JP2007188707A - 透明導電膜及びその製造方法、並びにタッチパネル - Google Patents

Abstract

【課題】高透過率で低抵抗率の透明導電膜を簡便な方法で製造できる透明導電膜の製造方法を提供するとともに、熱的に安定な状態で面抵抗を５００〜１０００Ω／□とした場合に可視光の吸収が少ない透明導電膜を提供する。また、該透明導電膜を用いたタッチパネルを提供する。
【解決手段】酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなるターゲット３と基板１１とを対向配置し、酸素を含む不活性ガス雰囲気中でターゲット３と基板１１間に投入電力が８０００Ｗ／ｍ^２以上となる直流電圧を印加してスパッタリングすることにより基板１１上に酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなる透明導電膜を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、酸化亜鉛に酸化アルミニウムをドープした透明導電膜及びその製造方法、並びにタッチパネルに関するものである。

透明導電膜としてＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃にＳｎＯ₂をドープしたもの）が広く用いられているが、昨今のＩｎ枯渇に伴う価格の高騰が問題視されており、Ｉｎに替わる新規材料における透明導電膜の開発が近年行われている。その中でＩｎに比べ、安価であるために有望視されているのがＺｎＯ系材料であり、Ａｌ₂Ｏ₃をドーパントとした、ＡＺＯ（ＺｎＯにＡｌ₂Ｏ₃がドープされた材料）はＩＴＯ代替材料として注目されている。

スパッタ法にて透明導電膜を製造するプロセスにおいて、例えば、ＡＺＯ酸化物ターゲット、あるいは、酸化ガリウム（Ｇａ₂Ｏ₃）をドープしたＧＺＯ酸化物ターゲットを用い、Ａｒガスなどの不活性ガスのみを導入して成膜した場合には低比抵抗な膜を得られるが、膜の光の吸収が多く、透明性を要求するアプリケーションには適していなかった。

そこで、ターゲット中の酸化アルミニウムドープ量を０．５〜１ｗｔ％とし、水素を含む不活性ガス雰囲気中でスパッタリングにより薄膜を形成する工程と、形成された薄膜を水素を含む不活性ガス雰囲気にさらす工程とを交互に繰り返すことにより、高透過率で低抵抗率の透明導電膜を製造する技術が提供されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許第２９２８０１６号公報

しかしながら、前記技術は１分子程度の薄膜形成工程と該薄膜をスパッタリングチャンバ雰囲気にさらす工程を何回も繰り返す必要があり、その操作が煩雑であった。
また、成膜された透明導電膜として、酸化亜鉛に酸化アルミニウムが０．５〜１ｗｔ％ドープされた状態であるため、熱的に不安定な状態であった。

本発明は、以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであり、高透過率で低抵抗率の透明導電膜を簡便な方法で製造できる透明導電膜の製造方法を提供するとともに、熱的に安定な状態で面抵抗を５００〜１０００Ω／□とした場合に可視光の吸収が少ない透明導電膜を提供することを目的とする。また、該透明導電膜を用いたタッチパネルを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために提供する本発明は、酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなるターゲットと基板とを対向配置し、酸素を含む不活性ガス雰囲気中で前記ターゲットと基板間に投入電力が８０００Ｗ／ｍ^２以上となる直流電圧を印加してスパッタリングすることにより該基板上に酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなる透明導電膜を製造することを特徴とする透明導電膜の製造方法である（請求項１）。

ここで、前記ターゲットの酸化アルミニウム含有量が１．０〜１０．０ｗｔ％であることが好ましい。

前記課題を解決するために提供する本発明は、基板上に形成される酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなる透明導電膜であって、面抵抗が５００〜１０００Ω／□で、波長３８０〜７８０ｎｍの透過光の平均吸収率が３％以下であることを特徴とする透明導電膜である（請求項３）。

ここで、酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなるターゲットと前記基板とを対向配置し、酸素を含む不活性ガス雰囲気中で前記ターゲットと該基板間に投入電力が８０００Ｗ／ｍ^２以上となる直流電圧を印加してスパッタリングする透明導電膜の製造方法により形成されてなることが好ましい。

また、当該透明導電膜について荷重をかけながらダイヤモンド圧子を押し込んで押し込み深さ−荷重曲線特性を測定し、得られた押し込み深さ−荷重曲線特性における前記透明導電膜が弾性変形から塑性変形に変わる変位点を剥離点とした場合に、該剥離点の荷重が１５０μＮ以上であることが好ましい。

また、前記基板は、ポリカーボネイト（ＰＣ）、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）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリオレフィン（ＰＯ）のいずれかからなることが好適である。

前記課題を解決するために提供する本発明は、請求項３〜６のいずれか一に記載の透明導電膜が形成された可撓性を有する上部透明基板と、請求項３〜６のいずれか一に記載の透明導電膜が形成された下部透明基板とがお互いの前記透明導電膜を対向させて前記上部透明基板の部分的な変形によって該透明導電膜同士が接触可能に近接配置されてなり、前記下部透明基板側に画像表示装置本体が対向配置され、前記上部透明基板を押圧することにより該液晶表示装置本体の画面表示に応じたデータが入力可能であることを特徴とするタッチパネルである（請求項７）。

本発明の透明導電膜の製造方法によれば、高透過率で低抵抗率の透明導電膜を簡便な方法で製造することができる。
また、本発明の透明導電膜によれば、熱的に安定な状態で面抵抗を５００〜１０００Ω／□とした場合に可視光の吸収が少なく、タッチパネル用途に好適である。
また、本発明のタッチパネルによれば、背景にある画像表示装置本体で表示される画像の視認性がよく、上部透明基板の押圧に対して確実に位置検知できるタッチパネルを提供することができる。

以下に、本発明に係る透明導電膜の製造方法について説明する。
図１は、本発明に係る透明導電膜の製造方法を実施する上で使用するスパッタ装置の構成を示す概略図である。
図１に示すように、スパッタ装置は直流方式のスパッタ装置であり、チャンバー１内に基板１１を保持する基板ホルダー２とターゲット３を保持するターゲットホルダー４とが対向配置されており、基板１１とターゲット３との間に電圧が印加されるようになっている。詳しくは、基板１１は基板ホルダー２を経由してグランドに接地され、ターゲット３はターゲットホルダー４を経由して直流電源５につながっており、基板１１のアース電位に対してターゲット３には直流電源５から所定のプラスの電圧が印加される。

また、スパッタ装置は、チャンバー１内の排気系として排気ポンプ６を有している。さらに、ガス供給系としてＡｒガスボンベ７、Ｏ_２ガスボンベ８及びガスボンベ７，８それぞれからガスを途中で混合しこの混合したガスをチャンバー１内へ導くガス配管９を有しており、該混合ガスはガス配管９に設けられたＡｒガス流量コントローラ７ａ、Ｏ_２ガス流量コントローラ８ａによってそれぞれの流量比及び混合ガスとしての流量がコントロールされプロセスガス導入口９ａからチャンバー１内に導入されるようになっている。

本スパッタ装置により基板１上に透明導電膜を成膜するに当っては、つぎの手順で処理を行う。
（Ｓ１１）基板ホルダー２に基板１をセットする。
ここで、基板１は、表面が清浄な透明ガラス基板またはポリカーボネイト（ＰＣ）、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）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリオレフィン（ＰＯ）のいずれかからなる透明な樹脂基板である。
（Ｓ１２）ターゲットホルダー４にターゲット３をセットする。
ここで、ターゲット３は、酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなるものであり、酸化アルミニウム含有量は熱的に安定な膜が得られる２ｗｔ％程度がよく、例えば１．０〜１０．０ｗｔ％であることが好ましい。

（Ｓ１３）チャンバー１内を排気ポンプ６により排気し真空にする。
（Ｓ１４）ついで、排気を継続しながらチャンバー１内にＡｒガスボンベ７、Ｏ_２ガスボンベ８それぞれからのガスを所定量混合したガスをプロセスガス導入口９ａから導入し、チャンバー１内が一定の雰囲気圧力になるようにする。
ここで、混合ガスの流量（ｓｃｃｍ）の比（Ｏ_２／Ａｒ）は２％以下でよく、例えば１％程度が好ましい。
（Ｓ１５）ついで、直流電源５よりターゲット３と基板１間に直流電圧を印加し、雰囲気ガス（Ｏ_２＋Ａｒ）についてグロー放電させプラズマ状態Ｐとする。
（Ｓ１６）直流電源５からの投入電力を８０００Ｗ／ｍ^２以上としてスパッタリングを開始し、基板１上に酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなる透明導電膜を形成する。

図２に、前記方法により形成された透明導電膜の断面構成を示す。
透明導電膜１２は、基板１上に形成される酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなる透明導電膜であって、面抵抗が５００〜１０００Ω／□で、波長３８０〜７８０ｎｍの透過光の平均吸収率が３％以下となっている。なお、タッチパネル用途に適した透明導電膜１２の膜厚は２０〜１００ｎｍであり、波長３８０〜７８０ｎｍの光の平均透過率は８０％以上となる。

また、透明導電膜１２は、当該透明導電膜について荷重をかけながらダイヤモンド圧子を押し込んで薄膜の密着性を評価する方法（薄膜密着性評価方法）において、得られた押し込み深さ−荷重曲線特性における前記透明導電膜が弾性変形から塑性変形に変わる変位点を剥離点とした場合に、該剥離点の荷重が１５０μＮ以上であることが好ましい。

ここで、薄膜密着性評価方法とはつぎのようなものである。すなわち、例えば図３（Ａ）に示すように、基板１１上に成膜された薄膜１２に垂直方向からダイヤモンド圧子１０を最大荷重Ｆをかけながら押し込むと、ある荷重点にて図３（Ｂ）に示すように膜１２が割れ剥離する。そこで、トライボインデンター装置により前記ダイヤモンド圧子１０を最大荷重Ｆをかけながら押し込み、押し込み深さ−荷重曲線特性を測定し、得られた押し込み深さ−荷重曲線特性における膜１２が弾性変形から塑性変形に変わる変位点Ｐを剥離点とすることによって、基板１１に対する薄膜１２の密着力を定量的に評価することができる。

前記押し込み深さ−荷重曲線特性を測定するトライボインデンター装置には、インデンテーションとスクラッチ機能を併せ持ち、全自動でナノメータ計測、検査、解析が可能な米国Ｈｙｓｉｔｒｏｎ社製のナノメカニカルテストシステムを用いることができる。

また、該トライボインデンター装置では、通常図４（Ａ）に示すように、先端曲率半径の大きな（１００ｎｍ程度）バーコビッチ圧子が用いられているが、本発明では図４（Ｂ）に示すように、先端形状の鋭い、先端曲率半径の小さな（５０ｎｍ程度）のキューブコーナー圧子（先端の鋭い三角錐型ダイヤモンド圧子）を用いることが好ましい。

なお、前記押し込み深さ−荷重曲線特性において、剥離点までの押し込み深さと荷重をかけ合わせたものを仕事量とし、剥離点までの積分値を薄膜１２と基板１１との密着強さの指標としてもよい。

また、本発明は、ＺｎＯにＡｌ_２Ｏ_３がドープされているターゲットを用いた透明導電膜の製造方法及びＺｎＯにＡｌ_２Ｏ_３がドープされた透明導電膜についてこれまでに説明したが、ＺｎＯにＧａ_２Ｏ_３がドープされているターゲットを用いた透明導電膜の製造方法及びＺｎＯにＧａ_２Ｏ_３がドープされた透明導電膜についても同様に適用可能である。

次に、本発明に係るタッチパネルの実施の形態について説明する。
図５は、本発明に係るタッチパネルの構成を示す断面図である。
本発明のタッチパネル２０は抵抗膜式タッチパネルであり、上部透明基板２１と、この上部透明基板２１の表面に形成された本発明の透明導電膜である上部透明導電膜２２と、下部透明基板２４と、この下部透明基板２４の表面に形成され、上部透明導電膜２２に対向配置された本発明の透明導電膜である下部透明導電膜２５とを有する。上部透明基板２１と下部透明基板２４の外周部には、上部透明導電膜２２と下部透明導電膜２５との距離を規定し、かつ上部透明基板２１と下部透明基板２４とを固定するための両面粘着テープ２７が設けられ、空気層２６が形成されている。また、タッチパネル２０は、液晶表示装置本体５０上に搭載されることにより、液晶表示装置が構成されている。

この液晶表示装置では、データ入力用のペンの先端部あるいは人の指先が上部透明基板２１を押圧することにより、液晶表示装置本体５０の画面表示に応じたデータが入力可能となっている。すなわち、データ入力用のペンの先端部等が上部透明基板２１を押圧することにより、上部透明基板２１が部分的に変形し、上部透明導電膜２２と下部透明導電膜２５とが部分的に接触する。この接触に応じた上部透明導電膜２２及び下部透明導電膜２５の抵抗値を検出し、検出した抵抗値に基づいて接触位置を特定し、この接触位置に対応する液晶表示装置本体５０の画面に表示されたデータと対応づけられて液晶表示装置が組み込まれた機器に入力されるようになっている。

ここで、上部透明基板２１は、可視光領域（例えば、３８０〜７８０ｎｍの波長領域）の光透過率が高く可撓性を有する樹脂基板であり、例えばポリカーボネイト（ＰＣ）、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）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリオレフィン（ＰＯ）のいずれかからなることが好ましい。

また、下部透明基板２４は、可視光領域（例えば、３８０〜７８０ｎｍの波長領域）の光透過率が高いガラス基板である。

なお、上部透明基板２１と上部透明導電膜２２との間に色度コントロールのための光学膜を形成してもよい。該光学膜は、異なる屈折率を有する屈折率層を２層以上積層したものを用いることができる。

各屈折率層の成膜方法としては湿式コート、スパッタリング法、蒸着法、イオンプレーティング法など各種考案されていてどのような方法で成膜してもよい。

前記光学膜を構成する屈折率層のうち、比較的屈折率の高い屈折率層の材料としては、１．８５以上の屈折率を持つ光透過性材料であれば特に制限は無いが、ＳｉＮ、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５、ＩＴＯ及びこれらを主成分とした合金酸化物が一般的に用いられ、このうちＮｂ_２Ｏ_５もしくはＳｉＮが望ましい。

また比較的屈折率の低い屈折率層としては、ＭｇＦ_２、ＳｉＯ_２等、またはこれに微量の添加物を混入した材料が用いられるが、スパッタリング法を用いる場合はＳｉＯ_２が最も望ましい。

本発明の透明導電膜について、実施した例を以下に示す。
（実施例１）
図１に示すスパッタ装置を使用し、以下の条件で透明導電膜サンプルを作製した。
・基板１１：ガラス基板
・ターゲット３：ＺｎＯ−２ｗｔ％Ａｌ_２Ｏ_３
・投入電力：４０００〜１６０００Ｗ／ｍ^２
・Ｏ_２／Ａｒ流量比：１（％）
・透明導電膜１２膜厚：１５０ｎｍ

図６に、得られたサンプルの比抵抗及びキャリア密度測定結果を示す。
その結果、投入電力が８０００Ｗ／ｍ^２以上で、比抵抗が低くなり、酸素導入に対してのキャリア密度の低下がないことが分かった。

（実施例２）
実施例１において、透明導電膜の作製条件のうち、投入電力を８０００Ｗ／ｍ^２とし、Ｏ_２／Ａｒ流量比を０〜４％に変化させ、それ以外は実施例１と同じ条件で透明導電膜サンプルを作製した。また、比較として、投入電力を２０００Ｗ／ｍ^２とした透明導電膜サンプルも作製した。

図７に、得られたサンプルの比抵抗測定結果を示す。
スパッタ時のＯ_２／Ａｒ流量比に比例して比抵抗は上昇する傾向を示したが、酸素を導入しないサンプル（Ｏ_２／Ａｒ＝０％）を基準とした比抵抗の上昇率としては、投入電力の大きい実施例サンプル（投入電力８０００Ｗ／ｍ^２）のほうが投入電力の小さいサンプル（投入電力２０００Ｗ／ｍ^２）よりも上昇率が低く抑えられていた。

また、投入電力８０００Ｗ／ｍ^２のサンプルのうち、Ｏ_２／Ａｒ流量比が０％のものと１％のものについて、可視光の透過率及び吸収率を測定した。その結果を図８、図９に示す。また、表１に、そのときの波長３８０〜７８０ｎｍにおける平均透過率、平均吸収率を示す。

その結果、Ｏ_２／Ａｒ流量比１％のものが０％のものよりも、可視光の全波長域において透過率が高く、吸収率が低くなっていた。また、Ｏ_２／Ａｒ流量比１％のものの平均透過率は８３％であり、平均吸収率は３％であった。

（実施例３）
実施例１において、基板１をＰＥＴフィルム上に膜厚３０ｎｍのＮｂ_２Ｏ_５層、膜厚３２ｎｍのＳｉＯ_２層を積層したものとし、投入電力を８０００Ｗ／ｍ^２とし、透明導電膜１２膜厚を５０ｎｍとして、それ以外は実施例１と同じ条件で透明導電膜サンプルを作製した。また、比較として、投入電力を２０００Ｗ／ｍ^２とした透明導電膜サンプルも作製した。

図１０に、前記薄膜密着性評価方法に従い得られたサンプルについて押し込み深さ−荷重曲線特性の関係を求めた結果を示す。なお、いずれのサンプルについてもダイヤモンド圧子の押し込みによって透明導電膜が剥離していた。
投入電力２０００Ｗ／ｍ^２のサンプルでは剥離点が１００μＮであったのに対して、投入電力８０００Ｗ／ｍ^２のサンプルは剥離点が１８０μＮとなっており透明導電膜の密着性が改善されていることが分かった。

本発明に係る透明導電膜の製造方法を実施する上で使用するスパッタ装置の構成を示す概略図である。 本発明に係る透明導電膜の構成を示す断面図である。 本発明で使用する薄膜密着性評価方法の原理説明図である。 トライボインデンター装置で使用されるダイヤモンド圧子の形状例を示す図である。 本発明に係るタッチパネルの構成を示す断面図である。 実施例１の結果を示す図である。 実施例２におけるＯ_２／Ａｒ流量比と比抵抗の関係を示す図である。 実施例２サンプルの透過率曲線である。 実施例２サンプルの吸収率曲線である。 実施例３サンプルの押し込み深さ−荷重曲線特性である。

符号の説明

１…チャンバー、２…基板ホルダー、３…ターゲット、４…ターゲットホルダー、５…直流電源、６…排気ポンプ、７…Ａｒガスボンベ、８…Ｏ_２ガスボンベ、７ａ，８ａ…ガス流量コントローラ、９…ガス配管、９ａ…プロセスガス導入口、１０…ダイヤモンド圧子、１１…基板、１２…透明導電膜、Ｐ…プラズマ

Claims (7)

1. 酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなるターゲットと基板とを対向配置し、酸素を含む不活性ガス雰囲気中で前記ターゲットと基板間に投入電力が８０００Ｗ／ｍ^２以上となる直流電圧を印加してスパッタリングすることにより該基板上に酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなる透明導電膜を製造することを特徴とする透明導電膜の製造方法。
2. 前記ターゲットの酸化アルミニウム含有量が１．０〜１０．０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１に記載の透明導電膜の製造方法。
3. 基板上に形成される酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなる透明導電膜であって、
   面抵抗が５００〜１０００Ω／□で、波長３８０〜７８０ｎｍの透過光の平均吸収率が３％以下であることを特徴とする透明導電膜。
4. 酸化アルミニウムを含む酸化亜鉛からなるターゲットと前記基板とを対向配置し、酸素を含む不活性ガス雰囲気中で前記ターゲットと該基板間に投入電力が８０００Ｗ／ｍ^２以上となる直流電圧を印加してスパッタリングする透明導電膜の製造方法により形成されてなることを特徴とする請求項３に記載の透明導電膜。
5. 当該透明導電膜について荷重をかけながらダイヤモンド圧子を押し込んで押し込み深さ−荷重曲線特性を測定し、得られた押し込み深さ−荷重曲線特性における前記透明導電膜が弾性変形から塑性変形に変わる変位点を剥離点とした場合に、該剥離点の荷重が１５０μＮ以上であることを特徴とする請求項３に記載の透明導電膜。
6. 前記基板は、ポリカーボネイト（ＰＣ）、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）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリオレフィン（ＰＯ）のいずれかからなることを特徴とする請求項３に記載の透明導電膜。
7. 請求項３〜６のいずれか一に記載の透明導電膜が形成された可撓性を有する上部透明基板と、請求項３〜６のいずれか一に記載の透明導電膜が形成された下部透明基板とがお互いの前記透明導電膜を対向させて前記上部透明基板の部分的な変形によって該透明導電膜同士が接触可能に近接配置されてなり、前記下部透明基板側に画像表示装置本体が対向配置され、前記上部透明基板を押圧することにより該液晶表示装置本体の画面表示に応じたデータが入力可能であることを特徴とするタッチパネル。

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