KR20100096255A - 액정 표시 장치의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법은, 액정층을 협지하는 한쌍의 기판과, 이 한쌍의 기판의 액정층쪽에 겹쳐 형성되는 화소 전극을 적어도 구비하고, 상기 한쌍의 기판 중 적어도 어느 한쪽의 상기 기판의 화소 전극이 산화아연을 기본 구성 재료로 하는 투명 도전막으로 이루어진 액정 표시 장치의 제조방법으로서, 산화아연계 재료로 이루어진 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의해 상기 기판상에 산화아연계의 투명 도전막을 성막함으로써 상기 화소 전극을 형성하는 공정을 구비하고, 상기 화소 전극의 형성 공정에서는 수소 가스, 산소 가스, 수증기 중에서 선택되는 2종류 또는 3종류를 포함한 분위기중에서 스퍼터링을 수행한다.
Description
본 발명은 액정 표시 장치의 제조방법, 상세하게는 액정 표시 장치의 화소 전극으로서 사용되는 투명 도전막의 제조방법에 관한 것이다.
본원은 2008년 01월 24일 일본에 출원된 일본특원2008-013680호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
종래부터 액정 표시 장치(LCD)의 화소 전극을 이루는 투명 도전막의 재료로서 ITO(In2O3-SnO2)가 이용되었다. 그러나 ITO의 원료가 되는 인듐(In)은 희소금속으로서 장차 입수가 어려워 비용 상승이 예상된다. 그래서 ITO를 대신할 투명 도전막의 재료로서 풍부하면서 저렴한 ZnO계 재료가 주목받고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). ZnO계 재료는 대형 기판에 대한 균일 성막이 가능한 스퍼터링에 적합하다. 성막 장치에 관해서는 ITO 등 In2O3계 재료의 타겟을 ZnO계 재료의 타겟으로 변경함으로써 성막 가능하다. 또 ZnO계 재료는 In2O3계 재료와 같이 절연성이 높은 저급 산화물(InO)이 없다. 따라서 스퍼터링에서의 이상이 발생하지 않는다.
종래의 ZnO계 재료를 사용한 화소 전극을 이루는 투명 도전막에서는, 투명성은 ITO막에 비해 손색이 없지만 표면 저항이 높다는 문제점이 있었다. 그래서 ZnO계 재료를 사용한 투명 도전막의 표면 저항을 원하는 값까지 낮추기 위해 스퍼터링시에 챔버 내에 환원 가스로서 수소 가스를 도입하여 이 환원 분위기 중에서 성막하는 방법이 제안되었다.
그러나 이 경우 얻어진 투명 도전막의 표면 저항은 확실히 저하되지만 그 표면에 약간의 금속 광택이 생긴다. 따라서 광투과율이 저하되어 액정 표시 장치의 시인성(視認性)이 저하된다는 과제가 있었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 산화아연계 재료를 사용하여 형성된, 화소 전극을 이루는 투명 도전막의 표면 저항을 저하시킴과 동시에 가시 광선의 투과성을 양호하게 유지하여 시인성을 향상시킨 액정 표시 장치의 제조방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하여 상기 목적을 달성하기 위해 이하의 수단을 채용하였다.
(1)본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법은, 액정층을 협지(挾持)하는 한쌍의 기판과, 이 한쌍의 기판의 액정층쪽에 겹쳐 형성되는 화소 전극을 적어도 구비하고, 상기 한쌍의 기판 중 적어도 어느 한쪽의 상기 기판의 화소 전극이 산화아연을 기본 구성 재료로 하는 투명 도전막으로 이루어진 액정 표시 장치의 제조방법으로서, 산화아연계 재료로 이루어진 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의해 상기 기판상에 산화아연계의 투명 도전막을 성막함으로써 상기 화소 전극을 형성하는 공정을 구비하고, 상기 화소 전극의 형성 공정에서는 수소 가스, 산소 가스, 수증기 중에서 선택되는 2종류 또는 3종류를 포함한 분위기중에서 스퍼터링을 수행한다.
상기 액정 표시 장치의 제조방법은 이하와 같이 수행해도 좋다.
(2)상기 수소 가스의 분압(PH2)과 상기 산소 가스의 분압(PO2)의 비R(PH2/PO2)는,
R=PH2/PO2≥5 …(1)
를 충족한다.
상기 (2)의 경우 R=PH2/PO2≥5를 충족함으로써 비저항1000μΩ·㎝ 이하의 투명 도전막을 얻을 수 있다.
(3)상기 스퍼터링 전압은 340V 이하이다.
상기 (3)의 경우, 방전 전압을 낮춤으로써 결정 격자가 정렬된 산화아연계의 투명 도전막을 성막할 수 있다. 따라서 얻어진 투명 도전막의 비저항은 낮아진다.
(4)상기 스퍼터링 전압은 직류 전압에 고주파 전압을 중첩한다.
상기 (4)의 경우 직류 전압에 고주파 전압을 중첩함으로써 방전 전압을 더욱 낮출 수 있다.
(5)상기 타겟 표면에서의 수평 자계의 강도의 최대값은 600가우스 이상이다.
상기 (5)의 경우 수평 자계의 강도의 최대값을 600가우스 이상으로 함으로써 방전 전압을 낮출 수 있다.
(6)상기 액정 표시 장치는 상기 액정층과 상기 기판 사이에 컬러 필터를 더 구비하고, 상기 화소 전극은 상기 컬러 필터와 상기 액정층 사이에 형성한다.
(7)상기 산화아연계 재료는 알루미늄 첨가 산화아연 또는 갈륨 첨가 산화아연이다.
상기 (1)에 기재된 액정 표시 장치의 제조방법에 의하면, 액정 표시 장치의 화소 전극을 이루는 산화아연계의 투명 도전막을 스퍼터링법에 의해 성막할 때에 수소 가스, 산소 가스, 수증기 중에서 선택되는 2종류 또는 3종류를 포함한 분위기중에서 스퍼터링을 수행한다. 따라서 산화아연계의 투명 도전막을 성막할 때의 분위기를 수소 가스, 산소 가스, 수증기 중에서 선택되는 2종류 또는 3종류를 포함한 분위기, 즉 환원성 가스와 산화성 가스의 비가 조화된 분위기로 할 수 있다. 따라서 이 분위기하에서 스퍼터링을 수행하면, 얻어진 투명 도전막은 산화아연 결정중의 산소 공공의 수가 제어되어 원하는 도전율을 가진 막이 된다. 따라서 그 표면 저항도 저하되어 원하는 표면 저항값이 된다.
또 얻어진 투명 도전막은 금속 광택이 생기지 않아 가시 광선에 대한 투명성을 유지할 수 있다.
따라서 전기 저항값이 낮고 가시 광선의 투과성이 우수한 액정 표시 장치의 화소 전극을 이루는 산화아연계의 투명 도전막을 용이하게 성막할 수 있다. 이로써 저소비전력이면서 투명도가 높아 시인성이 우수한 액정 표시 장치의 제조가 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법에 적합한 성막 장치를 도시한 개략 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법에 적합한 성막 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은, 성막 장치의 다른 일례를 도시한 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 제조방법에 의해 형성되는 액정 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 5는, 실시예 1의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 6은, 실시예 2의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 7은, 실시예 3의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 8은, 실시예 4의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 9는, 실시예 5의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 10은, 실시예 6의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 11은, 실시예 7의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법에 적합한 성막 장치를 도시한 단면도이다.
도 3은, 성막 장치의 다른 일례를 도시한 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 제조방법에 의해 형성되는 액정 표시 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 5는, 실시예 1의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 6은, 실시예 2의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 7은, 실시예 3의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 8은, 실시예 4의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 9는, 실시예 5의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 10은, 실시예 6의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
도 11은, 실시예 7의 도입 가스의 효과를 도시한 그래프이다.
이하, 본 발명에 관한 액정 표시 장치의 제조방법의 최량의 형태에 대해서 도면에 기초하여 설명하기로 한다. 본 실시형태는 발명의 취지를 더욱 잘 이해시키기 위해 구체적으로 설명하는 것으로서, 특별히 지정이 없는 한 본 발명을 한정하지 않는다.
우선, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법에 관하여 화소 전극(투명 전극)을 이루는 산화아연계의 투명 도전막을 형성하기에 적합한 스퍼터링 장치(성막 장치)의 일례를 설명하기로 한다.
(스퍼터링 장치(1))
도 1은, 제1 실시형태의 스퍼터링 장치(성막 장치)를 도시한 개략 구성도이다. 도 2는, 동 스퍼터링 장치의 성막실의 주요부를 도시한 단면도이다. 스퍼터링 장치(1)는 인터백식 스퍼터링 장치이다. 이 스퍼터링 장치(1)는, 예를 들면 무알카리 유리 기판(미도시) 등의 기판을 반입/반출하는 삽입/취출실(2)과, 기판상에 산화아연계의 투명 도전막을 성막하는 성막실(진공 용기)(3)을 구비한다.
삽입/취출실(2)에는, 이 실내를 조(粗)진공 처리하는 로터리 펌프 등의 전처리 배기 수단(4)이 마련되어 있다. 또 이 실내에는 기판을 지지·반송하기 위한 기판 트레이(5)가 이동 가능하게 배치되어 있다.
성막실(3)의 한쪽 측면(3a)에는 기판(6)을 가열하는 히터(11)가 세로형으로 마련되어 있다. 성막실(3)의 다른 쪽 측면(3b)에는 산화아연계 재료의 타겟(7)을 지지하고 원하는 스퍼터링 전압을 인가하는 스퍼터링 캐소드 기구(타겟 지지 수단)(12)가 세로형으로 마련되어 있다. 또 이 다른 쪽 측면(3b)에는 이 실내를 고진공 처리하는 터보 분자 펌프 등의 고진공 배기 수단(13)과, 타겟(7)에 스퍼터링 전압을 인가하는 전원(14)과, 이 실내에 가스를 도입하는 가스 도입 수단(15)이 설치되어 있다.
스퍼터링 캐소드 기구(12)는 판형의 금속 플레이트로 이루어진다. 이 스퍼터링 캐소드 기구(12)는 타겟(7)을 땜납재 등으로 본딩(고정)에 의해 고정시킨다.
전원(14)은 직류 전압에 고주파 전압이 중첩된 스퍼터링 전압을 타겟(7)에 인가한다. 이 전원(14)은 직류 전원과 고주파 전원(미도시)을 구비한다.
가스 도입 수단(15)은 Ar 등의 스퍼터링 가스를 도입하는 스퍼터링 가스 도입 수단(15a)과, 수소 가스를 도입하는 수소 가스 도입 수단(15b)과, 산소 가스를 도입하는 산소 가스 도입 수단(15c)과, 수증기를 도입하는 수증기 도입 수단(15d)을 구비한다.
이 가스 도입 수단(15)에서는, 수소 가스 도입 수단(15b)∼수증기 도입 수단(15d)에 대해서는 필요에 따라 선택 사용하면 된다. 예를 들면, 수소 가스 도입 수단(15b)과 산소 가스 도입 수단(15c), 수소 가스 도입 수단(15b)과 수증기 도입 수단(15d)과 같이 2개의 수단에 의해 가스 도입 수단(15)을 구성해도 좋다.
(스퍼터링 장치(2))
도 3은, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법에 사용되는 다른 스퍼터링 장치의 일례, 즉 인터백식의 마그네트론 스퍼터링 장치의 성막실의 주요부를 도시한 단면도이다. 도 3에 도시한 마그네트론 스퍼터링 장치(21)가 도 1,2에 도시한 스퍼터링 장치(1)와 다른 점은 성막실(3)의 다른 쪽 측면(3b)에 산화아연계 재료의 타겟(7)을 지지하고 원하는 자계를 발생하는 스퍼터링 캐소드 기구(타겟 지지 수단)(22)를 세로형으로 마련한 점이다.
스퍼터링 캐소드 기구(22)는, 타겟(7)을 땜납재 등으로 본딩(고정)한 배면 플레이트(23)와, 배면 플레이트(23)의 이면을 따라서 배치된 자기 회로(24)를 구비한다. 이 자기 회로(24)는 타겟(7)의 표면에 수평 자계를 발생시킨다. 이 자기 회로(24)는 여러 개의 자기 회로 유닛(도 3에서는 2개)(24a),(24b)이 브라켓(25)에 의해 연결되어 일체화되어 있다. 자기 회로 유닛(24a),(24b) 각각은 배면 플레이트(23)쪽 표면의 극성이 서로 다른 제1 자석(26) 및 제2 자석(27)과 이들을 장착하는 요크(28)를 구비한다.
이 자기 회로(24)에서는, 배면 플레이트(23)쪽 극성이 다른 제1 자석(26) 및 제2 자석(27)에 의해 자력선(29)으로 표시되는 자계가 발생한다. 이로써 제1 자석(26)과 제2 자석(27)간의 타겟(7)의 표면에서 수직 자계가 0(수평 자계가 최대)이 되는 위치(30)가 발생한다. 이 위치(30)에는 고밀도 플라즈마가 생성된다. 그 결과, 성막 속도가 향상된다.
도 3에 도시한 성막 장치에서는 성막실(3)의 다른 쪽 측면(3b)에 원하는 자계를 발생하는 스퍼터링 캐소드 기구(22)가 세로형으로 마련되어 있다. 따라서 스퍼터링 전압을 340V 이하로 하고 타겟(7) 표면에서의 수평 자계 강도의 최대값을 600가우스 이상으로 함으로써 결정 격자가 정렬된 산화아연계의 투명 도전막을 성막할 수 있다. 이 때 수평 자계 강도의 최대값은 영구자석으로 형성 가능한 범위에서 600가우스 이상으로 한다. 수평 자계 강도가 클수록 비저항이 작은 투명 도전막을 성막할 수 있다. 또 스퍼터링 전압은 수평 자계 강도에도 의하지만, 방전 가능한 범위에서 340V 이하로 한다. 이 조건으로 성막된 산화아연계의 투명 도전막은 성막 후에 고온으로 어닐링 처리를 해도 산화되지 않아 비저항 증가를 억제할 수 있다. 따라서 액정 표시 장치의 화소 전극을 이루는 산화아연계의 투명 도전막을 내열성이 우수한 것으로 할 수 있다.
(액정 표시 장치)
본 실시형태에서 제조하는 액정 표시 장치에 대해서 도 4에 기초하여 설명하기로 한다. 도 4는 투과형 액정 표시 장치의 구성 일례를 도시한 단면도이다. 액정 표시 장치(50)는 액정층(51)을 협지하는 한쌍의 기판(유리 기판)(52),(53)과, 각각의 기판(52),(53)의 일면쪽(액정층쪽)(52a),(53a)에 겹쳐 형성되는 화소 전극(투명 전극)(54,55)을 구비한다. 기판(53)쪽에는 미도시된 박막 트랜지스터(TFT)가 형성되어 전압을 인가하는 화소의 화소 전극(55)이 선택된다.
화소 전극(54,55)과 액정층(51) 사이에는 배향막(56),(57)이 형성되어 있다.
화소 전극(54)과 기판(52) 사이에는 컬러 필터(58)가 형성되어 있다.
기판(52),(53)의 다른면측(52b),(53b)에는 편광판(61),(62)이 형성되어 있다.
액정층(51)에는 이 액정층(51)을 소정의 두께로 유지하는 스페이서(63)가 산재되어 있다.
이와 같은 구성의 액정 표시 장치(50)에서 화소 전극(54,55)은 백라이트의 조명광의 투과율을 높여 액정층(51)의 시인성을 양호하게 하기 위해 높은 투명도가 요구된다. 그와 함께 화소 전극(54,55)은 적은 소비전력으로 액정층(51)에 소정의 전압을 인가시키기 위해 저저항일 것이 요구된다.
이와 같은 높은 투명성과 높은 도전성(저저항성)을 양립시키기 위해 본 실시형태에서의 액정 표시 장치(50)의 화소 전극(투명 전극)(54,55)은, 도 1,2에 도시한 스퍼터링 장치(1)를 사용하여 형성된 산화아연계막(투명 도전막)으로 구성한다.
이러한 화소 전극(투명 전극)(54,55)의 성막시에는 스퍼터링 장치를 사용하여 수소 가스, 산소 가스, 수증기 중에서 선택되는 2종류 또는 3종류를 포함한 분위기중에서 스퍼터링을 수행한다. 그 결과, 산화아연계막 중에서도 특히 비저항이 낮고 또한 가시광 영역에서의 광투과성이 높은 투명 도전막을 얻을 수 있다. 이로써 투명도가 높아 시인성이 우수하고 또한 저저항의 화소 전극(투명 전극)(54,55)을 가진 액정 표시 장치(50)를 실현할 수 있다.
화소 전극(투명 전극)(54,55) 중 어느 한쪽의 화소 전극만 산화아연계막으로 구성하고 다른쪽 화소 전극은 ITO막 등으로 형성해도 좋다. 또 비용 절감을 위해 한쌍의 기판(52),(53)은 알카리 유리를 사용하여 형성하고 이 알카리 유리의 나트륨 배리어층으로서, 화소 전극(투명 전극)(54)과 컬러 필터(58) 사이에 산화 규소계의 박막을 더 마련해도 좋다. 이러한 산화 규소계의 박막은 식각시 식각 스토퍼로서의 기능도 완수할 수 있다.
(액정 표시 장치의 제조방법)
다음으로, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법의 일례로서, 도 1,2에 도시한 스퍼터링 장치(1)를 사용하여 액정 표시 장치의 화소 전극을 이루는 산화아연계의 투명 도전막을 기판상에 성막하는 방법에 대해서 예시한다.
액정 표시 장치의 기판(유리 기판)(6)(52,53)에 Al이 첨가된 ZnO(AZO)막(54,55)을 형성한다.
우선, 타겟(7)을 스퍼터링 캐소드 기구(12)에 땜납재 등으로 본딩하여 고정한다. 타겟재로서는, 산화아연계 재료, 예를 들면 알루미늄(Al)을 0.1∼10질량% 첨가한 알루미늄 첨가 산화아연(AZO), 갈륨(Ga)을 0.1∼10질량% 첨가한 갈륨 첨가 산화아연(GZO) 등을 들 수 있다. 그 중에서도 비저항이 낮은 박막을 성막할 수 있다는 점에서 알루미늄 첨가 산화아연(AZO)이 바람직하다.
계속해서, 예를 들면 유리로 이루어진 액정 표시 장치의 기판(유리 기판)(6)(52,53)을 삽입/취출실(2)의 기판 트레이(5)에 수납한 상태에서 삽입/취출실(2) 및 성막실(3)을 전처리 배기 수단(4)으로 조진공 처리한다. 삽입/취출실(2) 및 성막실(3)이 소정의 진공도, 예를 들면 0.27Pa(2.0×10-3Torr)가 된 후에 기판(6)(52,53)을 삽입/취출실(2)에서 성막실(3)로 반입한다. 그리고 기판(6)(52,53)을 설정이 오프된 상태의 히터(11) 앞에 배치하여 이 기판(6)을 타겟(7)에 대향시키고 이 기판(6)을 히터(11)에 의해 가열한다. 기판(6)(52,53)의 온도는 100℃∼600℃의 온도 범위내로 한다.
계속해서, 성막실(3)을 고진공 배기 수단(13)으로 고진공 처리한다. 성막실(3)이 소정의 고진공도, 예를 들면 2.7×10-4Pa(2.0×10-6Torr)가 된 후에 성막실(3)에 스퍼터링 가스 도입 수단(15a)에 의해 Ar 등의 스퍼터링 가스를 도입한다. 또 수소 가스 도입 수단(15b)∼수증기 도입 수단(15d) 중 2개 또는 3개를 사용하여 수소 가스, 산소 가스, 수증기 중에서 선택되는 2종류 또는 3종류의 가스를 도입한다.
여기에서 수소 가스와 산소 가스를 선택한 경우, 수소 가스의 분압(PH2)와 산소 가스의 분압(PO2)의 비R(PH2/PO2)은
R=PH2/PO2≥5 …(2)
를 충족하는 것이 바람직하다.
이로써 성막실(3)내의 분위기는 수소 가스 농도가 산소 가스 농도의 5배 이상인 반응성 가스 분위기가 된다. R=PH2/PO2≥5를 충족함으로써 비저항1000μΩ·㎝ 이하의 투명 도전막을 얻을 수 있다. 액정 표시 장치의 화소 전극(투명 전극)은 비저항1000μΩ·㎝ 이하인 것이 바람직하다.
계속해서, 전원(14)에 의해 타겟(7)에 스퍼터링 전압, 예를 들면 직류 전압에 고주파 전압을 중첩한 스퍼터링 전압을 인가한다. 스퍼터링 전압 인가에 의해 기판(6)위에 플라즈마가 발생한다. 이 플라즈마에 의해 여기된 Ar 등 스퍼터링 가스의 이온이 타겟(7)에 충돌하여 이 타겟(7)으로부터 알루미늄 첨가 산화아연(AZO), 갈륨 첨가 산화아연(GZO) 등의 산화아연계 재료를 구성하는 원자를 튀어나오게 하여 기판(6)위에 산화아연계 재료로 이루어진 투명 도전막(54,55)을 성막한다.
이 성막 과정에서는 성막실(3)안의 수소 가스 농도가 산소 가스 농도의 5배 이상으로 되어 있다. 따라서 수소 가스와 산소 가스의 비가 조화된 반응성 가스 분위기가 된다. 따라서 이 반응성 가스 분위기하에서 스퍼터링을 수행하면 얻어진 투명 도전막은 산화아연 결정중의 산소 공공의 수가 제어되어 원하는 도전율을 가진 막이 된다. 또한 그 비저항도 저하되어 원하는 비저항 값이 된다. 게다가 얻어진 투명 도전막은 금속 광택이 생길 우려도 없어 가시 광선에 대한 투명성을 유지하게 된다.
계속해서 이 기판(6)을 성막실(3)에서 삽입/취출실(2)로 반송한다. 그리고 이 삽입/취출실(2)의 진공을 깨고 이 산화아연계의 투명 도전막이 형성된 기판(6)을 꺼낸다.
이와 같이 하여 비저항이 낮으면서 가시 광선에 대한 투명성이 양호한 산화아연계의 투명 도전막(54,55)이 형성된 기판(6)(52,53)을 얻을 수 있다. 이러한 산화아연계의 투명 도전막(54,55)이 형성된 기판(6)(52,53)을 액정 표시 장치에 사용함으로써 저저항이면서 가시 광선의 투과도가 높은 화소 전극을 형성할 수 있다. 그 결과 저비용으로 생산 가능한 산화아연계 투명 도전막이라 해도 저소비전력이면서 투명도가 높아 시인성이 우수한 액정 표시 장치의 제조가 가능해진다.
투명 도전막으로서 산화아연계의 재료를 사용하는 것은 액정층을 끼운 한쌍의 기판(52,53)에 각각 형성되는 화소 전극(54,55) 중 어느 한쪽의 화소 전극만으로 하고 다른 쪽 화소 전극은 ITO막 등으로 형성해도 좋다.
<실시예>
이하, 본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법에 관하여 화소 전극을 이루는 산화아연계 투명 도전막의 성막 등의 실험 결과를 나열하여 기재한다.
(실시예 1)
도 5는, 무가열 성막에서의 H2O가스(수증기)의 효과를 도시한 그래프이다. 도 5 중, A는 반응성 가스를 도입하지 않는 경우의 산화아연계 투명 도전막의 투과율을 나타낸다. 도 5 중, B는 H2O가스의 분압이 5×10-5Torr가 되도록 H2O가스만을 도입한 경우의 산화아연계 투명 도전막의 투과율을 나타낸다. 도 5 중, C는 O2가스의 분압이 1×10-5Torr가 되도록 O2가스만을 도입한 경우의 산화아연계 투명 도전막의 투과율을 나타낸다. 캐소드로서는 직류(DC)전압을 인가하는 평행 평판형의 캐소드를 사용하였다.
반응성 가스를 도입하지 않는 경우, 투명 도전막의 막두께는 207.9㎚, 비저항은 1576μΩ㎝였다.
H2O가스만을 도입한 경우 투명 도전막의 막두께는 204.0㎚, 비저항은 64464μΩ㎝였다.
O2가스만을 도입한 경우 투명 도전막의 막두께는 208.5㎚, 비저항은 2406μΩ㎝였다.
도 5에 도시한 실험 결과에 의하면 H2O가스를 도입함으로써 투과율의 피크 파장을 막두께를 바꾸지 않고 변경할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또 반응성 가스를 도입하지 않는 A에 비해 H2O가스를 도입함으로써 전체적으로 투과율도 상승하였다.
또 H2O가스를 도입한 경우 비저항이 높아 저항 악화가 커진다. 그러나 투과율이 높고 전극 면적이 크기 때문에 저저항성과 고투과율을 양립시킬 필요가 있는 액정 표시 장치의 화소 전극으로서 적합하다는 것을 알 수 있었다.
나아가 H2O가스의 무도입과 도입 또는 도입량을 변화시킨 성막 조건을 반복하여 수행함으로써 굴절율이 변화된 적층 구조물을 1장의 타겟으로 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 2)
도 6은, 기판 온도를 250℃로 한 가열 성막에서의 H2O가스(수증기)의 효과를 도시한 그래프이다. 도 6 중, A는 반응성 가스를 도입하지 않는 경우의 산화아연계 투명 도전막의 투과율을 나타낸다. 도 6 중, B는 H2O가스의 분압이 5×10-5Torr가 되도록 H2O가스만을 도입한 경우의 산화아연계 투명 도전막의 투과율을 나타낸다. 도 6 중, C는 O2가스의 분압이 1×10-5Torr가 되도록 O2가스만을 도입한 경우의 산화아연계 투명 도전막의 투과율을 나타낸다. 캐소드로서는 직류(DC) 전압을 인가하는 평행 평판형 캐소드를 사용하였다.
반응성 가스를 도입하지 않는 경우 투명 도전막의 막두께는 201.6㎚, 비저항은 766μΩ㎝였다.
H2O가스만을 도입한 경우 투명 도전막의 막두께는 183.0㎚, 비저항은 6625μΩ㎝였다.
O2가스만을 도입한 경우 투명 도전막의 막두께는 197.3㎚, 비저항은 2214μΩ㎝였다.
도 6에 도시한 실험 결과에 의하면, H2O가스만을 도입한 경우 막두께가 약간 얇아졌는데, 막두께의 간섭에 의한 피크 파장의 쉬프트 이상으로 피크 파장이 쉬프트되었다. 이로부터 기판 온도를 250℃로 가열한 경우에도 무가열과 동일한 효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 3)
도 7은, 기판 온도를 250℃로 한 가열 성막에서 H2가스와 O2가스를 동시에 도입한 경우의 효과를 도시한 그래프이다. 도 7 중, A는 H2가스의 분압이 15×10-5Torr, O2가스의 분압이 1×10-5Torr가 되도록 양자의 가스를 동시에 도입한 경우의 산화아연계 투명 도전막의 투과율을 나타낸다. 도 7 중, B는 O2가스의 분압이 1×10-5Torr가 되도록 O2가스만을 도입한 경우의 산화아연계 투명 도전막의 투과율을 나타낸다. 캐소드로서는, 직류(DC)전압과 고주파(RF)전압을 중첩 가능한 평행 평판형의 캐소드를 사용하였다.
H2가스와 O2가스를 동시에 도입한 경우 투명 도전막의 막두께는 211.1㎚였다.
O2가스만을 도입한 경우 투명 도전막의 막두께는 208.9㎚였다.
도 7에 도시한 실험 결과에 의하면 H2가스와 O2가스를 동시에 도입한 경우 O2가스만을 도입한 경우에 비해 막두께의 간섭에 의한 피크 파장의 쉬프트 이상으로 피크 파장이 쉬프트된다는 것을 알 수 있었다. 또 투과율도 향상된다는 것을 알 수 있었다.
(실시예 4)
도 8은, 기판 온도를 250℃로 한 가열 성막에서 H2가스와 O2가스를 동시에 도입한 경우의 효과를 도시한 그래프이다. O2가스의 분압을 1×10-5Torr(유량 환산 분압)로 고정하여 H2가스의 분압이 0∼15×10-5Torr(유량 환산 분압) 사이가 되도록 변화시킨 경우의 산화아연계 투명 도전막의 비저항을 도시하였다. 캐소드로서는 직류(DC)전압과 고주파(RF)전압을 중첩할 수 있는 평행 평판형 캐소드를 사용하였다. 투명 도전막의 막두께는 대략 200㎚였다.
도 8에 도시한 실험 결과에 의하면, H2가스의 압력이 0torr에서 2.0Torr까지는 비저항이 급격하게 저하되었다. 한편 H2가스의 압력이 2.0Torr를 초과하면 비저항이 안정된다는 것을 알 수 있었다. 동일 조건으로 반응성 가스를 도입하지 않는 경우의 투명 도전막의 비저항은 422μΩ㎝이다. 이로써 H2가스와 O2가스를 동시에 도입한 경우에도 비저항의 열화가 작다는 것을 알 수 있었다.
특히 액정 표시 장치의 화소 전극으로서는, 액정층의 시인성을 높이기 위해 가시광 영역에서의 투과율이 높을 뿐만 아니라 전극으로서 저저항일 것이 요구된다. 일반적인 화소 전극은 1000μΩ·㎝ 이하가 요구된다. 도 8에서 비저항이 1000μΩ·㎝ 이하가 되는 것은 H2가스의 압력이 5.0×10-5Torr 이상인 경우이다. O2가스의 압력은 1×10-5Torr이므로 비저항을 1000μΩ·㎝ 이하로 하기 위해 R=PH2/PO2≥5로 하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.
(실시예 5)
도 9는, 무가열 성막에서의 H2가스의 효과를 도시한 그래프이다. 도 9 중, A는 H2가스의 분압이 3×10-5Torr가 되도록 H2가스만을 도입한 경우의 산화아연계 투명 도전막의 투과율을 나타낸다. 도 9 중, B는 O2가스의 분압이 1.125×10-5Torr 이하가 되도록 O2가스만을 도입한 경우의 산화아연계 투명 도전막의 투과율을 나타낸다. 캐소드로서는, 직류(DC)전압을 인가하는 대향형 캐소드를 사용하였다.
H2가스만을 도입한 경우 투명 도전막의 막두께는 191.5㎚, 비저항은 913μΩ㎝였다.
O2가스만을 도입한 경우 투명 도전막의 막두께는 206.4㎚, 비저항은 3608μΩ㎝였다.
도 9에 도시한 실험 결과에 의하면 H2가스만을 도입함으로써 투과율의 피크 파장을 막두께를 바꾸지 않고 변경할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또 투과율도 O2가스만을 도입한 경우에 비해 높다는 것을 알 수 있었다. 이상에 의해 H2가스만을 도입한 프로세스는 H2가스의 도입량을 최적화함으로써 고투과율이면서 낮은 비저항의 산화아연계 투명 도전막을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있었다.
상기 실험 결과로부터, 특히 투과율의 피크의 파장을 변경하고 싶은 경우에는 수증기를 도입함으로써 피크의 쉬프트량을 크게 변경할 수 있다. 수소 또는 산소를 도입함으로써 쉬프트량의 조정도 가능하다.
또 특히 투과율과 저저항을 높은 레벨로 양립시키고자 할 경우에는 산소와 수소를 도입하는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 제조방법에 의하면 스퍼터링 가스의 종류나 압력을 적절히 설정함으로써 투과율과 저저항을 높은 레벨로 실현함과 동시에 투과율의 피크 파장이나 피크의 쉬프트량 조절이 가능해진다.
<투과율의 비교>
(실시예 6)
도 10은 ITO를 성막한 기판과, 실시예 1과 동일한 조건으로 AZO(알루미늄 첨가 산화아연)를 성막한 실시예 6의 기판을 사용하여 파장400∼700㎚ 범위의 광의 투과율을 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 도 10 중, A는 AZO를 50.5㎚의 두께로 성막한 실시예 6의 기판의 투과율을 나타낸다. 도 10 중, B는 ITO를 56.0㎚의 두께로 성막한 기판의 투과율을 나타낸다.
도 10에 도시한 실험 결과에 의하면 파장400∼700㎚의 범위에서 종래의 ITO를 성막한 기판과, 본 발명의 제조방법으로 AZO를 성막한 기판에서 그 투과율은 거의 변하지 않는다는 것이 확인되었다.
(실시예 7)
도 11은 ITO를 성막한 기판과, 실시예 1과 동일한 조건으로 AZO(알루미늄 첨가 산화아연)를 성막한 실시예 7의 기판을 사용하여 파장400∼700㎚ 범위의 광의 투과율을 측정한 결과를 도시한 그래프이다. 도 11 중, A는 AZO를 183.0㎚의 두께로 성막한 실시예 7의 기판의 투과율을 나타낸다. 도 11 중, B는 ITO를 173.0㎚의 두께로 성막한 기판의 투과율을 나타낸다.
도 11에 도시한 실험 결과에 의하면 파장400∼500㎚의 범위에서는 종래의 ITO를 성막한 기판과, 본 발명의 AZO를 성막한 기판에서 그 투과율은 거의 변하지 않는다는 것이 확인되었다. 한편, 파장500∼700㎚의 범위에서는 본 발명의 제조방법으로 AZO를 성막한 기판이 종래의 ITO를 성막한 기판보다도 투과율이 우수하다는 것을 알 수 있었다.
표 1에 ITO(비교예: 산화주석 첨가), 실시예 1과 동일한 조건으로 성막을 한 AZO(본 발명예: 산화알루미늄 첨가), ATO(비교예: 산화안티몬 첨가) 각각의 투명 도전막에 대해서 저항값의 평균 및 식각 특성과 광의 투과율과 재료 비용을 3단계(◎:우, ○:양, △:가)로 종합적으로 평가한 결과를 나타낸다.
저항(μΩ/㎝) | 식각 특성 | 투과율(%) | 재료 비용 | |
ITO(In2O3·SnO2) | 2×102 | ◎ | ○ | △ |
AZO(ZnO·Al2O2) | 1×103 | ○ | ◎ | ◎ |
ATO(SnO2·Sn2O3) | 3×103 | △ | ○ | ○ |
표 1에 나타내는 결과에 의하면, 본 발명의 제조방법예에서 성막된 AZO는 저항값의 평균, 식각 특성, 광의 투과율 및 재료 비용 모두 비교예인 ITO,ATO보다도 우위성이 있는 것으로 확인되었다. 특히 재료 비용은 산화아연을 사용함으로써 투명 도전막으로서 종래 일반적이었던 ITO보다도 대폭 비용을 절감할 수 있다. 액정 표시 장치의 화소 전극으로서 중요한 광의 투과율과 저저항성도 높은 레벨로 양립할 수 있다는 것을 알 수 있어 본 발명의 유용성이 확인되었다.
<산업상 이용 가능성>
본 발명의 액정 표시 장치의 제조방법은, 액정 표시 장치의 화소 전극을 이루는 산화아연계의 투명 도전막을 스퍼터링법에 의해 성막할 때 수소 가스, 산소 가스, 수증기 중에서 선택되는 2종류 또는 3종류를 포함한 분위기중에서 스퍼터링을 수행한다. 따라서 산화아연계의 투명 도전막을 성막할 때의 분위기를 수소 가스, 산소 가스, 수증기 중에서 선택되는 2종류 또는 3종류를 포함한 분위기, 즉 환원성 가스와 산화성 가스의 비가 조화된 분위기로 할 수 있다. 따라서 이 분위기하에서 스퍼터링을 하면 얻어진 투명 도전막은 산화아연 결정중의 산소 공공의 수가 제어되어 원하는 도전율을 가진 막이 된다. 따라서 그 표면 저항도 저하되어 원하는 표면 저항의 값이 된다.
50 액정 표시 장치
51 액정층
52,53 기판(유리 기판)
54,55 화소 전극(투명 전극)
51 액정층
52,53 기판(유리 기판)
54,55 화소 전극(투명 전극)
Claims (7)
- 액정층을 협지하는 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판의 액정층 쪽에 겹쳐 형성되는 화소 전극을 적어도 구비하고, 상기 한쌍의 기판 중 적어도 어느 한쪽의 상기 기판의 화소 전극이 산화아연을 기본 구성 재료로 하는 투명 도전막으로 이루어진 액정 표시 장치의 제조방법으로서,
산화아연계 재료로 이루어진 타겟을 사용하여 스퍼터링법에 의해 상기 기판상에 산화아연계의 투명 도전막을 성막함으로써 상기 화소 전극을 형성하는 공정을 구비하고,
상기 화소 전극의 형성 공정에서는 수소 가스, 산소 가스, 수증기 중에서 선택되는 2종류 또는 3종류를 포함한 분위기중에서 스퍼터링을 수행하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 수소 가스의 분압(PH2)과 상기 산소 가스의 분압(PO2)의 비R(PH2/PO2)는,
R=PH2/PO2≥5 …(1)
를 충족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 스퍼터링 전압은 340V 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 스퍼터링 전압은 직류 전압에 고주파 전압을 중첩한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 타겟 표면에서의 수평 자계의 강도의 최대값은 600가우스 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 액정 표시 장치는 상기 액정층과 상기 기판 사이에 컬러 필터를 더 구비하고, 상기 화소 전극은 상기 컬러 필터와 상기 액정층 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 산화아연계 재료는 알루미늄 첨가 산화아연 또는 갈륨 첨가 산화아연인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
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