In the sputtering target, the rare earth element content (individual amount when contained alone, and total amount when two or more types are used in combination) is preferably 0.1 atomic% or more. More preferably, it is 0.2 atomic% or more. The rare earth element content is preferably 1 atomic% or less, and more preferably 0.8 atomic% or less.
上記スパッタリングターゲットにおける、CuまたはGeの少なくとも一種の含有量(単独で含有する場合は単独の量であり、2種以上を併用するときは合計量である。)は、0.1原子%以上であることが好ましく、0.2原子%以上であることがより好ましい。また、CuまたはGeの少なくとも一種の含有量は、1原子%以下であることが好ましく、0.6原子%以下であることがより好ましい。 The content of at least one of Cu or Ge in the sputtering target (a single amount when contained alone and a total amount when two or more types are used in combination) is 0.1 atomic% or more. It is preferable that it is 0.2 atomic% or more. Further, the content of at least one of Cu or Ge is preferably 1 atomic% or less, and more preferably 0.6 atomic% or less.
上記スパッタリングターゲットにおける、NiまたはCoの少なくとも一種の含有量(単独で含有する場合は単独の量であり、2種以上を併用するときは合計量である。)は、0.01原子%以上であることが好ましく、0.1原子%以上であることがより好ましい。また、NiまたはCoの少なくとも一種の含有量は、1原子%以下であることが好ましく、0.5原子%以下であることがより好ましい。 The content of at least one of Ni or Co in the sputtering target (a single amount when contained alone and a total amount when two or more types are used in combination) is 0.01 atomic% or more. It is preferable that it is 0.1 atomic% or more. Further, the content of at least one of Ni or Co is preferably 1 atomic% or less, and more preferably 0.5 atomic% or less.
上記ターゲットの形状は、スパッタリング装置の形状や構造に応じて任意の形状(角型プレート状、円形プレート状、ドーナツプレート状など)に加工したものが含まれる。 The shape of the target includes those processed into an arbitrary shape (such as a square plate shape, a circular plate shape, or a donut plate shape) according to the shape or structure of the sputtering apparatus.
上記ターゲットの製造方法としては、溶解鋳造法や粉末焼結法、スプレイフォーミング法で、Al基合金からなるインゴットを製造して得る方法や、Al基合金からなるプリフォーム(最終的な緻密体を得る前の中間体)を製造した後、該プリフォームを緻密化手段により緻密化して得られる方法が挙げられる。 As a method for producing the above target, a method of producing an ingot made of an Al-based alloy by a melt casting method, a powder sintering method, or a spray forming method, or a preform made of an Al-based alloy (the final dense body is prepared) Examples thereof include a method obtained by producing an intermediate before being obtained) and then densifying the preform by a densification means.
(フレキシブル表示装置)
本発明にかかるフレキシブル表示装置は、上記で説明したフレキシブル表示装置用Al合金膜が金属配線として用いられるものである。本発明にかかるAl合金膜を金属配線として用いたフレキシブル表示装置によれば、繰り返しの屈曲に対しても、金属配線における電気抵抗の上昇や断線を抑制し得るため、フレキシブル表示装置における表示不良などの発生が効果的に防止され得る。
(Flexible display device)
In the flexible display device according to the present invention, the Al alloy film for a flexible display device described above is used as a metal wiring. According to the flexible display device using the Al alloy film according to the present invention as the metal wiring, an increase in electrical resistance or disconnection in the metal wiring can be suppressed even with repeated bending. Can be effectively prevented.
本発明にかかるAl合金膜は、例えば、フレキシブル表示装置に用いられる可撓性を有する樹脂基板(ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)など)上に、スパッタリング法などにより、直接成膜、または絶縁膜を介して成膜されるものである。 The Al alloy film according to the present invention is directly formed on a flexible resin substrate (polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), etc.) used for a flexible display device, for example, by sputtering. Alternatively, it is formed through an insulating film.
また、上記Al合金膜は、フレキシブル表示装置に用いられるゲート電極の配線材料として用いられるものであり、かつ、フレキシブル表示装置に用いられるゲート絶縁膜に直接接続されるものである。 The Al alloy film is used as a wiring material for a gate electrode used in a flexible display device, and is directly connected to a gate insulating film used in the flexible display device.
本発明のAl合金膜を備えたフレキシブル表示装置を製造するにあたっては、表示装置の一般的な工程を採用することができ、例えば、特開2007−157917号に記載の製造方法を参照すれば良い。 In manufacturing a flexible display device provided with the Al alloy film of the present invention, a general process of the display device can be employed. For example, a manufacturing method described in JP-A-2007-157917 may be referred to. .
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではなく、その趣旨に適合し得る範囲で変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples, and modifications are made within a range that can be adapted to the gist thereof. It is also possible to carry out and they are all included in the technical scope of the present invention.
<実施例>
(屈曲耐性試験用サンプルの作製)
屈曲耐性試験用サンプルとして、厚さ125μmのPET基板上に、Al−0.2at%Ta−0.3at%Nd−0.4at%Ge−0.1at%Ni−0.6at%Zrである合金組成のAl合金膜(膜厚100nm)を、DCマグネトロン・スパッタ法(雰囲気ガス=アルゴン、圧力=2mTorr、基板温度=25℃(室温))によって成膜した。
<Example>
(Preparation of bending resistance test sample)
An alloy of Al-0.2 at% Ta-0.3 at% Nd-0.4 at% Ge-0.1 at% Ni-0.6 at% Zr on a 125 μm thick PET substrate as a sample for bending resistance test An Al alloy film having a composition (film thickness: 100 nm) was formed by DC magnetron sputtering (atmosphere gas = argon, pressure = 2 mTorr, substrate temperature = 25 ° C. (room temperature)).
なお、上記合金組成のAl合金膜の形成には、真空溶解法で作製したAl−0.2at%Ta−0.3at%Nd−0.4at%Ge−0.1at%Ni−0.6at%Zrの合金組成のAl合金ターゲットをスパッタリングターゲットとして用いた。 For the formation of the Al alloy film having the above-mentioned alloy composition, Al-0.2 at% Ta-0.3 at% Nd-0.4 at% Ge-0.1 at% Ni-0.6 at% produced by a vacuum melting method is used. An Al alloy target having an alloy composition of Zr was used as a sputtering target.
また、上記Al合金膜における各合金元素の含有量は、ICP発光分析(誘導結合プラズマ発光分析)法によって求めた。 The content of each alloy element in the Al alloy film was determined by an ICP emission analysis (inductively coupled plasma emission analysis) method.
上記のようにして得られたAl合金膜に対し、フォトリソグラフィにより電極パターンを形成した。電極パターンは、長さ70mmおよび幅0.5mmの配線と、その両端に電気接点用として5mm角の電極パッドを配置したものである。 An electrode pattern was formed by photolithography on the Al alloy film obtained as described above. The electrode pattern is a wiring having a length of 70 mm and a width of 0.5 mm, and electrode pads of 5 mm square are arranged at both ends for use as electrical contacts.
(屈曲試験)
ユアサシステム機器株式会社の「無負荷U字伸縮試験」を用い、上記で作製した屈曲耐性試験用サンプルに対して、屈曲試験を行った。屈曲試験条件は、曲率半径r=2.5mm、屈曲速度90rpmとし、屈曲回数を最高50000回まで繰り返し実施した。
(Bending test)
A bending test was performed on the sample for bending resistance test produced above using the “unloaded U-shaped expansion / contraction test” of Yuasa System Equipment Co., Ltd. The bending test conditions were a curvature radius r = 2.5 mm, a bending speed of 90 rpm, and repeated bending up to 50,000 times.
(直流電気抵抗の測定)
上記屈曲試験において生じたクラックによる、屈曲耐性試験用サンプルの電気抵抗の上昇を把握するため、屈曲回数が5000回後、10000回後および50000回後の3回にわたり、上記電極パッド間の直流電気抵抗をモニタリングした。なお、直流電気抵抗の測定には、高抵抗測定システムであるAdvantest社の「R8340」を用いて実施した。直流抵抗値の算出は、取得したI−V特性の線形部分のみを用いて判定した。
(Measurement of DC electrical resistance)
In order to grasp the increase in the electrical resistance of the sample for bending resistance test due to the crack generated in the bending test, the direct current electric current between the electrode pads was repeated three times after 5000 times, 10000 times, and 50000 times. Resistance was monitored. The DC electric resistance was measured using “R8340” of Advanced Test Co., which is a high resistance measurement system. The calculation of the DC resistance value was determined using only the linear part of the acquired IV characteristic.
<比較例>
屈曲耐性試験用サンプルとして成膜される材料として、純Alを用いたこと以外は実施例と同様にして、屈曲耐性試験用サンプルを作製し、屈曲試験および直流電気抵抗の測定を行った。
<Comparative example>
A bending resistance test sample was prepared in the same manner as in Example except that pure Al was used as a material for forming the bending resistance test sample, and the bending test and the measurement of DC electric resistance were performed.
(屈曲回数に対する電気抵抗の変化率)
図1に、実施例および比較例の屈曲耐性試験用サンプルにおける、屈曲回数に対する電気抵抗の変化率の関係を示す。なお、図1のグラフにおける縦軸である「電気抵抗の変化率」は、初期(屈曲試験開始前)の電気抵抗の値により、試験前と試験後の電気抵抗の差分を割った値であり、電気抵抗が増加した場合はプラスの値となる。
(Change rate of electrical resistance with respect to the number of bendings)
FIG. 1 shows the relationship of the rate of change of electric resistance with respect to the number of bendings in the bending resistance test samples of Examples and Comparative Examples. The “electric resistance change rate” on the vertical axis in the graph of FIG. 1 is a value obtained by dividing the difference between the electrical resistance before and after the test by the initial electrical resistance value (before the start of the bending test). When the electrical resistance increases, it becomes a positive value.
図1の結果より、屈曲回数が約20000回までの初期段階においては、比較例である純Al膜の方が電気抵抗の変化率が低かったものの、それ以降は実施例である上記Al合金膜の方が電気抵抗の変化率が低くなっていることが分かる。より具体的には、屈曲回数が50000回目において、電気抵抗の変化率が比較例では約24%であったのに対し、実施例では約14%に抑えられた。 From the results shown in FIG. 1, in the initial stage where the number of bendings is about 20000, the pure Al film which is a comparative example has a lower rate of change in electrical resistance, but the Al alloy film which is an example is thereafter It can be seen that the rate of change in electrical resistance is lower. More specifically, when the number of flexing was 50000th, the change rate of the electric resistance was about 24% in the comparative example, but was suppressed to about 14% in the example.
なお、50000回の屈曲試験後において、実施例および比較例の各電極パターン表面を目視により観察した所、いずれの電極においても屈曲部周辺にクラックが発生していることが認められた。ただし、実施例に比べて比較例の方が、屈曲部のクラック密度が高く、また、クラックの平均長さも長いことが確認された。 In addition, after 50,000 times of bending test, when the surface of each electrode pattern of an Example and a comparative example was observed visually, it was recognized that the crack generate | occur | produced around the bending part in any electrode. However, it was confirmed that the comparative example had a higher crack density at the bent portion and a longer average crack length than the example.
なお、上記結果より考察すると、金属配線に亀裂が入り、一部の電流伝導経路が寸断されたことにより、一定以上の亀裂密度に達した結果、配線幅に比較して無視できないほどの、電流経路長の増大が発生したために、電気抵抗が上昇したと想定される。 In addition, considering from the above results, cracks in the metal wiring, part of the current conduction path was broken, resulting in a crack density of a certain level or more, the current that can not be ignored compared to the wiring width It is assumed that the electrical resistance has increased due to the increase in path length.
以上の結果より、繰り返しの屈曲に対しても、金属配線における電気抵抗の上昇や断線を抑制し得るフレキシブル表示装置用の金属配線として、本発明で規定するAl合金膜が有効であることが認められる。 From the above results, it is recognized that the Al alloy film defined in the present invention is effective as a metal wiring for a flexible display device capable of suppressing an increase in electrical resistance and disconnection in a metal wiring even against repeated bending. It is done.
Claims (8)
Ta、Nb、Re、Zr、W、Mo、V、Hf、Ti、CrおよびPtよりなる群から選択される少なくとも一種のX元素と、
希土類元素の少なくとも一種と、
CuまたはGeの少なくとも一種と、
NiまたはCoの少なくとも一種とを含み、残部Alおよび不純物からなることを特徴とするフレキシブル表示装置用Al合金膜。 An Al alloy film used in a flexible display device,
At least one X element selected from the group consisting of Ta, Nb, Re, Zr, W, Mo, V, Hf, Ti, Cr and Pt;
At least one kind of rare earth element,
At least one of Cu or Ge;
An Al alloy film for a flexible display, comprising at least one of Ni or Co, and comprising the balance Al and impurities.
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