JP6228530B2 - 電極およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図2は、静電容量型のタッチパネルにおける入力装置の一例を示す概略平面図である。図2に示す入力装置10は、配線が格子形状となっている。詳細には、透明基板の一種であるカラーフィルタ基板4の上部に、行ごとにX方向に配される駆動用の複数の金属電極11と;列ごとにY方向に配される検出用の複数の金属電極12と;が設けられる。駆動用電極11と検出用電極12とは、それぞれ異なる層に設けられており、絶縁層13により互いに絶縁される。
前記図2の点線A1−A1における断面構造の一例として、図3の断面構造が挙げられる。図3は、図2の入力装置10を、図1に示す液晶表示装置1のカラーフィルタ基板4に搭載した構造の一例を示す概略断面図である。
図4は、本発明の電極の一構造例を示す概略断面図である。図4の電極構造20Aにおいて、透明基板24は、ガラスやプラスチック等からなる基板を用いることができる。透明基板24上には、Al膜またはAl合金膜からなる第1層21、窒素原子比率が27原子%以上62原子%以下であり、かつX線回折装置による結晶状態解析で金属AlまたはAl窒化物に由来するピークの測定されないアモルファスなAl窒化膜からなる第2層22が少なくとも形成されている。積層構造において、第1層21は電極に用いられる配線用膜として作用し、第2層22は光学調整層として作用する。
図5は、本発明の電極の別の構造例を示す概略断面図である。図5の電極構造20Bにおいて、電極は、Al膜またはAl合金膜からなる第1層21、規定のアモルファスなAl窒化膜からなる第2層22、および透明導電膜からなる第3層23が少なくとも形成された積層構造を有している。積層構造において、第1層21は電極に用いられる配線用膜として作用し、第2層22および第3層23は光学調整層として作用する。なお、この積層構造において第2層22と第3層23の順序は入れ替わってもよい。
図6は、本発明の電極の別の構造例を示す概略断面図である。この電極構造20Cは、本発明に係る電極の好ましい実施形態の一つであり、上述した図5の電極構造20Bにおいて、第1層21を構成するAl/Al合金膜の上下にMo膜またはMo合金膜25を積層した五層構造からなる。Mo膜またはMo合金膜25は、密着性や耐熱性などの特性を向上させる膜として知られており、本発明でも好ましく用いられる。尚、図6では、第1層21の上下共にMo膜またはMo合金膜25を積層しているが、第1層21の上または下のいずれかにMo膜またはMo合金膜25が形成されていてもよい。
前記図2の点線A1−A1における断面構造の他の例として、図7の断面構造が挙げられる。図7は、図2の入力装置10を、図1に示す液晶表示装置のカラーフィルタ基板4に搭載した構造の別の一例を示す概略断面図である。
図8は、本発明の電極の別の構造例を示す概略断面図である。図8の電極構造20Eにおいて、透明基板24には、規定のアモルファスなAl窒化膜からなる第2層22、Al膜またはAl合金膜からなる第1層21が少なくとも形成される。本態様では、第1層21のAl合金膜層が視認されないように、光学調整層である第2層22が、透明基板24側により近い位置に設けられる。
図9は、本発明の電極の別の構造例を示す概略断面図である。図9の電極構造20Fにおいて、透明基板24には、透明導電膜からなる第3層23、規定のアモルファスなAl窒化膜からなる第2層22、そしてAl膜またはAl合金膜からなる第1層21が少なくとも形成されている。この積層構造において第2層22、第3層23の順序は入れ替わってもよい。
図10は、本発明の電極の別の構造例を示す概略断面図である。図10の電極構造20Gは、本発明に係る電極の好ましい実施形態の一つであり、上述した図9の電極構造20Fにおいて、第1層21を構成するAl/Al合金膜の上下にMo膜またはMo合金膜25を積層した五層構造である。Mo膜またはMo合金膜25の効果は、上記図6で説明した通りである。この図10では、第1層21の上下共にMo膜またはMo合金膜25を積層しているが、第1層21の上または下のいずれかにMo膜またはMo合金膜が形成されていてもよい。
図11は、静電容量型のタッチパネルにおける入力装置の別の一例を示す概略平面図である。図11の入力装置30では電極がダイヤ形状の透明電極となっている。詳細には、透明基板33と、透明基板33の上部に、行ごとにX方向に配されるダイヤ形状を有する複数の第1の電極パターン31Aと、第1の透明電極31A間を接続する第1のブリッジ電極31Bと、列ごとにY方向に配されるダイヤ形状を有する複数の第2の電極パターン32Aと、第2の透明電極32A間を接続する第2のブリッジ電極32Bが設けられる。第1の電極パターン31Aおよびブリッジ電極31Bからなる第1の透明電極と、第2の電極パターン32Aおよびブリッジ電極32Bからなる第2の透明電極とは、図示しない絶縁層により互いに絶縁される。それぞれの電極パターンは、外周配線31Cや32Cを介して、図示しない制御部に接続される。
前記図12の断面構造の一例として、図13の断面構造50が挙げられる。この図13は、前記図12におけるカバーガラス41、このカバーガラス41と接する接着層44、およびタッチパネル42の断面構造の一例を示すものである。図13における矢印は、表面側から見る方向を示す。図13に示すように、第1の透明基板に該当するカラーフィルター4には、X方向に配される第1の透明電極52と、Y方向に配される第2の透明電極53が設けられる。座標の検出は互いの透明電極52,53間における静電容量の変化に基づき行う。第1の透明電極52A、および第2の透明電極53はそれぞれが接触しないよう、絶縁層54により分離される。図13において第1のブリッジ電極52Bは、第1の透明電極52A間を電気的に接続している。接着層44は、第2の透明基板であるカバーガラス41と、それぞれの透明電極およびブリッジ電極などを接合する層である。接着層は、OCAやOCRなどの透明粘着層であり、アクリル系粘着材などが用いられる。
図14は、本発明の電極の別の構造例を示す図である。図14の電極構造20Hにおいて、透明基板24上には、静電容量を形成する透明電極26、Al膜またはAl合金膜からなる第1層21、規定のアモルファスなAl窒化膜からなる第2層22が少なくとも形成されている。
図15は、本発明の電極の別の構造例を示す図である。図15の電極構造20Iにおいて、透明基板24上には、透明電極26、Al膜またはAl合金膜からなる第1層21、規定のアモルファスなAl窒化膜からなる第2層22、透明導電膜23からなる第3層が形成されている。なお、この積層構造では第2層22、第3層23の順序を入れ替えることが可能である。
図16は、本発明の電極の別の構造例を示す図である。図16の電極構造20Jは、上述した図15の電極構造20Iにおいて、第1層21を構成するAl/Al合金膜の上下にMo膜またはMo合金膜25を積層した五層構造である。Mo膜またはMo合金膜25の効果は、上記図6で説明した通りである。この図16では、第1層21の上下共にMo膜またはMo合金膜25を積層しているが、第1層21の上または下のいずれかにMo膜またはMo合金膜25が形成されていてもよい。
前記図12の断面構造の他の一例として、図17の断面構造60が挙げられる。図17において前記図12と同一箇所には同一符号を付している。図17の断面構造60では、第2の透明基板、即ちカバーガラス41の裏面側に、透明電極52Aや53、絶縁層54、および第1のブリッジ電極52Bとして金属電極が設けられており、この点が前述の実施の態様3と異なる。図13における矢印は、表面側から見る方向を示す。図17に示すように、接着層44は、第1の透明基板であるカラーフィルタ基板と、これに対向する第1、第2の透明電極52A、53および第1のブリッジ電極52Bを接合する層として設けられる。
図18は、本発明の電極の別の構造例を示す図である。図18の電極構造20Kにおいて、透明基板24には、静電容量を形成する透明電極26、規定のアモルファスなAl窒化膜からなる第2層22、Al膜またはAl合金膜からなる第1層21が少なくとも形成されている。本態様では、第1層21のAl/Al合金膜が視認されないように、光学調整層である第2層22が、視認される側、すなわち透明基板により近い位置に設けられる。
図19は、本発明の電極の別の構造例を示す図である。図19の電極構造20Lにおいて、透明基板24には、静電容量を形成する透明電極26、透明導電膜からなる第3層23、規定のアモルファスなAl窒化膜からなる第2層22、およびAl膜またはAl合金膜からなる第1層21が少なくとも形成される。本態様では、第1層21のAl合金膜層が視認されないように、光学調整層である第2層22、第3層23が、視認される側、すなわち透明基板24により近い位置に設けられる。なお、この積層構造において第2層22、第3層23の順序は入れ替わっていてもよい。
図20は、本発明の電極の別の構造例を示す図である。図20の電極構造20Mは、上述した図19の電極構造20Lにおいて、第1層21を構成するAl/Al合金膜の上下にMo膜またはMo合金膜25を積層した五層構造である。Mo膜またはMo合金膜25の効果は、上記図6で説明した通りである。この図20では、第1層21の上下共にMo膜またはMo合金膜25を積層しているが、第1層21の上または下のいずれかにMo膜またはMo合金膜25が形成されていてもよい。
・到達真空度:1×10-6Torr以下
・全ガス圧:1〜5mTorr
・雰囲気ガス:窒素ガスとArガスとの混合ガス
・成膜時の窒素ガス流量比率:11〜18%
・スパッタパワー:100〜500W
・基板温度:室温〜400℃
本実施例では、透明基板側から順に、第1層、第2層および第3層を積層させた構造の試料を作製した。第1層として表2に記載のAl合金膜、第2層として表1に記載のAl窒化膜、および、第3層として表2に記載の透明導電膜であるIZO薄膜を順に積層させて、表3に示す積層膜の試料を成膜した。そして、この積層膜の反射率およびシート抵抗を測定した。以下では、透明基板側から順に、第1層、第2層、第3層を成膜する方法を順番に説明する。
(1−1)第1層の成膜
まず、透明基板として、板厚0.7mm、直径4インチの無アルカリ硝子板を用い、その表面に、DCマグネトロンスパッタリング法により、表2または表3に示す第1層を成膜した。成膜に当たっては、成膜前にチャンバー内の雰囲気を一旦、到達真空度:3×10-6Torrに調整してから、上記金属膜と同一の成分組成を有する直径4インチの円盤型スパッタリングターゲットを用い、下記条件でスパッタリングを行った。
スパッタリング条件
・Arガス圧:2mTorr
・Arガス流量:30sccm
・スパッタパワー:250W
・基板温度:室温
第2層が表1に記載の組成となるよう、Alターゲットを用い、以下の条件で、窒素ガスとの反応性スパッタリング法による成膜を行ないAl窒化膜を形成した。成膜時のガス圧は2mTorrに固定し、窒素ガスの流量比率が下記のようになるようArガスと窒素ガスの流量を調整した。
反応性スパッタリング条件
・ガス圧:2mTorr
・成膜ガス:Arガスと窒素ガスとの混合ガス
・窒素ガスの流量比率:10%〜33%
・スパッタパワー:500W
・基板温度:室温
上記のようにして第2層のAl窒化膜を成膜した後、引き続き、その表面に、DCマグネトロンスパッタリング法により、下記のスパッタリング条件で、透明導電膜としてIZO膜を成膜した。透明導電膜の成膜に当たっては、成膜前にチャンバー内の雰囲気を一旦、到達真空度:3×10-6Torrに調整してから、透明導電膜と同一組成であって直径4インチの円盤型のIZOスパッタリングターゲットを用いた。
スパッタリング条件
・ガス圧:2mTorr
・Arガス流量:18sccm
・O2ガス流量:1sccm
・スパッタパワー:250W
・基板温度:室温
表1に示す第2層の一部の窒化状態を調べるため、アルバック・ファイ社製 PHI-710型走査型オージェ電子分光装置を用いて、エネルギー:3keV、電流:約8nAの電子線を試料傾斜角度60°で第2層単膜試料に照射し、AESスペクトル(Auger Electron Spectroscopy スペクトル、オージェスペクトルともいう)を測定した。第2層の深さ方向については、Ar+のイオンスパッタでエッチングしながら、上記の条件で同様に測定を行った。上記方法で測定したAl原子とX群元素原子と窒素原子との総量を分母としたときの、窒素原子の含有比率を、第2層中の窒素原子比率として求めた。その結果を表1の「窒素原子比率」の欄に記載する。
上記の方法で得られた第2層単膜について、リガク社製 水平型X線回折装置 SmartLabを用い、X線出力:45kV-200mAのX線を入射角度0.5°、測定角度10°〜90°の範囲で試料に照射し、X線回折スペクトルを測定した。表1に示すNo.1、No.3およびNo.5の膜の結晶状態解析を行った結果を、図21に記載する。
上記の方法で得られた第2層の単膜について、J.A.Woollam.Japan社製 分光エリプソメーターM−2000Uを用い、光学定数として屈折率と消衰係数を測定した。そして本実施例では、λ=450nm、550nm、650nmのいずれの波長域においても全て消衰係数が2.0以上、かつλ=450nm、550nm、650nmのいずれの波長域においても全て屈折率が1.0以上の場合を合格とした。
上記の方法で得られた積層膜の反射率と透過率について、日本分光社製V−570分光光度計を用い、450nm、550nm、650nmでの絶対反射率を測定して求めた。吸収率は下記式(1)より求めた。
吸収率(%)=100−(反射率)−(透過率)…(1)
4端子法で電気抵抗率を測定した。尚、表1において、例えばNo.1の「1.00E−03」は、1.00×10-3を意味する。この表記方法は、下記表2における第1層と第3層の電気抵抗率についても同じである。
4端子法で第1層と第3層のそれぞれの電気抵抗率を測定した。本実施例では、第1層の電気抵抗率が20μΩ・cm以下のものを合格と評価した。その結果を表2に示す。表2から本実施例で用いたAl合金膜はいずれも電気抵抗率が20μΩ・cm以下であることがわかる。
上記の方法で得られた積層膜の反射率について、日本分光社製V−570分光光度計を用い、450nm、550nm、650nmでの絶対反射率を測定して求めた。波長450nm、550nm、650nmでの反射率がいずれも50%以下のものを合格、即ち低反射率に優れると評価し、一つでも50%超のものを不合格と評価した。
4端子法でシート抵抗を測定した。本実施例では、シート抵抗が2.0Ω/□以下のものを合格と評価した。
本実施例では、透明基板側から順に、第3層、第2層および第1層を積層させた構造、または透明基板側から順に、第2層および第1層を積層させた構造の試料を、下記の通り作製した。
(1−1)第3層の成膜
まず、透明基板として無アルカリ硝子板(板厚0.7mm、直径4インチ)を用い、その表面に、DCマグネトロンスパッタリング法により、表4または表5に示す第3層としてIZO膜を成膜した。成膜に当たっては、成膜前にチャンバー内の雰囲気を一旦、到達真空度:3×10-6Torrに調整してから、透明導電膜と同一の成分組成を有する直径4インチの円盤型IZOスパッタリングターゲットを用い、下記条件でスパッタリングを行った。
スパッタリング条件
・ガス圧:2mTorr
・Arガス流量:18sccm
・O2ガス流量:1sccm
・スパッタパワー:250W
・基板温度:室温
第2層が表4または表5に記載の窒素原子比率と膜の結晶状態になるように、Alターゲットを用い、以下の条件で、窒素ガスとの反応性スパッタリング法による成膜を行なった。
反応性スパッタリング条件
・Arガス圧:2mTorr
・Arガス流量:15sccm
・窒素ガス流量:3sccm
・スパッタパワー:500W
・基板温度:室温
上記の通り、第2層のAl窒化膜を成膜した後、引き続き、その表面に、DCマグネトロンスパッタリング法により、表4または表5に示す第1層を成膜した。成膜に当たっては、成膜前にチャンバー内の雰囲気を一旦、到達真空度:3×10-6Torrに調整してから、上記金属膜と同一の成分組成を有する直径4インチの円盤型スパッタリングターゲットを用い、下記条件でスパッタリングを行った。
スパッタリング条件
・Arガス圧:2mTorr
・Arガス流量:30sccm
・スパッタパワー:250W
・基板温度:室温
2 TFT基板
3 対向基板
4 カラーフィルタ基板
5A、5B、5C カラーフィルタ
6 ブラックマトリックス
7 液晶層
8 液晶封止材
10 入力装置
11 第1の金属電極、駆動用電極
12 第2の金属電極、検出用電極
13 絶縁層
13A 第1の絶縁層
13B 第2の絶縁層
14 カバーガラス
15 バックライト
20A、20B、20C、20E、20F、20G、20H、20I、20J、20K、20L、20M 電極構造
21 第1層
22 第2層
23 第3層
24 透明基板
25 Mo膜またはMo合金膜
26 透明電極
30 入力装置
31A 第1の電極パターン
31B 第1のブリッジ電極
31C 第1の電極の外周配線
32A 第2の電極パターン
32B 第2のブリッジ電極
32C 第2の電極の外周配線
33 透明基板
40 液晶表示装置
41 カバーガラス
42 タッチパネル
43 ディスプレイ
44 接着層
50 断面構造
52A 第1の透明電極
52B 第1のブリッジ電極
53 第2の透明電極
54 絶縁層
Claims (12)
- Al膜またはAl合金膜からなる第1層と、
窒素原子比率が27原子%以上62原子%以下であり、かつX線回折装置による結晶状態解析で金属AlまたはAl窒化物に由来するピークの測定されないアモルファスなAl窒化膜からなる第2層と、
透明導電膜からなる第3層の積層構造を有し、
前記第3層の膜厚が45〜60nmでかつ前記第2層の膜厚が40〜60nmであることを特徴とする電極。 - さらに基板を有し、前記基板側から順に前記第3層、前記第2層、前記第1層が積層されてなる請求項1に記載の電極。
- 前記第2層は、波長450nm、波長550nm、および波長650nmの消衰係数が2.0以上を有する請求項1または2に記載の電極。
- 前記第1層の少なくとも一方の面に、Mo膜またはMo合金膜を有する請求項1〜3のいずれかに記載の電極。
- 前記第3層は、少なくともInを含む酸化物からなる透明導電膜である請求項1〜4のいずれかに記載の電極。
- 前記第1層の電気抵抗率は20μΩ・cm以下である請求項1〜5いずれかに記載の電極。
- 前記第1層のAl合金膜は、Alと;Nd、Cu、Mn、Ta、Ge、La、Zr、およびNiよりなる群から選択される少なくとも一種の元素と;を含む請求項1〜6のいずれかに記載の電極。
- 前記第1層の膜厚が50〜400nmである請求項1〜7のいずれかに記載の電極。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の電極を有する入力装置。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の電極を有するタッチパネルセンサー。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の電極を有する表示装置。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の電極を製造する方法であって、
窒素ガスを含む反応性スパッタリング法によって前記第2層を成膜することを特徴とする電極の製造方法。
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