KR20140041873A - 투명 도전성 필름 - Google Patents

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film base
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다이스케 가지하라
도모타케 나시키
모토키 하이시
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닛토덴코 가부시키가이샤
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Abstract

투과율이 높고, 또한 비저항이 작은 투명 도전성 필름을 제공한다. 본 실시형태에 관련된 투명 도전성 필름 (1) 은, 필름 기재 (2) 와, 그 필름 기재 상에 형성된 인듐주석 산화물의 다결정층 (3) 을 구비하고 있다. 이 다결정층 (3) 은, 두께가 10 ㎚ ∼ 30 ㎚ 이고, 결정 입경의 평균값이 180 ㎚ ∼ 270 ㎚ 이고, 또한 캐리어 밀도가 6 × 1020 개/㎤ 를 초과하고 9 × 1020 개/㎤ 이하이다.

Description

투명 도전성 필름{TRANSPARENT CONDUCTIVE FILM}
본 발명은, 손가락이나 스타일러스 펜 등의 접촉에 의해 정보를 입력하는 것이 가능한 입력 표시 장치 등에 적용되는 투명 도전성 필름에 관한 것이다.
종래, 필름 기재 상에 인듐주석 산화물의 다결정층이 형성된 투명 도전성 필름이 알려져 있다 (특허문헌 1). 이와 같은 투명 도전성 필름은, 비저항 (체적 저항률이라고도 한다) 이 낮아, 우수한 전기 전도성을 나타낸다.
일본 공개특허공보 평09-286070호
그러나, 최근, 널리 이용되고 있는 스마트폰 (smart phone) 이나 슬레이트 PC (slate PC) 등에는, 보다 우수한 특성을 갖는 투명 도전성 필름이 요구되고 있다. 특히, 이들의 용도에 있어서, 종래의 투명 도전성 필름은, 여전히 비저항이 크다는 과제가 있다.
본 발명의 목적은, 투과율이 높고, 또한 비저항이 작은 투명 도전성 필름을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 관련된 투명 도전성 필름은, 필름 기재와, 그 필름 기재 상에 형성된 인듐주석 산화물의 다결정층을 갖는 투명 도전성 필름으로서, 상기 다결정층은, 두께가 10 ㎚ ∼ 30 ㎚ 이고, 결정 입경의 평균값이 180 ㎚ ∼ 270 ㎚ 이고, 또한 캐리어 밀도가 6 × 1020 개/㎤ 를 초과하고 9 × 1020 개/㎤ 이하인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 다결정층의 홀 이동도가, 21 ㎠/V·sec ∼ 30 ㎠/V·sec 이다.
또, 상기 인듐주석 산화물의 다결정층에 있어서의 주석 원자의 양이, 인듐 원자와 주석 원자를 더한 무게에 대하여, 6 중량％ 를 초과하고 15 중량％ 이다.
또한, 상기 필름 기재는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리시클로올레핀 또는 폴리카보네이트로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 다결정층의 두께가 10 ㎚ ∼ 30 ㎚ 이고, 그 다결정층의 결정 입경의 평균값이 180 ㎚ ∼ 270 ㎚ 이고, 또한 캐리어 밀도가 6 × 1020 개/㎤ 를 초과하고 9 × 1020 개/㎤ 이하이다. 즉, 불순물의 혼재에 의해 생길 수 있는 결정 입경의 감소가 억제됨으로써, 홀 이동도의 저하를 충분히 억제할 수 있고, 게다가 양호한 투과율을 실현하는 것이 가능해진다. 따라서, 투과율이 높고, 또한 비저항이 작은 투명 도전성 필름을 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 실시형태에 관련된 투명 도전성 필름의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 2 는, 다결정층의 결정 입계를 나타내는 전자 현미경 화상이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 관련된 투명 도전성 필름 (1) 은, 필름 기재 (2) 와, 그 필름 기재 상에 형성된 인듐주석 산화물의 다결정층 (3) 을 구비하고 있다. 이 다결정층 (3) 은, 두께가 10 ㎚ ∼ 30 ㎚ 이고, 결정 입경의 평균값이 180 ㎚ ∼ 270 ㎚ 이고, 또한 캐리어 밀도가 6 × 1020 개/㎤ 를 초과하고 9 × 1020 개/㎤ 이하이다.
이와 같은 투명 도전성 필름은, 결정 입경이 크기 때문에, 상기 전자가 다결정층 중을 이동할 수 있는 전자의 양이 많아지기 때문에, 비저항이 현격히 작아진다. 또한, 다결정층의 두께가 얇기 때문에 투과율이 높다.
필름 기재 (2) 는, 투명성과 내열성의 쌍방이 우수한 것이 바람직하게 사용된다. 상기 필름 기재의 두께는, 품질이 우수한 투명 도전성 필름을 제조하는 데에 있어서, 바람직하게는 10 ㎛ ∼ 50 ㎛ 이다.
상기 필름 기재를 형성하는 재료로는, 바람직하게는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리시클로올레핀 또는 폴리카보네이트이다. 상기 필름 기재는, 그 표면에, 인듐주석 산화물의 다결정층과 필름 기재의 밀착성을 높이기 위한 접착 용이층 (anchor coating layer), 필름 기재의 반사율을 조정하기 위한 굴절률 조정층 (index-matching layer), 또는 필름 기재의 내찰상성을 높이기 위한 하드 코트층 (hard coating layer) 을 갖고 있어도 된다.
다결정층 (3) 은, 대표적으로는 필름 기재의 표면에 인듐주석 산화물의 비정질층을 스퍼터법에 의해 형성하고, 그 비정질층을 가열 처리함으로써 얻을 수 있다.
상기 스퍼터법은, 저압 기체 중에서 발생시킨 플라즈마 중의 양이온을, 부 (負) 전극인 타깃재에 충돌시킴으로써, 상기 타깃재 표면으로부터 비산된 물질을 기판에 부착시키는 방법이다.
이 다결정층 (3) 의 결정 입경의 평균값은 180 ㎚ ∼ 270 ㎚ 이고, 바람직하게는 190 ㎚ ∼ 250 ㎚ 이다. 상기 다결정층은, 이와 같은 사이즈의 결정립 (grain) 을 가짐으로써, 그 다결정층 중의 전자가 이동하기 쉬워져, 비저항이 작아진다. 이 경우의 다결정층의 홀 이동도는 21 ㎠/V·sec ∼ 30 ㎠/V·sec 이고, 바람직하게는 24 ㎠/V·sec ∼ 28 ㎠/V·sec 이다.
상기 사이즈의 결정립은, 인듐주석 산화물의 비정질층 중에 유입되는 불순물이 최대한 적어지도록 그 비정질층을 성막하고, 그 후, 그 비정질층을 가열 처리함으로써 얻을 수 있다. 또한, 상기 비정질층에 유입되는 불순물의 양을 줄이는 방법으로는, 구체적으로는, 예를 들어 인듐주석 산화물의 비정질층을 성막하는 스퍼터 장치의 진공도를 5 × 10-5 ㎩ 이하가 되도록 감압하여, 필름 기재 중의 휘발 성분 (수분이나 유기 가스) 을 제거하는 방법을 들 수 있다.
상기 다결정층의 캐리어 밀도는 6 × 1020 개/㎤ 를 초과하고 9 × 1020 개/㎤ 이하이고, 바람직하게는 6.5 × 1020 개/㎤ ∼ 8 × 1020 개/㎤ 이다. 이와 같은 다결정층은, 그 다결정층 중을 이동할 수 있는 전자의 양이 많아지기 때문에, 비저항이 작아진다.
이와 같은 캐리어 밀도를 나타내는 다결정층은, 인듐주석 산화물의 비정질층에 있어서의 주석 원자의 양을, 인듐 원자와 주석 원자를 더한 무게에 대하여, 6 중량％ 를 초과하고 15 중량％ 이하가 되도록, 바람직하게는 7 중량％ ∼ 12 중량％ 가 되도록 조정하고, 또한 그 비정질층을, 결정립이 크게 성장하도록 가열 처리함으로써 얻을 수 있다.
상기 사이즈의 결정 입경 및 캐리어 밀도의 조건을 만족하는 다결정층의 비저항은 4.0 × 10-4 Ω·㎝ 미만이고, 바람직하게는 3.0 × 10-4 Ω·㎝ ∼ 3.8 × 10-4 Ω·㎝ 이다.
본 실시형태에 의하면, 다결정층의 두께가 10 ㎚ ∼ 30 ㎚ 이고, 그 다결정층의 결정 입경의 평균값이 180 ㎚ ∼ 270 ㎚ 이고, 또한 캐리어 밀도가 6 × 1020 개/㎤ 를 초과하고 9 × 1020 개/㎤ 이하이다. 즉, 불순물의 혼입에 의해 생길 수 있는 결정 입경의 감소가 억제됨으로써, 홀 이동도의 저하를 충분히 억제할 수 있고, 게다가 양호한 투과율을 실현하는 것이 가능해진다. 따라서, 투과율이 높고, 또한 비저항이 작은 투명 도전성 필름을 제공할 수 있다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예를 설명한다.
먼저, 두께 23 ㎛ 의 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름으로 이루어지는 필름 기재를 스퍼터 장치에 넣고, 그 스퍼터 장치의 진공도가 5 × 10-5 ㎩ 가 되도록 감압하여, 그 스퍼터 장치 내 그리고 필름 기재 중의 수분 및 유기 가스를 제거하였다. 그 후, 상기 스퍼터 장치 내에, 아르곤 가스 98 체적％ 와 산소 가스 2 체적％ 의 혼합 가스를 도입하여, 필름 기재의 일방의 측에, 비정질층에 있어서의 주석 원자의 양이 인듐 원자와 주석 원자를 더한 무게에 대해 10 중량％ 가 되도록, 두께 25 ㎚ 의 인듐주석 산화물의 비정질층을 형성하였다.
그리고, 인듐주석 산화물의 비정질층이 형성된 필름 기재를 스퍼터 장치로부터 꺼내, 140 ℃ 의 가열 오븐에서 90 분간 그 비정질층을 가열 처리함으로써 결정화시켜, 결정 입경의 평균값이 207 ㎚ 인 다결정층을 얻었다.
다음으로, 상기 실시예 1 의 투명 도전성 필름을, 이하의 방법에 의해 측정·평가하였다.
(1) 결정 입경의 평균값
다결정층의 표면을, 투과형 전자 현미경 (히타치 제작소 제조, 제품명 「H-7650」) 에 의해, 직접 배율 100,000 배로 관찰하고, 가속 전압 10 ㎸ 로 사진 촬영을 실시하였다. 이 사진에 화상 해석 처리를 실시하고, 결정 입계의 식별을 실시하였다. 이 화상 해석 처리 후의 화상을 도 2 에 나타낸다. 그리고, 본 식별 결과에 기초하여, 각 결정립의 형상에 있어서 가장 긴 직경을 입경 (㎚) 으로 하여, 그 평균값을 구하였다.
(2) 캐리어 밀도 및 홀 이동도
다결정층의 캐리어 밀도 및 홀 밀도를, 홀 효과 측정 시스템 (BIO-RAD 사 제조, 제품명 「HL5500PC」) 을 사용하여 측정하였다.
(3) 비저항
다결정층의 비저항을, 4 단자법에 의해 구한 표면 저항값에, 그 다결정층의 두께를 곱하여 구하였다.
(4) 가열 처리 후의 결정성
투과형 전자 현미경 (히타치 제작소 제조, 제품명 「H-7650」) 으로 결정립의 유무를 관찰하였다.
상기 (1) ∼ (4) 의 측정·평가 결과를 표 1 에 나타낸다. 또한, 표 1 의 참고예로서, 일본 공개특허공보 평09-286070호에서 개시된 실시예 4 에 있어서의 투명 도전성 필름의 특성을 기재하였다.
실시예 참고예
주석 원자의 양 (질량％) 10 10
캐리어 밀도 (× 1020 개/㎤) 7.3 0.56
홀 이동도 (㎠/V·sec) 26 31
비저항 (× 10-4 Ω·㎝) 3.3 36
가열 처리 후의 결정성 다결정 비정질
표 1 로부터, 실시예의 투명 도전성 필름에서는, 입경이 큰 결정립이 형성되기 때문에, 홀 이동도의 값이 비정질인 참고예와 동등하고, 또한 캐리어 밀도의 값이 대폭 증대하여, 그 결과 비저항이 작아지는 것을 알 수 있었다. 따라서, 본 실시예에 의하면, 투과율이 높고, 또한 비저항이 작은 투명 도전성 필름을 제작할 수 있는 것을 알 수 있었다.
산업상 이용가능성
본 발명에 관련된 투명 도전성 필름은, 특별히 제한은 없지만, 바람직하게는 스마트폰이나 슬레이트 PC 에 사용된다.
1 : 투명 도전성 필름
2 : 필름 기재
3 : 다결정층

Claims (4)

  1. 필름 기재와, 상기 필름 기재 상에 형성된 인듐주석 산화물의 다결정층을 갖는 투명 도전성 필름으로서,
    상기 다결정층은, 두께가 10 ㎚ ∼ 30 ㎚ 이고, 결정 입경의 평균값이 180 ㎚ ∼ 270 ㎚ 이고, 또한 캐리어 밀도가 6 × 1020 개/㎤ 를 초과하고 9 × 1020 개/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 투명 도전성 필름.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다결정층의 홀 이동도가, 21 ㎠/V·sec ∼ 30 ㎠/V·sec 인 것을 특징으로 하는 투명 도전성 필름.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 인듐주석 산화물의 다결정층에 있어서의 주석 원자의 양이, 인듐 원자와 주석 원자를 더한 무게에 대하여, 6 중량％ 를 초과하고 15 중량％ 이하인 것을 특징으로 하는 투명 도전성 필름.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 필름 기재는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리시클로올레핀 또는 폴리카보네이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투명 도전성 필름.
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