JP2006286308A

JP2006286308A - 透明導電膜積層体およびその製造方法

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Publication number: JP2006286308A
Application number: JP2005102657A
Authority: JP
Inventors: Junko Anami; 潤子阿波
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP4882262B2

Abstract

【課題】
基材のカールおよび変形防止、透明導電膜の剥離防止および低抵抗化を可能にした透明導電膜積層体およびその製造方法を提供すること。
【解決手段】
基材の少なくとも片面に透明導電膜が形成されており、透明導電膜は少なくとも１層以上の積層構成であり、透明導電膜は１層ごとに紫外線照射によるアニール処理がなされており、透明導電膜は、膜内部のどの部分においてもアモルファスの混在しない結晶に起因するＸ線回折ピークが観察される透明導電膜積層体とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＣＤやＥＬ等の表示素子の電極基板として幅広い用途が期待される透明導電膜積層体に関するものである。

近年透明導電膜は、光学表示素子、太陽電池、光デバイス等、様々な分野で用いられており、その需要量は年々増加傾向にある。また、要求性能も年々高くなっており、現状性能よりもさらなる高透過率・低抵抗が要求されている。低抵抗化を目指し透明導電膜を結晶化させる目的で高温成膜を行うと、一般的に透明導電膜の内部応力が大きくなることから密着力の低下を引き起こし、膜が剥離する現象が観察されることがある。特に、基材としてフィルムを用いた積層体を作製する場合にはカールの発生が見られ、また、フィルム基材の耐熱性を越える熱を加えた場合にフィルム基材の変形等の問題が生じる。透明導電膜を非晶質状態で成膜し、後工程において熱アニール処理により結晶化することで低抵抗化する手段も取られている（特開２０００−２８２２２５号公報、特開２００３−１６８５８号公報等）。ところが、基材としてフィルムを選択し、そのフィルム基材の耐熱温度が透明導電膜の結晶化温度以下の場合、透明導電膜内を均一かつ十分に結晶化することが難しいことから、透明導電膜を十分に低抵抗化することができない。また、レーザー光によるアニール処理に関しても報告されているが、フィルム基材を用いた場合にレーザー光が発する熱により基材が劣化してしまうために、透明導電膜の結晶化に十分な照射を行うことができない。そこで、紫外線照射、特にエキシマランプを用いた透明導電膜の低抵抗化手法（特開２００３−１６８５７号公報）を用いれば、フィルム基材にかかる熱負荷をできる限り抑えて透明導電膜全体を均一かつ効率的に結晶化させることができる。ところが、透明導電膜の厚みが増すにつれ、透明導電膜全体が結晶化した際に大きな内部応力が生じ、膜剥離の原因となってしまう。膜剥離が生じなかったとしても、フィルム基材を用いた場合にはカールの発生を無視できない。
特開２０００−２８２２２５号公報特開２００３−１６８５８号公報特開２００３−１６８５７号公報

本発明の課題は、基材のカールおよび変形防止、透明導電性膜の剥離防止および低抵抗化を可能にした透明導電膜積層体およびその製造方法を提供することにある。

本発明は、基材の少なくとも片面に透明導電膜が形成されており、該透明導電膜は少なくとも２層以上の積層構成であり、該透明導電膜は１層ごとに紫外線照射アニールによる結晶化処理がなされており、該透明導電膜は膜内部のどの部分においてもアモルファスの混在しない結晶に起因するＸ線回折ピークが観察されることを特徴とする透明導電膜積層体である。

ここで、前記透明導電膜の内部応力は６００ＭＰａ以下である。

また、前記透明導電膜の比抵抗値が４．０×１０Ｅ−４Ω・ｃｍ以下である。

また、前記透明導電膜積層体は、全光線透過率が８０％以上の透明導電膜積層体である。

このような構成とすることで、透明導電膜積層体の基材のカールおよび変形防止、透明導電膜の剥離防止および低抵抗化ができる。

本発明の透明導電膜積層体およびその製造方法により、基材のカールおよび変形防止、それに伴う透明導電膜のクラック発生の防止、透明導電膜の基材からの剥離防止および低抵抗化を可能にした透明導電膜積層体を製造することが可能となる。

また、本発明における真空成膜装置は、成膜室と紫外線照射アニール室を同一装置内に備えたインライン式の成膜・アニール装置である。通常、透明導電膜のキャリア密度の減少を抑える目的で真空中あるいは還元ガス中で紫外線によるアニール処理を行うが、紫外線照射によるアニール工程を成膜装置内で行うようにすれば真空排気系を共有することができる。また、１回の真空排気により透明導電膜の成膜及び紫外線によるアニール処理を行うことができ、装置の簡略化によるインフラコストの低下、及び生産効率の向上が可能となる。

また、本発明は、目標の膜厚にする過程において成膜とアニール処理を繰り返して透明導電膜を多層化することで、耐熱性に劣る基材上においても透明導電膜の均一な結晶化が容易となる。さらに、透明導電膜を多層化することで、透明導電膜の内部応力を低減することができる。

本発明について、その実施形態の一例を図１および図２に基づいて説明するが、これに限定されるものではない。

まず、基材１を装着した搬送トレイ１１を、搬送トレイへの基材装着室５へセットし、真空引きを行う。次に、搬送トレイ１１で成膜室６まで基材１を搬送し、成膜源９を設置した成膜室６において、基材１に透明導電膜２を成膜する（図１（ａ）および図２）。

基材１としてフィルムを用いる場合、どの様な用途に用いるかによって使い分けられるが、一般的にポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）等を用いることができる。

透明導電膜２の材料としては、インジウム、亜鉛、錫のいずれかの酸化物を用いる事ができる。

透明導電膜２の成膜方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法を用いることができるが、これに限るものではない。

次に、搬送トレイ１１を紫外線照射装置１０が設置されたアニール室７に移動し、透明導電膜２に紫外線を照射して透明導電膜結晶化層２０を形成する（図１（ｂ）および図２）。

紫外線照射法としては、エキシマランプを用いた照射が好ましいが、これに限るものではない。紫外線を照射する際、熱アニールを併用することでより短時間での結晶化が可能となる。

分割成膜する場合は、上記の透明導電膜成膜工程および透明導電膜結晶化工程を必要回数繰り返す（図１（ａ）から（ｆ））。

また、透明導電膜積層体の全光線透過率と導電率のバランスを考慮すると、透明導電膜の全光線透過率は８０％以上、透明導電膜の総膜厚は５０〜２００ｎｍ程度が好ましい。

また、透明導電膜を分割成膜する際には、内部応力を低減するために１層の膜厚を少なくとも１００ｎｍ以下にすることが好ましい。このとき、分割した層の膜厚は均等である必要はない。

まず、基材１として厚さ２００μｍ、大きさ１００ｍｍ角の透明なポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）を、搬送トレイへの基材装着室５において搬送トレイ１１に装着して真空排気を行った。

次に、基材１を装着した搬送トレイ１１を成膜室６まで搬送した。

次に、成膜源９を設置した成膜室６で、基材１上に、イオンプレーティング法で透明導電膜２としてＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜を４０ｎｍ成膜した。（図１（ａ）および図２）。

次に、搬送トレイ１１を紫外線照射装置１０が設置されたアニール室７に移動し、透明導電膜２に、ＡｒＦエキシマランプを用い、１０ｍＷ／ｃｍ^２の条件で、５分間紫外線を照射して透明導電膜結晶化層２０を形成した（図１（ｂ）および図２）。この時、基材１の温度が１４０℃となるような熱アニールを併用した。

次に、搬送トレイ１１を成膜室６に戻し、透明導電膜結晶化層２０の上に、イオンプレーティング法で透明導電膜３としてＩＴＯ膜を４０ｎｍ積層した。（図１（ｃ）および図２）。

次に、搬送トレイ１１を紫外線照射装置１０が設置されたアニール室７に移動し、透明導電膜３に、ＡｒＦエキシマランプを用い、１０ｍＷ／ｃｍ^２の条件で、５分間紫外線を照射して、透明導電膜結晶化層３０を形成した（図１（ｄ）および図２）。この時、基材１の温度が１４０℃となるような熱アニールを併用した。

次に、搬送トレイ１１を成膜室６に戻し、透明導電膜結晶化層３０の上に、イオンプレーティング法で透明導電膜４としてＩＴＯ膜を４０ｎｍ積層した。（図１（ｅ）および図２）。

次に、搬送トレイ１１を紫外線照射装置１０が設置されたアニール室７に移動し、透明導電膜４に、ＡｒＦエキシマランプを用い、１０ｍＷ／ｃｍ^２の条件で、５分間紫外線を照射して、透明導電膜結晶化層４０を形成した（図１（ｄ）および図２）。この時、基材１の温度が１４０℃となるような熱アニールを併用した。

得られた透明導電膜のＸＲＤパターンを測定したところ、膜内部のどの部分においてもアモルファスは混在せず、透明導電膜の結晶に起因するシャープなＸ線回折ピークが観察された。

また、この透明導電膜の内部応力を測定したところ、５０１ＭＰａであった。

また、この透明導電膜の比抵抗値を測定したところ、２．４×１０Ｅ−４Ω・ｃｍであった。

また、この透明導電膜積層体の全光線透過率は８８％であった。
＜比較例１＞

まず、基材として厚さ２００μｍ、大きさ１００ｍｍ角の透明なポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）を、イオンプレーティング成膜装置に装着し、真空排気を行った。

次に、基材上に、イオンプレーティング法で透明導電膜としてＩＴＯ膜を１２０ｎｍ成膜した。

次に、透明導電膜に、ＡｒＦエキシマランプを用い、１０ｍＷ／ｃｍ^２の条件で、１５分間紫外線を照射して、透明導電膜結晶化層を形成した。この時、基材１の温度が１４０℃となるような熱アニールを併用した。

得られた透明導電膜のＸＲＤパターンを測定したところ、膜表面は結晶化しているが、膜の内部ほどITO結晶に起因する回折ピーク強度は減少し、アモルファスに起因するＸ線回折ピークが観察された。

また、この透明導電膜の内部応力を測定したところ、８４８ＭＰａであった。

また、この透明導電膜の比抵抗値を測定したところ、２．８×１０Ｅ−４Ω・ｃｍであった。

また、この透明導電膜積層体の全光線透過率は８９％であった。
＜比較例２＞

まず、基材として厚さ２００μｍ、大きさ１００ｍｍ角の透明なポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）を、イオンプレーティング成膜装置にセットし、真空排気を行った。

次に、基材上に、イオンプレーティング法で透明導電膜としてＩＴＯ膜を４０ｎｍ成膜した。

次に、透明導電膜に、１８０℃・６０分の条件で、熱アニール処理をして、透明導電膜結晶化層を形成した。

次に、透明導電膜結晶化層上に、イオンプレーティング法で透明導電膜としてＩＴＯ膜を４０ｎｍ積層した。

次に、この透明導電膜に、１８０℃・６０分の条件で、熱アニール処理をして、透明導電膜結晶化層を形成した。

得られた透明導電膜のＸＲＤパターンを測定したところ、膜表面は結晶化しているが、膜の内部ほどＩＴＯ結晶に起因する回折ピーク強度は減少し、アモルファスに起因するＸ線回折ピークが観察された。

また、この透明導電膜の内部応力を測定したところ、６８７ＭＰａであった。

また、この透明導電膜の比抵抗値を測定したところ、３．９×１０Ｅ−４Ω・ｃｍであった。

また、この透明導電膜積層体の全光線透過率は８８％であった。

本発明は、主に表示素子用途として適用することができる。例えばＬＣＤやＥＬ等の表示素子の電極基板用途として、多様な用途に利用可能である。

本発明の透明導電膜積層体を説明する断面図である。本発明のインライン真空成膜紫外線照射アニール装置を説明する概略図である。

符号の説明

１…基材
２、３、４…透明導電膜（単層）
３…透明導電膜
５…搬送トレイへの基材装着室
６…成膜室
７…アニール室
８…搬送トレイからの基材脱着室
９…成膜源
１０…紫外線照射装置
１１…搬送トレイ
２０、３０、４０…透明導電膜結晶化層

Claims

基材の少なくとも片面に透明導電膜が形成されており、該透明導電膜は少なくとも２層以上の積層構成であり、該透明導電膜は１層ごとに紫外線照射アニールによる結晶化処理がなされており、該透明導電膜はアモルファスの混在しない結晶に起因するＸ線回折ピークが観察されることを特徴とする透明導電膜積層体。
前記基材が、フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の透明導電膜積層体。
前記透明導電膜が、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛のうちの少なくとも１つを含む透明導電膜であることを特徴とする請求項１乃至請求項２の何れかに記載の透明導電膜積層体。
前記透明導電膜の内部応力が６００ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の透明導電膜積層体。
前記透明導電膜の比抵抗値が４．０×１０Ｅ−４Ω・ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の透明導電膜積層体。
前記積層体が、全光線透過率が８０％以上の積層体であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れかに記載の透明導電膜積層体。
前記透明導電膜は、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、イオンプレーティング法等により形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載の透明導電膜積層体の製造方法。
前記透明導電膜の成膜を行う工程と、該透明導電膜の紫外線照射アニールによる結晶化処理を行う工程を、同一装置内で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の透明導電膜積層体の製造方法。