KR20070085381A

KR20070085381A - 투명 도전막 부착 기판과 그 패터닝 방법

Info

Publication number: KR20070085381A
Application number: KR1020077011141A
Authority: KR
Inventors: 야스히코 아카오; 쇼타로 하나다; 다테오 바바
Original assignee: 아사히 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2007-08-27
Also published as: CN101080785B; JPWO2006068204A1; WO2006068204A1; US20070241364A1; TW200629302A; CN101080785A

Abstract

생산성이 높고, 또한 레이저 패터닝에 바람직한 투명 도전막 부착 기판을 제공한다. 유리 기판 상에 산화인듐을 주성분으로 하는 투명 도전막을 형성하여 이루어지는 투명 도전막 부착 기판 유리로서, 그 투명 도전막 표면의 평균 도메인 직경이 150㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 투명 도전막 부착 기판 및 상기 투명 도전막이 비정질인 상기 투명 도전막 부착 기판. 상기 투명 도전막은 스퍼터링법에 의해 막 형성시의 기판 온도가 200℃ 이하에서 형성되어 이루어지는 상기 투명 도전막 부착 기판.

투명 도전막, 패터닝 방법, 레이저 패터닝, FPD

Description

투명 도전막 부착 기판과 그 패터닝 방법{SUBSTRATE WITH TRANSPARENT CONDUCTIVE FILM AND PATTERNING METHOD THEREOF}

기술분야

본 발명은 플랫 패널 디스플레이 (FPD) 에 바람직하게 사용되는 투명 도전막 부착 기판에 관한 것이다.

배경기술

주로 FPD 의 투명 전극에 사용되는 산화인듐을 주성분으로 하는 투명 도전막은 종래 포토리소그래피에 의한 습식 에칭법으로 패터닝되고 있었다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 그러나, 기판의 대형화에 따라, 습식 에칭법에 의한 패터닝은 포토리소그래피에 사용하는 대형 마스크 제작이 어려워지고, 공정 수가 많다는 점에 의해 비용 상승의 문제가 있었다. 그래서, 레이저로 직접 기판에 패턴을 형성하는 레이저 패터닝법이 사용되는 중이다. 레이저 패터닝법에서는 레이저에 의해 투명 도전막을 증발시켜 패터닝을 실시하지만, 종래 사용되고 있는 산화인듐을 주성분으로 하는 투명 도전막의 하나인 주석 도프 산화인듐 (ITO) 막은 증발시키기 어렵고, 증발시키기 위하여 높은 레이저 출력으로 천천히 주사할 필요가 있어, 생산성이 낮은 문제가 있었다.

특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 평7-64112호

발명의 개시

본 발명은 생산성이 높고, 또한 레이저 패터닝에 바람직한 투명 도전막 부착 기판 및 그것을 사용한 플랫 패널 디스플레이 및 상기 투명 도전막 부착 기판의 패터닝 방법의 제공을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은 유리 기판 상에 산화인듐을 주성분으로 하는 투명 도전막을 형성하여 이루어지는 투명 도전막 부착 기판 유리로서, 그 투명 도전막 표면의 평균 도메인 직경이 150㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 투명 도전막 부착 기판을 제공한다.

본 발명은 또한 상기 투명 도전막이 비정질인 상기 투명 도전막 부착 기판, 상기 투명 도전막이 레이저 패터닝 용도로서 사용되는 상기 투명 도전막 부착 기판, 상기 투명 도전막이 스퍼터링법에 의해 막형성시의 기판 온도가 250℃ 이하에서 형성되어 이루어지는 상기 투명 도전막 부착 기판 및 상기 투명 도전막 부착 기판을 레이저 패터닝한 후 300℃ 이상의 온도에서 열처리하여 이루어지는 투명 도전막 부착 기판을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 투명 도전막 부착 기판을 레이저에 의해 패터닝을 실시하는 투명 도전막 부착 기판의 패터닝 방법을 제공한다.

발명의 효과

본 발명의 투명 도전막 부착 기판을 사용함으로써 낮은 레이저 출력으로 우수한 정밀도로 패터닝을 하는 것이 가능해지고 생산성이 우수하다. 본 발명의 투명 도전막은 낮은 레이저 출력으로 패터닝을 할 수 있기 때문에, 유리 기판을 거의 손상시키는 일없이 패터닝을 하는 것이 가능하여 생산성과 품질이 우수하다.

또, 낮은 레이저 출력으로 효과적으로 패터닝을 실시하는 것이 가능하기 때문에, 동일한 레이저 출력에서는 주사 속도를 빠르게 할 수 있어 생산성을 높일 수 있다. 또한, 패터닝 후, 열처리를 실시함으로써 FPD 에 바람직한 도전성 및 투명성을 갖는 패터닝된 투명 도전막을 형성하는 것이 가능해진다.

도면의 간단한 설명

도 1 은, 종래예의 ITO 막 표면 SEM 이미지이다.

도 2 는, 실시예 1 의 ITO 막 표면 SEM 이미지이다.

도 3 은, 실시예 2 의 ITO 막 표면 SEM 이미지이다.

도 4 는, 본 발명의 투명 도전막 부착 기판의 단면도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명의 투명 도전막 부착 기판 (1) 은 도 4 에 나타내는 바와 같이, 유리 기판 (l0) 상에 산화인듐을 주성분으로 하는 투명 도전막 (20) 을 형성한 구조로 되어 있다.

본 발명에 사용되는 유리 기판은 소다 라임 유리, 고변형점 유리 및 무알칼리 유리 등 특별히 한정되지 않지만, 무알칼리 유리인 것이 FPD 로서의 특성을 유지할 수 있는 면에서 바람직하다.

유리 기판의 두께는 투명성 및 내구성의 면에서 0.4㎜ ∼ 5㎜ 인 것이 바람직하다. 유리 기판의 평균 표면 거칠기 (R_a) 는 0.1㎚ ∼ 10㎚, 나아가서는 0.1㎚ ∼ 5㎚ 인 것이 바람직하고, 특히 0.1㎚ ∼ 1㎚ 인 것이 바람직하다. 또한, 유리 기판의 시감 투과율 (JIS-Z8722 (1994년) 로 측정) 은 80％ 이상인 것이 투명 성의 면에서 바람직하다.

산화인듐을 주성분으로 하는 투명 도전막은 산화인듐의 함유량이 투명 도전막 중에 80 질량％ 이상인 것이 바람직하고, 구체적으로는 투명성 및 도전성의 면에서 ITO (인듐 도프 산화 주석) 막이나 IZO (아연 도프 산화인듐) 막 등이 예시된다. 특히, ITO 막인 것이 화학적 안정성의 면에서 바람직하다. 또, 상기 투명 도전막의 막두께는 도전성 및 투명성의 면에서 50㎚ ∼ 500㎚, 특히 100㎚ ∼ 300㎚ 인 것이 바람직하다.

산화인듐을 주성분으로 하는 투명 도전막의 시감 투과율 (JIS-Z8722 (1994년) 로 측정) 은 70％ 이상, 특히 80％ 이상인 것이 투명 전극으로서 사용하는 경우에 투명성을 유지할 수 있어 바람직하다. 또한, 산화인듐을 주성분으로 하는 투명 도전막의 비저항은 0.001Ω㎝ 이하, 특히 0.0005Ω㎝ 이하인 것이 투명 전극으로서의 저항값을 유지할 수 있어 바람직하다.

상기 투명 도전막의 기판측에 평탄도를 양호하게 하는 등의 목적으로 하지막 (下地膜) 을 형성해도 된다. 상기 하지막의 재료는 실리카, 지르코니아, 티타니아 등이 예시된다. 이러한 하지막을 형성한 경우라 하더라도 본 발명의 투명 도전막은 용이하게 레이저 패터닝을 하는 것이 가능하여 바람직하다.

상기 투명 도전막은 투명 도전막 표면의 평균 도메인 직경이 150㎚ 이하, 특히 100㎚ 이하인 것을 특징으로 하고 있다. 또한, 150㎚ 이하라고 하였을 경우, 도메인이 너무 작아서 관찰할 수 없는 것도 포함된다. 여기서, 도메인이란, 주사형 전자 현미경 이미지 등에서 막표면을 관찰한 경우, 확인할 수 있는, 막 을 구성하고 있는 최소의 요소 (이하, 그레인이라 한다) 가 복수 개 모인 영역을 말한다.

도 1 ∼ 도 3 은, 상이한 조건에서 형성한 ITO 막의 표면을 주사형 전자 현미경으로 관찰한 SEM 이미지이다. 형성 조건에 대해서는 후술한다. 도 1 에서는, 작은 그레인이 복수 개 모여 도메인을 형성하고 있고, 도메인이 단차 (段差) 를 두고 형성되어 있다. 또한, 평균 도메인 직경이란, SEM 이미지에 비춰지고 있는 도메인을 임의로 10 개를 추출하고, 가장 긴 직경과 가장 짧은 직경의 평균값를 각각 산출하여, 10 개의 평균값으로서 구할 수 있다. 도 1 에 있어서의 평균 도메인 직경은 185㎚ 이다. 이러한 도전막은 이론적으로는 잘 알려져 있지 않지만, 패터닝에는 높은 레이저 출력을 필요로 한다.

그러나, 도 2 및 도 3 에서는 도메인이 작게 되어 있고, 도 2 에서는 평균 도메인 직경이 100㎚ 이하이며, 도 3 에서는 도메인을 관찰할 수 없다. 이러한 도전막은 이론적으로는 잘 알려져 있지 않지만, 원자간 결합이 약한 부분이 있고, 증발되기 쉽게 되어 있다고 추측되므로, 낮은 레이저 출력으로 충분히 패터닝할 수 있다. 특히, 도메인이 작아서 관찰할 수 없는 막인 것이, 저출력으로 레이저 패터닝을 할 수 있어 바람직하다.

상기 투명 도전막은 비정질인 것이 바람직하다. 투명 도전막이 비정질이면, 낮은 레이저 출력으로 패터닝을 할 수 있어 생산성의 면에서 바람직하다.

레이저 패터닝의 조건으로, 레이저 파장은 350㎚ ∼ 1070㎚ 인 것이 그 파장역의 고출력 레이저 발신 장치가 존재하는 점에서 바람직하다. 또, 레이저광 직경은 5㎛ ∼ 200㎛ 인 것이 고정세한 패턴 형성의 면에서 바람직하다. 또한, 레이저의 조사 전력은 0.5mJ ∼ 1mJ 인 것이 패턴 형성 속도의 면에서 바람직하다. 조사 시간은 1초 ∼ 10초 인 것이 패턴 형성 속도의 면에서 바람직하다. 레이저로서는, 구체적으로는 YAG 레이저의 기본파 (1064㎚) 나 2 배파 (532㎚) 를 바람직하게 사용할 수 있다. 특히, 본 발명의 투명 도전막은 10W 이하의 레이저 출력으로 레이저 패터닝을 할 수 있어 바람직하다.

통상, ITO 막은 레이저 패터닝을 실시하기 위하여 1mJ 이상의 레이저 에너지를 필요로 하지만, 본 발명의 ITO 막을 사용함으로써 0.2mJ 이상 1mJ 미만의 레이저 에너지로 레이저 패터닝을 실시할 수 있다. 또, ITO 막을 비정질로 함으로써 0.7mJ 이하라는 더욱 낮은 레이저 에너지로 레이저 패터닝을 실시할 수 있다. 이와 같이 0.2mJ ∼ 0.7mJ 라는 낮은 에너지로 레이저 패터닝을 할 수 있음으로써, 생산성이 우수하고, 또한 유리 기판을 손상시키는 일 없이 패터닝을 할 수 있어 바람직하다.

또한, 레이저 에너지가 일정 이상으로 너무 크면, 유리 기판을 손상시킬 가능성이 있기 때문에, 레이저 에너지는 1mJ 미만인 것이 바람직하다.

투명 도전막의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 스퍼터링법인 것이 막두께 등의 성능의 균질성이나 생산성의 면에서 바람직하다. 투명 도전막이 ITO 막인 경우, 타겟으로서 ITO 를 재료로서 사용함으로써 ITO 막을 형성할 수 있다. 또한, 스퍼터링법을 사용하는 경우, 막 형성시의 기판 온도는 20℃ ∼ 250℃, 나아가서는 20℃ ∼ 200℃ 인 것이 바람직하고, 특히 20℃ ∼ 100℃ 의 기판 온도에 서는 비정질인 막을 형성할 수 있는 점에서 바람직하다.

비정질인 막은 FPD 에 사용하는 경우, 불투명하고, 또한 도전성이 부족한 경우가 많지만, 패터닝 후에 가열이라는 간이한 처리로 투명성 및 도전성이 부활되기 때문에 바람직하다. 상기 가열은 300℃ ∼ 600℃ 인 것이 바람직하고, 산소 분위기 중, 특히, 대기 중인 것이 바람직하다. 본 발명의 투명 도전막은 상기와 같은 비정질의 막이라 하더라도, 이러한 열처리에 의해 FPD 용으로서 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명의 투명 도전막은 FPD 의 투명 전극으로서 바람직하게 사용된다. FPD 로는 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP), 액정 표시 장치 (LCD), 일렉트로 루미네선스 디스플레이 (ELD), 전계 방출 디스플레이 (FED) 등을 들 수 있다.

본 발명의 투명 도전막은 용이하게 레이저 패터닝을 할 수 있고, 생산성이 우수한 점에서 플라즈마 디스플레이 등의 FPD 에 바람직하게 사용된다.

실시예

이하에 실시예를 나타내지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

예 1

유리 기판으로서 PDP 용 고변형점 유리 (아사히 가라스 제조 : PD200, 두께 : 2.8㎜, 시감 투과율 : 90％) 를 사용하였다. 유리 기판 상에 타겟 전체로서 10 질량％ 의 산화 주석을 포함하는 ITO 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의해 ITO 막을 형성하였다. 막 형성시의 기판 온도는 200℃ 로 하였다. 스퍼터 가스로는 아르곤 가스를 주로 사용하고, 비저항이 최소가 되도록 아주 적은 산소 가스 를 첨가하였다. 막의 조성은 타겟과 동등하였다.

투명 도전막의 막두께, 시감 투과율, 비저항, 막의 결정 구조, 평균 도메인 직경 및 이 ITO 막의 레이저에서의 증발 에너지비를 표 1 에 나타낸다. 또, 형성된 투명 도전막 표면의 SEM 이미지를 도 2 에 나타낸다.

평가 방법은 아래와 같다.

(1) 투명 도전막의 막두께

촉침식 단차계 DEKTAK-3030 (SLOAN 사 제조) 으로 측정하였다.

(2) 시감 투과율

시감도 투과율 측정계 (MODEL 305 아사히분코 사 제조) 라는 장치를 사용하여 JIS-Z8772 (1994년) 의 방법에 의해 측정하였다.

(3) 비저항

시트 저항값을 사(四)탐침법에 의해 LORESTA IP 장치 (미츠비시카가쿠 사 제조) 를 사용하여 측정하고, 그 시트 저항값과 막두께의 곱에 의해 계산하였다. 또한, 표 1 에 있어서의 「E-4」란, 10 의 - 4 승을 의미한다.

(4) 막의 결정 구조

ITO 막의 X선 회절 패턴 (리가쿠 제조 : X선 회절 장치 Ultima Ⅲ) 을 사용하고, 회절 피크가 아닌 ITO 막을 비정질로 하였다.

(5) 평균 도메인 직경

주사형 전자 현미경의 SEM 이미지로 실시하였다. SEM 이미지에 비추어지고 있는 도메인을 임의로 10 개를 추출하고, 가장 긴 직경과 가장 짧은 직경의 평 균값를 각각 산출하여, 10 개의 평균값으로서 산출했다.

(6) 레이저에서의 증발 에너지비

PDP 레이저 리페어 장치 (키요카즈 코우가쿠 제작소 제작 : LRV-1612) 를 사용하고, 조건은 레이저 파장 532㎚, 레이저광 직경 90㎛, 1 회의 조사 전력 0.2mJ, 조사 시간 1 초이다. 레이저 조사를 ITO 막이 증발하여 없어질 때까지 반복하고, 그 적산 에너지를 ITO 막의 증발에 필요한 에너지로서 증발 에너지로 하였다. 또한, 동일한 ITO 막의 상이한 5 점에 대한 증발 에너지를 평균하여 구하였다.

예 1 에 있어서의 증발 에너지는 0.2×3.5 (5 점의 조사 횟수의 평균) = 0.7mJ 가 된다. 또한, 증발 에너지비란, 예 3 을 1 로 한 경우의 값이며, 후술하는 바와 같이 예 3 의 증발 에너지는 1mJ 이므로, 증발 에너지비 = 0.7mJ/1mJ = 0.7 이 된다.

여기서 「증발하여 없어진다」 라는 것은, 레이저가 조사되고 있는 장소에 있어서의 막이 육안으로 보이지 않게 되는 것을 의미하고, 다른 예도 동일하다.

예 2

예 1 에 있어서의 막 형성시의 기판 온도를 100℃ 로 하고, ITO 막의 막두께를 130㎚ 로 하는 이외에는 예 1 과 동일하게 하여 ITO 막을 형성하였다. 예 1 과 동일하게 막을 평가하고, 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 형성된 투명 도전막 표면의 SEM 이미지를 도 3 에 나타낸다.

이어서, 레이저 조사 횟수를 1 회로 하는 이외에는 예 1 과 동일하게 레이저 패터닝을 실시하였다. 예 2 에 있어서의 증발 에너지는 0.2mJ×1 (5 점의 조사 횟수의 평균) = 0.2mJ 가 된다. 또, 증발 에너지비 = 0.2mJ/1mJ = 0.2 가 된다.

예 3 ( 비교예 )

예 1 에 있어서의 막 형성시의 기판 온도를 300℃ 로 하고, ITO 막의 막두께를 130㎚ 로 하는 이외에는 예 1 과 동일하게 하여 ITO 막을 형성하였다. 예 1 과 동일하게 막을 평가하고, 그 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 형성된 투명 도전막 표면의 SEM 이미지를 도 1 에 나타낸다.

이어서, 레이저 조사 횟수를 5 회로 하는 이외에는 예 1 과 동일하게 레이저 패터닝을 실시하였다. 예 3 에 있어서의 증발 에너지는 0.2×5 (5 점의 조사 횟수의 평균) = 1mJ 가 된다.

또한, 예 1 ∼ 예 3 의 어느 경우에서도, 유리 기판에 레이저에 의한 흠집은 발견되지 않거나 또는 발견되어도 성능에 영향을 미치지 않는 경미한 것이었다.

표 1 로부터 알 수 있듯이 200℃ 이하의 기판 온도에서 막 형성한 예 1 의 ITO 막은 작은 도메인 (평균 도메인 직경 100㎚) 이고, 예 3 에 비하여 증발 에너지비 0.7 의 출력으로 ITO 막이 증발하였다. 특히, 실시예 2 의 도메인이 없는 비정질막은 증발하기 쉽고, 예 3 에 비하여 증발 에너지비 0.2 의 출력으로 ITO 막이 증발하여 레이저 패터닝에 바람직하다.

본 발명의 투명 도전막은 종래예에 비하여 비저항이 약간 크지만, 레이저 패터닝 후 300℃ 이상의 온도에서 열처리함으로써 비저항이 저하되고 통상의 ITO 막에 가까운 비저항 및 투명성이 얻어진다. 또한, 본 발명의 투명 도전막의 열처 리가 필요한 경우, 열처리 공정을 별도로 형성하는 것이 바람직하지만, 이후의 공정의 가열 처리 공정, 예를 들어, 유전체 소성 공정을 사용하는 것도 가능하다.

	단위	예1	예2	예3
막 형성시 기판온도	℃	200	100	300
막 두께	㎚	200	130	130
시감 투과율	％	79	83	86
비저항	Ω	2.50×E-4	8.19×E-4	1.95×E-4
막의 구조		결정	비정질	결정
평균 도메인 직경	㎚	100	도메인 없음	185
증발 에너지비		0.7	0.2	1

산업상이용가능성

본 발명의 투명 도전막 부착 기판은 용이하게 레이저 패터닝을 할 수 있고, 특히, FPD 용의 기판으로서 유용하다.

또한, 2004년 12월 21일에 출원된 일본 특허출원 2004-369294호의 명세서, 특허 청구의 범위, 도면 및 요약서의 모든 내용을 여기에 인용하고, 본 발명의 명세서의 개시로서 도입하는 것이다.

Claims

유리 기판 상에 산화인듐을 주성분으로 하는 투명 도전막을 형성하여 이루어지는 투명 도전막 부착 기판으로서,

그 투명 도전막 표면의 평균 도메인 직경이 150㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 투명 도전막 부착 기판.
제 1 항에 있어서,

상기 투명 도전막이 비정질인, 투명 도전막 부착 기판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 투명 도전막은 레이저 패터닝 용도로서 사용되는 투명 도전막 부착 기판.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 투명 도전막의 막두께가 50㎚ ∼ 500㎚ 인, 투명 도전막 부착 기판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 투명 도전막의 시감 투과율이 70％ 이상인, 투명 도전막 부착 기판.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 투명 도전막의 비저항이 0.001Ω㎝ 이하인, 투명 도전막 부착 기판.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 투명 도전막의 기판측에 하지막을 갖는, 투명 도전막 부착 기판.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 투명 도전막은 스퍼터링법에 의해 막 형성시의 기판 온도가 250℃ 이하의 온도에서 형성되어 이루어지는, 투명 도전막 부착 기판.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 투명 도전막 부착 기판이 레이저 패터닝되어 이루어지는, 투명 도전막 부착 기판.
제 9 항에 기재된 패터닝된 투명 도전막 부착 기판이 300℃ ∼ 600℃ 의 온도에서 열처리되어 이루어지는, 패터닝된 투명 도전막 부착 기판.
제 9 항 또는 제 10 항에 기재된 패터닝된 투명 도전막 부착 기판을 사용한, 플랫 패널 디스플레이.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 투명 도전막 부착 기판을 레 이저에 의해 패터닝을 실시하는 것을 특징으로 하는 투명 도전막 부착 기판의 패터닝 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 레이저의 레이저 에너지가 0.2mJ 이상 1mJ 미만인, 투명 도전막 부착 기판의 패터닝 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 레이저의 레이저 에너지가 0.2mJ ∼ 0.7mJ 인, 투명 도전막 부착 기판의 패터닝 방법.