TWI552169B - A transparent conductive film, a substrate having a transparent conductive film, a IPS liquid crystal cell, an electrostatic capacitive touch panel, and a substrate having a transparent conductive film - Google Patents

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Description

透明導電膜、附有透明導電膜之基板、IPS液晶單元、靜電容型觸控面板及附有透明導電膜之基板之製造方法
本發明係關於一種高電阻且高穿透之透明導電膜、附有透明導電膜之基板、使用該等透明導電膜與附有透明導電膜之基板之IPS液晶單元、靜電容型觸控面板、及該附有透明導電膜之基板之製造方法。
於在液晶單元內裝入有觸控面板之檢測電極的嵌入(In-cell)型之靜電容型觸控面板中，為了防止顯示器附近之低頻雜訊阻礙顯示器運作，必須具有有電磁遮蔽及防靜電功能之透明導電膜。然而，於透明導電膜電阻低之情形時，亦會遮蔽通常使用於電容性觸控感知之高頻信號。
因此，為了一面作為顯示器之遮蔽體發揮功能，一面使感知觸控現象之高頻信號貫通，需要特定之高電阻的透明導電膜，從而於嵌入型之靜電容型觸控面板中，對於高電阻、高穿透之膜的需求提高。雖並非高至與該需求對應之程度的電阻值，但於電阻式觸控面板用途中，已進行了各種摸索謀求高電阻、高穿透之透明導電膜及其製造方法等的嘗試(例如專利文獻1及2)。
於專利文獻1中，揭示有一種透明導電性薄膜，其係將含有鐠之氧化銦作為主成分者，比電阻於0.9~1.8×10-3Ω‧cm之範圍。
又，於專利文獻2中，揭示有一種摻錫氧化銦膜之成膜方法，其藉由濺鍍法或高溫溶膠(pyrosol)法，以膜中 之錫含量相對於銦為10~40重量%，且膜厚成為150Å以上之方式成膜，使膜之薄片電阻成為200~1000Ω/sq.，薄片電阻之均勻性成為6.1%以內，且比電阻成為5×10-4Ω‧cm以上。
[專利文獻1]日本特開2011-174168號公報
[專利文獻2]日本特開2007-197839號公報
然而，於專利文獻1及2之發明中，比電阻為10-3Ω‧cm級，於為實用之膜厚之情形時，最大亦僅可實現數十KΩ/sq.左右，無法獲得目前要求之數M~數百MΩ/sq.之薄片電阻即比電阻為100~103Ω‧cm級，且90數%以上之高穿透率之膜。
本發明係鑒於上述課題而完成者，本發明之目的在於提供一種可穩定地獲取數百MΩ/sq.級之高電阻且經時變化亦少之高穿透之透明導電膜、附有該透明導電膜之基板、IPS液晶單元、靜電容型觸控面板、及附有透明導電膜之基板之製造方法。
本發明之其他目的在於提供一種可藉由在生產性、穩定性方面較RF更有利之DC濺鍍進行成膜之透明導電膜、附有透明導電膜之基板、使用該等透明導電膜與附有透明導電膜之基板之IPS液晶單元、靜電容型觸控面板、及該附有透明導電膜之基板之製造方法。
只要利用請求項1之透明導電膜，上述課題即可藉由如下方式解決：一種形成於玻璃基板的透明導電膜，其以 氧化銦錫(ITO)為主材料，含有7.2~11.2 at%之矽，比電阻為100~103Ω‧cm級，波長550 nm時之穿透率為98%以上。
由於如上所述般由含有特定比率之矽的材料構成，故可獲得先前未能達成之比電阻為100~103Ω‧cm級且波長550 nm時之穿透率為98%以上之高電阻、高穿透的透明導電膜。
因此，可提供能夠一面作為顯示器之雜訊遮蔽體發揮功能，一面使感知觸控現象之高頻信號貫通的透明導電膜，可提供高性能之嵌入型之靜電容型觸控面板。於將本發明之透明導電膜形成於玻璃基板上之情形時，可使得用於檢測觸控之區域延伸超出顯示器表面，亦可無物理性接觸而於表面附近檢測表面附近之使用者的手指等。
進而，可藉由經時性之性能變化少的無機物，來達成一面作為顯示器之遮蔽體發揮功能一面使感知觸控現象之高頻信號貫通的功能，而可提供運作可靠性高之嵌入型靜電容型觸控面板。
此時，如請求項2般為一種附有透明導電膜之基板，其於玻璃基板形成有請求項1之透明導電膜，較佳為上述透明導電膜之膜厚於90~130Å之範圍，薄片電阻為107~109Ω/sq.級。
若膜厚過薄，則於高溫下會有電阻值上升之傾向，從而產生高溫下之品質下降，但如上所述，由於將透明導電膜之膜厚設為90 Å以上，故可製成高溫下幾乎無經時變化 之膜。又，由於將透明導電膜之膜厚設為130Å以下，故可製成550 nm時之穿透率為98%的高穿透率膜。
此時，如請求項3般為一種IPS液晶單元，其具備有請求項2之附有透明導電膜之基板，較佳為上述透明導電膜設置於濾色器側玻璃基板之液晶相反側。
由於如上所述般構成，故透明導電膜之成膜相對容易，且膜缺陷等亦變少，因此可製成具備防靜電之功能且製造良率良好之IPS液晶單元。
此時，如請求項4般為一種靜電容型觸控面板，其具備有請求項3之IPS液晶單元，較佳為於上述IPS液晶單元內裝入有靜電容檢測電極。
由於如上所述般構成，故可提供IPS模式且嵌入式之靜電容型觸控面板。
此時，如請求項5般為一種請求項2之附有透明導電膜之基板之製造方法，較佳為於上述玻璃基板上，形成膜厚為90~130Å且薄片電阻為107~109Ω/sq.級之上述透明導電膜。
若為上述膜厚之範圍，則電阻值穩定且經時變化少，亦可較高地維持穿透率。又，於上述薄片電阻之範圍，可一面保持防靜電之功能，一面確實地檢測靜電容之變化，從而可保證作為觸控面板之良好運作。
此時，如請求項6般，較佳為使用以氧化銦錫(ITO)為主材料並含有10~15 wt%之氧化矽的靶，導入添加有氧之氬氣作為濺鍍氣體，藉由DC磁控濺鍍形成上述透明導電 膜。
由於如上所述般構成，故可容易地進行高電阻高穿透之透明導電膜之製作，亦可容易地進行大量生產。
根據本發明，可獲得先前未能達成之比電阻為100~103Ω‧cm級，且波長550 nm時之穿透率為98%以上之高電阻、高穿透的透明導電膜。
因此，可提供能夠一面作為顯示器之雜訊之遮蔽體發揮功能，一面使感知觸控現象之高頻信號貫通的透明導電膜，可提供高性能之嵌入型之靜電容型觸控面板。於將本發明之透明導電膜形成於玻璃基板上之情形時，可使得用於檢測觸控之區域延伸超出顯示器表面，亦可無物理性接觸而於表面附近檢測表面附近之使用者的手指等。
進而，可藉由經時性之性能變化較少之無機物，來達成一面作為顯示器之遮蔽體發揮功能一面使感知觸控現象之高頻信號貫通的功能，而可提供運作可靠性高之嵌入型靜電容型觸控面板。
以下，一面參照圖1，一面對本發明之實施形態進行說明，但並不限定於此。
(附有透明導電膜之基板之製造方法)
本實施形態之附有透明導電膜之基板之製造方法係藉由公知之DC磁控濺鍍，使用以氧化銦錫(ITO)為主材料並含有10~15 wt%之氧化矽的靶，導入添加有氧之氬氣，於玻璃基板上，形成膜厚為90~130Å，且薄片電阻為107 ~109Ω/sq.級之透明導電膜。
於成膜中，使用DC磁控濺鍍裝置，於其非磁性體靶用陰極安裝含有氧化銦錫及10~15%之氧化矽的靶，與靶平行且對向而設置玻璃基板，導入添加有氧之濺鍍氣體，藉由特定條件進行成膜。例如，設為靶-基板間距離：50~150 mm、極限真空：5~8×10-4 Pa、導入氣體：含有0.5~5.0%(根據濺鍍壓而不同)氧之Ar氣體、濺鍍壓力：0.1~0.5 Pa、投入電力：直流1~3 W/cm2、基板加熱溫度：室溫(無加熱)~70℃。
(透明導電膜及附有透明導電膜之基板)
藉由本實施形態之附有透明導電膜之基板之製造方法獲得的透明導電膜係形成於玻璃基板者，其以氧化銦錫(ITO)為主材料，含有7.2~11.2 at%之矽，比電阻為100~103Ω‧cm級，波長550nm時之穿透率為98%以上。又，較佳為，膜厚於90~130Å之範圍，薄片電阻為107~109Ω/sq.級。
本實施形態之附有透明導電膜之基板係由玻璃基板與形成於該玻璃基板上之本實施形態之透明導電膜所構成。
(IPS液晶單元及靜電容型觸控面板)
又，可製作具備本實施形態之附有透明導電膜之基板之圖1的IPS液晶單元C、及具備該IPS液晶單元C之嵌入式之靜電容型觸控面板。
所謂IPS(In-Plane-Switching)模式係指如下方式：於主動矩陣型液晶顯示裝置中，藉由施加於設置在一基板 之梳形電極對間之橫向電場，使液晶於基板面內旋轉而進行顯示。
所謂液晶單元係指如下者：於TFT基板與濾色器基板之間散佈分隔件而精密地進行位置對準，於注入液晶後，切割成各個面板尺寸，並接著有偏光板等膜；例如於圖1中表示剖面者。
所謂嵌入式係指於將液晶面板與觸控面板一體化而成之面板中，將觸控面板功能裝入液晶單元中之方式。
所謂靜電容型係指捕捉指尖與藉由導電膜之圖案化形成之檢測電極之間之靜電容的變化而檢測位置之形式。
如圖1所示，本實施形態之液晶單元C係濾色器基板10與TFT基板20以封入液晶1之狀態貼合而形成。
濾色器基板10於玻璃基板11之非視認側即液晶1側之面，積層有區分配置於黑矩陣12之濾色器13，進而於其上形成有配向膜15。
於濾色器基板10之液晶1反側之面，具備本實施形態之透明導電膜3，並於其上，積層有公知之偏光板17，且介隔黏著層7而積層有覆蓋層8。覆蓋層8構成靜電容型觸控面板之表面，成為使用者觸控之面。
TFT基板20係於玻璃基板21之液晶1側之面形成由梳形之透明電極構成之像素電極24而成。於TFT基板20及像素電極24之液晶1側之面，進而形成有配向膜25，且於TFT基板20之背光側即液晶1反側之面，介隔黏著層37而積層有偏光板27。
於配向膜15與配向膜25之間，在濾色器基板10側配置有液晶1，於TFT基板20側配置有驅動區域4、感知區域5及接地區域6。
驅動區域4及感知區域5係將顯示像素之複數個共通電極集團化為驅動區域4與感知區域5而成者。
驅動區域4之共通電極係藉由驅動線傳達來自未圖示之驅動邏輯之感應信號而驅動。又，藉由感知區域5之共通電極感知到之感知信號係藉由感知線傳達，並藉由未圖示之觸控控制裝置內之現象檢測及解調電路而處理。
靜電容型觸控面板係除以上之液晶單元C外，亦具備未圖示之驅動電路基板、電極端子、光源而成。
於圖1中，玻璃基板11相當於本實施形態之玻璃基板，玻璃基板11與透明導電膜3相當於本實施形態之附有透明導電膜之基板。
[實施例]
以下，對本發明之透明導電膜之具體實施例進行說明，但本發明並不限定於此。
(試驗例1)
使用由氧化銦錫與10%(實施例1)、12.5%(實施例2)、15%(實施例3)之二氧化矽所構成之靶，於以下之條件下藉由DC磁控濺鍍成膜。
濺鍍裝置：轉盤(Carrousel)型批次式濺鍍裝置
靶：方型、厚度6 mm
濺鍍方式：DC磁控濺鍍
排氣裝置：渦輪分子泵
極限真空：5×10-4 Pa
Ar流量：450 sccm
氧流量：10 sccm(實施例1)、7.3 sccm(實施例2)、6 sccm(實施例3)
基板溫度：70℃
濺鍍電力：1.55 W/cm2
使用基板：玻璃基板t=1.1 mm
根據表1，實施例1~3之濺鍍氣體中之氧導入之比率分別為2.1%、1.6%、1.3%。
表1表示靶中所含之氧化矽之比率(wt%)、已成膜之透明導電膜之薄片電阻、比電阻、穿透率、膜厚、及膜中之各元素之組成比(at%)。
圖2、圖3係將表1所示之各實施例之靶中之SiO2比(wt%)與已成膜的透明導電膜之薄片電阻及550 nm時之穿透率之關係分別示於圖表而成者。
圖4、圖5係將表1所示之各實施例之膜中之Si元素 比(at%)與已成膜的透明導電膜之薄片電阻及550 nm時之穿透率之關係分別示於圖表而成者。
根據表1及圖2、圖4可知，已成膜之透明導電膜於膜厚為125~127Å時，比電阻為100~103Ω‧cm級，薄片電阻為105~109Ω/sq.級，即便與先前之透明導電膜對比，比電阻及薄片電阻亦非常高，獲得前所未有之高電阻之透明導電膜。
又，根據表1及圖3、圖5可知，已成膜之透明導電膜之550 nm時之穿透率均為98~99%，根據表1及圖2~圖5可知，獲得前所未有之高電阻、高穿透之透明導電膜。
進行XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)之高解析度測定而分析實施例1~3之透明導電膜所含之矽之狀態。
將測定結果分別示於圖6~圖8。
於圖6~圖8中，強度之峰值均出現於鍵結能102 eV附近。
根據如下情形來判定實施例1~3之透明導電膜所含之矽為氧化物之狀態，即，已知Si之峰值為99 eV附近，SiO2之峰值為103 eV附近，SiOxNy之峰值為102 eV附近，Si3N4之峰值為101 eV附近(出處：SCAS Technical News利用XPS之矽晶圓之分析)；及於本實施形態中，靶係由氧化銦錫及二氧化矽所構成，導入氣體為氧。
(試驗例2)
使用由氧化銦錫與12.5 wt%之氧化矽所構成之靶，於 如下之條件下，藉由DC磁控濺鍍而成膜。
濺鍍裝置：轉盤型批次式濺鍍裝置
靶尺寸：方型、厚度6 mm
濺鍍方式：DC磁控濺鍍
排氣裝置：渦輪分子泵
極限真空：5×10-4 Pa
Ar流量：450 sccm(實施例4~6、對比例1)、150 sccm(實施例7~11)
氧流量：7.3 sccm(實施例4~6、對比例1)、6.6 sccm(實施例7~11)
濺鍍壓：0.4 Pa(實施例4~6、對比例1)、0.15 Pa(實施例7~11)
基板溫度：70℃
濺鍍電力：1.55 W/cm2
使用基板：玻璃基板t=1.1 mm
此處，以如下方式成膜：於氧流量為7.3 sccm之情形時，膜厚成為80、100、120、140Å(實施例4~6、對比例1)；於氧流量為6.6 sccm之情形時，膜厚成為80、90、100、110、120Å(實施例7~11)。
實施例4~6、對比例1之濺鍍氣體中之氧導入之比率為1.6%，實施例7~11的濺鍍氣體中之氧導入之比率為4.2%。
再者，對比例1由於穿透率小於98%，故作為本發明之範圍外而設為對比例。
表2、圖9、圖10係表示於實施例4~6、對比例1、實施例7~11之情形時，所成膜之透明導電膜之膜厚與薄片電阻、比電阻及穿透率之關係。
根據表2及圖9、圖10，可知所成膜之透明導電膜於膜厚為80~120Å時，比電阻為101~102Ω‧cm級，且550 nm時之穿透率均大致為98%以上，獲得前所未有之高電阻、高穿透之透明導電膜。
(試驗例3)
於試驗例1中，將成膜有實施例1~3之透明導電膜之附有透明導電膜之玻璃基板以120℃於大氣中保持0小時、1小時、2小時、3小時，對保持後之各樣品進行測定薄片 電阻之耐熱性試驗。
將測定結果示於圖11。
從耐熱性試驗之結果可知，實施例1~3中之任一者均以120℃在大氣中保持0小時、1小時、2小時、3小時後，薄片電阻幾乎無變化，對於以120℃保持至3小時為止之條件，具有高耐熱性。
(試驗例4)
於試驗例2中，將成膜有實施例4~6之透明導電膜之附有透明導電膜之玻璃基板以120℃於大氣中保持0小時、1小時、2小時、3小時，對保持後之各樣品進行測定薄片電阻之耐熱性試驗。
將測定結果示於圖12。
從耐熱性試驗之結果可知，實施例4~6中之任一者均以120℃在大氣中保持0小時、1小時、2小時、3小時後，薄片電阻無較大之變化，對於以120℃保持至3小時為止之條件，具有高耐熱性。
(試驗例5)
於試驗例2中，將成膜有實施例4~6之透明導電膜之附有透明導電膜之玻璃基板於設定為溫度60℃、濕度90%的恆溫恆濕槽內，保持0、90、150、198、246、342、582、750、1014小時，對保持後之各樣品進行測定薄片電阻之耐濕性試驗。
將測定結果示於圖13。
從耐濕性試驗之結果可知，實施例4~6於在60℃、90% 下保持0小時~1014小時後，薄片電阻亦無較大之變化，對於在60℃、90%下保持0小時~1014小時之條件，若膜厚較薄，則具有變化率較大之傾向，但具有高耐濕性。
(試驗例6)
使用由氧化銦錫與12.5 wt%之氧化矽所構成之靶，以如下之條件藉由DC磁控濺鍍而成膜。
濺鍍裝置：轉盤型批次式濺鍍裝置
靶尺寸：方型、厚度6 mm
濺鍍方式：DC磁控濺鍍
排氣裝置：渦輪分子泵
極限真空：5×10-4 Pa
Ar流量：450 sccm
氧流量：0、2、4、6、8、10 sccm(分別為對比例2、3、實施例12~14、對比例4)
基板溫度：70℃
濺鍍電力：1.55 W/cm2
使用基板：玻璃基板t=1.1 mm
對比例2、3、實施例12~14、對比例4之濺鍍氣體中之氧導入之比率分別為0%、0.4%、0.9%、1.3%、1.8%、2.2%。
此時，膜厚成為117~126 Å之範圍。
表3、圖14、圖15表示氧導入量與薄片電阻、比電阻、及穿透率之關係。
[表3]
根據表3及圖14、圖15，除氧流量為2 sccm以下之對比例2、3外，所成膜之透明導電膜獲得98%以上之穿透率。至於比電阻，可知於氧流量為10 sccm之對比例4中為104Ω‧cm級而超過特定之範圍，若考慮兩者，則氧流量為4~8 sccm(濺鍍氣體中之氧濃度：0.88~1.75%)之範圍為宜。於該範圍內，薄片電阻及比電阻之變化亦較小，因此就成膜時之控制方面而言亦有利。
C‧‧‧液晶單元
1‧‧‧液晶
2‧‧‧分隔件
3‧‧‧透明導電膜
4‧‧‧驅動區域
5‧‧‧感知區域
6‧‧‧接地區域
7、37‧‧‧黏著層
8‧‧‧覆蓋層
10‧‧‧濾色器基板
11、21‧‧‧玻璃基板
12‧‧‧黑矩陣
13‧‧‧濾色器
15、25‧‧‧配向膜
17、27‧‧‧偏光板
20‧‧‧TFT基板
24‧‧‧像素電極(透明電極)
圖1係表示本發明之實施形態之IPS液晶單元之剖面構造的模式圖。
圖2係表示靶中之SiO2比與薄片電阻之關係之圖表。
圖3係表示靶中之SiO2比與穿透率之關係之圖表。
圖4係表示膜中之Si比與薄片電阻之關係之圖表。
圖5係表示膜中之Si比與穿透率之關係之圖表。
圖6係表示使用SiO2比為10 wt%之靶而形成之透明導電膜之XPS分析結果的圖表。
圖7係表示使用SiO2比為12.5 wt%之靶而形成之透明導電膜之XPS分析結果的圖表。
圖8係表示使用SiO2比為15 wt%之靶而形成之透明導電膜之XPS分析結果的圖表。
圖9係表示膜厚與薄片電阻之關係之圖表。
圖10係表示膜厚與穿透率之關係之圖表。
圖11係表示改變靶中之SiO2比而形成之透明導電膜之耐熱性試驗的結果之圖表。
圖12係表示改變膜厚之情形時之耐熱性試驗之結果的圖表。
圖13係表示改變膜厚之情形時之耐濕性試驗之結果的圖表。
圖14係表示成膜時之氧導入量與已成膜之透明導電膜之薄片電阻的關係之圖表。
圖15係表示成膜時之氧導入量與已成膜之透明導電膜之穿透率的關係之圖表。
C‧‧‧液晶單元
1‧‧‧液晶
2‧‧‧分隔件
3‧‧‧透明導電膜
4‧‧‧驅動區域
5‧‧‧感知區域
6‧‧‧接地區域
7、37‧‧‧黏著層
8‧‧‧覆蓋層
10‧‧‧濾色器基板
11、21‧‧‧玻璃基板
12‧‧‧黑矩陣
13‧‧‧濾色器
15、25‧‧‧配向膜
17、27‧‧‧偏光板
20‧‧‧TFT基板
24‧‧‧像素電極(透明電極)

Claims (6)

  1. 一種透明導電膜，其係形成於玻璃基板者，其特徵在於：以氧化銦錫(ITO)為主材料，含有7.2~11.2at%之矽，比電阻為100~103Ω．cm級，波長550nm時之穿透率為98%以上。
  2. 一種附有透明導電膜之基板，其係於玻璃基板形成有申請專利範圍第1項之透明導電膜者，該透明導電膜之膜厚於90~130Å之範圍，薄片電阻為107~109Ω/sq.級。
  3. 一種IPS液晶單元，其係具備有申請專利範圍第2項之附有透明導電膜之基板者，該IPS液晶單元具有複數之該玻璃基板、濾色器與液晶，該透明導電膜設置於該濾色器側之該玻璃基板之液晶相反側。
  4. 一種靜電容型觸控面板，其係具備有申請專利範圍第3項之IPS液晶單元者，於該IPS液晶單元內裝入有靜電容檢測電極。
  5. 一種附有透明導電膜之基板之製造方法，其係製造申請專利範圍第2項之附有透明導電膜之基板的方法，於該玻璃基板上，形成膜厚為90~130Å，且薄片電阻為107~109Ω/sq.級之該透明導電膜。
  6. 如申請專利範圍第5項之附有透明導電膜之基板之 製造方法，其中，使用以氧化銦錫(ITO)為主材料並含有10~15wt%之氧化矽的靶，導入添加氧之氬氣作為濺鍍氣體，藉由DC磁控濺鍍而形成該透明導電膜。
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