JPH06160876A

JPH06160876A - 透明電極板及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06160876A
Application number: JP4313239A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Fukuyoshi; 建蔵福吉
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1992-11-24
Filing date: 1992-11-24
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】高品質で広い画面ののディスプレイに使用され
る透明電極板として充分に高い導電性を有する透明電極
板とその製造方法を提供すること。【構成】カラーフィルター層２Ｒ、２Ｇ、２Ｂを備える
透明基板１に対し、スパッタリング法により、酸化ジル
コニウムをドーパントとして添加した酸化インジウムの
薄膜３を形成する。酸化ジルコニウムの添加量を増大す
るにつれてキャリャ密度が増加する一方キャリャの移動
度は略一定に維持され、高い導電率の透明電極板が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は透明電極板とその製造方
法に係り、特に高い導電性を有し、低い基板温度条件下
においても形成可能な透明電極板とその製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】透明で高い導電性を有する透明電極板は
液晶を用いた各種ディスプレイや表示入力装置に広く利
用されている。

【０００３】例えば、液晶を用いたディスプレイの透明
電極ａは、図２に示すようにガラス基板ａと、このガラ
ス基板ａ上の画素部位に設けられた画素毎にその透過光
を赤、緑、青にそれぞれ着色する色フィルター層ｂと、
上記ガラス基板ａ上の画素間部位に設けられこの部位か
らの光透過を防止する遮光膜ｃと、上記色フィルター層
ｂの全面に設けられた保護層ｄと、この保護層ｄ上に成
膜された透明電極ｅと、この透明電極ｅ上に成膜された
配向膜ｆとでその主要部が構成され、かつ、上記透明電
極ｅについてはスパッタリングにより成膜され、所定の
パターンにエッチングされた後、加熱処理して形成され
た上記透明導電膜により構成されている。

【０００４】この透明導電膜としては、その高い導電率
に着目して、酸化インジウムの中にドーパントとして酸
化錫を添加したもの（ＩＴＯ薄膜）が広く用いられてお
り、体積抵抗率はおよそ２．４×１０^-4Ω・cmであっ
た。

【０００５】尚、上記ＩＴＯ薄膜の外、透明導電膜ｅと
しては、酸化錫又は酸化錫に酸化アンチモンを添加した
ネサと呼ばれる薄膜、あるいは酸化亜鉛に酸化アルミニ
ウムを添加した薄膜等が知られているが、これらはいず
れも上記ＩＴＯ薄膜と比較しても導電性が劣り、また
酸、アルカリ、湿度等に対する耐性が不充分であるた
め、上記ＩＴＯ薄膜が一般に普及している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、上述
のようなディスプレイや表示入力装置においては画素密
度を増大させて緻密な画面を表示することが求められ、
これに伴って上記透明電極パターンの緻密化が要求され
ており、例えば１００μｍ程度のピッチで上記透明電極
の端子部を構成することが要求されている。

【０００７】また、その一方で表示画面の大型化が求め
られており、このような大画面について上述のような緻
密パターンの透明電極を形成ししかも液晶に充分な駆動
電圧を印加することができるようにするためには、上記
透明電極として高い導電性を有する透明電極を用いる必
要があった。

【０００８】そして、要求される導電性は一般に面積抵
抗率（Ω／□）で表され（面積抵抗率は面積導電率の逆
数である）、例えばその値として５Ω／□以下という低
い面積抵抗率が要求されている。尚、この面積抵抗率は
上述の体積抵抗率を透明導電膜の厚みで割った商で表さ
れる。そして、上記ＩＴＯの体積抵抗率がおよそ２．４
×１０^-4Ω・cmであることから、５Ω／□程度の面積抵
抗率を有する透明導電膜を得るためにはその膜厚が３０
０ｎｍ以上のＩＴＯを成膜する必要がある。しかるにＳ
ＴＮ（スーパー・ツイステッド・ディスプレイ）液晶を
使用する液晶ディスプレイにおいては図２に示したよう
に透明電極ｅ上に液晶を配向させる配向膜ｆを設ける必
要があり、上記ＩＴＯの膜厚さが３００ｎｍと大きい場
合、このＩＴＯをパターニングして透明電極ｅを形成し
た際、ＩＴＯ薄膜が存在する部位と存在しない部位で３
００ｎｍの段差が生じこれに伴い配向膜ｆ表面に３００
ｎｍ程度の凹凸が形成されてしまうため、ドメインと呼
ばれる液晶の配向不良が生じ易くなる欠点があった。

【０００９】本発明はこのような技術的背景に基づいて
なされたもので、すなわち、上記高品質で広い画面のデ
ィスプレイに使用される透明電極板として充分に高い導
電性を有する透明電極板とその製造方法を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】ここで、上記透明導電膜
の面積導電率は体積導電率と膜厚の積で表現され、この
体積導電率σ( Ω^-1・cm^-1）は、膜に含まれるキャリ
ャ（電子又は正孔）の持つ電荷ｅ（クーロン）と、この
キャリャの移動度μ（cm²/V・S ）、及びキャリャの密
度ｎ（cm^-3）の積で表現される。 σ( Ω^-1・cm^-1）＝ｅ・μ・ｎ（１）

【００１１】従って、ＩＴＯ薄膜の体積導電率を向上さ
せ、その面積抵抗率を低下させるためには移動度μ又は
キャリャの密度ｎのいずれか一方又はその双方を増大さ
せればよい訳である。このＩＴＯにおいては、上述のよ
うに酸化錫が酸化インジウムのドーパントであり、キャ
リャである正孔の形成に関与していることから、上記酸
化錫の量を増加させれば上記キャリャの密度ｎが増大
し、従って体積導電率と面積導電率が増大し、面積抵抗
率が減少すると予想される。しかしながら、下記表１に
示すように、酸化錫の混合量が５重量％を越えるとＩＴ
Ｏ薄膜の面積抵抗率は略一定値になり、これ以上酸化錫
を増加させても面積抵抗率の低下はみられない。この理
由は不明であるが、Ｉｎ（インジウム）のイオン半径が
約０．９２オングストロームであるのに対しＳｎ（錫）
のイオン半径は０．７４オングストロームであり、両者
の相違が大きいことから、酸化錫の増加に伴って酸化イ
ンジウム結晶の歪みが大きくなり上記結晶の欠陥が増加
して、上記移動度μが低下していることが想像できる。

【００１２】

【表１】

【００１３】これに対し、本発明者等は、Ｚｒ（ジルコ
ニウム）のイオン半径が０．８７オングストロームであ
って上記Ｉｎのイオン半径に近く、しかもＳｎと同じ４
価を有することから、このＺｒをＳｎの代わりにドーパ
ントとして使用することにより、上記移動度μの低下を
生じさせることなくキャリャ密度を増大させることが可
能となり、従って面積抵抗率を低下させて高い導電性を
有する透明導電膜が形成できることを見出した。

【００１４】請求項１及び２に係る発明はこのような知
見に基づいてなされたものであって、すなわち、請求項
１に係る発明は、透明基板上に、酸化ジルコニウムをド
ーパントとして添加した酸化インジウムから構成される
透明導電膜を備えることを特徴とし、他方、請求項２に
係る発明は、請求項１記載の透明電極板において、上記
透明導電膜が３００ｎｍ以下の厚さを有することを特徴
とする。

【００１５】このような技術的手段において、上記酸化
ジルコニウムは酸化インジウム結晶中にドーパントとし
て存在するものであって、この酸化ジルコニウムのＺｒ
イオンに基づいて正孔から構成されるキャリャが生成
し、導電性が向上する。また、上述のようにＺｒイオン
とＩｎイオンのイオン半径が近いことから、この酸化ジ
ルコニウムのドーピングにも係わらず上記酸化インジウ
ム結晶の歪みが小さく、大量の酸化ジルコニウムを添加
した場合であってもキャリャの移動度μの低下が生じな
い。従って、この酸化ジルコニウム添加量の増大に伴っ
てキャリャ密度が増大して透明導電膜の導電性が向上
し、３００ｎｍ以下の薄い皮膜であっても高い面積導電
率と低い面積抵抗率を達成することが可能となる。そし
て、このような薄膜であってしかも低い面積抵抗率を達
成することができるため、上記液晶ディスプレイ等の電
極板として利用して、配向不良を生じることなくしかも
液晶に充分な駆動電圧を印加でき、緻密で広い画面を良
好に表示することが可能になる。

【００１６】上記酸化ジルコニウムは例えば１０重量％
等の高添加量であってよく、酸化ジルコニウム添加量の
増大に伴って導電性が向上するため、従来のＩＴＯ薄膜
に比較して飛躍的に導電率の向上（従って面積抵抗率の
低下）を図ることができる。かかる透明導電膜は不純物
を含有しないことが望ましいが、透明導電膜のパターニ
ングの際のエッチング特性を改善したり、透明性、反射
性、薬品等に対する耐性等の諸物性を改善するため、微
量の酸化錫、酸化アンチモン、酸化チタン等の不純物を
含有するものであってもよい。

【００１７】本発明に係る透明基板としては、例えば、
ガラス板、透明な有機プラスチックフィルムやシートが
適用でき、また、上記透明電極板をカラーの液晶ディス
プレイ等に適用する場合には画素毎に透過光を着色する
カラーフィルター層を備えるものが使用できる。

【００１８】請求項３に係る発明はこのような技術的背
景に基づいてなされたもので、請求項１又は２記載の透
明電極板において、上記透明基板が、透明な基材と、こ
の透明基材上に各色毎に配置され、透過光を着色する複
数色のカラーフィルター層とを備えることを特徴とす
る。

【００１９】請求項３に係る透明基材としては上記ガラ
ス板や有機プラスチックフィルム又はシートが適用出来
る。また、カラーフィルター層は公知のいずれのもので
もよく、例えば、着色剤を含む感光性樹脂を上記透明基
材上に塗布し、露光・現像して画素パターン状に形成し
たもの、あるいは着色顔料を含む印刷インキを画素パタ
ーン状に印刷して形成したもの等が適用できる。また、
着色顔料を含む電着塗料を画素パターン状に電着して上
記カラーフィルター層を形成したものであってもよい。

【００２０】また、上記透明基板としては、画素部位に
上記カラーフィルター層を備える外に、画素と画素との
間の画素間部位に入射した外乱光を遮断して表示画面の
コントラストを向上させるためこの画素間部位に不透明
の遮光層を備えるものであってもよく、この遮光膜とし
ては金属クロムの薄膜や感光性樹脂中にカーボンブラッ
ク等の遮光性顔料を分散させた樹脂膜から構成されたも
のが利用できる。また、更に、上記カラーフィルター層
上に透明な保護層を設けて、上記透明導電膜を形成する
表面の平滑化を図ったものも利用できる。

【００２１】また、この透明電極板が液晶ディスプレイ
の観察者側に配置される前面板として利用される場合に
は、上記ディスプレイ表面の反射光を防止するため上記
透明基板の透明導電膜が形成される面の反対面に反射防
止膜を備えるものであってよく、上記透明電極板が反射
型液晶ディスプレイの背面板として利用される場合に
は、観察者側から光線を効率的に反射する反射膜を備え
るものであってもよい。反射防止膜としては酸化マグネ
シウム薄膜やフッ化マグネシウム薄膜が利用でき、反射
膜としてはアルミニウム、マグネシウム、酸化珪素、フ
ッ化マグネシウム等の薄膜が適用できる。

【００２２】次に、本発明に係る透明電極板の製造方法
について説明する。

【００２３】本発明に係る透明電極板は、上記透明基板
上に、真空蒸着、イオンプレーティング、スパッタリン
グ等の方法によって透明導電膜を形成して製造すること
ができるが、Ｚｒの原子量はＩｎの原子量に近いことか
ら、スパッタリングによる成膜の場合、Ｉｎ₂Ｏ₃のス
パッタリング速度とほぼ同様のＺｒＯ₂のスパッタリン
グ速度が得られる。従って両者の混合物をターゲットと
してスパッタリングすることによりこのターゲットの組
成と略同様の組成の透明導電膜を形成することが可能と
なる。

【００２４】請求項４に係る発明はこのような技術的背
景に基づいてなされたもので、すなわち、スパッタリン
グ法により透明基板上に透明導電膜を形成して透明電極
板を製造する方法において、スパッタリングのターゲッ
トとして酸化インジウムと酸化ジルコニウムの混合物を
使用することを特徴とする。

【００２５】この請求項４に係る発明によれば、ターゲ
ットの組成は透明導電膜の組成にほぼそのまま反映され
るため、ターゲットの組成をコントロールすることによ
って上記透明導電膜の組成を容易にコントロールするこ
とができ、従って所望の導電率を有する透明電極板を安
定して製造することが可能となる。かかるターゲットの
組成は上述した透明導電膜の組成と同じく酸化ジルコニ
ウムを１０重量％程度含むものであってよく、この外、
透明導電膜の物性（透明性、反射性、耐性等）を改善す
るため微量の不純物を含むものであってよい。尚、スパ
ッタリングの際、スパッタリング雰囲気中への放出ガス
を低下させ、また放電のインピーダンスを低下させるた
め、かかるターゲットとしてバルクに対して酸化インジ
ウムと酸化ジルコニウムの密度が高い高密度ターゲット
を用いることが望ましく、また水分の存在によって上記
透明導電膜は悪影響を受けるため、スパッタリング時に
ターゲットが吸湿しない配慮が必要である。

【００２６】スパッタリングの方法としてはマグネトロ
ンスパッタリング望ましく、この場合マグネトロンカソ
ードの磁場は４００ガウス程度でもよいが、成膜された
透明導電膜の面積抵抗率を低下させるため８００ガウス
以上の強磁場を有することが望ましい。

【００２７】また、スパッタリング装置は、この内部に
含まれる水分や窒素による透明導電膜への影響を避ける
ため、高真空であることが望ましく、特に超高真空であ
ることが望ましい。尚、微量であれば水素や水分を含む
ガスをスパッタリング時の導入ガスとして利用すること
もでき、こうして微量の水素又は水分の存在下で成膜さ
れた透明導電膜はその結晶粒径が微細なものとなり、こ
れをエッチングしてパターン化する際のエッチング速度
の向上を図ることができる。

【００２８】また、こうしてガスが導入されてスパッタ
リングする際のガス圧は高真空（例えば２．５mTorr.以
下）であることが望ましい。

【００２９】そして、このスパッタリング法による成膜
の場合、上記透明基板を２００〜４００℃に加熱してお
くことにより上記透明導電膜の面積抵抗を一層低下させ
ることができるが、透明基板が有機プラスチックフィル
ムやシートから構成される場合、あるいは透明基板が樹
脂を主成分とするカラーフィルター層を備える場合に
は、このプラスチックフィルム又はシートあるいはカラ
ーフィルター層の耐熱温度以下であることが必要であ
る。特に、カラーフィルター層を備える透明基板の場
合、１５０℃を越える基板温度下でスパッタリングを行
なうと、得られる透明導電膜が結晶化して、パターン化
の際のエッチングに加温等の厳しいエッチング条件を必
要とし、上記カラーフィルター層にダメージを与えるこ
とがある。これに対し、常温もしくは１４０℃以下の基
板温度でスパッタリング成膜を行なった場合には、得ら
れる透明導電膜は非晶質様（アモルファスライク）の薄
膜となり、加温等の厳しいエッチング条件なしに素早く
エッチングしてパターン化することができ、上記カラー
フィルター層にダメージを与えることなく、その形状や
分光透過率をそのまま維持することが可能となる。

【００３０】請求項５に係る発明はこのような技術的理
由に基づいてなされたもので、すなわち、請求項４記載
の透明電極板の製造方法において、上記基板温度を１４
０℃以下に保ってスパッタリングすることを特徴とす
る。

【００３１】そして、請求項５に係る発明によれば、エ
ッチング条件なしに素早くエッチングしてパターン化で
きる非晶質様の透明導電膜が形成できるため、カラーフ
ィルター層にダメージを与えることなくその本来の品質
を維持したまま上記透明導電膜を容易にパターン化する
ことが可能となる。尚、このパターン化の前又は後に２
００〜２７０℃の温度に加熱してアニーリングすること
が望ましく、このアニーリングにより更に導電性が向上
し、また透明性が向上する。

【００３２】

【作用】請求項１〜３に係る発明によれば、透明基板上
に、酸化ジルコニウムをドーパントとして添加した酸化
インジウムから構成される透明導電膜を備えるため、薄
膜であってしかも低い面積抵抗率を達成することができ
る。

【００３３】また、請求項４に係る発明によれば、スパ
ッタリング法により透明基板上に透明導電膜を形成して
透明電極板を製造する方法において、スパッタリングの
ターゲットとして酸化インジウムと酸化ジルコニウムの
混合物を使用するため、このような低い面積抵抗率を備
える透明電極板を安定して製造することが可能となり、

【００３４】他方、請求項５に係る発明によれば、上記
基板温度を１４０℃以下に保ってスパッタリングするた
め、カラーフィルター層にダメージを与えることなくそ
の本来の品質を維持したまま上記透明導電膜を容易にパ
ターン化することが可能となる。

【００３５】

【実施例】

〔実施例１〕厚さ０．７ｍｍのガラス板（ＳｉＯ₂のア
ンダーコート層を備えるフロート青板）を透明基板と
し、ターゲットとしてＩｎ₂Ｏ₃とＺｒＯ₂を９：１
（重量比）で混合した高密度のターゲットを使用し、両
者をスパッタリング装置内に配置して、この装置内にア
ルゴンガスに微量の酸素ガスを添加した混合ガスを導入
して圧力を１．８mmTorr．に調圧し、スパッタリングに
より上記透明基板に薄膜を形成した。この際、透明基板
の温度は約２５０℃であり、この透明基板上に成膜され
た薄膜の厚さは２４００オングストロームである。

【００３６】得られた薄膜の面積抵抗率、体積抵抗率、
キャリャの移動度、キャリャの濃度の表２に示す。

【００３７】〔実施例２〕図１に示すように、厚さ１．
１mmのガラス板１に、低分子量エポキシ樹脂とメラミン
樹脂の混合レジンに更に着色剤を混合した印刷インキに
より赤色２Ｒ、緑色２Ｇ及び青色２Ｂの三色のストライ
プ状カラーフィルターパターン（厚み約２μｍ）を印刷
して透明基板とした。

【００３８】一方、ターゲットとしてＩｎ₂Ｏ₃とＺｒ
Ｏ₂を９：１（重量比）で混合した高密度のターゲット
を使用し、このターゲットと上記透明基板との両者をス
パッタリング装置内に配置して、この装置内にアルゴン
ガスに微量の酸素ガスを添加した混合ガスを導入して圧
力を１．８mmTorr．に調圧し、スパッタリングにより上
記透明基板に薄膜３を形成した。この際、透明基板の温
度は約室温であり、この透明基板上に成膜された薄膜３
の厚さは２６００オングストロームである。

【００３９】次いでこの薄膜３の成膜された透明基板を
２２０℃、６０分の条件で加熱アニーリングした。こう
してアニーリングされた薄膜３の面積抵抗率、体積抵抗
率、キャリャの移動度、キャリャの濃度の表２に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】請求項１〜３に係る発明によれば、薄膜
であってしかも低い面積抵抗率を達成することができる
ため、液晶ディスプレイ等の電極板として利用して、配
向不良を生じることなくしかも液晶に充分な駆動電圧を
印加でき、緻密で広い画面を良好に表示することが可能
になるという効果を奏する。

【００４２】また、請求項４に係る発明によれば、この
ような低い面積抵抗率を備える透明電極板を安定して製
造することができ、他方、請求項５に係る発明によれ
ば、カラーフィルター層にダメージを与えることなくそ
の本来の品質を維持したまま上記透明導電膜を容易にパ
ターン化することができるため、上記透明電極板や液晶
ディスプレイ等の信頼性が著しく向上するという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例３に係る透明電極板の断面説明
図。

【図２】従来における液晶ディスプレイの透明電極板の
断面図。

【符号の説明】

１ガラス板。２Ｒカラーフィルター層。２Ｇカラーフィルター層。２Ｂカラーフィルター層。３透明導電膜。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板上に、酸化ジルコニウムをドーパ
ントとして添加した酸化インジウムから構成される透明
導電膜を備えることを特徴とする透明電極板。
【請求項２】請求項１記載の透明電極板において、上記透明導電膜が３００ｎｍ以下の厚さを有することを
特徴とする透明電極板。
【請求項３】請求項１又は２記載の透明電極板におい
て、上記透明基板が、透明な基材と、この透明基材上に各色
毎に配置され、透過光を着色する複数色のカラーフィル
ター層とを備えることを特徴とする透明電極板。
【請求項４】スパッタリング法により透明基板上に透明
導電膜を形成して透明電極板を製造する方法において、スパッタリングのターゲットとして酸化インジウムと酸
化ジルコニウムの混合物を使用することを特徴とする透
明電極板の製造方法。
【請求項５】請求項４記載の透明電極板の製造方法にお
いて、上記基板温度を１４０℃以下に保ってスパッタリングす
ることを特徴とする透明電極板の製造方法。
【請求項６】請求項４又は５記載の透明電極板の製造方
法において、上記上記透明基板が、透明な基材と、この透明基材上
に各色毎に配置され、透過光を着色する複数色のカラー
フィルター層とを備えることを特徴とする透明電極板の
製造方法。