JP6418631B2 - 透明導電性基板およびその製造方法、並びにタッチパネル - Google Patents
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Description
CF基板2Iの一面に透明導電膜4を設けてなる構造体は、従来より透明導電性基板として公知であり、タッチパネル以外の分野、たとえば太陽電池や各種表示装置などにおいても広く用いられている。
これはフッ酸に含まれるフッ素がガラス基板の主成分であるSiやMg、Alなどの微量に含有している不純物金属と結合して、ガラス基板の最表面に存在しているためであり、ガラス基板の最表面にフッ素化合物が存在することで、透明導電膜の膜質が劣化し、ひいては電気特性の低下を招いていると考えられる。
更に、膜質の悪い透明導電膜は、膜中に欠陥を多く存在させていることになるため、透過率に対しても悪影響を及ぼすことが考えられる。
対策としてアルカリ洗浄によってスリミング処理の後フッ素を除去する手法を用いる場合もあるが、工程が増えることでコストが増大してしまうため好ましくない。
本発明の請求項2に記載の透明導電性基板は、請求項1において、前記透明基板がガラスからなり、前記透明導電膜がITOであることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の透明導電性基板は、請求項1または2において、前記酸化膜の膜厚[Å]が10以上500以下であり、前記透明導電膜の膜厚[Å]が10以上500以下であることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の透明導電性基板は、請求項1乃至3のいずれか一項において、前記透明導電膜のシート抵抗[Ω/□]が2000以下であることを特徴とする。
本発明の請求項5に記載の透明導電性基板は、請求項1乃至4のいずれか一項において、前記酸化膜は、フッ化水素酸に浸漬させた場合のエッチングレート[Å/sec]が25以下であることを特徴とする。
図1は本実施形態における透明導電性基板およびその製造方法を示す模式断面図であり、図2は図1に示した透明導電性基板をカラーフィルター基板(CF基板)として備えた、本実施形態におけるタッチパネルおよびその製造方法を示す模式断面図である。
図2のタッチパネルTPにおいては、透明導電性基板1a(1)を構成する透明基板2(S1as)が、カラーフィルター基板として機能している。そして、透明導電性基板1a(1)を構成する透明導電膜4(TCL)は、カラーフィルター基板(CFsub)にTFT基板(TFTsub)を重ねてなる積層構造体、すなわちタッチパネルTPにおいて、外側(操作者の指などが接触することで、静電気が発生するカラーフィルター基板の背面(図2では上面))に位置するように構成されている。
図1に示すように、本発明は、透明基板2に酸化膜と透明導電膜4を順に重ねてなる透明導電性基板の製造方法である。透明基板2として一面(図1では上面)にスリミング処理(SP:slimming process)が施されたガラスを用いる。そして、本発明は、このスリミング処理された一面x上に前記酸化膜3としてケイ素を含む薄膜をスパッタ法により形成する工程と、前記酸化膜3を覆うように前記透明導電膜4をスパッタ法により形成する工程と、を含むものである。
透明基板2Iに対するスリミング処理は、フッ酸を主成分とする溶液を用いて、透明基板2Iの厚みを減損させる処理である。これにより、薄板化とともに軽量化も図れた透明基板2が得られる。
酸化膜3と透明導電膜4を連続して成膜する方法を採用すれば、製造効率を向上させ、製造コストの抑制に有効である。しかしながら、酸化膜3の成膜雰囲気に含まれる酸素が、透明導電膜4の成膜雰囲気に流出し、透明導電膜4の中に取り込まれた場合、作製された透明導電膜4は組成ズレが生じることにより、電気的特性や光学的特性が低下したり、あるいは不安定になる虞がある。
図3は、本発明の酸化膜および透明導電膜の製造方法に用いるスパッタ装置(製造装置)の一例を示す概略構成図である。また、図4は同スパッタ装置の成膜室の主要部を示す断面図である。
加熱室12には、基板2を加熱するヒータ19が縦型に設けられている(図4は基板2の両面に対向して個別に設置した例であり、片面側のみ設けても構わない)。
仕込み/取出し室11には、この室内を粗真空引きするロータリーポンプ等の粗引き排気手段11Pが設けられている。
また、成膜室13には、この室内を高真空引きするターボ分子ポンプ等の高真空排気手段13P、及びこの室内にプロセスガスを導入するガス導入手段35が設けられている。
ガス導入手段35は、各種ガスを導入可能なポート(不図示)に接続されている。
また、成膜室14には、この室内を高真空引きするターボ分子ポンプ等の高真空排気手段14P、及びこの室内にプロセスガスを導入するガス導入手段45が設けられている。
ガス導入手段45は、各種ガスを導入可能なポート(不図示)に接続されている。
次に、SiO2 からなる酸化膜3が形成された透明基板2を、成膜室13の成膜雰囲気の影響を受けない成膜室14へ移動させる。成膜室13と同様に成膜室14にも、一方の側面14bに所望の磁界を発生するスパッタカソード機構44を縦型に設けてある。たとえば、スパッタ電圧44を250V以下とし、ターゲット42の表面における水平磁界強度の最大値を1000ガウス以上とすることにより、結晶格子の整った透明導電膜4を形成することができる。
図5のスパッタ装置100においては、仕込み室(L)111から搬入されたトレイ118は、成膜室113、成膜室114を通過し、成膜後のトレイ118は、取出し室(UL)116に向けて、順方向にのみ移動することができる。つまり、図5のスパッタ装置においては、トレイ118が逆方向(仕込み室(L)111の方向)へ戻る必要がない。ゆえに、図3のスパッタ装置に比べて、図5のスパッタ装置は量産性において優れている。
次に、本発明の透明導電膜の製造方法の一例として、図3、4に示すスパッタ装置10を用いて、酸化膜3と透明導電膜4を透明基板2に成膜する方法について例示する。
透明導電膜4の作製に用いるターゲット材としては、酸化インジウムに酸化スズを1〜10質量%添加したスズ添加酸化インジウム(ITO)が挙げられ、中でも、比抵抗の低い薄膜を成膜することができる点で、酸化インジウムに酸化スズを5〜10質量%添加したITOが好ましい。
透明基板2の移動が完了した後、手段Z(Z1)を閉じることにより、成膜室13に対して成膜室14を独立した空間とする。これにより、成膜室13と成膜室14との間に、両者の成膜雰囲気を分離するとともに、各々が独立した成膜雰囲気を維持することが可能となる。
この操作により、ガラスからなる基板2のスリミング処理が施された一面上に予め形成された酸化膜3を覆うように、ITOからなる透明導電膜4が成膜される。
一方、基板2を搭載したトレイ18を用いる場合には、トレイ18の材料や形状などを工夫することにより、基板2から温度を奪い取り、基板2の温度上昇を抑制できるという利点がある。
(実験例1)
本例では、スリミング処理(SP)を施した透明基板を用い、酸化膜の有無および膜厚を変えて、その上に作製した透明導電膜について、抵抗値(シート抵抗)と透過率(波長545nm)を評価した。
図3に示したような製造装置10を用い、ガラスからなる透明基板2のスリミング処理が施された一面上に、ケイ素を含む酸化膜3を介在させて、酸化膜3上にITOからなる透明導電膜4を形成した。
スリミング処理の有無を比較するため、スリミング処理を行っていない透明基板2Iの一面上に、透明導電膜4を作製した試料を形成した。試料Sr1および試料sr1は各々、透明導電膜4の膜厚[Å]を200および50としたものである。
表1は、全ての試料(S1〜S5、s1〜s5、Sr1、sr1)における、抵抗値(シート抵抗)と透過率(波長545nm)の評価結果である。
図6と図7のグラフにおいて、点線は何れも、リファレンスとした試料Sr、sr(スリミング処理を行っていない透明基板2Iを用いた試料)の結果を示している。
(a1)透明導電膜4の膜厚に依存せず、酸化膜3を介在させて、酸化膜3の膜厚を調整することにより、ガラスからなる透明基板2のスリミング処理が施された一面上において、ITOからなる透明導電膜4の抵抗値(シート抵抗[Ω/□])を広範囲に制御できる(S1〜S5、s1〜s5)。
(a2)透明導電膜4の膜厚に依存せず、酸化膜3の膜厚を増加させることにより、シート抵抗が急激に低下する傾向を示し、酸化膜の膜厚[Å]が400程度で、スリミング処理の影響が無くなる(S5対Sr1、s5対sr1)。
(a4)酸化膜3の膜厚と明導電膜4の膜厚とを組み合わせることにより、顧客の希望が多い、シート抵抗[Ω/□]が2000以下の透明導電膜4を、特定のシート抵抗を有するように設計および作製することできる。
(a5)上記(a4)における透明導電膜4は94%以上の透過率を有することができる。
本例では、スリミング処理(SP)を施した透明基板を用い、成膜圧力を変えて酸化膜を形成した後、その上に透明導電膜4を形成した試料(s11〜s15)を作製し、透明導電膜4の抵抗値(シート抵抗)を評価した。酸化膜3と透明導電膜4の膜厚[Å]はともに、200とした。
エッチングレートは、1wt%−フッ酸に室温で30秒間浸漬させた際の膜厚変化から算出した数値である。その際、膜厚測定にはエリプソメータを用いた。
表2は、各試料における、抵抗値(シート抵抗)とエッチングレートの評価結果である。
図8グラフにおいて、「点線」はリファレンスとした試料sr2n[スリミング処理(SP)が施されていないガラス基板に透明導電膜を形成した場合]を、「一点鎖線」はリファレンスとした試料sr2[スリミング処理(SP)が施されている基板に透明導電膜を形成した場合]を、それぞれ表している。
(b1)透明導電膜の膜質(シート抵抗値)に対して、酸化膜の膜密度を反映する指標である、酸化膜のエッチングレートが密接に関係している。
(b2)酸化膜のエッチングレートが小さくなるに従い、酸化膜を覆うように形成される透明導電膜のシート抵抗値が小さくなる。
(b3)エッチングレートが25[Å/s]以下となる酸化膜上に透明導電膜を形成することにより、透明導電膜の抵抗値(シート抵抗)は、従来レベルを表す「一点鎖線(sr2)」を下回る数値とすることができる。
以上より、本発明によれば、従来のフッ酸処理ガラス上の透明導電膜よりも、透明導電膜の抵抗値(シート抵抗)を改善できることが分かった。特に、酸化膜の成膜圧力[Pa]として低い圧力を選択することにより、スリミング処理が施された透明基板上であっても、所望のシート抵抗[Ω/□]を有する透明導電膜を備えた透明導電性基板が得られることが確認された。
例えば、上述した実施形態では、SiO2 からなる酸化膜を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、酸化膜を設ける透明基板の一面との相性を考慮して、酸化膜の厚さ方向において含有する酸素量を変化させたり、あるいは酸化膜に窒素や炭素などを含有させる構成を採用してもよい。
また上述した実施形態では、ITOからなる透明導電膜を成膜した場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば酸化亜鉛系の透明導電膜を成膜する際にも適用可能である。
Claims (7)
- 透明基板のスリミング処理が施された一面側に透明導電膜を備えてなる透明導電性基板であって、前記スリミング処理によりフッ素化合物が存在する前記透明基板の一面と前記透明導電膜との間には、ケイ素を含む酸化膜のみが配置されていることを特徴とする透明導電性基板。
- 前記透明基板がガラスからなり、前記透明導電膜がITOであることを特徴とする請求項1に記載の透明導電性基板。
- 前記酸化膜の膜厚[Å]が10以上500以下であり、前記透明導電膜の膜厚[Å]が10以上500以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の透明導電性基板。
- 前記透明導電膜のシート抵抗[Ω/□]が2000以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の透明導電性基板。
- 前記酸化膜は、フッ化水素酸に浸漬させた場合のエッチングレート[Å/sec]が、25以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の透明導電性基板。
- 透明基板に酸化膜と透明導電膜を順に重ねてなる透明導電性基板の製造方法であって、
前記透明基板として一面にスリミング処理が施されたことにより、該一面にフッ素化合物が存在するガラスを用い、該透明基板の一面上に前記酸化膜としてケイ素を含む薄膜をスパッタ法により形成する工程と、
前記酸化膜を覆うように前記透明導電膜をスパッタ法により形成する工程と、
を含み、
前記透明基板と前記透明導電膜との間には、前記酸化膜としてケイ素を含む薄膜のみを配置することを特徴とする透明導電性基板の製造方法。 - 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の透明導電性基板を含むタッチパネルであって、
前記透明導電性基板を構成する透明基板は、カラーフィルター基板として機能し、かつ、前記透明導電性基板を構成する透明導電膜は、前記カラーフィルター基板にTFT基板を重ねてなる積層構造体において外側に位置することを特徴とするタッチパネル。
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