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JP5395345B2 - Method for producing aluminum-doped zinc oxide transparent conductive film using aerosol - Google Patents

Method for producing aluminum-doped zinc oxide transparent conductive film using aerosol Download PDF

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JP5395345B2 JP2007259877A JP2007259877A JP5395345B2 JP 5395345 B2 JP5395345 B2 JP 5395345B2 JP 2007259877 A JP2007259877 A JP 2007259877A JP 2007259877 A JP2007259877 A JP 2007259877A JP 5395345 B2 JP5395345 B2 JP 5395345B2
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Description

本発明は、透明導電膜として有用なアルミニウムドープ酸化亜鉛透明導電膜の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an aluminum-doped zinc oxide transparent conductive film useful as a transparent conductive film.

透明導電膜は、光に対する透明性と適度な導電性を有する薄膜材料として、近年、太陽電池、OA機器及び携帯電話等の液晶ディスプレイ、フラットパネルディスプレイ等の透明電極として用いられている。透明導電膜は、一般的に錫ドープ酸化インジウム(ITO)、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、フッ素ドープ酸化錫(FTO)又はアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)等の透明導電材料から製造される。これらの中でも、ITO透明導電膜が比較的高い導電性を実現できることから、高範囲で使用されている。しかし、ITOに含まれるインジウムは希少元素であり高価である。また、ATOやFTOから製造される透明導電膜は一般的に透明性が低く、また導電性が不十分である。   Transparent conductive films are used as transparent electrodes for liquid crystal displays such as solar cells, OA devices and mobile phones, and flat panel displays as thin film materials having transparency to light and moderate conductivity. The transparent conductive film is generally manufactured from a transparent conductive material such as tin-doped indium oxide (ITO), antimony-doped tin oxide (ATO), fluorine-doped tin oxide (FTO), or aluminum-doped zinc oxide (AZO). Among these, since the ITO transparent conductive film can realize relatively high conductivity, it is used in a high range. However, indium contained in ITO is a rare element and expensive. Moreover, the transparent conductive film manufactured from ATO or FTO is generally low in transparency and insufficient in conductivity.

そこで最近、安価、高い透明性、高い導電性及び化学的安定性を有するアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)透明導電膜が注目されている。このAZO透明導電膜は、他の透明導電膜と同様に、イオンプレーティング加工法、スパッタリング法等の物理蒸着法や、高蒸気圧を有する原材料ガスの熱分解による化学蒸着法、塗布法等により得ることができる。   Therefore, recently, an aluminum-doped zinc oxide (AZO) transparent conductive film having low cost, high transparency, high conductivity and chemical stability has attracted attention. As with other transparent conductive films, this AZO transparent conductive film can be obtained by physical vapor deposition such as ion plating and sputtering, chemical vapor deposition by thermal decomposition of raw material gas having high vapor pressure, coating method, etc. Can be obtained.

例えば、高密度のAZO焼結体をターゲットとしてスパッタリング法によりAZO透明導電膜を製造する方法(特許文献1)が知られている。この製造方法によって、高い導電性で透明性に優れた透明導電膜を製造することができる。しかし、スパッタリング法は、一般的に高真空条件を要することや、大面積の膜の製造には適さないこと、また大掛かりな装置を要する。   For example, a method of manufacturing an AZO transparent conductive film by sputtering using a high-density AZO sintered body as a target is known (Patent Document 1). With this manufacturing method, a transparent conductive film having high conductivity and excellent transparency can be manufactured. However, the sputtering method generally requires high vacuum conditions, is not suitable for manufacturing a large-area film, and requires a large apparatus.

また、水と可溶な液体を主成分とする分散液にAZO等の微粒子を分散した塗料を支持体上に塗布、乾燥し、微粒子含有層を形成し、その後、前記微粒子含有層を圧縮し微粒子の圧縮層を形成する透明導電膜の製造方法(特許文献2)が報告されている。この製造方法は、簡易で生産性が高く、低コストで透明導電膜を製造することができる。しかし、透明電極等に要求されるような高い導電性を有する透明導電膜を得ることは難しい。
特開平7−258836号公報 特開2001−321717号公報
In addition, a coating material in which fine particles such as AZO are dispersed in a dispersion mainly composed of water and a soluble liquid is applied onto a support and dried to form a fine particle-containing layer, and then the fine particle-containing layer is compressed. A method for producing a transparent conductive film for forming a compressed layer of fine particles (Patent Document 2) has been reported. This manufacturing method is simple, has high productivity, and can manufacture a transparent conductive film at low cost. However, it is difficult to obtain a transparent conductive film having high conductivity as required for a transparent electrode or the like.
JP-A-7-258836 JP 2001-321717 A

本発明は上記の事情を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、原料に用いるアルミニウムドープ酸化亜鉛微粒子の導電性を損なうことなく、高い導電性、透明性を有する透明導電膜を簡易に効率よく、低コストで製造可能な透明導電膜の製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is to provide a transparent conductive film having high conductivity and transparency without impairing the conductivity of the aluminum-doped zinc oxide fine particles used as a raw material. An object of the present invention is to provide a method for producing a transparent conductive film that can be produced simply and efficiently at low cost.

本発明者らは、アルミニウムドープ酸化亜鉛微粒子にキャリアガスを混合したエアロゾルを用いることにより、優れた導電性を有する透明導電膜を簡便に製造することができることの知見を得た。特に特定の粒子径を有し、アルミニウムのドープ量を特定の範囲とすることにより、優れた導電性を有する透明導電膜を製造することができることを見い出し、係る知見に基づき、本発明を完成するに至った。   The present inventors have obtained the knowledge that a transparent conductive film having excellent conductivity can be easily produced by using an aerosol obtained by mixing a carrier gas with aluminum-doped zinc oxide fine particles. In particular, it has been found that a transparent conductive film having excellent conductivity can be produced by having a specific particle diameter and the aluminum doping amount within a specific range, and the present invention is completed based on such knowledge. It came to.

即ち、本発明は、アルミニウム原子を亜鉛原子に対し、原子比率で0.001〜0.04の範囲で含有し、体積基準による50%平均粒子径として0.5〜3.0μmを有するアルミニウムドープ酸化亜鉛微粒子にキャリアガスを混合してエアロゾルを形成する工程(I)、及び前記エアロゾルをノズルから噴射して基板に衝突させ基板上に前記微粒子からなる透明導電膜を形成する工程(II)を含むことを特徴とするエアロゾルを用いたアルミニウムドープ酸化亜鉛透明導電膜の製造方法に関する。 That is, the present invention provides an aluminum dope that contains aluminum atoms in an atomic ratio of 0.001 to 0.04 with respect to zinc atoms and has a 50% average particle diameter of 0.5 to 3.0 μm on a volume basis. forming a transparent conductive film made of the mixed carrier gas to form an aerosol (I), and the aerosol is sprayed from a nozzle onto the substrate to collide with the substrate in the zinc oxide fine particles (II) It is related with the manufacturing method of the aluminum dope zinc oxide transparent conductive film using the aerosol characterized by including.

本発明によれば、原料に用いるアルミニウムドープ酸化亜鉛微粒子の導電性を損なうことなく、高い導電性、透明性を有する透明導電膜を簡易に効率よく、低コストで製造することができる。   According to the present invention, it is possible to easily and efficiently produce a transparent conductive film having high conductivity and transparency without impairing the conductivity of the aluminum-doped zinc oxide fine particles used as a raw material.

本発明のエアロゾルを用いたアルミニウムドープ酸化亜鉛(以下、「AZO」ともいう。)透明導電膜の製造方法は、AZO微粒子にキャリアガスを混合してエアロゾルを形成する工程(I)、及び前記エアロゾルをノズルから噴射して基板に衝突させ基板上に前記微粒子からなる透明導電膜を形成する工程(II)を含む。   The method for producing an aluminum-doped zinc oxide (hereinafter also referred to as “AZO”) transparent conductive film using the aerosol of the present invention comprises the step (I) of forming an aerosol by mixing AZO fine particles with a carrier gas, and the aerosol And a step (II) of forming a transparent conductive film made of the fine particles on the substrate by spraying from a nozzle and colliding with the substrate.

本発明のエアロゾルを用いたAZO透明導電膜の製造方法は、いわゆるエアロゾルデポジション法に従い行うことができる。   The method for producing an AZO transparent conductive film using the aerosol of the present invention can be performed according to a so-called aerosol deposition method.

本発明に用いるAZO微粒子は、気相法や液相法、固相法等の製造方法により製造されるAZO微粒子を使用することができる。気相法によるAZO微粒子の製造方法としては、例えば、原料の酸化亜鉛と酸化アルミニウムを加熱して蒸発させ、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲気ガス中で凝集させて微粒子を製造する蒸発凝縮法や、蒸気圧の高い亜鉛やアルミニウムの塩化物や揮発性オキシ塩化物、アルコキシド、有機化合物等を原料化合物として使用し、高温で加熱分解させる気相反応法等が挙げられる。   As the AZO fine particles used in the present invention, AZO fine particles produced by a production method such as a gas phase method, a liquid phase method, or a solid phase method can be used. As a method for producing AZO fine particles by a vapor phase method, for example, an evaporation condensation method in which zinc oxide and aluminum oxide as raw materials are heated and evaporated, and agglomerated in an inert atmosphere gas such as argon and helium to produce fine particles, Examples of the gas phase reaction method include high-vapor pressure zinc and aluminum chlorides, volatile oxychlorides, alkoxides, organic compounds and the like as raw material compounds, and thermal decomposition at high temperatures.

また液相法によるAZO微粒子の製造方法としては、例えば、亜鉛塩とアルミニウム塩の水溶液又は金属アルコキシドから化学反応により固体粒子を析出させる化学沈殿法、金属アルコキシドの加水分解と重縮合反応から微粒子を得るアルコキシド法、高温高圧の水熱条件を利用する水熱合成法等がある。   Examples of the method for producing AZO fine particles by the liquid phase method include, for example, a chemical precipitation method in which solid particles are precipitated by a chemical reaction from an aqueous solution of a zinc salt and an aluminum salt or a metal alkoxide, and a fine particle obtained by hydrolysis and polycondensation reaction of a metal alkoxide. There are obtained alkoxide methods, hydrothermal synthesis methods utilizing hydrothermal conditions of high temperature and pressure, and the like.

また固相法によるAZO微粒子の製造方法としては、例えば、原料の金属酸化物粉末を混合して分散した後、焼成を行い、さらに粉砕して微粒子を製造する方法等が挙げられる。具体的には、酸化亜鉛と酸化アルミニウムを水等の媒体に分散させた後、媒体を除去した後、焼成、粉砕してAZO微粒子を得る方法を挙げることができる。このとき用いる酸化亜鉛の粒子径としては、概ね0.6μm、酸化アルミニウムの粒子径としては、概ね0.1μmであることが好ましい。   Examples of the method for producing AZO fine particles by the solid phase method include a method in which raw material metal oxide powders are mixed and dispersed, then fired and further pulverized to produce fine particles. Specifically, a method of obtaining AZO fine particles by dispersing zinc oxide and aluminum oxide in a medium such as water and then removing the medium, followed by firing and grinding. The particle diameter of zinc oxide used at this time is preferably about 0.6 μm, and the particle diameter of aluminum oxide is preferably about 0.1 μm.

ここで酸化亜鉛や酸化アルミニウムの粒子径は、体積基準による50%平均粒子径をいい、後述する測定方法による測定値を採用することができる。   Here, the particle diameter of zinc oxide or aluminum oxide refers to a 50% average particle diameter based on volume, and a measured value by a measuring method described later can be adopted.

上記固相法においてAZO微粒子を焼成する際の焼成温度としては、800〜1200℃が好ましく、より好ましくは850〜1050℃である。この範囲の温度で、例えば、1〜3時間、好ましくは2時間程度焼成して得られるAZO微粒子を用いることにより、優れた導電性を有するAZO透明導電膜を形成することができる。   The firing temperature when firing the AZO fine particles in the solid phase method is preferably 800 to 1200 ° C, more preferably 850 to 1050 ° C. By using, for example, AZO fine particles obtained by firing at a temperature in this range for 1 to 3 hours, preferably about 2 hours, an AZO transparent conductive film having excellent conductivity can be formed.

AZO微粒子中のアルミニウム原子は、亜鉛原子に対して、原子比率で0.001〜0.04であり、好ましくは0.005〜0.015である。アルミニウム原子のドープ量がこの範囲であれば、優れた導電性を有するAZO透明導電膜を形成することができる。   Aluminum atoms in the AZO fine particles are 0.001 to 0.04 in terms of atomic ratio with respect to zinc atoms, and preferably 0.005 to 0.015. If the doping amount of aluminum atoms is within this range, an AZO transparent conductive film having excellent conductivity can be formed.

また、AZO微粒子の平均粒子径は体積基準による50%平均粒子径が0.5〜3.0μmであり、好ましくは1.0〜1.5μmである。平均粒子径がこの範囲であれば、優れた導電性、膜硬度を有するAZO透明導電膜を形成することができる。平均粒子径の調整は、例えば、AZO微粒子の製造時の粉砕により調整する方法、製造したAZO微粒子を分級する方法等の方法により行うことができる。 Further, the average particle size of the AZO fine particles is such that the 50% average particle size on a volume basis is 0.5 to 3.0 μm , preferably 1.0 to 1.5 μm. When the average particle diameter is within this range, an AZO transparent conductive film having excellent conductivity and film hardness can be formed. The average particle diameter can be adjusted by, for example, a method of adjusting by pulverization during the production of AZO fine particles, a method of classifying the produced AZO fine particles, or the like.

ここで、AZO微粒子の体積基準による50%平均粒子径とは、レーザー回折散乱法によって測定される体積基準粒度分布のメジアン径(D50)であって、例えば日機装社製のマイクロトラック粒度分布測定装置を用いて測定することができる。   Here, the volume-based 50% average particle diameter of the AZO fine particles is a median diameter (D50) of a volume-based particle size distribution measured by a laser diffraction scattering method. For example, a microtrack particle size distribution measuring apparatus manufactured by Nikkiso Co., Ltd. Can be measured.

上記AZO微粒は高い導電性を有することが、得られる透明導電膜において優れた導電性を有するため好ましい。   It is preferable that the AZO fine particles have high conductivity because they have excellent conductivity in the obtained transparent conductive film.

本発明の工程(I)において、上記AZO微粒子とキャリアガスの混合方法としては、例えば、エアロゾル発生器を用いる方法を挙げることができる。エアルゾル発生器を用いる混合方法としては、具体的には、AZO微粒子を収容したエアロゾル発生器にキャリアガスを導入し、AZO微粒子を巻き上げ、AZO微粒子とキャリアガスとを混合しエアロゾルを形成し、形成されたエアロゾルを導出する方法を例示することができる。上記エアロゾル発生器の容量、エアロゾル発生器へのキャリアガスの導入量、エアロゾル発生容器からの導出量は、安定したAZO微粒子のエアロゾルを形成できるように、適宜選択することができる。具体的には、キャリアガスの導入出量として、例えば、6〜15L/分を挙げることができる。ここで、エアロゾルは、キャリアガス中にAZO微粒子が分散されたものである。   In the step (I) of the present invention, examples of the method for mixing the AZO fine particles and the carrier gas include a method using an aerosol generator. As a mixing method using an aerosol generator, specifically, a carrier gas is introduced into an aerosol generator containing AZO fine particles, the AZO fine particles are rolled up, and the AZO fine particles and the carrier gas are mixed to form an aerosol. A method for deriving the generated aerosol can be illustrated. The capacity of the aerosol generator, the amount of carrier gas introduced into the aerosol generator, and the amount derived from the aerosol generation container can be appropriately selected so that an aerosol of stable AZO fine particles can be formed. Specifically, examples of the introduction / extraction amount of the carrier gas include 6 to 15 L / min. Here, the aerosol is one in which AZO fine particles are dispersed in a carrier gas.

上記キャリアガスは、AZO微粒子や形成した透明導電膜の性能に影響を与えないものが好ましく、具体的には、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、乾燥空気等を使用することができる。これらキャリアガスは単独で又は2種以上混合して使用することができる。   The carrier gas is preferably one that does not affect the performance of the AZO fine particles or the formed transparent conductive film. Specifically, for example, nitrogen, helium, argon, dry air, or the like can be used. These carrier gases can be used alone or in admixture of two or more.

工程(I)は、エアロゾル発生器中に装填するAZO微粒子に対し、凝集を抑制する工程を含むことが好ましい。AZO微粒子の凝集を抑制する工程としては、振動、電界、加熱等によりAZO微粒子に刺激を与える工程を挙げることができる。このような刺激を与えることにより、AZO微粒子の粒子径を一定範囲に保持したエアロゾルを形成することができる。   The step (I) preferably includes a step of suppressing aggregation of the AZO fine particles loaded in the aerosol generator. Examples of the step of suppressing aggregation of the AZO fine particles include a step of stimulating the AZO fine particles by vibration, electric field, heating or the like. By giving such a stimulus, it is possible to form an aerosol in which the particle diameter of the AZO fine particles is maintained within a certain range.

更に、工程(I)において、形成したエアロゾルを分級器を用いて分級し、また、解砕器を用いて解砕してもよい。これにより、エアロゾル中に含まれるAZO微粒子を、透明導電膜の形成に有効な粒子径、粒度分布を有するものとし、安定したエアロゾルを供給することにより、均一な導電性を有する透明導電膜を形成することができる。   Furthermore, in step (I), the formed aerosol may be classified using a classifier, and may be crushed using a crusher. As a result, the AZO fine particles contained in the aerosol have a particle size and particle size distribution effective for the formation of the transparent conductive film, and a stable conductive film is formed by supplying a stable aerosol. can do.

[工程(II)]
本発明のAZO透明導電膜の製造方法における工程(II)は、工程(I)において形成されたエアロゾルをノズルから噴射し、基板上にエアロゾルを衝突させて透明導電膜を形成する方法であり、例えば、ノズルと、基板の載置手段を備えた成膜装置を用いることができる。
[Step (II)]
Step (II) in the method for producing an AZO transparent conductive film of the present invention is a method of forming the transparent conductive film by spraying the aerosol formed in the step (I) from a nozzle and causing the aerosol to collide with the substrate. For example, a film forming apparatus including a nozzle and a substrate mounting unit can be used.

上記ノズルは、特に限定されるものではなく均一な透明導電膜の形成が可能なノズルであればよく、所定の噴射速度を容易に得ることができる点からラバルノズルが好ましい。ノズルの開口形状も、円形のみでなく、基板の幅方向に対応したスリット状であってもよい。ノズルの開口が円形の場合、例えば、噴射速度を500〜700m/secとする場合、0.5〜1mmの範囲の口径を有することが好ましい。   The nozzle is not particularly limited as long as it can form a uniform transparent conductive film, and a Laval nozzle is preferable from the viewpoint that a predetermined injection speed can be easily obtained. The opening shape of the nozzle is not limited to a circle, but may be a slit shape corresponding to the width direction of the substrate. When the nozzle opening is circular, for example, when the injection speed is 500 to 700 m / sec, it is preferable that the nozzle has a diameter in the range of 0.5 to 1 mm.

ノズルは、1つのみでなく2以上設けられていてもよい。複数のノズルを設置する場合は、複数のノズルは1つのエアロゾル発生器から分岐して設けてもよいが、各ノズルはそれぞれ一つのエアロゾル発生器に対応して設けてもよい。複数のノズルが設置された成膜装置は、成膜を高速で行うことができ、大面積の透明導電膜の製造が容易となる点で好ましい。   Two or more nozzles may be provided instead of only one. When a plurality of nozzles are installed, the plurality of nozzles may be provided by branching from one aerosol generator, but each nozzle may be provided corresponding to one aerosol generator. A film forming apparatus provided with a plurality of nozzles is preferable in that film formation can be performed at a high speed and a large-area transparent conductive film can be easily manufactured.

このようなノズルから噴射されるエアロゾルの衝突によって透明導電膜が形成される基板は、ノズルとの距離を例えば、0.5〜30mmとして配置されることが好ましく、10〜20mm間隔を保持して配置されることがより好ましい。基板とノズル間距離をこの範囲とすることにより、エアロゾルの基板への衝突速度の調整が容易となり、また、透明導電膜の形成に関与せず基板から反跳する粒子により透明導電膜の形成が阻害されるのを抑制することができる。   The substrate on which the transparent conductive film is formed by the collision of the aerosol sprayed from such a nozzle is preferably arranged with a distance from the nozzle of, for example, 0.5 to 30 mm, and keeps an interval of 10 to 20 mm. More preferably, it is arranged. By adjusting the distance between the substrate and the nozzle within this range, it is easy to adjust the collision speed of the aerosol to the substrate, and the transparent conductive film is formed by particles that recoil from the substrate without being involved in the formation of the transparent conductive film. Inhibition can be suppressed.

上記基板の材質としては、例えば、ガラス、セラミック、石英、サファイア、シリコンウエハー、プラスチック等を挙げることができる。   Examples of the material of the substrate include glass, ceramic, quartz, sapphire, a silicon wafer, and plastic.

上記基板の載置手段としては、エアロゾルが衝突する基板上の位置を順次移動させ、エアロゾル中のAZO微粒子が基板の新たな表面に順次付着、又は基板表面と反応し、基板上に透明導電膜を順次形成可能とするため、ノズルから噴射されるエアロゾルと基板とを相対的に走査する相対的走査手段を有するものが好ましい。相対的走査手段としては、具体的には、一定方向(X方向)に移動する基板の載置台と、ノズルを固定又は載置台の移動方向に対して垂直方向(Y方向)に移動させる移動手段とを有するもの等を挙げることができる。ノズルと基板の相対的移動により透明導電膜の連続製造、大面積の製造を効率よく容易にすることができる。   As the means for placing the substrate, the position on the substrate where the aerosol collides is sequentially moved, and the AZO fine particles in the aerosol sequentially adhere to or react with the new surface of the substrate, and the transparent conductive film is formed on the substrate. Are preferably provided with relative scanning means for relatively scanning the aerosol ejected from the nozzle and the substrate. Specifically, as the relative scanning unit, a substrate mounting table that moves in a certain direction (X direction) and a moving unit that moves the nozzle in a direction perpendicular to the moving direction of the mounting table (Y direction). Can be mentioned. By the relative movement of the nozzle and the substrate, continuous production of a transparent conductive film and production of a large area can be facilitated efficiently.

ノズルからのエアロゾルの噴射速度は、特に限定されるものではなく、エアロゾルの噴出量、ノズル形状、ノズルと基板の距離、ノズル及び/又は基板の走査速度、並びに形成膜厚等に応じて適宜選択することができる。好ましい噴射速度は100〜1,000m/secの範囲であり、より好ましくは500〜700m/secの範囲である。この範囲であれば、緻密で透明性があり高い導電性の透明導電膜を形成することができる。   The spray speed of the aerosol from the nozzle is not particularly limited, and is appropriately selected according to the spray amount of the aerosol, the nozzle shape, the distance between the nozzle and the substrate, the scanning speed of the nozzle and / or the substrate, the formed film thickness, etc. can do. A preferable injection speed is in the range of 100 to 1,000 m / sec, and more preferably in the range of 500 to 700 m / sec. Within this range, a dense, transparent and highly conductive transparent conductive film can be formed.

エアロゾルの噴射方向と基板表面の角度は、特に限定されるものではないが、エアロゾルの噴射方向と基板表面のなす角度は、基板表面の垂直方向に対して0°〜10°の範囲であることが好ましく、より好ましくは基板に対して垂直である。   The angle between the aerosol injection direction and the substrate surface is not particularly limited, but the angle formed between the aerosol injection direction and the substrate surface is in the range of 0 ° to 10 ° with respect to the vertical direction of the substrate surface. And more preferably perpendicular to the substrate.

上記基板上に透明導電膜を形成する際の成膜装置内を所定の雰囲気とすることが好ましい。例えば、1,000〜50,000Pa、約20℃程度に調整する。成膜装置内の圧力が上記範囲であると、導電性、膜硬度が高い透明導電膜の連続生産を可能とする。   The inside of the film forming apparatus when forming the transparent conductive film on the substrate is preferably set to a predetermined atmosphere. For example, it is adjusted to about 1,000 to 50,000 Pa and about 20 ° C. When the pressure in the film forming apparatus is within the above range, it is possible to continuously produce a transparent conductive film having high conductivity and film hardness.

工程(II)において形成する透明導電膜の膜厚は、特に限定されるものではないが、150〜250nmの範囲が、優れた透明性、導電性及び膜硬度を有することから好ましい。   Although the film thickness of the transparent conductive film formed in process (II) is not specifically limited, The range of 150-250 nm is preferable from having the outstanding transparency, electroconductivity, and film | membrane hardness.

上記透明導電膜の膜厚は、触針式表面形状測定器(DEKTAK8:Veeco社製)を用い、基板の透明導電膜の形成前後の厚さを測定し、その差から求めた値とすることができる。   The film thickness of the transparent conductive film is determined by measuring the thickness of the substrate before and after the formation of the transparent conductive film using a stylus type surface shape measuring instrument (DEKTAK8: manufactured by Veeco), and obtaining a value obtained from the difference. Can do.

更に、このように工程(II)により形成されたAZO透明導電膜に対し、抵抗加熱を行う工程を加えることも可能である。抵抗加熱は抵抗体に電流を流すことにより発生するジュール熱を利用した加熱方式であり、例えば、電気炉等により行うことができる。加熱温度としては、好ましくは500〜1500℃である。   Furthermore, it is also possible to add a step of performing resistance heating to the AZO transparent conductive film formed by the step (II). The resistance heating is a heating method using Joule heat generated by passing a current through the resistor, and can be performed by, for example, an electric furnace. The heating temperature is preferably 500 to 1500 ° C.

本発明のAZO透明導電膜の製造方法を適用したAZO透明導電膜製造装置の一例として、図1に示すものを挙げることができる。図1に示す透明導電膜製造装置には、主として、エアロゾル発生器3と、成膜装置6とが備えられる。   As an example of an AZO transparent conductive film manufacturing apparatus to which the AZO transparent conductive film manufacturing method of the present invention is applied, the one shown in FIG. 1 can be exemplified. The transparent conductive film manufacturing apparatus shown in FIG. 1 mainly includes an aerosol generator 3 and a film forming apparatus 6.

エアロゾル発生器3には底部に接続されるガス搬送管2を介してキャリアガスを収納するガスボンベ1が接続され、ガスボンベから所定量のキャリアガスがエアロゾル発生器3に供給されると、内部に装填する透明導電材料微粒子Pとキャリアガスとが混合され、エアロゾルが形成される。更に、エアロゾル発生器の上部には搬送管4が接続され、エアロゾル発生器内で形成されたエアロゾルが搬送管4から導出されるようになっている。   The aerosol generator 3 is connected to a gas cylinder 1 for storing a carrier gas via a gas conveying pipe 2 connected to the bottom, and when a predetermined amount of carrier gas is supplied from the gas cylinder to the aerosol generator 3, it is loaded inside. The transparent conductive material fine particles P to be mixed with the carrier gas form an aerosol. Further, a carrier tube 4 is connected to the upper part of the aerosol generator, and the aerosol formed in the aerosol generator is led out from the carrier tube 4.

このようなエアロゾル発生器3には、内部に装填するAZO微粒子の凝集を抑制し、粒子径を一定範囲に保持するため、必要に応じて、AZO微粒子に刺激を与える、振動装置、電界発生装置、加熱装置等が設けられていてもよい。また、エアロゾル発生器3や、搬送管4には、形成されたエアロゾル中に含まれる所定の粒子径以上の粒子径を有するAZO微粒子を除去する分級器や、また、所定の粒子径以上の粒子径のAZO微粒子を解砕する解砕器を設けていてもよい。   In such an aerosol generator 3, a vibration device and an electric field generator for stimulating the AZO fine particles as necessary in order to suppress aggregation of the AZO fine particles loaded therein and maintain the particle diameter within a certain range. A heating device or the like may be provided. Further, the aerosol generator 3 and the transport pipe 4 are provided with a classifier for removing AZO fine particles having a particle diameter equal to or larger than a predetermined particle diameter contained in the formed aerosol, and particles having a predetermined particle diameter or larger. A crusher for crushing AZO fine particles having a diameter may be provided.

成膜装置6には、搬送管4を介して供給されるエアロゾルを噴射するノズル5が搬送管4の先端に設けられる。ノズル5の開口の形状はステージと幅と同じ幅を有するスリット状や、円形状等の開口を有するものであってもよい。ノズルは一つのみ図示しているが、複数のノズルが設けられていてもよい。   In the film forming apparatus 6, a nozzle 5 for injecting aerosol supplied through the transport pipe 4 is provided at the tip of the transport pipe 4. The shape of the opening of the nozzle 5 may be a slit having the same width as the stage or a circular opening. Although only one nozzle is illustrated, a plurality of nozzles may be provided.

成膜装置6内には、透明導電膜を形成する基板7を、例えば図示しない吸引装置に接続され吸引力により支持するステージ(載置台)8が設けられる。ステージはXY方向移動機構を有し、ノズルから噴射されるエアロゾルがステージ上の基板の新たな表面に衝突するようになっている。   In the film forming apparatus 6, a stage (mounting table) 8 is provided that supports a substrate 7 on which a transparent conductive film is formed, for example, connected to a suction apparatus (not shown) and supported by a suction force. The stage has an XY direction moving mechanism so that aerosol sprayed from the nozzle collides with a new surface of the substrate on the stage.

一方、ノズルにはステージに支持された基板の新たな表面に衝突するようにエアロゾルを噴射可能とする移動機構がステージの移動機構に代わって設けられていてもよい。例えば、X方向に走査するようにスリット状ノズルを移動させてエアロゾルを噴射させ、固定したステージ上の基板に透明導電膜を形成させ、あるいは、X方向に走査するように円形ノズルをX方向に往復移動させて、ステージをY方向に移動させ、ステージ上に透明導電膜を形成させてもよい。   On the other hand, the nozzle may be provided with a moving mechanism capable of injecting aerosol so as to collide with a new surface of the substrate supported by the stage, instead of the moving mechanism of the stage. For example, the slit-shaped nozzle is moved so as to scan in the X direction to spray aerosol, and a transparent conductive film is formed on the substrate on the fixed stage, or the circular nozzle is moved in the X direction so as to scan in the X direction. The transparent conductive film may be formed on the stage by reciprocally moving the stage in the Y direction.

成膜装置6には、必要に応じて、真空ポンプ9や、温調装置(図示せず)が設けられ、内部を大気圧又は減圧に設定し、所望の温度に設定可能となっている。その他、基板を成膜装置内へ自動搬送する搬送手段が設けられ、装置への基板の搬入出を自動で行うようにしてもよい。   The film forming apparatus 6 is provided with a vacuum pump 9 and a temperature control device (not shown) as required, and the inside can be set to atmospheric pressure or reduced pressure and set to a desired temperature. In addition, a transport unit that automatically transports the substrate into the film forming apparatus may be provided so that the substrate is automatically carried into and out of the apparatus.

本発明のAZO透明導電膜の製造方法によって得られる透明導電膜は、緻密であり、導電性が高く、透明性を有し、太陽電池、OA機器及び携帯電話等の液晶ディスプレイ、フラットパネルディスプレイ等の電極用の部材に好適である。   The transparent conductive film obtained by the method for producing an AZO transparent conductive film of the present invention is dense, highly conductive and transparent, and includes liquid crystal displays such as solar cells, OA devices and mobile phones, flat panel displays, etc. It is suitable for the electrode member.

以下に、本発明のAZO透明導電膜の製造方法を具体的に詳細に説明するが、本発明の技術的範囲はこれらに限定されるものではない。   Below, the manufacturing method of the AZO transparent conductive film of this invention is demonstrated concretely in detail, However, The technical scope of this invention is not limited to these.

[製造例1〜6]AZO微粒子の調製
平均粒子径0.6μmの酸化亜鉛微粒子と平均粒子径0.1μmの酸化アルミニウム微粒子を表1に示す質量にて水4500gに分散させた。減圧留去により水を除去した後、大気中で870℃2時間焼成し、得られた焼成物をボールミルで粉砕し、AZO微粒子(1〜6)を得た。
[Production Examples 1 to 6] Preparation of AZO fine particles Zinc oxide fine particles having an average particle size of 0.6 µm and aluminum oxide fine particles having an average particle size of 0.1 µm were dispersed in 4500 g of water at a mass shown in Table 1. Water was removed by distillation under reduced pressure, followed by firing in the atmosphere at 870 ° C. for 2 hours, and the resulting fired product was pulverized with a ball mill to obtain AZO fine particles (1 to 6).

得られたAZO微粒子について、体積基準による50%平均微粒子径を、日機装社製マイクロトラック粒度分布測定装置を用いて測定した。結果を表1に示す。   About the obtained AZO microparticles | fine-particles, the 50% average particle diameter by a volume reference was measured using the Nikkiso Co., Ltd microtrac particle size distribution measuring apparatus. The results are shown in Table 1.

AZO微粒子の導電性を以下の方法で測定した。AZO微粒子0.2gと焼結助剤(10質量%ポリビニルアルコール水溶液)0.02gとを混合し、10MPaで加圧し成形し、1200℃で2時間焼成し測定用ペレット(直径8mm、厚さ0.8mm)を得た。2400ソースメーター(ケースレイ社製)を用い、JIS K 7194に準拠した四端針法にて測定用ペレットの導電性を測定した。結果を表1に示す。   The conductivity of the AZO fine particles was measured by the following method. 0.2 g of AZO fine particles and 0.02 g of sintering aid (10 mass% polyvinyl alcohol aqueous solution) are mixed, pressed at 10 MPa, molded, fired at 1200 ° C. for 2 hours, and pellets for measurement (diameter 8 mm, thickness 0) 8 mm). Using a 2400 source meter (manufactured by Caseley Co., Ltd.), the conductivity of the measurement pellets was measured by a four-end needle method in accordance with JIS K 7194. The results are shown in Table 1.

Figure 0005395345
Figure 0005395345

[実施例1〜6]透明導電膜の調製
得られたAZO微粒子を用いて、図1に示す透明導電膜製造装置を用いて透明導電膜を調製した。エアロゾル発生器にAZO微粒子を装填し、エアロゾル発生器を振動装置により振動させながら、エアロゾル発生器にキャリアガスとして窒素ガスを10L/minで導入し、エアロゾルを発生させた。このエアロゾルを、10,000Pa、20℃に調整した成膜装置内へ、口径が0.8mmのラバルノズルから600m/secの速度で噴射させ、ノズルから15mmに配置した26mm×76mmのサファイア基板上に垂直に衝突させて透明導電膜を形成させた。透明導電膜を電気炉を用いて1200℃で2時間加熱し、AZO透明導電膜を得た。
[Examples 1 to 6] Preparation of Transparent Conductive Film Using the obtained AZO fine particles, a transparent conductive film was prepared using the transparent conductive film manufacturing apparatus shown in FIG. The aerosol generator was charged with AZO fine particles, and while the aerosol generator was vibrated by a vibration device, nitrogen gas was introduced into the aerosol generator as a carrier gas at 10 L / min to generate an aerosol. This aerosol is injected into a film forming apparatus adjusted to 10,000 Pa and 20 ° C. at a speed of 600 m / sec from a Laval nozzle having a diameter of 0.8 mm, on a 26 mm × 76 mm sapphire substrate arranged 15 mm from the nozzle. A transparent conductive film was formed by vertical collision. The transparent conductive film was heated at 1200 ° C. for 2 hours using an electric furnace to obtain an AZO transparent conductive film.

[導電性]
得られたAZO透明導電膜の導電性を2400ソースメーター(ケースレイ社製)を用い、JIS K 7194に準じて四端針法により測定した。結果を表2に示す。
[Conductivity]
The conductivity of the obtained AZO transparent conductive film was measured by a four-end needle method according to JIS K 7194 using a 2400 source meter (manufactured by Caseley). The results are shown in Table 2.

[透明性]
得られたAZO透明導電膜の透過率を、550nm波長光を使用し島津自記分光光度計UV−3100PC(島津製作所製)により測定した。結果を表2に示す。
[transparency]
The transmittance of the obtained AZO transparent conductive film was measured with a Shimadzu automatic spectrophotometer UV-3100PC (manufactured by Shimadzu Corporation) using light having a wavelength of 550 nm. The results are shown in Table 2.

Figure 0005395345
Figure 0005395345

結果より、AZO透明導電膜は導電性及び透過性に優れ、液晶ディスプレイの透明電極等に好適である。   From the results, the AZO transparent conductive film is excellent in conductivity and transparency, and is suitable for a transparent electrode of a liquid crystal display.

本発明のAZO透明導電膜の製造方法を適用した透明導作成装置の一例の概略構成図を示す図である。It is a figure which shows the schematic block diagram of an example of the transparent conducting production apparatus to which the manufacturing method of the AZO transparent conductive film of this invention is applied.

符号の説明Explanation of symbols

1 キャリアガスボンベ
3 エアロゾル発生器
5 ノズル
6 成膜装置
7 基板
9 真空ポンプ
P 透明導電材料微粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carrier gas cylinder 3 Aerosol generator 5 Nozzle 6 Film-forming apparatus 7 Substrate 9 Vacuum pump P Transparent conductive material fine particles

Claims (4)

アルミニウム原子を亜鉛原子に対し、原子比率で0.001〜0.04の範囲で含有し、体積基準による50%平均粒子径として0.5〜3.0μmを有するアルミニウムドープ酸化亜鉛微粒子にキャリアガスを混合してエアロゾルを形成する工程(I)、及び前記エアロゾルをノズルから噴射して基板に衝突させ基板上に前記微粒子からなる透明導電膜を形成する工程(II)を含むことを特徴とするエアロゾルを用いたアルミニウムドープ酸化亜鉛透明導電膜の製造方法。 Carrier gas to aluminum-doped zinc oxide fine particles containing aluminum atoms in the range of 0.001 to 0.04 in terms of atomic ratio with respect to zinc atoms and having a 50% average particle diameter of 0.5 to 3.0 μm on a volume basis are mixed and wherein the step of forming an aerosol (I), and then injecting the aerosol from a nozzle comprising the step (II) to form a transparent conductive film made of the fine particles on the substrate to collide the substrate The manufacturing method of the aluminum dope zinc oxide transparent conductive film using the aerosol to do. 前記工程(II)において、前記エアロゾルを前記ノズルから噴射速度500〜700m/secで噴射することを特徴とする請求項1記載のエアロゾルを用いたアルミニウムドープ酸化亜鉛透明導電膜の製造方法。 The method for producing an aluminum-doped zinc oxide transparent conductive film using an aerosol according to claim 1 , wherein in the step (II), the aerosol is injected from the nozzle at an injection speed of 500 to 700 m / sec . 前記工程(II)において、前記ノズルの口径を0.5〜1mmとすることを特徴とする請求項1又は2記載のエアロゾルを用いたアルミニウムドープ酸化亜鉛透明導電膜の製造方法。 The method for producing an aluminum-doped zinc oxide transparent conductive film using an aerosol according to claim 1 or 2 , wherein the nozzle has a diameter of 0.5 to 1 mm in the step (II) . 前記工程(II)において、前記エアロゾルを前記ノズルから0.5〜30mmの距離に配置した前記基板に衝突させることを特徴とする請求項1から3の何れかに記載のエアロゾルを用いたアルミニウムドープ酸化亜鉛透明導電膜の製造方法。  4. The aluminum dope using the aerosol according to claim 1, wherein in the step (II), the aerosol is caused to collide with the substrate disposed at a distance of 0.5 to 30 mm from the nozzle. 5. A method for producing a zinc oxide transparent conductive film.
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