(57)【要約】生産性が高く、かつレーザパターニングに好適な透明導電膜付き基板を提供する。  ガラス基板上に酸化インジウムを主成分とする透明導電膜を形成されてなる透明導電膜付き基板ガラスであって、該透明導電膜表面の平均ドメイン径が１５０ｎｍ以下であることを特徴とする透明導電膜付き基板、および前記透明導電膜が非晶質である前記透明導電膜付き基板。前記透明導電膜は、スパッタリング法により成膜時の基板温度が２００℃以下で形成されてなる前記透明導電膜付き基板。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス基板上に酸化インジウムを主成分とする透明導電膜を形成されてなる透明導電膜付き基板であって、該透明導電膜表面の平均ドメイン径が１５０ｎｍ以下であることを特徴とする透明導電膜付き基板。
【請求項２】
前記透明導電膜が非晶質である請求項１に記載の透明導電膜付き基板。
【請求項３】
前記透明導電膜はレーザパターニング用途として用いられる請求項１または２に記載の透明導電膜付き基板。
【請求項４】
前記透明導電膜の膜厚が５０〜５００ｎｍである請求項１、２または３に記載の透明導電膜付き基板。
【請求項５】
前記透明導電膜の視感透過率が７０％以上である請求項１〜４いずれかに記載の透明導電膜付き基板。
【請求項６】
前記透明導電膜の比抵抗が０．００１Ωｃｍ以下である請求項１〜５いずれかに記載の透明導電膜付き基板。
【請求項７】
前記透明導電膜の基板側に下地膜を有する請求項１〜６いずれかに記載の透明導電膜付き基板。
【請求項８】
前記透明導電膜は、スパッタリング法により成膜時の基板温度が２５０℃以下の温度で形成されてなる請求項１〜７いずれかに記載の透明導電膜付き基板。
【請求項９】
請求項１〜８いずれかに記載の透明導電膜付き基板がレーザパターニングされてなる透明導電膜付き基板。
【請求項１０】
請求項９に記載のパターニングされた透明導電膜付き基板が、３００〜６００℃の温度で熱処理されてなるパターニングされた透明導電膜付き基板。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載のパターニングされた透明導電膜付き基板を用いたフラットパネルディスプレィ。
【請求項１２】
請求項１〜８いずれかに記載の透明導電膜付き基板をレーザによりパターニングを行うことを特徴とする透明導電膜付き基板のパターニング方法。
【請求項１３】
前記レーザのレーザエネルギが、０．２ｍＪ以上１ｍＪ未満である請求項１２に記載のパターニング方法。
【請求項１４】
前記レーザのレーザエネルギが、０．２〜０．７ｍＪである請求項１２に記載のパターニング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、フラットパネルディスプレィ（ＦＰＤ）に好適に使用される透明導電膜付き基板に関する。
【背景技術】  主としてＦＰＤの透明電極に用いられる酸化インジウムを主成分とする透明導電膜は、従来フォトリソグラフィによるウエットエッチング法でパターニングされていた（例えば、特許文献１参照。）。しかし、基板の大型化に伴い、ウエットエッチング法によるパターニングは、フォトリソグラフィに使用する大型マスク作製の困難化と工程数が多いことによるコストアップが問題となった。そこで、レーザで直接基板にパターンを形成するレーザパターニング法が用いられつつある。レーザパターニング法ではレーザにより透明導電膜を蒸発させてパターニングを行うが、従来使用されている酸化インジウムを主成分とする透明導電膜の一つであるスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）膜は蒸発しにくく、蒸発させるために高いレーザー出力でゆっくり走査する必要があり、生産性が低い問題があった。
【特許文献１】特開平７−６４１１２号公報
【発明の開示】
本発明は、生産性が高く、かつレーザパターニングに好適な透明導電膜付き基板およびそれを用いたフラットパネルディスプレィ、および前記透明導電膜付き基板のパターニング方法の提供を目的とする。
課題を解決するための手段
本発明は、ガラス基板上に酸化インジウムを主成分とする透明導電膜を形成されてなる透明導電膜付き基板ガラスであって、該透明導電膜表面の平均ドメイン径が１５０ｎｍ以下であることを特徴とする透明導電膜付き基板を提供する。
本発明はまた、前記透明導電膜が非晶質である前記透明導電膜付き基板、前記透明導電膜がレーザパターニング用途として用いられる前記透明導電膜付き基板、前記透明導電膜が、スパッタリング法により成膜時の基板温度が２５０℃以下で形成されてなる前記透明導電膜付き基板、および前記透明導電膜付き基板をレーザパターニング後、３００℃以上の温度で熱処理してなる透明導電膜付き基板を提供する。
さらに本発明は、上記透明導電膜付き基板をレーザによりパターニングを行う透明導電膜付き基板のパターニング方法を提供する。
発明の効果
本発明の透明導電膜付き基板を用いることにより、低いレーザ出力で精度よくパターニングをすることが可能となり、生産性に優れる。本発明の透明導電膜は、低いレーザ出力でパターニングできるため、ガラス基板をほとんど傷つけることなくパターニングすることが可能であり、生産性と品質に優れる。
また、低いレーザ出力で効果的にパターニングを行うことが可能であるため、同一レーザ出力では走査速度が速くでき、生産性を高くできる。また、パターニング後、熱処理を行うことでＦＰＤに好適な導電性および透明性を有するパターニングされた透明導電膜を形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】  図１は、従来例のＩＴＯ膜表面ＳＥＭ像である。
図２は、実施例１のＩＴＯ膜表面ＳＥＭ像である。
図３は、実施例２のＩＴＯ膜表面ＳＥＭ像である。
図４は、本発明の透明導電膜付き基板の断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】  本発明の透明導電膜付き基板１は、図４に示すとおり、ガラス基板１０上に酸化インジウムを主成分とする透明導電膜２０を形成した構造となっている。
本発明に用いられるガラス基板は、ソーダライムガラス、高歪み点ガラスおよび無アルカリガラス等とくに限定されないが、無アルカリガラスであることがＦＰＤとしての特性を維持できる点で好ましい。
ガラス基板の厚さは、透明性および耐久性の点で０．４〜５ｍｍであることが好ましい。ガラス基板の平均表面粗さＲａは０．１〜１０ｎｍ、更に０．１〜５ｎｍであることが好ましく、特に０．１〜１ｎｍであることが好ましい。また、ガラス基板の視感透過率（ＪＩＳ−Ｚ８７２２（１９９４年）で測定）は８０％以上であることが透明性の点で好ましい。
酸化インジウムを主成分とする透明導電膜は、酸化インジウムの含有量が透明導電膜中に８０質量％以上であることが好ましく、具体的には透明性および導電性の点でＩＴＯ（インジウムドープ酸化スズ）膜やＩＺＯ（亜鉛ドープ酸化インジウム）膜等が例示される。特にＩＴＯ膜であることが化学的安定性の点で好ましい。また、前記透明導電膜の膜厚は、導電性および透明性の点で、５０〜５００ｎｍ、特には１００〜３００ｎｍであることが好ましい。
酸化インジウムを主成分とする透明導電膜の視感透過率（ＪＩＳ−Ｚ８７２２（１９９４年）で測定）は、７０％以上、特には８０％以上であることが、透明電極として用いる場合に透明性が維持でき好ましい。また、酸化インジウムを主成分とする透明導電膜の比抵抗は、０．００１Ωｃｍ以下、特には０．０００５Ωｃｍ以下であることが、透明電極としての抵抗値を維持でき好ましい。
前記透明導電膜の基板側に、平坦度を良好にする等の目的で下地膜を形成してもよい。前記下地膜の材料は、シリカ、ジルコニア、チタニア等が例示される。このような下地膜を設けた場合であっても、本発明の透明導電膜は、容易にレーザパターニングをすることが可能であり好ましい。
前記透明導電膜は、透明導電膜表面の平均ドメイン径が１５０ｎｍ以下、特に１００ｎｍ以下であることを特徴としている。なお、１５０ｎｍ以下といった場合、ドメインが細かすぎて観察できないようなものも含まれる。ここで、ドメインとは、走査型電子顕微鏡像等で膜表面を観察した場合、確認できる、膜を構成している最小の要素（以下、グレインという。）が複数集まった領域をいう。
図１〜３は、異なる条件で形成したＩＴＯ膜の表面を走査型電子顕微鏡で観察したＳＥＭ像である。形成条件については後述する。図１では、細かいグレインが複数集まってドメインを形成しており、ドメインが段差をつけて形成されている。なお、平均ドメイン径とは、ＳＥＭ像に写されているドメインを任意に１０個取り出し、最も長い径と最も短い径との平均値を各々算出し、１０個の平均値として求めることができる。図１における平均ドメイン径は１８５ｎｍである。このような導電膜は、理論的にはよく分かっていないが、パターニングには高いレーザ出力を必要とする。
しかし、図２および図３では、ドメインが細かくなっており、図２では、平均ドメイン径が１００ｎｍ以下であり、図３ではドメインが観察できない。このような導電膜は、理論的にはよく分かっていないが、原子間結合が弱い部分があり、蒸発し易くなっていると推測されるので、低いレーザ出力で十分にパターニングできる。特に、ドメインが小さくて観察できない膜であることが、低出力でレーザパターニングでき好ましい。
前記透明導電膜は、非晶質であることが好ましい。透明導電膜が非晶質であると、低いレーザ出力でパターニングすることができ、生産性の点で好ましい。
レーザパターニングの条件として、レーザの波長は、３５０〜１０７０ｎｍであることが、その波長域の高出力レーザー発信装置が存在する点で好ましい。また、レーザ光径は５〜２００μｍであることが高精細なパターン形成の点で好ましい。また、レーザの照射電力は、０．５〜１ｍＪであることがパターン形成速度の点で好ましい。照射時間は１〜１０秒であることがパターン形成速度の点で好ましい。レーザとしては、具体的には、ＹＡＧレーザの基本波（１０６４ｎｍ）や２倍波（５３２ｎｍ）を好適に使用することができる。特に、本発明の透明導電膜は、１０Ｗ以下のレーザ出力でレーザパターニングすることができ好ましい。
通常、ＩＴＯ膜は、レーザパターニングを行うために１ｍＪ以上のレーザエネルギを必要とするが、本発明のＩＴＯ膜を用いることにより、０．２ｍＪ以上１ｍＪ未満のレーザエネルギでレーザパターニングを行うことができる。また、ＩＴＯ膜を非晶質とすることで、０．７ｍＪ以下という更に低いレーザエネルギでレーザパターニングを行うことができる。このように０．２〜０．７ｍＪという低いエネルギでレーザパターニングできることで、生産性に優れ、かつガラス基板を傷つけることなくパターニングすることができ好ましい。
また、レーザエネルギが一定以上に大きすぎると、ガラス基板を傷つけてしまう可能性があるため、レーザエネルギは１ｍＪ未満であることが好ましい。
透明導電膜の製造方法は特に限定されないが、スパッタリング法であることが、膜厚等の性能の均質性や生産性の点で好ましい。透明導電膜がＩＴＯ膜である場合、ターゲットとしてＩＴＯを材料として用いることでＩＴＯ膜を形成できる。また、スパッタリング法を用いる場合、成膜時の基板温度は２０〜２５０℃、更に２０〜２００℃であることが好ましく、特に２０〜１００℃の基板温度では非晶質な膜を形成できる点で好ましい。
非晶質な膜は、ＦＰＤに使用する場合、不透明でかつ導電性が不足していることが多いが、パターニング後に加熱という簡易な処理で透明性および導電性が復活するため好ましい。前記加熱は３００〜６００℃であることが好ましく、酸素雰囲気中、特に大気中であることが好ましい。本発明の透明導電膜は、上記のような非晶質の膜であっても、このような熱処理によりＦＰＤ用として好ましく使用できる。
本発明の透明導電膜は、ＦＰＤの透明電極として好適に用いられる。ＦＰＤとしては、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）、液晶表示装置（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）、フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）等が挙げられる。
本発明の透明導電膜は、容易にレーザパターニングでき、生産性に優れることから、プラズマディスプレィ等のＦＰＤに好適に使用される。
【実施例】  以下に実施例を示すが、これに限定されるものではない。
例１
ガラス基板としてＰＤＰ用高歪み点ガラス（旭硝子製：ＰＤ２００、厚さ：２．８ｍｍ、視感透過率：９０％）を用いた。ガラス基板上に、ターゲット全体として１０質量％の酸化スズを含むＩＴＯターゲットを用いて、スパッタリング法によりＩＴＯ膜を形成した。成膜時の基板温度は２００℃とした。スパッタガスとしてアルゴンガスを主として用い、比抵抗が最小となるように微少の酸素ガスを添加した。膜の組成はターゲットと同等であった。
透明導電膜の膜厚、視感透過率、比抵抗、膜の結晶構造、平均ドメイン径、およびこのＩＴＯ膜のレーザでの蒸発エネルギ比を表１に示す。また、形成された透明導電膜表面のＳＥＭ像を図２に示す。
評価方法は下記のとおりである。
（１）透明導電膜の膜厚
触針式段差計ＤＥＫＴＡＫ−３０３０（ＳＬＯＡＮ社製）で測定した。
（２）視感透過率
視感度透過率測定計（ＭＯＤＥＬ３０５朝日分光社製）という装置を用い、ＪＩＳ−Ｚ８７７２（１９９４年）の方法により測定した。
（３）比抵抗
シート抵抗値を四探針法によりＬＯＲＥＳＴＡ  ＩＰ装置（三菱化学社製）を用いて測定し、そのシート抵抗値と膜厚の積により計算した。なお、表１における「Ｅ−４」とは、１０の−４乗を意味する。
（４）膜の結晶構造
ＩＴＯ膜のＸ線回折パターン（リガク製：Ｘ線回折装置ＵｌｔｉｍａＩＩＩ）を使用し、回折ピークのでないＩＴＯ膜を非晶質とした。
（５）平均ドメイン径
走査型電子顕微鏡のＳＥＭ像で行った。ＳＥＭ像に写されているドメインを任意に１０個取り出し、最も長い径と最も短い径との平均値を各々算出し、１０個の平均値として算出した。
（６）レーザでの蒸発エネルギ比
ＰＤＰレーザリペア装置（清和光学製作所製：ＬＲＶ−１６１２）を使用し、条件はレーザ波長５３２ｎｍ、レーザ光径９０μｍ、１回の照射電力０．２ｍＪ、照射時間１秒である。レーザ照射をＩＴＯ膜が蒸発してなくなるまで繰り返し、その積算エネルギをＩＴＯ膜の蒸発に必要なエネルギとして蒸発エネルギとした。なお、同一のＩＴＯ膜の異なった５点についての蒸発エネルギを平均して求めた。
例１における蒸発エネルギは、０．２×３．５（５点の照射回数の平均）＝０．７ｍＪとなる。なお、蒸発エネルギ比とは、例３を１とした場合の値であり、後述するように、例３の蒸発エネルギは１ｍＪであるので、蒸発エネルギ比＝０．７ｍＪ／１ｍＪ＝０．７となる。
ここで、「蒸発してなくなる」とは、レーザが照射されている場所における膜が目視で見えなくなることを意味し、他の例も同様である。
例２
例１における成膜時の基板温度を１００℃とし、ＩＴＯ膜の膜厚を１３０ｎｍとする以外は例１と同様にしてＩＴＯ膜を形成した。例１と同様に膜を評価し、その結果を表１に示す。また、形成された透明導電膜表面のＳＥＭ像を図３に示す。
次いで、レーザの照射回数を１回とする以外は例１と同様にレーザパターニングを行った。例２における蒸発エネルギは、０．２ｍＪ×１（５点の照射回数の平均）＝０．２ｍＪとなる。また、蒸発エネルギ比＝０．２ｍＪ／１ｍＪ＝０．２となる。
例３（比較例）
例１における成膜時の基板温度を３００℃とし、ＩＴＯ膜の膜厚を１３０ｎｍとする以外は例１と同様にしてＩＴＯ膜を形成した。例１と同様に膜を評価し、その結果を表１に示す。また、形成された透明導電膜表面のＳＥＭ像を図１に示す。
次いで、レーザの照射回数を５回とする以外は例１と同様にレーザパターニングを行った。例３における蒸発エネルギは、０．２×５（５点の照射回数の平均）＝１ｍＪとなる。
また、例１〜３のどの場合でも、ガラス基板にレーザによるキズは発見されないか、または発見されても性能に影響を与えない軽微なものであった。
表１からわかるように２００℃以下の基板温度で成膜した例１のＩＴＯ膜は、小さなドメイン（平均ドメイン径１００ｎｍ）であり、例３に比べ蒸発エネルギー比０．７の出力でＩＴＯ膜が蒸発した。とくに、実施例２のドメインのない非晶質膜は蒸発しやすく、例３と比べ蒸発エネルギー比０．２の出力でＩＴＯ膜が蒸発し、レーザパターニングに好適である。
本発明の透明導電膜は従来例と比べて比抵抗がやや大きいが、レーザパターニング後、３００℃以上の温度で熱処理することで比抵抗が低下し、通常のＩＴＯ膜に近い比抵抗および透明性が得られる。なお、本発明の透明導電膜の熱処理が必要の場合、熱処理工程を別に設けることが好ましいが、後の工程の加熱処理工程、例えば誘電体焼成工程を利用することも可能である。
【表１】
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【産業上の利用可能性】  本発明の透明導電膜付き基板は、容易にレーザパターニングでき、特にＦＰＤ用の基板として有用である。
なお、２００４年１２月２１日に出願された日本特許出願２００４−３６９２９４号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2006068204.tif 000009
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