TW201408798A - 平面顯示器之半穿透電極用Ａｇ合金膜，及平面顯示器用半穿透電極 - Google Patents

平面顯示器之半穿透電極用Ａｇ合金膜，及平面顯示器用半穿透電極 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種平面顯示器之半穿透電極用Ag合金膜。該Ag合金膜是能實現半穿透的膜厚比較薄的Ag合金膜，其電阻率較低，顯現期望的反射率和穿透率，且即使經由加熱工程也不易使特性劣化(例如電阻率不易增加)，適用於平面顯示器。該平面顯示器之半穿透電極用Ag合金膜，係為設於基板上的半穿透電極所用的Ag合金膜，其特徵為，含有0.1~1.0at%的Bi，且膜厚為5nm以上且未滿25nm，而且表面電阻值為15Ω/□以下。

Description

平面顯示器之半穿透電極用Ag合金膜，及平面顯示器用半穿透電極
本發明涉及例如TV、PC、觸控面板、手機等的平面顯示器的半穿透電極所用的Ag合金膜及使用該Ag合金膜的平面顯示器用半穿透電極以及具備該半穿透電極的平面顯示器。
作為TV、PC、觸控面板、手機以及其它各種工業設備的平面顯示裝置，可列舉液晶顯示器、電激發光顯示器(ELD、具體例為有機EL、無機EL)、場發射顯示器(FED)、電漿顯示器(PDP)等，總稱為平面顯示器(FPD)。
在上述平面顯示器(FPD)中作為構成部件使用複數個電極，其中，對於配置於光取出側的電極(例如在有機EL中為頂部發射結構的情況下的光取出側電極等)，作為其特性，要求其顯現一定以上的反射率的同時顯現一定以上的穿透率，即要求其半穿透。另外，作為電極，還要求能抑制電阻率(以下將要求這些特性的電極稱作「半穿 透電極」)。
作為上述半穿透電極，通常單獨使用透明導電膜或使用透明導電膜和Ag系膜的層積膜。所述Ag系膜在一定膜厚以上顯現對可見光較高的反射率且能夠確保低電阻，因此優選使用。
例如，在專利文獻1中提出有一種半穿透半反射型電極基板，該半穿透半反射型電極基板具備設於透明基板且構成透明電極的透明導電層和設於透明基板且反射外光，並且與上述透明導電層電性連接而構成反射電極的金屬反射層。
另外，構成半穿透電極的透明導電膜通常使用ITO膜。剛剛成膜後的ITO膜處於非晶質狀態，為了謀求提高ITO膜的特性，為了將ITO膜聚合化，使上述Ag系膜和透明導電膜的層積體(半穿透電極)經歷加熱工程。即，上述Ag系膜也被加熱，但Ag系膜具有因加熱而容易凝集這樣的缺點。特別是純Ag膜由加熱引起的凝集更加顯著，在層積了ITO膜的狀態下，經由加熱工程時，表面電阻值也增加。
作為Ag系膜，迄今為止提出有幾種反射電極。例如，在專利文獻2中揭示了顯現較高的反射率、厚度100nm的Ag系膜。但是，作為上述反射電極使用的Ag系膜的膜厚較厚，不能實現上述的半穿透。另一方面，若減薄Ag系膜的膜厚，則表面電阻值容易變高，存在難以作為電極使用這樣的問題。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2009-8892號公報
專利文獻2：日本特開2010-225586號公報
本發明是著眼於上述情況而做成的，其目的在於提供能實現半穿透的膜厚比較薄的Ag合金膜，即表面電阻值較低且顯現期望的反射率和穿透率之，適用於平面顯示器的半穿透電極；及即使經上述的加熱工程也不易使特性劣化之，使用了上述Ag合金膜的半穿透電極；以及具備該半穿透電極的平面顯示器。
能夠解決上述課題的本發明的平面顯示器的半穿透電極用Ag合金膜，係為設於基板上的半穿透電極所用的Ag合金膜，其特徵為，該Ag合金膜含有0.1~1.0at%的Bi，且膜厚為5nm以上且未滿25nm，而且表面電阻值為未滿15Ω/□。
所述Ag合金膜較佳是還含有0.1~5.0at%的稀土類元素，作為該稀土類元素，更較是含有Nd。
本發明還包含平面顯示器用半穿透電極，其特徵為，僅在所述Ag合金膜的正上方或在所述Ag合金膜的正上 方及正下方形成有透明導電膜。
另外，本發明還包含具備所述半穿透電極的平面顯示器。
根據本發明，能獲得Ag系膜的膜厚比較薄，且顯現一定以上的反射率和一定以上的穿透率，並且表面電阻值較小，作為平面顯示器的半穿透電極用最合適的Ag合金膜。另外，本發明的半穿透電極在透明導電膜(ITO膜)的加熱處理後(聚合化)也能抑制Ag的凝集，能實現低電阻率。其結果，能實現特性良好的平面顯示器。
本發明的Ag合金膜如上所述顯現一定以上的反射率和一定以上的穿透率，且表面電阻值顯現一定以下。各特性的基準如下所示。即，上述「一定以上的反射率」是指在利用後述的實施例所記載的方法測定Ag合金膜為550nm下的初始反射率時為30%以上。該初始反射率較佳為35%以上，更佳為40%以上。
另外，上述「一定以上的穿透率」是指在利用後述的實施例所記載的方法測定Ag合金膜的550nm下的穿透率時為10%以上。該穿透率較佳為11%以上。另，穿透率的上限為25%左右。
另外，「表面電阻值顯現一定以下」是指在利用後述的實施例所記載的方法測定Ag合金膜的表面電阻值時為15Ω/□以下。所述表面電阻值較佳為10Ω/□以下， 更佳為9.0Ω/□以下，再佳為8.0Ω/□以下。另，表面電阻值的下限由膜厚決定，但為1.0Ω/□左右。
圖1是在實施例中形成的Ag系膜的掃描式電子顯微鏡照片，(a)是純Ag膜，(b)是Ag-0.5at% Bi膜，(c)是Ag-0.35at% Bi-0.2at% Nd膜的各照片。
本發明者為了獲得如上述那樣作為平面顯示器的半穿透電極有用的Ag合金膜而反覆研究。其結果發現了一種顯現規定的膜厚、且包含規定量的Bi的Ag合金膜，只要是該Ag合金膜的表面電阻值為一定以下即可，若使該Ag合金膜進一步含有稀土類元素，則能充分地抑制表面粗糙度，即使膜厚比較薄也能實現充分低的表面電阻值。
首先，對構成本發明的Ag合金膜的元素(Bi、稀土類元素)進行說明。
在純Ag膜的情況下，在剛剛成膜後Ag粒子分散而處於膜的平坦性相當低的狀態，表面電阻值較高。若對該純Ag膜進行加熱，則上述Ag顆粒的分散變得顯著，表面粗糙度加劇，因此，表面電阻值進一步提高。與此相對，通過添加Bi，即使在膜厚較薄的情況(例如20nm以下)下，也能抑制上述Ag的凝集，與純Ag膜相比膜變得平坦，能獲得期望的穿透率和表面電阻值。為了發揮這 樣的效果，在本發明中，Ag合金膜所含有的Bi量為0.1at%以上。較佳為0.2at%以上，更佳為0.4at%以上。
另一方面，若Bi量過多，則在製造Ag合金膜形成用的濺鍍濺鍍靶材時難以使Bi充分溶解於Ag，難以製造上述靶材，上述靶材的製造良率會降低。因此，將Bi量的上限設為1.0at%。較佳為0.8at%以下，更佳為0.7at%以下。
在本發明中，還含有稀土類元素，藉此能進一步抑制Ag的凝集，能使膜處於充分平坦的狀態。
為了有效地發揮上述作用，稀土類元素的含有量較佳為0.1at%以上。更佳為0.2at%以上。另一方面，若稀土類元素的含有量超過5.0at%，則無法獲得期望的表面電阻值。因此，在含有稀土類元素的情況下，其含有量較佳為5.0at%以下，更佳為4.0at%以下，再佳為3.0at%以下。
作為本發明所用的稀土類元素，舉出從由鑭系元素(從La到Lu的15種元素)、Sc(鈧)及Y(釔)構成的群組中選擇的至少一種。上述「稀土類元素的含有量」是指在單獨含有從由上述元素構成的群組中選擇的至少一種稀土類元素時單獨的量，在含有兩種以上時是指合計量。作為上述稀土類元素，較佳是從由Nd、La、Sc及Y構成的群組中選擇的一種以上的元素，更佳是Nd。
本發明的Ag合金膜如上所述含有Bi(根據需要還含有Nd等稀土類元素)，其餘是Ag及不可避免的雜質。作為該不可避免的雜質，例如有在製造Ag合金膜的過程 中可能不可避免地混入的元素。
本發明的Ag合金膜的膜厚為5nm以上且未滿25nm。若Ag合金膜的膜厚未滿5nm，則難以確保期望的反射率。另外，也難以確保期望的表面電阻值。因此，膜厚設為5nm以上。較佳為7nm以上，更佳為10nm以上。另一方面，若膜厚過厚，則難以確保期望的穿透率。因此，膜厚設為未滿25nm。較佳為20nm以下，更佳為15nm以下。
本發明的Ag合金膜如上所述表面電阻值顯現為15Ω/□以下。為了達成上述表面電阻值，例如有使Ag合金膜的膜厚在規定範圍內增厚或在含有稀土類元素的情況下抑制該稀土類元素量等方法。
本發明還包含使用上述Ag合金膜而得到的平面顯示器用半穿透電極。作為該半穿透電極的構成形態，舉出下述的(A)或(B)。
(A)僅在本發明的Ag合金膜的正上方形成有透明導電膜的情況
(B)在本發明的Ag合金膜的正上方及正下方形成有透明導電膜的情況
作為上述透明導電膜，可以使用ITO、IZO等。
上述透明導電膜的膜厚例如為3nm以上(更佳為5nm以上)且為15nm以下(更佳為10nm以下)。
本發明的Ag合金膜通過利用真空蒸鍍法、離子鍍法、濺鍍法等在基板上成膜而得到，在這些薄膜形成方法 中特別推薦利用濺鍍法的成膜。這是因為：利用濺鍍法成膜的Ag合金膜與利用其它方法成膜的薄膜相比，合金組成、合金元素分佈及膜厚的膜面內均勻性優異，能獲得穩定的光學特性、耐久性。
上述濺鍍法的成膜條件沒有特別限定，例如採用以下條件較佳。
‧基板溫度：室溫~50℃
‧極限真空度：1×10-5Torr以下(1.3×10-3Pa以下)
‧成膜時的(Ar)氣壓：1~4mTorr
‧DC濺鍍功率密度(靶材單位面積的DC濺鍍功率)：1.0~20W/cm2
平面顯示器用半穿透電極如上所述具有上述Ag合金膜和透明導電膜的層積結構，該情況下的透明導電膜的成膜方法採用公知的方法即可。另外，平面顯示器的製造方法也採用公知的方法即可。
另，如上所述，在由上述Ag系膜和ITO膜的層積體構成的半穿透電極的情況下，為了將該ITO膜聚合化，可能使半穿透電極(上述層積體)經歷加熱工程，該加熱工程(熱處理)例如有通常在氮氣環境下或大氣環境下以150~350℃加熱30分鐘~1小時半左右。
具備本發明的Ag合金膜的半穿透電極，具體而言作為TV、PC、觸控面板、手機、平板終端、車載用顯示監控器等所用的平面顯示器的半穿透電極是有用的。
實施例
以下，舉出實施例更具體地說明本發明，但本發明當然不受下述實施例限制，當然也能在符合上述、後述的主旨的範圍內適當地施加變更進行實施，其皆包含於本發明的技術範圍內。
[實施例1]
使用DC磁控濺鍍裝置，利用濺鍍法在玻璃基板(康寧公司製無鹼玻璃# 1737、直徑：50mm、厚度：0.7mm)上對表1所示的成分组成及膜厚的純Ag膜或Ag合金膜(餘為Ag及不可避免的雜質)進行成膜而獲得試料。
作為濺鍍裝置，使用能多個靶材同時放電的多元濺鍍裝置(ULVAC公司製CS-200)。濺鍍條件為：基板溫度：室溫、Ar氣體流量：20sccm、Ar氣壓：大約0.1Pa、DC濺鍍功率密度：2~5W/cm2、極限真空度：2.0×10-6Torr以下。
另外，在上述成膜中，作為濺鍍靶材，使用純Ag濺鍍靶材(純Ag膜的情況下)、利用真空溶解法製作出與下述表1所示的膜組成為相同組成的Ag合金濺鍍靶材，或使用在純Ag濺鍍靶材的濺鍍面上黏接由構成下述表1的膜的金屬元素所構成的金屬片而成的複合靶。
使用利用上述方法得到的試料，進行純Ag膜或Ag合金膜的初始反射率、穿透率及表面電阻值的測定。另，得到的Ag合金膜的組成是使用ICP發光分光分析裝置 (島津製作所製ICP發光分光分析裝置“ICP-8000型”)進行定量分析來確認的。
(初始反射率)
純Ag膜或Ag合金膜(單層膜)對波長550nm的可見光的反射率(初始反射率)是通過使用分光光度計(日本分光社製V-570分光光度計)測定絕對反射率來求出的。而且，該初始反射率為15.0%以上的情況訂為合格。
(穿透率的測定)
純Ag膜或Ag合金膜(單層膜)對550nm的可見光的穿透率是使用分光光度計(日本分光社製V-570分光光度計)來測定的。測定相對於波長550nm的光的厚度方向上的直線穿透率。這樣測定的波長550nm下的穿透率為20%以上者訂為合格。
(表面電阻值的測定)
使用上述試料，利用通常使用的四探针法，使用市售的測定器(日置電機公司製：3540微電阻計測定純Ag膜或Ag合金膜的表面電阻值。而且，表面電阻值為15Ω/□以下訂為合格。
該些結果如表1所示。在表1中，在表的最右欄設置“評價”欄，上述初始反射率、穿透率及表面電阻值均合格的情況評價為○(作為半穿透電極用Ag合金膜有 用)，至少任一項不合格的情況評價為×。
透過表1可知如下情況。在純Ag膜(No.1~3)的情況下，在膜厚比較薄的情況下(No.1及2)，表面電阻值 變高，另一方面，在膜厚較厚的情況下(No.3)，不能獲得期望的穿透率。
No.4~15是使Ag-Bi膜的、Bi量和膜厚變化的例子。根據該No.4~15可知，Bi量和膜厚給特性帶來的影響如下所述。即，根據No.6、10及13(膜厚均是10nm)和No.1(純Ag膜、膜厚為10nm)的對比可知，即使在膜厚薄至10nm的情況下，藉由含有Bi能抑制表面電阻值，且Bi量越增加，表面電阻值越進一步變小。另外，對膜厚均為20nm的No.2和No.7、11及14的表面電阻值進行對比的情況也與上述相同。
另外，No.4不能獲得期望的表面電阻值，No.8、12及15的膜厚均超過規定上限，其結果不能獲得期望的穿透率。
No.16~35是在Bi之外作為稀土類元素還含有Nd的例子，是Bi量一定為0.35at%、使Nd量和膜厚變化的例子。No.16~18、20~22、24~26、28~30及34滿足在本發明中規定的要件，初始反射率、穿透率及表面電阻值均良好。與此相對，No.19、23、27、31及35的膜厚均過厚，因此，不能實現期望的穿透率。另外，No.32及33的表面電阻值處於範圍外。根據這些No.16~35的結果可知，在Bi量一定為0.35at%、還含有Nd的情況下，為了獲得期望的表面電阻值，Nd量較佳為未滿5.0%(更佳為3.0%以下)，在Nd量為5.0%的情況下，Ag合金膜的膜厚較佳為超過15nm，更佳為20nm以上。
No.36及37是作為合金元素代替Bi而含有In的例子。在膜厚為5nm的情況下(No.37)，無法確保期望的反射率，另外，在膜厚為20nm的情況下(No.36)，無法確保穿透率。
在圖1中，揭示純Ag膜(膜厚10nm)和Ag-0.5at% Bi膜(膜厚10nm)及Ag-0.35at% Bi-0.2at% Nd膜(膜厚10nm)各自之單層膜表面的掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察照片(倍率：10000倍)。
圖1的(a)是純Ag膜的照片，可知Ag粒子為島狀結構，膜的連續性(平坦性)明顯地低。圖1的(b)是Ag-0.5at% Bi膜的照片。對該圖1的(b)和上述圖1的(a)進行比較，在圖1的(b)中，雖然到處能看見缺陷，但膜具有連續性(平坦性)。另外，圖1的(c)是Ag-0.35at% Bi-0.2at% Nd膜的照片，與上述圖1的(a)及(b)、即純Ag膜和Ag-0.5at% Bi膜的表面比較可知，膜足夠平坦。根據上述可知，通過與Bi一起添加規定量的稀土類元素(Nd)，能進一步提高膜的平坦性。
[實施例2]
在實施例2中，在玻璃基板(康寧公司製的無鹼玻璃# 1737、直徑：50mm、厚度：0.7mm)上依序層積ITO膜(10nm)、Ag合金膜(5nm)、ITO膜(10nm)，而獲得模擬了半穿透電極的層積體。各膜的成膜條件如下所述。
首先，對上述玻璃基板進行ITO膜的成膜，是使用ITO靶材，相對於Ar氣體導入10%左右O2氣體，並且利用DC磁控濺鍍法在基板溫度：25℃、壓力：0.8mTorr、DC功率：150W的條件下進行。接下來，與實施例1同樣地成膜表2所示的成分組成的Ag系膜(均是膜厚5nm，Ag合金膜的其餘部分為Ag及不可避免的雜質)。接著，在上述Ag系膜的正上方與上述同樣地成膜ITO膜(10nm)而獲得層積體。而且，模擬為了使ITO膜聚合化的加熱工程，對上述層積體進行熱處理。該熱處理使用ULVAC-RIKO公司製RTP-6且在N2流量為6L/min的N2環境下、以250℃、1h的條件進行。
然後，使用該熱處理後的層積體(試料)在與上述實施例1同樣的條件下進行層積體的初始反射率及層積體的穿透率的測定。
另外，使用上述試料測定了層積體的電阻率。詳言之，利用通常使用的四探針法，使用市售的測定器(日置電機公司製：3540微電阻計)測定薄膜的片電阻，按照下述式(1)算出層積體的電阻率。另，在上述測定中，利用測定試料面積與探針間隔相比足夠寬的試料，且比例常數F訂為下述數值。
電阻率=四探針法測定值×膜厚×F…(1)[在上述式(1)中，F(比例常數)=π/ln2=4.532]
而且，關於上述層積體，初始反射率為8.0%以上的情況訂為合格，穿透率為70%以上的情況訂為合格，且電 阻率為75μΩ‧cm以下的情況訂為合格。
該些結果如表2所示。在表2中，在表的最右欄設置“評價”欄，將上述初始反射率、穿透率及電阻率均合格的情況評價為○(作為半穿透電極有用)，將至少任一項不合格的情況評價為×。
透過表2可知如下情況。純Ag膜和ITO膜的層積體(No.1)的電阻率變高。另外，包含代替Bi而含有In的Ag合金膜的層積體(No.4及5)，也顯現與使用純Ag膜的情況相同程度或更高的電阻率。與此相對，作為Ag系膜，使用滿足本發明的要件的Ag-0.5at% Bi膜(No.2)、Ag-0.35at% Bi-0.2at% Nd膜(No.3)而得到的層積體，與使用上述純Ag膜、Ag-In膜的層積體相比顯現足夠低的電阻率。

Claims (5)

  1. 一種平面顯示器之半穿透電極用Ag合金膜，係為設於基板上的半穿透電極所用的Ag合金膜，其特徵為：該Ag合金膜含有0.1~1.0at%的Bi且膜厚為5nm以上且未滿25nm，而且，表面電阻值為15Ω/□以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的Ag合金膜，其中，該Ag合金膜還含有0.1~5.0at%的稀土類元素。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的Ag合金膜，其中，所述稀土類元素為Nd。
  4. 一種平面顯示器用半穿透電極，其特徵為：僅在申請專利範圍第1~3項中任一項所述的Ag合金膜的正上方或在該Ag合金膜的正上方及正下方形成有透明導電膜。
  5. 一種平面顯示器，其特徵為：具備申請專利範圍第4項所述的平面顯示器用半穿透電極。
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