JP5000131B2 - 透明電極膜及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、透明電極膜及びそれを用いた液晶ディスプレイ等の電子機器に関する。
液晶表示装置の電極回路、画素電極等に使用されている透明導電膜としてインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）膜が広く知られている。特に、液晶ディスプレイでは、動画を表示するために、液晶分子の高速応答性が必要であり、そのためには、透明電極膜の誘電率を上げることが求められている。また、明るく鮮やかな映像を表示するために、バックライト光の高効率使用が必要であり、そのためには、透明電極膜の透過率を上げることも求められている。しかしながら、高誘電率、高透過率を満足する透明電極膜はなかった。
ＩＴＯに代表される従来の透明電極膜では、屈折率が小さいため、屈折率の２乗に比例する誘電率を十分に高くすることができず、液晶分子の駆動速度を上げることができなかった。
尚、インジウム錫酸化物膜に代わる透明導電膜としてインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）膜、インジウム錫亜鉛酸化物（ＩＴＺＯ）膜が知られている（例えば、特許文献１）。
特開平０７−２３５２１９号公報
本発明の目的は、高誘電率かつ高透過率の透明電極膜及びこの透明電極膜を用いた電子機器を提供することである。
本発明者らは鋭意研究の結果、インジウム錫亜鉛酸化物膜又はインジウム亜鉛酸化物膜を極薄膜化することにより、驚異的に屈折率が大きくなることを見出し本発明を完成させた。
本発明によれば、以下の透明電極膜等が提供される。
１．インジウム、亜鉛及び錫を含む酸化物からなり、膜厚が２５ｎｍ以下である透明電極膜。
２．インジウム及び亜鉛を含む酸化物からなり、膜厚が３０ｎｍ以下である透明電極膜。
３．原子比が、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．４〜０．９５、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．０１〜０．５９、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．０１〜０．５９である１記載の透明電極膜。
４．原子比が、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５〜０．９５、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．０５〜０．５である２記載の透明電極膜。
５．前記酸化物が非晶質である１〜４いずれか記載の透明電極膜。
６．屈折率が波長３００〜８００ｎｍの範囲で１．９以上である１〜５いずれか記載の透明電極膜。
７．１〜６いずれか記載の透明電極膜を電気回路の少なくとも一部として備えてなる電子機器。
８．前記電子機器が液晶ディスプレイである７記載の電子機器。
本発明によれば、高誘電率かつ高透過率の透明電極膜及びこの透明電極膜を用いた電子機器を提供できる。
本発明の透明電極膜は屈折率が大きいので、その２乗に比例する誘電率を高めることができ、結果として液晶分子の応答性を上げることができる。従って、動画を表示するときに応答性の高い液晶ディスプレイを提供することができる。
また、本発明の透明電極膜は膜厚が薄いため、透過率が上がり、結果として明るく鮮やかな映像を表示できる液晶ディスプレイを提供することができる。
本発明の透明電極膜は、インジウム、亜鉛及び錫を含む酸化物、又はインジウム及び亜鉛を含む酸化物からなる。酸化物は好ましくは非晶質である。非晶質でない場合、薄膜が均一にならない恐れがある。
透明電極膜が、インジウム、亜鉛及び錫を含む非晶質酸化物からなる場合、それぞれの原子比は、好ましくはＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．４〜０．９５、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．０１〜０．５９、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．０１〜０．５９、より好ましくはＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．４２〜０．９、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．０３〜０．４５、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．０３〜０．４５である。
インジウムの原子比が高すぎる場合、硝酸系エッチング剤でエッチングした際にエッチング速度が遅くなったりエッチング後に残さが残ったり、テーパー角の調整が困難となったり、金属又は合金との密着性が低下したり、リン酸を含むエッチング液によるエッチング速度Ａと蓚酸を含むエッチング液によるエッチング速度Ｂとの比Ｂ／Ａが低下する恐れがあり、また、低すぎる場合、比抵抗が大きくなったり、電極として用いるときにＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）接続部の耐久性が低下する恐れがある。
亜鉛の原子比が高すぎる場合、酸素存在下で熱処理すると比抵抗が大幅に上昇したり、ＴＣＰ接続部の耐久性が低下する恐れがあり、また、低すぎる場合、エッチング速度が遅くなったりエッチング後に残さが残ったりする恐れや金属や合金との密着性が低下する恐れがある。
錫の原子比が高すぎる場合、エッチング速度が遅くなったりエッチング後に残さが残ったりする恐れや金属や合金との密着性が低下する恐れがあり、また、低すぎる場合、エッチング速度が速くなり過ぎて制御が難しくなったり、酸素存在下で熱処理すると比抵抗が大幅に上昇したり、ＴＣＰ接続部の耐久性が低下する恐れがある。
透明電極膜が、インジウム及び亜鉛を含む非晶質酸化物からなる場合、それぞれの原子比は、好ましくはＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５〜０．９５、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．０５〜０．５、より好ましくはＩｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．６〜０．９５、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．０５〜０．４である。
インジウムの原子比が高すぎる場合、硝酸系エッチング剤でエッチングした際にエッチング速度が遅くなったりエッチング後に残さが残ったり、テーパー角の調整が困難となったり、金属又は合金との密着性が低下したり、リン酸を含むエッチング液によるエッチング速度Ａと蓚酸を含むエッチング液によるエッチング速度Ｂとの比Ｂ／Ａが低下する恐れ比があり、また、低すぎる場合、抵抗が大きくなったり、電極として用いるときにＴＣＰ（Ｔａｐｅ Ｃａｒｒｉｅｒ Ｐａｃｋａｇｅ）接続部の耐久性が低下する恐れがある。
亜鉛の原子比が高すぎる場合、酸素存在下で熱処理すると比抵抗が大幅に上昇したり、ＴＣＰ接続部の耐久性が低下する恐れがあり、また、低すぎる場合、エッチング速度が遅くなったりエッチング後に残さが残ったりする恐れや金属や合金との密着性が低下する恐れがある。
また、本発明の透明電極膜は、本発明の効果を損なわない限り、数原子％程度のＧａやランタノイド等の重金属等を含んでいても差し支えない。
本発明の透明電極膜の膜厚は、インジウム、亜鉛及び錫を含む酸化物からなる場合は、２５ｎｍ以下である。好ましくは５〜２５ｎｍ、より好ましくは１０〜２０ｎｍである。また、インジウム及び亜鉛を含む酸化物からなる場合は、３０ｎｍ以下である。好ましくは５〜３０ｎｍ、より好ましくは１０〜２５ｎｍである。膜厚が厚すぎると屈折率が高くなる恐れがある。また、薄すぎると比抵抗が大きくなったり、ＴＣＰ接続部の耐久性が低下する恐れがある。
本発明の透明電極膜の屈折率は、好ましくは波長３００〜８００ｎｍの範囲で１．９以上であり、より好ましくは２．０以上である。１．９未満であると誘電率が十分高くならない恐れがある。
屈折率の測定方法は実施例に示す通りである。
本発明の透明電極膜は、液晶表示装置、有機又は無機ＥＬ表示装置、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）表示装置、表面電界ディスプレイ（ＳＥＤ）表示装置等の電気回路の少なくとも一部として使用することができる。特に、高誘電率で高透過率なため、液晶ディスプレイに好適に使用できる。
本発明の透明電極膜は、ガラス、無機絶縁膜等の無機物上だけでなく、有機基板上や有機膜上に設けてもよい。本発明の透明電極膜は多結晶ＩＴＯ等の結晶性の膜のように有機基板や有機膜上で結晶性のムラが発生することが少なく有機基板上や有機膜上で用いる透明電極膜として好ましい。
本発明の透明電極膜は、基板上に、インジウム酸化物、錫酸化物、亜鉛酸化物から必要な酸化物を含むターゲットを用いたスパッタリング、当該酸化物を水、有機溶媒に懸濁したスラリーの塗布又はその前駆体溶液の塗布等により、成膜できる。好ましくは、スパッタリングで成膜する。
実施例１、２及び比較例１、２
［インジウム、亜鉛及び錫を含む非晶質酸化物（ＩＴＺＯ）からなる透明電極膜］
（１）透明電極膜の作製
ガラス基板上に、Ｉｎ：Ｓｎ：Ｚｎ＝５４原子％：１６原子％：３０原子％の組成の酸化物ターゲットを用いて、１８０℃で成膜、Ｏ２分圧３×１０−３Ｐａ（５×１０−５Ｔｏｒｒ）の条件で、膜厚１０ｎｍ（実施例１）、２０ｎｍ（実施例２）、３０ｎｍ（比較例１）、８０ｎｍ（比較例２）のＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２−ＺｎＯ膜（ＩＴＺＯ膜）をスパッタ装置で形成した。形成したＩＴＺＯ膜をＩＣＰ（誘導結合プラズマ発光）分析にて元素分析を実施した結果、製膜に用いたターゲットとほぼ同じ組成であった。
ＩＴＺＯ膜のＸ線回折パターンを求めた結果、１８０℃で成膜した場合、ＩＴＺＯ膜はブロードな曲線を示すアモルファス膜であることが判明した。
（２）透明電極膜の物性の評価
得られたＩＴＺＯ膜について、以下の測定方法により、屈折率及透過率を求めた。各膜厚における波長と屈折率の関係を図１に、各膜厚における波長と透過率の関係を図２に示す。また、膜厚と比抵抗値の関係を図３に示す。
（ｉ）屈折率
光学式薄膜測定システム（ＳＣＩ社Ｆｉｌｍ Ｔｅｋ ４０００）により測定した。
（ｉｉ）透過率
光学式薄膜測定システム（ＳＣＩ社Ｆｉｌｍ Ｔｅｋ ４０００）により測定した。
（ｉｉｉ）膜厚
光学式薄膜測定システム（ＳＣＩ社Ｆｉｌｍ Ｔｅｋ ４０００）及び膜厚測定計（アルバック社Ｄｅｋｔａｋ８）により測定した。
（ｉｖ）比抵抗値
アズデポ状態のＩＴＺＯ膜の抵抗を大気中・室温で、抵抗率計（ダイヤインスツルメンツ社ロレスターＥＰ)により測定した。
実施例３〜５及び比較例３
［インジウム及び亜鉛を含む非晶質酸化物（ＩＺＯ）からなる透明電極膜］
（１）透明電極膜の作製
ガラス基板上に、Ｉｎ：Ｚｎ＝８４原子％：１６原子％の組成の酸化物ターゲットを用いて、１８０℃で成膜、Ｏ２分圧３×１０−３Ｐａ（５×１０−５Ｔｏｒｒ）の条件で、膜厚１０ｎｍ（実施例３）、２０ｎｍ（実施例４）、３０ｎｍ（実施例５）、１００ｎｍ（比較例３）のＩｎ２Ｏ３−ＺｎＯ膜（ＩＺＯ膜）をスパッタ装置で形成した。形成したＩＺＯ膜をＩＣＰ（誘導結合プラズマ発光）分析にて元素分析を実施した結果、製膜に用いたターゲットとほぼ同じ組成であった。
ＩＺＯ膜のＸ線回折パターンを求めた結果、１８０℃で成膜した場合、ＩＺＯ膜はブロードな曲線を示すアモルファス膜であることが判明した。
（２）透明電極膜の物性の評価
得られたＩＺＯ膜について、その物性を実施例１と同様に評価した。各膜厚における波長と屈折率の関係を図４に、各膜厚における波長と透過率の関係を図５に示す。
比較例４
［インジウム及び錫を含む非晶質酸化物（ＩＴＯ）からなる透明電極膜］
（１）透明電極膜の作製
ガラス基板上に、Ｉｎ：Ｓｎ＝９１原子％：９原子％の組成の酸化物ターゲットを用いて、１８０℃で成膜、Ｏ２分圧３×１０−３Ｐａ（５×１０−５Ｔｏｒｒ）の条件で、膜厚８０ｎｍのＩｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２膜（ＩＴＯ膜）をスパッタ装置で形成した。形成したＩＴＯ膜をＩＣＰ（誘導結合プラズマ発光）分析にて元素分析を実施した結果、製膜に用いたターゲットとほぼ同じ組成であった。
（２）透明電極膜の物性の評価
得られたＩＴＯ膜について、その物性を実施例１と同様に評価した。波長と屈折率の関係を図１に、波長と透過率の関係を図２に示す。尚、図１，２において、ＩＴＯ膜のデータは点線で示す。
本発明の透明電極膜は、液晶表示装置、有機又は無機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ表示装置、ＳＥＤ表示装置等の電子機器に用いられる透明電極に適している。
ＩＴＺＯ膜及びＩＴＯ膜の波長と屈折率の関係を示すグラフ図である。 ＩＴＺＯ膜及びＩＴＯ膜の波長と透過率の関係を示すグラフ図である。 ＩＴＺＯ膜の膜厚と比抵抗値の関係を示すグラフ図である。 ＩＺＯ膜の波長と屈折率の関係を示すグラフ図である。 ＩＺＯ膜の波長と透過率の関係を示すグラフ図である。

Claims (8)

  1. インジウム、亜鉛及び錫を含む酸化物からなり、膜厚が２５ｎｍ以下である透明電極膜であって、
    原子比が、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．４〜０．９５、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．０１〜０．５９、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．０１〜０．５９であり、
    屈折率が波長３００〜８００ｎｍの範囲で１．９以上である透明電極膜。
  2. インジウム及び亜鉛を含む酸化物からなり、膜厚が３０ｎｍ以下である透明電極膜であって、
    原子比が、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．５〜０．９５、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．０５〜０．５であり、
    屈折率が波長３００〜８００ｎｍの範囲で１．９以上である透明電極膜。
  3. 原子比が、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．５４〜０．９、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．０３〜０．４５、Ｓｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ＋Ｓｎ）＝０．０３〜０．４５である請求項１に記載の透明電極膜。
  4. 原子比が、Ｉｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．６〜０．９５、Ｚｎ／（Ｉｎ＋Ｚｎ）＝０．０５〜０．４である請求項２に記載の透明電極膜。
  5. 膜厚が１０〜２５ｎｍである請求項２に記載の透明電極膜。
  6. 前記酸化物が非晶質である請求項１〜５のいずれかに記載の透明電極膜。
  7. 請求項１〜６いずれか一項記載の透明電極膜を電気回路の少なくとも一部として備えてなる電子機器。
  8. 前記電子機器が液晶ディスプレイである請求項７記載の電子機器。
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