JPH0667186A - カラー液晶表示用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カラーフィルターを形成した透明基板上にエ
ッチング性がすぐれ、低抵抗の透明導電膜を有するカラ
ー液晶表示用基板を提供する。 【構成】 カラーフィルターを形成した透明基板上に酸
化すずを含む酸化インジウムの透明導電膜の酸化インジ
ウムの基板に対する平行な結晶面（２１１）、（２２
２）および（４００）面のそれぞれのＸ線回折強度Ｉ
_{（２１１）}、Ｉ_{（２２２）}およびＩ_{（４００）}の関係
が、Ｉ_{（４００）}／Ｉ_{（２１１）}＝０．５〜２．５およ
びＩ_{（４００）}／Ｉ_{（２２２）}＝０．１〜２．５であ
り、キャリヤー密度は、５×１０^２０／ｃｍ^３以上であ
る透明導電膜を有するカラー液晶表示用基板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラーフィルターをコ
ーティングした透明基板上にスパッタリング法による透
明導電膜を有するカラー表示用基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー表示用基板は、透明基板であるガ
ラス基板に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色のカ
ラーフィルターパターンを染色、印刷、顔料分散法ある
いは電着法で形成し、さらにカラーフィルターパターン
上に透明樹脂を保護膜としてオーバーコートし、透明導
電膜が成膜される。カラーフィルターおよび保護膜上に
透明導電膜を形成する理由は、液晶動作時カラーフィル
ターおよび保護膜での電力ロスを防ぐためで、透明導電
膜は、耐熱性のない有機質上に形成しなければならな
い。このため、比較的低温で透明導電膜の成膜を行える
スパッタリング法が主に採用されている。透明導電膜と
しての酸化すずを添加した酸化インジウム（以下ＩＴ
Ｏ）膜が電極としての電気特性および高可視光透過性の
面から用いられている。カラーフィルターの耐熱性は、
一般に２００℃以下であり、このような低温成膜のＩＴ
Ｏ膜は、低抵抗で１０μｍ以下の微細な電極細線パター
ン形成に種々の困難があった。

【０００３】さらに、カラーフィルターにしわおよびク
ラック等の欠陥を発生させないために成膜時の基板の加
熱温度を下げかつ透明導電膜の膜厚を薄くしなければな
らない。基板温度が低いと膜の抵抗率が高くなるので要
求される抵抗値の膜を得るのに膜厚を上げることで対処
していた。

【０００４】低抵抗および高可視光透過率のＩＴＯ膜を
得るために、スパッタリング時の基板温度を２００℃以
上に加熱しスパッタリングを行うか、スパッタリング後
３００℃以上で加熱焼成する。例えば、特公昭６３−５
４７８８がある。酸素分圧を２×１０^−４〜２×１０
^−３Ｔｏｒｒでスパッタリングし基板に対し＜１１１＞
配向、すなわち（２２２）面を弱め、（４００）面等の
（２２２）面以外の面を強くした酸化インジウム透明導
電膜の形成方法に関する発明であるが、比較的低いシー
ト抵抗、高い可視光透過率の膜が得られるものの電極パ
ターン形成におけるエッチングでの難溶性のために膜の
残留物を残し白濁するという問題があった。さらに、２
００℃以上の加熱を必要としカラーフィルター上の成膜
に適さなく、カラーフィルターを加熱分解し損傷してし
まう。

【０００５】エッチング性能を改善する方法としてスパ
ッタリング法と異なる蒸着方式であるが、特開昭６３−
３１２９５４が提示されているが、抵抗率２０×１０
^−４Ω・ｃｍと高く、カラー液晶ディスプレイ用として
は抵抗率４×１０^−４Ω・ｃｍ以下が要求され、この用
途には適さない。さらに、上述の抵抗率を得るためには
２００℃以上の加熱を必要とし耐熱性の乏しい材料上に
は適さない。

【０００６】低温で低抵抗膜を得られた例としてジャー
ナル オブ バキューム アンドサイエンス テクノロ
ジー（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｖａｃｕｕｍｓｃｉｅｎ
ｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）５巻 ４号 ペ
ージ１９５２〜１９５５（１９８７年）に記載されてい
る論文において、低温スパッタリングでＩＴＯ膜形成後
１７０℃のアニーリングにより、ある限られた狭い範囲
の酸素導入量でかつ薄い膜厚２０ｎｍにおいて抵抗率
１．９×１０^−４Ω・ｃｍの低抵抗膜が得られた報告が
あるものの以下の理由により実用性に乏しい。すなわ
ち、ＩＴＯ膜形成における反応ガスとしての酸素導入量
が全導入量の１〜２％の非常に狭い範囲でかつアニーリ
ング時間が４時間以上の長時間の場合のみ出現し、他の
条件では１×１０^−３Ω・ｃｍと高い抵抗率を示し、デ
ィスプレイ用として要求されている膜厚４００ｎｍ以下
でシート抵抗１０Ω／□以下すなわち抵抗率４×１０
^−４Ω・ｃｍ以下に満たすには、アニーリング時間の長
さと酸素導入量の制御の困難さで実際的でない。また、
２０ｎｍと薄い場合であり、一般に膜厚を上げると抵抗
率が高くなるので１０Ω／□のシート抵抗を得るには、
例え最も低い抵抗率が得られても１０倍以上の膜厚を成
膜する必要があり、より厳しい条件下でのみしか出現で
きなくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】低抵抗値を要求する用
途、例えば１０μｍ以下の微細エッチングパターンを形
成する単純マトリックスタイプのカラー液晶用カラーフ
ィルターにおいては、電極膜のシート抵抗が１０Ω／□
以下が要求され、膜厚は３００〜４００ｎｍを必要とし
パターンの形成のエッチング工程で膜が残存し基板を白
濁する欠陥が生じる。また、電極の微細パターン形成を
可能にするために成膜時基板の温度を高くする手段があ
るがカラーフィルターの有機質膜の耐熱性の面からこの
方法を採用できなく、低抵抗でかつエッチング性能の優
れた透明導電膜を有するカラー液晶表示用基板の出現が
強く望まれている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、図１に示すカ
ラーフィルターパターンを形成した透明基板上にスパッ
タリング法により酸化すずを１〜２５重量％含む酸化イ
ンジウムの膜の酸化インジウムを基板に対する平行な結
晶配向（２１１）、（２２２）および（４００）面のそ
れぞれのＸ線回折強度Ｉ_{（２１１）}、Ｉ_{（２２２）}およ
びＩ_{（４００）}の関係がＩ_{（４００）}／Ｉ_{（２１１）}＝
０．５〜２．５およびＩ_{（４００）}／Ｉ_{（２２２ ）}＝
０．１〜２．５で、キャリヤ密度が５×１０^２０／ｃｍ
^３以上である透明導電膜を有することを特徴とするカラ
ー液晶用基板であり、透明導電膜は、低抵抗、高可視光
透過率を有し、かつパターニングでのエッチング性能が
すぐれ、カラー液晶表示用基板としてすぐれた機能を発
揮する。スパッタリングによって形成されるＩＴＯ膜
は、酸化すずを含む酸化インジウムは、Ｉｎ_２Ｏ_３で体
心立方構造を示し、各（２１１）、（２２２）および
（４００）面を図２に示した。この基板に対し平行に配
向したＩＴＯ膜のＸ線回折パターンの一例を図３に示
す。図３おける（２１１）、（２２２）および（４０
０）面の強度Ｉ_{（２１１）}、Ｉ_{（２２２）}に対するＩ
_{（４００）}の強度比が上述の関係を有するＩＴＯ膜が形
成されたカラー液晶表示用基板である。Ｘ線回折パター
ンは、１００ｎｍ以上では、測定は容易であるが、１０
０ｎｍ未満の薄い膜では、基板との入射Ｘ線となす角を
１０゜以下の底角測定により行う。

【００９】ＩＴＯ膜の基板に平行に（４００）面を（２
２２）面に対しすなわちＸ線回折強度比Ｉ_{（４００）}／
Ｉ_{（２２２）}を大きくすると図４に示すように抵抗率は
低くなるが、図５に示すように膜の電極パターン形成に
おけるエッチング時間が長くなり、エッチング性を低下
させる。エッチング時間が６分を超えるとＩＴＯ膜残存
による基板の白濁が生じたり、微細電極パターンの形成
が難しくなる。エッチングを容易にするためにはＩ
_{（４００）}／Ｉ_{（２２２）}を２．５以下でかつＩ
_{（４００）}／Ｉ_{（２１１）}を２．５以下としなけばなら
ない。Ｉ_{（４００）}／Ｉ_{（２２２）}が０．１以上で、Ｉ
_{（４００）}／Ｉ_{（２１１）}が０．５以上でないと抵抗率
４×１０^−４Ω・ｃｍ以下の低抵抗膜が得られないので
Ｉ_{（４００）}／Ｉ_{（２１１）}＝０．５〜２．５でＩ
_{（４００）}／Ｉ_{（２２２）}＝０．１〜２．５とすること
により低抵抗でかつエッチング性のすぐれたＩＴＯ膜が
得られる。図３において、Ｉ_{（４００）}／Ｉ_{（２２２）}
が１以下、すなわち（４００）面が弱い膜は、抵抗率を
高くするが、キャリヤ密度を５×１０^２０／ｃｍ^３とす
ることにより抵抗率４×１０^−４Ω・ｃｍ以下の低抵抗
のＩＴＯ膜を有するカラー液晶表示用基板が得られる。
ＩＴＯ膜のキャリヤ密度測定は、半導体薄膜によく用い
られるファン・デル・パウ （ｖａｎ ｄｅｒ Ｐａｕ
ｒ）の方法を用いることができる。この方法は、ホール
効果を利用し、試料面に電極４点を作り、測定面に対し
垂直に磁場をかけながら２点間に電流を流し、他の２点
で電圧を測定してキャリヤ密度を測定するものである。

【００１０】ＩＴＯのスパッタリング成膜において、原
材料として密度５．０ｇ／ｃｍ^３以上の焼結ＩＴＯター
ゲットが適し，放電ガスＡｒ−Ｏ_２を用いることができ
る。ＲＦおよびＤＣスパッタリングとも適用でき、いず
れもマグネトロンスパッタリングが適している。（４０
０）面の配向制御は、スパッタリングにおける基板温度
と放電ガスの酸素分圧およびスパッタリング前の残存ガ
スの圧力すなわち背圧の制御により行うことができる。
基板温度が２００℃を越え、かつ酸素分圧が１×１０
^−５Ｔｏｒｒより低くするとＩ_{（４００）}／Ｉ
_{（２２２）}が２．５を超えエッチング性を低下させる。
また残存ガスの全圧力が１×１０^−４Ｔｏｒｒ以上とな
ると（４００）配向が２．５を超え、エッチング性を悪
くし電極パターニング工程でエッチング後膜が残存し白
濁するトラブルが生じる。したがって背圧は、１×１０
^−５Ｔｏｒｒ以下にしなければならない。

【００１１】（４００）面の配向を抑え、キャリヤ密度
を制御することにより低抵抗でエッチング性の優れた膜
を形成できる。（４００）面配向を抑えるには、スパッ
タリング時の基板温度を２００℃以下としなければなら
ない。基板温度を低下させると（４００）面配向を抑制
できるが、キャリヤ密度が低下し低抵抗膜が得られな
い。基板温度を１００℃以下にすると（４００）面配向
を抑制でき、Ｉ_{（４００）}／Ｉ_{（２２２）}を１以下にす
ることができ、パターニングでのエッチングを容易に行
うことができるもののキャリヤ密度が下がり、５×１０
^２０／ｃｍ^３以上とならず抵抗率４×１０^−４Ω・ｃｍ
以下の低抵抗膜が得られない。背圧１×１０^−５Ｔｏｒ
ｒ以下とし酸素分圧を１×１０^−４Ｔｏｒｒ以下でスパ
ッタリングを行い、成膜後１×１０^−６〜７６０Ｔｏｒ
ｒ下で１５０〜２００℃で焼成することによりキャリヤ
密度を５×１０^２０／ｃｍ^３以上にすることができる。
焼成によって（４００）面の配向は殆ど変化がなく、Ｉ
_{（４００）}／Ｉ_{（２２２）}は、１．０以下で、キャリヤ
密度が５×１０^２０／ｃｍ^３以上のＩＴＯ膜となる。こ
のＩＴＯ膜をカラーフィルターを有する透明基板に形成
させることより、低抵抗でかつエッチング性のすぐれた
カラー液晶表示用基板が得られる。

【００１２】

【実施例１】スパッタリング室は、基板仕込室、加熱
室、スパッタリング室および基板取り出し室からなり、
基板は搬送用治具に装着され、駆動ロールにより移動さ
せ一連に加熱、スパッタリングを行うインライン型スパ
ッタリング装置を用いた。スパッタリング室には、スパ
ッタリングターゲットと永久磁石とからなるスパッタリ
ングカソードを設置した。スパッタリング用の電源は、
出力１０ＫＷのＤＣ電源と出力５ＫＷのＲＦ電源を備え
ている。ガスは、マスフローメーターを通してスパッタ
リング室に導入し、ガス流量を制御して放電ガス分圧を
設定する。ターゲットは、厚み６ｍｍ，幅１５０ｍｍ、
高さ４５０ｍｍ の大きさで、密度５．５ｇ／ｃｍ^３の
酸化すず１０重量％を含む酸化インジウムの焼結材を用
いた。

【００１３】厚み１．１ｍｍ、一辺３００ｍｍの正方形
のガラス基板にカラー表示用カラーパターンを印刷し、
保護膜をコーティングした基板を用い、搬送用治具に設
置する。あらかじめ粗引き用油回転ポンプと高真空用ク
ライオポンプとで排気し１×１０^−６Ｔｏｒｒの真空に
し、次にＯ_２ガスを２体積％含むＡｒガスとＡｒガス単
体との２式のマスフローメーターによりガス流量を制御
し、スパッタリング室の全圧力を４×１０^−３Ｔｏｒ
ｒ、酸素分圧を５×１０^−５Ｔｏｒｒに設定した。続い
てＤＣ電源によりカソードに１．５ Ｗ／ｃｍ^２を印加
して放電させた。搬送用治具に装着された基板を加熱室
で１８０℃に加熱し、ロールを界してスパッタリング室
に移動させ、厚み３００ｎｍのＩＴＯ膜を形成し図１の
カラー液晶表示用基板を作成した。得られたカラー液晶
表示基板のＩＴＯ膜の結晶配向のＸ線回折強度の関係
は、Ｉ_{（４００）}／Ｉ_{（２１１）}＝２．１、Ｉ
_{（４００）}／Ｉ_{（２２２）}＝２．４、キャリヤ密度は
１．２×１０^２１／ｃｍ^３であった。

【００１４】

【実施例２】実施例１と同じスパッタリング装置および
基板を用い、基板を加熱室で１００゜Ｃ加熱した。スパ
ッタリング室の全圧力を２×１０^−３Ｔｏｒｒ、酸素分
圧を２×１０^−５Ｔｏｒｒに設定し、ＤＣ電源により
１．０ Ｗ／ｃｍ^２をカソードに印加し、基板に３００
ｎｍのＩＴＯ膜を形成させた。続いて３×１０^−５Ｔｏ
ｒｒの真空中で基板を１８０℃に加熱し６０分間焼成し
た。得られたカラー液晶表示基板のＩＴＯ膜の結晶配向
のＸ線強度の関係は、Ｉ_{（４００）}／Ｉ_{（２１１）}＝
１．８，Ｉ_{（４００）}／Ｉ_{（２２２）}＝１．１で、キャ
リヤ密度は８．５×１０^２０／ｃｍ^３であった。

【００１５】

【実施例３】実施例１と同じスパッタリング装置および
基板を用い、基板を加熱することなしに、スパッタリン
グ室の全圧力を１．５×１０^−３Ｔｏｒｒ、酸素分圧を
０．５×１０^−５Ｔｏｒｒに設定し、ＲＦ電源により
１．５ Ｗ／ｃｍ^２をカソードに印加し、基板に３００
ｎｍのＩＴＯ膜を形成させた。続いて７６０Ｔｏｒｒの
大気中で基板を１８５℃に加熱し、８０分間焼成した。
得られたカラー液晶表示用基板のＩＴＯ膜の結晶配向の
Ｘ線強度の関係は、Ｉ_{（４００）}／Ｉ_{（２１１）}＝０．
８２、Ｉ_{（４００）}／Ｉ_{（２２２）}＝ ０．３８で、キ
ャリヤ密度は１．０×１０^２１／ｃｍ^３あった。

【００１６】

【比較例１】実施例１と同じスパッタリング装置および
基板を用い、特公昭 ６３−５４７８８に従い、すずと
インジウムとの合金ターゲットを用い、基板を４００℃
に加熱し、スパッタリング室の全ガス圧力を３．１×１
０^−３Ｔｏｒｒ、酸素分圧を６．２×１０^−４Ｔｏｒｒ
としてスパッタリングを行いカラー液晶表示用基板を作
成した。

【００１７】実施例１〜３および比較例１について次の
試験を行った。 （１）シート抵抗：４探針式抵抗測定機を使用し、１試
料につき２５点測定した。 （２）膜厚：触針式粗さ計による段差法および蛍光Ｘ線
法によるＩｎ測定。 （３）抵抗率：シート抵抗と膜厚より計算で求めた。 （４）キャリヤ密度：ファン・デル・パウ方法を用い、
ホール効果測定時の磁束密度を１００００ Ｇａｕｓｓ
で測定した。 （５）結晶配向：Ｘ線回折法。Ｃｕ管球を用い、管球電
圧５０ＫＶ、電流１９０ｍＡで行った。試料に対するＸ
線の入射角は３゜とした。 （６）エッチング性：５０℃の濃ＨＣｌ：濃ＮＯ_３：Ｈ
_２Ｏ＝１：０．１：１（体積比）のエッチング溶液中に
ＩＴＯ膜を成膜した基板を浸漬し、ＩＴＯ膜が完全溶解
するまでの時間を測定し、エッチング性を評価した。 （７）可視光透過率：紫外−可視光分光光度計を用い、
波長５５０ｎｍでのＩＴＯ膜の空気に対する透過率を測
定した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】表１に示すように、本発明によれば、抵
抗率４×１０^−４Ω・ｃｍ以下の低抵抗、８０％以上の
高可視光透過率を有し、電極パターン形成におけるエッ
チング性にすぐれた透明導電膜を有し、またカラーフィ
ルターにしわ、クラック等の欠陥のないカラー液晶表示
用基板を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】カラー液晶表示用基板を説明する図である。

【図２】酸化インジウムの結晶面を説明する図である。

【図３】ＩＴＯ膜のＸ線回折パターンを示す図である。

【図４】抵抗率とＸ線回折強度比Ｉ_{（４００）}／Ｉ
_{（２２２）}の関係を示す図である。

【図５】エッチング性とＸ線回折強度比Ｉ_{（４００）}／
Ｉ_{（２１１）}およびＩ_{（４００）}／Ｉ_{（２２２）}の関係
を示す図である。

【符号の説明】

１ 透明基板 ２ カラーフィルター ３ 保護膜 ４ 透明導電膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カラーフィルターを形成した透明基板上
   にスパッタリング法により成膜した酸化すずを１〜２５
   重量％含む酸化インジウム膜の酸化インジウムの基板に
   対する平行な結晶面（２１１）、（２２２）および（４
   ００）面のそれぞれのＸ線回折強度Ｉ_{（２１１）}，Ｉ
   _{（２２２）}およびＩ_{（４００）}の関係が、Ｉ_{（４００）}
   ／Ｉ_{（２１１）}＝０．５〜２．５およびＩ_{（４００）}／
   Ｉ_{（２２２）}＝０．１〜２．５で、キャリヤ密度は、５
   ×１０^２０／ｃｍ^３以上である透明導電膜を有すること
   を特徴とするカラー液晶表示用基板。