JP4168675B2 - Transparent conductive substrate for plasma display panel and method for producing transparent conductive substrate for plasma display panel - Google Patents

Transparent conductive substrate for plasma display panel and method for producing transparent conductive substrate for plasma display panel Download PDF

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に透明導電膜が形成されて、特に、プラズマディスプレイパネルに用いられるプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材およびプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、大型の薄型平板型カラー表示装置として、ガス放電表示パネルの1種であるプラズマディスプレイパネル(PDP)が注目を集めている。このプラズマディスプレイパネルにおけるディスプレイ用電極として各種透明導電膜が開発されている。透明導電膜は低抵抗であることが望まれ、PDP用電極に用いられる透明導電膜としては、酸化スズを含有する酸化インジウム(ITO)が透明性、導電性及びパターニング性に優れており多用されている。この透明導電膜は、ガラスなどの基板上に作成される。
【0003】
しかしながら、PDP表示装置は表示部分が大面積であるためガラス基板も大面積となり、高価である。
また、ガラス基板上に形成される透明導電膜は、例えばスパッタリング法によって製膜されている。このスパッタリング法は、真空製膜技術であるため低抵抗な透明導電膜が得られるが、ガラス基板が大きくなると装置が非常に大型化し、値段も高額になる他、真空排気にも膨大に時間を費やし、生産性を上げられないというデメリットが大きい。また、ターゲットが高価であり、さらには、数10%使用したら交換が必要であるため使用効率が低いという問題があった。
【0004】
そこで、スパッタリングを用いて作成されたPDP用透明導電膜が低生産性及び高額となるデメリットを克服するために、大気圧又は大気圧近傍の圧力下で放電し、反応性ガスをプラズマ励起し、基材上に透明導電膜を形成する方法(大気圧プラズマ法)が、例えば、特開2000−303175号、特開2001−74906号公報に記載されている。これら公報に開示される大気圧プラズマ法は、対向する電極間に、周波数が0.5kHz〜100kHzであり、かつ、電界の強さが1〜100kV/cmの電界を印加し放電プラズマを発生させるというものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記大気圧プラズマ法は、大気圧の下で透明導電膜を形成するので、生産性に優れ安価で、大面積な透明導電膜が得られるが、導電性が低いため、低抵抗でかつ光透過性が要求されるプラズマディスプレイパネルの用途としては不十分であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、低抵抗でかつ、光透過性に優れ、また、プラズマディスプレイパネル表示装置を形成したときに良好に表示できるプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材およびプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材の製造方法を提供することを課題としている。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、基材上に透明導電膜が形成されたプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材であって、
前記透明導電膜は、インジウムを主金属成分として錫を含む金属酸化物系透明導電膜であり、大気圧又は大気圧近傍の圧力下で、反応性ガスを放電空間に導入してプラズマ状態とし、前記基材を前記プラズマ状態の反応性ガスに晒すことによって、前記基材上に形成されるもので、前記反応性ガスが、水素、硫化水素及び水から選ばれる還元ガスを含有しており、
さらに、前記透明導電膜は、ダイナミックSIMS測定による水素イオンとインジウム元素イオンのピーク強度比H/Mの深さ方向におけるばらつきが変動係数5%以内であることを特徴とする。
【0016】
ここで、Hは水素イオンのピーク強度であり、Mは主金属元素イオンのピーク強度を示す。
【0019】
請求項の発明は、請求項に記載のプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材において、
前記放電空間に印加する電界が、周波数100kHzを越えており、かつ、出力密度が1W/cm2以上であることを特徴とする。
請求項3の発明は、基材上に透明導電膜が形成されたプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材の製造方法であって、
大気圧又は大気圧近傍の圧力下で、反応性ガスを放電空間に導入してプラズマ状態とし、前記基材を前記プラズマ状態の反応性ガスに晒すことによって、前記基材上にインジウムを主金属成分として錫を含む金属酸化物系透明導電膜を形成し、
前記反応性ガスが、水素、硫化水素及び水から選ばれる還元ガスを含有しており、
さらに、前記透明導電膜は、ダイナミックSIMS測定による水素イオンとインジウム元素イオンのピーク強度比H/Mの深さ方向におけるばらつきが変動係数5%以内であることを特徴とする。
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明のプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材は、基材上に透明導電膜が形成されてなるもので、透明導電膜は、大気圧又は大気圧近傍の圧力下において、対向する電極間に100kHzを越えた高周波電圧で、かつ、1W/cm2以上の電力(出力密度)を供給して放電させることにより、反応性ガスを励起してプラズマ状態とし、基材を、前記プラズマ状態の反応性ガスに晒すことによって形成される。
【0020】
本発明において、透明導電膜とは、一般に工業材料としてよく知られているものであり、可視光(400〜700nm)をほとんど吸収せず透明で、しかも良導体の膜のことである。電気を運ぶ自由荷電体の透過特性が可視光域で高く、透明であり、しかも電気伝導性が高いため、プラズマディスプレイパネル等の透明電極として用いられる。本発明のように、透明導電膜をプラズマディスプレイパネル用として使用する場合には、透明導電膜の膜厚を約100〜130nmとすることが好ましい。
【0021】
透明導電膜としては、SnO2、In23、CdO、ZnO2、SnO2:Sb、SnO2:F、ZnO:AL、In23:Snなどの金属酸化物膜及びドーパントによる複合酸化物膜がある。
ドーパントによる複合酸化物膜としては、例えば、酸化インジウムにスズをドーピングして得られるITO膜、酸化錫にフッ素をドーピングして得られるFTO膜、In23−ZnO系アモルファスからなるIZO膜等が挙げられる。
【0022】
また、基材と透明導電膜との間には、少なくとも1層の中間層が介在していることが好ましい。中間層としては、紫外線硬化性樹脂層や無機酸化物であるシリカ層等が挙げられる。この中間層は、例えば、基材がガラスである場合には、ガラスからアルカリ金属が拡散するのを防止するアルカリバリア層としての作用を持つ。このように、中間層を設けることによって、基材上に直接、透明導電膜を形成する場合に比して透明導電膜の特性を上げることができる。また、この中間層によって基材と透明導電膜との間の密着性を向上させることができる。
中間層には、基材及び透明導電膜と格子定数が近い材料を用いるのが好ましく、基材がガラスであるときには、中間層としてシリカ層を用いると好適である。なお、基材に無アルカリガラスを使用した場合には、上述したアルカリ金属の拡散は生じにくいので中間層を設けなくても良い。
【0023】
本発明において、電極間に印加する高周波電圧の周波数の上限値は、好ましくは150MHz以下である。また、高周波電圧の周波数の下限値としては、好ましくは200kHz以上、さらに好ましくは800kHz以上である。
また、電極間に供給する電力の下限値は、好ましくは1.2W/cm2以上であり、上限値としては、好ましくは50W/cm2以下、さらに好ましくは20W/cm2以下である。なお、放電面積(/cm2)とは、電極において放電が起こる範囲の面積のことを指す。本発明のように、高い周波数で、且つ、高い出力密度でハイパワーの電圧を印加する場合には、片側の電極の放電面の総面積に相当する。この総面積で、前記電極に接続した電源から供給されるトータル電力(W)を割り算すると、出力密度を算出することができる。
【0024】
また、特に大面積において均一な膜厚を得るには、一組の対向する電極に印加するトータル電力は、15kWを越えることが好ましく、より好ましくは30kW以上、さらに好ましくは50kW以上である。発熱の観点からは、300kW以下であることが好ましい。なお、トータル電力は、前記一組の電極に接続された電源から供給される電力(W)に相当する。前記一組の電極に対し、電源が2以上接続されている場合には、これら電源全ての供給電力を足し算した値である。
【0025】
具体的には、後述する図6のプラズマ放電処理装置において、ロール電極21と角柱型の電極群29を一組の対向する電極とし、それに接続された電源50から供給される電力のことになる。なお、図6においては、角柱型の電極29のロール電極21と対向する面を、印加電極側の放電面とすると、この放電面の面積の総和が放電面積となる。電極が図1のような円柱型の電極22のような場合には、円柱型の電極22のロール電極21への投影面積の総和が放電面積となる。
【0026】
また、電極間に印加する高周波電圧は、断続的なパルス波であっても、連続したサイン波であっても構わないが、本発明の効果を高く得るためには、連続したサイン波であることが好ましい。
【0027】
上記述べたようなハイパワーの電界を、大面積に印加することによって、緻密で、膜厚均一性が高く、ムラのない高性能な透明導電膜を、生産効率高く得ることが可能であることを本発明者らは見いだしたものである。本発明者らは、この優れた効果は、上記放電方法をとることにより、高密度プラズマを、大面積にわたって均一に発生させることが可能となったことに起因していると推定している。
本発明においては、大気圧又は大気圧近傍の圧力下において、このようなハイパワーの電界を、大面積の電極に印加しても、均一な放電状態を保つことができる高耐久電極をプラズマ放電処理装置に採用する必要がある。
【0028】
このような電極としては、金属等の導電性母材上の少なくとも放電面に誘電体を被覆したものであることが好ましい。少なくとも対向する印加電極とアース電極のどちらか片側に誘電体を被覆すること、好ましくは、印加電極とアース電極の両方に誘電体を被覆することである。
【0029】
誘電体被覆電極は、金属等の導電性母材と、セラミックスやガラス等の誘電体素材の複合部品であり、供給する電力、特にトータル電力が大きい場合には、誘電体の脆弱な部分から破壊されやすく、安定したプラズマ放電を維持することが難しい。特に、大きい放電面積を有する誘電体被覆電極においては、それが顕著であり、本発明にかかるハイパワーを用いる透明導電膜を形成するためには、それに耐えうる誘電体被覆電極が必要となる。
【0030】
本発明にかかる誘電体被覆電極に用いられる誘電体としては、具体的には、比誘電率が6〜45の無機化合物であることが好ましく、また、このような誘電体としては、アルミナ、窒化珪素等のセラミックス、あるいは、ケイ酸塩系ガラス、ホウ酸塩系ガラス等のガラスライニング材等がある。この中では、後述のセラミックスを溶射したものやガラスライニングにより設けたものが好ましい。特にアルミナを溶射して設けた誘電体が好ましい。
【0031】
誘電体被覆電極において、上述のような大電力に耐える仕様の一つとして、誘電体の空隙率が10体積%以下、好ましくは8体積%以下であることが良い。好ましくは0体積%を越えて5体積%以下である。なお、誘電体の空隙率は、誘電体の厚み方向に貫通性のある空隙率を意味し、水銀ポロシメーターにより測定することができる。誘電体が、低い空隙率を有することにより、高耐久性が達成される。このような空隙を有しつつも空隙率が低い誘電体としては、後述の大気プラズマ法等による高密度、高密着のセラミックス溶射被膜等を挙げることができる。さらに空隙率を下げるためには、封孔処理を行うことが好ましい。
【0032】
また、誘電体被覆電極の他の好ましい仕様としては、誘電体を、溶融法により得られるガラスを用いてガラスライニング法で形成したものである。このときの誘電体は、泡混入量の異なる2層以上の層からなることがより耐久性を高める。前記泡混入量としては、導電性母材に接する最下層が20〜30vol%であり、次層以降が5vol%以下であることが好ましい。泡混入量は、ガラス自体の固有密度と、ガラスライニング層の密度との関係から算出することができる。ガラスへの泡混入量の制御方法としては、もともとガラスの溶融物には泡が混入しているため、脱気を行うが、該脱気度合いを変化させることによって所望の値とできる。このような泡混入量をコントロールし、層状に設けたガラスライニング法による誘電体も、耐久性の高い電極が得られる。また、このときの誘電体層のトータル厚みは0.5mm以上2.0mm以下であり、更に最下層の膜厚が、0.1mm以上あり次層以降のトータル膜厚が0.3mm以上あることが好ましい。
【0033】
また、本発明にかかる誘電体被覆電極において、大電力に耐える他の好ましい仕様としては、耐熱温度が100℃以上であることである。更に好ましくは120℃以上、特に好ましくは150℃以上である。なお、耐熱温度とは、絶縁破壊が発生せず、正常に放電できる状態において耐えられる最も高い温度のことを指す。このような耐熱温度は、上記のセラミックス溶射や、泡混入量の異なる層状のガラスライニングで設けた誘電体を適用したり、下記導電性母材と誘電体の線熱膨張係数の差の範囲内の材料を適宜選択する手段を適宜組み合わせることによって達成可能である。
【0034】
また、本発明にかかる誘電体被覆電極において、別の好ましい仕様としては、誘電体と導電性母材との線熱膨張係数の差が10×10-6/℃以下となる組み合わせのものである。好ましくは8×10-6/℃以下、さらに好ましくは5×10-6/℃以下、さらに好ましくは2×10-6/℃以下である。なお、線熱膨張係数とは、周知の材料特有の物性値である。
線熱膨張係数の差が、この範囲にある導電性母材と誘電体との組み合わせとしては、
(1)導電性母材が純チタンで、誘電体がセラミックス溶射被膜
(2)導電性母材が純チタンで、誘電体がガラスライニング
(3)導電性母材がチタン合金で、誘電体がセラミックス溶射被膜
(4)導電性母材がチタン合金で、誘電体がガラスライニング
(5)導電性母材がステンレスで、誘電体がセラミックス溶射被膜
(6)導電性母材がステンレスで、誘電体がガラスライニング
(7)導電性母材がセラミックス及び鉄の複合材料で、誘電体がセラミックス溶射被膜
(8)導電性母材がセラミックス及び鉄の複合材料で、誘電体がガラスライニング
(9)導電性母材がセラミックス及びアルミの複合材料で、誘電体がセラミックス溶射皮膜
(10)導電性母材がセラミックス及びアルミの複合材料で、誘電体がガラスライニング等がある。線熱膨張係数の差という観点では、上記(1)〜(4)及び(7)〜(10)が好ましい。
【0035】
また、本発明にかかる誘電体被覆電極において、大電力に耐える別の好ましい仕様としては、誘電体の厚みが0.5〜2mmであることである。この膜厚変動は、5%以下であることが望ましく、好ましくは3%以下、さらに好ましくは1%以下である。
上記、導電性母材に対し、セラミックスを誘電体として高密度に、高密着に溶射する方法としては、大気プラズマ溶射法が挙げられる。大気プラズマ溶射法は、セラミックス等の微粉末、ワイヤ等をプラズマ熱源中に投入し、溶融又は半溶融状態の微粒子として被覆対象の母材に吹き付け、皮膜を形成させる技術である。プラズマ熱源とは、分子ガスを高温にし、原子に解離させ、さらにエネルギーを与えて電子を放出させた高温のプラズマガスである。このプラズマガスの噴射速度は大きく、従来のアーク溶射やフレーム溶射に比べて、溶射材料が高速で母材に衝突するため、密着強度が高く、高密度な被膜を得ることができる。詳しくは、特開2000−301655号公報に記載の高温被曝部材に熱遮蔽皮膜を形成する溶射方法を参照することができる。この方法によれば、被覆する誘電体(セラミック溶射膜)の空隙率を10体積%以下、さらには8体積%以下とすることが可能である。
【0036】
誘電体の空隙率をより低減させるためには、セラミックス等の溶射膜に、更に、無機化合物で封孔処理を行うことが好ましい。前記無機化合物としては、金属酸化物が好ましく、この中では特に酸化ケイ素(SiOx)を主成分として含有するものが好ましい。
【0037】
封孔処理の無機化合物は、ゾルゲル反応により硬化して形成したものであることが好ましい。封孔処理の無機化合物が金属酸化物を主成分とするものである場合には、金属アルコキシド等を封孔液として前記セラミック溶射膜上に塗布し、ゾルゲル反応により硬化する。無機化合物がシリカを主成分とするものの場合には、アルコキシシランを封孔液として用いることが好ましい。
ここでゾルゲル反応の促進には、エネルギー処理を用いることが好ましい。エネルギー処理としては、熱硬化(好ましくは200℃以下)や、UV照射などがある。更に封孔処理の仕方として、封孔液を希釈し、コーティングと硬化を逐次で数回繰り返すと、よりいっそう無機質化が向上し、劣化の無い緻密な電極ができる。
【0038】
誘電体被覆電極の金属アルコキシド等を封孔液として、セラミックス溶射膜にコーティングした後、ゾルゲル反応で硬化する封孔処理を行う場合、硬化した後の金属酸化物の含有量は60モル%以上であることが好ましい。封孔液の金属アルコキシドとしてアルコキシシランを用いた場合には、硬化後のSiOx(xは2以下)含有量が60モル%以上であることが好ましい。硬化後のSiOx含有量は、XPSにより誘電体層の断層を分析することにより測定する。
【0039】
また、誘電体被覆電極の誘電体表面を研磨仕上げする等の方法により、電極の表面粗さRmax(JIS B 0601)を10μm以下にすることで、誘電体の厚み及び電極間のギャップを一定に保つことができ、放電状態を安定化できること、更に熱収縮差や残留応力による歪やひび割れを無くし、かつ、高精度で、耐久性を大きく向上させることができる。誘電体表面の研磨仕上げは、少なくとも基材と接する側の誘電体において行われることが好ましい。
【0040】
次に、このような電極を用いたプラズマ放電処理装置について、図1〜図6を参照しながら説明する。図1〜図6のプラズマ放電処理装置は、アース電極であるロール電極と、対向する位置に配置された印加電極である複数の固定電極との間で放電させ、当該電極間に反応性ガスを導入してプラズマ状態とし、前記ロール電極に巻回された長尺フィルム状の基材を前記プラズマ状態の反応性ガスに晒すことによって、薄膜(透明導電膜)を形成するものである。ここでは、基材搬送方向と直交する幅手方向において、電極の長さは、長尺フィルムの長さと同じである。薄膜形成後、長尺フィルムの幅手方向の端部を裁断することを前提として、薄膜を形成する領域が長尺フィルムの幅手の長さより内側で短い場合には、この薄膜を形成する領域の長さを基準として、電極の放電面の同長さが同じか、それ以上であればよい。
【0041】
本発明の透明導電膜を形成するプラズマ放電処理装置としては、これに限定されるものではなく、グロー放電を安定に維持し、透明導電膜を形成するために反応性ガスを励起してプラズマ状態とするものであればよいが、このように基材を電極間に載置し、該電極間に反応性ガスを導入する方法が、放電面積を大きくとることができ、膜厚を均一に、且つ、高性能な透明導電膜を形成することができて好ましい。
【0042】
図1は、本発明の透明導電膜を形成する際に用いられるプラズマ放電処理装置10のプラズマ放電処理容器20の一例を示す概略図であり、本実施の形態においては図2に示すプラズマ放電処理容器20を用いている。
図1において、長尺フィルム状の基材Fは搬送方向(図中、時計回り)に回転するロール電極21に巻回されながら搬送される。固定されている電極22は複数の円筒から構成され、ロール電極21に対向させて設置される。ロール電極21に巻回された基材Fは、ニップローラ23a、23bで押圧され、ガイドローラ24で規制されてプラズマ放電処理容器20によって確保された放電処理空間に搬送され、放電プラズマ処理され、次いで、ガイドローラ25を介して次工程に搬送される。また、仕切板26は前記ニップローラ23bに近接して配置され、基材Fに同伴する空気がプラズマ放電処理容器20内に進入するのを抑制する。
【0043】
この同伴される空気は、プラズマ放電処理容器20内の気体の全体積に対し、1体積%以下に抑えることが好ましく、0.1体積%以下に抑えることがより好ましい。前記ニップローラ23bにより、それを達成することが可能である。
なお、放電プラズマ処理に用いられる混合ガス(放電ガスと反応性ガス)は、給気口27からプラズマ放電処理容器20に導入され、処理後のガスは排気口28から排気される。
【0044】
図2は、上述のように、プラズマ放電処理容器20の他の例を示す概略図であり、図1のプラズマ放電処理容器20では円柱型の固定電極22を用いているのに対し、図2に示すプラズマ放電処理容器20では角柱型電極29を用いている。
図1に示した円柱型の電極22に比べて、図2に示した角柱型の電極29は、放電範囲(放電面積)を広げる効果があるので、本発明の透明導電膜を形成するのに好ましく用いられる。
【0045】
図3は、上述の円筒型のロール電極21の一例を示す概略図、図4は、円筒型の固定電極22の一例を示す概略図、図5は、角柱型の固定電極29の一例を示す概略図である。
【0046】
図3において、アース電極であるロール電極21は、金属等の導電性母材21aに対し、誘電体被覆層として、セラミックスを溶射後、無機化合物の封孔材料を用いて封孔処理したセラミックス被覆処理誘電体21bを被覆した組み合わせで構成されているものである。セラミックス被覆処理誘電体21bを片肉で1mm被覆し、アースに接地してある。また、溶射に用いるセラミックス材としては、アルミナ・窒化珪素等が好ましく用いられるが、この中でもアルミナが加工し易いので、更に好ましく用いられる。
【0047】
又は、誘電体層として、ライニングにより無機材料を設けたライニング処理誘電体であってもよい。ライニング材としては、ケイ酸塩系ガラス、ホウ酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、ゲルマン酸塩系ガラス、亜テルル酸塩ガラス、アルミン酸塩ガラス、バナジン酸塩ガラス等が好ましく用いられるが、この中でもホウ酸塩系ガラスが加工しやすく特に好ましい。
【0048】
金属等の導電性母材21aとしては、チタン、銀、白金、ステンレス、アルミニウム、鉄等の金属等や、鉄とセラミックスとの複合材料又はアルミニウムとセラミックスとの複合材料が挙げられるが、加工の観点からはステンレスが好ましい。
なお、本実施の形態においては、ロール電極の母材は、冷却水による冷却手段を有するステンレス製ジャケットロール母材を使用している(不図示)。
【0049】
図4及び図5は、印加電極である固定の電極22、電極29であり、上記記載のロール電極21と同様な組み合わせで構成されている。すなわち、中空のステンレスパイプに対し、上記同様の誘電体を被覆し、放電中は冷却水による冷却が行えるようになっている。
【0050】
印加電極に電圧を印加する電源としては、特に限定はないが、パール工業製高周波電源(200kHz)、パール工業製高周波電源(800kHz)、日本電子製高周波電源(13.56MHz)、パール工業製高周波電源(150MHz)等が使用できる。
【0051】
図6は、本発明に用いられるプラズマ放電処理装置10の一例を示す概念図である。
図6において、プラズマ放電処理容器20の部分は図2の記載と同様であるが、更に、ガス発生装置40、電源50、電極冷却ユニット70等が装置構成として配置されている。電極冷却ユニット70の冷却剤としては、蒸留水、油等の絶縁性材料が用いられる。
【0052】
図6に記載の電極21、29は、図3、4、5等に示したものと同様であり、対向する電極間のギャップは、例えば1mm程度に設定される。
上記電極間の距離は、電極の導電性母材に設けた固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを利用する目的等を考慮して決定される。上記電極の一方に固体誘電体を設けた場合の固体誘電体と電極の最短距離、上記電極の双方に固体誘電体を設けた場合の固体誘電体同士の距離としては、いずれの場合も均一な放電を行う観点から0.5mm〜20mmが好ましく、特に好ましくは1mm±0.5mmである。
前記プラズマ放電処理容器20内にロール電極21、固定電極29を所定位置に配置し、ガス発生装置40で発生させた混合ガスを流量制御して、ガス充填手段41を介して給気口27よりプラズマ放電処理容器20内に入れ、前記プラズマ放電処理容器20内をプラズマ処理に用いる混合ガスで充填し排気口28より排気する。次に電源50により電極21、29に電圧を印加し、ロール電極21はアースに接地し、放電プラズマを発生させる。ここでロール状の元巻き基材60より基材Fを供給し、ガイドローラ24を介して、プラズマ放電処理容器20内の電極間を片面接触(ロール電極21に接触している)の状態で搬送され、基材Fは搬送中に放電プラズマにより表面が製膜され(CVD)、その後にガイドローラ25を介して、次工程に搬送される。ここで、基材Fはロール電極21に接触していない面のみ製膜がなされる。
【0053】
電源50より固定されている電極29に印加される電圧の値は適宜決定されるが、例えば、電圧が10V〜10kV程度で、電源周波数は100kHzを越えて150MHz以下に調整される。ここで電源の印加法に関しては、連続モードと呼ばれる連続サイン波状の連続発振モードとパルスモードと呼ばれるON/OFFを断続的に行う断続発振モードのどちらを採用しても良いが連続モードの方がより緻密で良質な膜が得られる。
【0054】
プラズマ放電処理容器20はパイレックス(R)ガラス製の処理容器等が好ましく用いられるが、電極との絶縁がとれれば金属製を用いることも可能である。例えば、アルミニウム又はステンレスのフレームの内面にポリイミド樹脂等を張り付けても良く、該金属フレームにセラミックス溶射を行い絶縁性をとっても良い。
また、基材が樹脂製である場合、放電プラズマ処理時の基材への影響を最小限に抑制するために、放電プラズマ処理時の基材の温度を常温(15℃〜25℃)〜200℃未満の温度に調整することが好ましく、更に好ましくは常温〜100℃に調整することである。上記の温度範囲に調整する為、必要に応じて電極、基材は冷却手段で冷却しながら放電プラズマ処理される。
【0055】
本発明においては、上記の放電プラズマ処理が大気圧又は大気圧近傍で行われるが、ここで大気圧近傍とは、20kPa〜110kPaの圧力を表すが、本発明に記載の効果を好ましく得るためには、93kPa〜104kPaが好ましい。
【0056】
また、本発明にかかる放電用電極においては、電極の少なくとも基材と接する側のJIS B 0601で規定される表面粗さの最大高さ(Rmax)が10μm以下になるように調整されることが、本発明に記載の効果を得る観点から好ましいが、更に好ましくは、表面粗さの最大値が8μm以下であり、特に好ましくは、7μm以下に調整することであり、このような範囲のRmaxとするためには、表面を研磨処理することが好ましい。
また、JIS B 0601で規定される中心線平均表面粗さ(Ra)は0.5μm以下が好ましく、更に好ましくは0.1μm以下である。
【0057】
なお、上述した図1〜図6に示すプラズマ放電処理装置10は、基材Fがフィルム等のように曲げられることのできる場合に使用される装置であったが、ある程度厚みのある基材L又は硬い基材L、例えばガラスやレンズ等、基材をロール電極に巻回すことが困難な場合には、図7に示すような平行平板型のプラズマ放電処理装置100を使用する。なお、曲げられることのできる基材であっても平行平板型のプラズマ放電処理装置100を使用できる。図7は、平行平板型のプラズマ放電処理装置例を示す概略図である。
【0058】
プラズマ放電処理装置100は、電源110、電極120等から概略構成されており、電極120は、上側平板電極121と下側平板電極122とを備えており、上側平板電極121と下側平板電極122とは上下に対向して配置されている。
上側平板電極121は、複数の略矩形状の平板電極121a,…が左右に対向して配置されて構成されたもので、これら複数の電極121a,…間の隙間がそれぞれガス流路部123,…とされている。つまり、上側平板電極121の上方には、ガス供給部124が設けられており、このガス供給部124から反応性ガスや放電ガスがそれぞれのガス流路部123,…内に送給されて、下側平板電極122との間で噴出される。
下側平板電極122は、アースに接地してあり、基材Lをその表面に装着し、かつ、基材Lをガス流路部123に対して前後方向に往復移動させる。したがって、この下側平板電極122が移動することによって、上側平板電極121と下側平板電極122との間でプラズマ状態とされ、基材Lに製膜が行われる。このように、基材Lが移動することによって、放電面積より大面積の基材Lに対しても、製膜を行うことができる。
【0059】
次に、本発明の透明導電膜を形成するために用いられるガスについて説明する。
本発明の透明導電膜を形成するにあたり、使用するガスは、基本的に、放電ガスと、透明導電膜を形成するためにプラズマ状態となる反応性ガスである。それぞれ混合しても別々に供給しても良い。
【0060】
本発明で用いる反応性ガスには還元ガスが含有されることが好ましい。還元ガスとしては分子内に酸素を含まない、化学的還元性を有する無機ガスである。具体的な例として、水素、及び硫化水素、水などを挙げることができる。特に好ましいのは水素ガスである。還元ガスの量は混合ガスに対して、0.0001〜5.0体積%の範囲で用いることができる。好ましい範囲は、0.001〜3.0体積%である。
【0061】
還元ガスは透明導電膜を形成する反応性ガスに作用し、良好な電気特性を有する透明導電膜を形成させる効果があると考えられる。
【0062】
本発明におけるプラスマ放電空間に導入するガスは実質的に酸素ガスを含まないことが好ましい。実質的に酸素ガスを含まないとは、上記述べたような還元ガスによる良好な電気特性を付与する作用を阻害しないことを意味する。本発明の透明導電膜を形成する方法において酸素ガスの存在は、透明導電膜の電気特性を劣化させる傾向があり、劣化させなければ若干の含有は許容される。実質的に酸素ガスを含まない雰囲気を形成するためには本発明において用いる放電ガスとして高純度ガスを用いることが好適である。
【0063】
反応性ガスは、放電空間に供給されるガスの全量に対し、0.01〜10体積%含有させることが好ましい。透明導電膜の膜厚としては、0.1nm〜1000nmの範囲の透明導電膜が得られる。
【0064】
上記放電ガスとは、周期表の第18属元素、具体的には、ヘリウム、ネオン
、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン、窒素等が挙げられるが、本発明に記載の効果を得るためには、アルゴン、ヘリウム又は窒素が特に好ましく用いられる。
【0065】
反応性ガスは、放電空間でプラズマ状態となり、透明導電膜を形成する成分を含有するものであり、βジケトン金属錯体、金属アルコキシド、アルキル金属等の有機金属化合物が用いられる。反応性ガスには透明導電膜主成分となる反応性ガスとドーピングを目的に少量用いられる反応性ガスがある。更に、透明導電膜の抵抗値を調整する為に用いる反応性ガスがある。
【0066】
本発明の透明導電膜は高いキャリア移動度を有する特徴をもつ。よく知られているように透明導電膜の電気伝導率は以下の(1)式で表される。
【0067】
σ=neμ (1)
ここで、σは電気伝導率、nはキャリア密度、eは電子の電気量、そしてμはキャリアの移動度である。電気伝導度をあげるためにはキャリア密度あるいはキャリア移動度を向上させる必要があるが、キャリア密度を向上させていくと2×1021cm-3付近から反射率が大きくなるため透明性が失われる。そのため、電気伝導率を向上させるためにはキャリア移動度を向上させる必要がある。市販されているDCマグネトロンスパッタリング法により作成された透明導電膜のキャリア移動度は30cm2/sec・V程度であるが、本発明にかかる透明導電膜の形成方法によれば条件を最適化することによりDCマグネトロンスパッタリング法により形成された透明導電膜を超えるキャリア移動度を有する透明導電膜を形成することが可能であることが判明した。
【0068】
本発明にかかる透明導電膜の形成方法は高いキャリア移動度を有する為、ドーピングなしでも比抵抗値で1×10-3Ω・cm以下の低抵抗な透明導電膜を得ることができる。ドーピングを行いキャリア密度を増加させることで更に抵抗を下げることが可能である。また、必要に応じて抵抗値を上げる反応性ガスを用いることで比抵抗で1×10-2以上の高抵抗の透明導電膜を得ることもできる。
【0069】
本発明の透明導電膜は、キャリア移動度が、10cm2/V・sec以上のものである。
【0070】
また、本発明の透明導電膜は、キャリア密度が、1×1019cm-3以上、より好ましい条件下においては、1×1020cm-3以上となる。
【0071】
また、本発明の透明導電膜は、反応性ガスとして有機金属化合物を用いるため、微量の炭素を含有する場合がある。その場合の炭素含有率は、0〜5.0原子数濃度であることが好ましい。特に好ましくは0.01〜3原子数濃度の範囲内にあることが好ましい。
【0072】
本発明において透明導電膜の主成分に用いられる反応性ガスは、分子内に酸素原子を有する有機金属化合物が好ましい。例えば、インジウムヘキサフルオロペンタンジオネート、インジウムメチル(トリメチル)アセチルアセテート、インジウムアセチルアセトナート、インジウムイソポロポキシド、インジウムトリフルオロペンタンジオネート、トリス(2,2,6,6−テトラメチル3,5−ヘプタンジオネート)インジウム、ジ−n−ブチルビス(2,4−ペンタンジオネート)スズ、ジ−n−ブチルジアセトキシスズ、ジ−t−ブチルジアセトキシスズ、テトライソプロポキシスズ、テトラブトキシスズ、ジンクアセチルアセトナート等を挙げることができる。この中で特に、好ましいのはインジウムアセチルアセトナート、トリス(2,2,6,6−テトラメチル3,5−ヘプタンジオネート)インジウム、ジンクアセチルアセトナート、ジ−n−ブチルジアセトキシスズである。
【0073】
ドーピングに用いられる反応性ガスとしては、例えば、アルミニウムイソプロポキシド、ニッケルアセチルアセトナート、マンガンアセチルアセトナート、ボロンイソプロポキシド、n−ブトキシアンチモン、トリ−n−ブチルアンチモン、ジ−n−ブチルビス(2,4−ペンタンジオネート)スズ、ジ−n−ブチルジアセトキシスズ、ジ−t−ブチルジアセトキシスズ、テトライソプロポキシスズ、テトラブトキシスズ、テトラブチルスズ、ジンクアセチルアセトナート、6フッ化プロピレン、8フッ化シクロブタン、4フッ化メタン等を挙げることができる。
【0074】
透明導電膜の抵抗値を調整する為に用いる反応性ガスとしては、例えば、チタントリイソプロポキシド、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、ヘキサメチルジシロキサン等を挙げることができる。
【0075】
透明導電膜主成分として用いられる反応性ガスとドーピングを目的に少量用いられる反応性ガスの量比は、成膜する透明導電膜の種類により異なる。例えば、酸化インジウムにスズをドーピングして得られるITO膜においては得られるITO膜のIn/Snの原子数比が100/0.1〜100/15の範囲になるように反応性ガス量を調整する。好ましくは、100/0.5〜100/10の範囲になるよう調整する。In/Snの原子数比はXPS測定により求めることができる。
【0076】
酸化錫にフッ素をドーピングして得られる透明導電膜(FTO膜という)においては、得られたFTO膜のSn/Fの原子数比が100/0.01〜100/50の範囲になるよう反応性ガスの量比を調整する。Sn/Fの原子数比はXPS測定により求めることができる。
【0077】
In23−ZnO系アモルファス透明導電膜(IZO膜)においては、In/Znの原子数比が100/50〜100/5の範囲になるよう反応性ガスの量比を調整する。In/Znの原子数比はXPS測定で求めることができる。
【0078】
さらに、上述したように本発明の透明導電膜は、透明導電膜の動的二次イオン質量分析測定を行った場合、透明導電膜中の水素イオンと金属元素イオンのピーク強度比H/Mの深さ方向におけるばらつきが一定以下であることが好ましい。ばらつきは変動係数で表すことが好ましく、変動係数は好ましくは5%以内、より好ましくは3%以内、さらに好ましくは1%以内である。動的二次イオン質量分析(以下装置を含めダイナミックSIMSという)に関しては表面科学会編実用表面分析二次イオン質量分析(2001年、丸善)を参照すれば良い。
【0079】
本発明において好ましいダイナミックSIMS測定の条件は以下の通りである。
装置:Phisical Electronics 社製 ADEPT1010あるいは6300型2次イオン質量分析装置
一次イオン:CS
一次イオンエネルギー:5.0KeV
一次イオン電流:200nA
一次イオン照射面積:600μm角
二次イオン取り込み割合:25%
二次イオン極性:Negative
検出二次イオン種:H−、及び、M−
上記条件で透明導電膜の深さ方向に関してスパッタリングを行いつつ質量分析を行う。得られたデプスプロファイルから水素イオンと主金属元素イオンのピーク強度比H/Mを求める。なお、測定点は100nmに対してH/M比を求めた後、深さ方向の15〜85%についてH/M比の平均と相対標準偏差を求め、相対標準偏差を平均して除して100倍し、H/M比の変動係数すなわちばらつきを求める。
【0080】
なお、本発明におけるH/M比の絶対値は、0.001〜50の間であることが好ましい。より好ましくは0.01〜20の間である。この場合もダイナミックSIMSを用いて深さ方向に関して上記条件で測定した結果を基にH/M比を求め、深さ方向の15〜85%についてH/M比の平均をH/M比と定義する。
【0081】
さらに、本発明における透明導電膜中の水素濃度は0.001〜10原子%が好ましく、より好ましくは0.01〜5原子%が好ましく、より好ましくは0.5〜1原子%が好ましい。水素濃度の評価もダイナミックSIMSで行うことが好ましい。
測定条件は上記の通りである。実際にはまず、基準となる透明導電膜中の水素濃度をラザフォード後方散乱分光法により求め、この基準品のダイナミックSIMS測定を行い、検出される水素イオンの強度を基に相対感度係数を決定し、次いで実際に用いる透明導電膜についてダイナミックSIMS測定を行い、その測定から得られた信号強度と先に求めた相対感度係数を用いて、試料中の水素濃度を算出する。なお、本発明における水素濃度は透明導電膜の全厚さ方向にわたって水素濃度を求める、いわゆるデプスプロファイルを行い、透明導電膜の15〜85%深さの水素濃度の平均を水素濃度と規定する。
【0082】
本発明のダイナミックSIMS測定による水素イオンと主金属元素イオンのピーク強度比H/Mの深さ方向におけるばらつきが変動係数5%以下の透明導電膜を得る方法は、特に限定はされないが、上述したような大気圧プラズマ放電処理による製膜方法をとることができる。すなわち、大気圧又は大気圧近傍の圧力下で、反応性ガスを放電空間に導入してプラズマ状態とし、基材を前記プラズマ状態の反応性ガスに晒すことによって、前記基材上に透明導電膜を形成する透明導電膜形成方法である。好ましくは、前記反応性ガスが、還元ガスを含有すると前記変動係数を5%以下としやすい。また、さらに好ましくは、前記放電空間に印加する電界が、周波数100kHzを越えており、かつ、出力密度が1W/cm2以上とすると、同様に前記変動係数を5%以下としやすい。詳細不明であるが、おそらくこのような還元雰囲気で、かつ、ハイパワーの電界条件が、透明導電膜の均質な製膜に適した条件であって、よって膜厚方向の水素イオンと主金属元素イオンのピーク強度のばらつきを押さえることができているのであろうと推定している。
【0083】
次に、本発明に用いることのできる基材について説明する。
プラズマディスプレイパネル表示装置に使用する基材としては、大面積のものが好ましく、特に、透明導電度を有する主表面が0.1m2以上の面積を有していると、好適にプラズマディスプレイパネル表示装置に使用できる。
また、本発明に用いることができる基材としては、平板状のもの、フィルム状のもの、レンズ状等の立体形状のもの等、透明導電膜をその表面に形成できるものであれば特に限定はない。基材が電極間に載置できるものであれば、電極間に載置することによって、基材が電極間に載置できないものであれば、発生したプラズマを当該基材に吹き付けることによって透明導電膜を形成すればよい。
本発明のプラズマディスプレイパネルに使用する基材としては、例えば、ガラスが好適である。ガラスとしては、高歪点ガラス、無アルカリガラスやソーダライムガラスを用いることができる。特に、高歪点ガラスが好ましく、これは特開平3−40933号、特開平7−257937号、特開平8−165138号公報等に開示されている。
【0084】
また、基材としては、特に限定はないが、大気圧又は大気圧近傍の圧力下であることと、低温のグロー放電であることから、樹脂を好ましく用いることができる。
例えば、本発明のように透明導電膜である場合、基材として好ましくはフィルム状のセルローストリアセテート等のセルロースエステル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリスチレン、更にこれらの上にゼラチン、ポリビニルアルコール(PVA)、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、セルロース系樹脂等を塗設したもの等を使用することができる。
【0085】
上記基材としては、具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、セロファン、セルロースジアセテートフィルム、セルロースアセテートブチレートフィルム、セルロースアセテートプロピオネートフィルム、セルロースアセテートフタレートフィルム、セルローストリアセテート、セルロースナイトレート等のセルロースエステル類又はそれらの誘導体からなるフィルム、ポリ塩化ビニリデンフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、エチレンビニルアルコールフィルム、シンジオタクティックポリスチレン系フィルム、ポリカーボネートフィルム、ノルボルネン樹脂系フィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリエーテルケトンフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリスルホン系フィルム、ポリエーテルケトンイミドフィルム、ポリアミドフィルム、フッ素樹脂フィルム、ナイロンフィルム、ポリメチルメタクリレートフィルム、アクリルフィルムあるいはポリアリレート系フィルム等を挙げることができる。
【0086】
これらの素材は単独で、あるいは適宜混合されて使用することもできる。中でも、セルローストリアセテート(TAC)を好ましく使用できる。また、特開平3−14882号や特開平3−122137号などで公知のノルボルネン系樹脂(非晶質シクロポリオレフィン樹脂)を含有したゼオノア(日本ゼオン(株)製)、ARTON(JSR(株)製)などの市販品を好ましく使用することができる。ノルボルネン系樹脂は、具体的にはノルボルネン系単量体の開環重合体、その水素添加物、ノルボルネン系単量体の付加型重合体、ノルボルネン系単量体(上記公報、特開平2−227424号、特開平2−276842号に記載)とオレフィンの付加型重合体などが挙げられる。ノルボルネン系単量体の重合は公知の方法でよく、必要に応じて、水素添加することにより、熱可塑性ノルボルネン系樹脂水素添加物、具体的には上述したゼオノア、ARTON等を得ることができる。
【0087】
更に、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルフォン及びポリエーテルスルフォン(PES:例えば、住友ベークライト(株)製 スミライト FS−1300)などの固有複屈折率の大きい素材であっても、溶液流延、溶融押し出し等の条件、更には縦、横方向に延伸条件等を適宜設定することにより、得ることができ、ポリエーテルスルフォンは好適に使用できる。
【0088】
また、基材には、有機無機ハイブリッド基材を使用することもできる。有機無機ハイブリッド基材とは、水素結合受容基を有するポリマーあるいは重合性モノマーと、金属アルコキシド等の反応性金属化合物とを加水分解重縮合させて得られるものである。
ポリマーとしては、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリイミド、ポリアミド、ポリカーボネイト、ポリ尿素、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ(2−メチル−2−オキサゾリン)、ポリアクリルアミド、ポリ(N−イソプロピルアクリルアミド)、ポリ(ジメチルアクリルアミド)、ポリエーテルイミド、セルロースエステルなどが挙げられるが、この中ではセルロースエステルが好ましい。
重合ポリマーとしては、イソプレン、1,3−ブタジエン、p−シアノスチレン、p−メトキシスチレン、メタクリロニトリル、p−クロロスチレン、スチレン、α−メチルスチレン、メチルメタクリレート、メチルビニルケトン、アクリロニトリル、メチルアクリレート、酢酸ビニル、エチレン、イソブテン、塩化ビニリデン、塩化ビニル、イソブチルエーテル、ジメチルアクリルアミドなどが挙げられる。
前記金属アルコキシドとしては、金属種が、珪素、ジルコニウム、チタン、ゲルマニウム等のアルコキシドが挙げられるが、この中では珪素やチタンのアルコキシドが好ましい。
具体的な製法としては、特開2000−122038号公報を参考にして合成することが可能である。
【0089】
なお、上記樹脂フィルムの材料においては、耐熱性の観点から、熱硬化性シリコーン樹脂、熱硬化性エポキシ樹脂、PES、ポリアリレート樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、耐熱性ノルボルネン系樹脂、有機無機ハイブリッド材料を好ましく用いることができる。
【0090】
これら基材の膜厚としては0,3mm〜3.0mmが好ましい。
【0091】
以上のようにして、プラズマ放電処理装置によって大気圧プラズマ処理を施すことで、基材表面に透明導電膜を形成し、本発明のプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材とする。
【0092】
また、基材表面に透明導電膜を形成した後に、透明導電膜が形成された後に、例えばフォトレジスト等によって、透明導電膜をパターニングしてプラズマディスプレイパネル用の電極を形成した後に、この電極を覆うように透明誘電体層を形成するのが良い。透明誘電体層としては、例えば、低融点誘電体フリット(酸化ケイ素と酸化鉛を主成分とする600℃以下で軟化する誘電体フリット)を使用すればよい。この透明誘電体層を備えることによって、後述するプラズマディスプレイパネル表示装置を形成したときに、電極間の絶縁を確保し、プラズマを安定に発生させるために、また電極がプラズマに侵食されるのを防ぐことができる。
また、透明誘電体層上に、さらに、保護層を形成すると、電極がプラズマに侵食されるのをさらに好適に防ぐことができる。
【0093】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。まず、以下に示す実施例1〜4、比較例1、2の透明導電膜を作成した。
[本発明の実施例1]
(基材)
主表面の面積が0.6m2の(株)旭硝子製高歪点ガラスPD200(60cm×100cm×2.1mm)を使用し、図7に示す平行平板型プラズマ放電装置100を使用する。そして、下側平板電極板122の表面に前記基材を載置し、下記に示すプラズマ処理条件下により透明導電膜であるITO膜の形成を行った。
(プラズマ電源周波数とメーカー)
13.56MHz(日本電子(株)製高周波電源JRF−10000)
(放電出力条件)
8W/cm2
(ガス条件)
放電ガス:ヘリウム…98.5体積%
反応性ガス1:水素…0.25体積%
反応性ガス2:トリス(2,4−ペンタンジオナト)インジウム…1.2体積%
反応性ガス3:ジブチル錫ジアセテート…0.05体積%
(電極)
アース電極としては、75cm×130cm×5mmのステンレス板に高密度、高密着性のアルミナ溶射膜を被覆し、その後テトラメトキシシランを酢酸エチルで希釈した溶液を塗布乾燥後、紫外線照射により硬化させ封孔処理を行い、さらに、このように被覆した誘電体表面を研磨し、平滑にしてRmax5μmとなるように加工したものを使用した。
一方、印加電極としては、中空の角型の純チタンパイプに対し、上記同様の誘電体を同条件にて被覆したものを複数作成し、対向する電極群とした。
【0094】
[本発明の実施例2]
(放電出力条件)
12W/cm2
なお、その他、実施例1と同様の条件下で大気圧プラズマ処理を行い、基材上にITO膜を形成した。
【0095】
[本発明の実施例3]
(プラズマ電源周波数とメーカー)
2MHz(パール工業(株)製高周波電源LP−1000−2M)
(放電出力条件)
10W/cm2
なお、その他、実施例1と同様の条件下で大気圧プラズマ処理を行い、基材上にITO膜を形成した。
【0096】
[本発明の実施例4]
(プラズマ電源周波数とメーカー)
800KHz(パール工業(株)製高周波電源LP−1000−800K)
(放電出力条件)
12W/cm2
なお、その他、実施例1と同様の条件下で大気圧プラズマ処理を行い、基材上にITO膜を形成した。
【0097】
[比較例1]
特開2000−303175号公報の実施の方法を用いて以下のように透明導電膜であるITO膜の形成を行った。
(基材)
主表面の面積が0.6m2の(株)旭硝子製高歪点ガラスPD200(60cm×100cm×2.1mm)を使用する。
(プラズマ電源周波数とメーカー)
10KHz(ハイデン研究所製PHF−4K)
(放電出力条件)
0.8W/cm2
(ガス条件)
放電ガス:ヘリウム…98.5体積%
反応性ガス1:酸素…0.25体積%
反応性ガス2:トリス(2,4−ペンタンジオナト)インジウム…1.2体積%
反応性ガス3:ジブチル錫ジアセテート…0.05体積%
なお、(電極)としては、実施例1と同様のものを使用した。
【0098】
[比較例2]
特開2001−74906号公報の実施例1記載の放電プラズマ処理装置を用いて波高値10kV、放電電流密度100mA/cm2、周波数6kHzのパルス電界を印加し、1分間製膜した。
なお、(基材)、(ガス条件)としては比較例1と同様の条件下で、(電極)としては実施例1と同様のものを使用して大気圧プラズマ処理を行い、基材上にITO膜を作成した。
【0099】
そして、上述した本発明の実施例1〜4、比較例1、2によって作成した透明導電膜に対して抵抗率、光透過率及び透明導電膜の主表面内のシート抵抗変動の測定を行い、その結果を表1に示した。
《抵抗率》
JIS−R−1637に従い、四端子法により求めた。なお、測定には三菱化学製ロレスターGP、MCP−T600を用いた。
《光透過率》
JIS−R−1635に従い、日立製作所製分光光度計1U−4000型を用いた測定を行った。試験光の波長は550nmとした。
《主表面内の抵抗変動》
抵抗率の測定と同じ方法により、透明導電膜の主表面を内のシート抵抗変動を50カ所測定しCV%を求め、CV%の数値により以下のように示した。
◎:3%未満
▲:3%以上〜5%未満
×:5%以上
【0100】
【表1】

Figure 0004168675
表1の結果より、本発明にかかる透明導電膜は、大気圧又は大気圧近傍の圧力下において、ハイパワー(100kHZを越える高周波電圧、1W/cm2以上の電力)で形成されるので、比較例1及び2のローパワーで形成する場合に比して、低抵抗で、光透過率に優れ、また、主表面内の抵抗変動が小さいことが確認された。
【0101】
次に、以下に示す実施例5、6、比較例3の透明導電膜を作成した。
【0102】
[本発明の実施例5]
(基材)
アルカリバリアコート層として膜厚約50nmのシリカ膜が形成されたガラス基板(50mm×50mm×1mm)。
(放電出力条件)
5W/cm2
(ガス条件)
放電ガス:ヘリウム…98.74体積%
反応性ガス1:水…0.01体積%
反応性ガス2:インジウムアセチルアセトナト…1.2体積%
反応性ガス3:ジブチル錫ジアセテート…0.05体積%
なお、(プラズマ電源周波数とメーカー)、(電極)としては、実施例1と同様の条件で、大気圧プラズマ処理を行い、基材上にITO膜を作成した。
【0103】
[本発明の実施例6]
(ガス条件)
放電ガス:ヘリウム…98.60体積%
反応性ガス1:水素…0.15体積%
反応性ガス2:インジウムアセチルアセトナト…1.2体積%
反応性ガス3:ジブチル錫ジアセテート…0.05体積%
なお、(基材)、(電極)、(プラズマ電源周波数とメーカー)、(放電出力条件)としては、実施例5と同様の条件で大気圧プラズマ処理を行い、基材上にITO膜を作成した。
【0104】
[比較例3]
特開2000−303175号公報の実施例3記載の方法を用いて以下のように透明導電膜を形成した。
(ガス条件)
放電ガス:ヘリウム…98.75体積%
反応性ガス1:水素…0.5体積%
反応性ガス2:インジウムアセチルアセトナト…1.2体積%
反応性ガス3:ジブチル錫ジアセテート…0.05体積%
なお、(基材)としては実施例5と同様の条件で、(プラズマ電源周波数とメーカー)、(放電出力条件)としては比較例1と同様の条件で、(電極)としては、実施例1と同様のものを使用し、大気圧プラズマ処理を行い、基材上にITO膜を作成した。
【0105】
そして、これら本発明の実施例5、6、比較例3によって作成した透明導電膜に対して、上述したダイナミックSIMS測定により水素イオンと主金属元素イオンのピーク強度比H/Mの深さ方向における変動係数を求め、その結果を表2に示した。また、抵抗率、光透過率の評価についても表2に示した。
【0106】
【表2】
Figure 0004168675
表2の結果より、本発明のプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材の透明導電膜のピーク強度比H/Mの変動係数5%以内とすることによって、透明導電膜の性能がさらに向上することが認められた。
【0107】
また、上述した本発明の実施例1〜6、比較例1〜3によって作成した透明導電膜が形成された基材を用いて、特開2000−112400号に記載の以下に示す方法でプラズマディスプレイパネル表示装置を作成した。
(プラズマディスプレイパネル表示装置の作成方法)
前面ガラス基板201上に、透明導電膜が形成済の透明導電性基材を、図8に示すように、例えば、フォトレジスト法によってパターニングして、透明導電膜の電極205を形成する。そして、電極205上に金属バス電極206を形成し、PDP用電極を得る。次に、PDP用電極を、例えば、低融点誘電体フリット(酸化ケイ素と酸化鉛を主成分とする600℃以下で軟化する誘電体フリット)等の誘電体層208で覆う。次に、誘電体層208の表面に、例えば酸化マグネシウムで保護膜209を形成して、PDP用前面基板を得る。
一方、背面ガラス基板202には、アドレス電極207と隔壁203とを形成し、さらに蛍光体210を塗布してPDP用背面基板を得る。
最後に、前面ガラス基板201及び背面ガラス基板202を組み立て、封着、排気し、最後にプラズマ放電させるためのガスを封入してPDP表示装置を完成する。
この表示装置によれば、前面ガラス基板201及び背面ガラス基板202に形成された隔壁203によりセル(空間)204が区画形成され、セル204中でプラズマ放電を発生させることにより、セル内壁の蛍光体層210が発光し画像を形成する。
【0108】
このようにして作成したPDP表示装置において、輝度ムラを目視評価したところ、実施例1〜6はほとんど輝度ムラはみとめられなかった。これに対し、比較例1〜3は輝度ムラが顕著であった。
【0109】
【発明の効果】
本発明のプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材によれば、低抵抗でかつ、光透過性に優れ、また、プラズマディスプレイパネル表示装置を形成したときに良好に表示できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の透明導電膜を形成するために用いられるプラズマ放電処理装置に設置されるプラズマ放電処理容器の一例を示す概略図である。
【図2】プラズマ放電処理容器の他の一例を示す概略図である。
【図3】円筒型のロール電極の一例を示す斜視図である。
【図4】固定型の円筒型電極の一例を示す斜視図である。
【図5】固定型の角柱型電極の一例を示す斜視図である。
【図6】プラズマ放電処理装置の一例を示す概略図である。
【図7】プラズマ放電処理装置の他の一例を示す概略図である。
【図8】プラズマディスプレイパネルを説明するためのもので、プラズマディスプレイパネル表示装置の断面図である。
【符号の説明】
F フィルム(基材)
L レンズ(基材)
10、100 プラズマ放電処理装置
21、22 電極(ロール電極)
29 電極(固定電極)
50、110 電源
120 電極
121 上側平板電極
122 下側平板電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention has a transparent conductive film formed on the surface, in particular, a transparent conductive substrate for a plasma display panel used for a plasma display panel, andMethod for producing transparent conductive substrate for plasma display panelIt is about.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a plasma display panel (PDP), which is a kind of gas discharge display panel, has attracted attention as a large thin flat color display device. Various transparent conductive films have been developed as display electrodes in the plasma display panel. The transparent conductive film is desired to have a low resistance, and as the transparent conductive film used for the electrode for PDP, indium oxide (ITO) containing tin oxide is excellent in transparency, conductivity, and patterning property, and is often used. ing. This transparent conductive film is formed on a substrate such as glass.
[0003]
However, since the display portion of the PDP display device has a large area, the glass substrate also has a large area and is expensive.
Moreover, the transparent conductive film formed on a glass substrate is formed into a film by sputtering method, for example. Since this sputtering method is a vacuum film forming technique, a low-resistance transparent conductive film can be obtained. However, as the glass substrate becomes larger, the apparatus becomes very large and expensive, and a lot of time is required for evacuation. The demerit is that it is not possible to increase productivity. In addition, the target is expensive, and further, there is a problem that the use efficiency is low because replacement is necessary after using several tens of percent.
[0004]
Therefore, in order to overcome the disadvantage that the transparent conductive film for PDP made by sputtering is low productivity and high cost, discharge under atmospheric pressure or pressure near atmospheric pressure, plasma excitation of reactive gas, Methods for forming a transparent conductive film on a substrate (atmospheric pressure plasma method) are described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2000-303175 and 2001-74906. The atmospheric pressure plasma methods disclosed in these publications generate discharge plasma by applying an electric field having a frequency of 0.5 kHz to 100 kHz and an electric field strength of 1 to 100 kV / cm between opposed electrodes. That's it.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, the atmospheric pressure plasma method forms a transparent conductive film under atmospheric pressure, so that it is excellent in productivity and inexpensive, and a large area transparent conductive film can be obtained. It has been insufficient as a plasma display panel application requiring light transmittance.
  The present invention has been made in view of the above circumstances, has a low resistance, is excellent in light transmittance, and can be displayed well when a plasma display panel display device is formed. andMethod for producing transparent conductive substrate for plasma display panelIt is an issue to provide.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the invention of claim 1 is a transparent conductive substrate for a plasma display panel in which a transparent conductive film is formed on a substrate,
  The transparent conductive film isA metal oxide-based transparent conductive film containing tin containing indium as a main metal component, and under a pressure of atmospheric pressure or near atmospheric pressure, a reactive gas is introduced into a discharge space to form a plasma state, and the base material is the plasma Formed on the substrate by exposure to a reactive gas in a state, the reactive gas contains a reducing gas selected from hydrogen, hydrogen sulfide and water,
further,The transparent conductive film includes hydrogen ions by dynamic SIMS measurement.indiumThe variation in the depth direction of the peak intensity ratio H / M of the element ions is within 5% of the coefficient of variation.
[0016]
Here, H is the peak intensity of hydrogen ions, and M is the peak intensity of main metal element ions.
[0019]
  Claim2The invention of claim1In the transparent conductive substrate for plasma display panel described in
  The electric field applied to the discharge space exceeds the frequency of 100 kHz, and the output density is 1 W / cm.2It is the above.
  Invention of Claim 3 is a manufacturing method of the transparent conductive base material for plasma display panels in which the transparent conductive film was formed on the base material,
Under atmospheric pressure or near atmospheric pressure, a reactive gas is introduced into the discharge space to form a plasma state, and the substrate is exposed to the reactive gas in the plasma state, so that indium is a main metal on the substrate. Forming a metal oxide transparent conductive film containing tin as a component;
The reactive gas contains a reducing gas selected from hydrogen, hydrogen sulfide and water;
Further, the transparent conductive film is characterized in that the variation in the depth direction of the peak intensity ratio H / M of hydrogen ions and indium element ions by dynamic SIMS measurement is within 5%.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of the present invention will be described below.
  The transparent conductive substrate for a plasma display panel according to the present invention is formed by forming a transparent conductive film on a substrate, and the transparent conductive film is interposed between opposing electrodes under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure. High frequency voltage exceeding 100 kHz and 1 W / cm2By supplying and discharging the above electric power (power density), the reactive gas is excited to be in a plasma state, and the substrate is exposed to the reactive gas in the plasma state.
[0020]
In the present invention, the transparent conductive film is generally well known as an industrial material and is a transparent film that absorbs almost no visible light (400 to 700 nm) and is transparent. Since the free-charged material carrying electricity has high transmission characteristics in the visible light region, is transparent, and has high electrical conductivity, it is used as a transparent electrode for plasma display panels and the like. When the transparent conductive film is used for a plasma display panel as in the present invention, the thickness of the transparent conductive film is preferably about 100 to 130 nm.
[0021]
As the transparent conductive film, SnO2, In2OThree, CdO, ZnO2, SnO2: Sb, SnO2: F, ZnO: AL, In2OThree: There are a metal oxide film such as Sn and a complex oxide film by a dopant.
Examples of the complex oxide film using the dopant include an ITO film obtained by doping tin with indium oxide, an FTO film obtained by doping fluorine with tin oxide, and In2OThreeExamples thereof include an IZO film made of -ZnO-based amorphous.
[0022]
Moreover, it is preferable that at least one intermediate layer is interposed between the substrate and the transparent conductive film. Examples of the intermediate layer include an ultraviolet curable resin layer and a silica layer that is an inorganic oxide. For example, when the base material is glass, this intermediate layer functions as an alkali barrier layer that prevents alkali metal from diffusing from the glass. Thus, by providing the intermediate layer, the characteristics of the transparent conductive film can be improved as compared with the case where the transparent conductive film is formed directly on the substrate. Moreover, the adhesiveness between a base material and a transparent conductive film can be improved by this intermediate | middle layer.
A material having a lattice constant close to that of the base material and the transparent conductive film is preferably used for the intermediate layer. When the base material is glass, a silica layer is preferably used as the intermediate layer. Note that when non-alkali glass is used as the base material, the above-described diffusion of the alkali metal is unlikely to occur, so that the intermediate layer may not be provided.
[0023]
In the present invention, the upper limit of the frequency of the high-frequency voltage applied between the electrodes is preferably 150 MHz or less. In addition, the lower limit value of the frequency of the high-frequency voltage is preferably 200 kHz or more, and more preferably 800 kHz or more.
The lower limit value of the power supplied between the electrodes is preferably 1.2 W / cm.2The upper limit is preferably 50 W / cm.2Or less, more preferably 20 W / cm2It is as follows. The discharge area (/ cm2) Refers to the area of the area where discharge occurs in the electrode. When a high power voltage is applied at a high frequency and a high output density as in the present invention, this corresponds to the total area of the discharge surface of the electrode on one side. By dividing the total power (W) supplied from the power source connected to the electrode by this total area, the output density can be calculated.
[0024]
In order to obtain a uniform film thickness particularly in a large area, the total power applied to a pair of opposing electrodes is preferably more than 15 kW, more preferably 30 kW or more, and further preferably 50 kW or more. From the viewpoint of heat generation, it is preferably 300 kW or less. The total power corresponds to the power (W) supplied from the power source connected to the set of electrodes. When two or more power sources are connected to the set of electrodes, the value is a value obtained by adding the power supplied to all the power sources.
[0025]
Specifically, in the plasma discharge processing apparatus of FIG. 6 described later, the roll electrode 21 and the prismatic electrode group 29 are used as a pair of opposed electrodes, and the power is supplied from the power supply 50 connected thereto. . In FIG. 6, when the surface of the prismatic electrode 29 facing the roll electrode 21 is the discharge surface on the application electrode side, the total area of the discharge surface is the discharge area. When the electrode is a cylindrical electrode 22 as shown in FIG. 1, the sum of the projected areas of the cylindrical electrode 22 onto the roll electrode 21 is the discharge area.
[0026]
The high-frequency voltage applied between the electrodes may be an intermittent pulse wave or a continuous sine wave. However, in order to obtain the effect of the present invention, it is a continuous sine wave. It is preferable.
[0027]
By applying a high-power electric field as described above over a large area, it is possible to obtain a high-performance transparent conductive film that is dense, highly uniform in film thickness, and has no unevenness with high production efficiency. Have been found by the present inventors. The present inventors presume that this excellent effect is due to the fact that high-density plasma can be generated uniformly over a large area by adopting the above-described discharge method.
In the present invention, plasma discharge is applied to a highly durable electrode capable of maintaining a uniform discharge state even when such a high-power electric field is applied to a large-area electrode under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure. It is necessary to employ in the processing equipment.
[0028]
As such an electrode, it is preferable that at least a discharge surface on a conductive base material such as metal is coated with a dielectric. At least one of the opposing application electrode and ground electrode is coated with a dielectric, and preferably both the application electrode and ground electrode are coated with a dielectric.
[0029]
A dielectric coated electrode is a composite part of a conductive base material such as metal and a dielectric material such as ceramics or glass. When the supplied power, especially when the total power is large, it breaks down from the vulnerable part of the dielectric. It is difficult to maintain a stable plasma discharge. This is particularly noticeable in a dielectric coated electrode having a large discharge area. In order to form a transparent conductive film using high power according to the present invention, a dielectric coated electrode that can withstand it is required.
[0030]
Specifically, the dielectric used in the dielectric-coated electrode according to the present invention is preferably an inorganic compound having a relative dielectric constant of 6 to 45. Examples of such a dielectric include alumina, nitriding There are ceramics such as silicon, or glass lining materials such as silicate glass and borate glass. In this, what sprayed the ceramics mentioned later and the thing provided by glass lining are preferable. In particular, a dielectric provided by spraying alumina is preferable.
[0031]
In the dielectric-coated electrode, as one of the specifications that can withstand the above-described high power, the dielectric porosity is 10 volume% or less, preferably 8 volume% or less. Preferably it is more than 0 volume% and 5 volume% or less. The porosity of the dielectric means a porosity that is penetrable in the thickness direction of the dielectric, and can be measured with a mercury porosimeter. High durability is achieved because the dielectric has a low porosity. Examples of the dielectric having such a void and having a low void ratio include a high-density, high-adhesion ceramic spray coating by the atmospheric plasma method described later. In order to further reduce the porosity, it is preferable to perform a sealing treatment.
[0032]
As another preferable specification of the dielectric-coated electrode, a dielectric is formed by a glass lining method using glass obtained by a melting method. In this case, the dielectric is made of two or more layers having different amounts of bubbles mixed in to enhance durability. As the amount of bubbles mixed in, the lowermost layer in contact with the conductive base material is preferably 20 to 30% by volume, and the subsequent layers are preferably 5% or less by volume. The amount of bubbles mixed in can be calculated from the relationship between the intrinsic density of the glass itself and the density of the glass lining layer. As a method of controlling the amount of bubbles mixed into the glass, since the bubbles are originally mixed in the glass melt, deaeration is performed, but a desired value can be obtained by changing the degree of deaeration. A highly durable electrode can also be obtained by controlling the amount of bubbles mixed in and a dielectric material by a glass lining method provided in layers. In addition, the total thickness of the dielectric layer at this time is 0.5 mm or more and 2.0 mm or less, the film thickness of the lowermost layer is 0.1 mm or more, and the total film thickness after the next layer is 0.3 mm or more. Is preferred.
[0033]
In addition, in the dielectric-coated electrode according to the present invention, another preferred specification that can withstand high power is that the heat-resistant temperature is 100 ° C. or higher. More preferably, it is 120 degreeC or more, Most preferably, it is 150 degreeC or more. The heat-resistant temperature refers to the highest temperature that can withstand normal discharge without breakdown. Such heat-resistant temperature is applied within the range of the difference in linear thermal expansion coefficient between the conductive base material and the dielectric below, by applying the ceramics sprayed above and the dielectric material provided with layered glass lining with different foam mixing amount. This can be achieved by appropriately combining means for appropriately selecting the materials.
[0034]
In another preferred specification of the dielectric-coated electrode according to the present invention, the difference in linear thermal expansion coefficient between the dielectric and the conductive base material is 10 × 10.-6It is a combination that becomes / ° C or less. Preferably 8 × 10-6/ ° C. or less, more preferably 5 × 10-6/ ° C. or less, more preferably 2 × 10-6/ ° C or less. The linear thermal expansion coefficient is a well-known physical property value of a material.
As a combination of a conductive base material and a dielectric whose linear thermal expansion coefficient is within this range,
(1) The conductive base material is pure titanium and the dielectric is a ceramic spray coating.
(2) The conductive base material is pure titanium and the dielectric is glass lining.
(3) The conductive base material is a titanium alloy and the dielectric is a ceramic spray coating.
(4) The conductive base material is titanium alloy and the dielectric is glass lining.
(5) The conductive base material is stainless steel and the dielectric is a ceramic spray coating.
(6) The conductive base material is stainless steel, and the dielectric is glass lining.
(7) The conductive base material is a composite material of ceramics and iron, and the dielectric is a ceramic spray coating.
(8) The conductive base material is a composite material of ceramics and iron, and the dielectric is glass lining.
(9) The conductive base material is a composite material of ceramics and aluminum, and the dielectric is a ceramic spray coating.
(10) The conductive base material is a composite material of ceramics and aluminum, and the dielectric is glass lining. From the viewpoint of the difference in linear thermal expansion coefficient, the above (1) to (4) and (7) to (10) are preferable.
[0035]
In addition, in the dielectric-coated electrode according to the present invention, another preferable specification that can withstand high power is that the thickness of the dielectric is 0.5 to 2 mm. The film thickness variation is desirably 5% or less, preferably 3% or less, and more preferably 1% or less.
An example of a method for thermally spraying the conductive base material with high density and high adhesion using ceramic as a dielectric material is an atmospheric plasma spraying method. The atmospheric plasma spraying method is a technique in which a fine powder such as ceramics, a wire, or the like is put into a plasma heat source and sprayed on a base material to be coated as fine particles in a molten or semi-molten state to form a film. A plasma heat source is a high-temperature plasma gas in which a molecular gas is heated to a high temperature, dissociated into atoms, and energy is given to emit electrons. The plasma gas injection speed is high, and since the sprayed material collides with the base material at a higher speed than conventional arc spraying or flame spraying, it is possible to obtain a coating film with high adhesion strength and high density. Specifically, reference can be made to a thermal spraying method for forming a heat shielding film on a high-temperature exposed member described in JP-A No. 2000-301655. According to this method, the porosity of the dielectric (ceramic sprayed film) to be coated can be 10% by volume or less, and further 8% by volume or less.
[0036]
In order to further reduce the porosity of the dielectric, it is preferable to further seal the sprayed film such as ceramic with an inorganic compound. As the inorganic compound, a metal oxide is preferable, and among these, a compound containing silicon oxide (SiOx) as a main component is particularly preferable.
[0037]
The inorganic compound for sealing treatment is preferably formed by curing by a sol-gel reaction. In the case where the inorganic compound for sealing treatment contains a metal oxide as a main component, a metal alkoxide or the like is applied as a sealing liquid on the ceramic sprayed film and cured by a sol-gel reaction. When the inorganic compound is mainly composed of silica, it is preferable to use alkoxysilane as the sealing liquid.
Here, it is preferable to use energy treatment for promoting the sol-gel reaction. Examples of the energy treatment include thermosetting (preferably 200 ° C. or less), UV irradiation, and the like. Furthermore, as a method of sealing treatment, when the sealing liquid is diluted and coating and curing are repeated several times in succession, the mineralization is further improved and a dense electrode without deterioration can be obtained.
[0038]
When a ceramic sprayed coating is applied to a ceramic sprayed film using a metal alkoxide or the like of a dielectric-coated electrode as a sealing liquid, the content of the metal oxide after curing is 60 mol% or more when cured by a sol-gel reaction. Preferably there is. When alkoxysilane is used as the metal alkoxide of the sealing liquid, the cured SiOx content (x is 2 or less) is preferably 60 mol% or more. The SiOx content after curing is measured by analyzing a fault of the dielectric layer by XPS.
[0039]
Further, the surface roughness Rmax (JIS B 0601) of the electrode is reduced to 10 μm or less by a method such as polishing the dielectric surface of the dielectric coated electrode, so that the thickness of the dielectric and the gap between the electrodes are made constant. It can be maintained, the discharge state can be stabilized, distortion and cracking due to thermal shrinkage difference and residual stress can be eliminated, and durability can be greatly improved with high accuracy. The polishing finish of the dielectric surface is preferably performed at least on the dielectric in contact with the substrate.
[0040]
Next, a plasma discharge processing apparatus using such an electrode will be described with reference to FIGS. The plasma discharge treatment apparatus of FIGS. 1-6 discharges between the roll electrode which is an earth electrode, and the some fixed electrode which is an application electrode arrange | positioned in the position which opposes, and reactive gas is made between the said electrodes. A thin film (transparent conductive film) is formed by introducing a plasma state and exposing the long film-like substrate wound around the roll electrode to the reactive gas in the plasma state. Here, in the width direction orthogonal to the substrate transport direction, the length of the electrode is the same as the length of the long film. After forming the thin film, assuming that the end of the long film in the width direction is cut, if the area where the thin film is formed is shorter than the width of the long film, the area where the thin film is formed The same length of the discharge surface of the electrode may be the same or longer than the length of the electrode.
[0041]
The plasma discharge treatment apparatus for forming the transparent conductive film of the present invention is not limited to this, and the plasma state is obtained by exciting the reactive gas to stably maintain the glow discharge and form the transparent conductive film. However, the method of placing the base material between the electrodes and introducing the reactive gas between the electrodes can take a large discharge area and make the film thickness uniform. In addition, a high-performance transparent conductive film can be formed, which is preferable.
[0042]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a plasma discharge treatment vessel 20 of a plasma discharge treatment apparatus 10 used when forming a transparent conductive film of the present invention. In the present embodiment, the plasma discharge treatment shown in FIG. A container 20 is used.
In FIG. 1, a long film-like substrate F is conveyed while being wound around a roll electrode 21 that rotates in the conveying direction (clockwise in the figure). The fixed electrode 22 is composed of a plurality of cylinders, and is installed facing the roll electrode 21. The substrate F wound around the roll electrode 21 is pressed by the nip rollers 23a and 23b, is regulated by the guide roller 24, is transported to the discharge treatment space secured by the plasma discharge treatment vessel 20, is subjected to the discharge plasma treatment, and then Then, it is conveyed to the next process via the guide roller 25. Further, the partition plate 26 is disposed in the vicinity of the nip roller 23b and suppresses the air accompanying the base material F from entering the plasma discharge processing container 20.
[0043]
The entrained air is preferably suppressed to 1% by volume or less, and more preferably 0.1% by volume or less, with respect to the total volume of the gas in the plasma discharge treatment vessel 20. This can be achieved by the nip roller 23b.
A mixed gas (discharge gas and reactive gas) used for the discharge plasma treatment is introduced into the plasma discharge treatment container 20 from the air supply port 27, and the treated gas is exhausted from the exhaust port 28.
[0044]
FIG. 2 is a schematic view showing another example of the plasma discharge processing container 20 as described above, and the plasma discharge processing container 20 of FIG. 1 uses the cylindrical fixed electrode 22 whereas FIG. The plasma discharge processing vessel 20 shown in FIG.
Compared with the cylindrical electrode 22 shown in FIG. 1, the prismatic electrode 29 shown in FIG. 2 has the effect of extending the discharge range (discharge area), so that the transparent conductive film of the present invention is formed. Preferably used.
[0045]
FIG. 3 is a schematic view showing an example of the above-described cylindrical roll electrode 21, FIG. 4 is a schematic view showing an example of the cylindrical fixed electrode 22, and FIG. 5 shows an example of a prismatic fixed electrode 29. FIG.
[0046]
In FIG. 3, a roll electrode 21 serving as a ground electrode is a ceramic coating obtained by thermally spraying ceramic as a dielectric coating layer on a conductive base material 21a such as metal and then sealing with an inorganic compound sealing material. It is comprised by the combination which coat | covered the process dielectric material 21b. The ceramic-coated dielectric 21b is covered with 1 mm of a single wall and grounded. As the ceramic material used for thermal spraying, alumina, silicon nitride, or the like is preferably used. Among these, alumina is more preferable because it is easily processed.
[0047]
Alternatively, the dielectric layer may be a lining treated dielectric provided with an inorganic material by lining. As the lining material, silicate glass, borate glass, phosphate glass, germanate glass, tellurite glass, aluminate glass, vanadate glass and the like are preferably used. Of these, borate glass is particularly preferred because it is easy to process.
[0048]
Examples of the conductive base material 21a such as metal include metals such as titanium, silver, platinum, stainless steel, aluminum, and iron, a composite material of iron and ceramics, or a composite material of aluminum and ceramics. Stainless steel is preferred from the viewpoint.
In the present embodiment, the base material of the roll electrode is a stainless steel jacket roll base material having a cooling means with cooling water (not shown).
[0049]
4 and 5 show a fixed electrode 22 and an electrode 29 which are application electrodes, and are configured in the same combination as the roll electrode 21 described above. That is, a hollow stainless steel pipe is covered with the same dielectric as described above, and can be cooled with cooling water during discharge.
[0050]
A power source for applying a voltage to the application electrode is not particularly limited, but a high frequency power source (200 kHz) manufactured by Pearl Industry, a high frequency power source (800 kHz) manufactured by Pearl Industry, a high frequency power source manufactured by JEOL (13.56 MHz), and a high frequency power source manufactured by Pearl Industry. A power source (150 MHz) or the like can be used.
[0051]
FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of the plasma discharge treatment apparatus 10 used in the present invention.
In FIG. 6, the part of the plasma discharge processing vessel 20 is the same as that shown in FIG. As a coolant for the electrode cooling unit 70, an insulating material such as distilled water or oil is used.
[0052]
The electrodes 21 and 29 shown in FIG. 6 are the same as those shown in FIGS. 3, 4, 5, etc., and the gap between the opposing electrodes is set to about 1 mm, for example.
The distance between the electrodes is determined in consideration of the thickness of the solid dielectric provided on the conductive base material of the electrodes, the magnitude of the applied voltage, the purpose of using plasma, and the like. When the solid dielectric is provided on one of the electrodes, the shortest distance between the solid dielectric and the electrode, and the distance between the solid dielectrics when the solid dielectric is provided on both electrodes is uniform in any case. From the viewpoint of discharging, 0.5 mm to 20 mm is preferable, and 1 mm ± 0.5 mm is particularly preferable.
A roll electrode 21 and a fixed electrode 29 are disposed at predetermined positions in the plasma discharge processing vessel 20, and the flow rate of the mixed gas generated by the gas generator 40 is controlled and supplied from the air supply port 27 via the gas filling means 41. The plasma discharge treatment vessel 20 is filled, filled with the mixed gas used for the plasma treatment, and exhausted from the exhaust port 28. Next, a voltage is applied to the electrodes 21 and 29 by the power source 50, and the roll electrode 21 is grounded to the ground to generate discharge plasma. Here, the base material F is supplied from the roll-shaped original winding base material 60, and the electrodes in the plasma discharge treatment container 20 are in a single-sided contact state (in contact with the roll electrode 21) via the guide roller 24. The surface of the base material F is formed by discharge plasma (CVD) during transport, and then transported to the next step via the guide roller 25. Here, the base material F is formed only on the surface not in contact with the roll electrode 21.
[0053]
The value of the voltage applied to the electrode 29 fixed from the power supply 50 is determined as appropriate. For example, the voltage is about 10 V to 10 kV, and the power supply frequency is adjusted to more than 100 kHz and 150 MHz or less. As for the method of applying power, either a continuous sine wave continuous oscillation mode called continuous mode or an intermittent oscillation mode called ON / OFF intermittently called pulse mode may be adopted. A denser and better quality film can be obtained.
[0054]
The plasma discharge treatment vessel 20 is preferably a treatment vessel made of Pyrex (R) glass or the like, but may be made of metal as long as it can be insulated from the electrodes. For example, polyimide resin or the like may be attached to the inner surface of an aluminum or stainless steel frame, and the metal frame may be subjected to ceramic spraying to obtain insulation.
When the substrate is made of resin, the temperature of the substrate during the discharge plasma treatment is set to room temperature (15 ° C. to 25 ° C.) to 200 in order to minimize the influence on the substrate during the discharge plasma treatment. It is preferable to adjust to a temperature of less than ° C, and more preferably to adjust to room temperature to 100 ° C. In order to adjust to the above temperature range, the electrode and the substrate are subjected to discharge plasma treatment while being cooled by a cooling means as necessary.
[0055]
In the present invention, the above-described discharge plasma treatment is performed at or near atmospheric pressure. Here, near atmospheric pressure represents a pressure of 20 kPa to 110 kPa, but in order to preferably obtain the effects described in the present invention. Is preferably 93 kPa to 104 kPa.
[0056]
In the discharge electrode according to the present invention, the maximum height (Rmax) of the surface roughness defined by JIS B 0601 on the side in contact with at least the substrate of the electrode may be adjusted to 10 μm or less. From the viewpoint of obtaining the effects described in the present invention, more preferably, the maximum value of the surface roughness is 8 μm or less, and particularly preferably, it is adjusted to 7 μm or less. In order to achieve this, it is preferable to polish the surface.
The centerline average surface roughness (Ra) specified by JIS B 0601 is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.1 μm or less.
[0057]
In addition, although the plasma discharge processing apparatus 10 shown in FIGS. 1-6 mentioned above was an apparatus used when the base material F can be bent like a film etc., the base material L with a certain amount of thickness is used. Alternatively, when it is difficult to wind a hard substrate L, such as glass or a lens, around the roll electrode, a parallel plate type plasma discharge processing apparatus 100 as shown in FIG. 7 is used. In addition, even if it is a base material which can be bent, the parallel plate type plasma discharge processing apparatus 100 can be used. FIG. 7 is a schematic view showing an example of a parallel plate type plasma discharge treatment apparatus.
[0058]
The plasma discharge treatment apparatus 100 is generally configured by a power source 110, an electrode 120, and the like. The electrode 120 includes an upper plate electrode 121 and a lower plate electrode 122, and the upper plate electrode 121 and the lower plate electrode 122. Are arranged opposite to each other.
The upper plate electrode 121 is configured by arranging a plurality of substantially rectangular plate electrodes 121a,... Facing left and right, and gaps between the plurality of electrodes 121a,. It is said that ... That is, a gas supply unit 124 is provided above the upper plate electrode 121, and reactive gas and discharge gas are supplied from the gas supply unit 124 into the gas flow path units 123,. It is ejected between the lower plate electrode 122.
The lower flat plate electrode 122 is grounded to the ground, attaches the base material L to the surface thereof, and reciprocates the base material L in the front-rear direction with respect to the gas flow path portion 123. Therefore, when the lower flat plate electrode 122 moves, a plasma state is formed between the upper flat plate electrode 121 and the lower flat plate electrode 122, and film formation is performed on the base material L. In this way, the substrate L can be moved to form a film on the substrate L having a larger area than the discharge area.
[0059]
Next, the gas used for forming the transparent conductive film of the present invention will be described.
In forming the transparent conductive film of the present invention, the gases used are basically a discharge gas and a reactive gas that is in a plasma state to form the transparent conductive film. They may be mixed or supplied separately.
[0060]
The reactive gas used in the present invention preferably contains a reducing gas. The reducing gas is an inorganic gas that does not contain oxygen in the molecule and has chemical reducing properties. Specific examples include hydrogen, hydrogen sulfide, and water. Particularly preferred is hydrogen gas. The amount of the reducing gas can be used in the range of 0.0001 to 5.0% by volume with respect to the mixed gas. A preferred range is 0.001 to 3.0% by volume.
[0061]
It is considered that the reducing gas acts on the reactive gas that forms the transparent conductive film and has an effect of forming a transparent conductive film having good electrical characteristics.
[0062]
The gas introduced into the plasma discharge space in the present invention preferably does not substantially contain oxygen gas. The fact that it does not substantially contain oxygen gas means that it does not hinder the action of imparting good electrical characteristics by the reducing gas as described above. In the method for forming a transparent conductive film of the present invention, the presence of oxygen gas tends to deteriorate the electrical characteristics of the transparent conductive film, and if it does not deteriorate, a slight content is allowed. In order to form an atmosphere substantially free of oxygen gas, it is preferable to use a high purity gas as the discharge gas used in the present invention.
[0063]
It is preferable to contain 0.01-10 volume% of reactive gas with respect to the whole quantity of the gas supplied to discharge space. As the film thickness of the transparent conductive film, a transparent conductive film in the range of 0.1 nm to 1000 nm is obtained.
[0064]
The discharge gas is a group 18 element of the periodic table, specifically helium, neon.
, Argon, krypton, xenon, radon, nitrogen and the like. Argon, helium or nitrogen is particularly preferably used in order to obtain the effects described in the present invention.
[0065]
The reactive gas is in a plasma state in the discharge space and contains a component that forms a transparent conductive film, and an organometallic compound such as a β-diketone metal complex, a metal alkoxide, or an alkyl metal is used. The reactive gas includes a reactive gas that is a main component of the transparent conductive film and a reactive gas that is used in a small amount for the purpose of doping. Furthermore, there is a reactive gas used to adjust the resistance value of the transparent conductive film.
[0066]
The transparent conductive film of the present invention is characterized by high carrier mobility. As is well known, the electrical conductivity of the transparent conductive film is represented by the following formula (1).
[0067]
σ = neμ (1)
Here, σ is the electric conductivity, n is the carrier density, e is the quantity of electrons, and μ is the carrier mobility. In order to increase the electric conductivity, it is necessary to improve the carrier density or the carrier mobility, but if the carrier density is increased, 2 × 10twenty onecm-3Transparency is lost because the reflectance increases from the vicinity. Therefore, it is necessary to improve carrier mobility in order to improve electric conductivity. The carrier mobility of a transparent conductive film prepared by a commercially available DC magnetron sputtering method is 30 cm.2/ Sec · V, the transparent conductive film having carrier mobility exceeding the transparent conductive film formed by the DC magnetron sputtering method by optimizing the conditions according to the method for forming a transparent conductive film according to the present invention Was found to be possible to form.
[0068]
Since the method for forming a transparent conductive film according to the present invention has high carrier mobility, a specific resistance value of 1 × 10 6 is obtained even without doping.-3A transparent conductive film having a low resistance of Ω · cm or less can be obtained. It is possible to further reduce the resistance by doping and increasing the carrier density. Further, by using a reactive gas that increases the resistance value as necessary, the specific resistance is 1 × 10-2The above high-resistance transparent conductive film can also be obtained.
[0069]
The transparent conductive film of the present invention has a carrier mobility of 10 cm.2/ V · sec or more.
[0070]
The transparent conductive film of the present invention has a carrier density of 1 × 1019cm-3As described above, under more preferable conditions, 1 × 1020cm-3That's it.
[0071]
Moreover, since the transparent conductive film of this invention uses an organometallic compound as reactive gas, it may contain a trace amount of carbon. In this case, the carbon content is preferably 0 to 5.0 atom concentration. Particularly preferably, it is within the range of 0.01 to 3 atomic number concentration.
[0072]
In the present invention, the reactive gas used as the main component of the transparent conductive film is preferably an organometallic compound having an oxygen atom in the molecule. For example, indium hexafluoropentanedionate, indiummethyl (trimethyl) acetylacetate, indium acetylacetonate, indium isoporopoxide, indium trifluoropentanedionate, tris (2,2,6,6-tetramethyl 3,5 -Heptanedionate) indium, di-n-butylbis (2,4-pentanedionate) tin, di-n-butyldiacetoxytin, di-t-butyldiacetoxytin, tetraisopropoxytin, tetrabutoxytin, Examples thereof include zinc acetylacetonate. Of these, indium acetylacetonate, tris (2,2,6,6-tetramethyl 3,5-heptanedionate) indium, zinc acetylacetonate and di-n-butyldiacetoxytin are particularly preferable. .
[0073]
Examples of the reactive gas used for doping include aluminum isopropoxide, nickel acetylacetonate, manganese acetylacetonate, boron isopropoxide, n-butoxyantimony, tri-n-butylantimony, di-n-butylbis ( 2,4-pentanedionate) tin, di-n-butyldiacetoxytin, di-t-butyldiacetoxytin, tetraisopropoxytin, tetrabutoxytin, tetrabutyltin, zinc acetylacetonate, propylene hexafluoride, A cyclobutane octafluoride, methane tetrafluoride, etc. can be mentioned.
[0074]
Examples of the reactive gas used for adjusting the resistance value of the transparent conductive film include titanium triisopropoxide, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, and hexamethyldisiloxane.
[0075]
The amount ratio of the reactive gas used as the main component of the transparent conductive film and the reactive gas used in a small amount for the purpose of doping differs depending on the type of the transparent conductive film to be formed. For example, in the ITO film obtained by doping tin with indium oxide, the reactive gas amount is adjusted so that the In / Sn atomic ratio of the obtained ITO film is in the range of 100 / 0.1 to 100/15. To do. Preferably, it adjusts so that it may become the range of 100 / 0.5-100 / 10. The atomic ratio of In / Sn can be determined by XPS measurement.
[0076]
In a transparent conductive film (referred to as FTO film) obtained by doping fluorine with tin oxide, the reaction is performed so that the Sn / F atomic ratio of the obtained FTO film is in the range of 100 / 0.01 to 100/50. Adjust the quantity ratio of sex gases. The atomic ratio of Sn / F can be determined by XPS measurement.
[0077]
In2OThreeIn the —ZnO-based amorphous transparent conductive film (IZO film), the reactive gas quantity ratio is adjusted so that the In / Zn atomic ratio is in the range of 100/50 to 100/5. The atomic ratio of In / Zn can be determined by XPS measurement.
[0078]
Further, as described above, the transparent conductive film of the present invention has a peak intensity ratio H / M of hydrogen ions and metal element ions in the transparent conductive film when dynamic secondary ion mass spectrometry measurement of the transparent conductive film is performed. It is preferable that the variation in the depth direction is not more than a certain value. The variation is preferably expressed by a coefficient of variation, and the coefficient of variation is preferably within 5%, more preferably within 3%, and even more preferably within 1%. Regarding dynamic secondary ion mass spectrometry (hereinafter referred to as dynamic SIMS including the apparatus), practical surface analysis secondary ion mass spectrometry (2001, Maruzen) edited by the Surface Science Society may be referred to.
[0079]
The preferred dynamic SIMS measurement conditions in the present invention are as follows.
Apparatus: ADEPT 1010 or 6300 type secondary ion mass spectrometer manufactured by Physical Electronics
Primary ion: CS
Primary ion energy: 5.0 KeV
Primary ion current: 200 nA
Primary ion irradiation area: 600 μm square
Secondary ion uptake ratio: 25%
Secondary ion polarity: Negative
Secondary ion species detected: H- and M-
Mass spectrometry is performed while performing sputtering in the depth direction of the transparent conductive film under the above conditions. From the obtained depth profile, the peak intensity ratio H / M of hydrogen ions and main metal element ions is obtained. In addition, after calculating | requiring H / M ratio with respect to 100 nm, the measurement point calculates | requires the average of H / M ratio and relative standard deviation about 15 to 85% of the depth direction, and averaged and divided | segmented the relative standard deviation. Multiply by 100 to obtain the coefficient of variation of the H / M ratio, that is, the variation.
[0080]
In addition, it is preferable that the absolute value of H / M ratio in this invention is between 0.001-50. More preferably, it is between 0.01-20. In this case as well, the H / M ratio is obtained based on the result of measurement under the above conditions in the depth direction using dynamic SIMS, and the average of the H / M ratio is defined as the H / M ratio for 15 to 85% in the depth direction. To do.
[0081]
Furthermore, the hydrogen concentration in the transparent conductive film in the present invention is preferably 0.001 to 10 atomic%, more preferably 0.01 to 5 atomic%, and more preferably 0.5 to 1 atomic%. The hydrogen concentration is preferably evaluated by dynamic SIMS.
The measurement conditions are as described above. Actually, first, the hydrogen concentration in the transparent transparent conductive film used as a reference is obtained by Rutherford backscattering spectroscopy, the dynamic SIMS measurement of this reference product is performed, and the relative sensitivity coefficient is determined based on the intensity of the detected hydrogen ion. Then, dynamic SIMS measurement is performed on the transparent conductive film actually used, and the hydrogen concentration in the sample is calculated using the signal intensity obtained from the measurement and the relative sensitivity coefficient obtained previously. In the present invention, the hydrogen concentration is a so-called depth profile for obtaining the hydrogen concentration over the entire thickness of the transparent conductive film, and the average of the hydrogen concentration at a depth of 15 to 85% of the transparent conductive film is defined as the hydrogen concentration.
[0082]
The method for obtaining a transparent conductive film having a variation coefficient of 5% or less in the depth direction of the peak intensity ratio H / M between hydrogen ions and main metal element ions by dynamic SIMS measurement according to the present invention is not particularly limited. Such a film forming method by atmospheric pressure plasma discharge treatment can be employed. That is, under an atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure, a reactive gas is introduced into the discharge space to form a plasma state, and the substrate is exposed to the plasma state reactive gas to thereby form a transparent conductive film on the substrate. This is a method for forming a transparent conductive film. Preferably, when the reactive gas contains a reducing gas, the coefficient of variation tends to be 5% or less. More preferably, the electric field applied to the discharge space exceeds the frequency of 100 kHz, and the output density is 1 W / cm.2If it is above, it will be easy to make the said coefficient of variation into 5% or less similarly. Although details are unknown, it is likely that such a reducing atmosphere and high power electric field conditions are suitable for homogeneous film formation of the transparent conductive film, and thus hydrogen ions and main metal elements in the film thickness direction. It is estimated that the variation in the peak intensity of ions could be suppressed.
[0083]
Next, the base material which can be used for this invention is demonstrated.
As a base material used for a plasma display panel display device, a large-area substrate is preferable, and in particular, a main surface having a transparent conductivity is 0.1 m.2When it has the above area, it can be suitably used for a plasma display panel display device.
The substrate that can be used in the present invention is not particularly limited as long as it can form a transparent conductive film on the surface thereof, such as a flat plate, a film, a three-dimensional shape such as a lens. Absent. If the substrate can be placed between the electrodes, it can be placed between the electrodes, and if the substrate cannot be placed between the electrodes, the generated plasma can be sprayed onto the substrate to conduct transparent conduction. A film may be formed.
As a substrate used for the plasma display panel of the present invention, for example, glass is suitable. As the glass, high strain point glass, alkali-free glass or soda lime glass can be used. In particular, a high strain point glass is preferable, and this is disclosed in JP-A-3-40933, JP-A-7-257937, JP-A-8-165138, and the like.
[0084]
The substrate is not particularly limited, but a resin can be preferably used because it is under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure and low-temperature glow discharge.
For example, in the case of a transparent conductive film as in the present invention, the substrate is preferably a cellulose ester such as a cellulose triacetate film, polyester, polycarbonate, polystyrene, and further gelatin, polyvinyl alcohol (PVA), acrylic resin on these. , Polyester resin, cellulose-based resin and the like can be used.
[0085]
Specific examples of the base material include polyester films such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyethylene films, polypropylene films, cellophane, cellulose diacetate films, cellulose acetate butyrate films, cellulose acetate propionate films, and cellulose acetates. Films made of cellulose esters such as phthalate film, cellulose triacetate, cellulose nitrate or derivatives thereof, polyvinylidene chloride film, polyvinyl alcohol film, ethylene vinyl alcohol film, syndiotactic polystyrene film, polycarbonate film, norbornene resin film , Polymethylpentene film, polyetherketone Irumu, polyimide film, polyether sulfone film, polysulfone film, polyether ketone imide film, a polyamide film, a fluororesin film, a nylon film, polymethyl methacrylate film, acrylic film or polyarylate film.
[0086]
These materials can be used alone or in combination as appropriate. Among these, cellulose triacetate (TAC) can be preferably used. Further, ZEONOR (manufactured by ZEON CORPORATION) and ARTON (manufactured by JSR Corporation) containing a norbornene resin (amorphous cyclopolyolefin resin) known in JP-A-3-14882 and JP-A-3-122137, etc. ) And the like can be preferably used. Specifically, the norbornene resin includes a ring-opening polymer of a norbornene monomer, a hydrogenated product thereof, an addition type polymer of a norbornene monomer, a norbornene monomer (the above-mentioned publication, JP-A-2-227424). No., and JP-A-2-276842) and addition polymers of olefins. The norbornene-based monomer may be polymerized by a known method. If necessary, hydrogenation of a thermoplastic norbornene-based resin, specifically, the above-mentioned zeonore or ARTON can be obtained.
[0087]
Furthermore, even for materials having a large intrinsic birefringence such as polycarbonate, polyarylate, polysulfone and polyethersulfone (PES: for example, Sumitrite FS-1300 manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), solution casting, melt extrusion, etc. The polyether sulfone can be suitably used by appropriately setting the stretching conditions in the longitudinal and lateral directions.
[0088]
Moreover, an organic inorganic hybrid base material can also be used for a base material. The organic / inorganic hybrid substrate is obtained by hydrolytic polycondensation of a polymer or polymerizable monomer having a hydrogen bond accepting group and a reactive metal compound such as a metal alkoxide.
Polymers include polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polyimide, polyamide, polycarbonate, polyurea, polyester, polyurethane, poly (2-methyl-2-oxazoline), polyacrylamide, poly (N-isopropylacrylamide), poly (Dimethylacrylamide), polyether imide, cellulose ester and the like can be mentioned, among which cellulose ester is preferable.
Polymerized polymers include isoprene, 1,3-butadiene, p-cyanostyrene, p-methoxystyrene, methacrylonitrile, p-chlorostyrene, styrene, α-methylstyrene, methyl methacrylate, methyl vinyl ketone, acrylonitrile, methyl acrylate. Vinyl acetate, ethylene, isobutene, vinylidene chloride, vinyl chloride, isobutyl ether, dimethylacrylamide and the like.
Examples of the metal alkoxide include alkoxides such as silicon, zirconium, titanium, germanium, etc. Among them, silicon and titanium alkoxides are preferable.
As a specific production method, it is possible to synthesize with reference to JP-A No. 2000-122038.
[0089]
In addition, in the material of the resin film, from the viewpoint of heat resistance, thermosetting silicone resin, thermosetting epoxy resin, PES, polyarylate resin, polyimide resin, polyesterimide resin, heat resistant norbornene resin, organic-inorganic hybrid A material can be preferably used.
[0090]
The film thickness of these base materials is preferably 0.3 to 3.0 mm.
[0091]
As described above, by performing atmospheric pressure plasma treatment with the plasma discharge treatment apparatus, a transparent conductive film is formed on the surface of the substrate, and the transparent conductive substrate for a plasma display panel of the present invention is obtained.
[0092]
In addition, after forming the transparent conductive film on the substrate surface, after forming the transparent conductive film, after forming the electrode for the plasma display panel by patterning the transparent conductive film with, for example, a photoresist or the like, A transparent dielectric layer is preferably formed so as to cover it. As the transparent dielectric layer, for example, a low melting point dielectric frit (a dielectric frit containing silicon oxide and lead oxide as main components and softened at 600 ° C. or lower) may be used. By providing this transparent dielectric layer, when a plasma display panel display device to be described later is formed, insulation between the electrodes is secured, and the electrodes are eroded by the plasma in order to stably generate plasma. Can be prevented.
Further, when a protective layer is further formed on the transparent dielectric layer, it is possible to more suitably prevent the electrode from being eroded by plasma.
[0093]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to these. First, transparent conductive films of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 shown below were prepared.
[Example 1 of the present invention]
(Base material)
Main surface area is 0.6m2Asahi Glass Co., Ltd. high strain point glass PD200 (60 cm × 100 cm × 2.1 mm) is used, and parallel plate type plasma discharge apparatus 100 shown in FIG. 7 is used. And the said base material was mounted in the surface of the lower flat electrode plate 122, and the ITO film | membrane which is a transparent conductive film was formed on the plasma processing conditions shown below.
(Plasma power frequency and manufacturer)
13.56 MHz (high frequency power supply JRF-10000 manufactured by JEOL Ltd.)
(Discharge output condition)
8W / cm2
(Gas condition)
Discharge gas: Helium ... 98.5% by volume
Reactive gas 1: Hydrogen ... 0.25% by volume
Reactive gas 2: Tris (2,4-pentanedionato) indium ... 1.2% by volume
Reactive gas 3: Dibutyltin diacetate ... 0.05% by volume
(electrode)
As a ground electrode, a 75 cm × 130 cm × 5 mm stainless steel plate is coated with a high-density, high-adhesion alumina sprayed coating, and then a solution obtained by diluting tetramethoxysilane with ethyl acetate is applied and dried, then cured by ultraviolet irradiation and sealed. The surface of the dielectric material thus coated was polished, smoothed and processed so as to have an Rmax of 5 μm.
On the other hand, as the application electrodes, a plurality of hollow square pure titanium pipes coated with the same dielectric material as described above under the same conditions were prepared as opposing electrode groups.
[0094]
[Example 2 of the present invention]
(Discharge output condition)
12W / cm2
In addition, atmospheric pressure plasma treatment was performed under the same conditions as in Example 1 to form an ITO film on the substrate.
[0095]
[Example 3 of the present invention]
(Plasma power frequency and manufacturer)
2 MHz (Pearl Industry Co., Ltd. high frequency power supply LP-1000-2M)
(Discharge output condition)
10W / cm2
In addition, atmospheric pressure plasma treatment was performed under the same conditions as in Example 1 to form an ITO film on the substrate.
[0096]
[Embodiment 4 of the present invention]
(Plasma power frequency and manufacturer)
800KHz (High frequency power supply LP-1000-800K manufactured by Pearl Industry Co., Ltd.)
(Discharge output condition)
12W / cm2
In addition, atmospheric pressure plasma treatment was performed under the same conditions as in Example 1 to form an ITO film on the substrate.
[0097]
[Comparative Example 1]
An ITO film, which is a transparent conductive film, was formed as follows using the method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-303175.
(Base material)
Main surface area is 0.6m2High strain point glass PD200 (60 cm × 100 cm × 2.1 mm) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. is used.
(Plasma power frequency and manufacturer)
10KHz (PHF-4K manufactured by HEIDEN Laboratory)
(Discharge output condition)
0.8W / cm2
(Gas condition)
Discharge gas: Helium ... 98.5% by volume
Reactive gas 1: Oxygen ... 0.25% by volume
Reactive gas 2: Tris (2,4-pentanedionato) indium ... 1.2% by volume
Reactive gas 3: Dibutyltin diacetate ... 0.05% by volume
In addition, as (electrode), the thing similar to Example 1 was used.
[0098]
[Comparative Example 2]
Using the discharge plasma processing apparatus described in Example 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 2001-74906, the crest value is 10 kV and the discharge current density is 100 mA / cm.2A pulse electric field having a frequency of 6 kHz was applied to form a film for 1 minute.
The (base material) and (gas conditions) were subjected to atmospheric pressure plasma treatment under the same conditions as in Comparative Example 1 and (electrodes) the same as those in Example 1, and applied on the base material. An ITO film was created.
[0099]
And, for the transparent conductive film prepared by Examples 1 to 4 of the present invention described above and Comparative Examples 1 and 2, the measurement of the resistivity, light transmittance and sheet resistance fluctuation in the main surface of the transparent conductive film, The results are shown in Table 1.
"Resistivity"
According to JIS-R-1637, it calculated | required by the four terminal method. For the measurement, Lorester GP, MCP-T600 manufactured by Mitsubishi Chemical was used.
<Light transmittance>
In accordance with JIS-R-1635, measurement using a spectrophotometer 1U-4000 type manufactured by Hitachi, Ltd. was performed. The wavelength of the test light was 550 nm.
《Resistance fluctuation in main surface》
By the same method as the measurement of the resistivity, the sheet resistance variation on the main surface of the transparent conductive film was measured at 50 locations to obtain CV%, and the CV% value was shown as follows.
A: Less than 3%
▲: 3% to less than 5%
×: 5% or more
[0100]
[Table 1]
Figure 0004168675
From the results shown in Table 1, the transparent conductive film according to the present invention has a high power (high frequency voltage exceeding 100 kHz, 1 W / cm under atmospheric pressure or pressure near atmospheric pressure.2Compared to the case of forming with low power of Comparative Examples 1 and 2, it is confirmed that the resistance is low, the light transmittance is excellent, and the resistance fluctuation in the main surface is small. It was done.
[0101]
Next, transparent conductive films of Examples 5 and 6 and Comparative Example 3 shown below were prepared.
[0102]
[Embodiment 5 of the present invention]
(Base material)
A glass substrate (50 mm × 50 mm × 1 mm) on which a silica film having a film thickness of about 50 nm is formed as an alkali barrier coat layer.
(Discharge output condition)
5W / cm2
(Gas condition)
Discharge gas: Helium ... 98.74% by volume
Reactive gas 1: Water ... 0.01% by volume
Reactive gas 2: Indium acetylacetonate ... 1.2% by volume
Reactive gas 3: Dibutyltin diacetate ... 0.05% by volume
Note that (plasma power supply frequency and manufacturer) and (electrode) were subjected to atmospheric pressure plasma treatment under the same conditions as in Example 1 to create an ITO film on the substrate.
[0103]
[Embodiment 6 of the present invention]
(Gas condition)
Discharge gas: helium ... 98.60 vol%
Reactive gas 1: Hydrogen ... 0.15% by volume
Reactive gas 2: Indium acetylacetonate ... 1.2% by volume
Reactive gas 3: Dibutyltin diacetate ... 0.05% by volume
In addition, as (base material), (electrode), (plasma power supply frequency and manufacturer), and (discharge output condition), atmospheric pressure plasma treatment is performed under the same conditions as in Example 5 to create an ITO film on the base material. did.
[0104]
[Comparative Example 3]
A transparent conductive film was formed as follows using the method described in Example 3 of JP-A-2000-303175.
(Gas condition)
Discharge gas: helium ... 98.75 vol%
Reactive gas 1: Hydrogen ... 0.5% by volume
Reactive gas 2: Indium acetylacetonate ... 1.2% by volume
Reactive gas 3: Dibutyltin diacetate ... 0.05% by volume
The (base material) is the same as in Example 5, the (plasma power supply frequency and manufacturer), the (discharge output condition) is the same as in Comparative Example 1, and the (electrode) is in Example 1. Was used, and atmospheric pressure plasma treatment was performed to form an ITO film on the substrate.
[0105]
And with respect to the transparent conductive film created by Examples 5 and 6 and Comparative Example 3 of the present invention, in the depth direction of the peak intensity ratio H / M of hydrogen ions and main metal element ions by the dynamic SIMS measurement described above. The coefficient of variation was determined and the results are shown in Table 2. The evaluation of resistivity and light transmittance is also shown in Table 2.
[0106]
[Table 2]
Figure 0004168675
From the results in Table 2, the performance of the transparent conductive film is further improved by setting the coefficient of variation within 5% of the peak intensity ratio H / M of the transparent conductive film of the transparent conductive substrate for the plasma display panel of the present invention. Was recognized.
[0107]
Further, using the substrate on which the transparent conductive film prepared according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention described above was formed, a plasma display was formed by the method described below in JP-A No. 2000-112400. A panel display device was created.
(Method of creating a plasma display panel display device)
On the front glass substrate 201, as shown in FIG. 8, the transparent conductive base material on which the transparent conductive film has been formed is patterned by, for example, a photoresist method to form the electrode 205 of the transparent conductive film. Then, a metal bus electrode 206 is formed on the electrode 205 to obtain a PDP electrode. Next, the electrode for PDP is covered with a dielectric layer 208 such as a low melting point dielectric frit (a dielectric frit mainly composed of silicon oxide and lead oxide and softened at 600 ° C. or lower). Next, a protective film 209 is formed on the surface of the dielectric layer 208 by using, for example, magnesium oxide to obtain a PDP front substrate.
On the other hand, the address electrodes 207 and the barrier ribs 203 are formed on the rear glass substrate 202, and the phosphor 210 is further applied to obtain a rear substrate for PDP.
Finally, the front glass substrate 201 and the rear glass substrate 202 are assembled, sealed, evacuated, and finally filled with a gas for plasma discharge to complete a PDP display device.
According to this display device, the cells (spaces) 204 are partitioned and formed by the partition walls 203 formed on the front glass substrate 201 and the rear glass substrate 202, and plasma discharge is generated in the cells 204, whereby the phosphor on the inner wall of the cell. Layer 210 emits light and forms an image.
[0108]
In the PDP display device thus created, when the luminance unevenness was visually evaluated, almost no luminance unevenness was found in Examples 1 to 6. On the other hand, the luminance unevenness was remarkable in Comparative Examples 1 to 3.
[0109]
【The invention's effect】
According to the transparent conductive substrate for a plasma display panel of the present invention, low resistance and excellent light transmittance can be displayed well when a plasma display panel display device is formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of a plasma discharge treatment vessel installed in a plasma discharge treatment apparatus used for forming a transparent conductive film of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing another example of a plasma discharge treatment container.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a cylindrical roll electrode.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a fixed cylindrical electrode.
FIG. 5 is a perspective view showing an example of a fixed prismatic electrode.
FIG. 6 is a schematic view showing an example of a plasma discharge treatment apparatus.
FIG. 7 is a schematic view showing another example of a plasma discharge treatment apparatus.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a plasma display panel display device for explaining the plasma display panel.
[Explanation of symbols]
F film (base material)
L lens (base material)
10, 100 Plasma discharge treatment apparatus
21, 22 Electrode (roll electrode)
29 electrodes (fixed electrodes)
50, 110 power supply
120 electrodes
121 Upper plate electrode
122 Lower plate electrode

Claims (3)

基材上に透明導電膜が形成されたプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材であって、
前記透明導電膜は、インジウムを主金属成分として錫を含む金属酸化物系透明導電膜であり、大気圧又は大気圧近傍の圧力下で、反応性ガスを放電空間に導入してプラズマ状態とし、前記基材を前記プラズマ状態の反応性ガスに晒すことによって、前記基材上に形成されるもので、前記反応性ガスが、水素、硫化水素及び水から選ばれる還元ガスを含有しており、
さらに、前記透明導電膜は、ダイナミックSIMS測定による水素イオンとインジウム元素イオンのピーク強度比H/Mの深さ方向におけるばらつきが変動係数5%以内であることを特徴とするプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材。
A transparent conductive substrate for a plasma display panel in which a transparent conductive film is formed on a substrate,
The transparent conductive film is a metal oxide-based transparent conductive film containing tin containing indium as a main metal component, and is brought into a plasma state by introducing a reactive gas into the discharge space under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure, It is formed on the substrate by exposing the substrate to the reactive gas in the plasma state, and the reactive gas contains a reducing gas selected from hydrogen, hydrogen sulfide and water,
Further, the transparent conductive film has a variation coefficient in a depth direction of a peak intensity ratio H / M of hydrogen ions and indium element ions measured by dynamic SIMS within a variation coefficient of 5% or less. Base material.
請求項に記載のプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材において、
前記放電空間に印加する電界が、周波数100kHzを越えており、かつ、出力密度が1W/cm2以上であることを特徴とするプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材。
The transparent conductive substrate for a plasma display panel according to claim 1 ,
A transparent conductive substrate for a plasma display panel, wherein an electric field applied to the discharge space exceeds a frequency of 100 kHz and an output density is 1 W / cm 2 or more.
基材上に透明導電膜が形成されたプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材の製造方法であって、
大気圧又は大気圧近傍の圧力下で、反応性ガスを放電空間に導入してプラズマ状態とし、前記基材を前記プラズマ状態の反応性ガスに晒すことによって、前記基材上にインジウムを主金属成分として錫を含む金属酸化物系透明導電膜を形成し、
前記反応性ガスが、水素、硫化水素及び水から選ばれる還元ガスを含有しており、
さらに、前記透明導電膜は、ダイナミックSIMS測定による水素イオンとインジウム元素イオンのピーク強度比H/Mの深さ方向におけるばらつきが変動係数5%以内であることを特徴とするプラズマディスプレイパネル用透明導電性基材の製造方法
A method for producing a transparent conductive substrate for a plasma display panel in which a transparent conductive film is formed on a substrate,
Under atmospheric pressure or near atmospheric pressure, a reactive gas is introduced into the discharge space to form a plasma state, and the substrate is exposed to the reactive gas in the plasma state, so that indium is a main metal on the substrate. Forming a metal oxide transparent conductive film containing tin as a component;
The reactive gas contains a reducing gas selected from hydrogen, hydrogen sulfide and water;
Further, the transparent conductive film has a variation coefficient in a depth direction of a peak intensity ratio H / M of hydrogen ions and indium element ions measured by dynamic SIMS within a variation coefficient of 5% or less. For producing a conductive substrate .
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