WO2010064719A1 - 透明導電膜の製造方法及び透明導電膜、透明導電基板並びにそれを用いたデバイス - Google Patents

透明導電膜の製造方法及び透明導電膜、透明導電基板並びにそれを用いたデバイス Download PDF

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行延 雅也
大塚 良広
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Definitions

  • the present invention relates to a transparent conductive film and a method for producing the transparent conductive film. Specifically, a transparent conductive film formed on a heat-resistant substrate such as glass or ceramics, having both transparency and conductivity, and excellent in film strength, and a transparent conductive film obtained by the transparent conductive film manufacturing method.
  • the present invention relates to a film, and further to a transparent conductive substrate using the transparent conductive film and a device using the transparent conductive substrate.
  • Transparent electrode for display element such as liquid crystal display, electroluminescence, plasma display, transparent electrode for touch panel, solar cell, etc., forming material for transparent conductive film used for functional coating such as heat ray reflection, electromagnetic wave shielding, antistatic, antifogging etc.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the ITO transparent conductive film As a method for producing the ITO transparent conductive film, physical methods such as vacuum vapor deposition, sputtering, and chemical vapor deposition are widely used. These methods can form a uniform ITO transparent conductive film excellent in transparency and conductivity on a substrate.
  • the film forming apparatus used for this is very expensive because it is based on a vacuum vessel, and the component gas pressure in the manufacturing apparatus must be precisely controlled every time the substrate is formed. There is a problem with sex.
  • a method of coating on a substrate using a coating solution for forming a transparent conductive film in which an indium compound and a tin compound are dissolved in a solvent (hereinafter sometimes referred to as “coating method”). ) Is being considered.
  • this coating method an ITO transparent conductive film is formed by a simple manufacturing process of coating, drying, and firing a coating liquid for forming a transparent conductive film on a substrate.
  • coating solutions using nitrates or halides have the problem of corrosive gases such as nitrogen oxides and chlorine being generated during firing, resulting in equipment corrosion and environmental contamination.
  • coating solutions using metal alkoxides Since the raw material is easily hydrolyzed, there is a problem in the stability of the coating solution.
  • many of the coating liquids using the organometallic compound described in the patent document have a problem that wettability with respect to the substrate is poor and a non-uniform film is easily formed.
  • acetylacetone indium (formal name: tris (acetylacetonato) indium: In (C 5 H 7 O 2 ) 3 )
  • acetylacetone tin (formal name: di-n-butoxide) bis (2,4-pentanedionato) tin: [Sn (C 4 H 9 ) 2 (C 5 H 7 O 2) 2])
  • hydroxypropyl cellulose alkylphenols and / or alkenyl phenols and a dibasic acid ester and /
  • the coating liquid for transparent conductive film formation containing a benzyl acetate (for example, refer patent document 9) is disclosed.
  • This coating solution improves the wettability of the coating solution to the substrate by containing hydroxypropyl cellulose in a mixed solution of acetylacetone indium and acetylacetone tin, and at the same time, the viscosity of the coating solution is controlled by the content of hydroxypropylcellulose as a viscosity agent. It is possible to adjust and adopt various coating methods such as spin coating, spray coating, dip coating, screen printing, and wire bar coating.
  • an improved coating solution for spin coating contains an organic indium compound such as acetylacetone indium and indium octylate, an organic tin such as acetylacetone tin and tin octylate, and an organic solvent, and the organic solvent contains alkylphenol and / or An acetylacetone solution in which alkenylphenol is dissolved, and a coating liquid for forming a transparent conductive film using a solution obtained by diluting an alkylphenol and / or an acetylacetone solution in which alkenylphenol is dissolved with alcohol have been proposed (for example, see Patent Document 10).
  • This coating solution has a low viscosity and can be used for spray coating, dip coating as well as spin coating.
  • the transparent conductive film formed by applying, drying, and baking such various ITO transparent conductive film forming coating liquids on the substrate the organic indium compound in the coating liquid is thermally decomposed during baking.
  • the formed ITO fine particles are difficult to be densified, and the resulting transparent conductive film has problems such as insufficient conductivity and low film strength. It was. Therefore, a transparent conductive film having better conductivity and film strength has been desired for use in transparent electrodes such as displays, touch panels, and solar cells.
  • the present invention relates to a transparent conductive film having good transparency and high conductivity formed by using an ink coating method, which is a low-cost and simple method for producing a transparent conductive film, and excellent in film strength, and the transparent conductive film. It aims at providing the manufacturing method of a film
  • the inventors have applied a coating solution for forming a transparent conductive film containing, as a main component, one or more organic metal compounds of an organic indium compound, an organic tin compound, and an organic zinc compound on a heat resistant substrate.
  • a coating solution for forming a transparent conductive film containing, as a main component, one or more organic metal compounds of an organic indium compound, an organic tin compound, and an organic zinc compound on a heat resistant substrate As a result of intensive research on transparent conductive films mainly composed of at least one of indium oxide, tin oxide, and zinc oxide obtained by coating, drying, and baking, the dew point was increased during the heating process during the baking.
  • an air atmosphere having a low water content, ie, a low water vapor content is applied, the crystal growth of the conductive oxide in the initial stage of firing is suppressed, so that the conductive oxide fine particle layer densely filled with the conductive oxide fine particles is formed.
  • the first invention of the present invention is a coating process in which a coating liquid for forming a transparent conductive film containing an organometallic compound as a main component is applied on a heat resistant substrate to form a coating film, and the coating film is dried.
  • at least the inorganic component is crystallized in an oxygen-containing atmosphere having a dew point of ⁇ 10 ° C. or less in a dry coating film whose main component is an organometallic compound formed in the drying step.
  • Conductive baking is performed at a temperature higher than the baking temperature, and the organic components contained in the dried coating film are removed by thermal decomposition or combustion, or thermal decomposition and combustion, so that the conductive oxide fine particles mainly composed of metal oxide are dense.
  • Conductive filling A step of forming an oxide fine particle layer, and the organometallic compound is composed of at least one of an organoindium compound, an organotin compound, and an organozinc compound, and the metal oxide is composed of indium oxide, tin oxide, and oxide. It is a manufacturing method of the transparent conductive film which is any one or more of zinc.
  • a second invention of the present invention is a coating step of coating a transparent conductive film forming coating solution containing an organometallic compound and a dopant organometallic compound as main components on a heat-resistant substrate to form a coating film,
  • Each process of the drying process which dries a coating film and forms a dry coating film, and the baking process which bakes a dry coating film and forms the inorganic film which has the inorganic component which is a metal oxide containing a dopant metal compound as a main component
  • the baking step is a dew point of ⁇ 10 ° C.
  • a dry coating film mainly comprising the organometallic compound and the organometallic compound for dopant formed in the drying step In the following oxygen-containing atmosphere, firing is performed to raise the temperature to at least the firing temperature at which crystallization of the inorganic component occurs, and the organic component contained in the dry coating film is thermally decomposed or burned, or thermally decomposed and It is a step of forming a conductive oxide fine particle layer densely filled with conductive oxide fine particles containing a metal oxide as a main component and containing a dopant metal compound by removing by firing, and the organometallic compound is organic
  • the content ratio of the organometallic compound and the organometallic compound for dopant is 99.9: 0.1 to 66.7 in terms of molar ratio of organometallic compound: organometallic compound for dopant.
  • a range of 33.3 is the method for producing a transparent conductive film according to the second invention.
  • the organometallic compound is an organoindium compound
  • the organometallic compound for dopant is an organotin compound, an organotitanium compound, an organogermanium compound, an organozinc compound, an organotungsten compound, an organic One or more of a zirconium compound, an organic tantalum compound, an organic niobium compound, an organic hafnium compound, and an organic vanadium compound
  • the dopant metal compound is tin oxide, titanium oxide, germanium oxide, zinc oxide, tungsten oxide, zirconium oxide
  • the method for producing a transparent conductive film according to the second or third invention which is one or more of tantalum oxide, niobium oxide, hafnium oxide, and vanadium oxide.
  • the organometallic compound is composed of an organotin compound, and the organometallic compound for dopant is at least one of an organic indium compound, an organic antimony compound, and an organophosphorus compound. It is a manufacturing method of the transparent conductive film as described in this invention.
  • the organometallic compound comprises an organozinc compound
  • the organometallic compound for dopant is one or more of an organoaluminum compound, an organoindium compound, and an organogallium compound. It is a manufacturing method of the transparent conductive film as described in invention of 3.
  • a seventh invention of the present invention is the method for producing a transparent conductive film according to any one of the first to sixth inventions, wherein the organic indium compound is acetylacetone indium.
  • an oxygen-containing atmosphere having a dew point of 0 ° C. or higher is obtained in the oxygen-containing atmosphere having a dew point of ⁇ 10 ° C. or lower, followed by firing at least to a firing temperature at which crystallization of the inorganic component occurs.
  • the ninth aspect of the present invention following firing at a firing temperature of 300 ° C. or higher in an oxygen-containing atmosphere having a dew point of ⁇ 10 ° C. or lower, a firing temperature of 250 ° C. or higher in a neutral or reducing atmosphere.
  • the method for producing a transparent conductive film according to the first or second invention characterized by firing.
  • a firing temperature at which the crystallization of the inorganic component occurs is raised to a temperature equal to or higher than the firing temperature.
  • the method for producing a transparent conductive film according to the eighth invention is characterized in that firing is performed at a firing temperature of 250 ° C. or higher.
  • the neutral atmosphere is at least one of nitrogen gas and inert gas, or the reducing atmosphere is hydrogen gas and at least one of hydrogen gas or organic solvent vapor in the neutral atmosphere.
  • the dew point of the oxygen-containing atmosphere in firing in an oxygen-containing atmosphere having a dew point of -10 ° C or lower is -20 ° C or lower. It is a manufacturing method of the transparent conductive film in any one of.
  • the coating method for forming the transparent conductive film forming liquid on the heat resistant substrate in the coating step is an inkjet printing method, a screen printing method, a gravure printing method, an offset printing method, or a flexographic printing method.
  • 1st or 2nd invention characterized by being one of dispenser printing method, slit coating method, die coating method, doctor blade coating method, wire bar coating method, spin coating method, dip coating method and spray coating method It is a manufacturing method of the transparent conductive film of description.
  • the fourteenth invention of the present invention is a transparent conductive film obtained by the method for producing a transparent conductive film according to any one of the first to thirteenth inventions.
  • a fifteenth aspect of the present invention is a transparent conductive substrate comprising a transparent conductive film on a heat-resistant substrate, wherein the transparent conductive film is the transparent conductive film according to the fourteenth aspect. It is.
  • a sixteenth invention of the present invention is a device comprising a transparent electrode, wherein the transparent electrode is the transparent conductive substrate according to the fifteenth invention.
  • a seventeenth aspect of the present invention is the device according to the sixteenth aspect, wherein the device is one selected from a light emitting device, a power generation device, a display device, and an input device.
  • a conductive oxide fine particle layer densely filled with conductive oxide fine particles mainly composed of a metal oxide can be formed. It has both high transparency and high conductivity, and excellent film strength. Therefore, a transparent conductive substrate in which this transparent conductive film is formed on a heat resistant substrate is a light emitting device such as an LED element, an electroluminescence lamp (electroluminescence element), a field emission lamp, a power generation device such as a solar cell, a liquid crystal display (liquid crystal display). Element), an electroluminescence display (electroluminescence element), a plasma display, a display device such as an electronic paper element, and an input device such as a touch panel.
  • a light emitting device such as an LED element, an electroluminescence lamp (electroluminescence element), a field emission lamp, a power generation device such as a solar cell, a liquid crystal display (liquid crystal display). Element), an electroluminescence display (electroluminescence element), a plasma display, a display device such as
  • FIG. 2 is a transmission electron micrograph (TEM image) of a cross section of a transparent conductive film according to Example 1.
  • FIG. 2 is a scanning electron micrograph (SEM image) of a cross section of a transparent conductive film according to Example 1.
  • FIG. 4 is a transmission electron micrograph (TEM image) of a cross section of a transparent conductive film according to Example 2.
  • FIG. 4 is a scanning electron micrograph (SEM image) of a cross section of a transparent conductive film according to Example 2.
  • FIG. 6 is a transmission electron micrograph (TEM image) of a cross section of a transparent conductive film according to Example 4.
  • FIG. 10 is a transmission electron micrograph (TEM image) of a cross section of a transparent conductive film according to Example 6.
  • FIG. 2 It is a scanning electron micrograph (SEM image) of the cross section of the transparent conductive film which concerns on Example 7.
  • FIG. 4 is a transmission electron micrograph (TEM image) of a cross section of a transparent conductive film according to Comparative Example 1.
  • 2 is a scanning electron micrograph (SEM image) of a cross section of a transparent conductive film according to Comparative Example 1.
  • 4 is a transmission electron micrograph (TEM image) of a cross section of a transparent conductive film according to Comparative Example 2.
  • 4 is a scanning electron micrograph (SEM image) of a cross section of a transparent conductive film according to Comparative Example 2.
  • It is a transmission electron micrograph (TEM image) of the cross section of the transparent conductive film which concerns on the comparative example 3.
  • 10 is a transmission electron micrograph (TEM image) of a cross section of a transparent conductive film according to Comparative Example 5.
  • It is a scanning electron micrograph (SEM image) of the cross section of the transparent conductive film which concerns on the comparative example 6.
  • the present invention relates to a method for producing a transparent conductive film formed by applying a coating liquid for forming a transparent conductive film containing an organometallic compound as a main component onto a heat-resistant substrate, drying, and firing. Since the conductive oxide fine particle crystal growth proceeds and a densely packed conductive oxide fine particle layer is formed, the conductivity of the transparent conductive film and the strength of the film are improved.
  • Transparent conductive film structure First, the transparent conductive film structure will be described. In the following, a transparent conductive film made of tin-doped indium oxide (ITO) will be described as an example. However, the same applies to a transparent conductive film containing tin oxide or zinc oxide as a main component other than indium oxide. Can do.
  • ITO tin-doped indium oxide
  • a transparent conductive film made of ITO is formed using a vapor phase growth method such as a sputtering method
  • a polycrystalline ITO film structure which is a film structure in which ITO crystal grains are usually arranged through grain boundaries. Almost no ITO fine particles are observed in the film structure.
  • the ITO fine particles are usually used.
  • the particle structure of the ITO fine particles and the size of the voids existing between the ITO fine particles differ depending on the firing conditions, etc., but there are not a few ITO fine particles with open pores (open pores). It is known that a transparent conductive film is formed.
  • the transparent conductive film in which ITO fine particles formed by this coating method are bonded to each other has a small contact area between the ITO fine particles because the conductive mechanism intervenes the contact portion (bonded portion) of the ITO fine particles.
  • Conductivity drop at the contact portion that is thought to occur due to contact conductivity at atmospheric exposure that is thought to occur because oxygen and water vapor in the atmosphere enter the film through open gaps and degrade the contact between ITO particles Deterioration of the film over time, a decrease in film strength, which is considered to occur due to the coarse filling of ITO fine particles, and the like.
  • the present invention densely fills the conductive oxide fine particles and at the same time promotes the crystal growth of the conductive oxide fine particles so that the open pores (open pores) are small and dense. And forming a film structure having a conductive oxide fine particle layer mainly composed of at least one of indium oxide, tin oxide, and zinc oxide in which contact between the conductive oxide fine particles is enhanced.
  • the conductivity is improved and the film strength is also improved. Furthermore, it is possible to greatly suppress the deterioration of conductivity over time.
  • the dense conductive oxide fine particle layer mainly containing at least one of indium oxide, tin oxide, and zinc oxide is applied by using the above-described coating liquid for forming a transparent conductive film.
  • the oxygen-containing atmosphere having a low water vapor content that is, a low dew point is applied in the temperature raising process during the firing.
  • the packing density of the conductive oxide particles in the transparent conductive film is It can be increased to about 90% of the true specific gravity of the active oxide, and when an oxygen-containing atmosphere containing water vapor is applied, it remains at about 60 to 70% of the true specific gravity.
  • an indium oxide, tin oxide, or zinc oxide coating solution is formed by using a coating liquid for forming a transparent conductive film mainly composed of at least one of an organoindium compound, an organotin compound, and an organozinc compound.
  • the transparent conductive film which has any one or more as a main component is formed.
  • it is desirable that the transparent conductive film has a high conductivity.
  • an oxide that is a main component of indium oxide, tin oxide, or zinc oxide is doped with another metal compound, mainly a metal oxide. This improves the conductivity.
  • the conductivity of the transparent conductive film is improved. This is because the dopant metal compound functions to increase the concentration of electrons as carriers (carrier density) in the conductive oxide.
  • an organic metal compound for dopant is added to a coating liquid for forming a transparent conductive film containing as a main component one or more of an organic indium compound, an organic tin compound, and an organic zinc compound. There is a method of blending a predetermined amount.
  • a coating liquid for forming a transparent conductive film containing an organic indium compound as a main component will be described below.
  • the organic indium compound used in the present invention include acetylacetone indium (formal name: tris (acetylacetonato) indium) [In (C 5 H 7 O 2 ) 3 ], indium 2-ethylhexanoate, indium formate, indium alkoxide, and the like.
  • any organic indium compound may be used as long as it dissolves in a solvent and decomposes into an oxide without generating harmful gases such as chlorine gas and nitrogen oxide gas during firing.
  • indium acetylacetone is preferable because it is highly soluble in an organic solvent and is thermally decomposed and burned (oxidized) at a temperature of about 200 to 250 ° C. to form an oxide.
  • organometallic compounds for dopants that improve conductivity organic tin compounds, organic titanium compounds, organic germanium compounds, organic zinc compounds, organic tungsten compounds, organic zirconium compounds, organic tantalum compounds, organic niobium compounds, organic hafnium Any one or more of a compound and an organic vanadium compound are preferable.
  • the conductivity is low to some extent (high resistance value), so the addition of the organometallic compound for dopant to the coating liquid for forming the transparent conductive film It may be carried out as necessary.
  • organotin compound as the organometallic compound for the dopant examples include, for example, acetylacetone tin (formal name: di-n-butoxide bis (2,4-pentane) dionato) tin, [Sn (C 4 H 9 ) 2 (C 5 H 7 O 2) 2], tin octylate, tin 2-ethylhexanoate, tin acetate (II) [Sn (CH 3 COO) 2] , tin acetate (IV) [Sn (CH 3 COO) 4], di -n- butyl tin diacetate [Sn (C 4 H 9) 2 (CH 3 COO) 2], formic acid, tin as tin alkoxide - tert-Butoxide [Sn (C 4 H 9 O) 4 ] can be mentioned, but basically it dissolves in
  • organotitanium compound of the organometallic compound for dopant for example, acetylacetone titanium (formal name: titanium di-n-butoxide bis (2,4-pentanedionate) [Ti (C 4 H 9 O) 2 as a titanium acetylacetone complex] 2 (C 5 H 7 O 2 ) 2 ]), titanyl (IV) acetylacetonate [(C 5 H 7 O 2 ) 4 TiO], titanium diisopropoxide bis (2,4-pentanedionate) [C 16 H 36 O 4 Ti] or the like, titanium tetraethoxide [Ti (C 2 H 5 O) 4 ] as titanium alkoxide, titanium (IV) -tert-butoxide [Ti (C 4 H 9 O) 4 ], titanium tetra -n- butoxide [Ti (C 4 H 9 O ) 4], titanium tetraisopropoxide [Ti (C 3 H 7 O )
  • any organic titanium compound may be used as long as it dissolves in a solvent and decomposes into an oxide without generating harmful gases such as chlorine gas and nitrogen oxide gas during firing.
  • acetylacetone titanium, titanium tetra-n-butoxide, and titanium tetraisoproposide are preferable because they are inexpensive and easily available.
  • germanium tetraethoxide [Ge (C 2 H 5 O) 4 ] as germanium alkoxide, germanium tetra-n-butoxide [Ge (C 4 H 9 O) 4 ], Germanium tetraisopropoxide [Ge (C 3 H 7 O) 4 ] and the like, ⁇ -carboxyethyl germanium oxide [(GeCH 2 CH 2 COOH) 2 O 3 ], tetraethyl germanium [Ge (C 2 H 5 ) 4 ], tetrabutyl germanium [Ge (C 4 H 9 ) 4 ], tributyl germanium [Ge (C 4 H 9 ) 3 ], etc., which are basically dissolved in a solvent and chlorine gas during firing.
  • germanium tetraethoxide, germanium tetra-n-butoxide, and germanium tetraisopropoxide are preferable because they are relatively inexpensive and easily available.
  • the organic zinc compound of the dopant organometallic compound for example, zinc acetylacetonate as a zinc acetylacetone complex (official name: Zinc 2,4-pentanedionate) [Zn (C 5 H 7 O 2) 2], zinc - 2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionate [Zn (C 11 H 19 O 2 ) 2 ] and the like can be mentioned.
  • Any organic zinc compound that decomposes into oxide without generating harmful gas such as gas or nitrogen oxide gas may be used.
  • zinc acetylacetone is preferable because it is inexpensive and easily available.
  • tungsten (V) ethoxide as tungsten alkoxide [W (C 2 H 5 O) 5 ] tungsten (VI) ethoxide [W (C 2 H 5 O) 6
  • any organic tungsten compound may be used as long as it is dissolved in a solvent and decomposes into an oxide without generating harmful gases such as chlorine gas and nitrogen oxide gas during firing.
  • the organic zirconium compound as the dopant organometallic compound for example, zirconium di -n- butoxide bis as zirconium acetylacetone complex (2,4-pentanedionate) [Zr (C 4 H 9 O) 2 (C 5 H 7 O 2 ) 2 ]), acetylacetone zirconium (formal name: zirconium-2,4-pentanedionate) [Zr (C 5 H 7 O 2 ) 4 ], zirconium ethoxide as a zirconium alkoxide [Zr (C 2 H 5 O) 4], zirconium -n- propoxide [Zr (C 3 H 7 O ) 4], zirconium isopropoxide [Zr (C 3 H 7 O ) 4], zirconium -n- butoxide [Zr (C 4 H 9 O) 4], zirconium -tert- butoxide [Zr (C 4 H 9 O ) 4] Zi
  • the organic tantalum compound as the dopant organometallic compound for example, tantalum as tantalum acetylacetone complex (V) tetraethoxide - pentanedionate) [Ta (C 5 H 7 O 2) (OC 2 H 5) 4], Tantalum methoxide [Ta (CH 3 O) 5 ], tantalum ethoxide [Ta (C 2 H 5 O) 5 ], tantalum isopropoxide [Ta (C 3 H 7 O) 5 ], tantalum- n-butoxide [Ta (C 4 H 9 O) 5 ], tetraethoxyacetylacetonato tantalum [Ta (C 2 H 5 O) 4 (C 5 H 7 O 2 )] and the like can be mentioned.
  • organic niobium compound of the organometallic compound for dopant for example, niobium ethoxide [Nb (C 2 H 5 O) 5 ] as niobium alkoxide, niobium-n-butoxide [Nb (C 4 H 9 O) 5 ], etc.
  • any organic niobium compound that dissolves in a solvent and decomposes into an oxide without generating harmful gases such as chlorine gas and nitrogen oxide gas during firing may be used.
  • hafnium di-n-butoxide bis (2,4-pentandionate) [Hf (C 4 H 9 O) 2 (C 5 H 7 as a hafnium acetylacetone complex) O 2 ) 2 ]
  • acetylacetone hafnium [formal name: hafnium-2,4-pentanedionate) [Hf (C 5 H 7 O 2 ) 4 ]
  • hafnium-n-butoxide hafnium-tert-butoxide [Hf (C 4 H 9 O) 4 ]
  • hafnium (VI) isopropoxide monoisopropylate [ Hf (C 3 H 7 O) 4 (C 3 H 7 OH)] and the like.
  • hafnium compound Any organic hafnium compound may be used as long as it dissolves in the gas and decomposes into oxides without generating harmful gases such as chlorine gas and nitrogen oxide gas during firing.
  • hafnium-n-butoxide is preferable because it is relatively inexpensive and easily available.
  • organic vanadium compound of the organometallic compound for the dopant for example, vanadium (IV) oxide bis-2,4-pentanedionate [VO (C 5 H 7 O 2 ) 2 ] as a vanadium acetylacetone complex, acetylacetone vanadium (formal Name: vanadium (III) -2,4-pentanedionate) [V (C 5 H 7 O 2 ) 3 ] and the like, but basically, it is dissolved in a solvent, and chlorine gas or nitrogen is used during firing. Any organic vanadium compound that decomposes into oxide without generating harmful gas such as oxide gas may be used.
  • the coating liquid for forming a transparent conductive film containing an organic tin compound as a main component will be described below.
  • the organic tin compound used in the present invention the organic tin compound described in the description of the coating liquid for forming a transparent conductive film containing an organic indium compound as a main component can be used. Is preferably at least one of an organic indium compound, an organic antimony compound, and an organic phosphorus compound.
  • the organic indium compound as the organometallic compound for dopant the organic indium compound described above in the description of the coating liquid for forming a transparent conductive film containing the organic indium compound as a main component may be used.
  • organic antimony compound of the organometallic compound for dopant for example, antimony (III) acetate [Sb (CH 3 COO) 3 ], antimony (III) ethoxide as antimony alkoxide [Sb (C 2 H 5 O) 3 ], Antimony (III) -n-butoxide [Sb (C 4 H 9 O) 3 ] and the like can be mentioned, but basically, it dissolves in a solvent, and harmful gases such as chlorine gas and nitrogen oxide gas are generated during firing. Any organic antimony compound that does not occur and decomposes into an oxide may be used. Among these, antimony (III) -n-butoxide is preferable because it is relatively inexpensive and easily available.
  • organophosphorus compound of the organometallic compound for dopant examples include triethyl phosphate [PO (C 2 H 5 O) 3 ] and the like. Basically, it dissolves in a solvent, and chlorine gas or Any organic phosphorus compound that decomposes into oxide without generating harmful gas such as nitrogen oxide gas may be used.
  • a coating liquid for forming a transparent conductive film containing an organic zinc compound as a main component will be described below.
  • the organic zinc compound used in the present invention the organic zinc compound described in the explanation of the coating liquid for forming a transparent conductive film containing an organic indium compound as a main component can be used. Is preferably at least one of an organic aluminum compound, an organic indium compound, and an organic gallium compound.
  • the organic indium compound as the organometallic compound for dopant the organic indium compound described above in the description of the coating liquid for forming a transparent conductive film containing the organic indium compound as a main component may be used.
  • acetylacetone aluminum (aluminum-2,4-pentanedionate) [Al (C 5 H 7 O 2 ) 3 ] as an aluminum acetylacetone complex
  • aluminum ethoxide as an aluminum alkoxide [Al (C 2 H 5 O ) 3]
  • aluminum -n- butoxide [Al (C 4 H 9 O ) 3]
  • aluminum -tert- butoxide [Al (C 4 H 9 O ) 3]
  • aluminum isopropoxide [Al (C 3 H 7 O) 3 ] and the like can be mentioned, but basically it dissolves in a solvent and decomposes into an oxide without generating harmful gases such as chlorine gas and nitrogen oxide gas during firing.
  • Any organic aluminum compound may be used.
  • acetylacetone aluminum and aluminum-n-butoxide are preferable because they are relatively inexpensive and easily available.
  • Examples of the organic gallium compound of the organometallic compound for dopant include acetylacetone gallium (gallium-2,4-pentanedionate) [Ga (C 5 H 7 O 2 ) 3 ] as a gallium acetylacetone complex, and gallium ethoxide as a gallium alkoxide. [Ga (C 2 H 5 O) 3 ] and the like can be mentioned, but basically, it dissolves in a solvent and decomposes into an oxide without generating harmful gases such as chlorine gas and nitrogen oxide gas during firing. Any organic gallium compound may be used.
  • One or more organometallic compounds of the organic indium compound, organotin compound, and organozinc compound in the coating liquid for forming the transparent conductive film, or the organometallic compound and the organometallic compound for the dopant are formed on the substrate. It is a main compound raw material for formation, and the total content thereof is preferably in the range of 1 to 30% by weight, more preferably 5 to 20% by weight. If the total content is less than 1% by weight, only a thin transparent conductive film can be obtained, and sufficient conductivity cannot be obtained.
  • the organometallic compound in the coating liquid for forming the transparent conductive film is likely to be precipitated and the stability of the coating liquid is reduced, or the resulting transparent conductive film becomes too thick and cracks are caused. May occur and conductivity may be impaired.
  • the content rate of an organometallic compound and the organometallic compound for dopants is an organometallic compound.
  • 99.9: 0.1 to 66.7: 33.3 is preferable in terms of molar ratio of the organometallic compound for dopant.
  • the coating liquid for forming a transparent conductive film containing an organic indium compound as a main component when an organozinc compound is used as an organometallic compound for doping, it is 95 in terms of a molar ratio of organometallic compound: organometallic compound for dopant. : 5 to 66.7: 33.3, preferably 91: 9 to 71:29.
  • the said molar ratio has pointed out the molar ratio of each metal component of an organometallic compound and the organometallic compound for dopants. Therefore, for example, when two metal elements are contained in one molecule of the organometallic compound for dopant, the metal element for dopant is converted as 2 moles with respect to 1 mole of the organometallic compound for dopant.
  • the transparent conductive film does not necessarily require high conductivity, and conversely, a high resistance value may be required. In such a case, for the purpose of obtaining a high-resistance transparent conductive film, it can be used without blending the organometallic compound for dopant in the coating liquid for forming a transparent conductive film.
  • the carrier density of the transparent conductive film may decrease and the conductivity of the transparent conductive film may deteriorate rapidly.
  • the crystal growth of the conductive oxide fine particles is difficult to proceed and the conductivity may be deteriorated.
  • a binder may be added to the coating liquid for forming a transparent conductive film, if necessary.
  • a binder By adding a binder, the wettability with respect to the substrate is improved, and at the same time, the viscosity of the coating solution can be adjusted.
  • the binder is preferably a material that burns or thermally decomposes during firing, and as such a material, a cellulose derivative, an acrylic resin, or the like is effective.
  • cellulose derivative used for the binder examples include methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxyethyl methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, ethyl hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, carboxyethyl cellulose, carboxyethyl methyl cellulose, nitrocellulose and the like.
  • HPC hydroxypropylcellulose
  • HPC high performance polystyrene
  • the combustion start temperature of HPC is about 300 ° C.
  • burning is performed at a temperature of 300 ° C. or higher, preferably 350 ° C. or higher, so that it does not hinder the growth of the conductive particles produced and has good conductivity.
  • a transparent conductive film can be produced.
  • the content of HPC is more than 5% by weight, it becomes a gel and tends to remain in the coating solution, forming an extremely porous transparent conductive film, and the transparency and conductivity are significantly impaired.
  • the viscosity of the coating solution can be set lower than when HPC is used.
  • the acrylic resin is preferably an acrylic resin that burns at a relatively low temperature.
  • Solvents used in the coating liquid for forming a transparent conductive film include alkylphenols and / or alkenylphenols and dibasic acid esters or alkylphenols and / or alkenylphenols that can dissolve acetylacetone complexes such as acetylacetone indium, acetylacetone zinc, and acetylacetone vanadium at high concentrations. It is preferable to use benzyl acetate and a mixed solution thereof.
  • alkylphenol and alkenylphenol examples include cresols, xylenol, ethylphenol, p-tert-butylphenol, octylphenol, nonylphenol, cashew nut shell liquid [3 pentadecadeseal phenol], and dibasic acid esters (for example, dibasic acid esters).
  • dibasic acid esters for example, dibasic acid esters.
  • dimethyl acid, diethyl dibasic acid, etc. succinic acid ester, glutaric acid ester, adipic acid ester, malonic acid ester, phthalic acid ester and the like are used.
  • an organic indium compound, an organometallic compound for a dopant, a cellulose derivative and / or an acrylic resin As long as it is compatible with the solution in which water is dissolved, water, methanol (MA), ethanol (EA), 1-propanol (NPA), isopropanol (IPA), butanol, pentanol, benzyl alcohol, diacetone alcohol (DAA) ) Alcohol solvents, acetone, methyl ethyl ketone (MEK), methyl propyl ketone, methyl isobutyl ketone (MIBK), ketone solvents such as cyclohexanone, isophorone, ethyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, amyl formate, isoamyl acetate, propion
  • the solvents used include methyl ethyl ketone (MEK), cyclohexanone, propylene glycol monomethyl ether (PGM), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), ⁇ -butyrolactone, and the like. preferable.
  • the coating liquid for forming a transparent conductive film used in the present invention is any one of the above organic indium compounds, organic tin compounds, and organic zinc compounds, and any of the above-mentioned various organometallic compounds for dopants. It is produced by heating and dissolving a mixture of one or more, and further, if necessary, a binder.
  • the melting by heating is usually performed by setting the heating temperature to 60 to 200 ° C. and stirring for 0.5 to 12 hours.
  • the heating temperature is lower than 60 ° C.
  • the coating does not dissolve sufficiently.
  • the heating temperature is lower than 60 ° C.
  • the coating solution for forming a transparent conductive film mainly composed of an organic indium compound the deposition and separation of a metal compound such as acetylacetone indium occurs. If the stability of the liquid is lowered and the temperature is higher than 200 ° C., the evaporation of the solvent becomes remarkable and the composition of the coating liquid changes, which is not preferable.
  • the viscosity of the coating liquid for forming a transparent conductive film can be adjusted by the molecular weight and content of the binder and the type of solvent, the inkjet printing method, the screen printing method, the gravure printing method, the offset printing method, the flexographic printing method, The viscosity can be adjusted to correspond to each of various coating methods such as dispenser printing, slit coating, die coating, doctor blade coating, wire bar coating, spin coating, and spray coating.
  • the coating liquid having a high viscosity (about 5000 to 50000 mPa ⁇ s) can be prepared by containing a high molecular weight binder in an amount of 5% by weight or less, preferably 2 to 4% by weight.
  • the low viscosity (about 5 to 500 mPa ⁇ s) is Further, it can be prepared by containing a low molecular weight binder in an amount of 5% by weight or less, preferably 0.1 to 2% by weight, and diluting with a low viscosity diluent.
  • a medium viscosity (500 to 5000 mPa ⁇ s) coating solution can be produced by mixing a high viscosity coating solution and a low viscosity coating solution.
  • the manufacturing method of the transparent conductive film of this invention is demonstrated in detail.
  • the transparent conductive film of the present invention is a coating process in which a coating liquid for forming a transparent conductive film is applied onto a heat resistant substrate to form a coating film, a drying process in which the coating film is dried to form a dry coating film, and the drying It forms through each process of the baking process which bakes a coating film and forms an inorganic film.
  • (A) Application process Application of the coating liquid for forming the transparent conductive film on the heat-resistant substrate is performed by inkjet printing, screen printing, gravure printing, offset printing, flexographic printing, dispenser printing, slit coating, The coating is performed using various coating methods such as a die coating method, a doctor blade coating method, a wire bar coating method, a spin coating method, and a spray coating method.
  • a heat-resistant substrate an inorganic substrate such as soda lime glass, non-alkali glass, or quartz glass, or a resin substrate (heat-resistant plastic film) such as polyimide (PI) can be used.
  • Drying step In this drying step, the substrate coated with the coating liquid for forming a transparent conductive film is kept in the normal atmosphere at 80 to 180 ° C. for 1 to 30 minutes, preferably 2 to 10 minutes to dry the coated film. And a dry coating film is produced. Drying conditions (drying temperature, drying time) can be appropriately selected depending on the type of heat-resistant substrate used, the coating thickness of the coating liquid for forming the transparent conductive film, and the like. However, in consideration of productivity, it is desirable that the drying time is shortened to the minimum necessary so that the quality of the obtained dry coating film is not deteriorated.
  • This dry coating film is obtained by volatilizing and removing the above-mentioned organic solvent from the coating liquid for forming a transparent conductive film, and includes one or more organometallic compounds of an organic indium compound, an organic tin compound, and an organic zinc compound, (Organic metal compound for dopant) and organic components such as a binder.
  • (C) Firing step In the firing step, the dried coating film obtained in the drying step is heat-treated (baked), and any one or more of an organic indium compound, an organic tin compound, and an organic zinc compound in the dried coating film
  • the organic metal compound or the organic metal compound containing the dopant organic metal compound and the organic component such as a binder are thermally decomposed and burned (oxidized) to form an inorganic component (a conductive oxide mainly composed of a metal oxide). ) (A transparent conductive film as a conductive oxide fine particle layer densely filled with conductive oxide fine particles).
  • one or more organometallic compounds (organic metal compounds for dopants) of the organic indium compound, organotin compound, and organozinc compound in the dried coating film Is gradually pyrolyzed and burned (oxidized), and is first in an amorphous state (herein, it refers to a state of very fine particles having a crystallite size of less than 3 nm determined by X-ray diffraction) Conversion into a conductive oxide, so-called mineralization occurs.
  • the heating temperature rises further, usually exceeding the range of 300 to 330 ° C., or even if the heating temperature is kept within the range of 300 to 330 ° C., the crystallization of the conductive oxide occurs when the heating time is prolonged. It grows to become conductive oxide fine particles and becomes a constituent element of the final transparent conductive film.
  • the above-mentioned 300 to 330 ° C. indicates a general temperature range in which mineralization and crystallization are likely to occur.
  • the above-described conductive oxide can be used even at about 270 ° C. Since mineralization, crystallization, and crystal growth may occur, the firing temperature in the firing step of the present invention is not limited to 300 ° C. or higher.
  • the binder is also thermally decomposed and burned (oxidized) gradually in the temperature rising process of the firing step, but is mainly converted to carbon dioxide (CO 2 ) and volatilized in the atmosphere and disappeared from the film (binder)
  • CO 2 carbon dioxide
  • the binder it almost disappears at about 300 to 350 ° C.
  • a large amount of binder remains until the initial stage of the firing process (a stage where the temperature rises, for example, a stage where heating is performed from room temperature to 300 ° C.), and the binder is uniform between the amorphous conductive oxides. It is considered that the crystallization of the conductive oxide occurs due to the gradual disappearance of the binder component as the firing proceeds further.
  • FIG. 1 shows the relationship between the saturated water vapor content (volume%) in air and the dew point (° C.).
  • the initial stage of the firing process usually about 300 to 330 ° C. in the present invention
  • the film structure has flexibility by the action of the binder which is an organic substance and enables the film to contract (dense) in the direction perpendicular to the substrate.
  • the temperature is raised to a temperature at which crystallization of the conductive oxide occurs (usually 300 to 330 ° C. or higher), and firing is performed. Ensuring densification. After the densification of the film, if necessary, the film is then fired while supplying an oxygen-containing atmosphere gas having a dew point of 0 ° C. or higher, thereby promoting the crystal growth of the conductive oxide fine particles. Further, after the above-mentioned film is densified (firing in an oxygen-containing atmosphere gas having a dew point of ⁇ 10 ° C. or lower), or the crystal growth after the densification is promoted (oxygen-containing atmosphere gas having a dew point of 0 ° C. or higher) It is preferable to perform firing while supplying a neutral atmosphere or a reducing atmosphere gas.
  • the oxygen-containing atmosphere gas examples include air or a mixed gas of oxygen and a neutral / inert gas (nitrogen, argon, etc.). Air that is inexpensive and easily available is preferable.
  • the dew point of the oxygen-containing atmosphere gas having a dew point of ⁇ 10 ° C. or lower is preferably ⁇ 15 ° C. or lower, more preferably ⁇ 20 ° C. or lower, still more preferably ⁇ 30 ° C. or lower, and most preferably ⁇ 40 ° C. or lower. Further, in the firing in which the temperature is raised to a temperature at which crystallization of the conductive oxide occurs in an oxygen-containing atmosphere having a dew point of ⁇ 10 ° C. or lower (usually 300 to 330 ° C.
  • the dew point is ⁇ 10 ° C. If exceeded, in the process of forming a conductive oxide fine particle layer composed of conductive oxide fine particles, water vapor is crystallized and grown in a stage where a large amount of binder remains in the initial stage of firing. Since the film structure capable of shrinking in the vertical direction of the film in which the binder is uniformly interposed between the conductive oxides in the amorphous state is destroyed, the conductive oxide fine particles adhere to each other and cannot move. Densification is hindered and the conductivity and film strength of the transparent conductive film are lowered, which is not preferable.
  • the dew point of the oxygen-containing atmosphere gas having a dew point of 0 ° C. or higher is preferably 10 More than 20 degreeC, More preferably, it is 20 degreeC or more.
  • the dew point is 0 ° C. or more, the crystal growth of the conductive oxide fine particles of the film in which water vapor is densified is promoted, so that both the densification of the film and the crystal growth can be achieved. This is because the strength can be increased.
  • Firing at a temperature higher than the temperature at which crystallization of the conductive oxide in an oxygen-containing atmosphere with a dew point of ⁇ 10 ° C. or lower (usually 300 to 330 ° C. or higher in the present invention) is performed.
  • (Peak temperature) is 300 ° C. or higher, more preferably 350 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher, for 5 to 120 minutes, more preferably 15 to 60 minutes.
  • the organic component (organic indium compound, organic metal compound for dopant, organic component contained in binder, etc.) contained in the dried coating film is usually thermally decomposed or Combustion is likely to be insufficient, and these organic components remain in the transparent conductive film, causing no crystallization of the conductive oxide, resulting in insufficient densification of the film, deteriorating the transparency and conductivity of the film. It is not preferable because of fear.
  • the baking time is increased to, for example, about 60 minutes or more, or when the final transparent conductive film has a thin film thickness of about 130 nm or less, thermal decomposition or combustion of the organic component proceeds even at about 270 ° C., for example. Therefore, the transparency and conductivity of the film may not deteriorate. Therefore, in general, a firing temperature of 300 ° C. or higher is preferable, but a firing temperature of about 270 ° C. is also applicable depending on the conditions (film thickness, firing time, etc.) of each step.
  • the upper limit of the firing temperature is not particularly limited, but it is affected by the type of firing apparatus used in the firing step and the heat resistance of the heat-resistant substrate, and the strain point is about 510 for a cheap and most commonly used soda-lime glass substrate. Since it is 0 degreeC, it is preferable to bake at temperature lower than this temperature. However, if the soda lime glass substrate is baked on a heat-resistant base material having higher heat resistance, the substrate can be relatively distorted, so that baking at about 600 ° C. is also possible. Of course, when a glass substrate having higher heat resistance such as a quartz glass substrate, an alkali-free glass substrate, or a high strain point glass substrate is used, a higher firing temperature can be applied. When a polyimide (PI) film, which is a heat resistant plastic, is used as the heat resistant substrate, it can be baked up to about 400 ° C. depending on the type of polyimide.
  • PI polyimide
  • Examples of the baking apparatus used in the baking process include, but are not limited to, a hot plate, a hot-air circulating baking furnace, and a far-infrared heating apparatus.
  • the firing apparatus is required to be able to control the firing atmosphere.
  • the rate of temperature increase up to the temperature at which the crystallization of the conductive oxide occurs in the temperature increasing process of the firing step but it is in the range of 5 to 40 ° C./min, more generally 10 to 30. ° C / min.
  • the heating rate is slower than 5 ° C / minute, it takes too much time to raise the temperature and the efficiency is deteriorated. On the other hand, if it is attempted to achieve a heating rate exceeding 40 ° C / minute with the above-mentioned baking apparatus, the heater capacity becomes too large. It is not realistic.
  • the firing conditions for firing in an oxygen-containing atmosphere having a dew point of 0 ° C. or higher are also those for raising the temperature above the temperature at which crystallization of the conductive oxide occurs in an oxygen-containing atmosphere having a dew point of ⁇ 10 ° C. or lower. Similar to normal firing conditions (usually 300 to 330 ° C. or more), the firing temperature is 300 ° C. or more, more preferably 350 ° C. or more, and even more preferably 400 ° C. or more for 5 to 120 minutes, more preferably 15 to 60. For minutes.
  • the neutral atmosphere is composed of at least one of nitrogen gas and inert gas (argon, helium, etc.), and the reducing atmosphere is hydrogen gas or hydrogen or an organic solvent vapor (organic such as methanol) in the neutral atmosphere. Gas) and the like, as long as the conductive carrier concentration can be increased by depriving oxygen atoms from the finely packed conductive oxide fine particles to form oxygen vacancies. It is not limited. However, if the atmosphere is too reducing, indium oxide may be reduced to metal indium, which is not preferable. If the firing temperature is about 250-450 ° C., the mixed gas of 1-2% hydrogen-99-98% nitrogen will not explode even if it leaks into the atmosphere, and it is difficult to reduce indium oxide to metallic indium. Preferred atmosphere and firing temperature.
  • the firing conditions for firing in a neutral atmosphere or a reducing atmosphere are a firing temperature of 250 ° C. or higher, more preferably 350 ° C. or higher for 5 to 120 minutes, and more preferably 15 to 60 minutes. From the viewpoint of further promoting the crystal growth between the conductive oxide fine particles described above, the firing temperature is preferably 350 ° C. or higher, more preferably 450 ° C. or higher. A firing temperature lower than 250 ° C. is not preferable because oxygen vacancies cannot be sufficiently formed in the conductive oxide fine particles, and the conductivity of the transparent conductive film cannot be improved by increasing the carrier concentration.
  • the upper limit of the firing temperature is not particularly limited, but the point affected by the type of firing apparatus used in the firing step and the heat resistance of the heat-resistant substrate is the same as in firing in an oxygen-containing atmosphere.
  • the conductive oxide constituting the transparent conductive film may be excessively reduced, requiring caution.
  • a firing temperature exceeding 600 ° C. when a reducing atmosphere having strong reducing properties such as hydrogen gas is used, the metal oxide as the conductive oxide is reduced to the metal element in a short time. In some cases (for example, indium oxide may be reduced to metal indium), it is necessary to select an appropriate reducing atmosphere and set a reduction time.
  • firing in an oxygen-containing atmosphere with a dew point of ⁇ 10 ° C. or lower firing at a temperature higher than the temperature at which crystallization of the conductive oxide occurs, firing in an oxygen-containing atmosphere with a dew point of 0 ° C. or higher, and neutral atmosphere or reducing property Firing in the atmosphere can be performed continuously. That is, in firing a heat-resistant substrate on which a dry coating film is formed, for example, after raising the temperature of the substrate to a firing temperature of 300 ° C. or higher, only the atmosphere is kept at a dew point of ⁇ 10 ° C. or lower while maintaining the temperature.
  • the oxygen-containing atmosphere may be switched to an oxygen-containing atmosphere having a dew point of 0 ° C. or higher, or a neutral atmosphere or a reducing atmosphere.
  • firing in a neutral atmosphere or a reducing atmosphere is performed by forming a transparent conductive film due to the presence of oxygen vacancies in addition to the function of increasing oxygen concentration by forming oxygen vacancies in the above-described conductive oxide. It also has a function of facilitating crystal growth by facilitating the movement of these constituent elements, and contributes to further improvement in the strength and conductivity of the transparent conductive film.
  • Such devices include LED elements, electroluminescence lamps (electroluminescence elements), light emission devices such as field emission lamps, power generation devices such as solar cells, liquid crystal displays (liquid crystal elements), electroluminescence displays (electrons) as described above.
  • Luminescence elements display devices such as plasma displays and electronic paper elements, and input devices such as touch panels.
  • the transparent conductive film and the transparent conductive substrate of the present invention are suitable for these transparent electrodes.
  • the electroluminescence element as the light emitting device includes an organic EL element using an organic light emitting material and an inorganic EL element using an inorganic light emitting material.
  • the organic EL element has attracted attention.
  • This organic EL element is a self-luminous element unlike a liquid crystal display element, and is expected to be used as a display device such as a display because high luminance can be obtained by driving at a low voltage.
  • Organic EL devices also have a low molecular type and a high molecular type.
  • a high molecular type structure has a hole injection layer (hole) made of a conductive polymer such as a polythiophene derivative on a transparent conductive film as an anode electrode layer.
  • organic light emitting layer (polymer light emitting layer formed by coating), cathode electrode layer [magnesium (Mg), calcium (Ca), aluminum (Al ) And the like, and a gas barrier coating layer (or a sealing treatment with metal or glass) are sequentially formed.
  • the gas barrier coating layer is required to prevent the deterioration of the organic EL element, and an oxygen barrier and a water vapor barrier are required.
  • the water vapor transmission rate is about 10 ⁇ 5 g / m 2 / day or less. Therefore, the inside of the organic EL element (device) is completely sealed from the outside.
  • Solar cells as power generation devices are power generation elements that convert sunlight into electrical energy
  • solar cells are silicon solar cells (thin film type, microcrystal type, crystal type), CIS solar cells (copper-indium-selenium thin film).
  • CIGS solar cells copper-indium-gallium-selenium thin film
  • dye-sensitized solar cells etc., for example, silicon solar cells sequentially have a transparent electrode, a semiconductor power generation layer (silicon), and a metal electrode on a transparent substrate. Formed.
  • Liquid crystal elements as display devices are non-light emitting electronic display elements widely used in displays such as mobile phones, PDAs (Personal Digital Assistants), and PCs (Personal Computers). Simple matrix system (passive matrix system) And an active matrix method.
  • the active matrix method is superior in terms of image quality and response speed. Its basic structure is a structure in which liquid crystal is sandwiched between transparent electrodes (corresponding to the transparent conductive film of the present invention), and liquid crystal molecules are aligned by voltage driving, and the actual element is a color electrode.
  • a filter, a retardation film, a polarizing film, etc. are further laminated and used.
  • liquid crystal elements include polymer dispersed liquid crystal elements (hereinafter abbreviated as PDLC elements) and polymer network liquid crystal elements (hereinafter abbreviated as PNLC elements) used for optical shutters such as windows. .
  • the liquid crystal layer is sandwiched between electrodes (at least one is a transparent electrode, and the transparent conductive film of the present invention corresponds), and the liquid crystal molecules are aligned by voltage driving.
  • the actual element does not require a retardation film or a polarizing film, and has a feature that the structure of the element can be simplified.
  • the PDLC element has a structure in which liquid crystal microencapsulated in a polymer resin matrix is dispersed, while the PNLC element has a structure in which liquid crystal is filled in a mesh part of a resin network.
  • the PDLC element has a high resin content in the liquid crystal layer, so an AC drive voltage of several tens V or more (for example, about 80 V) is required, whereas the PNLC element that can reduce the resin content in the liquid crystal layer is about several to 15 V.
  • the PNLC element that can reduce the resin content in the liquid crystal layer is about several to 15 V.
  • it is necessary to prevent water vapor from being mixed into the liquid crystal for example, a water vapor transmission rate of 0.01 g / m 2 / day or less is required, The inside of the liquid crystal element (device) is completely sealed from the outside.
  • An electronic paper element as a display device is a non-light-emitting electronic display element that does not emit light by itself, has a memory effect that remains displayed even when the power is turned off, and is expected as a display for displaying characters.
  • This display method includes an electrophoresis method in which colored particles are moved in a liquid between electrodes by an electrophoresis method, a twist ball method in which particles having dichroism are colored by rotating in an electric field, for example, a cholesteric liquid crystal is used as a transparent electrode.
  • a liquid crystal system that displays images by sandwiching between them, a powder system that displays images by moving colored particles (toner) and electronic powder fluid (Quick Response Liquid Powder) in the air, and color development based on electrochemical oxidation / reduction action
  • An electrochromic method, an electrodeposition method in which a metal is deposited and dissolved by electrochemical oxidation / reduction, and display is performed by a color change associated therewith have been developed.
  • the display layer has a structure sandwiched between a transparent conductive film (transparent electrode) and a counter electrode.
  • water vapor transmission rate 0. 0.01 to 0.1 g / m 2 / day is required, and the inside of the electronic paper element (device) is completely sealed from the outside.
  • the touch panel is a position input element, such as a resistance method or a capacitance method.
  • a resistance touch panel has a structure in which two transparent conductive substrates as coordinate detection resistance films for detecting coordinates are bonded together via a dot-shaped transparent spacer.
  • the transparent conductive substrate is required to have hit point durability, and the transparent conductive film is required to have flexibility so that cracks do not occur.
  • further improvement in conductivity of the transparent conductive film is required due to the improvement in resolution.
  • any of the above light emitting devices, power generation devices, display devices, input devices, etc. improvement in device characteristics is required, and by applying the transparent conductive film according to the present invention and the transparent conductive substrate to those transparent electrodes. Since the basic characteristics of the device can be further improved, for example, it can greatly contribute to energy saving and downsizing of the device.
  • solution A containing indium acetylacetone and hydroxypropylcellulose.
  • solution B containing acetylacetone tin and hydroxypropyl cellulose.
  • Example 1 a transparent conductive film according to Example 1 containing indium oxide (In 2 O 3 ) containing tin oxide (SnO 2 ) for dopant as a main component was produced.
  • the surface resistance of the transparent conductive film was measured using a surface resistance meter Loresta AP (MCP-T400) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation.
  • the haze value and visible light transmittance were measured based on JIS K7136 (haze value) and JIS K7361-1 (transmittance) using a Nippon Denshoku Co., Ltd. haze meter (NDH5000).
  • the film thickness was measured using a stylus type film thickness meter (Alpha-Step IQ) manufactured by KLA-Tencor Corporation.
  • the crystallite size was measured by X-ray diffraction, and the (222) peak of indium oxide (In 2 O 3 ) was determined by the Scherrer method.
  • the pencil hardness was measured based on JIS K5400.
  • the visible light transmittance and the haze value are values only for the transparent conductive film, and were obtained by the following formulas 1 and 2, respectively.
  • Firing using the hot plate in Example 1 was heated to 350 ° C. over 35 minutes (temperature increase rate: 10 ° C./min) in an air atmosphere (supply of 1 liter / min) with a dew point of ⁇ 30 ° C., Baking at 350 ° C. for 15 minutes, changing the atmosphere to 2% hydrogen-98% nitrogen (1 liter / min supply) and baking at 350 ° C. for another 15 minutes.
  • a transparent conductive film according to Example 2 containing indium oxide (In 2 O 3 ) containing tin (SnO 2 ) as a main component was produced.
  • Example 1 Various characteristics of the produced transparent conductive film were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1. Furthermore, the transmission electron micrograph (TEM image) which observed the cross section of the transparent conductive film of Example 2 with the transmission electron microscope, and the scanning electron micrograph (SEM image) are shown in FIG. 4 and FIG. 5, respectively. A conductive oxide fine particle layer densely filled with conductive oxide fine particles has been observed.
  • TEM image transmission electron micrograph
  • SEM image scanning electron micrograph
  • Film formation was performed in the same manner as in Example 1 except that air having a dew point of ⁇ 80 ° C. or lower (cylinder filling air) was used instead of air having a dew point of ⁇ 30 ° C. in baking using the hot plate in Example 1.
  • a transparent conductive film according to Example 3 containing indium oxide (In 2 O 3 ) containing tin oxide (SnO 2 ) for dopant as a main component was prepared.
  • the coating solution for forming a transparent conductive film used in Example 1 was spin-coated (250 rpm ⁇ 60 sec) on the entire surface of a soda lime glass substrate (10 cm ⁇ 10 cm ⁇ 3 mm thickness) at 25 ° C., and then at 180 ° C. for 20 minutes. Dried, and further heated to 500 ° C. over 50 minutes (temperature increase rate: 10 ° C./min) in an air atmosphere having a dew point of ⁇ 30 ° C. (1 liter / min supply), and calcined at 500 ° C. for 15 minutes, As it is, the atmosphere is switched to an air atmosphere (supply of 1 liter / min) with a dew point of about 20 ° C., and further baked at 500 ° C. for 15 minutes, and indium oxide (In 2 O 3 ) containing tin oxide (SnO 2 ) for dopant is used.
  • the transparent conductive film which concerns on Example 4 which has as a main component was produced.
  • This coating solution for forming a transparent conductive film was spin coated (200 rpm ⁇ 60 sec) on the entire surface of a 25 ° C. soda lime glass substrate (10 cm ⁇ 10 cm ⁇ thickness 3 mm), then dried at 180 ° C. for 10 minutes, and further ⁇ 16 In an air atmosphere (1 liter / min supply) having various dew points of -19 ° C, -19 ° C, -27 ° C, -34 ° C, -44 ° C, and -80 ° C, the temperature is increased to 500 ° C over 50 minutes (temperature increase rate) : 10 ° C./min), and after baking at 500 ° C.
  • Example 5 having indium oxide (In 2 O 3 ) containing tin (SnO 2 ) as a main component were prepared.
  • the air atmosphere having various dew points of ⁇ 16 ° C. to ⁇ 80 ° C. is obtained by supplying air having a dew point of 25 ° C. and air having a dew point of ⁇ 80 ° C. at a predetermined flow rate and mixing them well.
  • the various transparent conductive films according to Example 5 each have high transparency (haze value: within a range of 0.15-0.3%, visible light transmittance: 92.6-95.5%). Further, in any transparent conductive film, the pencil hardness was excellent at 5H or more. In addition, when the cross section of the various transparent conductive film of Example 5 was observed with the transmission electron microscope, the conductive oxide fine particle layer with which the conductive oxide fine particle was densely packed was observed.
  • Example 6 a transparent conductive film according to Example 6 containing tin oxide (SnO 2 ) containing antimony oxide as a dopant as a main component was produced.
  • solution D solution containing acetylacetone aluminum and hydroxypropylcellulose was prepared.
  • Example 7 a transparent conductive film according to Example 7 containing zinc oxide (ZnO 2 ) containing aluminum oxide (Al 2 O 3 ) for dopant as a main component was produced.
  • Example 1 A film was formed in the same manner as in Example 1 except that air having a dew point of 15 ° C. was used instead of air having a dew point of ⁇ 30 ° C. in Example 1, and tin oxide (SnO 2 ) for the dopant was included.
  • Example 1 Various characteristics of the produced transparent conductive film were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1. Furthermore, the transmission electron micrograph (TEM image) and the scanning electron micrograph (SEM image) which observed the cross section of the transparent conductive film of the comparative example 1 with the transmission electron microscope are shown in FIG. 12 and FIG. 13, respectively. A conductive oxide fine particle layer in which voids are observed between the conductive oxide fine particles has been observed.
  • TEM image transmission electron micrograph
  • SEM image scanning electron micrograph
  • Example 2 A film was formed in the same manner as in Example 2 except that air having a dew point of 15 ° C. was used instead of air having a dew point of ⁇ 30 ° C. in Example 2, and tin oxide (SnO 2 ) for the dopant was included.
  • a transparent conductive film according to Comparative Example 2 containing indium oxide (In 2 O 3 ) as a main component was produced.
  • Example 1 Various characteristics of the produced transparent conductive film were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1. Furthermore, the transmission electron micrograph (TEM image) which observed the cross section of the transparent conductive film of the comparative example 2 with the transmission electron microscope, and the scanning electron micrograph (SEM image) are shown in FIG. 14 and FIG. 15, respectively. A conductive oxide fine particle layer in which voids are observed between the conductive oxide fine particles has been observed.
  • Example 3 A film was formed in the same manner as in Example 4 except that air having a dew point of about 20 ° C. was used instead of air having a dew point of ⁇ 30 ° C. (ie, an air atmosphere having a dew point of about 20 ° C.) 1 liter / minute supply), the temperature was raised to 500 ° C. over 50 minutes (temperature increase rate: 10 ° C./minute), and baked as it was at 500 ° C. for 30 minutes to contain tin oxide (SnO 2 ) for dopant.
  • a transparent conductive film according to Comparative Example 3 containing indium oxide (In 2 O 3 ) as a main component was produced.
  • Example 5 (Comparative Example 4) In Example 5, instead of air having various dew points of ⁇ 16 ° C. to ⁇ 80 ° C., air having various dew points of 25 ° C., 6 ° C., and ⁇ 4 ° C. was used in the same manner as in Example 5.
  • Various transparent conductive films according to Comparative Example 4 containing indium oxide (In 2 O 3 ) containing tin oxide (SnO 2 ) as a dopant as a main component were prepared.
  • the air atmosphere having various dew points of 25 ° C., 6 ° C., and ⁇ 4 ° C. is obtained by supplying air having a dew point of 25 ° C. and air having a dew point of ⁇ 80 ° C. at a predetermined flow rate and mixing them well.
  • the various transparent conductive films according to Comparative Example 4 had high transparency, respectively (haze value: within a range of 0.1 to 0.3%, visible light transmittance: 92.3 to 98.7. %)), The pencil hardness was less than 3H in any transparent conductive film.
  • the cross section of the various transparent conductive film of the comparative example 4 was observed with the transmission electron microscope, the conductive oxide fine particle layer by which a space
  • Example 5 A film was formed in the same manner as in Example 6 except that air having a dew point of 23 ° C. was used instead of air having a dew point of ⁇ 60 ° C., and tin oxide containing antimony oxide for dopant (SnO The transparent conductive film which concerns on the comparative example 5 which has 2 ) as a main component was produced.
  • Example 1 Various characteristics of the produced transparent conductive film were measured in the same manner as in Example 1, and the results are shown in Table 1. Furthermore, the transmission electron microscope photograph (TEM image) which observed the cross section of the transparent conductive film of the comparative example 5 with the transmission electron microscope is shown in FIG. A conductive oxide fine particle layer in which voids are observed between the conductive oxide fine particles has been observed.
  • Example 6 A film was formed in the same manner as in Example 7 except that air having a dew point of 23 ° C. was used instead of air having a dew point of ⁇ 60 ° C. in Example 7, and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) for dopant was used. A transparent conductive film according to Comparative Example 6 containing zinc oxide (ZnO 2 ) as a main component was produced.
  • Example 1 and Example 3 are compared with Comparative Example 1, all are transparent conductive films obtained by firing at 500 ° C. (air atmosphere and 2% hydrogen-98% nitrogen atmosphere).
  • the comparative example 1 has a relatively high resistance of 150 ⁇ / ⁇ . Recognize.
  • the film thickness of Example 1 and Example 3 is 190 nm
  • the film thickness of Comparative Example 1 is about 225 nm and about 18% thick. From this point, the transparent conductive films of Example 1 and Example 3 are It is densified by about 18% than the transparent conductive film of Comparative Example 1.
  • Comparing Example 2 and Comparative Example 2 both are transparent conductive films obtained by firing at 350 ° C. (air atmosphere and 2% hydrogen-98% nitrogen atmosphere), but Example 2 is 140 ⁇ / ⁇ . On the other hand, it can be seen that Comparative Example 2 has a high resistance of 440 ⁇ / ⁇ . Further, while the film thickness of Example 2 is 205 nm, the film thickness of Comparative Example 2 is 225 nm, which is about 10% thick. From this point, the transparent conductive film of Example 2 is more transparent than the transparent conductive film of Comparative Example 2. Is densified by about 10%.
  • Example 4 and Comparative Example 3 are transparent conductive films obtained by firing at 500 ° C. (air atmosphere), whereas Example 4 has a resistance of 660 ⁇ / ⁇ . It can be seen that Comparative Example 3 has a high resistance of 1540 ⁇ / ⁇ . Further, while the film thickness of Example 4 is 185 nm, the film thickness of Comparative Example 3 is 230 nm, which is about 24% thick. From this point, the transparent conductive film of Example 4 is the transparent conductive film of Comparative Example 3. It is about 24% denser than the film.
  • Example 5 and Comparative Example 4 are transparent conductive films obtained by firing at 500 ° C. (air atmosphere). It can be seen that while the following resistance values are obtained, the various transparent conductive films of Comparative Example 4 have a resistance value of 102 ⁇ / ⁇ or more. Moreover, while the film thickness of the various transparent conductive films of Example 5 is 228 nm or less, the film thickness of the various transparent conductive films of Comparative Example 4 is as thick as 246 nm or more. It can be seen that the film is more dense than the various transparent conductive films of Comparative Example 4.
  • Example 6 and Comparative Example 5 are transparent conductive films obtained by firing at 500 ° C. (air atmosphere and 1% hydrogen-99% nitrogen atmosphere), but Example 6 is 7500 ⁇ / ⁇ . It can be seen that Comparative Example 5 has an extremely high resistance of 6 ⁇ 10 6 ⁇ / ⁇ . Further, while the film thickness of Example 6 is 105 nm, the film thickness of Comparative Example 5 is 115 nm, which is about 10% thicker. From this point, the transparent conductive film of Example 6 is more transparent than the transparent conductive film of Comparative Example 5. Is densified by about 10%.
  • Example 7 and Comparative Example 6 are transparent conductive films obtained by firing at 500 ° C. (air atmosphere and 1% hydrogen-99% nitrogen atmosphere). It can be seen that the resistance of ⁇ / ⁇ is obtained, whereas the comparative example 6 has an extremely high resistance of 8 ⁇ 10 6 ⁇ / ⁇ .
  • the film thickness of Example 7 is 240 nm, whereas the film thickness of Comparative Example 6 is 310 nm, which is about 30% thicker. From this point, the transparent conductive film of Example 7 is more transparent than the transparent conductive film of Comparative Example 6. Is about 30% denser.
  • the transparent conductive film according to the present invention can be formed on a heat-resistant substrate by using various inexpensive coating methods, and the obtained transparent conductive film has excellent transparency and high conductivity, and film strength. Therefore, a transparent conductive substrate in which this transparent conductive film is formed on a heat-resistant substrate is a light emitting device such as an LED element, an electroluminescence lamp (electroluminescence element), a field emission lamp, a power generation device such as a solar cell, It can be expected to be used for transparent electrodes such as liquid crystal displays, electroluminescent displays (electroluminescent elements), plasma displays, display devices such as electronic paper elements, and input devices such as touch panels.
  • a transparent conductive substrate in which this transparent conductive film is formed on a heat-resistant substrate is a light emitting device such as an LED element, an electroluminescence lamp (electroluminescence element), a field emission lamp, a power generation device such as a solar cell. It can be expected to be used for transparent electrodes such as liquid crystal displays, electro

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Abstract

塗布工程、乾燥工程、焼成工程の各工程を経て形成される、透明導電膜の製造方法であって、前記焼成工程が、有機金属化合物を主成分とする前記乾燥塗布膜を、露点-10℃以下の酸素含有雰囲気下で、少なくとも前記無機成分の結晶化が起こる焼成温度以上まで昇温する焼成を行い、乾燥塗布膜に含まれる有機成分を熱分解または燃焼、或いは熱分解並びに燃焼により除去することで金属酸化物を主成分とする導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層を形成することを特徴とする透明導電膜の製造方法を提供し、優れた透明性と高い導電性を兼ね備え、かつ膜強度に優れる透明導電膜を提供する。

Description

透明導電膜の製造方法及び透明導電膜、透明導電基板並びにそれを用いたデバイス
 本発明は、透明導電膜及びその透明導電膜の製造方法に関する。詳しくは、ガラスやセラミックス等の耐熱性基板上に形成された、透明性と導電性を兼ね備え、かつ膜強度に優れる透明導電膜の製造方法及びその透明導電膜の製造方法によって得られた透明導電膜に関し、さらにその透明導電膜を用いた透明導電基板、並びにその透明導電基板を用いたデバイスに関する。
 液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンス、プラズマディスプレイ等の表示素子用透明電極、タッチパネル、太陽電池等の透明電極、熱線反射、電磁波シールド、帯電防止、防曇等の機能性コーティングに用いられる透明導電膜の形成材料として、錫ドープ酸化インジウム(Indium Tin Oxide、以下、「ITO」と表記する場合がある)が知られている。
 ITO透明導電膜の製造方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、化学蒸着法等の物理的手法が広く用いられている。これらの方法は、透明性と導電性に優れた均一なITO透明導電膜を基板上に形成することができる。
 しかしながら、これに使用する膜形成装置は真空容器をベースとするため非常に高価であり、また基板成膜毎に製造装置内の成分ガス圧を精密に制御しなければならないため、製造コストと量産性に問題がある。
 この問題を解決する製造方法として、インジウム化合物と錫化合物を溶剤に溶解させた透明導電膜形成用塗布液を用いて、基板上に塗布する方法(以下、「塗布法」と表記する場合がある)が検討されている。
 この塗布方法では、透明導電膜形成用塗布液の基板上への塗布、乾燥、焼成という簡素な製造工程でITO透明導電膜を形成するもので、その塗布液の基板上への塗布法には、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法、ディスペンサ印刷法、スリットコート法、ダイコート法、ドクターブレードコート法、ワイヤーバーコート法、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法等が知られている。
 このような塗布法に用いられる塗布液として、インジウム化合物及び錫化合物を含む塗布液が、従来種々開発されており、例えば、ハロゲンイオンまたはカルボキシル基を含む硝酸インジウムとアルキル硝酸錫の混合液(例えば、特許文献1参照)、アルコキシル基などを含む有機インジウム化合物と有機錫化合物の混合物(例えば、特許文献2参照)、硝酸インジウムと有機錫化合物の混合物(例えば、特許文献3参照)、硝酸インジウム、硝酸錫等の無機化合物混合物(例えば、特許文献4参照)、ジカルボン酸硝酸インジウムなどの有機硝酸インジウムとアルキル硝酸錫などの有機硝酸錫の混合物(例えば、特許文献5参照)、アセチルアセトンを配位した有機インジウム錯体と錫錯体からなる有機化合物混合溶液(例えば、特許文献6、特許文献7、特許文献8参照)が開示されている。
 これらの従来知られている塗布液の多くはインジウムや錫の硝酸塩、ハロゲン化物からなる有機または無機化合物、あるいは金属アルコキシドなどの有機金属化合物等が用いられている。
 しかし、硝酸塩やハロゲン化物を用いた塗布液は、焼成時に窒素酸化物や塩素などの腐食性ガスが発生するため、設備腐食や環境汚染を生ずるといった問題があり、金属アルコキシドを用いた塗布液では、原料が加水分解し易いため、塗布液の安定性に問題がある。また、特許文献に記載された有機金属化合物を用いた塗布液の多くは、基板に対する濡れ性が悪く、不均一膜が形成され易いといった問題もあった。
 そこで、これらの問題点を改良した塗布液として、アセチルアセトンインジウム(正式名称:トリス(アセチルアセトナト)インジウム:In(C)、アセチルアセトン錫(正式名称:ジ−n−ブトキシド ビス(2,4−ペンタンジオナト)錫:[Sn(C(C])、ヒドロキシプロピルセルロース、アルキルフェノール及び/またはアルケニルフェノールと二塩基酸エステル及び/または酢酸ベンジルを含有する透明導電膜形成用塗布液(例えば、特許文献9参照)が開示されている。
 この塗布液は、アセチルアセトンインジウム、アセチルアセトン錫の混合溶液にヒドロキシプロピルセルロースを含有させることによって塗布液の基板に対する濡れ性を改善すると同時に、粘性剤であるヒドロキシプロピルセルロースの含有量によって塗布液の粘度を調整し、スピンコート、スプレーコート、ディップコート、スクリーン印刷、ワイヤーバーコート等の各種塗布法の採用を可能にするものである。
 また、スピンコート用の改良塗布液として、アセチルアセトンインジウム、オクチル酸インジウム等の有機インジウム化合物と、アセチルアセトン錫、オクチル酸錫等の有機錫と、有機溶剤とを含み、その有機溶剤にアルキルフェノール及び/またはアルケニルフェノールを溶解したアセチルアセトン溶液、アルキルフェノール及び/またはアルケニルフェノールを溶解したアセチルアセトン溶液をアルコールで希釈した液を用いる透明導電膜形成用塗布液(例えば、特許文献10参照)が提案されている。
 この塗布液は、低粘度であり、スピンコートのほかスプレーコート、ディップコートにも使用可能である。
特開昭57−138708号公報 特開昭61−26679号公報 特開平4−255768号公報 特開昭57−36714号公報 特開昭57−212268号公報 特公昭63−25448号公報 特公平2−20706号公報 特公昭63−19046号公報 特開平6−203658号公報 特開平6−325637号公報
 しかしながら、このような各種ITO透明導電膜形成用塗布液を基板上に塗布、乾燥、焼成して形成される透明導電膜は、その塗布液中の有機インジウム化合物等が、焼成時における熱分解や燃焼(酸化)によってITO膜に転化する過程において、形成されたITO微粒子同士が緻密化しにくく、そのため得られた透明導電膜は、導電性が不十分だったり、膜強度が低い等の問題を生じていた。従って、ディスプレイ、タッチパネル、太陽電池等の透明電極に利用するには、導電性や膜強度がより良好な透明導電膜が要望されていた。
 本発明は、低コストかつ簡便な透明導電膜の製造方法であるインク塗布法を用いて形成される良好な透明性と高い導電性を兼ね備え、かつ膜強度に優れる透明導電膜、及びこの透明導電膜の製造方法及び得られる透明導電膜、透明導電基板並びにそれを用いたデバイスを提供することを目的とする。
 このような課題に鑑み、発明者らは有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上の有機金属化合物を主成分として含有する透明導電膜形成用塗布液を耐熱性基板上に塗布、乾燥、焼成して得られる酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛のいずれか一つ以上を主成分とする透明導電膜について鋭意研究を重ねた結果、その焼成時の昇温過程において露点の低い、即ち水蒸気含有量の少ない空気雰囲気を適用すると、焼成の初期段階における導電性酸化物の結晶成長が抑制されることにより、導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層の膜構造が得られ、良好な透明性と高い導電性を兼ね備え、且つ膜強度にも優れる透明導電膜を発明したものである。
 即ち、本発明の第1の発明は、主成分として有機金属化合物を含有する透明導電膜形成用塗布液を、耐熱性基板上に塗布して塗布膜を形成する塗布工程、その塗布膜を乾燥して乾燥塗布膜を形成する乾燥工程、乾燥塗布膜を焼成して、金属酸化物である無機成分を主成分とする無機膜を形成する焼成工程の各工程を経て形成される、透明導電膜の製造方法であって、焼成工程が、乾燥工程で形成された有機金属化合物を主成分とする乾燥塗布膜を露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下で、少なくとも前記無機成分の結晶化が起こる焼成温度以上まで昇温する焼成を行い、乾燥塗布膜に含まれる有機成分を熱分解または燃焼、或いは熱分解並びに燃焼により除去することで金属酸化物を主成分とする導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層を形成する工程であり、さらに、その有機金属化合物が有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上からなり、その金属酸化物が酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛のいずれか一つ以上である透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第2の発明は、主成分として有機金属化合物及びドーパント用有機金属化合物を含有する透明導電膜形成用塗布液を、耐熱性基板上に塗布して塗布膜を形成する塗布工程、その塗布膜を乾燥して乾燥塗布膜を形成する乾燥工程、乾燥塗布膜を焼成して、ドーパント金属化合物を含む金属酸化物である無機成分を主成分とする無機膜を形成する焼成工程の各工程を経て形成される、透明導電膜の製造方法であって、焼成工程が、前記乾燥工程で形成された有機金属化合物及びドーパント用有機金属化合物を主成分とする乾燥塗布膜を、露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下で、少なくとも前記無機成分の結晶化が起こる焼成温度以上まで昇温する焼成を行い、乾燥塗布膜に含まれる有機成分を熱分解または燃焼、或いは熱分解並びに燃焼により除去することでドーパント金属化合物を含み金属酸化物を主成分とする導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層を形成する工程であり、さらに、その有機金属化合物が有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上からなり、その金属酸化物が酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛のいずれか一つ以上である透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第3の発明は、前記有機金属化合物及びドーパント用有機金属化合物の含有割合が、有機金属化合物:ドーパント用有機金属化合物のモル比換算で、99.9:0.1~66.7:33.3の範囲であることを特徴とする第2の発明に記載の透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第4の発明は、前記有機金属化合物が有機インジウム化合物であって、前記ドーパント用有機金属化合物が、有機錫化合物、有機チタン化合物、有機ゲルマニウム化合物、有機亜鉛化合物、有機タングステン化合物、有機ジルコニウム化合物、有機タンタル化合物、有機ニオブ化合物、有機ハフニウム化合物、有機バナジウム化合物のいずれか一種以上であり、前記ドーパント金属化合物が、酸化錫、酸化チタン、酸化ゲルマニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化バナジウムのいずれか一種以上である第2または第3の発明に記載の透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第5の発明は、前記有機金属化合物が有機錫化合物からなり、前記ドーパント用有機金属化合物が有機インジウム化合物、有機アンチモン化合物、有機リン化合物のいずれか一種以上である第2または第3の発明に記載の透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第6の発明は、前記有機金属化合物が有機亜鉛化合物からなり、前記ドーパント用有機金属化合物が、有機アルミニウム化合物、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物のいずれか一種以上である第2または第3の発明に記載の透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第7の発明は、前記有機インジウム化合物が、アセチルアセトンインジウムである第1~第6の発明のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第8の発明は、前記露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下で、少なくとも前記無機成分の結晶化が起こる焼成温度以上まで昇温する焼成に続いて、露点0℃以上の酸素含有雰囲気下での300℃以上の焼成温度で焼成することを特徴とする第1または第2の発明に記載の透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第9の発明は、露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下での300℃以上の焼成温度による焼成に続いて、中性雰囲気または還元性雰囲気下での250℃以上の焼成温度により焼成することを特徴とする第1または第2の発明に記載の透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第10の発明は、前記露点0℃以上の酸素含有雰囲気下で、少なくとも前記無機成分の結晶化が起こる焼成温度以上まで昇温する焼成に続いて、中性雰囲気または還元性雰囲気下での250℃以上の焼成温度で焼成することを特徴とする第8の発明に記載の透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第11の発明は、その中性雰囲気が窒素ガス、不活性ガスのいずれか一種以上、または還元性雰囲気が、水素ガス並びに中性雰囲気に水素ガス或いは有機溶剤蒸気の少なくとも1種以上を含む雰囲気であることを特徴とする第9または第10の発明に記載の透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第12の発明は、前記露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下での焼成における前記酸素含有雰囲気の露点が、−20℃以下であることを特徴とする第1~第11の発明のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第13の発明は、前記塗布工程における透明導電膜形成用塗布液の耐熱性基板上への塗布方法が、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法、ディスペンサ印刷法、スリットコート法、ダイコート法、ドクターブレードコート法、ワイヤーバーコート法、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法のいずれかであることを特徴とする第1または第2の発明に記載の透明導電膜の製造方法である。
 本発明の第14の発明は、第1~第13の発明のいずれかに記載の透明導電膜の製造方法で得られたことを特徴とする透明導電膜である。
 本発明の第15の発明は、耐熱性基板上に透明導電膜を備える透明導電基板において、その透明導電膜が、第14の発明に記載の透明導電膜であることを特徴とする透明導電基板である。
 本発明の第16の発明は、透明電極を備えるデバイスにおいて、前記透明電極が、第15の発明に記載の透明導電基板であることを特徴とするデバイスである。
 本発明の第17の発明は、前記デバイスが、発光デバイス、発電デバイス、表示デバイス、入力デバイスから選ばれた1種であることを特徴とする第16の発明に記載のデバイスである。
 本発明の透明導電膜の製造方法によれば、金属酸化物を主成分とする導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層を形成できるため、得られる透明導電膜は、優れた透明性と高い導電性を兼ね備え、かつ膜強度に優れる。そのため、この透明導電膜を耐熱性基板上に形成した透明導電基板は、LED素子、エレクトロルミネッセンスランプ(エレクトロルミネッセンス素子)、フィールドエミッションランプ等の発光デバイス、太陽電池等の発電デバイス、液晶ディスプレイ(液晶素子)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(エレクトロルミネッセンス素子)、プラズマディスプレイ、電子ペーパー素子等の表示デバイス、及びタッチパネル等の入力デバイス等に好適である。
空気中の飽和水蒸気含有量(体積%)と露点(℃)の関係を示す図である。 実施例1に係る透明導電膜の断面の透過電子顕微鏡写真(TEM像)である。 実施例1に係る透明導電膜の断面の走査電子顕微鏡写真(SEM像)である。 実施例2に係る透明導電膜の断面の透過電子顕微鏡写真(TEM像)である。 実施例2に係る透明導電膜の断面の走査電子顕微鏡写真(SEM像)である。 実施例4に係る透明導電膜の断面の透過電子顕微鏡写真(TEM像)である。 実施例5、及び比較例4に係る透明導電膜の表面抵抗値を示す図である。 実施例5、及び比較例4に係る透明導電膜の膜厚を示す図である。 実施例5、及び比較例4に係る透明導電膜の結晶子サイズを示す図である。 実施例6に係る透明導電膜の断面の透過電子顕微鏡写真(TEM像)である。 実施例7に係る透明導電膜の断面の走査電子顕微鏡写真(SEM像)である。 比較例1に係る透明導電膜の断面の透過電子顕微鏡写真(TEM像)である。 比較例1に係る透明導電膜の断面の走査電子顕微鏡写真(SEM像)である。 比較例2に係る透明導電膜の断面の透過電子顕微鏡写真(TEM像)である。 比較例2に係る透明導電膜の断面の走査電子顕微鏡写真(SEM像)である。 比較例3に係る透明導電膜の断面の透過電子顕微鏡写真(TEM像)である。 比較例5に係る透明導電膜の断面の透過電子顕微鏡写真(TEM像)である。 比較例6に係る透明導電膜の断面の走査電子顕微鏡写真(SEM像)である。
 以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
 本発明は、有機金属化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液を、耐熱性基板上に塗布、乾燥、焼成して形成される透明導電膜の製造方法において、金属酸化物を主成分とする導電性酸化物微粒子の結晶成長が進み、かつ緻密に充填した導電性酸化物微粒子層を形成するため、透明導電膜の導電性の向上、及び膜強度の向上が図られる。
[透明導電膜構造]
 先ず、透明導電膜構造を説明する。
 以下では、錫をドープした酸化インジウム(ITO)の透明導電膜を例に挙げて説明するが、酸化インジウム以外の、酸化錫や酸化亜鉛を主成分とする透明導電膜に関しても同じように行うことができる。
 例えば、スパッタリング法等の気相成長法を用いてITOからなる透明導電膜を形成した場合、通常ITO結晶粒が粒界を介して配列した膜構造である多結晶のITO膜構造が形成され、膜構造においてITO微粒子はほとんど観察されない。
 また、有機インジウム化合物と有機錫化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液を耐熱性基板上に塗布、乾燥、焼成する塗布法で形成されるITOからなる透明導電膜では、通常ITO微粒子同士が結合した膜構造を有しており、ITO微粒子の粒子径やITO微粒子間に存在する空隙の大きさは、焼成条件などで異なるが、少なからず開空隙(オープンポア)を有するITO微粒子で構成される透明導電膜となることが知られている。
 そして、この塗布法で形成されたITO微粒子同士が結合した透明導電膜は、その導電機構が、ITO微粒子の接触部分(結合部分)を介在するものであることから、ITO微粒子同士が微小面積で接触するために起こると考えられる接触部分での導電性低下、開空隙を通して大気中の酸素や水蒸気が膜内に進入しITO微粒子同士の接触を劣化させるために起こると考えられる大気曝露における導電性の経時劣化、ITO微粒子が粗に充填しているために起こると考えられる膜強度の低下などを生じる。
 このような従来のものに対して、本発明は、導電性酸化物微粒子を緻密に充填させると同時に、導電性酸化物微粒子の結晶成長も促進させて、開空隙(オープンポア)が少なく緻密で、かつ導電性酸化物微粒子同士の接触が強化された酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛のいずれか一つ以上を主成分とする導電性酸化物微粒子層を有する膜構造を形成するというものであり、その導電性の向上を図り、膜強度の向上も達成するものである。さらに、導電性の経時劣化も大きく抑制することも可能である。
 即ち、本発明において、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛のいずれか一つ以上を主成分とする、緻密な導電性酸化物微粒子層は、前述の透明導電膜形成用塗布液を用いた塗布法において、その焼成時の昇温過程で、水蒸気含有量の少ない(すなわち露点が低い)酸素含有雰囲気を適用することで形成するものである。
 このような緻密な導電性酸化物微粒子層の形成機構については、いまだ明らかとはいえず、後でも詳細に説明(段落[0076]から[0079]に記載)するが、要は、酸素含有雰囲気中に水蒸気が存在すると、有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上の有機金属化合物等が熱分解・燃焼して生じる導電性酸化物の結晶化、並びに結晶成長が、その水蒸気で促進され、熱分解・燃焼を行なう焼成工程での初期段階で導電性酸化物微粒子同士を固着して動けなくしてしまうため、導電性酸化物微粒子の緻密化を阻害するためと推測される。
 例えば酸化インジウムを主成分とする透明導電膜において、本発明の水蒸気含有量の少ない、すなわち露点が低い酸素含有雰囲気を適用した場合には、透明導電膜における導電性酸化物微粒子の充填密度は導電性酸化物の真比重の約90%程度まで高めることが可能であり、水蒸気を含む酸素含有雰囲気を適用した場合には、真比重の60~70%程度に留まる。
[透明導電膜形成用塗布液]
 次に、本発明で用いられる透明導電膜形成用塗布液について詳細する。
 本発明では、有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上の有機金属化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液を用いて、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛のいずれか一つ以上を主成分とする透明導電膜を形成している。一般に、透明導電膜の導電性は高い方が望ましく、そのような場合には、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛という主成分となる酸化物にそれ以外の金属化合物、主として金属酸化物をドーピングすることで導電性を向上させる。即ち、ドーパント金属化合物を含む酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛を導電性酸化物として用いれば、透明導電膜の導電性が向上する。これは、ドーパント金属化合物が導電性酸化物において、キャリアとしての電子の濃度(キャリア密度)を高める働きがあるからである。
 その具体的なドーピングの方法としては、有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上の有機金属化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液に、ドーパント用有機金属化合物を所定量配合する方法がある。
 まず、有機インジウム化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液について、以下に説明する。
 本発明で用いる有機インジウム化合物には、アセチルアセトンインジウム(正式名称:トリス(アセチルアセトナト)インジウム)[In(C]、2−エチルヘキサン酸インジウム、蟻酸インジウム、インジウムアルコキシド等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機インジウム化合物であれば良い。これらの中でもアセチルアセトンインジウムは有機溶剤への溶解性が高く、200~250℃程度の温度で熱分解・燃焼(酸化)して酸化物となるため好ましい。
 次に、導電性を向上させるドーパント用有機金属化合物としては、有機錫化合物、有機チタン化合物、有機ゲルマニウム化合物、有機亜鉛化合物、有機タングステン化合物、有機ジルコニウム化合物、有機タンタル化合物、有機ニオブ化合物、有機ハフニウム化合物、有機バナジウム化合物のいずれか一種以上が好ましい。
 なお、透明導電膜を適用するデバイスによっては導電性がある程度低い(抵抗値が高い)ことが必要とされる場合もあるため、透明導電膜形成用塗布液へのドーパント用有機金属化合物の添加は、必要に応じて適宜実施すればよい。
 ドーパント用有機金属化合物の有機錫化合物(化合物中の錫の価数は2価、4価にこだわらない)としては、例えば、アセチルアセトン錫(正式名称:ジ−n−ブトキシド ビス(2,4−ペンタンジオナト)錫、[Sn(C(C]、オクチル酸錫、2−エチルヘキサン酸錫、酢酸錫(II)[Sn(CHCOO)]、酢酸錫(IV)[Sn(CHCOO)]、ジ−n−ブチル錫ジアセテート[Sn(C(CHCOO)]、蟻酸錫、錫アルコキシドとしての錫−tert−ブトキシド[Sn(CO)]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機錫化合物であれば良い。これらの中でも、アセチルアセトン錫は、比較的安価で入手し易いので好ましい。
 ドーパント用有機金属化合物の有機チタン化合物としては、例えば、チタンアセチルアセトン錯体としてのアセチルアセトンチタン(正式名称:チタンジ−n−ブトキシド ビス(2,4−ペンタンジオネート)[Ti(CO)(C])、チタニル(IV)アセチルアセトネート[(C)4TiO]、チタンジイソプロポキシド ビス(2,4−ペンタンジオネート)[C1636Ti]等や、チタンアルコキシドとしてのチタンテトラエトキシド[Ti(CO)]、チタン(IV)−tert−ブトキシド[Ti(CO)]、チタンテトラ−n−ブトキシド[Ti(CO)]、チタンテトライソプロポキシド[Ti(CO)]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機チタン化合物であれば良い。これらの中でも、アセチルアセトンチタン、チタンテトラ−n−ブトキシド、チタンテトライソプロポシドは、安価で入手し易いので好ましい。
 ドーパント用有機金属化合物の有機ゲルマニウム化合物としては、例えば、ゲルマニウムアルコキシドとしてのゲルマニウムテトラエトキシド[Ge(CO)]、ゲルマニウムテトラ−n−ブトキシド[Ge(CO)]、ゲルマニウムテトライソプロポキシド[Ge(CO)]等や、β−カルボキシエチルゲルマニウムオキシド[(GeCHCHCOOH)]、テトラエチルゲルマニウム[Ge(C]、テトラブチルゲルマニウム[Ge(C]、トリブチルゲルマニウム[Ge(C]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機ゲルマニウム化合物であれば良い。これらの中でも、ゲルマニウムテトラエトキシド、ゲルマニウムテトラ−n−ブトキシド、ゲルマニウムテトライソプロポキシドは、比較的安価で入手し易いので好ましい。
 ドーパント用有機金属化合物の有機亜鉛化合物としては、例えば、亜鉛アセチルアセトン錯体としてのアセチルアセトン亜鉛(正式名称:亜鉛−2,4−ペンタンジオネート)[Zn(C]、亜鉛−2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオネート[Zn(C1119]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機亜鉛化合物であれば良い。これらの中でも、アセチルアセトン亜鉛は、安価で入手し易いので好ましい。
 ドーパント用有機金属化合物の有機タングステン化合物としては、例えば、タングステンアルコキシドとしてのタングステン(V)エトキシド[W(CO)]、タングステン(VI)エトキシド[W(CO)]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機タングステン化合物であれば良い。
 ドーパント用有機金属化合物の有機ジルコニウム化合物としては、例えば、ジルコニウムアセチルアセトン錯体としてのジルコニウム ジ−n−ブトキシド ビス(2,4−ペンタンジオネート)[Zr(CO)(C])、アセチルアセトンジルコニウム(正式名称:ジルコニウム−2,4−ペンタンジオネート)[Zr(C]、ジルコニウムアルコキシドとしてのジルコニウムエトキシド[Zr(CO)]、ジルコニウム−n−プロポキシド[Zr(CO)]、ジルコニウムイソプロポキシド[Zr(CO)]、ジルコニウム−n−ブトキシド[Zr(CO)]、ジルコニウム−tert−ブトキシド[Zr(CO)]、ジルコニウム−2−メチル−2−ブトキシド[Zr(C11O)]、ジルコニウム−2−メトキシメチル−2−プロポキシド[Zr(C11]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機ジルコニウム化合物であれば良い。これらの中でも、ジルコニウム−n−プロポキシド、ジルコニウム−n−ブトキシドは、比較的安価で入手し易いので好ましい。
 ドーパント用有機金属化合物の有機タンタル化合物としては、例えば、タンタルアセチルアセトン錯体としてのタンタル(V)テトラエトキシド−ペンタンジオネート)[Ta(C)(OC]、タンタルアルコキシドとしてのタンタルメトキシド[Ta(CHO)]、タンタルエトキシド[Ta(CO)]、タンタルイソプロポキシド[Ta(CO)]、タンタル−n−ブトキシド[Ta(CO)]、テトラエトキシアセチルアセトナトタンタル[Ta(CO)(C)]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機タンタル化合物であれば良い。
 ドーパント用有機金属化合物の有機ニオブ化合物としては、例えば、ニオブアルコキシドとしてのニオブエトキシド[Nb(CO)]、ニオブ−n−ブトキシド[Nb(CO)]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機ニオブ化合物であれば良い。
 ドーパント用有機金属化合物の有機ハフニウム化合物としては、例えば、ハフニウムアセチルアセトン錯体としてのハフニウム ジ−n−ブトキシド ビス(2,4−ペンタンジオネート)[Hf(CO)(C])、アセチルアセトンハフニウム(正式名称:ハフニウム−2,4−ペンタンジオネート)[Hf(C]、ハフニウムアルコキシドとしてのハフニウムエトキシド[Hf(CO)]、ハフニウム−n−ブトキシド[Hf(CO)]、ハフニウム−tert−ブトキシド[Hf(CO)]、ハフニウム(VI)イソプロポキシドモノイソプロピレート[Hf(CO)(COH)]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機ハフニウム化合物であれば良い。これらの中でも、ハフニウム−n−ブトキシドは、比較的安価で入手し易いので好ましい。
 ドーパント用有機金属化合物の有機バナジウム化合物としては、例えば、バナジウムアセチルアセトン錯体としてのバナジウム(IV)オキサイドビス−2,4−ペンタンジオネート[VO(C]、アセチルアセトンバナジウム(正式名称:バナジウム(III)−2,4−ペンタンジオネート)[V(C]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機バナジウム化合物であれば良い。
 次に、有機錫化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液についても以下に説明する。
 本発明で用いる有機錫化合物には、有機インジウム化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液の説明で述べた有機錫化合物を用いることができ、導電性を向上させるドーパント用有機金属化合物としては、有機インジウム化合物、有機アンチモン化合物、有機リン化合物のいずれか一種以上が好ましい。
 ドーパント用有機金属化合物としての有機インジウム化合物には、先に有機インジウム化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液の説明で述べた有機インジウム化合物を用いれば良い。
 ドーパント用有機金属化合物の有機アンチモン化合物としては、例えば、酢酸アンチモン(III)[Sb(CHCOO)]、アンチモンアルコキシドとしてのアンチモン(III)エトキシド[Sb(CO)]、アンチモン(III)−n−ブトキシド[Sb(CO)]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機アンチモン化合物であれば良い。これらの中でも、アンチモン(III)−n−ブトキシドは、比較的安価で入手し易いので好ましい。
 ドーパント用有機金属化合物の有機リン化合物としては、例えば、トリエチルフォスフェイト[PO(CO)]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機リン化合物であれば良い。
 さらに、有機亜鉛化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液についても以下に説明する。
 本発明で用いる有機亜鉛化合物には、有機インジウム化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液の説明で述べた有機亜鉛化合物を用いることができ、導電性を向上させるドーパント用有機金属化合物としては、有機アルミニウム化合物、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物のいずれか一種以上が好ましい。
 ドーパント用有機金属化合物としての有機インジウム化合物には、先に有機インジウム化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液の説明で述べた有機インジウム化合物を用いれば良い。
 ドーパント用有機金属化合物の有機アルミニウム化合物としては、アルミニウムアセチルアセトン錯体としてのアセチルアセトンアルミニウム(アルミニウム−2,4−ペンタンジオネート)[Al(C]、アルミニウムアルコキシドとしてのアルミニウムエトキシド[Al(CO)]、アルミニウム−n−ブトキシド[Al(CO)]、アルミニウム−tert−ブトキシド[Al(CO)]、アルミニウムイソプロポキシド[Al(CO)]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機アルミニウム化合物であれば良い。これらの中でも、アセチルアセトンアルミニウム、アルミニウム−n−ブトキシドは、比較的安価で入手し易いので好ましい。
 ドーパント用有機金属化合物の有機ガリウム化合物としては、ガリウムアセチルアセトン錯体としてのアセチルアセトンガリウム(ガリウム−2,4−ペンタンジオネート)[Ga(C]、ガリウムアルコキシドとしてのガリウムエトキシド[Ga(CO)]等が挙げられるが、基本的には、溶剤に溶解し、焼成時において塩素ガスや窒素酸化物ガスなどの有害ガスが発生せずに酸化物に分解する有機ガリウム化合物であれば良い。
 透明導電膜形成用塗布液における有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上の有機金属化合物、または該有機金属化合物とドーパント用有機金属化合物は、基板上に透明導電膜を形成させるための主たる化合物原料であり、その合計含有量は1~30重量%の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは5~20重量%とするのが良い。
 その合計含有量が1重量%未満であると膜厚の薄い透明導電膜しか得られなくなるため十分な導電性が得られない。また、30重量%より多いと透明導電膜形成用塗布液中の有機金属化合物が析出し易くなって塗布液の安定性が低下したり、得られる透明導電膜が厚くなり過ぎて亀裂(クラック)が発生して導電性が損なわれる場合がある。
 また、透明導電膜形成用塗布液にドーパント用有機金属化合物を配合する場合(高い導電性を得ようとする場合)には、有機金属化合物とドーパント用有機金属化合物の含有割合は、有機金属化合物:ドーパント用有機金属化合物のモル比換算で99.9:0.1~66.7:33.3が好ましい。詳しくは、有機インジウム化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液においてドーパント用有機金属化合物として有機亜鉛化合物を用いる場合を除いて、有機金属化合物:ドーパント用有機金属化合物のモル比換算で99.9:0.1~87:13が良く、好ましくは99:1~91:9である。
 なお、有機インジウム化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液において、有機亜鉛化合物をドーピング用有機金属化合物して用いる場合には、有機金属化合物:ドーパント用有機金属化合物のモル比換算で95:5~66.7:33.3が良く、好ましくは91:9~71:29である。
 ここで、上記モル比は、有機金属化合物とドーパント用有機金属化合物のそれぞれの金属成分のモル比を指している。したがって、例えばドーパント用有機金属化合物の1分子中に金属元素が2個含まれている場合は、ドーパント用有機金属化合物1モルに対しドーパント用の金属元素は2モルとして換算する。
 なお、透明導電膜を適用するデバイスによっては、透明導電膜に対して、必ずしも高い導電性を必要とせず、逆に高い抵抗値が要求されることもある。そのような場合には、高抵抗の透明導電膜を得る目的で、あえて上記透明導電膜形成用塗布液にドーパント用有機金属化合物を配合せずに用いることができる。
 このモル比範囲を外れてドーパント用有機金属化合物が少なくても、或いは、多すぎても、透明導電膜のキャリア密度が減少して透明導電膜の導電性が急激に悪化する場合があり、また、上記モル比範囲を外れてドーパント用有機金属化合物が多い場合には、導電性酸化物微粒子の結晶成長が進みにくくなって導電性が悪化する場合があるため好ましくない。
 さらに、透明導電膜形成用塗布液には、必要に応じてバインダーを添加しても良い。バインダーを加えることで、基板に対する濡れ性が改善されると同時に、塗布液の粘度調整を行うことができる。上記バインダーは焼成時において燃焼や熱分解する材料が好ましく、このような材料として、セルロース誘導体、アクリル樹脂等が有効である。
 バインダーに用いられるセルロース誘導体としては、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシエチルメチルセルロース、ニトロセルロース等が挙げられるが、これらの中でもヒドロキシプロピルセルロース(以下、「HPC」と表記する場合がある)が好ましい。
 上記HPCを用いれば、5重量%以下の含有量で十分な濡れ性が得られると同時に、大幅な粘度調整を行うことができる。またHPCの燃焼開始温度は300℃程度であり、焼成を300℃以上、好ましくは350℃以上の温度で行えば燃焼するので、生成する導電性粒子の粒成長を阻害せず、導電性が良好な透明導電膜を作製することができる。HPCの含有量が5重量%より多くなると、ゲル状になって塗布液中に残留し易くなり、極めて多孔質の透明導電膜を形成して透明性や導電性が著しく損なわれる。
 ここで、セルロース誘導体として、例えばHPCの代わりにエチルセルロースを用いた場合には、HPCを用いた場合よりも塗布液の粘度が低く設定できるが、高粘度塗布液が好適であるスクリーン印刷法等ではパターン印刷性が若干低下する。
 ところで、ニトロセルロースは、熱分解性は優れているが、焼成時において有害な窒素酸化物ガスの発生があり、焼成炉の劣化や排ガス処理に問題を生じる場合がある。以上のように、使用するセルロース誘導体は、状況に応じて適宜選択する必要がある。
 また、アクリル樹脂としては、比較的低温で燃焼するアクリル樹脂が好ましい。
 透明導電膜形成用塗布液に用いる溶剤としては、アセチルアセトンインジウム、アセチルアセトン亜鉛、アセチルアセトンバナジウム等のアセチルアセトン錯体を高濃度で溶解できるアルキルフェノール及び/またはアルケニルフェノールと二塩基酸エステル、あるいはアルキルフェノール及び/またはアルケニルフェノールと酢酸ベンジル、またはこれらの混合溶液を用いるのが好ましい。アルキルフェノール及びアルケニルフェノールとしては、クレゾール類、キシレノール、エチルフェノール、p−tert−ブチルフェノール、オクチルフェノール、ノニルフェノール、カシューナット殻液[3ペンタデカデシールフェノール]等が挙げられ、二塩基酸エステル(例えば二塩基酸ジメチル、二塩基酸ジエチル等)としては、コハク酸エステル、グルタル酸エステル、アジピン酸エステル、マロン酸エステル、フタル酸エステル等が用いられる。
 さらに、塗布液の粘度を低下さたり、塗布性を改善させるために透明導電膜形成用塗布液に配合する溶剤としては、有機インジウム化合物、ドーパント用有機金属化合物、及びセルロース誘導体及び/またはアクリル樹脂を溶解させた溶液と相溶性があれば良く、水、メタノール(MA)、エタノール(EA)、1−プロパノール(NPA)、イソプロパノール(IPA)、ブタノール、ペンタノール、ベンジルアルコール、ジアセトンアルコール(DAA)等のアルコール系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン(MEK)、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、シクロヘキサノン、イソホロン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、ギ酸アミル、酢酸イソアミル、プロピオン酸ブチル、酪酸イソプロピル、酪酸エチル、酪酸ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、オキシ酢酸メチル、オキシ酢酸エチル、オキシ酢酸ブチル、メトキシ酢酸メチル、メトキシ酢酸エチル、メトキシ酢酸ブチル、エトキシ酢酸メチル、エトキシ酢酸エチル、3−オキシプロピオン酸メチル、3−オキシプロピオン酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、3−エトキシプロピオン酸メチル、3−エトキシプロピオン酸エチル、2−オキシプロピオン酸メチル、2−オキシプロピオン酸エチル、2−オキシプロピオン酸プロピル、2−メトキシプロピオン酸メチル、2−メトキシプロピオン酸エチル、2−メトキシプロピオン酸プロピル、2−エトキシプロピオン酸メチル、2−エトキシプロピオン酸エチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−オキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、2−メトキシ−2−メチルプロピオン酸メチル、2−エトキシ−2−メチルプロピオン酸エチル、ピルビン酸メチル、ピルビン酸エチル、ピルビン酸プロピル、アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、2−オキソブタン酸メチル、2−オキソブタン酸エチル等のエステル系溶媒、エチレングリコールモノメチルエーテル(MCS)、エチレングリコールモノエチルエーテル(ECS)、エチレングリコールイソプロピルエーテル(IPC)、エチレングリコールモノブチルエーテル(BCS)、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、エチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、プロピレングリコールメチルエーテル(PGM)、プロピレングリコールエチルエーテル(PE)、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGM−AC)、プロピレングリコールエチルエーテルアセテート(PE−AC)、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル等のグリコール誘導体、トルエン、キシレン、メシチレン、ドデシルベンゼン等のベンゼン誘導体、ホルムアミド(FA)、N−メチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルフォキシド(DMSO)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、γ−ブチロラクトン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1、3−ブチレングリコール、ペンタメチレングリコール、1、3−オクチレングリコール、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルム、ミネラルスピリッツ、ターピネオール等、及びこれらのいくつかの混合液が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
 塗布液の安定性や成膜性を考慮すると、使用する溶剤としては、メチルエチルケトン(MEK)、シクロヘキサノン、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、γ−ブチロラクトン等が好ましい。
 本発明で用いる透明導電膜形成用塗布液は、上記有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上の有機金属化合物、必要に応じて上記各種ドーパント用有機金属化合物のいずれか一種以上、さらに、必要に応じてバインダーを加えた混合物を溶剤に加熱溶解させることによって製造する。
 加熱溶解は、通常、加熱温度を60~200℃とし、0.5~12時間攪拌することにより行われる。加熱温度が60℃よりも低いと十分に溶解せず、例えば、有機インジウム化合物を主成分とする透明導電膜形成用塗布液であれば、アセチルアセトンインジウム等の金属化合物の析出分離が起って塗布液の安定性が低下してしまい、200℃よりも高いと溶剤の蒸発が顕著となり塗布液の組成が変化してしまうので好ましくない。
 透明導電膜形成用塗布液の粘度は、上記バインダーの分子量や含有量、溶剤の種類によって調整することができるので、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法、ディスペンサ印刷法、スリットコート法、ダイコート法、ドクターブレードコート法、ワイヤーバーコート法、スピンコート法、スプレーコート法等の各種塗布法のそれぞれに適した粘度に調整して対応することができる。
 高粘度(5000~50000mPa・s程度)の塗布液は、高分子量のバインダーを5重量%以下、好ましくは2~4重量%含有させることで作製でき、低粘度(5~500mPa・s程度)は、低分子量のバインダーを5重量%以下、好ましくは0.1~2重量%含有させ、かつ低粘度の希釈用溶剤で希釈することで作製できる。また、中粘度(500~5000mPa・s)の塗布液は、高粘度の塗布液と低粘度の塗布液を混合することで作製できる。
[透明導電膜の製造方法]
 本発明の透明導電膜の製造方法について詳細する。
 本発明の透明導電膜は、透明導電膜形成用塗布液を耐熱性基板上に塗布して塗布膜を形成する塗布工程、その塗布膜を乾燥して乾燥塗布膜を形成する乾燥工程、その乾燥塗布膜を焼成して無機膜を形成する焼成工程の各工程を経て形成される。
(a)塗布工程
 耐熱性基板上への透明導電膜形成用塗布液の塗布は、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法、ディスペンサ印刷法、スリットコート法、ダイコート法、ドクターブレードコート法、ワイヤーバーコート法、スピンコート法、スプレーコート法等の各種塗布法を用いて塗布される。
 上記耐熱基板としては、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英ガラス等の無機基板や、ポリイミド(PI)等の樹脂基板(耐熱性プラスチックフィルム)を用いることができる。
(b)乾燥工程
 この乾燥工程では、透明導電膜形成用塗布液を塗布した基板を、通常大気中80~180℃で1~30分間、好ましくは2~10分間保持して塗布膜の乾燥を行って、乾燥塗布膜を作製する。乾燥条件(乾燥温度、乾燥時間)は、用いる耐熱性基板の種類や透明導電膜形成用塗布液の塗布厚さ等によって、適宜選択することができる。ただし、生産性を考慮すれば、乾燥時間は、得られる乾燥塗布膜の膜質が悪化しない必要最低限度に短縮することが望ましい。
 この乾燥塗布膜は、透明導電膜形成用塗布液から前述の有機溶剤が揮発除去されたものであって、有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上の有機金属化合物、(ドーパント用有機金属化合物)、バインダー等の有機系成分で構成されている。
(c)焼成工程
 焼成工程では、上記乾燥工程で得られた乾燥塗布膜を加熱処理(焼成)し、乾燥塗布膜中の有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上の有機金属化合物、あるいはドーパント用有機金属化合物を含んだ上記有機金属化合物、およびバインダー等の有機系成分を熱分解・燃焼(酸化)させて無機成分(金属酸化物を主成分とする導電性酸化物)からなる無機膜(導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層としての透明導電膜)を得ている。すなわち、焼成工程の昇温過程で加熱温度が高くなってくると、乾燥塗布膜中の有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上の有機金属化合物(ドーパント用有機金属化合物を含有する物も含む)は徐々に熱分解・燃焼(酸化)されて、まずアモルファス状態(ここでは、X線回折で求めた結晶子サイズ=3nm未満の非常に微細な粒子の状態を称する)の導電性酸化物への変換、所謂無機化が生じる。その後加熱温度が一層上昇して通常300~330℃の範囲を越えるか、あるいは300~330℃の範囲のままであっても加熱時間が長くなると上記導電性酸化物の結晶化が起き、さらに結晶成長して導電性酸化物微粒子となり最終的な透明導電膜の構成要素となる。
 なお、上記300~330℃は上記無機化や結晶化が生じやすい一般的な温度範囲を示すものであって、例えば、加熱時間が長い場合には、270℃程度でも上記記導電性酸化物の無機化、結晶化、結晶成長が生じる場合もあるため、本発明の焼成工程の焼成温度が300℃以上に限定されるものではない。
 一方、バインダーも同様に、焼成工程の昇温過程で徐々に熱分解・燃焼(酸化)するが、主に二酸化炭素(CO)に転化されて雰囲気中に揮散して膜中から消失(バインダーの種類にもよるが、例えば前述のHPCであれば約300~350℃でほぼ消失)していくため、最終的には透明導電膜中にほとんど残留しない。なお、焼成工程の初期段階(昇温過程のある段階で、例えば室温から加熱して300℃まで到達した段階)まではバインダーが多く残留し、上記アモルファス状態の導電性酸化物間にバインダーが均一に介在して結晶化を抑制しているが、さらに焼成を進めるとバインダー成分が徐々に消失していって上記導電性酸化物の結晶化が起こるものと考えられる。
 以下、焼成工程をより詳細に説明する。
 上記乾燥塗布膜の焼成工程において、先ず露点の低い、即ち水蒸気含有量の少ない酸素含有雰囲気(参考として、図1に、空気中の飽和水蒸気含有量(体積%)と露点(℃)の関係を示す)を昇温過程の雰囲気に適用することで、上記の通り焼成工程の初期段階に生じる導電性酸化物の結晶化、並びに結晶成長が抑制されて、導電性酸化物微粒子が緻密に充填した本発明の導電性酸化物微粒子層の膜構造を得ることができる。なお、導電性酸化物微粒子が緻密に充填するメカニズムに関しては、必ずしも明らかではないが、例えば、以下のように考えることができる。
 すなわち、少なくとも焼成工程の昇温過程で生じた導電性酸化物の結晶化が起こる時点(焼成工程の初期段階;本発明では通常300~330℃程度)までは上記アモルファス状態の導電性酸化物間にバインダーが均一に介在した膜構造が維持され、この膜構造が有機物質であるバインダーの作用で柔軟性を有して基板と垂直方向への膜の収縮(緻密化)を可能とするため、露点の低い空気雰囲気下で昇温して焼成した場合は、バインダーが消失するぎりぎりの加熱温度まで(約300~350℃程度まで)導電性酸化物の結晶化が抑制されて上記収縮可能な膜構造を取ることができ、膜の緻密化につながるものと推測される。
 なお、上述した露点の低い、即ち水蒸気含有量の少ない空気雰囲気下において導電性酸化物の結晶化、並びに結晶成長が抑制される理由は明らかではないが、例えば、空気雰囲気中の水蒸気が、(1)導電性酸化物間に介在しているバインダー成分の熱分解・燃焼(酸化)の促進作用を有する、(2)導電性酸化物自体の結晶化、並びに結晶成長を促進する作用を有する、等が考えられる。
 具体的には、先ず露点−10℃以下の酸素含有雰囲気ガスを供給しながら導電性酸化物の結晶化が起こる温度以上(通常300~330℃以上)に昇温して焼成を行い、膜の緻密化を図る。この膜緻密化後に、必要に応じて、次に露点0℃以上の酸素含有雰囲気ガスを供給しながら焼成し、導電性酸化物微粒子同士の結晶成長を促進させることもできる。さらには、上記膜の緻密化(露点−10℃以下の酸素含有雰囲気ガス中での焼成)を図った後、あるいは上記緻密化後の結晶成長の促進化(露点0℃以上の酸素含有雰囲気ガス中での焼成)を図った後に、中性雰囲気または還元性雰囲気ガスを供給しながら焼成を行うことが好ましい。
 上記酸素含有雰囲気ガスは、空気、あるいは、酸素と中性・不活性ガス(窒素、アルゴン等)の混合ガスが挙げられるが、安価で入手しやすい空気が好ましい。
 上記露点−10℃以下の酸素含有雰囲気ガスの露点は、好ましくは−15℃以下、より好ましくは−20℃以下、さらに好ましくは−30℃以下、最も好ましくは−40℃以下である。
 また、上記露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下で導電性酸化物の結晶化が起こる温度以上(本発明では通常300~330℃以上)に昇温する焼成において、その露点が−10℃を越えると、導電性酸化物微粒子からなる導電性酸化物微粒子層の形成過程において、焼成の初期段階でのバインダーがまだ多く残留している段階で水蒸気が導電性酸化物の結晶化、並びに結晶成長を促進して前述のアモルファス状態の導電性酸化物間にバインダーが均一に介在した膜垂直方向に収縮可能な膜構造が破壊されて、導電性酸化物微粒子同士が固着し動けなくなるため、膜の緻密化が阻害され、透明導電膜の導電性や膜強度が低下するため、好ましくない。
 さらに、膜緻密化後に必要に応じて行なう、結晶化促進のための露点0℃以上の酸素含有雰囲気ガス中での焼成において、上記露点0℃以上の酸素含有雰囲気ガスの露点は、好ましくは10℃以上、さらに好ましくは20℃以上である。上記露点が0℃以上だと、水蒸気が緻密化した膜の導電性酸化物微粒子同士の結晶成長を促進するため、膜の緻密化と結晶成長を両立できて、透明導電膜の導電性や膜強度を高めることができるからである。
 上記露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下での導電性酸化物の結晶化が起こる温度以上(本発明では通常300~330℃以上)に昇温する焼成は、その昇温で到達する焼成温度(ピーク温度)が300℃以上、より好ましくは350℃以上、さらに好ましくは400℃以上の温度で5~120分間、より好ましくは15~60分間である。
 300℃よりも低い焼成温度、特に270℃未満の焼成温度では、通常、乾燥塗布膜に含まれる有機成分(有機インジウム化合物、ドーパント用有機金属化合物、バインダー等に含まれる有機成分)の熱分解或いは燃焼が不十分となり易く、それら有機成分が透明導電膜に残留して導電性酸化物の結晶化が起こらず、膜の緻密化も不十分となって、膜の透明性や導電性を悪化させる恐れがあるため好ましいとは言えない。ただし、焼成時間を例えば60分間程度以上と長くした場合や、最終的な透明導電膜の膜厚が130nm程度以下と薄い場合等では、例えば270℃程度でも上記有機成分の熱分解或いは燃焼が進行するため、膜の透明性や導電性が悪化しない場合もある。したがって、一般的には300℃以上の焼成温度が好ましいが、各工程の条件(膜厚、焼成時間等)によっては、270℃程度の焼成温度も適用可能である。
 また、焼成温度の上限は特に限定されないが、焼成工程で用いる焼成装置の種類や耐熱性基板の耐熱性に影響受け、安価で最も一般的に用いられるソーダライムガラス基板では、歪点が約510℃であるので、この温度よりも低い温度で焼成することが好ましい。ただし、ソーダライムガラス基板をより耐熱性の高い耐熱性基材上で焼成すれば、基板の歪みを比較的少なくできるため、約600℃程度での焼成も可能である。もちろん、石英ガラス基板、無アルカリガラス基板、高歪点ガラス基板等のより耐熱性が高いガラス基板を用いる場合は、さらに高い焼成温度が適用できる。
 なお、耐熱性基板として耐熱性プラスチックであるポリイミド(PI)フィルムを用いた場合は、ポリイミドの種類にもよるが、400℃程度までの焼成が可能である。
 焼成工程で用いる焼成装置には、ホットプレート、熱風循環焼成炉、遠赤外線加熱装置等が挙げられるが、これらに限定される訳ではない。ただし、本発明を実施するためには露点−10℃以下の酸素含有雰囲気を用いる必要があるため、上記焼成装置には焼成雰囲気の制御が可能であることが求められる。
 なお、焼成工程の昇温過程における導電性酸化物の結晶化が起こる温度以上までの昇温速度については特に制約はないが、5~40℃/分の範囲、より一般的には10~30℃/分である。5℃/分より昇温速度が遅いと昇温に時間がかかりすぎて効率が悪くなり、一方40℃/分を越える昇温速度を上記焼成装置で実現しようとすると、ヒーター容量が大きくなりすぎて現実的でない。
 また、上記露点0℃以上の酸素含有雰囲気下での焼成の焼成条件も、上記露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下で、導電性酸化物の結晶化が起こる温度以上に昇温する焼成の通常の焼成条件(通常300~330℃以上)と同様に、焼成温度は300℃以上、より好ましくは350℃以上、さらに好ましくは400℃以上の温度で5~120分間、より好ましくは15~60分間である。
 300℃よりも低い焼成温度、特に270℃未満の焼成温度では、前述と同様に、通常、導電性酸化物微粒子同士の結晶化促進効果が不十分となり易く、導電性や膜強度の大幅な向上が期待しにくいため好ましいとは言えない。
 上記酸素含有雰囲気下での焼成に引き続き、中性雰囲気または還元性雰囲気下での焼成を行うと、導電性酸化物微粒子に酸素空孔が形成されてキャリア濃度が増加し、透明導電膜の導電性が向上するため好ましい。
 なお、この中性雰囲気または還元性雰囲気下での焼成は、膜中に形成された酸素空孔が導電性酸化物微粒子の成分元素(インジウム、酸素等)を拡散しやすくするため、上記露点0℃以上の酸素含有雰囲気ガス中の焼成による導電性酸化物微粒子同士の結晶成長促進よりも、より強い促進効果を有しており、上記透明導電膜の導電性向上だけでなく、導電性の安定化(経時変化抑制)にも有効である点からも好ましい。
 この中性雰囲気は、窒素ガス、不活性ガス(アルゴン、ヘリウム等)のいずれか1種以上からなり、還元性雰囲気は、水素ガスまたは該中性雰囲気に水素または有機溶剤蒸気(メタノール等の有機ガス)の少なくとも1種以上が含まれる雰囲気などが挙げられるが、緻密に充填した導電性酸化物微粒子から酸素原子を奪い酸素空孔を形成して導電キャリア濃度を高めることができれば良く、これらに限定されない。但し、還元性が強すぎる雰囲気だと酸化インジウムが金属インジウムまで還元される場合があるため、好ましくない。
 焼成温度が250~450℃程度であれば、1~2%水素−99~98%窒素の混合ガスは、大気に漏洩しても爆発の恐れがなく、酸化インジウムを金属インジウムまで還元し難いため好ましい雰囲気、焼成温度である。
 中性雰囲気または還元性雰囲気下での焼成の焼成条件は、焼成温度が250℃以上、より好ましくは350℃以上の温度で5~120分間、より好ましくは15~60分間である。なお、前述の導電性酸化物微粒子同士の結晶成長をより促進させるという観点からすると、焼成温度は350℃以上、さらに好ましくは450℃以上が望ましい。
 250℃よりも低い焼成温度では、導電性酸化物微粒子に酸素空孔が十分に形成できず、キャリア濃度の増加による透明導電膜の導電性向上が期待できないため好ましくない。
 また、この焼成温度の上限は特に限定されないが、焼成工程で用いる焼成装置の種類や耐熱基板の耐熱性に影響受ける点は、酸素含有雰囲気下での焼成と同様である。さらに、還元性雰囲気下の焼成では、焼成温度が高くなり過ぎると、透明導電膜を構成する導電性酸化物が過度に還元される場合があり注意を要する。例えば600℃を越える焼成温度の場合には、水素ガス等のように強い還元性を有する還元性雰囲気を用いると、導電性酸化物としての金属酸化物が金属元素まで短時間で還元されてしまう場合がある(例えば、酸化インジウムが金属インジウムまで還元される場合がある)ため、適切な還元性雰囲気の選定や還元時間の設定が必要となる。
 なお、露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下で、導電性酸化物の結晶化が起こる温度以上に昇温する焼成、露点0℃以上の酸素含有雰囲気下の焼成、及び中性雰囲気または還元性雰囲気下の焼成は、連続して行うことができる。即ち、乾燥塗布膜が形成された耐熱性基板の焼成において、例えば、基板の温度を300℃以上の焼成温度に昇温した後、その温度を保ったまま、雰囲気だけを露点−10℃以下の酸素含有雰囲気から露点0℃以上の酸素含有雰囲気、あるいは、中性雰囲気または還元性雰囲気に切替えればよい。
 前述のように、中性雰囲気または還元性雰囲気下での焼成は、前述の導電性酸化物に酸素空孔を形成してキャリア濃度を増加させる働きに加え、酸素空孔の存在により透明導電膜の構成元素を移動し易くして結晶成長を促進する働きも有しており、透明導電膜の強度や導電性の一層の向上に寄与している。
 次に、本発明の透明導電膜、透明導電基板が適用されるデバイスについて説明する。
 このようなデバイスとしては、上述したようにLED素子、エレクトロルミネッセンスランプ(エレクトロルミネッセンス素子)、フィールドエミッションランプ等の発光デバイス、太陽電池等の発電デバイス、液晶ディスプレイ(液晶素子)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(エレクトロルミネッセンス素子)、プラズマディスプレイ、電子ペーパー素子等の表示デバイス、及びタッチパネル等の入力デバイス等が挙げられ、本発明の透明導電膜、透明導電基板はこれらの透明電極に好適である。
 以下、幾つかのデバイスについて説明する。
 ここで、発光デバイスとしての上記エレクトロルミネッセンス素子には有機発光材料を用いる有機EL素子と無機発光材料を用いる無機EL素子があるが、近年では有機EL素子が脚光を浴びている。
 この有機EL素子は、液晶表示素子と違って自発光素子であり、低電圧駆動で高輝度が得られるためディスプレイ等の表示装置として期待されている。有機EL素子にも低分子型と高分子型があり、例えば高分子型の構造は、アノード電極層としての透明導電膜上に、ポリチオフェン誘導体等の導電性高分子から成る正孔注入層(ホール注入層)、有機発光層(塗布により形成される高分子発光層)、カソード電極層[発光層への電子注入性の良い、仕事関数の低いマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、アルミニウム(Al)等の金属層]、ガスバリアコーティング層(あるいは金属やガラスでの封止処理)を順次形成したものである。上記ガスバリアコーティング層は、有機EL素子の劣化を防止するために必要とされ、酸素バリア及び水蒸気バリアが求められるが、例えば、水蒸気に関しては、水蒸気透過率=10−5g/m/day程度以下の非常に高いバリア性能が要求されており、有機EL素子(デバイス)内部は外部から完全に封止された構造となっている。
 発電デバイスとしての太陽電池は、太陽光線を電気エネルギーに変換する発電素子で、また太陽電池はシリコン太陽電池(薄膜型、微結晶型、結晶型)、CIS太陽電池(銅−インジウム−セレン薄膜)、CIGS太陽電池(銅−インジウム−ガリウム−セレン薄膜)、色素増感型太陽電池等があり、例えば、シリコン太陽電池は、透明基板上に透明電極、半導体発電層(シリコン)、金属電極を順次形成したものである。
 表示デバイスとしての液晶素子は、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistant)およびPC(Personal Computer)等のディスプレイに広く用いられている非発光型の電子表示素子であり、単純マトリクス方式(パッシブマトリックス方式)とアクティブマトリクス方式がある。画質や応答スピードの点ではアクティブマトリクス方式が優れている。その基本構造は、液晶を透明電極(本発明の透明導電膜が対応する)で挟み込み、電圧駆動で液晶分子を配向させて表示を行う構造体で、実際の素子は、透明電極に加え、カラーフィルター、位相差フィルム、偏光フィルム等をさらに積層して用いられている。
 また、別のタイプの液晶素子には、窓等の光シャッター等に用いられている高分子分散型液晶素子(以下PDLC素子と略称)やポリマーネットワーク液晶素子(以下PNLC素子と略称)も含まれる。いずれもその基本構造は、上述のように、液晶層を電極(少なくとも一方は透明電極で、本発明の透明導電膜が対応する)で挟み込み、電圧駆動で液晶分子を配向させて、液晶層の透明/不透明の外観変化を生じさせる構造体であるが、上記液晶表示素子と異なり、実際の素子において、位相差フィルム、偏光フィルムを必要とせず、素子の構造を単純にできるという特徴がある。
 ところで、PDLC素子は、高分子樹脂マトリックス中にマイクロカプセル化した液晶が分散した構造を採り、一方PNLC素子は、樹脂の網目状ネットワークの網目の部分に液晶が充填した構造を採っている。一般には、PDLC素子は液晶層の樹脂含有割合が高いため数十V以上(例えば、80V程度)の交流駆動電圧が必要なのに対し、液晶層の樹脂含有割合を低くできるPNLC素子は数~15V程度の交流電圧で駆動できる特徴がある。
 なお、上記液晶素子の表示安定性を確保するためには、液晶への水蒸気の混入を防止する必要があり、例えば、水蒸気透過率=0.01g/m/day以下が要求されており、液晶素子(デバイス)内部は外部から完全に封止された構造となっている。
 表示デバイスとしての電子ペーパー素子は、自らは発光しない非発光型の電子表示素子であり、電源を切っても表示がそのまま残るメモリ効果を備え、文字表示のためのディスプレイとして期待されている。
 この表示方式には、電気泳動法により着色粒子を電極間の液体中を移動させる電気泳動方式、二色性を有する粒子を電場で回転させることにより着色させるツイストボール方式、例えばコレステリック液晶を透明電極で挟み込んで表示を行う液晶方式、着色粒子(トナー)や電子粉流体(Quick Response Liquid Powder)を空気中を移動させて表示を行う粉体系方式、電気化学的な酸化・還元作用に基づき発色を行うエレクトロクロミック方式、電気化学的な酸化・還元により金属を析出・溶解させ、これに伴う色の変化で表示を行うエレクトロデポジション方式等が開発されている。これらいずれの方式においても、表示層が透明導電膜(透明電極)と対向電極とではさみ込まれた構造を有している。
 なお、これらの各種方式の電子ペーパー素子において、その表示安定性を確保するためには、表示層への水蒸気の混入を防止する必要があり、方式にもよるが、例えば、水蒸気透過率=0.01~0.1g/m/dayが要求されており、電子ペーパー素子(デバイス)内部は外部から完全に封止された構造となっている。
 タッチパネルは、位置入力素子であり、抵抗方式や静電容量方式等がある。
 例えば、抵抗方式タッチパネルでは、座標を検出するための座標検出用抵抗膜としての2枚の透明導電基板がドット状の透明スペーサーを介して貼り合わされている構造を有している。透明導電基板には打点耐久性が必要とされ、透明導電膜はクラックが生じないようなフレキシビリティが求められる。また、静電容量方式では解像度のアップにより、透明導電膜の一層の導電性向上が求められている。
 以上の発光デバイス、発電デバイス、表示デバイス、入力デバイス等のいずれにおいてもデバイスの特性向上が求められており、本発明に係る透明導電膜、及び透明導電基板をそれらの透明電極に適用することで、デバイスの基本特性が一層向上可能となるために、例えばデバイスの省エネ化や小型化等にも大きく貢献することができるものである。
 以下、実施例を用いて本発明を詳細するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[溶解液A液の作製]
 アセチルアセトンインジウム(正式名称:トリス(アセチルアセトナト)インジウム)[In(C](分子量=412.15)40g、p−tert−ブチルフェノール42g、二塩基酸エステル(デュポンジャパン製)14g、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)4gを混合し、130℃に加温して90分間攪拌して溶解させ、次に、得られた溶解液25g、シクロヘキサノン25g、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM)10g、メチルエチルケトン(MEK)40gを混合して均一になるまで良く攪拌し、アセチルアセトンインジウムとヒドロキシプロピルセルロースを含有する溶解液(A液)を作製した。
[溶解液B液の作製]
 アセチルアセトン錫(正式名称:ジ−n−ブトキシド ビス(2,4−ペンタンジオナト)錫[Sn(C(C](分子量=431.14)40g、p−tert−ブチルフェノール42g、二塩基酸エステル(デュポンジャパン製)14g、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)4gを混合し、130℃に加温して90分間攪拌して溶解させ、得られた溶解液25g、シクロヘキサノン25g、プロピレングリコールモノメチルエーテル(PGM)10g、メチルエチルケトン(MEK)40gを混合して均一になるまで良く攪拌し、アセチルアセトン錫とヒドロキシプロピルセルロースを含有する溶解液(B液)を作製した。
[塗布液の作製]
 作製したA液9.6gとB液0.4gを均一になるまで良く攪拌し、アセチルアセトンインジウムとアセチルアセトン錫を合計で10重量%、ヒドロキシプロピルセルロースを1重量%含有する透明導電膜形成用塗布液を作製した。
[透明導電膜の作製]
 この透明導電膜形成用塗布液を、25℃のソーダライムガラス基板(10cm×10cm×厚み3mm;ヘイズ値=0.26%、可視光透過率=91.1%)上の全面にスピンコーティング(250rpm×60sec)した後、熱風乾燥機を用いて180℃で20分間乾燥し、さらにホットプレートを用いて露点が−30℃の空気雰囲気(1リッター/分供給)において、500℃まで50分かけて昇温(昇温速度:10℃/分)し、500℃で15分間焼成し、そのまま雰囲気を2%水素−98%窒素(1リッター/分供給)に切替えて500℃でさらに15分間焼成してドーパント用の酸化錫(SnO)を含んだ酸化インジウム(In)を主成分とする実施例1に係る透明導電膜を作製した。
 次に作製した透明導電膜の表面抵抗、ヘイズ値及び可視光透過率、膜厚、結晶子サイズ、鉛筆硬度の諸特性を測定し、その結果を表1に示す。
 さらに、実施例1の透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察した透過電子顕微鏡写真(TEM像)、及び走査電子顕微鏡写真(SEM像)を、それぞれ図2、及び図3に示す。導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層が観察されている。
 透明導電膜の表面抵抗は、三菱化学(株)製の表面抵抗計ロレスタAP(MCP−T400)を用い測定した。
 ヘイズ値と可視光透過率は、日本電色(株)社製のヘイズメーター(NDH5000)を用いJIS K7136(ヘイズ値)、JISK7361−1(透過率)に基づいて測定した。
 膜厚は、KLA−TencorCorporation製触針式膜厚計(Alpha−StepIQ)を用いて測定した。
 結晶子サイズは、X線回折測定を行い、酸化インジウム(In)の(222)ピークについて、Scherrer法により求めた。
 鉛筆硬度は、JIS K5400に基づいて測定した。
 なお、可視光透過率及びヘイズ値は、透明導電膜だけの値であり、それぞれ下記数1及び数2により求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 実施例1におけるホットプレートを用いた焼成を、露点が−30℃の空気雰囲気(1リッター/分供給)において、350℃まで35分かけて昇温(昇温速度:10℃/分)し、350℃で15分間焼成し、そのまま雰囲気を2%水素−98%窒素(1リッター/分供給)に切替えて350℃でさらに15分間焼成した以外は実施例1と同様に行い、ドーパント用の酸化錫(SnO)を含んだ酸化インジウム(In)を主成分とする実施例2に係る透明導電膜を作製した。
 作製した透明導電膜の諸特性を実施例1と同様に測定し、その結果を表1に示す。
 さらに、実施例2の透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察した透過電子顕微鏡写真(TEM像)、及び走査電子顕微鏡写真(SEM像)を、それぞれ図4、及び図5に示す。導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層が観察されている。
 実施例1におけるホットプレートを用いた焼成において露点が−30℃の空気の代わりに露点が−80℃以下の空気(ボンベ充填空気)を用いた以外は実施例1と同様にして成膜を行い、ドーパント用の酸化錫(SnO)を含んだ酸化インジウム(In)を主成分とする実施例3に係る透明導電膜を作製した。
 作製した透明導電膜の諸特性を実施例1と同様に測定し、その結果を表1に示す。
 さらに、実施例3の透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察したところ、導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層が観察されている。
 実施例1で用いた透明導電膜形成用塗布液を、25℃のソーダライムガラス基板(10cm×10cm×3mm厚さ)上の全面にスピンコーティング(250rpm×60sec)した後、180℃で20分間乾燥し、さらに露点が−30℃の空気雰囲気(1リッター/分供給)において、500℃まで50分かけて昇温(昇温速度:10℃/分)し、500℃で15分間焼成し、そのまま雰囲気を露点が約20℃の空気雰囲気(1リッター/分供給)に切替えて500℃でさらに15分間焼成して、ドーパント用の酸化錫(SnO)を含んだ酸化インジウム(In)を主成分とする実施例4に係る透明導電膜を作製した。
 次に作製した透明導電膜の表面抵抗、ヘイズ値及び可視光透過率、膜厚、結晶子サイズ、鉛筆硬度の諸特性を測定し、その結果を表1に示す。
 さらに、実施例4の透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察した透過電子顕微鏡写真(TEM像)を図6に示す。導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層が観察されている。
[塗布液の作製]
 実施例1のA液9.1gとB液0.9gを均一になるまで良く攪拌し、アセチルアセトンインジウムとアセチルアセトン錫を合計で10重量%、ヒドロキシプロピルセルロースを1重量%含有する透明導電膜形成用塗布液を作製した。
[透明導電膜の作製]
 この透明導電膜形成用塗布液を、25℃のソーダライムガラス基板(10cm×10cm×厚み3mm)上の全面にスピンコーティング(200rpm×60sec)した後、180℃で10分間乾燥し、さらに−16℃、−19℃、−27℃、−34℃、−44℃、−80℃の各種露点を有する空気雰囲気(1リッター/分供給)において、500℃まで50分かけて昇温(昇温速度:10℃/分)し、500℃で15分間焼成後、そのまま雰囲気を1%水素−99%窒素(1リッター/分供給)に切替えて500℃でさらに15分間焼成して、ドーパント用の酸化錫(SnO)を含んだ酸化インジウム(In)を主成分とする実施例5に係る各種透明導電膜を作製した。
 なお、上記−16℃~−80℃の各種露点を有する空気雰囲気は、露点25℃の空気と露点−80℃の空気を、それぞれ所定の流量で供給し、よく混合して得ている。
 次に、その作製した各種透明導電膜の表面抵抗、膜厚、結晶子サイズの諸特性を測定し、その結果をそれぞれ図7、図8、図9に示す。
 実施例5に係る上記各種透明導電膜は、それぞれ高い透明性を有しており(ヘイズ値:0.15~0.3%の範囲内、可視光透過率:92.6~95.5%の範囲内)、さらにいずれの透明導電膜においても鉛筆硬度は5H以上と優れていた。
 なお、実施例5の各種透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察したところ、導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層が観察されている。
[塗布液の作製]
 アセチルアセトン錫(正式名称:ジ−n−ブトキシド ビス(2,4−ペンタンジオナト)錫[Sn(C(C](分子量=431.14)9.9g、アンチモン(III)−n−ブトキシド[Sb(CO)](分子量=341.08)0.1g、p−tert−ブチルフェノール10.5g、二塩基酸エステル(デュポンジャパン製)3.5g、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)1g、アセチルアセトン75gを混合し、120℃に加温しながら120分間攪拌して均一になるまで良く溶解し、アセチルアセトン錫とアンチモン(III)−n−ブトキシドを合計で10重量%、ヒドロキシプロピルセルロースを1重量%含有する透明導電膜形成用塗布液を作製した。
[透明導電膜の作製]
 この透明導電膜形成用塗布液を、25℃のソーダライムガラス基板(10cm×10cm×厚み3mm;ヘイズ値=0.26%、可視光透過率=91.1%)上の全面にスピンコーティング(250rpm×60sec)した後、熱風乾燥機を用いて180℃で10分間乾燥し、さらにホットプレートを用いて露点が−60℃の空気雰囲気(1リッター/分供給)において、500℃まで50分かけて昇温(昇温速度:10℃/分)し、500℃で15分間焼成し、そのまま雰囲気を1%水素−99%窒素(1リッター/分供給)に切替えて500℃でさらに15分間焼成して、ドーパント用の酸化アンチモンを含んだ酸化錫(SnO)を主成分とする実施例6に係る透明導電膜を作製した。
 次に作製した透明導電膜の表面抵抗、ヘイズ値及び可視光透過率、膜厚、結晶子サイズ、鉛筆硬度の諸特性を測定し、その結果を表1に示す。
 さらに、実施例6の透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察した透過電子顕微鏡写真(TEM像)を図10に示す。導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層が観察されている。
[溶解液C液の作製]
 アセチルアセトン亜鉛(正式名称:亜鉛−2,4−ペンタンジオネート)[Zn(C](分子量=263.59)10g、γ−ブチロラクトン49.99g、アセチルアセトン38g、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)2g、界面活性剤0.01gを混合し、120℃に加温しながら90分間攪拌して均一になるまで良く溶解し、アセチルアセトン亜鉛とヒドロキシプロピルセルロースを含有する溶解液(C液)を作製した。
[溶解液D液の作製]
 アセチルアセトンアルミニウム(正式名称:アルミニウム−2,4−ペンタンジオネート)[Al(C](分子量=324.29)10g、p−tert−ブチルフェノール28.5g、二塩基酸エステル(デュポンジャパン製)9.5g、アセチルアセトン49.99g、ヒドロキシプロピルセルロース(HPC)2g、界面活性剤0.01gを混合し、120℃に加温しながら90分間攪拌して均一になるまで良く溶解し、アセチルアセトンアルミニウムとヒドロキシプロピルセルロースを含有する溶解液(D液)を作製した。
[塗布液の作製]
 作製したC液9.5gとD液0.5gを均一になるまで良く攪拌し、アセチルアセトン亜鉛とアセチルアセトンアルミニウムを合計で10重量%、ヒドロキシプロピルセルロースを2重量%含有する透明導電膜形成用塗布液を作製した。
[透明導電膜の作製]
 この透明導電膜形成用塗布液を、25℃のソーダライムガラス基板(10cm×10cm×厚み3mm;ヘイズ値=0.26%、可視光透過率=91.1%)上の全面にスピンコーティング(250rpm×60sec)した後、熱風乾燥機を用いて180℃で10分間乾燥し、さらにホットプレートを用いて露点が−60℃の空気雰囲気(1リッター/分供給)において、500℃まで50分かけて昇温(昇温速度:10℃/分)し、500℃で15分間焼成し、そのまま雰囲気を1%水素−99%窒素(1リッター/分供給)に切替えて500℃でさらに15分間焼成して、ドーパント用の酸化アルミニウム(Al)を含んだ酸化亜鉛(ZnO)を主成分とする実施例7に係る透明導電膜を作製した。
 次に作製した透明導電膜の表面抵抗、ヘイズ値及び可視光透過率、膜厚、結晶子サイズ、鉛筆硬度の諸特性を測定し、その結果を表1に示す。
 さらに、実施例7の透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察した走査電子顕微鏡写真(SEM像)を図11に示す。導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層が観察されている。
(比較例1)
 実施例1で露点が−30℃の空気の代わりに、露点が15℃の空気を用いた以外は実施例1と同様にして成膜を行い、ドーパント用の酸化錫(SnO)を含んだ酸化インジウム(In)を主成分とする比較例1に係る透明導電膜を作製した。
 作製した透明導電膜の諸特性を実施例1と同様に測定し、その結果を表1に示す。
 さらに、比較例1の透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察した透過電子顕微鏡写真(TEM像)、及び走査電子顕微鏡写真(SEM像)を、それぞれ図12、及び図13に示す。導電性酸化物微粒子間に空隙が見られる導電性酸化物微粒子層が観察されている。
(比較例2)
 実施例2で露点が−30℃の空気の代わりに、露点が15℃の空気を用いた以外は実施例2と同様にして成膜を行い、ドーパント用の酸化錫(SnO)を含んだ酸化インジウム(In)を主成分とする比較例2に係る透明導電膜を作製した。
 作製した透明導電膜の諸特性を実施例1と同様に測定し、その結果を表1に示す。
 さらに、比較例2の透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察した透過電子顕微鏡写真(TEM像)、及び走査電子顕微鏡写真(SEM像)を、それぞれ図14、及び図15に示す。導電性酸化物微粒子間に空隙が見られる導電性酸化物微粒子層が観察されている。
(比較例3)
 実施例4で露点が−30℃の空気の代わりに、露点が約20℃の空気を用いた以外は実施例4と同様にして成膜を行い(すなわち、露点が約20℃の空気雰囲気(1リッター/分供給)において、500℃まで50分かけて昇温(昇温速度:10℃/分)し、そのまま500℃で30分間焼成して、ドーパント用の酸化錫(SnO)を含んだ酸化インジウム(In)を主成分とする比較例3に係る透明導電膜を作製した。
 作製した透明導電膜の諸特性を実施例1と同様に測定し、その結果を表1に示す。
 さらに、比較例3の透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察した透過電子顕微鏡写真(TEM像)を図16に示す。導電性酸化物微粒子間に空隙が見られる導電性酸化物微粒子層が観察されている。
(比較例4)
 実施例5で、−16℃~−80℃の各種露点を有する空気の代わりに、25℃、6℃、−4℃の各種露点を有する空気を用いた以外は実施例5と同様にして成膜を行い、ドーパント用の酸化錫(SnO)を含んだ酸化インジウム(In)を主成分とする比較例4に係る各種透明導電膜を作製した。
 なお、上記25℃、6℃、−4℃の各種露点を有する空気雰囲気は、露点25℃の空気と露点−80℃の空気をそれぞれ所定の流量で供給し、よく混合して得ている。
 次に、その作製した各種透明導電膜の表面抵抗、膜厚、結晶子サイズの諸特性を測定し、その結果を、それぞれ図7、図8、図9に示す。
 比較例4に係る上記各種透明導電膜は、それぞれ高い透明性を有していたものの(ヘイズ値:0.1~0.3%の範囲内、可視光透過率:92.3~98.7%の範囲内)、いずれの透明導電膜においても鉛筆硬度は3H未満と不十分だった。
 なお、比較例4の各種透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察したところ、導電性酸化物微粒子間に空隙が見られる導電性酸化物微粒子層が観察されている。
(比較例5)
 実施例6で露点が−60℃の空気の代わりに、露点が23℃の空気を用いた以外は実施例6と同様にして成膜を行い、ドーパント用の酸化アンチモンを含んだ酸化錫(SnO)を主成分とする比較例5に係る透明導電膜を作製した。
 作製した透明導電膜の諸特性を実施例1と同様に測定し、その結果を表1に示す。
さらに、比較例5の透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察した透過電子顕微鏡写真(TEM像)を図17に示す。導電性酸化物微粒子間に空隙が見られる導電性酸化物微粒子層が観察されている。
(比較例6)
 実施例7で露点が−60℃の空気の代わりに、露点が23℃の空気を用いた以外は実施例7と同様にして成膜を行い、ドーパント用の酸化アルミニウム(Al)を含んだ酸化亜鉛(ZnO)を主成分とする比較例6に係る透明導電膜を作製した。
 作製した透明導電膜の諸特性を実施例1と同様に測定し、その結果を表1に示す。
さらに、比較例6の透明導電膜の断面を透過電子顕微鏡で観察した走査電子顕微鏡写真(SEM像)を図18に示す。導電性酸化物微粒子間に空隙が見られる導電性酸化物微粒子層が観察されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 以上の実施例と比較例を比べる(実施例1、3と比較例1の比較、実施例2と比較例2の比較、実施例4と比較例3の比較、実施例5と比較例4の比較、実施例6と比較例5の比較、実施例7と比較例6の比較)と、各実施例では、結晶成長が進み(結晶子サイズが大きい)導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層を有する透明導電膜で、膜強度(鉛筆硬度)に優れるのに対して、各比較例では、結晶成長が進まず(結晶子サイズが小さい)導電性酸化物微粒子間に空隙が見られる導電性酸化物微粒子層を有する透明導電膜で、膜強度(鉛筆硬度)が著しく低いことがわかる。
 また実施例1、実施例3と比較例1を比べると、いずれも500℃の焼成(空気雰囲気、及び2%水素−98%窒素雰囲気)で得られた透明導電膜であるが、実施例1及び実施例3が、50~55Ω/□(オーム・パー・スクエアと読む)という低抵抗が得られているのに対して、比較例1は、150Ω/□という比較的高い抵抗であることがわかる。
 また、実施例1及び実施例3の膜厚が190nmであるのに対し、比較例1の膜厚は225nmと約18%程度厚く、この点から実施例1及び実施例3の透明導電膜は比較例1の透明導電膜よりも約18%程度緻密化している。
 実施例2と比較例2を比べると、いずれも350℃の焼成(空気雰囲気、及び2%水素−98%窒素雰囲気)で得られた透明導電膜であるが、実施例2が、140Ω/□という低抵抗が得られていのに対して、比較例2は、440Ω/□という高い抵抗であることがわかる。
 また、実施例2の膜厚が205nmであるのに対し、比較例2の膜厚は225nmと約10%程度厚く、この点から実施例2の透明導電膜は比較例2の透明導電膜よりも約10%程度緻密化している。
 実施例4と比較例3を比べると、いずれも500℃の焼成(空気雰囲気)で得られた透明導電膜であるが、実施例4が660Ω/□の抵抗が得られているのに対して、比較例3は1540Ω/□の高抵抗であることがわかる。
 また、実施例4の膜厚が185nmであるのに対し、比較例3の膜厚は230nmと約24%程度厚く、この点からも実施例4の透明導電膜は、比較例3の透明導電膜よりも約24%程度緻密化している。
 実施例5と比較例4を比べると、図7から図9より、いずれも500℃の焼成(空気雰囲気)で得られた透明導電膜であるが、実施例5の各種透明導電膜が84Ω/□以下の抵抗値が得られているのに対して、比較例4の各種透明導電膜は102Ω/□以上の抵抗値であることがわかる。
 また、実施例5の各種透明導電膜の膜厚が228nm以下であるのに対し、比較例4の各種透明導電膜の膜厚は246nm以上と厚く、この点からも実施例5の各種透明導電膜は、比較例4の各種透明導電膜よりも緻密化していることがわかる。
 実施例6と比較例5を比べると、いずれも500℃の焼成(空気雰囲気、及び1%水素−99%窒素雰囲気)で得られた透明導電膜であるが、実施例6が、7500Ω/□という抵抗が得られているのに対して、比較例5は、6×10Ω/□という極めて高い抵抗であることがわかる。
 また、実施例6の膜厚が105nmであるのに対し、比較例5の膜厚は115nmと約10%程度厚く、この点から実施例6の透明導電膜は比較例5の透明導電膜よりも約10%程度緻密化している。
 実施例7と比較例6を比べると、いずれも500℃の焼成(空気雰囲気、及び1%水素−99%窒素雰囲気)で得られた透明導電膜であるが、実施例7が、20k(キロ)Ω/□という抵抗が得られているのに対して、比較例6は、8×10Ω/□という極めて高い抵抗であることがわかる。
 また、実施例7の膜厚が240nmであるのに対し、比較例6の膜厚は310nmと約30%程度厚く、この点から実施例7の透明導電膜は比較例6の透明導電膜よりも約30%程度緻密化している。
 本発明による透明導電膜は、安価な各種塗布方法を用いて耐熱性基板上へ形成することが可能であり、得られる透明導電膜は、優れた透明性と高い導電性を兼ね備え、かつ膜強度に優れているため、この透明導電膜を耐熱性基板上に形成した透明導電基板は、LED素子、エレクトロルミネッセンスランプ(エレクトロルミネッセンス素子)、フィールドエミッションランプ等の発光デバイス、太陽電池等の発電デバイス、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスディスプレイ(エレクトロルミネッセンス素子)、プラズマディスプレイ、電子ペーパー素子等の表示デバイス、タッチパネル等の入力デバイス等の透明電極等への利用が期待できる。

Claims (17)

  1.  主成分として有機金属化合物を含有する透明導電膜形成用塗布液を、耐熱性基板上に塗布して塗布膜を形成する塗布工程、前記塗布膜を乾燥して乾燥塗布膜を形成する乾燥工程、前記乾燥塗布膜を焼成して、金属酸化物である無機成分を主成分とする無機膜を形成する焼成工程の各工程を経て形成される、透明導電膜の製造方法であって、
     前記焼成工程が、前記乾燥工程で形成された有機金属化合物を主成分とする前記乾燥塗布膜を、露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下で、少なくとも前記無機成分の結晶化が起こる焼成温度以上まで昇温する焼成を行い、前記乾燥塗布膜に含まれる有機成分を熱分解または燃焼、或いは熱分解並びに燃焼により除去することで金属酸化物を主成分とする導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層を形成する工程で、
     前記有機金属化合物が、有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上からなり、前記金属酸化物が、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛のいずれか一つ以上であること、
    を特徴とする透明導電膜の製造方法。
  2.  主成分として有機金属化合物及びドーパント用有機金属化合物を含有する透明導電膜形成用塗布液を、耐熱性基板上に塗布して塗布膜を形成する塗布工程、前記塗布膜を乾燥して乾燥塗布膜を形成する乾燥工程、前記乾燥塗布膜を焼成して、ドーパント金属化合物を含む金属酸化物である無機成分を主成分とする無機膜を形成する焼成工程の各工程を経て形成される、透明導電膜の製造方法であって、
     前記焼成工程が、前記乾燥工程で形成された有機金属化合物及びドーパント用有機金属化合物を主成分とする前記乾燥塗布膜を、露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下で、少なくとも前記無機成分の結晶化が起こる焼成温度以上まで昇温する焼成を行い、前記乾燥塗布膜に含まれる有機成分を熱分解または燃焼、或いは熱分解並びに燃焼により除去することでドーパント金属化合物を含み金属酸化物を主成分とする導電性酸化物微粒子が緻密に充填した導電性酸化物微粒子層を形成する工程で、
     前記有機金属化合物が、有機インジウム化合物、有機錫化合物、有機亜鉛化合物のいずれか一つ以上からなり、前記金属酸化物が、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛のいずれか一つ以上であること、
    を特徴とする透明導電膜の製造方法。
  3.  前記有機金属化合物及びドーパント用有機金属化合物の含有割合が、有機金属化合物:ドーパント用有機金属化合物のモル比換算で、99.9:0.1~66.7:33.3の範囲であることを特徴とする請求項2記載の透明導電膜の製造方法。
  4.  前記有機金属化合物が、有機インジウム化合物からなり、
     前記ドーパント用有機金属化合物が、有機錫化合物、有機チタン化合物、有機ゲルマニウム化合物、有機亜鉛化合物、有機タングステン化合物、有機ジルコニウム化合物、有機タンタル化合物、有機ニオブ化合物、有機ハフニウム化合物、有機バナジウム化合物のいずれか一種以上であり、前記ドーパント金属化合物が、酸化錫、酸化チタン、酸化ゲルマニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化バナジウムのいずれか一種以上であることを特徴とする請求項2または3記載の透明導電膜の製造方法。
  5.  前記有機金属化合物が、有機錫化合物からなり、
     前記ドーパント用有機金属化合物が、有機インジウム化合物、有機アンチモン化合物、有機リン化合物のいずれか一種以上であることを特徴とする請求項2または3記載の透明導電膜の製造方法。
  6.  前記有機金属化合物が有機亜鉛化合物からなり、
     前記ドーパント用有機金属化合物が、有機アルミニウム化合物、有機インジウム化合物、有機ガリウム化合物のいずれか一種以上であることを特徴とする請求項2または3記載の透明導電膜の製造方法。
  7.  前記有機インジウム化合物が、アセチルアセトンインジウムであることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の透明導電膜の製造方法。
  8.  前記露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下で、少なくとも前記無機成分の結晶化が起こる焼成温度以上まで昇温する焼成に続いて、露点0℃以上の酸素含有雰囲気下での300℃以上の焼成温度で焼成することを特徴とする請求項1または2記載の透明導電膜の製造方法。
  9.  前記露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下で、300℃以上の焼成温度による焼成に続いて、中性雰囲気または還元性雰囲気下で、250℃以上の焼成温度で焼成することを特徴とする請求項1または2記載の透明導電膜の製造方法。
  10.  前記露点0℃以上の酸素含有雰囲気下で、少なくとも前記無機成分の結晶化が起こる焼成温度以上まで昇温する焼成に続いて、中性雰囲気または還元性雰囲気下での250℃以上の焼成温度で焼成することを特徴とする請求項8記載の透明導電膜の製造方法。
  11.  前記中性雰囲気が、窒素ガス、不活性ガスのいずれか一種以上、または前記還元性雰囲気が、水素ガス若しくは前記中性雰囲気に水素ガス或いは有機溶剤蒸気の少なくとも一種以上が含まれた雰囲気であることを特徴とする請求項9または10記載の透明導電膜の製造方法。
  12.  前記露点−10℃以下の酸素含有雰囲気下での焼成における前記酸素含有雰囲気の露点が、−20℃以下であることを特徴とする請求項1~11のいずれか1項に記載の透明導電膜の製造方法。
  13.  前記塗布工程における透明導電膜形成用塗布液の耐熱性基板上への塗布方法が、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、グラビア印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法、ディスペンサ印刷法、スリットコート法、ダイコート法、ドクターブレードコート法、ワイヤーバーコート法、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法のいずれかであることを特徴とする請求項1または2記載の透明導電膜の製造方法。
  14.  請求項1~13のいずれか1項に記載の透明導電膜の製造方法で得られたことを特徴とする透明導電膜。
  15.  耐熱性基板上に透明導電膜を備える透明導電基板において、
     前記透明導電膜が、請求項14記載の透明導電膜であることを特徴とする透明導電基板。
  16.  透明電極を備えるデバイスにおいて、
     前記透明電極が、請求項15記載の透明導電基板であることを特徴とするデバイス。
  17.  前記デバイスが、発光デバイス、発電デバイス、表示デバイス、入力デバイスから選ばれた1種であることを特徴とする請求項16記載のデバイス。
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