JP4807503B2

JP4807503B2 - 透明導電性積層体

Info

Publication number: JP4807503B2
Application number: JP2006123896A
Authority: JP
Inventors: 良治石井
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: JP2007296645A

Description

本発明は、透明導電性積層体に関する。特に、透明導電性薄膜を積層してなる高透過率の積層体に関する。

近年、タッチパネルやフラットパネルディスプレイの開発が進み、透明で導電性のある膜の需要が高まっている。また、表示画像の高画質化や高輝度化によって透明導電膜の品質要求も高くなっている。具体的には、鮮明な画像のため高透過率が求められ、電流を多く流すため低抵抗化が要求されている。特許文献１によると、導電性を有する透明導電体と基板の間に、透明誘電体を２層追加することによって導電性を有する多層反射防止膜付透明基板を実現し高透過率を達成することが記載されている。しかし、低抵抗化については言及されておらず、高透過率かつ低抵抗化が求められている。
国際公開ＷＯ００／６３９２４号パンフレット

本発明は、従来から用いられてきた製造設備を大幅に変更することなく、高い透明性と導電性の両面を具備した透明導電性積層体を得ることを目的とする。

請求項１に記載の発明は、透明基材上に、該基材側より透明導電性薄膜からなる第１層、第１層および第３層よりも屈折率が低い低屈折率薄膜からなる第２層、および、透明導電性薄膜からなる第３層を積層してなる透明導電性積層体であり、標準光源Ｃにおける透過色をＬ＊a＊b＊系で表したときのb＊の値が１．０以下となるように光学膜厚（屈折率×膜厚）を調整し、かつ前記透明導電性積層体の最表面の表面抵抗値が、前記第３層単独の表面抵抗値よりも低抵抗である透明導電性積層体であって、前記透明基材がホウケイ酸ガラスまたはポリエチレンテレフタレートフィルムであり、前記第１層が錫含有インジウム酸化物からなり、前記第２層がＳｉＯ _２からなり、かつ、前記第３層が錫含有インジウム酸化物からなり、前記第１層の光学膜厚（屈折率×膜厚）が７０ｎｍであり、前記第２層の光学膜厚が２０ｎｍであり、前記第３層の光学膜厚が１００ｎｍであることを特徴とする透明導電性積層体である。

本発明によれば、透明導電性の積層体に光学的膜厚調整を行い高い透明性を備え、第１層と第３層の透明導電性膜によって１つの層では達成できない抵抗値低下を行うことが出来るため、従来から用いられてきた製造設備に特別な改良を加えなくても、標準光源Ｃにおける透過色をＬ＊a＊b＊系で表したときのb＊の値が２．５以下となり、より好ましくは１．０以下となり無色透明で低抵抗の透明導電性積層体を得ることができる。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。
一般に透明導電膜と言われるものは、透過率の高い可視光領域があり、電気伝導度が高いという２つの性質をもつ薄膜である。具体的には、透明導電性薄膜としては、インジウム、亜鉛、錫、チタン等の金属を含む酸化物、窒化物、酸窒化物、複合化合物の薄膜が挙げられる。具体的には、酸化亜鉛、錫含有インジウム酸化物（ITO）、窒化チタンなどが挙げられる。特に、錫含有インジウム酸化物は可視光透過率が高く抵抗値も低いため、好ましい。
反射率を減少させることで透過率を向上させることができる。そのためには、光の干渉を利用し、反射光が位相差π/4（ラジアン）となるように光学膜厚（屈折率×膜厚）を調整し、低反射の条件を決めることが出来る。最も基本となる構成は基材よりも低屈折率の膜を付けることである。これにより、基材単独より反射が抑えられ透過率が高くなる。さらに、基材側から高屈折率層と低屈折率層と順に重ねる方式や、基材側から高屈折率層、低屈折率層、高屈折率層、低屈折率層と４層つける事でさらに低反射な条件を得られる。
透明導電性薄膜は一般的に高屈折率な膜であるため、前記の低反射を得る条件のなかでは高屈折率層として利用することが出来る。また、基材よりも屈折率が高いため見方を変えれば基材を低屈折率層とみなせば、基材（低屈折率層）、透明導電性薄膜（高屈折率層）、低屈折率層、透明導電性薄膜（高屈折率層）といった構成になり、低反射による高透過率の条件を適応することができる。

透明基材の上に、第１の透明導電性薄膜を成膜する（第１層）。形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、イオンプレーティング法等が挙げられるが、これに限るものではない。

次に、第１層上に、低屈折率薄膜層を成膜する（第２層）。第１層および第３層よりも屈折率が低い薄膜であれば良く、屈折率の低い薄膜の例をあげるとMgF₂、LaF₂などのフッ化化合物、SiO₂、SiO、Al₂O₃などの金属酸化物が挙げられる。特に、金属酸化物は安定しているため好ましい。低屈折率薄膜層の成膜方法は、真空蒸着法、スパッタリング法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、イオンプレーティング法、ゾルゲル法が挙げられるがこれに限るものではない。

第２層上の最表面となる、透明導電性薄膜層（第３層）は第１層と同様であり、透過率と抵抗値の関係から錫含有インジウム酸化物が好ましく、形成方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、イオンプレーティング法等が挙げられるが、これに限るものではない。第３層の光学膜厚は、第１層の光学膜厚よりも大きいことが好ましい。

本発明の透明導電性積層体は、標準光源Ｃにおける透過色をJIS-Z8729-1994に記載されたＬ＊ａ＊ｂ＊系で表したとき、波長550nm付近の透過率が高いとｂ＊は大きくなり、波長450nm付近の透過率が高いとｂ＊が小さくなる。SiO₂などに比べ、インジウムや錫の酸化物が僅かに可視光の透過率は減衰するのだが、ｂ＊の値が大きいと透過光は黄色くなる。ｂ＊の値を２．５以下にすることによって透明導電性積層体の透過光が無色に近づく。

透明導電性薄膜は、可視光範囲の透過率は高いがバンド間遷移による吸収のため紫外領域の透過率は下がる。反射率が最低となる波長が紫外領域では意味がないため、可視光領域で反射光が低くなるように設定する必要がある。具体的には、透明基材の屈折率を1.49としたなら、各層の光学膜厚（屈折率×膜厚）について第１層を70nm程度、第２層を20nm程度、第３層を100nm程度にすることで波長450nm付近で反射率が最低となり、ｂ＊値が０に近づき無色透明となる。

本発明の透明導電性積層体は、その最表面の表面抵抗値が、第３層単独の表面抵抗値よりも低抵抗である。例えば、第２層の低屈折率薄膜は10nm程度の膜厚（物理膜厚）で完全な絶縁体ではないため、最表面の表面抵抗値は第３層が単独のときよりも低下する。これはリーク電流が流れるためであると考えられる。

透明基材として用いる高分子樹脂による透明プラスチック基材は、特に限定されるものではなく公知のものを使用することができる。例えばポリオレフィン系（ポリエチレン、ポリプロピレン等）、ポリエステル系（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）、ポリアミド系（ナイロン−６、ナイロン−６６等）、ポリスチレン、エチレンビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリカーボネイト、ポリエーテルスルホン、アクリル、セルロース系（トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース等）などが挙げられるが特に限定されない。また、透明プラスチック基材を用いた場合、ロール・トゥ・ロールによって大量生産に適するため、好ましい。
また、透明基材としてホウケイ酸ガラスを用いることができる。ホウケイ酸ガラスは、線膨張係数が低く、硬度が高く、化学的耐久性に優れている面から工業的に多く使用されている。

以下に本発明の実施例を示す。
実施例１
透明基材としてホウケイ酸ガラス（schott製 D263 サイズ100mm×100mm厚さ1.1mm）を用いて、インライン式スパッタリング装置（キヤノンアネルバ製ILC-803）によって第１層目のITOを成膜した。アルゴンガス100sccm、酸素ガス3sccmを導入し圧力を0.27Paとし、ITOターゲット（Sn含有量10%）には電力密度0.97W/cm²の直流電力を印加し、スパッタリングを行った。光学膜厚がおおよそ70nmとなるように搬送速度を設定し、第１層の透明導電性薄膜ITOを得た。その上に、真空蒸着装置（シンクロン製BMC-750）を用いて、ペレット状のSiO₂材料（キヤノンオプトロン製SiO₂）を電子ビーム加熱式真空蒸着法によってSiO_２膜を成膜した。光学膜厚が20nmとなるように電子ビーム電流値と成膜時間を設定し、第２層の低屈折率薄膜層SiO₂を得た。その上に、先ほどの第１層のITOを同様に成膜し、光学膜厚が100nmとなるように搬送速度を設定し、第３層の透明導電性薄膜ITOを得た。このように基材上に成膜された３層の積層体は、図1に示すように、透明基材（１１）上に透明導電性薄膜からなる第１層（１２）、その上に第１層および第３層よりも屈折率が低い低屈折率薄膜からなる第２層（１３）、さらにその上に透明導電性薄膜からなる第３層（１４）を積層してなる透明導電性積層体である。この透明導電性積層体を四端子法によって表面抵抗値を測定し、JIS-Z8729-1994に基づき、分光光度計によって標準光源ＣにおけるＬ＊ａ＊ｂ＊系透過色を測定し、ｂ＊値を得た。なお、第３層の透明導電性薄膜ITO単独の表面抵抗値は98.8[Ω/□]であった。

比較例１
実施例１と同様に、透明基材としてホウケイ酸ガラス（schott製 D263 サイズ100mm×100mm厚さ1.1mm）を用いて、インライン式スパッタリング装置（キヤノンアネルバ製ILC-803）によってITOを成膜した。そのときの光学膜厚は100nmに設定し、そのITOを１層だけ成膜したものを透明導電性積層体として、実施例１と同様の測定を行った。

実施例２
透明基材にポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ製T60、200mm幅、100μ厚）を用い、図２に示すような巻取式成膜装置によって成膜を行った。ポリエチレンテレフタレートフィルム（１７）は、真空容器（１５）内で巻取巻出ロール（１６）によって巻出しおよび巻取りが行われる。ポリエチレンテレフタレートフィルム（１７）はまず、ＩＴＯのスパッタリングターゲット（１９）が備えられた成膜室内で、成膜ロール（１８）に沿って移動しながらDCスパッタリング法によりＩＴＯが成膜される。続いて、SiO₂の蒸発源（２０）が備えられた成膜室内で、電子ビーム加熱式真空蒸着法によりSiO₂が成膜される。実施例1と同様の条件と光学膜厚で3層を成膜した。得られた3層の積層体を透明導電性積層体として、実施例1と同様の測定を行った。

比較例２
実施例２と同様に、透明基材にポリエチレンテレフタレートフィルム（東レ製T60 100μ厚）を用いて図２に示す巻取式成膜装置によって、ITOを成膜した。そのときの光学膜厚は100nmに設定し、そのITOを１層だけ成膜したものを透明導電性積層体として、実施例１と同様の測定を行った。

以上の測定結果を表１に示す。

表1

これらの結果から、実施例のいずれも比較例より表面抵抗値が低下し、ｂ＊値が１．０以下となっている。よって、本発明の透明導電性積層体は、容易な手段によって、高透過率を維持しながら低抵抗化も実現できる。

本発明によれば、従来から用いられてきた製造設備を大幅に変更することなく、高い透明性と導電性の両面を具備した透明導電性積層体を得ることができ、タッチパネルやフラットパネルディスプレイ等に有用である。

本発明の透明導電性積層体を示す模式図である。本発明の実施例で示した巻取成膜装置の概略図である。

符号の説明

１１……透明基材、１２……透明導電性薄膜からなる第１層、１３……低屈折率薄膜からなる第２層、１４……透明導電性薄膜からなる第３層、１５……真空容器、１６……巻取巻出ロール、１７……透明プラスチック基材、１８……成膜ロール、１９……スパッタリングターゲット、２０……蒸発源。

Claims

透明基材上に、該基材側より透明導電性薄膜からなる第１層、第１層および第３層よりも屈折率が低い低屈折率薄膜からなる第２層、および、透明導電性薄膜からなる第３層を積層してなる透明導電性積層体であり、標準光源Ｃにおける透過色をＬ＊a＊b＊系で表したときのb＊の値が１．０以下となるように光学膜厚（屈折率×膜厚）を調整し、かつ前記透明導電性積層体の最表面の表面抵抗値が、前記第３層単独の表面抵抗値よりも低抵抗である透明導電性積層体であって、前記透明基材がホウケイ酸ガラスまたはポリエチレンテレフタレートフィルムであり、前記第１層が錫含有インジウム酸化物からなり、前記第２層がＳｉＯ _２からなり、かつ、前記第３層が錫含有インジウム酸化物からなり、前記第１層の光学膜厚（屈折率×膜厚）が７０ｎｍであり、前記第２層の光学膜厚が２０ｎｍであり、前記第３層の光学膜厚が１００ｎｍであることを特徴とする透明導電性積層体。