JPH09171717A - 電極基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】薄膜で導電性と可視光線透過率が高く、しかも
経時劣化がなく保存安定性に優れた透明導電膜を提供す
る。 【解決手段】基板上に銀系薄膜を透明酸化物薄膜で挟持
する構成の導電膜を備える電極基板において、上記導電
膜上に屈折率が２．１より大きい絶縁膜を配設してな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレ
イ、入出力装置あるいはプラズマディスプレイ等の表示
装置向け透明電極もしくは反射電極の電極基板、あるい
は太陽電池用の透明電極もしくは反射電極に係わり、特
に薄膜で導電性と可視光線透過率が高く、しかも保存安
定性に優れた電極基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス、プラスチックフィルム等の基板
上に、可視光線を透過する電極形状の透明導電膜が設け
られた電極板は、液晶ディスプレイ等の各種表示装置の
表示用電極やこの表示装置の表示画面から直接入力する
入出力電極などに広く使用されている。例えば、液晶が
用いられたディスプレイ装置の透明電極板は、図２に示
すように、ガラス基板３１と、このガラス基板３１上の
画素部位に設けられ画素毎にその透過光を赤、緑、青に
それぞれ着色するカラーフィルタ層３７と、上記ガラス
基板３１上の画素と画素との間の部位（画素間部位）に
設けられこの部位からの光透過を防止する遮光膜３８
と、上記カラーフィルタ層３７の全面に設けられた保護
層３９と、この保護層３９上に成膜された透明電極４０
と、この透明電極４０上に成膜された配向膜４１とでそ
の主要部が構成されている。そして、上記透明電極４０
はスパッタリングにより成膜され、所定のパターンにエ
ッチングされた透明導電被膜により構成されている。

【０００３】この透明導電被膜としては、その高い導電
性に着目して、酸化インジウム中に酸化錫を添加したＩ
ＴＯ薄膜が広く利用されており、その比抵抗はおよそ
２．４×１０^-4Ω・cmで、透明電極として通常適用され
る２４０ｎｍの膜厚の場合、その面積抵抗率はおよそ１
０Ω／□である。また、この他にも、酸化錫薄膜、この
酸化錫に酸化アンチモンを添加して構成される薄膜（ネ
サ膜）、酸化亜鉛に酸化アルミニウムを添加して構成さ
れる薄膜などが知られているが、これらはいずれも上記
ＩＴＯ薄膜よりその導電性が劣り、また、酸やアルカリ
に対する耐薬品性あるいは耐水性などが不十分なため一
般には普及していない。

【０００４】一方、１９８２年日本で開催された第７回
ＩＣＶＭにおいて、熱線反射膜として銀薄膜の表裏面に
ＩＴＯ薄膜または酸化インジウム薄膜（ＩＯ薄膜）を積
層させて構成される３層構造の透明導電膜が提案されて
いる。この３層構造の透明導電膜はおよそ５Ω／□程度
の低い面積抵抗率を有しており、その高い導電性を生か
して上記透明電極への応用が期待された。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ディス
プレイ装置や入出力装置においては、近年、画素密度を
増大させて緻密な画面を表示することが求められ、これ
に伴って上記透明電極パターンの緻密化が要求されてお
り、例えば１００μｍ程度のピッチで上記透明電極の端
子部を構成することが要求されている。また、液晶ディ
スプレイ装置において基板に液晶駆動用ＩＣが直接接続
される方式（ＣＯＧ）においては、配線の引き回しが幅
２０〜５０μｍという細線となる部分があり、従来にな
い高度のエッチング加工適性と高い導電性（低い抵抗
率）が要求されている。

【０００６】また、その一方で表示画面の大型化も求め
られており、このような大画面化について上述したよう
な緻密パターンの透明電極を形成し、しかも液晶に十分
な駆動電圧を印加できるようにするためには、上記透明
電極として５Ω／□以下という高い導電性を備えた透明
導電膜を適用する必要があった。また、これに加えて、
ＳＴＮ液晶等を利用した単純マトリクス駆動方式の液晶
表示装置において１６階調以上の多階調表示を行う場合
には３Ω／□以下というさらに低い面積抵抗率が要求さ
れている。

【０００７】しかしながら、第７回ＩＣＶＭにおいて提
案された上記３層構造の透明導電膜においても、高々５
Ω／□程度の面積抵抗率が得られるに過ぎず、十分な導
電性が確保できないという問題点があった。なお、銀薄
膜の厚さを１６〜１８ｎｍ程度に厚くすることによりそ
の面積抵抗率を約３Ω／□に低下させることは可能であ
るが、可視光線透過率（特に波長６１０ｎｍ程度の長波
長側の可視光線透過率）が７５％程度まで低下し、透明
導電膜としての機能が損なわれてしまう。

【０００８】さらに、上記３層構造の透明導電膜におい
ては、銀の薄膜が積層界面などから進入した空気中の水
分と化合しやすく、その表面に反応物を生成してシミ状
の欠陥を生じ、例えば液晶表示装置の透明電極に適用し
た場合にはその表面に表示欠陥などを生じやすいという
問題点があった。本発明はこのような問題点に着目して
なされたものであって、その課題とするところは、薄膜
で導電性と可視光線透過率が高く、しかも経時劣化がな
く保存安定性に優れた透明導電膜を提供することにあ
る。

【０００９】一方、太陽電池用透明電極においては、そ
の製造プロセスの関係で水素プラズマ耐性を必要とす
る。このため、水素プラズマ耐性の高い酸化亜鉛を基材
とする透明電極を用いることが一般的である。しかし、
酸化亜鉛系の透明電極は、フッ素ドープしたものや、ア
ルミナ添加したものでも抵抗値が高く、太陽電池用透明
電極として４００ｎｍ〜８００ｎｍとかなり厚い膜厚に
て形成する必要があった。

【００１０】本発明者らは、これらの問題をほぼ解消し
うる電極基板として、例えば、０．１〜３at％銅を含有
する銀系薄膜を透明酸化物薄膜で挟持する構成の導電膜
を形成した電極基板を提案している。しかし、この構成
は、ほぼ実用レベルにあるが耐湿性がやや不十分であっ
た。銅を１at％含有する銀系薄膜を透明酸化物薄膜で挟
持する構成の導電膜（以下、３層電極と略す）付き電極
基板を、６０℃、９５％湿度の高温高湿環境下にて保管
すると、およそ２００時間前後でパターンに微小のシミ
が発生してしまう問題があった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述のような技術的課題
に鑑みて本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、高屈折
率かつ耐薬品性に優れる絶縁膜を、保護膜として３層電
極上に形成した構成が良い結果を得ることを発見した。
屈折率については、保護膜に限らず、銀系薄膜を挟持す
る透明酸化物薄膜においても同様に高いことが好まし
い。この傾向は、空気よりも屈折率の高い液晶材料（通
常の液晶の屈折率は１．５〜１．６程度）やカラーフィ
ルタ（カラーフィルタの材料の屈折率は１．５を若干超
える程度）と接する形態の３層電極の場合に顕著であ
る。

【００１２】例えば、ガラス等の基板上に形成された３
層電極の片側が空気である場合のシミュレーション結果
を図４のＢ線で示すが、透過率Ｔはピークで９６％以
上、反射率Ｒは１％に近いところまで下がる。ここでは
基板側の透明酸化物薄膜の膜厚を４０ｎｍ、Ａｇ膜厚を
１４ｎｍ、空気と接する側の透明酸化物薄膜の膜厚を４
４ｎｍとした。透明酸化物薄膜の屈折率をＩＴＯとほぼ
同じ２．０として計算した。しかし、３層電極上にポリ
イミドの配向膜を４０ｎｍ積層し、これに接する液晶の
屈折率を１．５として計算し直すと、図４のＡに示すよ
うに透過率Ｔと反射率Ｒはかなり悪くなる。透過率のピ
ークは９０％を下回り、反射率Ｒは、光の波長５５０ｎ
ｍ付近でおよそ１０％まで上昇してしまう。

【００１３】本発明者らは、このことから、３層電極に
液晶の配向膜としてのポリイミド膜と液晶が接する形で
の計算を、透明酸化物薄膜の屈折率を変えて（屈折率を
変えると同時に銀系薄膜を挟持する透明酸化物薄膜の膜
厚も調整し、ほぼ最適化した）行った。結果を図３に示
す。透明酸化物薄膜の屈折率が高い方が、特に２．１を
超えると透過率が向上し、また、反射率も低下すること
がわかる。

【００１４】このように、本発明者らは、３層電極にお
いて、銀系薄膜の膜厚に対応して透明酸化物薄膜の膜厚
を調整することによって、その透過率の最適化が可能で
あることを見出している。本発明者らはさらに、この透
明酸化物薄膜は、一部を高屈折率の絶縁膜によって置き
換えることが可能であることを発見した。絶縁膜による
置き換えで３層電極の信頼性が大きく向上することを併
せて発見した。すなわち、請求項１に係わる発明は、基
板上に銀系薄膜を透明酸化物薄膜で挟持する構成の導電
膜を備える電極基板において、上記導電膜上に屈折率が
２．１より大きい絶縁膜を配設してなることを特徴とす
る電極基板である。

【００１５】酸化セリウムは、強い耐アルカリ性をもつ
と同時に、約２．５の極めて高い屈折率をもつ。透明酸
化物薄膜の膜厚の一部を代替する形で、酸化セリウムを
基材とする絶縁膜を用いることができる。すなわち請求
項２に係わる発明は、絶縁膜の基材が酸化セリウムであ
ることを特徴とする、請求項１記載の電極基板である。
酸化セリウムには、耐酸、耐アルカリ性に富む酸化タン
タルや酸化ガリウム、酸化錫など他の金属（あるいは半
金属）の酸化物を添加しても良い。

【００１６】絶縁膜の形成は、その膜厚を１ｎｍ〜７０
ｎｍの範囲に設定することが適切である。１ｎｍより薄
くても良いが、成膜時の膜厚制御及び３層電極の欠陥部
を埋める効果（３層電極は微小欠陥があると、これを起
点として水分などによりその構成が破壊されやすい）を
あわせ考慮すると、１ｎｍが少なくとも必要である。３
層電極の透明酸化物薄膜の片側の膜厚は、透過率や反射
率を考慮するとおおむね２０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲から
選択される。絶縁膜での透明酸化物薄膜の代替を行うと
して、絶縁膜の最大膜厚は７０ｎｍでよい。すなわち、
請求項３に係わる発明は、絶縁膜の膜厚が１ｎｍ〜７０
ｎｍの範囲にあることを特徴とする請求項１または２記
載の電極基板である。

【００１７】本発明者らは、さらに深く研究を重ねた結
果、透明酸化物薄膜の屈折率を高くしていった場合にお
いて、銀系薄膜の膜厚に適切な範囲があることを見出し
た。透明酸化物薄膜の屈折率を２．３とし、ガラス基板
（ｎ＝１．５）側の透明酸化物薄膜の膜厚を３５ｎｍ、
銀系薄膜の膜厚を１２ｎｍ、上層の透明酸化物薄膜の膜
厚を３７ｎｍ、ポリイミド膜の膜厚を４０ｎｍ、媒質
（液晶を想定）の屈折率を１．５とした場合のシミュレ
ーション結果を図５に示した。銀系薄膜の膜厚の薄い方
が透過率が高く、反射率は低くなり、良い傾向を示して
いる。銀系薄膜の膜厚が１７ｎｍより厚くなると、光の
波長５５０ｎｍでの透過率は９０％以上を維持すること
が難しくなり、１７ｎｍより薄く形成する必要のあるこ
とがわかる。また、銀系薄膜は４ｎｍより薄くすると、
実際上、均質な膜が形成されにくく、島状の着膜とな
る。４ｎｍより薄いと、こうした理由で反射率が増加す
るため銀系薄膜の膜厚は４ｎｍより厚くすることが望ま
しい。なお、透過型ＬＣＤを前提として、高輝度の光源
をバックライトとする構成では、むろん１７ｎｍより銀
系薄膜を厚く形成しても良い。すなわち、請求項４に係
わる発明は、銀系薄膜の膜厚が４ｎｍ〜１７ｎｍの範囲
にあることを特徴とする、請求項１、２または３記載の
電極基板である。

【００１８】また、３層電極において、銀系薄膜の膜厚
を５０ｎｍより厚く形成すると、光の反射率の高い反射
電極となる。反射電極は、反射型液晶表示装置で反射板
と駆動電極を兼ねた反射電極として、あるいは太陽電池
で、光電変換効率を高めるため半導体素子裏面に形成す
る光の反射膜として用いることができる。図６は、媒質
の屈折率を１．５、透明酸化物薄膜の屈折率を２．３、
膜厚を４０ｎｍにて、銀系薄膜の膜厚を５０ｎｍ、７５
ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍとしてシミュレーション
したものである。銀系薄膜の膜厚が５０ｎｍを超えると
８０％前後の反射性電極となり、２００ｎｍで反射率が
飽和し、透過率もほぼ０％となることが示されている。
すなわち、請求項５に係わる発明は、銀系薄膜の膜厚が
５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲にあることを特徴とする、
請求項１、２または３記載の電極基板である。

【００１９】なお、反射電極を形成する基板は、透明で
あっても良いが、白、黒その他の色に着色された基板で
あっても良い。材質も、ガラス、プラスチックフィル
ム、セラミック、金属あるいはアモルファスシリコンの
半導体素子が形成された基板など、種々のものが使用で
きる。

【００２０】ところで、［ＩＴＯ／Ａｇ／ＩＴＯ］の構
成に代表される従来の３層電極は、耐湿性に大きな問題
がある。また、ＩＴＯは屈折率が１．８〜２．０程度で
あるため、高性能の３層電極を提供できるものではな
い。本発明者らは、種々の酸化物を検討した結果、酸化
セリウムと酸化インジウムの混合酸化物を３層電極の透
明酸化物薄膜として用いる構成が、耐湿性及び光学特性
において極めて優れていることを見出した。すなわち、
請求項６に係わる発明は、透明酸化物薄膜の基材が、酸
化セリウムと酸化インジウムとの混合酸化物であること
を特徴とする、請求項１、２、３、４または５記載の電
極基板である。

【００２１】この混合酸化物による透明酸化物薄膜は、
酸化物として含有する金属元素換算（酸素元素をカウン
トしない）で、セリウム元素を５at％以上、好ましくは
２０at％以上、酸化インジウムに加えることにより、３
層電極としてほぼ実用レベルの導電膜を備える電極基板
を提供できる。３層電極としてパターン形成が必要な場
合は、ウエットエッチングを前提とすると、セリウム元
素の添加量は４０at％以下がよい。４０at％以上となる
と、ウエットエッチングでのパターン形成がやや難しく
なる。４０at％以上の添加量でも、ドライエッチングの
場合はこの問題はない。また、パターン形成が不必要な
場合は、セリウム元素を４０at％を超えるレベルでの混
合酸化物としても良い。透明酸化物薄膜の屈折率は、酸
化セリウムの割合が高くなるにつれて高い屈折率とな
る。本発明者らのデータでは、セリウム２０at％でｎ＝
２．１７、３０at％でｎ＝２．２４、４０at％でｎ＝
２．３０、１００at％でｎ＝２．４９であった。なお、
これら屈折率は成膜時の酸素ガスの分圧や成膜後のアニ
ール温度条件などにより影響を受ける。

【００２２】本発明による電極基板は、表示装置用電極
基板として用いる場合に、基板と透明電極である３層電
極との間に、赤、緑、青などに着色されたカラーフィル
タを配設することによりカラー表示を可能とする。すな
わち、請求項７に係わる発明は、基板と導電膜との間に
カラーフィルタが配設されていることを特徴とする、請
求項１、２、３、４または６記載の電極基板である。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下の実
施例に述べる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。 ＜実施例１＞この実施例に係る電極基板１は、図１
（ａ）に示すように、厚さ０．７ｍｍのガラス基板１１
と、ストライプパターン状の透明電極として厚さ４０ｎ
ｍの透明酸化物薄膜１２と、厚さ１５ｎｍの銀系薄膜１
３と、厚さ４０ｎｍの透明酸化物薄膜１４と、該３層電
極のパターンを覆うように厚さ２ｎｍの酸化セリウムで
ある絶縁膜１５を形成して、液晶表示装置向け電極基板
とした。

【００２５】透明酸化物薄膜１２、１４はいずれも金属
元素換算（酸素元素をカウントしない）でセリウムを３
０at％含む、酸化セリウムと酸化インジウムの混合酸化
物とした。銀系薄膜は銅を０．８at％含む銀銅合金とし
た。いずれもスパッタリングにて成膜し、ウエットエッ
チングにてパターン形成したものである。酸化セリウム
である絶縁膜１５も同様にスパッタリングにて成膜し
た。当実施例の３層電極は、面積抵抗値が２．８Ω／□
であり、また、ガラスレファレンス（媒質はエアー）で
の透過率は５５０ｎｍで約９７％であった。

【００２６】当実施例の電極基板を、６０℃、湿度９５
％の環境下に２００時間保管した後、肉眼、顕微鏡両方
法にて外観を調べたところ、なんら変化は生じていなか
った。抵抗値、透過率も変化がなかった。比較例とし
て、絶縁膜１５を積層していない電極基板を同環境下に
２００時間置いたものの外観を調べたところ、ストライ
プパターンのエッジ近傍に数μｍ〜２０μｍサイズのシ
ミやディフェクトが散見された。

【００２７】＜実施例２＞この実施例にかかる電極板２
は、図１（ｂ）に示すように、厚さ０．７ｍｍのガラス
基板２１と、ストライプパターン状の反射電極として、
厚さ１０ｎｍの透明酸化物薄膜２２と、厚さ１５０ｎｍ
の銀系薄膜２３と、厚さ１０ｎｍの透明酸化物薄膜２４
と、該３層電極のパターンを覆うように、厚さ４０ｎｍ
の酸化セリウムである絶縁膜２５とを形成して、反射型
液晶表示装置向け電極基板とした。透明酸化物薄膜２
２、２４は、いずれも金属元素換算（酸素元素をカウン
トしない）でセリウムを３０at％含む、酸化セリウムと
酸化インジウムの混合酸化物とした。銀系薄膜は銅を
０．８at％含む銀銅合金とした。他、成膜方法、パター
ン形成方法はいずれも実施例１と同様である。当実施例
の３層電極は、面積抵抗値が約０．２Ω／□であり、ま
た、硫酸バリウムレファレンスでの反射率は、５５０ｎ
ｍで約９３％であった。

【００２８】当実施例の電極基板を、６０℃、湿度９５
％の環境下に２００時間保管した後、肉眼、顕微鏡両方
法にて外観を調べたところ、なんら変化は生じていなか
った。抵抗値、透過率も変化がなかった。比較例とし
て、絶縁膜１５を積層していない電極基板を同環境下に
２００時間置いたものの外観を調べたところ、ストライ
プパターンのエッジ近傍に数μｍ〜２０μｍサイズのシ
ミやディフェクトが散見された。

【００２９】なお、実施例２において、絶縁膜２５の膜
厚を４０ｎｍとしたが、３層電極のパターン間のスペー
ス２６からの反射光を活かすためには、さらに厚く５０
ｎｍ〜６０ｎｍ前後で形成しても良い。高屈折率の酸化
セリウムを厚く形成することにより、パターン部以外か
らの反射光成分が増え、反射型液晶表示装置の更なる輝
度向上を図ることができる。５０ｎｍ厚の酸化セリウム
をガラス面上に形成した基板は、およそ３０〜４０％の
反射率を有する。一方、酸化セリウムを形成せず、パタ
ーン以外の部分でガラス基板が露出した基板では、５〜
６％の反射率である。逆に、透過型液晶表示装置の場
合、スペース部からの反射成分を抑える必要があるが、
酸化セリウムの膜厚を５ｎｍ以下にして形成せしめれば
ガラス基板のみとほぼ同程度の反射率を得ることができ
る。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、屈折率が２．１より大
きい絶縁膜を３層電極上に配設するため、透明電極にお
いては高透過率を維持したまま、耐湿性を向上すること
ができる。また、反射電極においては、高反射率を維持
したまま、耐湿性を向上することができる。また、ノー
マリーホワイト表示の反射型液晶表示装置向け電極基板
としては、電極パターン以外の、例えばスペース部から
の反射も期待できるため、更なる輝度向上が図られる。
また、透明酸化物薄膜の膜厚の一部を酸化セリウムで置
き換えることができるため、高価な酸化インジウムの使
用量を減らすことができる。

【００３１】

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は実施例１に、（ｂ）は実施例２に、そ
れぞれ係わる電極基板の断面図である。

【図２】液晶表示装置に使用される透明電極板の一例を
示す断面図である。

【図３】本発明に係わる電極基板の、透明酸化物薄膜の
屈折率を変えた場合の分光反射率と分光透過率を示すグ
ラフである。

【図４】電極基板のシミュレーションにおいて、媒質の
屈折率が１であるときと１．５であるときの分光特性の
差を示すグラフである。

【図５】本発明に係わる電極基板の、銀系薄膜の膜厚を
薄い領域で変えた場合の分光特性を示すグラフである。

【図６】本発明に係わる電極基板の、銀系薄膜の膜厚を
厚い領域で変えた場合の分光特性を示すグラフである。

【符号の説明】

１１、２１： 基板 １２、１４、２２、２４： 透明酸化物薄膜 １３、２３： 銀系薄膜 １５、２５： 絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今吉 孝二 東京都台東区台東１丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に銀系薄膜を透明酸化物薄膜で挟持
   する構成の導電膜を備える電極基板において、上記導電
   膜上に屈折率が２．１より大きい絶縁膜を配設してなる
   ことを特徴とする電極基板。
2. 【請求項２】上記絶縁膜の基材が酸化セリウムであるこ
   とを特徴とする、請求項１記載の電極基板。
3. 【請求項３】上記絶縁膜の膜厚が１ｎｍ〜７０ｎｍの範
   囲にあることを特徴とする、請求項１または請求項２記
   載の電極基板。
4. 【請求項４】上記銀系薄膜の膜厚が４ｎｍ〜１７ｎｍの
   範囲にあることを特徴とする、請求項１、２または３記
   載の電極基板。
5. 【請求項５】上記銀系薄膜の膜厚が５０ｎｍ〜２００ｎ
   ｍの範囲にあることを特徴とする、請求項１、２または
   ３記載の電極基板。
6. 【請求項６】上記透明酸化物薄膜の基材が、酸化セリウ
   ムと酸化インジウムとの混合酸化物であることを特徴と
   する、請求項１、２、３、４または５記載の電極基板。
7. 【請求項７】上記基板と導電膜との間にカラーフィルタ
   が配設されていることを特徴とする、請求項１、２、
   ３、４または６記載の電極基板。