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JP6031495B2 - 透明導電性フィルム - Google Patents

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Description

本発明は、指やスタイラスペン等の接触によって情報を入力することが可能な入力表示装置等に適用される透明導電性フィルムに関する。
従来、フィルム基材上にインジウムスズ酸化物の多結晶層が形成された透明導電性フィルムが知られている（特許文献１）。このような透明導電性フィルムは、比抵抗（体積抵抗率ともいう）が低く、優れた電気伝導性を示す。
特開平０９−２８６０７０号公報
しかしながら、近年、広く利用されているスマートフォン（smart phone）やスレートＰＣ（slate PC）等には、より優れた特性を有する透明導電性フィルムが要求されている。特に、これらの用途において、従来の透明導電性フィルムは、依然として、比抵抗が大きいという課題がある。
本発明の目的は、透過率が高く、かつ比抵抗が小さい透明導電性フィルムを提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る透明導電性フィルムは、フィルム基材と、該フィルム基材上に形成されたインジウムスズ酸化物の多結晶層とを有する透明導電性フィルムであって、前記多結晶層は、厚みが１０ｎｍ〜３０ｎｍであり、結晶粒径の平均値が１８０ｎｍ〜２７０ｎｍであり、かつキャリア密度が６×１０２０個／ｃｍ３を超え９×１０２０個／ｃｍ３以下であり、前記多結晶層のホール移動度が、２１ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ〜３０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであり、前記インジウムスズ酸化物の多結晶層におけるスズ原子の量が、インジウム原子とスズ原子とを加えた重さに対して、７重量％〜１２重量％である（但し、酸化インジウムと酸化スズとの合計１００重量部に対して酸化スズを１重量部〜８重量部、すなわち、前記インジウムスズ酸化物の多結晶層におけるスズ原子の量を、インジウム原子とスズ原子とを加えた重さに対する百分率に換算して０．９５重量％〜７．６４重量％含有する範囲のうち、重複する範囲を除く）ことを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る透明導電性フィルムは、フィルム基材と、該フィルム基材上に形成されたインジウムスズ酸化物の多結晶層とを有する透明導電性フィルムであって、前記多結晶層は、厚みが１０ｎｍ〜３０ｎｍであり、結晶粒径の平均値が１９０ｎｍ〜２５０ｎｍであり、かつキャリア密度が６．５×１０２０個／ｃｍ３を超え８×１０２０個／ｃｍ３以下であり、前記多結晶層のホール移動度が、２４ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ〜２８ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであり、前記インジウムスズ酸化物の多結晶層におけるスズ原子の量が、インジウム原子とスズ原子とを加えた重さに対して、７重量％〜１２重量％である（但し、酸化インジウムと酸化スズとの合計１００重量部に対して酸化スズを１重量部〜８重量部、すなわち、前記インジウムスズ酸化物の多結晶層におけるスズ原子の量を、インジウム原子とスズ原子とを加えた重さに対する百分率に換算して０．９５重量％〜７．６４重量％含有する範囲のうち、重複する範囲を除く）ことを特徴とする。
さらに、前記フィルム基材は、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン又はポリカーボネートからなるのが好ましい。
また、前記多結晶層は、スパッタ法により形成されたインジウムスズ酸化物の非結晶層を加熱処理することにより得られる。
前記多結晶層の結晶粒径の平均値は、１９０ｎｍ〜２５０ｎｍであるのが好ましい。
また、前記多結晶層のキャリア密度は、６．５×１０ ２０ 個／ｃｍ ３ 〜８×１０ ２０ 個／ｃｍ ３ であるのが好ましい。
また、前記多結晶層のホール移動度は、２４ｃｍ ２ ／Ｖ・ｓｅｃ〜２８ｃｍ ２ ／Ｖ・ｓｅｃであるのが好ましい。
本発明によれば、多結晶層の厚みが１０ｎｍ〜３０ｎｍであり、該多結晶層の結晶粒径の平均値が１９０ｎｍ〜２５０ｎｍであり、かつキャリア密度が６．５×１０２０個／ｃｍ３を超え８×１０２０個／ｃｍ３以下であり、前記多結晶層のホール移動度が、２４ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ〜２８ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであり、前記インジウムスズ酸化物の多結晶層におけるスズ原子の量が、インジウム原子とスズ原子とを加えた重さに対して、７重量％〜１２重量％である（但し、酸化インジウムと酸化スズとの合計１００重量部に対して酸化スズを１重量部〜８重量部、すなわち、前記インジウムスズ酸化物の多結晶層におけるスズ原子の量を、インジウム原子とスズ原子とを加えた重さに対する百分率に換算して０．９５重量％〜７．６４重量％含有する範囲のうち、重複する範囲を除く）。すなわち、不純物の混在によって生じうる結晶粒径の減少が抑制されることで、ホール移動度の低下を十分に抑制することができ、加えて、良好な透過率を実現することが可能となる。したがって、透過率が高く、かつ比抵抗が小さい透明導電性フィルムを提供することができる。
本発明の実施形態に係る透明導電性フィルムの構成を示す断面図である。 多結晶層の結晶粒界を示す電子顕微鏡画像である。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る透明導電性フィルム１は、フィルム基材２と、該フィルム基材上に形成されたインジウムスズ酸化物の多結晶層３とを備えている。この多結晶層３は、厚みが１０ｎｍ〜３０ｎｍであり、結晶粒径の平均値が１８０ｎｍ〜２７０ｎｍであり、かつキャリア密度が６×１０20個／ｃｍ3を超え９×１０20個／ｃｍ3以下である。
このような透明導電性フィルムは、結晶粒径が大きいために、上記電子が多結晶層中を移動できる電子の量が多くなるため、比抵抗が格段に小さくなる。さらに、多結晶層の厚みが薄いため、透過率が高い。
フィルム基材２は、透明性と耐熱性の双方に優れるものが好ましく用いられる。上記フィルム基材の厚みは、品質に優れる透明導電性フィルムを製造する上で、好ましくは１０μｍ〜５０μｍである。
上記フィルム基材を形成する材料としては、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン又はポリカーボネートである。上記フィルム基材は、その表面に、インジウムスズ酸化物の多結晶層とフィルム基材との密着性を高めるための易接着層（anchor coating layer）、フィルム基材の反射率を調整するための屈折率調整層（index−matching layer）、又はフィルム基材の耐擦傷性を高めるためのハードコート層（hard coating layer）を有していてもよい。
多結晶層３は、代表的には、フィルム基材の表面にインジウムスズ酸化物の非晶質層をスパッタ法により形成し、該非晶質層を加熱処理することにより得ることができる。
上記スパッタ法は、低圧気体中で発生させたプラズマ中の陽イオンを、負電極であるターゲット材に衝突させることにより、上記ターゲット材表面から飛散した物質を基板に付着させる方法である。
この多結晶層３の結晶粒径の平均値は、１８０ｎｍ〜２７０ｎｍであり、好ましくは１９０ｎｍ〜２５０ｎｍである。上記多結晶層は、このようなサイズの結晶粒（grain）を有することによって、該多結晶層中の電子が移動しやすくなり、比抵抗が小さくなる。この場合の多結晶層のホール移動度は、２１ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ〜３０ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃであり、好ましくは２４ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃ〜２８ｃｍ2／Ｖ・ｓｅｃである。
上記サイズの結晶粒は、インジウムスズ酸化物の非晶質層中に取り込まれる不純物が極力少なくなるように該非晶質層を成膜し、その後、該非晶質層を加熱処理することにより得ることができる。なお、上記非晶質層に取り込まれる不純物の量を減らす方法としては、具体的には、例えば、インジウムスズ酸化物の非晶質層を成膜するスパッタ装置の真空度を、５×１０-5Ｐａ以下となるように減圧して、フィルム基材中の揮発成分（水分や有機ガス）を除去する方法が挙げられる。
上記多結晶層のキャリア密度は、６×１０20個／ｃｍ3を超え９×１０20個／ｃｍ3以下であり、好ましくは６．５×１０20個／ｃｍ3〜８×１０20個／ｃｍ3である。このような多結晶層は、該多結晶層中を移動できる電子の量が多くなるため、比抵抗が小さくなる。
このようなキャリア密度を示す多結晶層は、インジウムスズ酸化物の非晶質層におけるスズ原子の量を、インジウム原子とスズ原子とを加えた重さに対して、６重量％を超え１５重量％以下となるように、好ましくは７重量％〜１２重量％となるように調整し、かつ該非晶質層を、結晶粒が大きく成長するように加熱処理することにより得ることができる。
上記サイズの結晶粒径およびキャリア密度の条件を満たす多結晶層の比抵抗は、４．０×１０-4Ω・ｃｍ未満であり、好ましくは３．０×１０-4Ω・ｃｍ〜３．８×１０-4Ω・ｃｍである。
本実施形態によれば、多結晶層の厚みが１０ｎｍ〜３０ｎｍであり、該多結晶層の結晶粒径の平均値が１８０ｎｍ〜２７０ｎｍであり、かつキャリア密度が６×１０20個／ｃｍ3を超え９×１０20個／ｃｍ3以下である。すなわち、不純物の混入によって生じうる結晶粒径の減少が抑制されることで、ホール移動度の低下を十分に抑制することができ、加えて、良好な透過率を実現することが可能となる。したがって、透過率が高く、かつ比抵抗が小さい透明導電性フィルムを提供することができる。
次に、本発明の実施例を説明する。
先ず、厚み２３μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムからなるフィルム基材をスパッタ装置に入れ、該スパッタ装置の真空度が５×１０-5Ｐａとなるように減圧して、該スパッタ装置内並びにフィルム基材中の水分及び有機ガスを除去した。その後、上記スパッタ装置内に、アルゴンガス９８体積％と酸素ガス２体積％の混合ガスを導入して、フィルム基材の一方の側に、非晶質層におけるスズ原子の量がインジウム原子とスズ原子とを加えた重さに対して１０重量％となるように、厚み２５ｎｍのインジウムスズ酸化物の非晶質層を形成した。
そして、インジウムスズ酸化物の非晶質層が形成されたフィルム基材をスパッタ装置から取り出し、１４０℃の加熱オーブンで９０分間、該非晶質層を加熱処理することにより結晶化させて、結晶粒径の平均値が２０７ｎｍの多結晶層を得た。
次に、上記実施例１の透明導電性フィルムを、以下の方法にて測定・評価した。
（１）結晶粒径の平均値
多結晶層の表面を、透過型電子顕微鏡（日立製作所製 製品名「Ｈ−７６５０」）により、直接倍率１００，０００倍で観察し、加速電圧１０ｋＶにて写真撮影を行った。この写真に画像解析処理を施し、結晶粒界の識別を行った。この画像解析処理後の画像を図２に示す。そして、本識別の結果に基づき、各結晶粒の形状において最も長い径を粒径（ｎｍ）として、その平均値を求めた。
（２）キャリア密度およびホール移動度
多結晶層のキャリア密度およびホール密度を、ホール効果測定システム（ＢＩＯ−ＲＡＤ社製 製品名「ＨＬ５５００ＰＣ」）を用いて測定した。
（３）比抵抗
多結晶層の比抵抗を、４端子法で求めた表面抵抗値に、該多結晶層の厚みを乗じて求めた。
（４）加熱処理後の結晶性
透過型電子顕微鏡（日立製作所製 製品名「Ｈ−７６５０」）にて、結晶粒の有無を観察した。
上記（１）〜（４）の測定・評価結果を表１に示す。なお、表１の参考例として、特開平０９−２８６０７０号公報にて開示された実施例４における透明導電性フィルムの特性を記載した。
Figure 0006031495
 表１より、実施例の透明導電性フィルムでは、粒径の大きい結晶粒が形成されるため、ホール移動度の値が非晶質である参考例と同等であり、且つキャリア密度の値が大幅に増大し、その結果比抵抗が小さくなることが分かった。したがって、本実施例によれば、透過率が高く、かつ比抵抗が小さい透明導電性フィルムを作製できることが分かった。
本発明に係る透明導電性フィルムは、特に制限はないが、好ましくは、スマートフォンやスレートＰＣに使用される。
１ 透明導電性フィルム
２ フィルム基材
３ 多結晶層

Claims (2)

  1. フィルム基材と、該フィルム基材上に形成されたインジウムスズ酸化物の多結晶層とを有する透明導電性フィルムであって、
    前記多結晶層は、厚みが１０ｎｍ〜３０ｎｍであり、結晶粒径の平均値が１９０ｎｍ〜２５０ｎｍであり、かつキャリア密度が６．５×１０２０個／ｃｍ３を超え８×１０２０個／ｃｍ３以下であり、
    前記多結晶層のホール移動度が、２４ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ〜２８ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃであり、
    前記インジウムスズ酸化物の多結晶層におけるスズ原子の量が、インジウム原子とスズ原子とを加えた重さに対して、７重量％〜１２重量％である（但し、酸化インジウムと酸化スズとの合計１００重量部に対して酸化スズを１重量部〜８重量部、すなわち、前記インジウムスズ酸化物の多結晶層におけるスズ原子の量を、インジウム原子とスズ原子とを加えた重さに対する百分率に換算して０．９５重量％〜７．６４重量％含有する範囲のうち、重複する範囲を除く）ことを特徴とする透明導電性フィルム。
  2. 前記フィルム基材は、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロオレフィン又はポリカーボネートからなることを特徴とする、請求項１記載の透明導電性フィルム。
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