(57)【要約】【課題】ＩＴＯ微粒子をバインダーおよび溶剤に分散させた塗膜を窒素雰囲気下で加熱して硬化させることで、膜厚が１μｍ以上、シート抵抗が１ｋΩ／□以下のＩＴＯ膜を３００℃以下の温度で形成することを可能とする。【解決手段】インジウムスズオキサイド微粒子をバインダーおよび溶剤もしくは水に分散させたものを塗布して塗布膜４３を形成する工程と、前記塗布膜４３を硬化させて光透過性を有する導電膜４４を形成する工程とを備えた導電膜の製造方法において、前記塗布膜４３は窒素雰囲気下で加熱して硬化させる製造方法であり、この製造方法は、基板に複数の発光素子２１が配列され、前記発光素子２１の発光部を覆う電極に光透過性を有する導電膜４４を用いた表示装置１の製造方法に用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インジウムスズオキサイド微粒子をバインダーおよび溶剤もしくは水に分散させたものを塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を硬化させて光透過性を有する導電膜を形成する工程とを備えた導電膜の製造方法において、
前記塗布膜は窒素雰囲気下で加熱して硬化させる
ことを特徴とする導電膜の製造方法。
【請求項２】
前記窒素雰囲気は１％以下の酸素を含む雰囲気である
ことを特徴とする請求項１記載の導電膜の製造方法。
【請求項３】
前記塗布膜の硬化工程は、
１００℃未満の大気中で前記溶剤を揮発させる工程と、
１００℃以上の低酸素濃度雰囲気下加熱する工程と
を備えたことを特徴とする請求項１記載の導電膜の製造方法。
【請求項４】
基板に複数の発光素子が配列され、前記発光素子の発光部を覆う電極に光透過性を有する導電膜を用いた表示装置の製造方法であって、
前記光透過性を有する導電膜を形成する工程は、
インジウムスズオキサイド微粒子をバインダーおよび溶剤もしくは水に分散させたものを塗布して塗布膜を形成する工程と、
前記塗布膜を窒素雰囲気下で加熱して硬化させて光透過性を有する導電膜を形成する工程と
を備えたことを特徴とする表示装置の製造方法。
【請求項５】
前記窒素雰囲気は１％以下の酸素を含む雰囲気である
ことを特徴とする請求項４記載の表示装置の製造方法。
【請求項６】
前記塗布膜の硬化工程は、
１００℃未満の大気中で前記溶剤を揮発させる工程と、
１００℃以上の窒素雰囲気下加熱する工程と
を備えたことを特徴とする請求項４記載の表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚膜の光透過性導電膜を低温で形成することが容易な導電膜の製造方法およびその導電膜が用いられる表示装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
基板上に、微小発光素子を例えば縦横に配列してなるマイクロＬＥＤ（Light Emitting Diode）ディスプレイは、各種の機能性樹脂材料を用いて上記微小発光素子（例えばＬＥＤ）が実装されている。上記機能性樹脂材料の多くは耐熱温度が３００℃以下であり、３００℃以上という耐熱性樹脂はポリイミドのような高価な耐熱性樹脂に限られる。したがって、マイクロＬＥＤの実装プロセスにおいて、３００℃以上の温度が必要な工程を組み入れることは困難である。また、透明電極を形成するプロセスにおいても、プロセス温度を３００℃以下とすることが重要となる。
【０００３】
通常、透明電極材料には、スパッタ法もしくは蒸着法により成膜されるインジウムスズオキサイド（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）膜が一般的であり、下地との密着性、光学的特性（高い光透過率）、電気的特性を保持するため、膜厚は１μｍ以下としている。一方、マイクロＬＥＤディスプレイは、構造上、発光素子の表面にサブμｍ〜数μｍの凹凸が存在する。したがって、発光素子表面に用いる透明電極は、その信頼性を確保するために１μｍ〜数μｍの膜厚が必要となる。
【０００４】
図４に示すように、マイクロＬＥＤディスプレイ１０１におけるグローバル配線１３１とＬＥＤ１２１とを接続する部位のみに透明電極１３３を用いるため、例えば図示した配置では、各ＬＥＤ１２１に付加される抵抗値は透明電極１３３のシート抵抗値と同程度となる。例えば透明電極１３３のシート抵抗値が１ｋΩ／□、駆動電流を０．１ｍＡとしたときの電圧上昇は０．１Ｖとなる。一般にＬＥＤ１２１の駆動電圧は２Ｖ〜４Ｖ程度なので、電力損失比率としては許容しうる範囲である。しかし、透明電極１３３のシート抵抗値が数ｋΩ／□以上となると、電力損失の比率が無視できない値となる。このような観点から、マイクロＬＥＤディスプレイの電力損失を数％以下まで抑えるために、透明電極材料のシート抵抗値は１ｋΩ／□以下とすることが望ましく、さらに望ましくは３００Ω／□以下とすることが求められている。
【０００５】
上記説明したように、マイクロＬＥＤディスプレイの透明電極は、膜厚が１μｍ以上、シート抵抗値が１ｋΩ／□以下、形成温度が３００℃以下であることが少なくとも必要である。また、透明電極の透過率は一般的にフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）で要求される程度、少なくとも８０％以上が求められている。
【０００６】
上記透明電極を形成する材料にＩＴＯインクがある。ＩＴＯインクとは粒子径が１００ｎｍ以下のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）微粒子を有機バインダーおよび溶剤もしくは水に分散させたものであり、そのＩＴＯインクを塗布し、乾燥、硬化させることで透明導電性被膜が得られ、帯電防止膜等で工業化されている。しかし、電気特性として数ｋΩ／□以上のシート抵抗を有しているため、ディスプレイの透明電極に用いるには不向きである。
【０００７】
また、上記ＩＴＯインクとは別にディスプレイの透明電極用材料として、低抵抗の塗布材料が市販されているが、これは有機スズ、有機インジウムを溶剤に分散させた後、両者を反応させてＩＴＯとする材料が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。しかしこの反応のためには４５０度以上の高温が必要であり、耐熱温度が３００℃以下である多くの樹脂基板上に低抵抗膜を形成することは困難である。また、バインダーを用いていないため、膜厚は０．０８μｍ〜０．２２μｍ程度であり、１μｍ以上の厚膜を形成することが困難である。
【０００８】
また、ＩＴＯ微粒子をアクリル系樹脂バインダーおよびケトン系溶剤に分散させた透明導電ＩＴＯインクがあり、この透明導電ＩＴＯインクは、塗布後、低温加熱処理（８０℃〜１２０℃）でＩＴＯ膜を形成することができるというものである（例えば、非特許文献２参照。）。しかし、膜厚が１μｍ程度では表面抵抗値が１ｋΩ／□以上あり、マイクロＬＥＤディスプレイの透明電極に用いることは困難である。
【０００９】
さらに、針状ＩＴＯ微粒子をアクリル系樹脂バインダーおよびケトン系溶剤に分散させた透明導電ペーストがあり、この透明導電ペーストは、塗布後、低温加熱処理（１２０℃）で膜厚が６μｍ〜１１μｍの低抵抗（シート抵抗値が７００Ω／□以下程度）なＩＴＯ膜を形成することができるというものである（例えば、非特許文献３参照。）。しかし、膜厚が６μｍよりも薄くなると表面抵抗値が１ｋΩ／□以上となるものであり、１μｍ〜５μｍ程度の膜厚で用いたいマイクロＬＥＤディスプレイの透明電極に用いることは困難である。
【００１０】
以上説明したように、マイクロＬＥＤディスプレイの透明電極として用いることができるＩＴＯインクとして、膜厚が１μｍ以上、シート抵抗が１ｋΩ／□以下が可能なものを提供することは極めて重要なことである。
【００１１】
【非特許文献１】住友金属鉱山株式会社“製品・技術情報≫透明導電塗料≫ＤＸ−４００シリーズ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、住友金属鉱山株式会社ホームページ、［平成１６年１２月２日検索］、インターネット＜URL：{ HYPERLINK "http://www.smm.co.jp/b"  ,http://www.smm.co.jp/b}_info/b09_4.html＞
【非特許文献２】住友金属鉱山株式会社“製品・技術情報≫透明導電塗料≫Ｘ−１００シリーズ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、住友金属鉱山株式会社ホームページ、［平成１６年１２月２日検索］、インターネット＜URL：{ HYPERLINK "http://www.smm.co.jp/b"  ,http://www.smm.co.jp/b}_info/b09_1.html＞
【非特許文献３】住友金属鉱山株式会社“製品・技術情報≫透明導電塗料≫ＳＣ−１００シリーズ”、［ｏｎｌｉｎｅ］、住友金属鉱山株式会社ホームページ、［平成１６年１２月２日検索］、インターネット＜URL：{ HYPERLINK "http://www.smm.co.jp/b"  ,http://www.smm.co.jp/b}_info/b09_3.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
解決しようとする問題点は、マイクロＬＥＤディスプレイの透明電極として用いることができるＩＴＯインクとして、膜厚が１μｍ以上、シート抵抗が１ｋΩ／□以下のものを樹脂の耐熱温度、例えば３００℃以下で形成することが困難な点である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の導電膜の製造方法は、インジウムスズオキサイド微粒子をバインダーおよび溶剤もしくは水に分散させたものを塗布して塗布膜を形成する工程と、前記塗布膜を硬化させて光透過性を有する導電膜を形成する工程とを備えた導電膜の製造方法において、前記塗布膜は窒素雰囲気下で加熱して硬化させることを最も主要な特徴とする。
【００１４】
本発明の表示装置の製造方法は、基板に複数の発光素子が配列され、前記発光素子の発光部を覆う電極に光透過性を有する導電膜を用いた表示装置の製造方法であって、前記光透過性を有する導電膜を形成する工程は、インジウムスズオキサイド微粒子をバインダーおよび溶剤もしくは水に分散させたものを塗布して塗布膜を形成する工程と、前記塗布膜を窒素雰囲気下で加熱して硬化させて光透過性を有する導電膜を形成する工程とを備えたことを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の導電膜の製造方法は、発光素子の発光部を覆う電極に用いる光透過性を有する導電膜を、インジウムスズオキサイド微粒子をバインダーおよび溶剤もしくは水に分散させたものを塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を窒素雰囲気下で加熱して硬化させて形成するため、多くの樹脂の耐熱温度よりも低い３００℃以下の低温で塗布膜を硬化させることが可能になる。その際、窒素雰囲気での加熱であるため、ＩＴＯ膜は酸素を膜中に採り込まなくなるので、ｎ型半導体であるＩＴＯ膜は膜中の酸素によりキャリア濃度や移動度が影響を受けにくくなり、シート抵抗を低減できるという利点がある。
【００１６】
本発明の表示装置の製造方法は、発光素子の発光部を覆う電極に用いる光透過性を有する導電膜を、インジウムスズオキサイド微粒子をバインダーおよび溶剤もしくは水に分散させたものを塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を窒素雰囲気下で加熱して硬化させて形成するため、多くの樹脂の耐熱温度よりも低い３００℃以下の低温で塗布膜を硬化させることが可能になる。その際、窒素雰囲気での加熱であるため、ＩＴＯ膜は酸素を膜中に採り込まなくなるので、ｎ型半導体であるＩＴＯ膜は膜中の酸素によりキャリア濃度や移動度が影響を受けにくくなり、シート抵抗を低減できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
ＩＴＯインクを用いて、膜厚が１μｍ以上、シート抵抗が１ｋΩ／□以下のものを樹脂の耐熱温度、例えば３００℃以下で、インジウムスズオキサイド（ＩＴＯ）膜を形成するという目的を、ＩＴＯ微粒子をバインダーおよび溶剤もしくは水に分散させたものを塗布して塗布膜を形成し、その塗布膜を窒素雰囲気下で加熱して硬化させて光透過性を有する導電膜を形成することで実現した。
【実施例１】
【００１８】
本発明の導電膜の製造方法および表示装置の製造方法に係る第１実施例を、図１の製造工程図によって説明する。
【００１９】
図１（１）に示すように、表示装置１は、複数の発光素子２１が基板１１の主面に、例えば縦横に配置されている。その配列は、種々の配列方法があり、例えば、光の３原色である１行に、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子を順に繰り返し配列し、さらにその行を隣接する行間では同一発光色の発光素子が列方向にずれて配列されるように繰り返し複数列に形成したものである。本発明の表示装置は、発光素子２１の配列方法は問わない。図面では、基板１１に形成されたひとつの発光素子２１に着目して示すが、その他の発光素子についても、以下に説明する構成と同様となる。
【００２０】
基板１１の主面には発光素子２１のｐ側配線３１が形成され、そのｐ側配線３１に上記発光素子２１のｐドープ層２１ｐが接続されている。また上記発光素子２１は基板１１の主面に形成された絶縁樹脂層１２に、発光素子のｎ側ドープ層２１ｎが露出される状態に形成されている。そして、上記絶縁樹脂層１２の主面には、上記発光素子のｎ側ドープ層２１ｎと離間した位置、すなわち上記発光素子２１の発光側を遮蔽することがないような位置に、ｎ側配線３２が形成されている。上記のような構成の表示装置において、発光素子２１のｎ側ドープ層２１ｎとｎ側配線３２とを接続する透明電極が必要となる。
【００２１】
次に、図１（２）に示すように、上記樹脂絶縁層１２上に、上記ｐ側配線３１を被覆するように、マスク層４１を形成する。このマスク層４１は、例えばフォトレジストで形成することができ、例えば通常のレジスト塗布技術およびフォトリソグラフィー技術によって、パターン加工される。ここでは、発光素子２１のｎ側ドープ層２１ｎとｎ側配線３２とを接続する配線を形成するため、発光素子２１のｎ側ドープ層２１ｎからｎ側配線３２にかけて露出されるように、開口部４２を形成する。
【００２２】
次に、図１（３）に示すように、上記開口部４２内を埋め込むように上記マスク層４１を被覆する塗布膜４３を形成する。この塗布膜４３は、インジウムスズオキサイド（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）微粒子をバインダーおよび溶剤（もしくは水）に分散させたものであり、いわゆるＩＴＯインクと呼ばれるものを用いることができる。例えば、上記塗布膜４３のバインダーにはポリメチルメタクリル酸樹脂（ＰＭＭＡ）系バインダーを用いることができ、上記溶剤にはケトン系溶剤を用いることができる。その後、絶縁樹脂層１２主面に形成されている塗布膜４３を除去し、上記開口部４２内にのみ上記塗布膜４３を残す。
【００２３】
次に、図１（４）に示すように、上記基板１１を窒素雰囲気下で加熱して塗布膜４３を硬化させる。その際、加熱雰囲気の酸素濃度を好ましくは１％以下、より好ましくは２０ｐｐｍ以下とする。その理由としては、ＩＴＯはｎ型半導体であるため、膜中の酸素濃度が多くなるとキャリア濃度（酸素空孔により変化）や移動度（結晶学的欠陥により変化）が悪影響を受けるので、加熱雰囲気の酸素濃度はできうる限り少ないほうが好ましいためである。そのため、上記加熱雰囲気は窒素雰囲気としている。もしくは、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気としてもよい。なお、ＩＴＯ膜の伝導機構はＳｎ4+ドナーからの放出電子が３０％程度、Ｉｎ2Ｏ3の酸素欠陥からの放出電子が７０％といわれている。過剰な酸素が結晶内に取り込まれると、キャリア濃度が低下して導電率が下がることは導電機構から明らかである。
【００２４】
また、上記加熱温度は、基板１１に樹脂基板を用いることができるように、３００℃以下とすることが好ましい。また、塗布膜４３中の溶剤等を除去して塗布膜４３を硬化させるためには１５０℃以上の温度で加熱することが好ましい。したがって、上記加熱温度は１５０℃以上３００℃以下とする。なお、基板１１に３００℃よりも低い耐熱温度の基板を用いた場合には、その基板の耐熱温度を加熱温度の上限とする。上記熱処理の結果、塗布膜４３は硬化され、ＩＴＯ膜からなる透明な導電膜４４が形成される。この導電膜４４は、例えば可視光線に対して、８０％以上の透過率を有するものとなっている。なお、上記ＩＴＯインク中のＩＴＯ微粒子の化学量論的組成は最適化されていて、このＩＴＯ微粒子は成膜後も基本的に化学量論的組成を保つ。そして酸素が取り込まれる可能性のある温度領域でＩＴＯインクを焼成した時の酸素濃度は、スパッタリングでＩＴＯ膜を形成したときよりも低い酸素濃度が要求されるので、少なくともスパッタリングで形成する時の酸素導入比率の数％よりも低いレベルである必要がある。
【００２５】
このように、上記導電膜４４は、可視光線に対して８０％以上の透過率を有するので、発光素子２１の発光側を被覆する透明電極として用いることができる。
【００２６】
上記説明したように、本発明の導電膜の製造方法は、上記塗布膜４３の形成、その塗布膜４３を硬化させるための酸素濃度が２０ｐｐｍ以下の雰囲気での熱処理によるものであり、この導電膜の製造方法を、表示装置の発光素子上を覆う導電膜の製造方法に適用することによって、発光素子の発光方向側の透明電極を低抵抗な膜で形成することができるという利点がある。
【００２７】
次に、大気（酸素濃度がおよそ２０％）雰囲気と窒素雰囲気(酸素濃度が２０ｐｐｍ以下の雰囲気)における塗布膜の加熱温度とシート抵抗との関係を調べた。その結果を図２によって説明する。
【００２８】
図２に示すように、大気雰囲気で加熱した場合に加熱温度が５０℃〜２５０℃ではシート抵抗が８００Ω／□〜１０００Ω／□であったが、窒素雰囲気で加熱した場合に加熱温度が１５０℃〜２５０℃ではシート抵抗が３００Ω／□〜２００Ω／□となった。このように、窒素雰囲気で上記塗布膜を加熱することにより、上記塗布膜が硬化される際に膜中に取り込まれる酸素量がなくなるので、硬化された塗布膜のシート抵抗が小さくなる。通常ＩＴＯ膜はｎ型半導体であり、膜中の酸素濃度によってキャリア濃度や移動度に悪影響があることが知られている。上記加熱処理では、窒素雰囲気で加熱が行われているため、ＩＴＯ膜中への酸素の取り込みが無い。そのため、シート抵抗を低減することができ、その結果、低抵抗な配線を形成することが可能となる。なお、上記窒素雰囲気で硬化された塗布膜は、膜厚が２．５μｍであり、可視光透過率が８０％であった。この程度の透過率であれば、発光素子からの発光の妨げにはならない。
【実施例２】
【００２９】
本発明の導電膜の製造方法および表示装置の製造方法に係る第２実施例を、図３の製造工程図によって説明する。
【００３０】
図３（１）に示すように、前記第１実施例で説明したように、前記図１（１）〜（３）によって説明した工程を行って、上記開口部４２内を埋め込むように上記マスク層４１を被覆する塗布膜４３を形成する。この塗布膜４３は、インジウムスズオキサイド（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）微粒子をバインダーおよび溶剤（もしくは水）に分散させたものであり、例えば、いわゆるＩＴＯインクと呼ばれるものを用いることができる。上記塗布膜４３のバインダーにはポリメチルメタクリル酸樹脂（ＰＭＭＡ）系バインダーを用いることができ、上記溶剤にはケトン系溶剤を用いることができる。その後、絶縁樹脂層１２主面に形成されている塗布膜４３を除去し、上記開口部４２内にのみ上記塗布膜４３を残す。
【００３１】
次に、図３（２）に示すように、上記基板１１を大気雰囲気下で１００℃未満の温度範囲内で加熱して塗布膜４３中の溶剤を揮発させる第１熱処理を行う。その後、上記基板１１を窒素雰囲気下で、１００℃以上３００℃未満の温度で加熱して塗布膜４３を硬化させる第２熱処理を行う。その際、加熱雰囲気の酸素濃度を好ましくは１％以下、より好ましくは２０ｐｐｍ以下とする。その理由は、上記第１実施例で説明した理由と同様である。また、上記１００℃以上に加熱する加熱雰囲気は、不活性ガス雰囲気、真空雰囲気としてもよい。上記熱処理の結果、塗布膜４３は硬化され、ＩＴＯ膜からなる透明な導電膜４４が形成される。この導電膜４４は、例えば可視光線に対して、８０％以上の透過率を有するものとなっている。
【００３２】
上記説明したように、本発明の導電膜の製造方法は、上記塗布膜４３の形成、その塗布膜４３を硬化させるため、塗布膜４３中の溶剤を揮発させる第１熱処理と、窒素雰囲気で塗布膜４３を硬化させる第２熱処理とによるものであり、この導電膜の製造方法を、表示装置の発光素子２１上を覆う導電膜の製造方法に適用することによって、発光素子２１の発光方向側の透明電極を低抵抗な導電膜４４で形成することができるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の導電膜の製造方法および表示装置の製造方法は、マイクロＬＥＤディスプレイ等の発光素子の発光領域上に形成される透明導電性膜の製造方法という用途に用いることが好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の導電膜の製造方法および表示装置の製造方法に係る第１実施例を示した製造工程図である。
【図２】大気雰囲気と窒素雰囲気における塗布膜の加熱温度とシート抵抗との関係図である。
【図３】本発明の導電膜の製造方法および表示装置の製造方法に係る第２実施例を示した製造工程図である。
【図４】従来の発光素子とグローバル配線との接続を説明する平面レイアウト図である。
【符号の説明】
【００３５】
４３…塗布膜、４４…導電膜
【図１】
2006212584.tif 000003
【図２】
2006212584.tif 000004
【図３】
2006212584.tif 000005
【図４】
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