(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の一方の主表面上に透明電極が形成された表示素子用透明電極付き基板において、前記表示素子が形成されるときに表示部となる前記透明電極を、前記透明基板から数えて下部反射防止層、銀または銀主成分の金属層、上部反射防止層の順で積層し、前記表示部の透明電極に連なる入力端子部の電極を、前記下部反射防止層、前記上部反射防止層あるいは透明基板から前記下部反射防止層と前記上部反射防止層をこの順序に被覆した積層体とし、かつ導電性としたことを特徴とする表示素子用透明電極付き基板。
【請求項２】
前記表示部となる透明電極と前記透明基板との間に、カラーフイルタが設けられている請求項１に記載の表示素子用透明電極付き基板。
【請求項３】
前記下部反射防止層を５５０ｎｍの波長における屈折率が１．６〜２．９の透明金属酸化物の層とし、上部反射防止層を酸化インジウムを主成分とする層とした請求項１または２に記載の表示素子用透明電極付き基板。
【請求項４】
前記下部反射防止層を５５０ｎｍの波長における屈折率が１．６〜２．９の透明金属酸化物の層とし、上部反射防止層を酸化亜鉛を主成分とする層と、酸化インジウムを主成分とする層をこの順で積層した積層体とした請求項１または２に記載の表示素子用透明電極付き基板。
【請求項５】
前記下部反射防止層を酸化インジウムを主成分とする層とした請求項３または４に記載の表示素子用透明電極付き基板。
【請求項６】
前記表示部となる透明電極の銀または銀主成分の金属層をｎ（ｎは１以上の整数）層の酸化インジウムを主成分とする分割層でｎ＋１層に分割した請求項１〜５のいずれかの項に記載の表示素子用透明電極付き基板。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の表示素子用透明電極付き基板を用いた液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示素子などの薄型表示素子に用いられる透明電極付き基板に関し、とりわけ大面積で高精細、高速応答の液晶表示素子に好適に用いられる透明電極付き基板およびそれを用いた液晶表示素子に関する。また本発明の透明電極付き基板はプラズマ表示素子やプラズマアドレス液晶表示素子などの他の電気信号により駆動する表示素子にも適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液晶表示素子に用いられる透明電極付き基板としては、錫を含有する酸化インジウム（ＩＴＯ）をガラス基板表面に被覆したものが用いられている。この基板のＩＴＯ透明電極を所定形状の透明電極にパターン加工したものは、可視光の透過性が優れているが、透明導電膜の抵抗率は１０-4Ωｃｍオーダーという大きな値を有するため、表示面積を大きく、また、表示の高精細化、高速応答化を実現するためには、透明電極の膜厚を厚くしなければならないという問題があった。
【０００３】
透明導電膜の膜厚が厚くなると、高精細な形状の電極を歩留りよく形成することが困難になり、また液晶表示素子内部に透明電極による顕著な段差が形成されるので、ラビングなどによる液晶の配向処理においてこの段差部周辺で配向不良が生じるという問題があった。この問題を解決するために、抵抗率の小さい銀の薄膜を導電層とし、透過率の向上をはかるために、この銀層をＩＴＯなどの導電性反射防止層で挟んだ３層構造の透明電極が、液晶表示用透明電極として特開昭６３−１８７３９９号公報や特開平７−１１４８４１号公報に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、導電層に銀の薄膜を用いる従来の技術は、透明性（可視光線透過率）と低抵抗特性を併せ有するが、入力端子接続部での強い電界によって、銀が移動し腐食劣化を起こすという問題点があった。また、入力端子部近傍は外気に直接触れる状態で使用されるので、耐湿性や耐水性が十分でなく、経時的に劣化するという問題があった。本発明は、従来技術が有する上記問題点を解決するためになされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明基板の一方の主表面上に透明電極が形成された表示素子用透明電極付き基板において、前記表示素子が形成されるときに表示部となる前記透明電極を、前記透明基板から数えて下部反射防止層、銀または銀主成分の金属層、上部反射防止層の順に積層し、前記表示部の透明電極に連なる入力端子部の電極を、前記下部反射防止層、前記上部反射防止層あるいは透明基板から前記下部反射防止層と前記上部反射防止層とをこの順序に被覆した積層体とし、かつ導電性とした表示素子用透明電極付き基板である。
【０００６】
本発明の透明電極付き基板を液晶表示素子に用いるときは、液晶が封入される密閉空間内（液晶セル内）の表示部の透明電極が、透明基板から数えて下部反射防止層、銀または銀主成分の金属層、上部反射防止層の順で被覆された積層体となるように組み立てられる。
【０００７】
さらに、表示部の透明電極から連なり、少なくとも入力端子部、さらにその近傍の透明電極は、下部反射防止層、上部反射防止層あるいは透明基板側から下部反射防止層と上部反射防止層とをこの順序に被覆した積層体となるようにし、かつ導電性を有する層となるように組み立てられる。
【０００８】
本発明の下部反射防止層または上部反射防止層は、５５０ｎｍの波長における屈折率が１．６〜２．９の可視光線波長域で透明な金属酸化物を用いることができる。これらの金属酸化物としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化ネオジウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化カドミウム、酸化アンチモン、五酸化タンタル、酸化ビスマス、二酸化チタニウム、酸化アルミニウムやこれらの混合物からなる複合酸化物が例示できる。さらに屈折率が小さい二酸化珪素を屈折率調整の目的のために、上記透明金属酸化物と混合して用いることができる。
【０００９】
本発明の上部反射防止層は、酸化インジウムを主成分とする層が好ましく、なかでも錫を含有させた酸化インジウム（ＩＴＯ）が好ましい。また、酸化亜鉛を主成分とする層と、酸化インジウムを主成分とする層をこの順で積層した積層体とも好ましく用いられる。この場合、アルミニウムを少量ドープした酸化亜鉛（ＡＺＯまたはＺｎＯ：Ａｌで表記される）とＩＴＯの積層体とするのが最も好ましい。
【００１０】
本発明においては、入力端子部の透明電極は、反射防止層により形成される。ここで入力端子部とは、ガラス基板周辺部に設けられる外部入力装置との接触部およびその近傍を含み、液晶物質を２枚の透明基板の間に封入する封止材の外周側のガラス基板表面の全部を含む。さらに、表示部の透明電極と入力端子部の透明電極の境界は、液晶セル内で実質的に画像表示に関与しない位置、封止材が設けられている位置に設けてもよい。本発明においては、表示部の透明電極の導電性は、可視光線で透明な銀または銀主成分の金属層により確保されるが、入力端子部の透明電極は、下部反射防止層または上部反射防止層の導電性により確保される必要がある。従って上記の下部反射防止層および上部反射防止層のうちいずれか一方の反射防止層は、透明導電性の金属酸化物であることが必要である。かかる酸化物としては、酸化インジウム、酸化インジウム主成分の酸化物、アルミニウムを少量含有する酸化亜鉛などが例示でき、とりわけＩＴＯが電極加工がしやすい点で好ましい。
【００１１】
本発明の銀または銀主成分の金属層は、銀に抵抗を著しく低下させない程度に、また耐湿熱性を向上させるためにパラジウム、金、白金などの金属を含ませることができる。このときの銀または銀主成分の金属層の体積抵抗率は、１０μΩｃｍ以下とするのが好ましい。
【００１２】
本発明においては、可視光線に対する透明性および低い面積抵抗を確保する上で、下部反射防止層の膜厚を１０〜２００ｎｍとするのが好ましく、銀または銀主成分の金属層の膜厚を５〜１００ｎｍとするのが好ましく、上部反射防止層の膜厚を１０〜２００ｎｍとするのが好ましい。
【００１３】
本発明の銀または銀主成分の金属層は、さらに下部反射防止層または上部反射防止層と同じ組成の分割層で２層以上に分割することができる。すなわち分割層を１つまたはそれ以上挿入することにより、２つまたはそれ以上の層数の銀または銀主成分の金属層に分割することができる。これにより、銀または銀主成分の金属層を分割しない場合に比べ、ほぼ同じ面積抵抗で有れば、より高い透過率の透明導電膜付き基板とすることができる。このように前記銀または銀主成分の金属層を分割する場合は、それぞれの分割された銀または銀主成分の金属層の膜厚の総和が１００ｎｍ以下とするのが好ましい。
【００１４】
本発明に用いることのできる基板としては、ソーダライムシリカ組成のガラスや硼珪酸ガラス（無アルカリガラス）などの公知のガラス基板はもちろん、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やアクリル（ＰＭＭＡ）などのプラスチック基板やプラスチックフィルム、さらにはこれらの基板表面上にカラー表示を目的としたカラーフイルタを設けた基板を例示することができる。またこれらの基板は平面である必要はなく、曲面を有した基板でもよい。
【００１５】
【発明の実施の態様】
本発明の実施態様を下記に説明する。図１は、本発明の透明電極付き基板の一実施例で、アルカリ溶出防止用二酸化珪素膜（図示されてない）が表面に被覆されたガラス基板５の表面上に、透明電極４が所定形状に電極加工されて形成されている。この透明電極４は、液晶表示素子とするときの表示部４ａと表示部の透明電極４ａに連なりガラス基板の端にまで引き出された入力端子部の電極４ｂからなっている。表示部の透明電極４ａは、図１のＡＡ断面図で示されるように、下部反射防止層１と銀または銀主成分の金属層２と上部反射防止層３とがガラス基板５側からこの順に被覆された積層体でできており、入力端子部の電極４ｂは、下部反射防止層１のみからなる。図５は、本発明の透明電極付き基板を用いて作成した液晶表示素子の一実施例の断面図である。２枚の本発明の透明電極付きガラス基板が、一定間隔を置いてエポキシ樹脂等の有機樹脂からなる封止材１４により接着され、密閉空間を有する液晶セル１３が形成されている。液晶セル１３には液晶（図中黒丸で示されている）が封じ込められており、この液晶は表面に液晶を配向するための配向膜１２が塗布された透明電極の間に印加された電圧により配向制御が行われ、画像や文字表示が行われる。図５においては、本発明の表示部の透明電極４ａと入力端子部の透明電極４ｂの境界は、液晶セル１３内の周辺部に設けられている。
【００１６】
入力端子部の電極４ｂは、外気が直接触れる液晶セル１３の外側全面に設けられ、入力端子部電極のガラス基板の先端部分で入力端子１６と接続されている。
【００１７】
上記の透明電極付き基板の各層は、スパッタリングや真空蒸着法により、ガラス基板と層を被覆するための原料（スパッタリングではターゲット、蒸着では蒸発材料）との間に適宜マスキング板を設置する方法により行うことができる。
【００１８】
たとえば、ガラス基板全面にスパッタリングや真空蒸着法により下部反射防止層１としてのＩＴＯを被覆し、その後表示部となるガラス基板の中央部分が開放されその周辺部分が遮蔽されるようなマスキング治具を介して銀または銀主成分の金属層２としての銀及び上部反射防止層３としてのＩＴＯをスパッタリングや真空蒸着法により引き続き被覆形成する方法を用いることができる。その後必要により、感光性レジストやドライフイルムによるフオトリソグラフイ法を用いた酸によるエッチングにより、ＩＴＯ、銀、ＩＴＯの３層を一工程で所定形状に電極加工する。
【００１９】
図３は、本発明の透明電極付き基板６の他の実施例である。マスキング治具を介して行うスパッタリングや真空蒸着法により、ガラス基板１の液晶表示素子としたときに表示部となる部分４ａに、下部反射防止層１としての酸化チタニウムなどの酸不溶性の透明絶縁膜および銀または銀主成分の金属層２としての銀層を被覆積層する。その後マスキング治具を用いずにガラス基板全体に上部反射防止層３としてのＩＴＯを被覆する。得られた透明電極付き基板は、必要によりフオトリソグラフイ法を用いた酸によるエッチングにより銀層及び上部反射防止層のＩＴＯを一工程で所定形状に電極加工する。
【００２０】
図４は本発明の他の実施例で、表示部４ａの電極はガラス基板／下部反射防止層としてのＩＴＯ層／銀層／分割層としてのＩＴＯ層／銀層／上部反射防止層としてのＩＴＯ層の５層からなり、入力端子部の電極４ｂは下部反射防止層としてのＩＴＯ層からなることを示している。この場合、入力端子部の電極は、下部反射防止層としてのＩＴＯ層／分割層としてのＩＴＯ層／上部反射防止層としてのＩＴＯ層の３回に分けて被覆されたＩＴＯ層としてもよい。
【００２１】
入力端子装置との接続点である透明電極の耐電界性、耐湿熱性および耐アルカリ性の高さで評価される化学的耐久性、基板込みの可視光透過率の高さで評価される透明性、シート抵抗の低さで評価される電気的特性、エッチングのし易さと面内の均一性で評価される電極加工性を評価した。これらの特性から、本発明のとりわけ好ましい実施態様としては、シート抵抗値で約２．５Ω/□以下１、５Ω/□以上、可視光透過率６０％以上という特性を示す透明電極の封止した表示セル内で基板／ＩＴＯ／銀／ＩＴＯ／銀／ＩＴＯの積層構造をとり、かつ入力端子部透明電極は基板／ＩＴＯ、基板／ＩＴＯ／ＩＴＯ（下部反射防止層のＩＴＯと上部反射防止層のＩＴＯとの積層体）、または基板／ＩＴＯ／ＩＴＯ／ＩＴＯ（下部反射防止層としてのＩＴＯと分割層としてのＩＴＯと上部反射防止層としてのＩＴＯとの積層体を意味する）とすることが挙げられる。１．５Ω/□以下の範囲で可視光透過率６０％以上という特性を有する本発明の基板としては、表示部で基板／ＩＴＯ／銀／ＩＴＯ／銀／ＩＴＯ／銀／ＩＴＯの積層構造をとり、入力端子部の電極を基板／ＩＴＯ、基板／ＩＴＯ／ＩＴＯ、基板／ＩＴＯ／ＩＴＯ／ＩＴＯ、または基板／ＩＴＯ／ＩＴＯ／ＩＴＯ／ＩＴＯで構成したものが例示できる。
【００２２】
以下に実施例で本発明を説明する。
実施例１縦４００ｍｍ横３００ｍｍ厚さ０．７ｍｍの単純マトリックス液晶表示用ソーダライムシリカ組成のガラス基板を洗浄した後、アルカリパッシベーション用二酸化珪素層を３０ｎｍ形成した。つぎにスパッタリングターゲットとして１０重量％の酸化錫を含む酸化インジウム、銀をそれぞれ用いて、ＤＣスパッタリング法により、ＩＴＯ層／銀層／ＩＴＯ層をそれぞれ膜厚で４０ｎｍ、１５ｎｍ、４０ｎｍになるよう順次ガラス基板上に被覆し、透明電極付き基板のサンプル１を得た。この際、マスキング治具により、電圧入力装置と接続する場所およびその近傍には銀層の被覆が行われないようにした。このサンプル１の入力端子部の電極は、ＩＴＯ単層からなるが、その積層は下部反射防止層ＩＴＯと上部反射防止層ＩＴＯの２回のスパッタリングにより形成されている。入力端子部の電極の成膜履歴をスラッシュにより表している。表１に電極の構成と、耐久性試験結果をまとめて示す。
【００２３】
得られた透明電極をフオトリソグラフイ法により電極幅７０μｍ、電極間隔１５μｍのストライプ状透明電極になるように、酸として塩酸及び硝酸を含む水溶液からなるエッチング液により電極パターン加工をした。
実施例２〜６実施例１と同じガラス基板を用い、表示部の電極構造、入力端子部の電極構造および銀または銀主成分の金属層の分割について変更して本発明の透明電極付き基板のサンプル２〜６を得た。それらの電極の構造、入力端子部の成膜履歴および耐久性試験結果を表１に示す。
【００２４】
比較例１〜４実施例と同じガラス基板を用いて、表示部と入力端子部の両部分に、銀または銀主成分の金属層として銀層を設けた透明電極付き基板の比較サンプル１〜４を作成した。サンプル１〜４の電極構造および実施例１と同じ方法で評価した耐久性の試験結果を表１に示す。得られた透明電極をフオトリソグラフイ法により電極幅７０μｍ、電極間隔１５μｍのストライプ状透明電極になるように、酸として塩酸及び硝酸を含む水溶液からなるエッチング液により電極パターン加工をした。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
上記の実施例から、本発明の透明電極付き基板の電極は、入力端子部での電圧印加に対する耐久性が、従来技術として説明される比較例の電極構造を有するものよりも格段に優れていることが分かる。また、銀を含む構造の透明電極を液晶表示素子の外部雰囲気に触れる箇所に設けることなく液晶セル内に設ける構造とすれば、電圧印加に対する耐久性の向上に併せて、耐湿熱性、耐水性が併せ得られるものと期待される。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の透明電極付き基板は、その液晶表示部となる電極を銀または銀主成分の金属層を含む可視光線透過率が高く低い抵抗を有するものとし、表示部以外の少なくとも外部入力端子の透明電極との接点およびその近傍において銀または銀主成分の金属層を用いていないので、大きな面積を有する表示部における低抵抗及び高い可視光透過率と入力端子部の電極部における高い耐電界性を兼ね備えた透明導電膜付き基板とすることができる。これにより、耐久性の優れた大画面、高画質の表示素子を得ることができる。
【００２８】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の表示素子用透明電極膜付き基板の一実施例の平面図である。
【図２】図２は、図１のＡーＡ断面図である。
【図３】図３は、本発明の表示素子用透明電極付き基板の他の実施例の断面図である。
【図４】図４は、本発明の表示素子用透明電極付き基板の別の実施例の断面図である。
【図５】図５は、本発明の表示素子用透明電極付き基板を用いた液晶表示素子の一実施例の断面図である。
【００２９】
【符号の説明】
１：下部反射防止層
２：銀または銀主成分の金属層
３：上部反射防止層
４：透明電極
４ａ：表示部の透明電極
４ｂ：入力端子部の透明電極
５：透明基板
６：本発明の透明電極付き基板
１０：カラーフィルター
１１：保護膜
１２：配向膜
１３：液晶セル
１４：封止材
１５：本発明の透明電極付き基板を用いた液晶表示素子
１６：入力装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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