透明导电性薄膜及其制造方法_2

文档序号:9351198阅读:来源:国知局
T0膜 结晶化时可赋予规定的压缩应力的方式来设定。因此,热收缩率的优选范围因IT0膜结 晶化时的加热条件(温度和时间)不同而不同,对IT0膜进行制膜之前的基材例如根据 JIS K7133(1995)、在150°C加热1小时时的尺寸变化率优选为-2%~+1%左右、更优选 为-1. 5%~0%左右。例如,作为透明基体薄膜11,通过使用沿至少一个方向拉伸的拉伸薄 膜,可以使挠性透明基材1具有如上所述的热收缩性。加热收缩量可以通过薄膜的拉伸倍 率等控制在规定范围内。
[0048] 挠性透明基材的尺寸变化率(热收缩率)因方向不同而不同时,优选任意一个方 向的尺寸变化率为如上所述的范围。需要说明的是,在基材不具有热收缩性时,或者在基材 的尺寸变化率在前述范围外时,可以调节IT0膜的加热结晶化的条件来控制收缩量。另外, 通过在IT0膜加热结晶化时利用与基材1分开贴合热收缩薄膜等方法从外部赋予收缩应 力,或者从外部赋予张力来控制热收缩量等方法,也可以形成具有所期望的压缩残余应力 的结晶性的IT0膜。
[0049] <透明导电层>
[0050] 透明导电层3以结晶性的IT0为主要成分。以下有时将透明导电层记载为"结 晶性IT0膜"或者仅记载为"IT0膜"。在本发明中,结晶性IT0膜3的压缩残余应力优选 为0. 4~2GPa、更优选为0. 7~1. 6GPa、进一步优选为0. 9~1. 55GPa、特别优选为1. 2~ 1. 4GPa。所谓结晶性ITO膜具有压缩残余应力,是指与没有变形的情况相比晶格常数小。压 缩残余应力为0. 4GPa以上时,结晶性ITO膜在重载荷下的打点特性及耐弯曲性优异。另一 方面,从抑制ITO膜的膜剥落、透明导电性薄膜发生卷曲等不良情况的观点考虑,压缩残余 应力优选为2GPa以下。
[0051] 另外,IT0膜的压缩残余应力过大时,有时由加湿热导致的电阻变化变大,透明导 电性薄膜的加湿热可靠性变得不充分。因此,从得到可靠性更高的透明导电性薄膜的观点 考虑,优选将结晶性IT0膜的压缩残余应力设定为1. 6GPa以下、更优选设定为1. 55GPa以 下、进一步优选设定为1. 4GPa以下。作为IT0膜的压缩残余应力大时因加湿热而导致的电 阻变化变大的原因,认为是压缩残余应力大的IT0膜在晶界容易产生变形、裂纹。即,推测: 透明导电性薄膜暴露于高温高湿环境时,透明基体薄膜发生吸湿膨胀,对形成于其上的IT0 膜赋予拉伸应力,发生以晶界的变形、裂纹为起点的膜破坏,从而电阻上升。
[0052] 如后面的实施例所详述,结晶性IT0膜的压缩残余应力〇可以基于由粉末X射线 衍射中的2 0 = 60°附近的(622)面的衍射峰求出的晶格应变e、弹性系数(杨氏模量) E和泊松比v进行计算。
[0053] 结晶性的IT0膜也可利用在基材上在例如200°C以上的高温下对IT0进行溅射制 膜等方法来得到,但考虑到基材的耐热性等,优选通过暂且在基材上形成非晶质IT0膜后、 将该非晶质IT0膜与基材一起进行加热?结晶化来形成。
[0054](非晶质IT0膜的形成)
[0055] 非晶质IT0膜可通过气相法来形成。作为气相法,可列举出电子束蒸镀法、溅射 法、离子镀法等,从可得到均匀的薄膜的观点考虑,优选溅射法,可以优选采用DC磁控溅射 法。需要说明的是,所谓"非晶质IT0",并不限于完全为非晶质的IT0,也可以具有少量的结 晶成分。可如下来判定IT0是否为非晶质,即,将在基材上形成有IT0膜的层叠体浸渍在浓 度5wt%的盐酸中15分钟,然后进行水洗?干燥,用测试器测定15mm间的端子间电阻。由 于非晶质IT0膜被盐酸蚀刻而消失,因此通过在盐酸中浸渍,电阻增大。本说明书中,在盐 酸中浸渍?水洗?干燥后,15mm间的端子间电阻超过10k Q时,判定IT0膜为非晶质的膜。
[0056] 形成于基材上的非晶质IT0膜3a优选为通过短时间的加热而结晶化的膜。具体 而言,优选的是,在150 °C下加热时在60分钟以内、更优选30分钟以内、进一步优选20分钟 以内能够完成结晶化的膜。如果在这样的时间尺度(timescale)内IT0能够结晶化,则IT0 的结晶化的进行与基材的热收缩相对应,因此,在结晶化时被赋予压缩应力,变得容易形成 具有压缩残余应力的结晶性IT0膜。对于IT0膜是否完成了结晶化,与前述的非晶质IT0 的判定同样,可以在盐酸中进行浸渍?水洗?干燥,由15mm间的端子间电阻来判断。如果 端子间电阻为10kQ以内,则可判断已转化为结晶性IT0。
[0057]非晶质IT0膜可以通过调节例如用于溅射的靶的种类、溅射时的到达真空度、导 入气体流量、制膜温度(基板温度)等来调节完全结晶化所需要的温度、时间。
[0058] 作为溅射靶,可优选使用金属靶(In-Sn靶)或金属氧化物靶(In203-Sn0 2-)。在 使用In203-Sn0^属氧化物靶的情况下,该金属氧化物靶中的Sn0 2的量相对于将ln 203和 SnOjg加得到的重量优选为0. 5重量%~15重量%、更优选为1~10重量%、进一步优选 为2~6重量%。在使用In-Sn金属祀的反应性派射的情况下,该金属祀中的Sn原子的量 相对于将In原子和Sn原子相加得到的重量优选为0. 5重量%~15重量%、更优选为1~ 10重量%、进一步优选为2~6重量%。靶中的Sn或者Sn02的量过少时,有时ITO膜的耐 久性差。另外,Sn或者Sn0 2的量过多时,有结晶化所需要的时间变长的倾向。即,在结晶化 时,由于除进入In2〇 3晶格的量以外的Sn作为杂质起作用,因此有阻碍ITO结晶化的倾向。 因此,靶中的Sn或者511〇2的量优选设定为上述范围内。
[0059] 在使用这样的靶进行溅射制膜时,优选的是,首先,进行排气直至溅射装置内的真 空度(到达真空度)优选为1 X 10 3Pa以下、更优选为1 X 10 4Pa以下,形成去除了溅射装置 内的水分、由基材产生的有机气体等杂质的气氛。这是因为,水分、有机气体的存在使溅射 制膜中产生的悬空键终结,阻碍IT0的结晶生长。
[0060] 接着,在经这样排气过了的溅射装置内导入氩气等非活性气体,进行溅射制膜。在 使用金属靶(In-sn靶)作为溅射靶时,与非活性气体一起导入作为反应性气体的氧气来进 行溅射制膜。相对于非活性气体的氧的导入量优选为〇. 1体积%~15体积%、更优选为 0? 1体积%~10体积%。另外,制膜时的压力优选为0? 05Pa~1. OPa、更优选为0? IPa~ 〇. 7Pa。制膜压力过高时有制膜速度下降的倾向,相反地压力过低时有放电不稳定的倾向。
[0061] 溅射制膜时的基板温度优选为40°C~190°C、更优选为80°C~180°C。制膜温度 过高时,有时由热皱褶而导致外观不良、基材发生热劣化。相反地制膜温度过低时,有时IT0 膜的透明性等膜质下降。
[0062] IT0膜的膜厚可以适当进行调整以使结晶化后的IT0膜具有所期望的电阻,优选 为例如10~300nm、更优选为15~100nm。IT0膜的膜厚小时,有结晶化所需要的时间变长 的倾向,IT0的膜厚大时,有结晶化后的电阻率变得过低或者透明性降低等作为触摸面板用 的透明导电性薄膜的品质差的情况。
[0063] (IT0膜的加热结晶化)
[0064] 由此得到的挠性透明基材1和非晶质IT0膜3a的层叠体被供给到热处理中,非 晶质IT0膜被加热而转化为结晶性IT0膜。从得到具有压缩残余应力的结晶性IT0膜的 观点考虑,在该热处理工序中,优选对IT0膜赋予压缩应力。具体而言,IT0膜的膜面的 一个方向的尺寸变化优选为_〇. 3 %~-1. 5 %、更优选为-0. 55 %~-1. 2 %、进一步优选 为-0.7%~-1.05%、特别优选为-0.7%~-0.9%。需要说明的是,对于尺寸变化(% ), 供给到热处理工序之前的IT0膜的一个方向的2点间的距离L。在热处理后变成1^时,用 100X (Li-Lj/L。来定义。通过将尺寸变化设定为前述范围,可以使热处理后的结晶性IT0 膜具有如上所述的规定的压缩残余应力,因此,能够得到打点特性、耐弯曲性优异的透明导 电性薄膜。
[0065] 热处理中的加热温度和加热时间可适当设定以使IT0膜完全结晶化。例如,加热 温度优选为150°C~210°C、更优选为160°C~200°C、进一步优选为170°C~190°C。加热 温度过低时,有未进行结晶化或者结晶化需要长时间而生产率差的倾向。另外,如果加热温 度低,则有时由于基材的热收缩量小而在IT0膜结晶化时不能赋予适当的压缩应力。另一 方面,加热温度过高时,有时基材发生劣化或者因基材急剧热收缩而导致IT0膜的残余压 缩应力过量从而不能确保透明导电性薄膜的加湿热可靠性。
[0066] 加热时间优选为150分钟以下。加热时间过长时,有基材发生劣化或者生产率差 的倾向。另一方面,加热时间过短时,有时没有进行IT0的结晶化,或者基材的热收缩不充 分,不能赋予ITO膜以适度的压缩应力。从上述观点考虑,加热时间优选为5~60分钟、更 优选为5分钟~30分钟。如果以这样的时间尺度进行IT0膜的加热来结晶化,起因于基材 收缩的应力传导至IT0,变得容易形成具有压缩残余应力的结晶性IT0膜。需要说明的是, 上述的加热温度、加热时间是一个例子,可以根据非晶质IT0膜的特性选择适当的加热温 度、加热时间。
[0067]向IT0膜赋予压缩应力可优选采用利用挠性透明基材的热收缩的方法。从使IT0 膜加热结晶化时的尺寸变化率为如上所述的优选范围的观点考虑,在挠性透明基材1上 形成有结晶化前的非晶质IT0膜3a的层叠体在150°C下加热1小时时的尺寸变化率优选 为-2%~+1%左右、更优选为-1. 5%~0%左右、进一步优选为-1. 2%~-0. 3%左右。需 要说明的是,通常情况下,非晶质IT0膜的厚度远远小于挠性透明基材的厚度,因此,非晶 质IT0膜和挠性透明基材的层叠体的尺寸变化率与挠性透明基材的尺寸变化率大致相同。 [0068]向IT0膜赋予压缩应力除了通过如上所述的利用基材的热收缩力来实现以外,还 可以通过例如利用在IT0膜加热结晶化时与基材1分开地在IT0膜面上、基材上贴合热收 缩薄膜等方法从外部赋予收缩应力来实现。另外,还可以使用收缩量大的(尺寸变化率为 负数且绝对值大的)基材,从外部赋予张力来控制收缩量。
[0069]另外,在挠性透明基材的尺寸变化率(热收缩率)因方向不同而不同的情况下,优 选任意一个方向的尺寸变化率都在如上所述的范围。需要说明的是,在基材不具有热收缩 性时,或者在基材的尺寸变化率在前述范围外时,可以调节IT0膜的加热结晶化的条件来 控制收缩量。
[0070] 对于热处理时的加热条件,优选在使IT0结晶化的观点的基础上,以对应IT0结晶 化的时间尺度而基材发生热收缩的方式进行选择。即,只要随着IT0结晶化的进行或者IT0 结晶化后基材发生热收缩,就可赋予结晶性IT0膜以压缩应力,因此,可得到具有压缩残余 应力的结晶性IT0膜。
[0071] 这样的加热条件因基材的热变形曲线(profile)不同而不同,可以通过利用例如 TMA等热分析预先确认基材、或者非晶质IT0膜形成后的基材的热变形曲线,选择对应IT0 的结晶化的时间尺度而基材发生热收缩的加热条件。对于IT0结晶化与基材热变形的关 系,将用TMA示意性地分析的例子示于图7和图8。
[0072] 图
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