KR102042081B1 - 투명 도전층이 구비된 기판, 액정 패널 및 투명 도전층이 구비된 기판의 제조 방법 - Google Patents

투명 도전층이 구비된 기판, 액정 패널 및 투명 도전층이 구비된 기판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

저항의 경시 변화가 적은 투명 도전층이 구비된 기판, 액정 패널 및 투명 도전층이 구비된 기판의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 일 형태와 관련되는 투명 도전층이 구비된 기판으로서 기판과 투명 도전층을 구비한다. 상기 투명 도전층은, 상기 기판 상에 설치되고, 산화주석과, 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나를 포함하는 투명 도전층이 구비된 기판이 제공된다. 이것에 의해, 이 투명 도전층이 구비된 기판에서는, 저항의 경시 변화가 적게 된다.

Description

투명 도전층이 구비된 기판, 액정 패널 및 투명 도전층이 구비된 기판의 제조 방법
본 발명은, 투명 도전층이 구비된 기판, 액정 패널 및 투명 도전층이 구비된 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 패널 기판에 대해서 수평방향 성분의 전계를 발생시켜 액정을 구동시키는, 이른바 횡전계 구동 방식(IPS(In-Plane Switching) 방식 또는 FFS(Fringe Field Switching) 방식)를 채용한 인-셀(in-cell)형의 액정 패널은, 다음과 같은 구조를 가진다. 예를 들면, 이 구조는, 컬러 필터 기판, 액정을 구동하는 액정 구동용 전자 회로와 손가락 터치를 감지하는 감지 센서용 전극을 가지는 대향 기판, 및 이들 사이에 설치된 액정을 구비한다.
이러한 액정 패널에서는, 컬러 필터 기판에 전극이 형성되지 않고 컬러 필터가 대전되어, 표시 동작의 오동작이 생겼다. 이 대전을 방지하기 위해서, 컬러 필터가 형성되어 있지 않은 컬러 필터 기판의 면에, 고저항의 산화인듐주석을 주재료로 해 규소를 포함하는 투명 도전층을 설치하는 기술이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
[특허 문헌 1] 일본 특허 제5855948호 공보
그렇지만, 산화인듐주석을 주성분으로 하고 규소를 포함하는 투명 도전층은, 그 표면에서 산화인듐주석이 노출된다. 이 때문에, 이 투명 도전층은, 내후성 또는 내약품성이 뒤떨어져, 그 저항이 경시 변화되기 쉽다.
이상과 같은 사정을 감안해서, 본 발명의 목적은, 저항의 경시(經時) 변화가 적은 투명 도전층이 구비된 기판, 액정 패널, 및 투명 도전층이 구비된 기판의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 형태와 관련되는 투명 도전층이 구비된 기판은, 기판과 투명 도전층을 구비한다.
상기 투명 도전층은, 상기 기판 상에 설치되고, 산화주석과, 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나를 포함한다.
이것에 의해, 이 투명 도전층이 구비된 기판에서는, 저항의 경시 변화가 적게 된다.
상기의 투명 도전층이 구비된 기판에서, 상기 산화니오브, 상기 산화탄탈 및 상기 산화안티몬의 적어도 어느 하나의 함유율은, 상기 투명 도전층에서 5wt% 이상 15wt% 이하이어도 좋다.
이것에 의해, 이 투명 도전층이 구비된 기판에서는, 산화물이 환원되기 어렵고, 투명 도전층의 고저항 상태가 유지된다.
상기의 투명 도전층이 구비된 기판에서, 상기 투명 도전층의 시트 저항은, 1×107(Ω／sq.) 이상 1×1010(Ω／sq.) 이하이어도 좋다.
상기 투명 도전층의 투과율은, 파장 550nm에서 98.5% 이상이어도 좋다.
이러한 높은 광투과율의 투명 도전층이 구비된 기판을 인-셀형의 액정 패널에 이용함으로써, 컬러 필터의 대전이 억제되고, 또한 액정 패널에서의 광투과율이 현저하게 감소하지 않게 된다.
상기의 투명 도전층이 구비된 기판에서, 상기 투명 도전층의 두께는, 5nm 이상 15nm 이하이어도 좋다.
이것에 의해, 이 투명 도전층이 구비된 기판에서는, 적절한 저항 및 투과율을 가지는 투명 도전층이 기판 상에 설치된다.
상기의 투명 도전층이 구비된 기판에서, 상기 투명 도전층은 질소를 함유해도 좋다.
이것에 의해, 이 투명 도전층이 구비된 기판에서는, 투명 도전층의 저항이 질소의 첨가량에 의해 조정된다.
상기의 투명 도전층이 구비된 기판에서, 상기 기판은, 투명 기판과 컬러 필터를 가져도 좋다.
상기 투명 기판은, 상기 투명 도전층과 상기 컬러 필터의 사이에 설치되어도 좋다.
이것에 의해, 컬러 필터에의 대전이 투명 도전층에 의해서 억제된다.
또한, 본 발명의 일 형태와 관련되는 액정 패널은, 투명 도전층이 구비된 기판, 대향 기판, 및 액정을 구비한다.
상기 투명 도전층이 구비된 기판은, 제1면과 제2면을 가지는 제1 투명 기판, 투명 도전층, 및 컬러 필터를 가진다. 투명 도전층은, 상기 제1면 상에 설치되고, 산화주석과, 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나를 포함한다. 컬러 필터는, 상기 제2면 상에 설치된다.
상기 대향 기판은, 제2 투명 기판과, 상기 제2 투명 기판 상에 설치된 감지 센서용 전극 및 액정 구동용 전자 회로를 가진다.
상기 액정은, 상기 투명 도전층이 구비된 기판과 상기 대향 기판의 사이에 설치되고 상기 액정 구동용 전자 회로에 의해서 구동 제어된다.
이것에 의해, 이 액정 패널에서는, 투명 도전층에 의해서 컬러 필터의 대전이 방지된다. 또한 이 투명 도전층에서, 저항의 경시 변화가 적다. 그 결과, 액정 패널에서 터치 감지 기능의 경시 변화가 적고, 신뢰성이 더 높아진다.
상기의 액정 패널에서, 상기 산화니오브, 상기 산화탄탈 및 상기 산화안티몬의 적어도 어느 하나의 함유율은, 상기 투명 도전층에서 5wt% 이상 15wt% 이하이어도 좋다.
이것에 의해, 액정 패널의 투명 도전층이 구비된 기판에서는, 산화물이 환원되기 어렵고, 투명 도전층의 고저항 상태가 유지된다.
상기의 액정 패널에서, 상기 투명 도전층의 시트 저항은, 1×107(Ω／sq.) 이상 1×1010(Ω／sq.) 이하이어도 좋다.
상기 투명 도전층의 투과율은, 파장 550nm에서 98.5% 이상이어도 좋다.
이러한 높은 광투과율의 투명 도전층이 구비된 기판을 인-셀형의 액정 패널에 이용함으로써, 컬러 필터의 대전이 억제되고, 또한 액정 패널에서의 광투과율이 현저하게 감소하지 않게 된다.
상기의 액정 패널에서, 상기 투명 도전층의 두께는, 5nm 이상 15nm 이하이어도 좋다.
이것에 의해, 이 액정 패널에서는, 적절한 저항 및 투과율을 가지는 투명 도전층이 투명 기판 상에 설치된다.
상기의 액정 패널에서, 상기 투명 도전층은, 질소를 함유해도 좋다.
이것에 의해, 이 액정 패널에서는, 투명 도전층의 저항이 질소의 첨가량에 의해 조정된다.
또한, 본 발명의 일 형태와 관련되는 투명 도전층이 구비된 기판의 제조 방법에서는, 산화주석과, 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나를 포함하는 타겟재로서, 상기 타겟재에서의 상기 산화니오브, 상기 산화탄탈 및 상기 산화안티몬의 적어도 어느 하나의 함유율이 5wt% 이상 15wt% 이하인 상기 타겟재가 이용된다. 산소분압이 0.005 Pa 이상 0.05 Pa 이하의 아르곤과 산소의 혼합가스 분위기하에서, 기판 상에, 산화주석과, 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나를 포함하는 투명 도전층이 성막된다.
이러한 혼합가스 분위기하에서 투명 도전층을 성막함으로써, 소망한 고저항의 투명 도전층이 얻어진다. 또한 투명 도전층에서의 산화물의 환원이 억제되고, 저항의 경시 변화가 적은 투명 도전층이 얻어진다.
상기의 투명 도전층이 구비된 기판의 제조 방법에서, 상기 혼합가스에 질소를 함유시키고, 상기 질소의 분압이 0.025 Pa 이상 0.1 Pa 이하로 상기 투명 도전층을 성막해도 좋다.
이것에 의해, 이 투명 도전층이 구비된 기판에서는, 투명 도전층의 저항이 질소의 첨가량에 의해 조정된다.
이상 언급한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 저항의 경시 변화가 적은 투명 도전층이 구비된 기판, 액정 패널, 및 투명 도전층이 구비된 기판의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 실시 형태와 관련되는 액정 패널을 나타내는 개략적 단면도이다.
도 2는 산화주석과 산화니오브를 포함하는 타겟재를 이용했을 경우의 산소 유량과 투명 도전층의 시트 저항의 관계를 나타내는 개략적 그래프도이다.
도 3은 비교예로서의 ITO로 이루어지는 타겟재를 이용했을 경우의 산소 유량과 ITO층의 시트 저항의 관계를 나타내는 개략적 그래프도이다.
도 4는 아르곤 및 산소의 혼합가스에 질소를 첨가했을 경우의 질소 유량과 투명 도전층의 시트 저항의 관계를 나타내는 개략적 그래프도이다.
도 5는 투명 도전층의 광투과율을 나타내는 개략적 그래프도이다.
도 6은 투명 도전층의 시트 저항의 경시 변화를 나타내는 개략적 그래프도이다(제 1).
도 7은 투명 도전층의 시트 저항의 경시 변화를 나타내는 개략적 그래프도이다(제 2).
도 8은 투명 도전층의 내식성을 나타내는 개략적 그래프도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 각 도면에는, XYZ축 좌표가 도입되는 경우가 있다. 또한, 이하에 나타나는 수치, 도면, 그래프는 예시이고, 예시된 것으로 한정되지 않는다.
본 실시 형태에서는, FFS 방식을 채용한 인-셀형의 터치 패널 기능이 구비된 액정 패널을 예시하지만, 이것으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 실시 형태와 관련되는 액정 패널은, IPS 방식의 액정 패널에도 적용할 수 있고, 액정 패널을 구성하는 한 쌍의 기판 가운데, 일방의 기판에 액정 구동용 전자 회로 및 감지 센서용 전극이 설치되고 타방의 기판에는 전극은 형성되지 않고 컬러 필터가 형성된 구성에도 적용 가능하다.
［액정 패널］
도 1은 본 실시 형태와 관련되는 액정 패널을 나타내는 개략적 단면도이다.
도 1에 나타내는 액정 패널(1)은, 화상을 표시하는 기능과 터치 패널 기능을 겸비한다. 액정 패널(1)은, 투명 도전층이 구비된 기판(10), 대향 기판(20), 액정(40), 편광판(50), 커버-유리(60), 및 편광판(51)을 구비한다. 도 1의 예에서는, Z축 방향에서, 편광판 (51), 대향 기판 (20), 액정 (40), 투명 도전층이 구비된 기판 (10), 편광판(50) 및 커버-유리(60)가 순서대로 적층되어 있다. 액정(40) 내에는, 스페이서(41)가 설치되어 있다.
액정 패널(1)에서, 편광판(51)에 백라이트가 입사한다. 또한, 액정 패널(1)에서, 커버-유리(60)를 통해 화상이 시인된다. 또한, 액정 패널(1)에서는, 커버-유리(60)를 손가락(70) 등으로 터치함으로써, 터치 조작을 실시할 수 있다. 이하, 액정 패널(1)에서의 각 부재의 구성에 대해 상세하게 설명한다.
투명 도전층이 구비된 기판(10)은, 투명 도전층(12)과 컬러 필터 기판(14)을 가진다. 컬러 필터 기판(14)은, 투명 기판(11)(제1 투명 기판)과 컬러 필터(15)를 포함한다. 투명 기판(11)은, 투명 도전층(12)과 컬러 필터(15)의 사이에 설치되어 있다. 투명 기판(11)은, 예를 들면, 유리 기판이다. 투명 도전층(12)은, 액정 패널(1)에서, 예를 들면, 대전 방지층으로서 기능한다.
투명 도전층(12)은, 투명 기판(11)의 표면(11a)(제1면) 상에 설치되어 있다. 투명 도전층(12)은, 산화주석(SnO2)과, 산화니오브(Nb2O3 또는 Nb2O5), 산화탄탈(Ta2O3 또는 Ta2O5) 및 산화안티몬(Sb2O3 또는 Sb2O5)의 적어도 어느 하나를 포함한다.
예를 들면, 투명 도전층(12)은, 주성분으로서의 산화주석과, 부성분으로서의 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나로 이루어진다. 여기서, 투명 도전층(12)에는, 타겟재의 제조 과정에서 도입되는, 미량 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 등의 원소가 포함되는 경우가 있다. 투명 도전층(12)에, 미량 원소(Al, Zr등)가 포함되거나 포함되지 않거나 해도, 본 실시 형태에서는, 실질적으로 동일한 효과가 얻어진다. 또한 부성분으로서는, 상기의 산화물 외에, 제3족 원소의 어느 하나의 산화물이어도 좋다.
또한, 투명 도전층(12)에서, 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나의 함유율은, 5wt% 이상 15wt% 이하이다. 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나의 함유율이 5wt%보다 작아지면, 예를 들면, 투명 도전층(12)의 저항이 낮아져 바람직하지 않다. 한편, 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나의 함유율이 15wt%보다 커지면, 예를 들면, 성막시에 사용하는 타겟재가 갈라지기 쉬워져 바람직하지 않다.
이러한 산화물로 구성되는 투명 도전층(12)의 시트 저항은, 예를 들면, 1×107(Ω／sq.) 이상 1×1010(Ω／sq.) 이하이다. 투명 도전층(12)의 시트 저항이 1×107(Ω／sq.)보다 작아지면, 예를 들면, 터치 조작시의 터치 신호가 투명 도전층(12)에 의해 차폐되어 바람직하지 않다. 한편, 투명 도전층(12)의 시트 저항이 1×1010(Ω／sq.)보다 커지면, 예를 들면, 투명 도전층(12)의 제전기능이 저하해 바람직하지 않다.
투명 도전층(12)의 시트 저항은, 투명 도전층(12)에 포함되는 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나의 함유율을 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 혹은, 이 시트 저항은, 예를 들면, 성막시에 투명 도전층(12)에 도입하는 산소의 양을 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 또한, 이러한 시트 저항을 가지는 투명 도전층(12)의 투과율은, 파장 550nm에서 98.5% 이상이다.
투명 도전층(12)이 설치된 액정 패널(1)에서는, 투명 도전층(12)이 내후성 또는 내약품성이 뛰어나고, 투명 도전층(12)에 포함되는 산화물이 환원되기 어렵다. 이것에 의해, 투명 도전층(12)의 저항이 고저항 상태(1×107(Ω／sq.) 이상 1×1010(Ω／sq.) 이하)에서 장시간에 걸쳐 유지된다. 이 결과, 액정 패널(1)에서는, 터치 조작시의 터치 감지가 안정되고, 컬러 필터(15)의 대전이 억제된다. 또한 액정 패널(1)에서는, 투명 도전층(12)에서의 광의 투과율이 높아져, 액정 패널에서의 광투과율이 현저하게 감소하지 않고, 액정 패널(1)에서의 화상을 보다 선명히 시인할 수 있다. 즉, 액정 패널(1)의 동작 신뢰성은, 보다 향상된다.
또한, 투명 도전층(12)의 두께는, 5nm 이상 15nm 이하이다. 투명 도전층(12)의 두께가 5nm보다 작아지면, 예를 들면, 투명 도전층(12)의 시트 저항이 상기의 범위보다 높아져, 투명 도전층(12)의 제전기능이 저감하므로 바람직하지 않다. 투명 도전층(12)의 두께가 15nm보다 커지면, 예를 들면, 투명 도전층(12)의 투과율이 저하하므로 바람직하지 않다.
또한, 투명 도전층(12)에는, 질소(N)가 함유되어도 좋다. 질소는, 예를 들면, 불순물 원소로서 투명 도전층(12)에 함유되어 있다. 투명 도전층(12)의 시트 저항은, 예를 들면, 질소의 첨가량을 변화시킴으로써 조정할 수 있다. 예를 들면, 투명 도전층(12)의 성막시에는, 성막시에 도입하는 산소의 비율을 투명 도전층(12)이 환원하지 않는 정도로 조정하고, 투명 도전층(12)의 시트 저항을 성막시에 도입하는 질소의 비율을 산소의 비율과는 독립해 제어함으로써 조정할 수 있다.
만일, 투명 도전층을 ITO(Indium Tin Oxide) 층 단체(單體)로 구성했을 경우에는, ITO층의 내후성 또는 내약품성이 낮기 때문에, 시간의 경과에 따라 ITO층의 시트 저항이 낮아진다. 이것에 의해, ITO층 단체로 구성된 액정 패널에서는, 터치 감지 기능이 경시적으로 열화하게 된다. 이것은, ITO층에 포함되는 산소가 경시적으로 이탈해(이른바 산소의 누락), 그 시트 저항이 경시적으로 낮아진다고 고려된다. 또한, 이 이유로서 접합 기판에 ITO를 성막하면, 어닐링 처리를 충분히 실시하지 못하고, 결정성이 높은 ITO층을 형성하지 못하는 것이 있다. 또한, ITO층에 Si가 첨가된 단체 층에 있어도, ITO가 단체 층 표면에 노출하므로 마찬가지의 현상이 일어날 수 있다.
또한, ITO층에 포함되는 산소가 경시적으로 이탈하는 현상을 방지하기 위해서, ITO층에, 산소의 이탈을 억제하는 캡층을 설치하는 방법이 고려된다. 그러나, ITO층 상에 캡층이 설치된 적층체는, 단층체(單層體)에 비해 층수가 증가해, 적층체 자체의 광투과율이 낮아진다. 이 적층체의 광투과율을 상승시키는 방법으로서 캡층을 반사 방지층으로서 기능시키는 방법이 있다. 그러나, 반사 방지층은, 비교적 두껍게 형성할 필요가 있어, 이 방법을 채용하면, 제조 코스트가 상승해 버린다.
이와 같이, 액정 패널에서는, 상기의 투명 도전층(12)을 이용하는 것이 바람직하다.
컬러 필터(15)는, 투명 기판(11)의 표면(11b)(제2면) 상에 형성된다. 컬러 필터(15)는, 흑색 수지 등에서 격자상으로 형성된 블랙 매트릭스와, 블랙 매트릭스의 개구부를 매립하도록, 예를 들면, 스트라이프상으로 형성된 적색 착색 층, 녹색 착색 층, 청색 착색 층으로 구성된다. 컬러 필터(15) 상에는 도시하지 않는 배향막이 형성되어 있다.
격자상의 블랙 매트릭스에 의해 형성되는 개구부는 서브 화소에 대응하고, 1개의 화소는, 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소의 3개의 서브 화소에 의해서 구성된다.
대향 기판(20)은, 투명 기판(21)(제2 투명 기판)과, 감지 센서용 전극 및 액정 구동용 전자 회로를 구비하는 기능층(22)을 가진다. 투명 기판(21)은, 예를 들면, 유리 기판이다.
투명 기판(21)은, 표면(21a)과 표면(21b)을 가진다. 기능층(22)는, 투명 기판(21)의 표면(21b)상에 설치되어 있다. 또한, 기능층(22) 상에는 도시되지 않은 배향막이 형성되어 있다.
액정 구동용 전자 회로는, 액정(40)을 구동하는 것이다. 감지 센서용 전극은, 감지 센서의 일부를 구성해, 커버-유리(60) 표면 상에서의 터치 조작을 감지하는 것이다.
기능층(22)은, 화소 전극과 TFT(Thin Film Transistor)와 게이트 라인, 신호 라인, 공통 전극, 공통 전극 구동용 라인, 감지 센서용 구동 라인, 및 감지 센서용 검출 라인을 가진다.
액정 구동용 전자 회로는, 화소 전극, TFT, 게이트 라인, 신호 라인, 공통 전극, 및 공통 전극 구동용 라인으로 이루어진다. 이러한 액정 구동용 전자 회로는, 액정 패널에 전기적으로 접속하는 도시하지 않는 구동 회로 기판에 설치되는 구동 제어 회로에 의해서 구동 제어된다.
감지 센서용 전극은, 감지 센서용 구동 라인, 감지 센서용 검출 라인, 및 공통 전극으로 이루어진다. 감지 센서는, 이러한 감지 센서용 전극과 터치 위치 검출 제어 회로로 이루어지고, 터치 위치 검출 제어 회로는 액정 패널에 전기적으로 접속하는 도시하지 않는 구동 회로 기판에 설치된다. 감지 센서를 설치함으로써, 액정 패널은 터치 패널 기능을 구비한다. 액정 구동용으로 이용되는 공통 전극은 감지 센서용 전극으로서도 기능한다.
이와 같이 대향 기판(20)에는, 액정 패널(1)의 표시 화면에 표시하는 화상을 생성하는 액정 구동용 전자 회로와, 액정 패널(1)의 표면 상의 손가락(70)이나 터치 펜 등의 기구에 의한 터치를 감지하는 감지 센서의 일부가 설치되어 있다.
투명 기판(21)의 수평면을 XY 평면으로 하면, 게이트 라인과 신호 라인은 층간 절연막을 통해 각각 X축 방향, Y축 방향으로 설치되고, 그 교차부마다 TFT 및 빗살모양의 화소 전극이 설치된다. TFT를 구성하는 게이트 전극은 게이트 라인과 전기적으로 접속되고, TFT를 구성하는 소스, 드레인은 각각 신호 라인과 화소 전극에 전기적으로 접속된다.
공통 전극은, (1) 화소마다 대응해 섬상으로 복수 형성된다. TFT, 공통 전극, 화소 전극은, 각각 투명 기판(21)측으로부터 TFT, 층간 절연막, 공통 전극, 층간 절연막, 화소 전극의 순서로 적층된 구성으로 되어 있다.
공통 구동용 라인은, 공통 전극과 전기적으로 접속하고, 신호 라인, 소스 및 드레인과 동일한 층에서 형성된다.
감지 센서용 구동 라인은, 게이트 전극 및 게이트 라인과 동일한 층에서 X축 방향으로 복수 형성된다. 감지 센서용 구동 라인은, 일부의 공통 전극과 전기적으로 접속하고, 감지 센서용 구동 전극에 접속된 공통 전극은, 감지 센서의 구동 전극으로서 기능한다. 감지 센서용 구동 전극은, 도시하지 않는 터치 위치 검출 제어 회로에 접속되어 있고, 이 터치 위치 검출 제어 회로는, 터치 위치 검출용의 구동 신호를 출력한다.
감지 센서용 검출 라인은, 소스 및 신호 라인과 동일한 층에서 Y축 방향으로 복수 형성된다. 감지 센서용 검출 라인은, 감지 센서용 구동 라인과 전기적으로 접속하고 있지 않는 다른 공통 전극과 전기적으로 접속하고, 감지 센서용 검출 라인에 접속된 공통 전극은, 감지 센서의 검출 전극으로서 기능한다. 감지 센서용 구동 라인은, 도시하지 않는 터치 위치 검출 제어 회로에 접속되어 있고, 이 터치 위치 검출 제어 회로는, 감지 센서용 검출 라인으로부터 보내 온 검출 신호를 수신한다. 그리고, 수신한 검출 신호를 해석함으로써 터치 위치의 좌표를 산출한다.
액정 패널(1)에서, 표시 단계에서는, 액정 구동용 전자 회로에 의해 횡전계가 형성되어 액정(40)을 구동하고, 액정 패널(1)에 화상을 표시시킨다. 터치 단계에서는, 손가락이 표시면에 가까워짐으로써, 감지 센서의 구동 전극과 검출 전극의 사이의 용량이 감소하므로, 이 용량의 변화를 감지 센서에 의해서 검출함으로써 손가락의 터치 위치를 특정한다.
액정(40)은, 투명 도전층이 구비된 기판(10)의 컬러 필터(15)와 대향 기판(20)의 사이에 설치되어 있다. 컬러 필터(15)와 대향 기판(20)의 간극은, 스페이서(41)에 의해서 보지된다. 컬러 필터(15)가 형성되어 있는 투명 기판(11)의 표면(11b)은, 대향 기판(20)의 기능층(22)이 설치된 투명 기판(21)의 표면(21b)에 대향하고 있다. 액정(40)의 구동은, 액정 구동용 전자 회로에 의해서 제어된다. 또한, 커버-유리(60)는, 도시하지 않는 점착층에 의해서 편광판(50)에 고정되어 있다.
［투명 도전층의 제조 방법］
액정 패널(1)의 구성요소인 투명 도전층이 구비된 기판(10)의 제조 방법에 대해 도 1을 참조하면서 설명한다.
예를 들면, 블랙 매트릭스, 적색 착색 층, 녹색 착색 층 및 청색 착색 층으로 이루어지는 컬러 필터(15)가 투명 기판(11)의 표면(11b)에 형성된 컬러 필터 기판(14)이 준비된다.
다음에, 컬러 필터(15)가 형성되어 있지 않은 투명 기판(11)의 표면(11a)에 투명 도전층(12)이 형성된다. 투명 도전층(12)은, 예를 들면, DC 스퍼터링법으로 형성된다. DC 스퍼터링법으로서는, 마그네트론 DC 스퍼터링 방식이 채용되어도 좋다. 또는, 투명 도전층(12)은, 예를 들면, AC 스퍼터링법으로 형성되어도 좋다. AC 스퍼터링법으로서는, 마그네트론 AC 스퍼터링 방식이 채용되어도 좋다. AC 스퍼터링법에 따르면, 도전성의 타겟재를 이용했을 때, 고저항 상태의 투명 도전층(12)을 형성(반응성 스퍼터링)할 때에, 애노드를 확보할 수 있고, 생산성이 뛰어나다.
타겟재로서는, 산화주석과, 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나를 포함하는 타겟재가 이용된다. 예를 들면, 타겟재는, 주성분으로서의 산화주석과, 부성분으로서의 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나로 이루어진다. 여기서, 타겟재에는, 타겟재의 제조 과정에서, 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr) 등의 미량의 원소가 도입되는 경우가 있다. 타겟재에, 미량 원소(Al, Zr등)가 포함되거나 포함되지 않거나 해도, 본 실시 형태에서는 실질적으로 동일한 효과가 얻어진다.
타겟재에서의 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나의 함유율은, 5wt% 이상 15wt% 이하이다. 이하에는, 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬 중 산화니오브를 포함하는 타겟재를 이용했을 경우를 예시한다. 여기서, 타겟재에서의 산화니오브의 함유율은, 예를 들면, 10wt%이다.
예를 들면, 산화주석과 산화니오브를 포함하는 타겟재가 이용되고, DC 스퍼터링 장치 내에서, 투명 기판(11)의 표면(11a)에 투명 도전층(12)이 형성된다. 투명 도전층(12)의 두께는, 예를 들면, 10nm이다. 성막 조건은, 이하와 같다.
타겟재：산화주석/산화니오브(10wt%)
방전 가스：아르곤(Ar)/산소(O2)
가스 총압：0.1 Pa 이상 1.0 Pa 이하
아르곤 분압：0.2 Pa(유량 40sccm)
산소분압：0.005 Pa(유량 1.0sccm) 이상 0.05 Pa(10sccm) 이하, 바람직하게는, 0.005 Pa(유량 1.0sccm) 이상 0.013 Pa(유량 2.5sccm) 이하
기판 온도：25℃ 설정
만일, 투명 도전층으로서 고저항 상태의 ITO층 단체를 형성하는 경우에는, 성막시에 혼합가스 중의 산소분압을 높게 해 산소를 ITO층 내에 많이 도입시킬 필요가 있다. 그러나, 이 방법은, ITO층 내에 산소가 많이 도입되어 산소가 경시적으로 이탈하고, 그 시트 저항이 경시적으로 낮아져 버린다.
이것에 대해, 본 실시 형태에서는, 혼합가스 중의 산소분압을 높게 하지 않더라도, 고저항 상태의 투명 도전층(12)이 얻어지는 타겟재를 이용하고 있다. 이 이유는, 다음의 도 2로 설명된다.
도 2는, 산화주석과 산화니오브를 포함하는 타겟재를 이용했을 경우의 산소 유량과 투명 도전층의 시트 저항의 관계를 나타내는 개략적 그래프도이다.
도 2의 횡축은, 성막시에서의 산소 유량 (sccm)이고, 종축은, 투명 도전층(12)의 시트 저항(Ω／sq.)이다. 도 2에는, 투명 도전층(12)을 대기 중에 실온에서 방치했을 경우와, 120℃에서 60분 동안 대기 중에 방치했을 경우의 결과가 나타나 있다. 여기서, 화살표 A는, 소망한 고저항 상태(1×107(Ω／sq.) 이상 1×1010(Ω／sq.))의 범위를 의미한다. 이 범위는 일례이고, 고저항 상태는, 화살표 A로 나타내 보이는 범위로 한정되지 않는다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 투명 도전층(12)을 대기 중에 실온에서 방치하는 경우(△)에는, 산소 유량이 1.0sccm 이상 2.5sccm 이하의 범위에서, 유량이 1.5sccm 인 때에 투명 도전층(12)의 시트 저항이 극소로 된다. 그리고, 이 극소치(1×108(Ω／sq.))는, 소망한 고저항 상태의 범위 내에 포함되어 있다.
또한, 투명 도전층(12)을 120℃에서 60분 동안 대기 중에 방치했을 경우(○)에는, 산소 유량이 1.0sccm 이상 2.5sccm 이하의 범위에서, 유량이 2.5sccm인 때에 투명 도전층(12)의 시트 저항이 극소로 된다. 그리고, 이 극소치(1×107(Ω／sq.))는, 소망한 고저항 상태의 범위 내에 있다. 비교를 위해서, ITO로 이루어지는 타겟재를 이용했을 경우의 산소 유량과 ITO층의 시트 저항의 관계를 이하에 설명한다.
도 3은, 비교예로서의 ITO로 이루어지는 타겟재를 이용했을 경우의 산소 유량과 ITO층의 시트 저항의 관계를 나타내는 개략적 그래프도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, ITO로 이루어지는 타겟재를 이용했을 경우에는, 소망한 고저항 상태의 ITO층을 얻기 위해서, 산화주석과 산화니오브를 포함하는 타겟재를 이용했을 경우에 비해, 산소 유량 (산소분압)을 높게 할 필요가 있다. 예를 들면, ITO층에, 4.5sccm 이상의 산소를 도입하고 있다. 단, 이러한 ITO층에서는, 산소가 경시적으로 이탈하는 경우가 있다.
이것에 대해, 산화주석과 산화니오브를 포함하는 타겟재를 이용했을 경우에는, 혼합가스 중의 유량 (산소분압)을 높게 하지 않더라도, 소망한 고저항 상태의 투명 도전층(12)이 얻어진다. 즉, 산화주석과 산화니오브를 포함하는 타겟재를 이용하면, 산소를 과잉으로 투명 도전층(12) 내에 도입하지 않아도, 소망한 고저항 상태의 투명 도전층(12)이 형성된다. 환언하면, 산화주석과 산화니오브를 포함하는 타겟재를 이용하면, ITO층을 형성하는 경우에 비해, 적은 양의 산소를 투명 도전층(12)에 도입함으로써 고저항 상태의 투명 도전층(12)이 얻어진다.
이것에 의해, 투명 도전층(12)에서는, 산화물의 환원이 장시간에 걸쳐 억제되고 고저항 상태가 장시간에 걸쳐 유지된다. 이 결과, 액정 패널(1)은, 터치 감도의 열화가 없고, 대전에 의한 오동작이 적고, 동작 신뢰성이 높은 액정 패널이 된다. 또한 산화주석과 산화니오브를 포함하는 타겟재를 이용했을 경우, 산소 유량이 1sccm(분압 0.005 Pa)보다 작아지면, 예를 들면, 투명 도전층(12)의 광투과율이 상승해 바람직하지 않다. 또한, 산화주석과 산화니오브를 포함하는 타겟재를 이용했을 경우, 산소 유량이 10sccm(분압 0.05 Pa)보다 커지면, 예를 들면, 투명 도전층(12)에 산소가 많이 도입되어 투명 도전층(12)으로부터 산소가 경시적으로 이탈하기 쉬워져 바람직하지 않다.
또한, 상기의 혼합가스(Ar/O2)에는, 질소(N2)가 더 함유되고, 투명 도전층(12)이 형성되어도 좋다. 이 경우, 투명 도전층(12)에는, 예를 들면, 질소(N)가 불순물 원소로서 도입된다. 성막 조건은, 이하와 같다.
타겟재：산화주석/산화니오브(10wt%)
방전 가스：아르곤(Ar)/산소(O2)/질소(N2)
가스 총압：0.1 Pa 이상 1.0 Pa 이하
아르곤 분압：0.2 Pa(유량 40sccm)
산소분압：0.005 Pa(유량 1.0sccm) 이상 0.05 Pa(10sccm) 이하, 바람직하게는, 0.005 Pa(유량 1.0sccm) 이상 0.013 Pa(유량 2.5sccm) 이하
질소 분압：0.025 Pa(유량 5.0sccm) 이상 0.1 Pa(유량 20sccm) 이하
기판 온도：25℃ 설정
도 4는, 아르곤 및 산소의 혼합가스에 질소를 첨가했을 경우의 질소 유량과 투명 도전층의 시트 저항의 관계를 나타내는 개략적 그래프도이다.
도 4의 횡축은, 성막시에서의 질소 유량 (sccm)이고, 종축은, 투명 도전층(12)의 시트 저항(Ω／sq.)이다. 도 4에는, 투명 도전층(12)을 120℃에서 60분 동안 대기 중에 방치했을 경우의 결과가 나타나 있다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 혼합가스(Ar/O2)에 첨가한 질소 유량이 변화하면, 투명 도전층(12)의 시트 저항이 소망한 고저항 상태의 범위 내에서 변화한다. 예를 들면, 질소 유량을 5sccm 이상 20sccm 이하의 범위에서 증가시키면, 투명 도전층(12)의 시트 저항이 질소 유량의 증가에 따라 증가한다. 즉, 질소 유량을 조정함으로써, 투명 도전층(12)의 시트 저항을 제어할 수 있다.
예를 들면, 본 실시 형태에서는, 투명 도전층(12)의 성막시에, 투명 도전층(12)이 환원되기 어려운 정도로, 혼합가스(Ar/O2) 중의 산소의 비율이 조정되어 투명 도전층(12)이 형성된다. 일례로서 투명 도전층(12)이 120℃에서 60분 동안 대기 중에 방치되는 경우에는, 산소 유량이 2.5sccm로 조정된다. 그리고, 이 성막시에는, 산소의 비율과는 독립해서 질소의 비율을 조정함으로써, 투명 도전층(12)의 시트 저항을 소정의 저항으로 제어할 수 있다.
이것에 의해, 산화물의 환원이 장시간에 걸쳐 확실히 억제되고, 또한 질소의 첨가량에 의해서 소망한 시트 저항으로 조정된 투명 도전층(12)이 얻어진다.
또한 성막 방법의 예시에서는, 컬러 필터 기판(14)에 투명 도전층(12)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 미리 컬러 필터 기판(14)과 대향 기판(20)을 대향시켜, 컬러 필터 기판(14)과 대향 기판(20)의 사이에 액정(40)이 주입된 후, 컬러 필터 기판(14)에 투명 도전층(12)가 형성되어도 좋다. 이 경우에도, 투명 도전층(12)의 성막 조건은 동일하다.
［투명 도전층의 평가］
도 5는, 투명 도전층의 광투과율을 나타내는 개략적 그래프도이다.
도 5의 횡축은, 파장(nm)이고, 종축은, 광투과율(%)이다.
또한, 도 5에는, 투명 도전층(12)을 120℃에서 60분 동안 대기 중에 방치했을 경우의 결과가 나타나 있다. 도 5에서의 성막 조건은, 이하와 같다.
타겟재：산화주석/산화니오브(10wt%)
방전 가스：아르곤(Ar)/산소(O2)/질소(N2)
가스 총압：0.1 Pa 이상 1.0 Pa 이하
아르곤 분압：0.2 Pa(유량 40sccm)
산소분압：0.013 Pa(유량 2.5sccm)
질소 분압：0 Pa(유량 0sccm) 이상 0.1 Pa(유량 20sccm) 이하
기판 온도：25℃ 설정
도 5에 나타낸 바와 같이, 질소 분압을 0 Pa(유량 0sccm) 이상 0.1 Pa(유량 20 sccm) 이하의 범위에서 변화시킨 상기의 성막 조건에서는, 어느 성막 조건에서도 투명 도전층(12)의 광투과율 스펙트럼은, 거의 동일한 라인 상에 놓여져 있다. 예를 들면, 질소 분압을 0 Pa(유량 0sccm) 이상 0.1 Pa(유량 20sccm) 이하의 범위에서 변화시킨 상기의 성막 조건에서는, 투명 도전층(12)의 투과율은, 파장 400nm에서 94.0% 이상이고, 파장 550nm에서 98.5% 이상이고, 파장 700nm에서 99.4% 이상이 된다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는, 높은 광투과율을 가지는 투명 도전층(12)이 얻어지고 있다.
도 6 및 도 7은, 투명 도전층의 시트 저항의 경시 변화를 나타내는 개략적 그래프도이다.
도 6, 7의 횡축은, 시간(h)이고, 종축은, 시트 저항(Ω／sq.)이다.
도 6에는, 투명 도전층(12)을 실온에서, 대기 중에 방치했을 경우의 결과가 나타나 있다.
도 7에는, 투명 도전층(12)을 60℃, 수증기 90 RH%하에서 방치했을 경우의 결과가 나타나 있다. 도 6, 7에서의 성막 조건은, 이하와 같다.
타겟재：산화주석/산화니오브(10wt%)
방전 가스：아르곤(Ar)/산소(O2)/질소(N2)
가스 총압：0.1 Pa 이상 1.0 Pa 이하
아르곤 분압：0.2 Pa(유량 40sccm)
산소분압：0.013 Pa(유량 2.5sccm)
질소 분압：0 Pa(유량 0sccm) 이상 0.05 Pa(유량 10sccm) 이하
기판 온도：25℃ 설정
도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 투명 도전층(12)을 대기 중 또는 항온 항습 조건하에 방치해도, 투명 도전층(12)의 시트 저항이 200 시간 이상에 걸쳐 소망한 고저항 상태로 유지되어 있다. 이와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 대전 방지층으로서 시간 경과 열화가 적은 투명 도전층(12)을 얻을 수 있다.
도 8은, 투명 도전층의 내식성을 나타내는 개략적 그래프도이다.
도 8에서, 횡축은, 투명 도전층(12) 및 ITO층을 인-질-아세트산에 침지시킨 시간(min)이고, 종축은, 시트 저항(Ω／sq.)이다.
성막 조건은, 이하와 같다. 성막시의 산소분압에 대해서는, 투명 도전층(12) 및 ITO층의 시트 저항이 1×108(Ω／sq.) 이상 1×1010(Ω／sq.) 이하에 포함되도록 조정되어 있다.
투명 도전층(12)의 성막 조건：
타겟재：산화주석/산화니오브(10wt%)
방전 가스：아르곤(Ar)/산소(O2)
가스 총압：0.21Pa
아르곤 분압：0.2 Pa(유량 40sccm)
막두께：10nm
기판 온도：25℃ 설정
ITO층의 성막 조건：
타겟재：산화인듐/산화주석(10wt%)
방전 가스：아르곤(Ar)/산소(O2)
가스 총압：0.23Pa
아르곤 분압：0.2 Pa(유량 40sccm)
막두께：10nm
기판 온도：25℃ 설정
도 8에 나타낸 바와 같이, ITO층에서는, 성막 직후의 시트 저항이 2.1×109(Ω／sq.)이었다. 이 후, ITO층이 인-질-아세트산에 10분간 침지되면, ITO층의 막두께가 감소해, 시트 저항이 2.5×1014(Ω／sq.)에까지 상승했다.
이것에 대해, 투명 도전층(12)에서는, 성막 직후의 시트 저항이 2.0×108(Ω／sq.)이었다. 이 후, 투명 도전층(12)은, 인-질-아세트산에 침지되었지만, 막두께 감소가 ITO층에 비해 억제되었다. 예를 들면, 인-질-아세트산에 투명 도전층(12)이 5분간 침지된 후의 시트 저항은, 2.8×108(Ω／sq.)로 되고, 10분간 침지된 후의 시트 저항은, 3.1×108(Ω／sq.)로 되고, 20분간 침지된 후의 시트 저항은, 2.3×108(Ω／sq.)로 되었다. 이와 같이, 투명 도전층(12)에서는, 인-질-아세트산에 침지시켜도 ITO층 정도의 시트 저항의 증가가 일어나지 않았다. 즉, 투명 도전층(12)의 산에 대한 내식성은, ITO층의 산에 대한 내식성에 비해 높다.
또한, 성막 온도가 25℃의 성막 조건에서는, 투명 도전층(12) 및 ITO층은, 일반적으로, 비정질층이 된다. 여기서, ITO층에서는, 고온 어닐링 처리를 실시함으로써, 결정성이 양호하게 되어, 그 내식성이 증가하는 것이 알려져 있다. 그러나, 액정 패널은, 슬리밍 처리에 의해 얇게 되고, 가열되면 액정 중의 공기 팽창에 의해 갈라져 버린다. 따라서, 결정성이 좋은 ITO층을 액정 패널에 설치할 수 없다.
이것에 대해서, 본 실시 형태에서는, 컬러 필터 기판(14) 상에 투명 도전층(12)을 실온인 채 성막할 수 있다. 그리고, 투명 도전층(12)가 비정질이어도, 그 내식성이 높기 때문에, 신뢰성이 높은 액정 패널이 실현된다. 또한, 액정 패널(1)에서는, 투명 도전층(12)에 대한 고온 어닐링 처리가 불필요하게 되어, 제조 프로세스가 보다 간략화 된다.
또한, 표 1에는, 투명 도전층의 경도의 비교가 나타나 있다.
Figure 112018019488216-pct00001
표 1에서, 어닐링 처리의 조건은, 대기 분위기에서 240℃, 40분이다. 또한, 「HM」는, 마르텐스 경도이다. 「HIT」는, 나노인덴테이션 경도이다.「HV」는, 비커스 경도이다. 막두께는, 1000nm이다.
표 1에 나타낸 바와 같이, 투명 도전층(12)의 마르텐스 경도, 나노인덴테이션 경도 및 비커스 경도는, ITO층의 것보다 증가되어 있다. 이것에 의해, 투명 도전층(12)을 구비한 액정 패널(1)의 내구성은, 보다 향상한다.
예를 들면, 투명 도전층(12)의 비커스 경도(HV)가 증가한 것에 의해, ITO층을 이용했을 경우에 비해, 내상성이 뛰어나다.
이 외, 투명 도전재로서는, 산화아연, 산화티탄이 있다. 그러나, 산화아연 층의 인-질-아세트산에 대한 내성은, 투명 도전층(12)에 비해 뒤떨어지는 것을 알 수 있다. 한편, 산화티탄층의 굴절률은, 투명 도전층(12)에 비해 높고, 산화티탄층과 산화티탄층에 접촉하는 층의 계면에서 보다 광반사가 일어나기 어렵게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 장기에 걸쳐 동작특성이 안정한, 투명 도전층이 구비된 기판 (10), 액정 패널(1)이 얻어진다. 또한, 본 발명은 상술의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니고 여러 가지 변경을 더할 수 있는 것은 물론이다.
1: 액정 패널
10: 투명 도전층이 구비된 기판
11: 투명 기판
11a, 11b: 표면
12: 투명 도전층
14: 컬러 필터 기판
15: 컬러 필터
20: 대향 기판
21: 투명 기판
21a, 21b: 표면
22: 기능층
40: 액정
41: 스페이서
50, 51: 편광판
60: 커버-유리
70: 손가락

Claims (13)

  1. 투명 기판 및 컬러 필터를 가지는 기판, 및
    상기 기판 상에 설치되고, 산화주석을 주성분으로 하며, 부성분인 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나의 함유율이 5wt% 이상, 15wt% 이하인 투명 도전층을 구비하고,
    상기 투명 기판은 상기 투명 도전층과 상기 컬러 필터 사이에 설치되어 있는, 투명 도전층이 구비된 기판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투명 도전층의 시트 저항은, 1×107 Ω／sq. 이상 1×1010 Ω／sq. 이하이고,
    상기 투명 도전층의 투과율은 파장 550 nm에서 98.5% 이상인, 투명 도전층이 구비된 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투명 도전층의 두께는 5 nm 이상 15 nm 이하인, 투명 도전층이 구비된 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 투명 도전층은 질소를 함유하는, 투명 도전층이 구비된 기판.
  6. 삭제
  7. 제1면과 제2면을 가지는 제1 투명 기판; 상기 제1면 상에 설치되고, 산화주석을 주성분으로 하며, 부성분인 산화니오브, 산화탄탈 및 산화안티몬의 적어도 어느 하나의 함유율이 5wt% 이상, 15wt% 이하인 투명 도전층; 및 상기 제2면 상에 설치된 컬러 필터;를 가지는 투명 도전층이 구비된 기판,
    제2 투명 기판과, 상기 제2 투명 기판 상에 설치된 감지 센서용 전극 및 액정 구동용 전자 회로를 가지는 대향 기판, 및
    상기 투명 도전층이 구비된 기판과 상기 대향 기판의 사이에 설치되어 상기 액정 구동용 전자 회로에 의해서 구동 제어되는 액정,
    를 구비하는, 액정 패널.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 투명 도전층의 시트 저항은, 1×107 Ω／sq. 이상 1×1010 Ω／sq. 이하이고,
    상기 투명 도전층의 투과율은 파장 550 nm에서 98.5% 이상인, 액정 패널.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 투명 도전층의 두께는 5 nm 이상 15 nm 이하인, 액정 패널.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 투명 도전층은 질소를 함유하는, 액정 패널.
  12. 삭제
  13. 삭제
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