TWI635962B - 透明導電性層合體、透明導電性層合體的製造方法、及使用透明導電性層合體所成之電子裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係提供一種具有優異濕熱特性之透明導電性層合體、透明導電性層合體之製造方法及使用如此透明導電性層合體而成之電子裝置。
亦即,其特徵為於基材上之至少一面形成總厚為350nm以下之透明導電層而成之透明導電性層合體,透明導電層係從基材側沿著膜厚方向,依順序形成第1氧化鋅膜與第2氧化鋅膜而成,第1氧化鋅膜係未包含銦的同時,係包含鎵之膜厚超過50nm之氧化鋅膜,第2氧化鋅膜係作為摻雜物包含銦及鎵之氧化鋅膜的透明導電性層合體(第1發明)、或者反向順序形成第1氧化鋅膜及第2氧化鋅膜而成,第2氧化鋅膜的膜厚為超過50nm的透明導電性層合體(第2發明)。
Description
本發明係關於透明導電性層合體、透明導電性層合體之製造方法、及使用透明導電性層合體而成之電子裝置,尤其是關於濕熱特性優異之透明導電性層合體、如此之透明導電性層合體之製造方法、及使用如此之透明導電性層合體而成之電子裝置。
以往,在具備液晶裝置或有機電致發光裝置(有機EL元件)之畫像顯示裝置,將錫摻雜氧化銦作為透明導電層之形成材料使用之透明導電性層合體被廣泛使用。
另外,使用多量包含高價且稀少金屬之銦的錫摻雜氧化銦來作為透明導電層的替代,已提案有使用透明性或表面平滑性優異之氧化鋅的透明導電性層合體。
更具體而言,提案有已於有機高分子層合體基材上形
成Al2O3薄膜,並於其上形成摻雜Ga之ZnO之GZO薄膜的透明導電薄膜(例如參照專利文獻1)。
又,提案有將氧化鋅作為主成分,藉由易濃度調控之摻雜劑,將電阻率的降低作為目的之低電阻率透明導電體。
亦即,提案有係由氧化鋅、氧化銦及氧化鎵所構成之透明導電體,將銦及鎵之元素濃度分別定為特定範圍內之值的低電阻率透明導電體(例如專利文獻2)。
另外,提案有即使為極薄膜水準,亦以得到優異耐濕熱特性作為目的,摻雜特定元素之透明導電性氧化鋅膜。
亦即,提案有於氧化鋅,添加由Ga及/或Al所構成之第1元素、與選自由In、Bi、Se、Ce、Cu、Er及Eu所構成之群中之至少1個所構成之第2元素之透明導電性氧化鋅膜,在特定之濕熱試驗前後之比電阻為特定範圍內之值,鋅與第2元素的原子數量比及膜厚規定為特定範圍內之值的透明導電性氧化鋅膜(例如專利文獻3)。
進而,為了解決銦的含量多,易厚膜化等之濺鍍用靶材的問題,提案有耐濕熱優異之透明導電性氧化鋅薄膜用之離子電鍍用靶材,或由離子電鍍用靶材所得而成之透明導電性氧化鋅薄膜(例如專利文獻4)。
更具體而言,係於氧化鋅,由包含鎵及銦的燒結體所成之離子電鍍用靶材,在所得之透明導電性氧化鋅薄膜中,In/Ga之質量比率未達0.01~0.6之值。
此外,提案有具有可實用之耐濕性等,且經濟上將氧化鋅膜(ZnO)作為主成分、具有具備複數ZnO導電膜之複數層構造的導電膜及其製造方法(例如專利文獻5)。
更具體而言,其係具備摻雜III族元素氧化物於氧化鋅,並於基體上使其成長之二層以上的導電膜層,具有複數層構造之導電膜,係具備第1 ZnO導電膜層與第2 ZnO導電膜層,該第1 ZnO導電膜層係將如與基體的表面接觸般來形成,將III族元素氧化物作為摻雜物包含或不包含,並將ZnO作為主要成分,而該第2 ZnO導電膜層係形成於第1導電膜層上,將與第1導電膜層所包含III族元素氧化物為不同種類之III族元素氧化物作為摻雜物包含,並具有透明性。
而且作為具有具備複數ZnO導電膜之複數層構造的導電膜之製造方法,為了於5~50nm之第1導電膜層(例如GZO膜)上,形成結晶性高、耐濕性優異之第2導電膜(例如AZO膜),故以200℃以上之高溫進行加熱成膜,而成為超過350nm之值者。
[專利文獻1]日本特許第4917897號公報(申請專利範圍等)
[專利文獻2]日本特開2006-147325號公報(申請專利範圍等)
[專利文獻3]日本特開2013-147727號公報(申請專利範圍等)
[專利文獻4]日本特開2011-74779號公報(申請專利範圍等)
[專利文獻5]國際公開2008-105198號公報(申請專利範圍等)
然而,專利文獻1所揭示之透明導電薄膜,發現無論是否必須將Al2O3薄膜作為底塗層,僅摻雜鎵之氧化鋅膜有耐濕熱特性尚不夠充分的問題。
又,專利文獻2所揭示之低電阻率透明導電體,發現雖企圖進行電阻率的改善,但對於濕熱特性,並未有任何考量的問題。
又,專利文獻3所揭示之透明導電性氧化鋅膜,發現雖得到某種程度的濕熱特性,但成膜條件過於嚴苛,又膜厚必須為140nm以下,有用途被限定為比較狹窄的問題。
進而,專利文獻4所揭示之透明導電性氧化鋅膜,發現其特徵為於通用之濺鍍裝置無法形成,藉由高價之離子電鍍形成,因此,製造設備需大規模,有經濟上不利益的
問題。
此外,專利文獻5所揭示具有複數層構造之導電膜,有未包含摻雜物的情況時,將第1導電膜層的膜厚限制在5~50nm之範圍的同時,並將第2導電膜層變成相當的膜厚(例如360nm),有構成上或製造上不得不成膜的制約。
又,發現玻璃基板上所形成之導電膜(參照實施例1、圖1)中,在耐濕試驗、200小時後,電阻變化率尚有約1.5%大小的問題。
進一步而言,發現於導電膜的製造上,為了於第1導電膜層上形成結晶性高、且耐濕性優異之第2導電膜,不得不以200℃以上的高溫進行加熱成膜,有基板的種類過度被限制的問題。
因此,本發明者們,努力研討如此問題的結果,發現藉由透明導電層係由第1氧化鋅膜及第2氧化鋅膜的多層構造形成,且第1氧化鋅膜及第2氧化鋅膜分別具有特定組成及特定膜厚,即使總厚為比較薄的情況下,濕熱特性亦優異,而完成本發明。
亦即,本發明係以提供一種濕熱特性優異之透明導電性層合體、如此之透明導電性層合體之製造方法、及使用如此之透明導電性層合體而成之電子裝置為目的。
根據本發明(有時稱為第1發明),係提供
一種透明導電性層合體,其係於基材上之至少一面形成透明導電層而成之透明導電性層合體,其特徵為透明導電層係從基材側沿著膜厚方向,依順序形成第1氧化鋅膜與第2氧化鋅膜而成,該透明導電層的總厚為350nm以下,第1氧化鋅膜係膜厚超過50nm之氧化鋅膜,其中摻雜物未包含銦而包含鎵,第2氧化鋅膜作為摻雜物係包含銦及鎵,該透明導電性層合體可解決上述之問題。
亦即,具有特定膜厚以下之透明導電層的透明導電性層合體中,依順序層合未包含特定摻雜物,而摻雜其他元素之特定膜厚以上的第1氧化鋅膜與進而摻雜複數的特定元素之第2氧化鋅膜,成為多層構造之後,雖為薄膜,可直接維持在低電阻性,顯著提昇濕熱特性。
尚,如後述,關於第2氧化鋅膜(有時稱為In-GZO膜)係如圖2所示,藉由膜厚方向之XPS分析,或者如圖3所示,係藉由SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析所測定之鋅量、鎵量、氧量、及銦量,雖有包含具有不均勻之濃度分布之複數區域(第1區域及第2區域)的情況,但本發明即使於如此的情況,亦可成為將該氧化鋅膜作為單一層處理者(以下相同)。
又,根據本發明之其他態樣(有時稱為第2發明),係提供一種透明導電性層合體,其係於基材上之至少一面形成透明導電層而成之透明導電性層合體,其特徵為透明導電層係從基材側沿著膜厚方向,依順序形成第2氧化鋅膜與第1氧化鋅膜而成,該透明導電層的總厚為
350nm以下,第1氧化鋅膜係未包含銦而包含作為鎵摻雜物之氧化鋅膜,第2氧化鋅膜包含銦及鎵作為摻雜物的同時,且膜厚超過50nm的透明導電性層合體時,即可解決上述之問題。
亦即,於基材上,依順序層合摻雜特定元素之第2氧化鋅膜,與進而未包含特定摻雜物,由其他元素摻雜的特定膜厚之第1氧化鋅膜,總厚成為特定膜厚以下之多層構造之後,於第2氧化鋅膜與基材之間的界面等,有效防止水分等侵入,最終即使為薄膜,亦可顯著提昇透明導電層的濕熱特性。
又,在構成本發明(第1發明及第2發明)中,第2氧化鋅膜相對於藉由XPS之元素分析測定的鋅量、鎵量、氧量、及銦量的合計量(100atom%),較佳為將銦量定為0.01~25atom%範圍內之值。
藉由如此構成,可得到比電阻低的同時,且濕熱特性優異之氧化鋅膜。
又,在構成本發明(第1發明及第2發明)中,較佳為將在透明導電層之初期比電阻定為ρ0,於60℃、相對濕度95%的條件下,將保管500小時後的比電阻定為ρ500時,將ρ500/ρ0所表示之比率定為1.3以下之值。
藉由如此構成,可得到確實經過長時間濕熱特性依然優異之透明導電性層合體。
又,在構成本發明(第1發明及第2發明)中,較佳為將由第1氧化鋅膜及第2氧化鋅膜所構成之透
明導電層的總厚定為70~350nm範圍內之值。
藉由如此構成,即使為特定厚度之薄膜,亦可顯著提昇透明導電層的濕熱特性。
又,在構成本發明(第1發明及第2發明)中,第2氧化鋅膜中,較佳為關於藉由膜厚方向之XPS分析所測定之鋅量、鎵量、氧量、及銦量,已包含作為具有不均勻濃度分布的複數區域之第1區域及第2區域。
藉由如此構成,關於在第2氧化鋅膜之鋅量、鎵量、氧量及銦量,在從氧化鋅膜面向基材側的膜厚方向,增加相對之銦量,之後由於包含具有低下且不均勻之濃度分布的複數區域(第1區域及第2區域),故第2氧化鋅膜最終可顯著提昇包含其而成之透明導電層的濕熱特性。
又,在構成本發明(第1發明及第2發明)中,基材較佳為選自由聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、環烯烴系共聚物、環烯烴系聚合物、聚醚碸、聚醯亞胺所構成之群中之至少1種所構成之樹脂基材。
藉由如此構成,可賦予透明導電性層合體柔軟性及透明性。
又,關於本發明(第1發明及第2發明)之其他態樣,係一種電子裝置,其特徵為將上述之任一種透明導電性層合體用在透明電極而成。
如此,藉由將濕熱特性優異之透明導電性層合體用在
透明電極,能適當實現電子裝置的長期穩定性。
又,關於本發明(第1發明)進一步之其他態樣,係一種透明導電性層合體之製造方法,其係於基材上之至少一面形成總厚為350nm以下之透明導電層而成之透明導電性層合體之製造方法,其特徵為透明導電層係從基材側沿著膜厚方向,依順序形成第1氧化鋅膜與第2氧化鋅膜而成,包含下述步驟(1)~(3);(1)準備基材、第1氧化鋅膜用燒結體、第2氧化鋅膜用燒結體之步驟、(2)於基材上,使用濺鍍法,從第1氧化鋅膜用燒結體,形成未包含銦而包含鎵作為摻雜物,且膜厚超過50nm之第1氧化鋅膜之步驟、(3)於第1氧化鋅膜上,使用濺鍍法,從第2氧化鋅膜用燒結體,形成包含銦及鎵作為摻雜物之第2氧化鋅膜之步驟、亦即,關於本發明(第1發明),藉由形成配合組成不同,且至少2層構造之透明導電層,即使為特定厚度以下之薄膜,亦可穩定地製造電氣特性及濕熱特性優異之透明導電性層合體。
又,關於本發明(第1發明),較佳係包含於步驟(3)之後,於第2氧化鋅膜的表面,進一步層合與第1氧化鋅膜相同組成之另一第1’氧化鋅膜之步驟作為步驟(4)。
亦即,關於本發明(第1發明),藉由形成至少3層
構造之透明導電層,可有效率地製造濕熱特性更為優異之透明導電性層合體。
又,關於本發明(第2發明)進一步之其他態樣,係一種透明導電性層合體之製造方法,其係於基材上之至少一面形成總厚為350nm以下之透明導電層而成之透明導電性層合體之製造方法,其特徵為透明導電層係從基材側沿著膜厚方向,依順序形成第2氧化鋅膜與第1氧化鋅膜而成,包含下述步驟(1’)~(3’);(1’)準備基材、第1氧化鋅膜用之燒結體、第2氧化鋅膜用之燒結體之步驟、(2’)於基材上,使用濺鍍法,從第2氧化鋅膜用燒結體,形成包含銦及鎵作為摻雜物,且膜厚超過50nm之第2氧化鋅膜之步驟、(3’)於第2氧化鋅膜上,使用濺鍍法,從第1氧化鋅膜用燒結體,形成未包含銦而包含鎵作為摻雜物之第1氧化鋅膜之步驟。
亦即,關於本發明(第2發明),藉由形成至少2層構造之透明導電層,即使為相對薄的薄膜,亦可穩定地製造電氣特性及濕熱特性優異之透明導電性層合體。
又,關於本發明(第2發明),較佳係包含於步驟(3’)之後,於第1氧化鋅膜的表面,進一步層合與第2氧化鋅膜相同組成之另一第2’氧化鋅膜之步驟作為步驟(4’)。
亦即,關於本發明(第2發明),藉由形成至少3層
構造之透明導電層,可有效率地製造濕熱特性更為優異之透明導電性層合體。
又,關於本發明(第1發明及第2發明),作為第2氧化鋅膜用燒結體,較佳為使用鎵的含量為4.1~7.4重量%之燒結體。
亦即,在形成本發明(第1發明及第2發明)之第2氧化鋅膜,藉由使用含有特定量鎵之燒結體,可有效率地製造不僅濕熱特性,且電氣特性優異之透明導電性層合體。
10、10’‧‧‧第2氧化鋅膜
16、16’‧‧‧第1氧化鋅膜
12‧‧‧基材
18、18’、18”、18”’‧‧‧透明導電層
50、50’、50”、50”’‧‧‧透明導電性層合體
[圖1]圖1(a)~(d)係供作用以說明包含本發明之透明導電層之透明導電性層合體的態樣之圖。
[圖2]圖2(a)~(c)係根據XPS測定,供作用以說明氧化鋅膜(第1區域及第2區域)之圖。
[圖3]圖3係根據SIMS測定,供作用以說明氧化鋅膜(第1區域及第2區域)之圖。
[圖4]圖4係藉由第2氧化鋅膜的In Plane法之X光繞射圖。
[圖5]圖5係藉由第2氧化鋅膜的Out of Plane法之在002面之X光繞射圖。
[圖6]圖6供作用以說明第2透明導電膜的膜厚、與在環境試驗前後之比電阻的變化關係之圖。
第1實施形態係關於第1發明,其係一種透明導電性層合體,其係於基材上之至少一面形成透明導電層而成之透明導電性層合體,其特徵為透明導電層係從基材側沿著膜厚方向,依順序形成第1氧化鋅膜與第2氧化鋅膜而成,透明導電層的總厚(d)為350nm以下,第1氧化鋅膜作為摻雜物未包含銦而包含鎵,且係膜厚(d1)超過50nm之氧化鋅膜,第2氧化鋅膜作為摻雜物係包含銦及鎵。
以下,對於第1實施形態之透明導電性層合體,參照適當圖面來具體說明。
第1氧化鋅膜係特定膜厚(d1)之氧化鋅膜(GZO膜),其特徵為作為摻雜物未包含銦的同時,係包含鎵而成。
更具體而言,如圖1(a)、(c)所示,其特徵係於基材12之至少單面所形成之第1氧化鋅膜,未包含銦的同時係摻雜鎵而成之膜厚(d1)超過50nm之氧化鋅膜16。
作為構成第1氧化鋅膜之元素,其特徵係已包含氧化鋅作為主成分,為了提昇導電性,作為摻雜物,不包含銦的同時係包含鎵(以下有時稱為GZO膜)。
而且作為其他摻雜物,可包含選自鋁、硼、矽、錫、鍺、銻、銥、錸、鈰、鋯、鎂、鈦、釩、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鈮、鉬、鎝、釕、銠、鈀、銀、鑭、鉿、鉭、鎢、鉑、金、鉍、錒、釔、及鈧中之至少1種。
又,在第1氧化鋅膜的鎵量,相對於藉由XPS之元素分析測定之鋅量、鎵量、氧量的合計量(100atom%),較佳為將鎵量定為0.1~10atom%範圍內之值。
此理由係因為鎵量成為上述範圍外之值時,有電氣特性不良的情況。
據此,第1氧化鋅膜係摻雜鎵而成之氧化鋅膜時,相對於鋅量、鎵量、氧量的合計量(100atom%),更佳為將鎵量定為0.5~8atom%範圍內之值,再更佳為1~7atom%範圍內之值。
尚,第1氧化鋅膜中其特徵為未包含銦。
在此,本案發明中,所謂「未包含銦」,具體而言,係指在第1氧化鋅膜所包含之上述之各種添加元素的摻合量,相對於藉由XPS之元素分析測定的鋅量、鎵量、氧量、及銦量的合計量(100atom%),若銦量為0atom%、
或超過0且未達0.01atom%範圍內之值即可。
又,藉由XPS之元素分析測定的各元素量,係意味著在透明導電層整體,藉由深度方向之XPS分析所測定之在各深度之元素量的平均值。
又,對於第1氧化鋅膜的膜厚(d1),其特徵為超過50nm之值。
此理由係因為該第1氧化鋅膜的膜厚(d1)成為50nm以下之值時,有第1氧化鋅膜的穩定形成變為困難的情況,又,於第1氧化鋅膜之上,有第2氧化鋅膜的穩定形成變為困難的情況。
另外,因為第1氧化鋅膜的膜厚(d1)過度厚時,於該第1氧化鋅膜的形成需要過度時間,有生產性降低,或對於基材的密著性降低,或產生膜翹曲的情況。
據此,較佳為第1氧化鋅膜的膜厚(d1)為60~250nm範圍內之值,更佳為70~150nm範圍內之值。
尚,第1氧化鋅膜的膜厚(d1),如在實施例1具體說明,可使用分光橢偏儀來測定。
又,較佳為將第1氧化鋅膜16之初期比電阻(ρ0)定為1×10-4~1×10-2Ω.cm範圍內之值。
此理由係因為第1透明導電層初期比電阻成為未達
1×10-4Ω.cm之值時,有成膜條件變為複雜的情況。
另外,係因為第1透明導電層初期比電阻成為超過1×10-2Ω.cm之值時,構成透明導電性層合體的情況中,有得不到適當導電性的情況。
據此,更佳為第1透明導電膜層初期比電阻成為3×10-4~8×10-3Ω.cm範圍內之值,再更佳為5×10-4~5×10-3Ω.cm範圍內之值。
尚,第1透明導電層之比電阻(ρ)如具體說明在實施例1,可由第1透明導電層的膜厚(d1)及測定之表面電阻率(R)來算出。
第2氧化鋅膜其特徵為作為摻雜物,包含銦及鎵之氧化鋅膜(In-GZO膜)。
更具體而言,如圖1(a)及(c)所示,其係於第1氧化鋅膜16上所形成之第2氧化鋅膜10,其特徵為作為摻雜物包含銦及鎵而成之氧化鋅膜。
作為構成第2氧化鋅膜之元素,其特徵係從電氣特性及濕熱特性優異的點來看,將氧化鋅作為主成分,且作為摻雜物,包含銦及鎵。
惟,為了更加提昇導電性,可包含選自鎵、鋁、硼、矽、錫、鍺、銻、銥、錸、鈰、鋯、鎂、鈦、釩、錳、
鐵、鈷、鎳、銅、鈮、鉬、鎝、釕、銠、鈀、銀、鑭、鉿、鉭、鎢、鉑、金、鉍、錒、釔、及鈧中之至少1種。
又,第2氧化鋅膜係包含氧化鋅的同時,並銦及摻雜鎵而成之氧化鋅膜時,所包含之各種添加元素的摻合量,較佳為透明導電層相對於藉由XPS元素分析測定的鋅量、鎵量、氧量、及銦量的合計量(100atom%),將銦量定為0.01~25atom%範圍內之值,且將鎵量定為0.1~10atom%範圍內之值。
此理由係因為若在透明導電層之銦量為特定範圍內之值,則可以得到實用之濕熱特性與電氣特性。
又,關於鎵量,由於鎵量為上述範圍外之值時,有電氣特性不良的情況。
惟,從濕熱特性成為更為良好者,且降低比電阻之值來看,第2氧化鋅膜中,較佳為相對於藉由XPS之元素分析測定的鋅量、鎵量、氧量、及銦量的合計量(100atom%),將銦量定為0.02~8atom%範圍內之值,且將鎵量定為0.5~10atom%範圍內之值。
此外,更佳為將銦量定為0.1~7atom%範圍內之值,且將鎵量定為1~10atom%範圍內之值,特佳為將銦量定為0.1~6atom%範圍內之值,且將鎵量定為1~7atom%範圍內之值。
尚,第2氧化鋅膜中,如圖2所示,即使已包含組成不同之複數區域(第1區域及第2區域),通常第1區域的厚度未達20nm。據此,除非另有說明,藉由XPS之元
素分析測定的各元素量,係意味著在第2區域之在各深度之元素量的平均值。
尚,作為第2氧化鋅膜之摻雜劑,其特徵為選擇鎵及銦。
亦即,係因為藉由包含2種以上所添加之摻雜劑,可提高氧化鋅膜的化學穩定性。
又,被認定係因為在元素周期表之13族元素的情況,較12族之鋅更多具有1個價電子,且在鋅佔有側設定取代摻雜劑時,鋁、鎵、及銦之個別的第1離子化能量者較鋅更小,作為載體的發生源有效。
進而,考量摻雜劑的佔有側時,比較在如氧化鋅之離子結合性的離子結晶之結合能量指標即馬得隆能量(Madelung energy)時,鋁為-6.44eV,鎵為-13.72eV,銦為-9.73eV。
據此,作為對於氧化鋅之摻雜劑的穩定性,被認為依鎵、銦、鋁順序昇高。
除此之外,對於共價鍵半徑,鋅的情況成為1.25Å、鋁成為1.18Å、鎵成為1.26Å、銦成為1.44Å,另外,對於離子半徑,鋅成為0.74Å、鋁成為0.53Å、鎵成為0.61Å、銦成為0.76Å。
假設在將氧化鋅作為主要之結晶,於鋅側設定取代摻雜劑,其考慮構造穩定性時,從共價鍵半徑的觀點來看,
推測鎵最穩定被取代,從離子半徑的觀點來看,推測銦最穩定被取代,因此,係選擇將此等作為摻雜劑者。
又,第2氧化鋅膜的膜厚(d2)較佳為成為250nm以下之值。
此理由係因為該第2氧化鋅膜的膜厚(d2)超過250nm時,於該第2氧化鋅膜的形成需要過度時間,有生產性降低,或者透明導電層的總厚(d)增厚、或對於第1氧化鋅膜或基材的密著性降低,或產生膜翹曲的情況。惟,因為第2氧化鋅膜的膜厚(d2)過度變薄時,不僅提高作為透明導電層的比電阻、或有濕熱特性等顯著降低的情況。
據此,較佳為第2氧化鋅膜的膜厚(d2)為20~230nm範圍內之值,更佳為30~150nm範圍內之值。
其他,對於第2氧化鋅膜的膜厚(d2),如在實施例1具體說明,可使用分光橢偏儀來測定。
又,較佳為將第2氧化鋅膜10初期比電阻(ρ0)定為超過5×10-4Ω.cm且2.1×10-1Ω.cm以下之值。
此理由係因為第2氧化鋅膜初期比電阻成為5×10-4Ω.cm以下之值時,有成膜條件變為複雜的情況。
另外,係因為第2氧化鋅膜之初期比電阻成為超過
1×10-1Ω.cm之值時,有得不到適當導電性的情況。
據此,較佳為將第2氧化鋅膜之初期比電阻定為5.5×10-4Ω.cm~1×10-2Ω.cm範圍內之值,更佳為6×10-4Ω.cm~5×10-3Ω.cm範圍內之值。
尚,第2氧化鋅膜之初期比電阻(ρ),可由第2透明導電薄膜的膜厚(d2)及測定之表面電阻率(R0)來算出。
在此,說明波及第2氧化鋅膜之初期比電阻,作為摻雜物之銦量的影響。
亦即,摻雜第2氧化鋅膜之銦量,相對於整體量,至2atom%左右,初期比電阻之值為1×10-3~1.2×10-3Ω.cm左右,幾乎一定。
又,銦量慢慢增大,多至4atom%左右時,初期比電阻之值亦隨銦量慢慢增大,為2.5×10-3Ω.cm左右。
進而又,銦量多至6atom%左右時,初期比電阻之值為5×10-3Ω.cm左右。
而且銦量多至8atom%左右時,初期比電阻之值有進一步相當增大的傾向。
據此,藉由將在第2氧化鋅膜之銦量定為特定範圍內之值,可將第2氧化鋅膜之初期比電阻控制在上述較佳之範圍。
氧化鋅膜已知通常已具有六方晶系纖鋅礦型之結晶構
造,摻雜鎵之氧化鋅膜(以下稱為GZO膜)亦又已具有六方晶系纖鋅礦型之結晶構造,係c軸配向性強之薄膜。
又,判斷第2氧化鋅膜雖為與包含氧化鋅一起,摻雜鎵及銦而成之氧化鋅膜(以下有時稱為In-GZO膜),即使摻雜銦,從X光繞射圖,顯示特定之結晶性。
更具體而言,圖4係顯示第2氧化鋅膜中,藉由在使銦的量變化時之In plane法的X光繞射圖。
在此,特性曲線A係由重量比為ZnO:Ga2O3:In2O3=94.0:5.7:0.3之燒結體所得之In-GZO膜的X光繞射圖,特性曲線B係由重量比為ZnO:Ga2O3:In2O3=93.3:5.7:1.0之燒結體所得之In-GZO膜的X光繞射圖。
又,特性曲線C係由重量比為ZnO:Ga2O3:In2O3=89.3:5.7:5.0之燒結體所得之In-GZO膜的X光繞射圖,特性曲線D係由重量比為ZnO:Ga2O3:In2O3=84.3:5.7:10.0之燒結體所得之In-GZO膜的X光繞射圖,而且,特性曲線E未包含銦,亦即為GZO膜的X光繞射圖。
而且特性曲線E係不包含銦,亦即係GZO膜之X光繞射圖。
又,圖5係顯示藉由在第2氧化鋅膜之002面的Out of Plane法之X光繞射圖。
在此,圖5中之特性曲線A~E係與對應圖4之X光繞射圖的樣品相同。
在此,圖5中之特性曲線A~E係與對應圖4之X光繞射圖的樣品相同之內容。
據此,如從圖4及圖5之X光繞射圖的比較所理解,推測由於第2氧化鋅膜(In-GZO膜)即使形成於第1氧化鋅膜(GZO膜)上,亦與In-GZO膜顯示同樣的繞射峰,故結晶構造亦類似。
亦即,由圖4及圖5,由於第2氧化鋅膜即In-GZO膜係顯示與第1氧化鋅膜即GZO膜相同的繞射峰,認為結晶構造亦類似,因此,推定第2氧化鋅膜中,成為c軸配向性高之柱狀構造。
又,將在第2氧化鋅膜10、10’之初期比電阻定為ρ0,於60℃、相對濕度95%的條件下,將保管500小時後的比電阻定為ρ500時,較佳為將ρ500/ρ0所表示之比率定為1.5以下之值。
又,於60℃、相對濕度95%的條件下,將保管1000小時後的比電阻定為ρ1000時,較佳為將ρ1000/ρ0所表示之比率定為2.0以下之值。
尚,第2氧化鋅膜之比電阻(ρ0、ρ500、ρ1000)如在實施例1已具體說明,可使用表面電阻測定裝置來測定。
在此,說明各實施例第2氧化鋅膜(In-GZO膜)的銦量、與在環境試驗前後之比電阻之變化的關係。
亦即,摻雜銦等之第2氧化鋅膜(In-GZO膜)即使
於500小時後,ρ500/ρ0之值的增加率低,可維持1.3以下之值。
據此,與第1氧化鋅膜(GZO膜)比較,理解到第2氧化鋅膜(In-GZO膜)由於在濕熱環境下之比電阻之變化的比例經濟長期為低,在經時間之濕熱特性優異。
因此,較佳係將ρ500/ρ0所表示之比率成為1.25以下之值,更佳為成為1.15以下之值,再更佳為成為1.08以下之值。
又,如圖2所示,較佳係第2氧化鋅膜係包含氧化鋅的同時,摻雜鎵及銦而成之氧化鋅膜,從該第2氧化鋅膜面向基材的膜厚方向中,關於藉由深度方向之XPS分析所測定之鋅量、鎵量、氧量、及銦量,包含具有不均勻濃度分布之複數區域(第1區域及第2區域)。
更具體而言,第1區域中,相對於藉由XPS之元素分析測定的鋅量、鎵量、氧量、及銦量的合計量(100atom%),較佳為將鋅量定為20~60atom%範圍內之值,將鎵量定為0.1~10atom%範圍內之值,將氧量定為22~79.89atom%範圍內之值,且將銦量定為0.01~8atom%範圍內之值。
又,第2區域中,相對於藉由XPS之元素分析測定的鋅量、鎵量、氧量、及銦量的合計量(100atom%),較佳為將鋅量定為35~65atom%範圍內之值,將鎵量定為
0.1~10atom%範圍內之值,將氧量定為17~64.89atom%範圍內之值,且將銦量定為0.01~8atom%範圍內之值。
而且較佳係第1區域之[In]/[Ga]之值較第2區域之[In]/[Ga]之值更大。
亦即,關於在第2氧化鋅膜之鋅量、鎵量、氧量及銦量,從第2氧化鋅膜面向基材的膜厚方向中,依順利包含相對性銦量多之第1區域、及相對性銦量少之第2區域時,可顯著提昇第2氧化鋅膜的濕熱特性。
惟,第2氧化鋅膜所包含之第1區域~第2區域的界面並非必定要明確,各區域的組成比可為存在有連續性或階段性變化之部分的狀態。
此外,關於組成比不同之第1區域及第2區域的形成,可藉由1次之濺鍍步驟的實施予以形成,或者可藉由2次以上之濺鍍步驟的實施予以形成。
亦即,即使為1次之濺鍍步驟,作為濺鍍用靶材,使用氧化鋅-氧化鎵-氧化銦之三元系燒結體,藉由適當調整其各成分的摻合比例等,如圖2所示,與在氧化鋅膜之基板側相反側的表面近邊,可連續性形成銦量相對比較多之區域(第1區域)、與於氧化鋅膜之內部,銦量相對比較少之區域(第2區域)。
此理由從上述之馬得隆能量的觀點來看,除了推測鎵增大,穩定地併入結晶粒之外,銦與鎵進行比較時為不穩定之外,從共價鍵半徑的觀點來看,推定係起因於銦與鋅及鎵比較時較大。亦即,推測由於銦預測對於氧化鋅之溶
解度小,故除了維持結晶構造,變成比較過剩的銦偏析於表面。
尚,如此之偏析,與使用離子鍍法或真空蒸鍍法的情況相比較,由於使用濺鍍法的情況,顯著產生,故以採用濺鍍法較佳。
當然,藉由2次以上濺鍍步驟的實施,且使濺鍍條件或濺鍍用靶材的種類等多變,可形成組成比不同之第1區域及第2區域。
作為圖1所例示之基材12,若為透明性優異者並未特別限定,可列舉玻璃、陶瓷、樹脂薄膜等。作為樹脂薄膜的材料,可列舉玻璃、陶瓷、樹脂薄膜等。
又,樹脂薄膜時,作為基材材料,更具體而言,可列舉聚醯亞胺、聚醯胺、聚醯胺醯亞胺、聚苯醚(Polyphenylene ether)、聚醚酮、聚醚醚酮、聚烯烴、聚酯、聚碳酸酯、聚碸、聚醚碸、聚硫化苯(Polyphenylene sulfide)、聚芳酯、丙烯酸系樹脂、環烯烴系共聚合物、環烯烴系聚合物、芳香族系聚合物、聚胺基甲酸乙酯系聚合物等。
尤其是為了使本發明之透明導電性層合體成為柔軟性優異者,以基材為樹脂薄膜較佳。
又,此等樹脂薄膜當中,由於透明性優異,且有柔軟
性及通用性,較佳為選自由聚酯、聚醯亞胺、聚醯胺或環烯烴系聚合物、聚醚碸所構成之群中之至少1種,更佳為聚酯或環烯烴系聚合物。
更具體而言,作為聚酯,可列舉聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚芳酯等。
又,作為聚醯胺,可列舉全芳香族聚醯胺、尼龍6、尼龍66、尼龍共聚合物等。
又,作為環烯烴系聚合物,可列舉降莰烯系聚合物、單環之環狀烯烴系聚合物、環狀共軛二烯系聚合物、乙烯基脂環烴聚合物、及此等之氫化物。例如可列舉Appel(三井化學公司製之乙烯-環烯烴共聚合物)、Arton(JSR公司製之降莰烯系聚合物)、ZEONOR(日本Zeon公司製之降莰烯系聚合物)等。
又,圖1所例示之基材12的膜厚雖因應使用目的等予以決定即可,但從柔軟性及操作容易的點來看,較佳為成1~1000μm範圍內之值,更佳為成5~250μm範圍內之值,再更佳為成10~200μm範圍內之值。
又,基材中,除了上述之樹脂成分之外,在不損及透明性等之範圍,可包含抗氧化劑、難燃劑、潤滑劑等之各
種添加劑。
進而,本發明之透明導電性層合體中,如有必要,可設置各種其他層。
作為如此之其他層,例如可列舉氣體阻隔層、底漆層、平坦化層、硬塗層、保護層、抗靜電層、防污層、防眩層、彩色濾光片、接著劑層、裝飾層、印刷層等。
在此,底漆層係用以提昇設置在基材與透明導電層之密著性之層,作為材料,例如可使用胺基甲酸乙脂系樹脂、丙烯酸系樹脂、矽烷偶合劑、環氧系樹脂、聚酯系樹脂、紫外線硬化型樹脂等之公知者。
又,氣體阻隔層較佳係設置在基材與透明導電層之間,作為構成氣體阻隔層之材料,若為阻止氧及水蒸氣透過者,雖並未特別限定,但較佳為透明性佳,且氣體阻隔性良好者。
更具體而言,作為構成材料,例如較佳為選自鋁、鎂、鋯、鈦、鋅、錫等之金屬;氧化矽、氧化鋁、氧化鋅、氧化鋯、氧化鈦、氧化銦、氧化錫、氧化鋅錫等之無機氧化物;氮化矽等之無機氮化物;無機酸氮化物;無機碳化物;無機硫化物;無機酸氮化碳化物;高分子化合物及此等之複合體中之至少1種。
而且,此等當中,氣體阻隔層更佳為選自由氧化矽、氮化矽、酸氮化矽、氧化鋅錫(ZTO)中之至少1種所構
成。
又,該氣體阻隔層可包含各種高分子樹脂、硬化劑、抗老化劑、光穩定劑、難燃劑等之其他摻合成分。
又,作為形成氣體阻隔層之方法,並未特別限定,例如可列舉將上述之材料藉由蒸鍍法、濺鍍法、離子鍍法、熱CVD法、電漿CVD法等而形成於基材上之方法、或將上述材料溶解或分散於有機溶劑之溶液藉由公知之塗佈方法而塗佈於基材上,並適度乾燥所得之塗膜而形成之方法、對於所得之塗膜進行大氣壓電漿或離子注入法、燈退火處理等之表面改質而形成之方法等。
又,氣體阻隔層的厚度並未特別限制,較佳通常為20nm~50μm範圍內之值。
此理由,係因為藉由成為如此特定膜厚之氣體阻隔層,進一步得到優異之氣體阻隔性或密著性的同時,可使柔軟性與被膜強度兩立。
據此,更佳為將氣體阻隔層的膜厚成為30nm~1μm範圍內之值,再更佳為40nm~500nm範圍內之值。
又,較佳為將氣體阻隔層之40℃、相對濕度90%之氛圍下所測定之水蒸氣透過率定為0.1g/m2/day以下之值,更佳為0.05g/m2/day以下之值,再更佳為0.01g/m2/day以下之值。
此理由,係因為藉由成為如此之水蒸氣透過率之值,可防止透明導電層劣化,而得到耐濕熱性優異之氣體阻隔性。
尚,作為氣體阻隔層之水蒸氣透過率,可用公知方法測定,例如可使用市售之水蒸氣透過率測定裝置來測定。
圖1(a)所例示之透明導電性層合體50,其特徵為於基材12上之單面或雙面形成總厚為350nm以下之透明導電層18而成之透明導電性層合體,作為第1發明,透明導電層18係從基材12側沿著膜厚方向,第1氧化鋅膜16及第2氧化鋅膜10依順序所形成之構成,而且第1氧化鋅膜16及第2氧化鋅膜10係具備上述之構成。
又,如圖1(c)所示,較佳之態樣係於第2氧化鋅膜10上,進一步層合第1’氧化鋅膜16’亦為較佳之態樣。
如此,藉由組合未包含銦之第1及包含銦之第2氧化鋅膜進行複層化,可適當且緻密調整透明導電性層合體的濕熱特性。
尚,本發明中,關於透明導電層之透明性,特定膜厚(350nm以下)中,較佳為波長550nm之光線透過率為70%以上之值,更佳為80%以上之值,再更佳為90%以上之值。
又,關於包含基材之透明導電性層合體的透明性,特定厚度中,較佳為波長550nm之光線透過率為50%以上之值,更佳為60%以上之值,再更佳為70%以上之值。
又,較佳為將在本發明之透明導電性層合體(第1發明)之透明導電層18之初期的比電阻定為ρ0,於60℃、相對濕度95%的條件下,將保管500小時後的比電阻定為ρ500時,較佳為將ρ500/ρ0所表示之比率定為1.3以下之值。
更具體而言,由於本案發明(第1發明)係透明導電層由未包含銦的同時,包含鎵之特定膜厚的第1氧化鋅膜、與包含鎵及銦特定膜厚之第2氧化鋅膜所形成,藉由將第2氧化鋅膜作為濕熱劣化抑制層使用,並藉由2層之加乘效果,將初期比電阻維持在特定比率,可得到具有良好濕熱特性之透明導電性層合體。
尚,透明導電層之比電阻(ρ500、ρ0)如具體說明在實施例1,可使用表面電阻測定裝置來測定。
而且理解到實施例1由於係於基材具有依順序形成100nm之In-GZO膜、與100nm之GZO膜而成的透明導電層,In-GZO膜發揮顯著濕熱劣化抑制效果,比電阻之比率變化即使經過500小時後,為1.21左右。
又,理解到實施例2由於係於基材具有依順序形成100nm之GZO膜、與100nm之In-GZO膜而成的透明導電層,於實施例2,In-GZO膜發揮顯著濕熱劣化抑制效果,比電阻之比率變化即使經過500小時後,為1.03左右。
又,理解到實施例3由於係於基材具有依順序形成100nm之GZO膜、與20nm之In-GZO膜而成的透明導電層,In-GZO膜發揮顯著濕熱劣化抑制效果,比電阻之比率變化即使經過500小時後,為1.1左右。
進而,又理解到實施例4由於係於基材具有依順序形成100nm之GZO膜、與200nm之In-GZO膜而成的透明導電層,於實施例4,In-GZO膜發揮顯著濕熱劣化抑制效果,比電阻之比率變化即使經過500小時後,幾乎沒有。
其次,改變視角,參照圖6,說明在透明導電性層合體之透明導電膜的膜厚(惟,第1透明導電膜的膜厚為100nm一定)、與在環境試驗前後之比電阻之變化的關係。
亦即,於圖6之橫軸,顯示採用第2氧化鋅膜的膜厚,於縱軸,顯示採用60℃、相對濕度95%的條件下保管時之經過時間,於縱軸,顯示採用ρ500/ρ0所表示之比率。
由該圖6中之特性曲線,理解到藉由將第2氧化鋅膜形成於第1氧化鋅膜之上,發揮顯著之耐濕熱性效果,在環境試驗前後之比電阻的變化率降低。
尚,各試料雖詳細記載於實施例,但於基材上,作為第1氧化鋅膜,係使用具有ZnO:Ga2O3=94.3重量%:5.7重量%之重量比的燒結體成膜成膜厚100nm,進而作為第2氧化鋅膜,係使用具有ZnO:Ga2O3:In2O3=93.3重量%:5.7重量%:1.0重量%之重量比的燒結體成膜成
各膜厚之透明導電性層合體。
又,在本發明之透明導電性層合體之透明導電層的表面電阻率(R)較佳為1000Ω/□以下之值。
更具體而言,係因為該表面電阻率成為超過1000Ω/□之值時,有作為透明導電性層合體得不到適當導電性的情況。
據此,透明導電性層合體的表面電阻率更佳為500Ω/□以下之值,再更佳為200Ω/□以下之值。
尚,對於表面電阻率之測定方法,如以實施例具體說明,可使用表面電阻測定裝置來測定。
又,在構成本發明(第1發明及第2發明)中,較佳為由第1氧化鋅膜及第2氧化鋅膜所構成之透明導電層的總厚(d)定為70~350nm範圍內之值。
此理由係因為藉由如此構成,即使為相對薄的薄膜,亦可顯著提昇透明導電層之濕熱特性。
更具體而言,係因為透明導電層的總厚(d)成為未達70nm之值時,有透明導電層的濕熱特性顯著降低的情況。
另外,透明導電層的總厚(d)超過350nm時,透明導電層的彈性顯著降低,有使用用途過度被限制的情況。
據此,更佳為將由第1氧化鋅膜及第2氧化鋅膜所構成之透明導電層的總厚(d)定為80~350nm(或80~280nm)範圍內之值,再更佳為100~350nm(或100~250nm)範圍內之值。
第2實施形態,係一種透明導電性層合體,其係於基材上之至少一面形成總厚為350nm以下之透明導電層而成之透明導電性層合體,其特徵為透明導電層係從基材側沿著膜厚方向,依順序形成第2氧化鋅膜與第1氧化鋅膜而成,第1氧化鋅膜作為摻雜物,未包含銦的同時,係包含鎵之氧化鋅膜,第2氧化鋅膜係作為摻雜物,係包含銦及鎵的同時,膜厚超過50nm之氧化鋅膜
以下,對於第2實施形態之透明導電性層合體,參照適當圖面來具體說明。
更具體而言,圖1(b)所例示之透明導電性層合體50’,其特徵為於基材12上之單面或雙面形成透明導電層而成之透明導電性層合體,透明導電層係以從基材側沿著膜厚方向,依順序形成第2氧化鋅膜10與第1氧化鋅膜16而成。
又,如圖1(d)所示,較佳之態樣係於第1氧化鋅膜16上,進一步層合第2氧化鋅膜10’亦為較佳之態樣。
如此,藉由組合配合組成或膜厚不同,且未包含銦的同時,係包含鎵之第1氧化鋅膜、與包含鎵及銦之第2氧
化鋅膜進行多層化,可適當且緻密調整透明導電性層合體的濕熱特性。
在此,對於第2氧化鋅膜的膜厚,其特徵為超過50nm。
此理由係因為第2氧化鋅膜的膜厚成為50nm以下之值時,有提高作為第2氧化鋅膜的比電阻之透明導電層的比電阻增高的情況。
另外,第2氧化鋅膜的膜厚過度變薄,例如未達20nm之值時,包含第1區域~第2區域之氧化鋅膜的電氣特性、或是濕熱特性等有顯著降低的情況。
另外,另外,因為第2氧化鋅膜的膜厚過度厚時,於該第2氧化鋅膜的形成需要過度時間,有生產性降低,或產生膜翹曲的情況。
據此,較佳為將第2氧化鋅膜的膜厚定為60~250nm範圍內之值,更佳為70~150nm範圍內之值。
尚,第2氧化鋅膜的膜厚,如在實施例1具體說明,可使用分光橢偏儀來測定。
又,較佳為將第1氧化鋅膜的膜厚(d1)定為250nm以下之值。
此理由係因為該第1氧化鋅膜的膜厚(d1)超過250nm時,該第1氧化鋅膜的形成需要過度時間,有生產性降低,或對於透明導電層的總厚(d)變厚,對第2氧化鋅膜的密著性降低,或產生膜翹曲的情況。
惟,因為第1氧化鋅膜的膜厚(d1)過度變薄時,不
僅提高作為透明導電層之比電阻、或有濕熱特性等顯著降低的情況。
據此,較佳為第1氧化鋅膜的膜厚(d1)為20~230nm範圍內之值,更佳為30~150nm範圍內之值。
其他,第1氧化鋅膜及第2氧化鋅膜除了個別摻雜物之種類或膜厚之外,由於係與上述之第2氧化鋅膜的內容實質上相同,又,作為透明導電性層合體的特性亦與上述相同,故省略再次說明。
第3實施形態關於第1發明,係一種透明導電性層合體之製造方法,其係於基材上之至少一面形成總厚(d)為350nm以下之透明導電層而成之透明導電性層合體之製造方法,其特徵為透明導電層係從基材側沿著膜厚方向,依順序形成第1氧化鋅膜與第2氧化鋅膜而成,包含下述步驟(1)~(3);(1)分別準備基材、第1氧化鋅膜用燒結體、第2氧化鋅膜用燒結體之步驟(2)於基材上,使用濺鍍法,從第1氧化鋅膜用燒結體,形成作為摻雜物未包含銦的同時,係包含鎵之氧化鋅膜,且膜厚超過50nm之第1氧化鋅膜之步驟、(3)於第1氧化鋅膜上,使用濺鍍法,從第2氧化鋅膜用燒結體,形成作為摻雜物係包含銦及鎵之第2氧化鋅膜之步驟、
以下,對於第1發明之第3實施形態的透明導電性層合體之製造方法,進行具體說明。
步驟(1)係準備基材及燒結體之步驟。
亦即,如圖1(a)、(c)所例示之第1氧化鋅膜16,其特徵為將氧化鋅作為主成分的同時,且未包含氧化銦的同時,由包含氧化鎵之燒結體進行成膜。
又,第2氧化鋅膜10其特徵為將氧化鋅作為主成分的同時,由至少包含氧化鎵及氧化銦之燒結體進行成膜。
尚,對於基材之細節,由於已如記載所述,故省略。
又,對於第1氧化鋅膜係將氧化鋅作為主成分的同時,由未包含氧化銦、包含氧化鎵之燒結體進行成膜的情況,進行說明。
亦即,在形成第1氧化鋅膜之燒結體,較佳為相對於該燒結體的整體量,將氧化鋅之摻合量定為90~99.9重量%(作為鋅為72.3~80重量%)範圍內之值,將氧化鎵之摻合量定為0.1~10重量%(作為鎵為0.07~7.4重量%)範圍內之值。
此理由,係因為相對於燒結體的整體量,氧化銦之摻合量未達0.1重量%時,成膜後之第1氧化鋅膜所包含之鎵的量顯著減少,有得不到充分濕熱特性的情況。
另外,係因為氧化鎵的量超過10重量%時,由於增加成膜後之第1氧化鋅膜所包含之鎵的量,有比電阻成為顯著變大之值,電氣特性降低的情況。
據此,相對於燒結體的整體量,更佳為將氧化鋅之摻合量定為92~99重量%(作為鋅為73.9~79.5重量%)範圍內之值,將氧化鎵之摻合量定為1~8重量%(作為鎵為0.74~6重量%)範圍內之值。
又,相對於燒結體的整體量,再更佳為將氧化鋅之摻合量定為93~99重量%(作為鋅為74.7~79.5重量%)範圍內之值,將氧化鎵之摻合量定為1~7重量%(作為鎵為0.74~5.2重量%)範圍內之值。
又,對於第2氧化鋅膜係將氧化鋅作為主成分的同時,由進一步包含氧化銦及氧化鎵之燒結體進行成膜的情況,進行說明。
亦即,在形成第2氧化鋅膜之燒結體,較佳為相對於該燒結體的整體量,將氧化鋅之摻合量定為15~99.98重量%(作為鋅為12~80.3重量%)範圍內之值,將氧化鎵之摻合量定為0.01~15重量%(作為鎵為0.007~11.2重量%)範圍內之值,且將氧化銦之摻合量定為0.01~70重量%(作為銦為0.008~57.9重量%)範圍內之值。
此理由,係因為藉由使用調控摻合量之氧化鋅-氧化鎵-氧化銦的三元系燒結體,可將濕熱特性優異之第2氧
化鋅膜有效率地成膜,最終可使生產效率提昇。
更具體而言,係因為相對於燒結體的整體量,氧化銦之摻合量未達0.01重量%時,成膜後之第2氧化鋅膜所包含之銦的量顯著減少,有得不到充分濕熱特性的情況。
另外,係因為氧化銦的量超過70重量%時,顯著增加成膜後之第2氧化鋅膜所包含之銦的量的情況。
據此,相對於燒結體的整體量,更佳為將氧化鋅之摻合量定為23~99.4重量%(作為鋅為18~79.9重量%)範圍內之值,將氧化鎵之摻合量定為0.5~12重量%(作為鎵為0.37~8.9重量%)範圍內之值,且將氧化銦之摻合量定為0.1~65重量%(作為銦為0.083~53.8重量%)範圍內之值。
又,相對於燒結體的整體量,再更佳為將氧化鋅之摻合量定為33~98.7重量%(作為鋅為24.1~75.8重量%)範圍內之值,將氧化鎵之摻合量定為1~7重量%(作為鎵為4.1~7.4重量%)範圍內之值,且將氧化銦之摻合量定為0.3~60重量%(作為銦為0.25~49.6重量%)範圍內之值。
步驟(2)係如圖1(a)所示,係於基材12之至少一面形成第1氧化鋅膜16之方法。
作為形成第1氧化鋅膜之方法,例如可列舉物理性製作法、與化學氣相成長法所代表之化學性製作法。
此等當中,由於可簡便形成氧化鋅膜,故較佳為濺鍍法。亦即,藉由藉濺鍍法予以形成,由於可輕易調控所形成之第1氧化鋅膜的組成,故可有效率地形成第1氧化鋅膜。
在此,作為更具體的濺鍍法,可列舉DC濺鍍法、DC磁控管濺鍍法、RF濺鍍法、RF磁控管濺鍍法、DC+RF重疊濺鍍法、DC+RF重疊磁控管濺鍍法、對向靶材濺鍍法、ECR濺鍍法、雙磁控管濺鍍法等。
又,作為濺鍍條件,雖並未特別限定,但作為背壓,較佳為1×10-2Pa以下之值,更佳為1×10-3Pa以下之值。
又,選擇將氬氣體導入系統內而形成方法時,較佳為系統內壓力成為0.1~5Pa,更佳為0.2~1Pa範圍內之值。
進而,以濺鍍法,導入系統內之氣體種,使用氬(Ar)或氬(Ar)與氧(O2)之混合氣體雖生產成本上較佳,但亦可使用Ar以外之稀氣體、氮(N2)等。使用混合氣體時,較佳為將該混合比(O2/(Ar+O2))定為0.01~20範圍內之值,更佳為0.1~10範圍內之值。
此理由,係因為若氬與氧的混合比為上述範圍,可將比電阻低、且反射率低之導電層進行成膜。
又,較佳為於基材上將形成透明導電層時基材的溫度定為10~150℃範圍內之值。
此理由,係因為若基材的溫度為10~150℃範圍內之
值,即使為軟化點比較低之基材,可適合形成透明導電層。
步驟(3)如圖1(a)所示,係於第1氧化鋅膜16上形成第2氧化鋅膜10之步驟。
又,對於第2氧化鋅膜的形成方法,除靶材之外,係與第1氧化鋅膜的形成方法實質上相同。
步驟(4)如圖1(c)所示,係於第2氧化鋅膜10上,形成與上述之第1氧化鋅膜相同組成之另一第1’氧化鋅膜16’之步驟。該步驟由於與上述相同,故省略細節。
第4實施形態關於第2發明,係一種透明導電性層合體之製造方法,其係於基材上之至少一面形成總厚為350nm以下之透明導電層而成之透明導電性層合體之製造方法,其特徵為透明導電層係從前述基材側沿著膜厚方向,依順序形成第2氧化鋅膜與第1氧化鋅膜而成,包含下述步驟(1’)~(3’);(1’)準備基材、第1氧化鋅膜用之燒結體、第2氧化鋅膜用之燒結體之步驟(2’)於基材上,使用濺鍍法,從第2氧化鋅膜用燒
結體,形成作為摻雜物,包含銦及鎵的同時,膜厚超過50nm之第2氧化鋅膜之步驟、(3’)於第2氧化鋅膜上,使用濺鍍法,從第1氧化鋅膜用燒結體,形成未包銦的同時係包含鎵之第1氧化鋅膜之步驟。
亦即,關於第2發明第4實施形態係記載於第2實施形態,係圖1(b)及圖1(d)所例示之透明導電性層合體之製造方法,係包含於基材12上形成第2氧化鋅膜10,接著形成第1氧化鋅膜16之步驟之透明導電性層合體50’、50”’之製造方法。
又,作為步驟(4’),如圖1(d)所示,係於第1氧化鋅膜16上,可包含形成與上述之第2氧化鋅膜相同組成之另一第2’氧化鋅膜10’之步驟。
尚,對於各步驟之細節,由於與上述之第1~第3實施形態的記載相同,故省略。
第5實施形態係關於第1發明及第2發明,其係一種電子裝置,將如上述之任一種透明導電性層合體使用在透明電極而成。
更具體而言,可列舉搭載具備特定之透明導電性層合體之透明電極而成之液晶顯示器、有機EL顯示器、無機EL顯示器、電子紙、太陽能電池、有機晶體管、有機EL照明、無機EL照明、熱電變換裝置、氣體傳感器等。
亦即,本發明之電子裝置由於具備第1實施形態所記載之透明導電性層合體,故可發揮濕熱特性或透明性優異,且良好之電氣特性。
以下,將本發明藉由實施例進一步詳細說明。惟,以下之說明係將本發明例示性表示者,本發明並非被限制於此等之記載。
尚,如上述,第2氧化鋅膜中,步驟即使為1步驟的情況,有於膜厚方向形成組成不同之第1區域及第2區域的情況。
惟,由於第1區域的厚度通常未達20nm,以下實施例的情況,即使為具有如此複數區域的情況,方便起見可將氧化鋅膜作為單一層處理者。
作為基材,準備無鹼玻璃(康寧公司製、EagleXG、厚度:700μm)。
又,作為第1氧化鋅膜用燒結體,準備氧化鋅-氧化鎵之二元系燒結體(ZnO:Ga2O3=94.3重量%:5.7重量%)。
又,作為第2氧化鋅膜用燒結體,準備氧化鋅-氧化
鎵-氧化銦之三元系燒結體(ZnO:Ga2O3:In2O3=93.3重量%:5.7重量%:1.0重量%)。
其次,對於基材即無鹼玻璃,藉由DC磁控管濺鍍法,使用上述之三元系燒結體,在下述濺鍍條件,形成第2氧化鋅膜(In-GZO膜、膜厚:100nm)。
尚,藉由XPS測定,其他方式確認於氧化鋅膜之表層側,亦即於與氣體阻隔層相反側的表面,形成薄膜未達(5nm)之第1區域,於其下形成厚度95nm之第2區域。
基材溫度:20℃
DC輸出:500W
載體氣體:氬(Ar)
成膜壓力:0.6Pa
成膜時間:35sec.
其次,對於所得之第2氧化鋅膜,藉由DC磁控管濺鍍法,使用上述之二元系燒結體,在與上述相同之濺鍍條件,形成第1氧化鋅膜(GZO膜、膜厚:100nm)。
對於所得之透明導電性層合體進行以下之測定並評
價。
使用下述之XPS測定裝置的同時,在下述之測定條件,進行在所得之透明導電薄膜之第1氧化鋅膜及第2氧化鋅膜的膜厚方向之鋅、鎵、銦、氧及矽之元素分析。
其結果,藉由所得之第1氧化鋅膜(GZO膜)之XPS測定的各元素量為鎵量4.47atom%,鋅量52.1atom%。
又,藉由所得之第2氧化鋅膜(In-GZO膜)之XPS測定的各元素量為銦量0.3atom%,鎵量4.27atom%,鋅量51.4atom%。
機種名:PHI Quantera SXM(ULVAC-PHI公司製)
X光源:AlKα(1486.6eV)
X光光束徑:100μm
電力值:25W
電壓:15kV
取出角度:45度
真空度:5.0×10-8Pa
Pass Energy:112eV
Time Per Step:20msec
eV step:0.1eV
濺鍍氣體:氬
施加電壓:-4kV
濺鍍時間:5min
間隔時間:0.2min
O:O1s
In:In3d5/2
Zn:Zn2p3/2
Ga:Ga2p3/2
將在所得之透明導電性層合體之透明導電層的膜厚(d),使用分光橢偏儀M-2000U(J.A.Woollam.Japan公司製)測定。
將所得之透明導電性層合體之透明導電層之初期的表面電阻率(R0),使用作為表面電阻測定裝置、作為LORESTA-GP MCP-T600(三菱化學(股)製)及探針、使用PROBE TYPE ASP(三菱化學Analytic(股)製),
於溫度23℃、50%RH之環境條件下測定。
其次,將所得之透明導電性層合體於60℃、95%RH環境下,放置500小時,取出後,於23℃ 50%RH環境下進行1日調溫.調濕,測定濕熱試驗後之表面電阻率(R500)。
亦即,測定在透明導電層之初期表面電阻率(R0)及濕熱試驗後之表面電阻率(R0及ρ500),進而透明導電薄膜的膜厚(d),由該等藉由下式下式(1)及(2),算出比電阻(ρ0)及濕熱試驗後之比電阻(ρ500),得到ρ500/ρ0之比率。將所得之結果示於表1。
R0=ρ 0/d (1)
R500=ρ 500/d (2)
實施例2中,除了於基材上形成第1氧化鋅膜(GZO膜、膜厚:100nm),接著形成第2氧化鋅膜(In-GZO膜、膜厚:100nm,具有特定之第1區域及第2區域)之外,其他與實施例1同樣製造、評價透明導電薄膜。將所得之結果示於表1。
實施例3中,除了將第2氧化鋅膜(In-GZO膜)的膜厚定為20nm之外,其他與實施例2同樣製造、評價透明導電性層合體。將所得之結果示於表1。
實施例4中,除了將第2氧化鋅膜(In-GZO膜)的膜厚定為200nm之外,其他與實施例2同樣製造、評價透明導電性層合體。將所得之結果示於表1。
比較例1中,除了未形成第2氧化鋅膜(In-GZO膜),僅形成第1氧化鋅膜(GZO膜、膜厚200nm)之外,其他與實施例1同樣製造、評價透明導電性層合體。將所得之結果示於表1。
比較例2中,除了未形成第2氧化鋅膜(In-GZO膜),僅形成第1氧化鋅膜(GZO膜、膜厚100nm)之外,其他與實施例1同樣製造、評價透明導電性層合體。將所得之結果示於表1。
實施例1~4中,未藉由第1氧化鋅膜及第2氧化鋅膜之形成順序,得到任一種濕熱特性皆優異之透明導電性層合體。
另外,不具有In-GZO膜之比較例1~2,環境試驗後之比電阻顯著變大。
以上,如詳述,根據本發明之透明導電性層合體,其係於基材上之至少一面形成透明導電層而成之透明導電性層合體,透明導電層係藉由具有特定構成之第1氧化鋅膜與第2氧化鋅膜,可有效率地得到電氣特性良好且濕熱特性極為優異之透明導電性層合體。
藉此,本發明之透明導電性層合體係在期望特定的濕熱特性之電氣製品、電子零件、畫像顯示裝置(有機電致發光元件、無機電致發光元件、液晶顯示裝置、電子紙
等)、熱電變換裝置、太陽能電池等之各種用途中,被期待有效地使用作為透明電極等。
Claims (13)
- 一種透明導電性層合體,其係於基材上之至少一面形成透明導電層而成之透明導電性層合體,其特徵為前述透明導電層係從前述基材側沿著膜厚方向,依順序形成第1氧化鋅膜與第2氧化鋅膜而成,前述透明導電層的總厚定為350nm以下之值,前述第1氧化鋅膜係膜厚超過50nm之氧化鋅膜,其中摻雜物未包含銦而包含鎵,前述第2氧化鋅膜係包含銦及鎵作為摻雜物。
- 一種透明導電性層合體,其係於基材上之至少一面形成透明導電層而成之透明導電性層合體,其特徵為前述透明導電層係從前述基材側沿著膜厚方向,依順序形成第2氧化鋅膜與第1氧化鋅膜而成,前述透明導電層的總厚定為350nm以下之值,前述第1氧化鋅膜係未包含銦而包含鎵作為摻雜物之氧化鋅膜,前述第2氧化鋅膜係包含銦及鎵作為摻雜物,且膜厚超過50nm。
- 如請求項1或2之透明導電性層合體,其中,前述第2氧化鋅膜相對於藉由XPS元素分析測定之鋅量、鎵量、氧量、及銦量的合計量(100atom%),將銦量定為0.01~25atom%範圍內之值。
- 如請求項1或2之透明導電性層合體,其中,將在前述透明導電層之初期比電阻定為ρ0,於60℃、相對 濕度95%的條件下,將保管500小時後的比電阻定為ρ500時,將ρ500/ρ0所表示之比率定為1.3以下之值。
- 如請求項1或2之透明導電性層合體,其中,將由前述第1氧化鋅膜及第2氧化鋅膜所構成之前述透明導電層的總厚定為70~350nm範圍內之值。
- 如請求項1或2之透明導電性層合體,其中,前述第2氧化鋅膜中,關於藉由膜厚方向之XPS分析所測定之鋅量、鎵量、氧量、及銦量,係包含作為具有不均勻濃度分布之複數區域之第1區域及第2區域。
- 如請求項1或2之透明導電性層合體,其中,前述基材係含有選自由聚對苯二甲酸乙二酯、聚萘二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、環烯烴系共聚物、環烯烴系聚合物、聚醚碸、聚醯亞胺所構成之群中之至少1種之樹脂薄膜。
- 一種電子裝置,其係將如請求項1或2之透明導電性層合體使用在透明電極而成。
- 一種透明導電性層合體之製造方法,其係於基材上之至少一面形成總厚為350nm以下之透明導電層而成之透明導電性層合體之製造方法,其特徵為前述透明導電層係從前述基材側沿著膜厚方向,依順序形成第1氧化鋅膜與第2氧化鋅膜而成,且包含下述步驟(1)~(3);(1)準備前述基材、前述第1氧化鋅膜用燒結體、前述第2氧化鋅膜用燒結體之步驟、(2)於前述基材上,使用濺鍍法,從前述第1氧化 鋅膜用燒結體,形成未包含銦而包含鎵作為摻雜物,且膜厚超過50nm之前述第1氧化鋅膜之步驟、(3)於前述第1氧化鋅膜上,使用濺鍍法,從前述第2氧化鋅膜用燒結體,形成包含銦及鎵作為摻雜物之第2氧化鋅膜之步驟。
- 如請求項9之透明導電性層合體之製造方法,其係包含於前述步驟(3)之後,於前述第2氧化鋅膜的表面,進一步層合與前述第1氧化鋅膜相同組成之另一第1’氧化鋅膜之步驟作為步驟(4)。
- 一種透明導電性層合體之製造方法,其係於基材上之至少一面形成總厚為350nm以下之透明導電層而成之透明導電性層合體之製造方法,其特徵為前述透明導電層係從前述基材側沿著膜厚方向,依順序形成第2氧化鋅膜與第1氧化鋅膜而成,包含下述步驟(1’)~(3’);(1’)準備前述基材、前述第1氧化鋅膜用燒結體、前述第2氧化鋅膜用燒結體之步驟、(2’)於前述基材上,使用濺鍍法,從前述第2氧化鋅膜用燒結體,形成包含銦及鎵作為摻雜物,且膜厚超過50nm之前述第2氧化鋅膜之步驟、(3’)於前述第2氧化鋅膜上,使用濺鍍法,從前述第1氧化鋅膜用燒結體,形成未包含銦而包含鎵作為摻雜物之前述第1氧化鋅膜之步驟。
- 如請求項11之透明導電性層合體之製造方法,其係包含於前述步驟(3’)之後,於前述第1氧化鋅膜的 表面,進一步層合與前述第2氧化鋅膜相同組成之另一第2’氧化鋅膜之步驟作為步驟(4’)。
- 如請求項9或11之透明導電性層合體之製造方法,其中,作為前述第2氧化鋅膜用燒結體,係使用鎵的含量為4.1~7.4重量%之燒結體。
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