JP6270738B2 - 透明電極付き基板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
透明フィルム基板としては、可視光領域で無色透明なものが利用される。透明フィルム基板の材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリブチレンテレフテレート(PBT)やポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル樹脂やシクロオレフィン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、セルロース系樹脂等の汎用樹脂が好ましい。これらの汎用樹脂からなる透明フィルムのガラス転移温度は、一般に50℃〜150℃程度である。なお、透明ポリイミド等の樹脂は、200℃以上の高いガラス転移温度を持つが、このような超耐熱性の樹脂からなるフィルムは、非常に高価である。そのため、透明電極付き基板の製造コストを削減する観点から、透明フィルムの材料は、上記のような汎用樹脂が好ましい。中でも、ポリエチレンレフタレートやシクロオレフィン系樹脂が好ましく用いられる。
透明フィルム基板10上には、ITOからなる透明電極層20が形成される。透明電極層20は、スパッタ法により製膜されることが好ましい。透明電極層の膜厚は特に制限されず、必要とされる抵抗値等に応じて適宜に設定される。透明電極付き基板がタッチパネルの位置検出電極に用いられる場合、透明電極層20の膜厚は、10nm〜35nmが好ましく、15nm〜30nmがより好ましい。
透明フィルム基板上にアモルファス透明電極層を備える本発明の透明電極付き基板は、透明電極層の結晶化により低抵抗化されることが好ましい。アズデポのアモルファス透明電極層は大部分がアモルファスのITOからなる。このアモルファスITOが結晶に変化することで、透明電極層が低抵抗化される。例えば、透明電極付き基板を、酸素存在下で加熱アニールすることにより、アモルファス透明電極層が結晶質透明電極層に転換される。上記における「加熱アニール」とは、ITOの結晶化や電極形成時の加熱等、熱源による熱を透明電極に対して積極的に一定時間加える処理を意味する。フィルム基板の耐熱性の観点から、結晶化のための加熱アニールの温度は、180℃以下が好ましく、160℃以下がより好ましい。
透明電極層のシート抵抗は、低抵抗率計ロレスタGP(MCP‐T710、三菱化学社製)を用いて四探針圧接測定により測定した。透明電極層の抵抗率は、シート抵抗の値と膜厚との積により算出した。なお、結晶後の抵抗率は、結晶化が終了したサンプルをオーブンから取り出し、室温まで冷却した後に測定した。
図2に示すように、アニール前の透明電極付き基板100の透明電極層20側の面の向かい合う2辺に平行電極を取り付け、アニール中の抵抗測定を行った。平行電極を取り付ける際、電極間距離Dと電極を取り付けた辺の長さLとを等しくすることにより、抵抗値からシート抵抗を計算できる状態とした。抵抗の時間変化が無くなった時の抵抗値RCとの差が2Ω/□以内になった時間を結晶化完了時間tcとした。例えば、図3(実施例1、加熱温度150℃)では、抵抗の時間変化が無くなった時の抵抗値RCは100Ω/□、結晶化完了時間tCは15分であることが読み取れる。
アモルファス透明電極層を結晶化する際の活性化エネルギーEは、非晶質透明電極層付き基板を所定温度で加熱アニールして結晶化した際の反応速度定数kの温度依存性から算出した。各加熱温度について、横軸に加熱時間、縦軸に透明電極層の表面抵抗をプロットし、表面抵抗値が、初期値(測定開始時)と終端値(結晶化が完全に進行し、結晶化度がほぼ100%となった状態)との平均値となった時間tを求めた。この時間tにおいて反応率が50%であるとみなして、式: 反応率=1−exp(kt) に、反応率=0.5を代入し、各加熱温度における反応速度定数kを算出した。
低抵抗領域の数の測定は、走査型プローブ顕微鏡ユニット(Nanocute)および測定制御ユニット(NanoNaviプローブステーション)を備える走査型プローブ顕微鏡システム(NanoNaviReal、SIIナノテクノロジー製、スキャナ型番:FS20N)により、接触面に30nmのロジウムコートが施された導電性カンチレバー(SI−DF3R、SIIナノテクノロジー製、ばね定数:1.6N/m)を用いて電流像測定を行い、電流像の分布から低抵抗領域の評価を行った。
測定モード:AFM
たわみ量:−1mm
走査周波数:1.08Hz
Iゲイン:0.45
Pゲイン:0.11
Aゲイン:0
DIF感度:40.00mV/nm
解像度(X×Y):256×256
画質:標準
アニールを行う前の透明電極層に含まれる結晶成分の総量は、アモルファス成分を完全にエッチングし、残った結晶粒の面積を計算することで評価した。エッチング条件としては、室温で1.7%の塩酸に90秒浸漬し、その後流水洗浄を行った。このサンプルの表面を走査型電子顕微鏡で撮影し、画像から残った結晶成分の量を求めた。
両面にハードコート層が形成されたガラス転移温度80℃のPETフィルム基板上に、ロール・トゥ・ロール方式のスパッタ装置を用いて、シリコン酸化物層および透明電極層を製膜した。
透明電極層製膜前のプレスパッタを行わず、透明電極層製膜時の酸素流量を4.0sccm、パワー密度を3.0W/cm2とした。それ以外は実施例1と同様にして透明電極付き基板を作製した。得られた透明電極層の膜厚は26nmであった。
透明電極層製膜前に15分間のプレスパッタを行った後、プレスパッタと同じ条件でITO透明電極層の製膜を行った。それ以外は実施例1と同様にして透明電極付き基板を作製した。得られた透明電極層の膜厚は26nmであった。
製膜前の脱ガス温度、および製膜時の基板温度を120℃とした。それ以外は実施例3と同様にして透明電極付き基板を作製した。得られた透明電極層の膜厚は26nmであった。
製膜前の脱ガス温度、および製膜時の基板温度を120℃とした。それ以外は実施例1と同様にして透明電極付き基板を作製した。得られた透明電極層の膜厚は26nmであった。
透明電極層製膜前のプレスパッタを行わなかったこと以外は実施例1と同様にして透明電極付き基板を作製した。得られた透明電極層の膜厚は26nmであった。
透明電極層製膜前のプレスパッタを行わなかったこと以外は実施例5と同様にして透明電極付き基板を作製した。得られた透明電極層の膜厚は26nmであった。
製膜前に、チャンバーの水分圧が1×10−4Paとなるまで真空排気を行った。透明電極層製膜時の水分圧は2×10−4Paまで低下していた。それ以外は、比較例2と同様にして透明電極付き基板を作製した。得られた透明電極層の膜厚は26nmであった。ただし、比較例3において、製膜前にチャンバー内の水分圧を1×10−4とするために要した時間は、30時間であった。なお、比較例3において、アモルファス透明電極層を製膜後、150℃で加熱アニールを行った際、加熱開始から30分後では結晶化は完了しておらず、抵抗率は4.4×10−4Ω・cmであった。
両面にハードコート層が形成されたガラス転移温度80℃のPETフィルム基板上に、ロール・トゥ・ロール方式のスパッタ装置を用いて、シリコン酸化物層および透明電極層を製膜した。
Claims (16)
- 透明フィルム基板上に、結晶化率が30%以下のアモルファス透明電極層を備える透明電極付き基板であって、
前記アモルファス透明電極層は、酸化スズ含有量が8質量%より大きく16質量%より小さいアモルファスのインジウム−スズ複合酸化物からなり、かつ、0.1Vのバイアス電圧が印加された場合に、加電圧面における電流値が50nA以上の連続した面積100nm2以上の領域を50個/μm2以上有し、150℃で30分加熱処理された後の抵抗率が1.5×10 −4 〜3.0×10 −4 Ωcmである、透明電極付き基板。 - 前記アモルファス透明電極層は、150℃で加熱した場合に、結晶化に要する時間が30分以下である、請求項1に記載の透明電極付き基板。
- 前記アモルファス透明電極層は、結晶化のための活性化エネルギーが1.3eV以下である、請求項1または2に記載の透明電極付き基板。
- 前記アモルファス透明電極層の膜厚が10nm〜35nmである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の透明電極付き基板。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の透明電極付き基板を製造する方法であって、
透明フィルム基板上に、スパッタ法により、アモルファスのインジウム−スズ複合酸化物からなる透明電極層が製膜される透明電極層製膜工程を有し、
前記透明電極層製膜工程において、酸化スズ含有量が8質量%より大きく16質量%より小さい酸化インジウムと酸化スズの複合酸化物ターゲットが用いられ、製膜時の電源パワー密度が2.0W/cm2以上である、透明電極付き基板の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載の透明電極付き基板を製造する方法であって、
透明フィルム基板上に、スパッタ法により、アモルファスのインジウム−スズ複合酸化物からなる透明電極層が製膜される透明電極層製膜工程を有し、
前記透明電極層製膜工程において、酸化スズ含有量が8質量%より大きく16質量%より小さい酸化インジウムと酸化スズの複合酸化物ターゲットが用いられ、透明電極層の製膜開始前に、電源パワー密度が2.0W/cm2以上でプレスパッタが行われる、透明電極付き基板の製造方法。 - 前記プレスパッタ時の電源パワー密度が、透明電極層の製膜時の電源パワー密度以上である、請求項6に記載の透明電極付き基板の製造方法。
- 透明電極層の製膜時の電源パワー密度が2.0W/cm2以上である、請求項6または7に記載の透明電極付き基板の製造方法。
- チャンバー内の水分圧が2×10−4Pa〜1×10−3Paとなるまで真空排気が行われた後、前記透明電極層製膜工程が行われる、請求項5〜8のいずれか1項に記載の透明電極付き基板の製造方法。
- 透明電極層の成膜時のチャンバー内の水分圧が、3×10−4Pa〜3×10−3Paである、請求項5〜9のいずれか1項に記載の透明電極付き基板の製造方法。
- 透明フィルム基板上に、抵抗率が1.5×10−4〜3.0×10−4Ωcmである結晶質透明電極層を備える透明電極付き基板を製造する方法であって、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の透明電極付き基板を加熱することにより、前記アモルファス透明電極層が結晶化されることを特徴とする、透明電極付き基板の製造方法。 - 透明フィルム基板上に、抵抗率が1.5×10−4〜3.0×10−4Ωcmである結晶質透明電極層を備える透明電極付き基板を製造する方法であって、
請求項5〜10のいずれか1項に記載の方法により得られた透明電極付き基板を加熱することにより、前記アモルファス透明電極層が結晶化されることを特徴とする、透明電極付き基板の製造方法。 - 透明フィルム基板上に、結晶化率が30%以下のアモルファス透明電極層を備える透明電極付き基板であって、
前記アモルファス透明電極層は、酸化スズ含有量が6.5質量%〜8質量%であるアモルファスのインジウム−スズ複合酸化物からなり、かつ、0.1Vのバイアス電圧が印加された場合に、加電圧面における電流値が50nA以上の連続した面積100nm2以上の領域を50個/μm2以上有する、透明電極付き基板。 - 前記アモルファス透明電極層は、150℃で加熱した場合に、結晶化に要する時間が30分以下である、請求項13に記載の透明電極付き基板。
- 前記アモルファス透明電極層は、結晶化のための活性化エネルギーが1.3eV以下である、請求項13または14に記載の透明電極付き基板。
- 前記アモルファス透明電極層は、150℃で30分加熱処理された後の抵抗率が1.5×10−4〜3.0×10−4Ωcmである、請求項13〜15のいずれか1項に記載の透明電極付き基板。
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