JP2007101622A - 表示用電極膜および表示用電極パターン製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】表示装置を形成するための表示用電極膜1であって、基板10上に直接又は透明薄膜を介して間接的に形成された透明導電膜20と、透明導電膜20上に形成された低抵抗薄膜30と、を備え、透明導電膜20は、表面処理を行うことなく表面平均粗さRaが1nm以下,表面突起Rmaxが10nm以下に形成され、低抵抗薄膜30は、面抵抗値が0.1Ω/□以下に形成されると共に、透明導電膜にダメージを与えることなく選択エッチング可能な材料で形成された。低抵抗薄膜は、2層又は3層の薄膜を膜厚合計が500nm以下となるように積層して構成された。
【選択図】図1
Description
また、一方の基板に白色発光機能のみを持たせて、他方に着色したガラスや樹脂を配設したり、透明なガラス上に色の三原色のうちの1色又は複数色の有機層・無機層を配設したりしてカラーフィルター機能を持たせた方式の表示素子もある。
透明電極材料としては、発熱体,電磁波防止,センサー,太陽電池,液晶用等としてITO,SnO2,ZnO,IZO,GZO,AZO等が知られている。特に、ITO透明電極薄膜は、比抵抗1.2〜2.0×10−4Ω・cmの常用抵抗と、可視光域400nm〜700nmで80%〜91%のガラス上透過率を有しており、低抵抗かつ透過率が良好なため液晶用として多用されている。
このような透明電極の抵抗値が増大してしまうことを防止する技術としては、透明電極の膜厚を厚くしたり、金属薄膜による補助電極を透明電極と接するように形成したりすることが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
このような透明導電膜の成膜過程に生じる大きな結晶成長及び表面凹凸は、絶縁破壊や電極間ショートによる表示欠陥を発生させてしまうおそれがある。
また、金属薄膜材料として合金を用いた場合には、工程での耐久性は増すものの、添加物によって抵抗値が上昇してしまう。このため、膜厚が薄く且つ十分に抵抗値を低くするのは困難な状況である。
これらの材料を選択することにより、比抵抗が5.0×10−4Ω・cm以下の低抵抗値の透明導電膜を確保できると共に、表面平均粗さRaが1nm以下,表面突起Rmaxが10nm以下の平坦な透明導電膜を得ることができる。これによって絶縁膜破壊や電極間ショートに起因する表示欠陥の低減を図ることができる。
これらの材料を適宜に選択して積層することにより、面抵抗値が0.1Ω/□以下で、透明導電膜にダメージを与えず選択エッチング可能な薄膜を形成することができる。これにより、電極全体を低抵抗に構成して素子内の電圧降下を防止し、表示バラツキを低減することができる。
このように構成すると、最上層が保護膜として機能して、例えばこの上に形成する電化輸送層及び発光層の積層時の欠陥を減少させることができる。また、最下層は透明導電膜に対する保護膜として機能する。これにより、レジスト除去等の処理に対する低抵抗薄膜の耐久性を確保すると共に、低抵抗薄膜を他の積層物や水分等に対して安定化させて、表示品質を確保することができる。
図1〜図7は本発明の一実施形態に係るものであり、図1は表示用電極膜の断面図、図2は表示用電極パターンの断面図、図3はITO透明導電膜の表面凹凸の温度依存性を示すグラフ、図4はITO透明導電膜の表面凹凸形状を示すSEM写真及びAFM写真、図5は表示用電極膜の断面図、図6は表示用電極パターン形成工程の説明図、図7は比較例に係る表示用電極膜の断面図である。
本発明では、基板10上の表示用電極膜1をパターニングすることにより、図2に示すような透明導電膜20および低抵抗薄膜30からなる表示用電極パターン2を形成することができる。本例では表示用電極パターン2は、透明導電膜20および低抵抗薄膜30から構成されていることから、表示電極および配線電極の全体の低抵抗化を図ることができる。
表示用電極パターン2は、図2に示すように、主に表示部2aと、表示部2a外周に配置される配線引き回し部2bから構成される。表示部2aの透明導電膜20は表示面側(視認側)に設けられ、より良い表示を求めるために、透明導電膜20にはできるだけ高い透過率と低い抵抗値が要求される。
また、配線引き回し部2bは、線幅が細く形成されるため透過性は要求されないが、可能な限り低い抵抗値であることが要求される。
これらの材料からなる透明導電膜20は、エッチング性を考慮すると、膜厚500nm以下が理想的であり、表面凹凸をも考慮すると150nm以下がより好ましい。また、本例の透明導電膜20は、低抵抗かつ良好な透過率を有することが望ましく、比抵抗値が5.0×10−4Ω・cm以下、透過率が80%以上に形成される。
透明導電膜20は、面抵抗20Ω/□程度でも表示素子として使用可能ではあるが、より高精細で明るく応答速度の早い表示素子が得られる面抵抗10Ω/□以下であることが望ましい。
透明導電膜20を形成する上記材料は、比抵抗値が5.0×10−4Ω・cm以下の低抵抗に設定される。そして、これらのうちITOはより比抵抗値を小さくすることができると共に、表示欠陥を生じさせるおそれが極めて低い。
また、低抵抗なITO膜を得るためには、成膜時に基板加熱温度を高くする必要があるが、加熱温度を高くすると結果的に表面のドメイン段差とドメイン内のグレインが大きく成長するとともに部分的に大きい結晶成長が発生してしまうおそれがある。
例えば、有機ELでは、特に基板、透明導電膜、ホール注入層までのスパイク状異物や工程異物、突起、膜のピンホール等が表示欠陥を誘発していることが知られている。また、透明導電膜の平坦性と表示欠陥とに関係があることも知られている。すなわち、表面凹凸は、表示欠陥の原因になったり、表示に影響を与えたりするものであり、特に白点と称される表示欠陥は、上記異物、突起以外に透明導電膜の成膜段階で発生する結晶の大きさや段差にも関係することが分かってきている。
ITO膜の表面を研磨等の表面処理を施して表面を平坦化することも可能である。しかしながら、例えば表面処理として表面の研磨を行うと、研磨処理や研磨後の表面クリーニング処理等に多大な時間を要するという問題がある。また、表示欠陥を生じさせるおそれが増大してしまうという問題もある。
本例では、透明導電膜20上に面抵抗0.1Ω/□以下の低抵抗薄膜30が形成される。この低抵抗薄膜30は、表示部2aの電極としての機能(機能1)、表示部2aの透明導電膜20の抵抗値を低下させるための補助電極としての機能(機能2)、配線引き回し部2bの配線電極としての機能(機能3)、コネクタとの接続部分としての機能(機能4)を有している。
本例の低抵抗薄膜30は、Ag,Al,Au,C,Cu,Cr,In,Mo,Ni,Nb,Sn,Ta,Ti,Zr,W等とこれらの合金やITO等の酸化物導電膜で構成することができる。低抵抗で透明導電膜20にダメージを与えずパターニング可能な金属としては、Ag,Al,Cu,Cr,Mo,Ni,Ag合金,Al合金,Cu合金,Mo合金,Ni合金が望ましい。
また、図5に示すように低抵抗薄膜30を2層構造としてもよい。2層構造とする場合は、第1薄膜30aを形成しない構成にすることができる。
表示用電極パターン2を形成するには、まず基板10上に透明導電膜20を形成した後、透明導電膜20上に低抵抗薄膜30を積層して表示用電極膜1を形成する。そして、フォトリソグラフ工程によって、この表示用電極膜1に所定のパターンを形成することによって形成される。
フォトリソグラフ工程では、まず、低抵抗薄膜30をパターニングする処理を行う。この処理では、低抵抗薄膜30上に所定パターンのレジストを形成し、所定のエッチング液を用いてウェットエッチング法により低抵抗薄膜30のみをエッチングした後、レジストを除去する(図6)。このとき用いるエッチング液は、低抵抗薄膜30のみに作用し、透明導電膜20には影響を与えることがないか、もしくは、実質上ほとんど影響を与えることないものが選択される。具体的には、エッチング液には、硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液、又は、燐酸,硝酸,酢酸のいずれか2つ以上の混合液を用いることができる。これにより、補助電極,引き回し配線電極,コネクタとの接続用電極を形成することができる。
また、素子設計によっては、透明導電膜20および低抵抗薄膜30を形成した後、フォトリソグラフ工程で低抵抗薄膜30をパターニングし、さらに、同一レジストを用いてエッチング液のみを変更して透明導電膜20をパターニングしてもよい。
(実施例1)
本実施例は、基板10にガラス基板、透明導電膜20にITO、低抵抗薄膜30にMo(第1薄膜30a),Al(第2薄膜30b),Mo(第3薄膜30c)を用いた例である。本例では、低抵抗薄膜30を図1に示すような3層構造としている。
本例では、まず透明なガラス基板10をスパッタリング装置にセットし、ITOターゲット(酸化インジウム90%:酸化錫10%)を使用して透明導電膜20を作成した。酸化錫の添加量は5%〜15%の範囲であれば特に限定されないが、より好ましくは7%〜12.5%がよい。
基板加熱温度、アルゴン(Ar)/酸素(O2)の比率と投入パワーを制御することにより必要とする特性の透明導電膜が得られる。本例では、基板温度300℃、スパッタ圧力1.3Pa、Ar:O2比率95:5、投入パワー4.0W/cm2の条件で膜厚150nmのITO膜を成膜した。
また、透過率を日立ハイテクノロジーズ製の自記分光光度計U−4000で測定した。この結果、波長550nmにおいて透過率は90.1%であった。
さらに、結晶性を日本電子製のX線回折装置(XRD)で確認した。この結果、(222),(400),(440)の結晶方位を持つ安定性の良い透明導電膜20であることが確認された。
これらの結果を表1に示す。
本実施例は、基板10にガラス基板、透明導電膜20にITO、低抵抗薄膜30にMo(第1薄膜30a),Al(第2薄膜30b),Ni(第3薄膜30c)を用いた例である。本例でも実施例1と同様に低抵抗薄膜30を図1に示すような3層構造としている。
本例でも、透明なガラス基板10上に膜厚150nmの透明導電膜20(ITO膜)を実施例1と同条件でスパッタリング法にて成膜した。
本実施例は、基板10にガラス基板、透明導電膜20にITO、低抵抗薄膜30にMo合金(第1薄膜30a),Al(第2薄膜30b),Mo合金(第3薄膜30c)を用いた例である。本例でも実施例1と同様に低抵抗薄膜30を図1に示すような3層構造としている。
本例でも、透明なガラス基板10上に膜厚150nmの透明導電膜20(ITO膜)を実施例1と同条件でスパッタリング法にて成膜した。
本実施例は、基板10にガラス基板、透明導電膜20にITO、低抵抗薄膜30にMo合金(第1薄膜30a),Al合金(第2薄膜30b),Mo合金(第3薄膜30c)を用いた例である。本例でも実施例1と同様に低抵抗薄膜30を図1に示すような3層構造としている。
本例でも、透明なガラス基板10上に膜厚150nmの透明導電膜20(ITO膜)を実施例1と同条件でスパッタリング法にて成膜した。
本実施例は、基板10にガラス基板、透明導電膜20にITO、低抵抗薄膜30にMo(第1薄膜30a),Al合金(第2薄膜30b),Mo(第3薄膜30c)を用いた例である。本例でも実施例1と同様に低抵抗薄膜30を図1に示すような3層構造としている。
本例でも、透明なガラス基板10上に膜厚150nmの透明導電膜20(ITO膜)を実施例1と同条件でスパッタリング法にて成膜した。
本実施例は、基板10にガラス基板、透明導電膜20にITO、低抵抗薄膜30にAg合金(第2薄膜30b),ITO(第3薄膜30c)を用いた例である。本例では実施例1〜5と異なり低抵抗薄膜30を図5に示すような2層構造としている。
本例でも、透明なガラス基板10上に膜厚150nmの透明導電膜20(ITO膜)を実施例1と同条件でスパッタリング法にて成膜した。
本比較例は、基板10にガラス基板、透明導電膜20にITO、低抵抗薄膜30にCrのみを用いた例である。本例では、実施例1〜6と異なり、低抵抗薄膜30を図7に示すような一層のみで構成した例である。
本例でも、透明なガラス基板10上に膜厚150nmの透明導電膜20(ITO膜)を実施例1と同条件でスパッタリング法にて成膜した。
次に、透明ガラス基板10上に形成された透明導電膜20の上に、スパッタリング装置にて膜厚300nmのCr薄膜を形成した。
このように、比較例1では、低抵抗薄膜30のパターン形状は良好であるものの、面抵抗が実施例1〜6と比較して大きいため、全体として表示用電極パターンの抵抗値をそれほど低下させることができない。
本比較例は、基板10にガラス基板、透明導電膜20にITO、低抵抗薄膜30にMoのみを用いた例である。本例では、比較例1と同様に、低抵抗薄膜30を図7に示すような一層のみで構成した例である。
本例でも、透明なガラス基板10上に膜厚150nmの透明導電膜20(ITO膜)を実施例1と同条件でスパッタリング法にて成膜した。
次に、透明ガラス基板10上に形成された透明導電膜20の上に、スパッタリング装置にて膜厚300nmのMo薄膜を形成した。
このように、比較例2では、低抵抗薄膜30のパターン形状は良好である。しかしながら、面抵抗が実施例1〜6と比較して大きいため、全体として表示用電極パターンの抵抗値をそれほど低下させることができない。
本比較例は、基板10にガラス基板、透明導電膜20にITO、低抵抗薄膜30にAlのみを用いた例である。本例では、比較例1と同様に、低抵抗薄膜30を図7に示すような一層のみで構成した例である。
本例でも、透明なガラス基板10上に膜厚150nmの透明導電膜20(ITO膜)を実施例1と同条件でスパッタリング法にて成膜した。
次に、透明ガラス基板10上に形成された透明導電膜20の上に、スパッタリング装置にて膜厚300nmのAl薄膜を形成した。
ただし、本例の構成では、湿度や温度に対する耐久性において、表面からの酸化が激しく、また、エッチング工程での水分,アルカリへの耐久性が低いため、利用上の注意が必要である。
さらに、最上層には保護膜としての第3薄膜30cが形成されているため、表面からの酸化や、その後のエッチング工程での水分やアルカリに対する耐久性を確保することができ、取扱いが極めて容易となる。
2‥表示用電極パターン
2a‥表示部
2b‥配線引き回し部
10‥基板
20‥透明導電膜
30‥低抵抗薄膜
30a‥第1薄膜
30b‥第2薄膜
30c‥第3薄膜
Claims (10)
- 表示装置を形成するための表示用電極膜であって、
基板上に直接又は透明薄膜を介して間接的に形成された透明導電膜と、該透明導電膜上に形成された低抵抗薄膜と、を備え、
前記透明導電膜は、表面処理を行うことなく表面平均粗さRaが1nm以下,表面突起Rmaxが10nm以下に形成され、
前記低抵抗薄膜は、面抵抗値が0.1Ω/□以下に形成されると共に、前記透明導電膜にダメージを与えることなく選択エッチング可能な材料で形成されたことを特徴とする表示用電極膜。 - 前記透明導電膜は、In,Zn,Sn,Ga,Al,Ta,V,Nbのうち2以上の材料を含む酸化物によって、比抵抗が5.0×10−4Ω・cm以下に形成されてなることを特徴とする請求項1に記載の表示用電極膜。
- 前記低抵抗薄膜は、Ag,Al,Cu,Cr,Mo,Ni,Ag合金,Al合金,Cu合金,Mo合金,Ni合金のいずれかからなる薄膜及び酸化物導電膜の中から少なくとも2つを選択して2層以上に積層してなることを特徴とする請求項1に記載の表示用電極膜。
- 前記低抵抗薄膜は、2層又は3層の薄膜を積層したものであり、前記透明導電膜側から順に、Mo又はMo合金からなる薄膜と,Al又はAl合金からなる薄膜と,Mo,Mo合金又はNiからなる薄膜を3層積層した構成か、Mo−Al合金からなる薄膜と,Mo又はNiからなる薄膜を2層積層した構成か、又は、Ag合金からなる薄膜と,ITOからなる薄膜を2層積層した構成のいずれかであり、膜厚の合計が500nm以下に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の表示用電極膜。
- 前記低抵抗薄膜は、硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液、又は、燐酸,硝酸,酢酸のいずれか2つ以上の混合液であるエッチング液によって一括でエッチング可能であり、
前記透明導電膜は、前記エッチング液によってエッチング不可、又は、前記エッチング液によるエッチング量が前記低抵抗薄膜と比べて微小であることを特徴とする請求項1に記載の表示用電極膜。 - 表示装置を形成するための表示用電極パターンの製造方法であって、
基板上に直接又は透明薄膜を介して間接的に透明導電膜を形成する透明導電膜形成工程と、
前記透明導電膜上に低抵抗薄膜を形成する低抵抗薄膜工程と、
前記低抵抗薄膜のみを選択的にエッチングしてパターニングする低抵抗薄膜パターニング工程と、
前記透明導電膜のみを選択的にエッチングして表示用電極パターンを形成する透明導電膜パターニング工程と、を含み、
前記透明導電膜形成工程では、前記透明導電膜を、表面処理を行うことなく表面平均粗さRaを1nm以下,表面突起Rmaxを10nm以下に形成し、
前記低抵抗薄膜工程では、前記低抵抗薄膜を、面抵抗値を0.1Ω/□以下に形成することを特徴とする表示用電極パターン製造方法。 - 前記透明導電膜形成工程では、In,Zn,Sn,Ga,Al,Ta,V,Nbのうち2以上の材料を含む酸化物によって、比抵抗が5.0×10−4Ω・cm以下となるように前記透明導電膜を形成することを特徴とする請求項6に記載の表示用電極パターン製造方法。
- 前記低抵抗薄膜工程では、Ag,Al,Cu,Cr,Mo,Ni,Ag合金,Al合金,Cu合金,Mo合金,Ni合金のいずれかからなる薄膜及び酸化物導電膜の中から少なくとも2つを選択して2層以上に積層して前記低抵抗薄膜を形成することを特徴とする請求項6に記載の表示用電極パターン製造方法。
- 前記低抵抗薄膜工程では、Mo又はMo合金からなる薄膜と,Al又はAl合金からなる薄膜と,Mo,Mo合金又はNiからなる薄膜の3層の薄膜か、Mo−Al合金からなる薄膜と,Mo又はNiからなる薄膜の2層の薄膜か、又は、Ag合金からなる薄膜と,ITOからなる薄膜の2層の薄膜のいずれかを、前記透明導電膜側から順に膜厚の合計が500nm以下となるように積層して、前記低抵抗薄膜を形成することを特徴とする請求項6に記載の表示用電極パターン製造方法。
- 前記低抵抗薄膜パターニング工程では、硝酸セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液、又は、燐酸,硝酸,酢酸のいずれか2つ以上の混合液であるエッチング液によって前記低抵抗薄膜のみを一括でエッチングすることを特徴とする請求項6に記載の表示用電極パターン製造方法。
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