第1章 透明導電膜概説 |
頁
1 |
| 1.1 透明導電膜の現状と今後の動向 |
1 |
| 1.2 透明導電膜の材料と成膜、用途 |
1 |
| 1.2.1 透明導電体の必要条件 |
1 |
| 1.2.2 材料と成膜方法 |
2 |
| (1) 透明導電膜材料 |
2 |
| (2) 透明導電膜の成膜方法 |
3 |
| A.物理的方法(PVD) |
3 |
| B.化学的方法 |
7 |
| C.ITOターゲット |
9 |
| (3) 代表的な透明導電膜の特徴 |
9 |
| 1.2.3 透明導電膜の用途と要求 |
10 |
| 1.2.4 透明導電膜の主な評価方法 |
11 |
| (1) 光線透過率の測定 |
11 |
| (2) 電気的特性の測定 |
12 |
| 1.3 ITO代替透明導電材料 |
13 |
| 1.4 Inの需要動向と資源枯渇問題 |
15 |
| 1.4.1 Inの需要動向 |
15 |
| (1) 世界のIn需給動向 |
15 |
| (2) 日本のIn需給状況 |
16 |
| (3) Inの価格動向 |
19 |
| 1.4.2 Inの資源枯渇問題 |
19 |
| 1.5 透明導電膜材料に関係する国家プロジェクト |
21 |
| 1.5.1 希少金属(In)代替材料開発プロジェクト |
21 |
| 1.5.2 次世代大型有機ELディスプレイ基盤技術の開発プロジェクト |
23 |
| 1.5.3 超フレキシブルディスプレイ部材技術開発プロジェクト |
24 |
|
|
第2章 In2O3系透明導電膜の製膜技術の動向 |
26 |
| 2.1 ITO透明導電膜 |
26 |
| 2.1.1 ITO透明導電膜の課題と解決のアプローチ |
26 |
| (1) 高い可視光透過性と低抵抗化の両立 |
27 |
| (2) 表面平滑化 |
27 |
| (3) ノジュールの抑制 |
28 |
| (4) ITO膜のパターニング |
28 |
| 2.1.2 ITOターゲット開発 |
28 |
| (1) 使用効率の向上が可能なITO円筒ターゲットの開発(東ソー) |
29 |
| (2) アーキングやノジュールの発生を抑制できるITOターゲット |
30 |
(3) 低抵抗かつ非晶質安定性に優れた膜が得られるスパッタリングターゲット
(三井金属鉱業) |
31 |
| (4) 高い強度を有し割れのないターゲット(アルバックマテリアル) |
32 |
| 2.1.3 スパッタ法ITO膜の低温・低抵抗化技術 |
33 |
| (1) 低抵抗ITO薄膜の作製例 |
33 |
| (2) 低電圧マグネトロンスパッタ法(アルバック) |
34 |
(3) RF-DC結合型スパッタ法/基板バイアススパッタ法を組み合わせた低温で
ITO膜を結晶化させる方法(新潟大学大学院/東京工芸大学) |
36 |
| (4) 熱電子励起プラズマスパッタによる低抵抗ITO膜の形成(九州共立大学) |
41 |
(5) ガスフロースパッタ法(GFS)の低エネルギーイオンアシストによる低温で
結晶化した低抵抗ITO膜の作製(宇都宮大学) |
45 |
| A.dcバイアススパッタ |
47 |
| B.rfバイアススパッタ |
48 |
| 2.1.4 PLD法ITO膜 |
50 |
| (1) PLD法によるプラスチック基板上への低抵抗ITO膜の形成(兵庫県立工業技術センター) |
50 |
| (2) PLD法を用いた50%省In可能なITO/AZO積層導電膜(大阪産業大学/奥田技術事務所) |
51 |
| 2.2 IZO非晶質透明導電膜(出光興産) |
53 |
| 2.2.1 IZO膜ターゲットの特性 |
53 |
| 2.2.2 IZO膜とITO膜の物性比較 |
54 |
| 2.2.3 IZO膜のエッチング特性 |
56 |
| 2.3 溶液塗布法によるITO系透明導電膜 |
57 |
| 2.3.1 ITOナノ粒子を用いた溶液塗布法による透明導電膜の形成 |
57 |
| (1) 液相レーザーアブレージョン法によるITOナノ粒子の微細化(産業技術総合研究所) |
57 |
(2) ソルボサーマル・ゲル-ゾル法による高結晶性ITO単分散ナノ粒子の一段大量合成技術
(東北大学多元物質科学研究所/DOWAエレクトロニクス) |
59 |
| (3) ITOナノ粒子(住友金属鉱山) |
61 |
| (4) 針状ITOナノ粒子の合成(住友大阪セメント) |
62 |
(5) ITOナノ粒子ペーストのスクリーン印刷法により作製した透明導電膜の電気的特性
(奥野製薬工業/巴製作所/大阪市立工業研究所) |
64 |
| (6) 独立分散ITOナノ粒子インク(ITOナノメタルインク)の開発(アルバック) |
68 |
| (7) スピンコート法によるITO透明導電膜の作製(秋田工業高等専門学校) |
70 |
| (8) SnCl2を用いたスプレー熱分解法によるITO透明導電膜の形成(宮崎大学) |
72 |
| (9) スプレーCVD法によるITO成膜技術を開発(東京工芸大学) |
73 |
| 2.3.2 In2O3微粒子 |
74 |
| (1) In2O3微粒子コーティングの合成(山形大学) |
74 |
(2) ポリイミド樹脂上へのダイレクトメタライゼーション法によるIn2O3透明導電膜の形成
(甲南大学) |
75 |
|
|
第3章 ITO代替透明導電膜の開発動向 |
80 |
| 3.1 酸化亜鉛系透明導電膜 |
80 |
| 3.1.1 酸化亜鉛(ZnO)の現状と課題 |
80 |
| (1) ZnO系導電膜の特徴 |
80 |
| (2) ZnO透明導電膜の製膜法 |
82 |
| (3) LCD用ZnO透明導電膜の課題 |
83 |
| (4) ZnO透明導電膜の用途 |
84 |
| 3.1.2 dc-MSスパッタ法ZnO系透明導電膜の低抵抗率化・抵抗率分布の改善 |
85 |
| (1) 酸化抑制型高周波重畳直流MS法AZO透明導電膜(金沢工業大学) |
85 |
| A.抵抗率分布の改善 |
85 |
| B.AZO：V透明導電膜による化学的安定性の改善 |
87 |
(2) 第三電極を有する高周波マグネトロンスパッタ法によるAlドープZnO膜の
水素プラズマアニールによる低抵抗化(長岡技術科学大学/長岡工業高等専門学校) |
88 |
(3) 強磁場スパッタによる抵抗率の場所依存性が小さいGZO透明導電膜の作製
(名古屋大学) |
92 |
(4) DCスパッタ法によるZAO薄膜の成膜条件の最適化とターゲットの改良による
低抵抗率化(東ソー) |
93 |
| 3.1.3 ZnO系スパッタリングターゲットの開発動向 |
96 |
| (1) 異常放電を抑制するZnO系スパッタリングターゲット |
96 |
| (2) 低抵抗率が得られるZnO系スパッタリングターゲット |
98 |
(3) 耐熱・耐湿性・耐薬品性の良好な薄膜(200nm)が得られる酸化亜鉛系
スパッタリングターゲット |
100 |
| (4) 耐薬品性・低抵抗が得られる酸化亜鉛系ターゲット |
100 |
| 3.1.4 反応性プラズマ蒸着法によるGZO薄膜 |
102 |
| (1) 反応性プラズマ蒸着法(RPD) |
102 |
| (2) GZO薄膜の特性 |
103 |
3.1.5 RFマグネトロンスパッタ法およびRPD法による酸化亜鉛系透明導電膜の
電気伝導度におよぼす不純物元素、製膜条件の影響(産業総合研究所) |
107 |
| (1) RFマグネトロンスパッタ法による透明導電膜の作製 |
108 |
| (2) 反応性プラズマ蒸着法による透明導電膜の作製 |
108 |
| (3) 面内結晶格子の応力と電気特性との関係 |
108 |
| 3.1.6 パルスレーザー堆積(PLD)法 |
109 |
| (1) ZnO系透明導電膜の成膜温度の低温化 |
109 |
| A.GZO系透明導電膜の室温成膜(大阪産業大学/奥田技術事務所) |
110 |
B.ZnOバッファー層付きシクロオレフィンポリマー基板上に成膜した
AZO透明導電膜(大阪産業大学/奥田技術事務所) |
112 |
| (2) AZO超薄膜(大阪産業大学/奥田技術事務所) |
114 |
3.1.7 プラズマ支援低温プロセスによるプラスチックシート上高品質酸化亜鉛透明導電膜の
成膜技術(山梨大学/中家製作所/塚原製作所ら) |
116 |
| (1) 成膜原理 |
116 |
| (2) 膜特性に影響を与えるプロセス要素 |
117 |
| (3) Zn供給量依存性 |
117 |
| (4) Ga添加の効果 |
118 |
| (5) 透明導電膜の低温成膜 |
118 |
| 3.1.8 ミストCVD法よるZnO系透明導電膜 |
120 |
| 3.2 SnO2系透明導電膜 |
128 |
| 3.2.1 成膜法と用途 |
128 |
| 3.2.2 スプレー熱分解(SPD)法によるITO代替フッ素ドープ酸化錫(FTO)基板(フジクラ) |
129 |
| (1) 装置 |
129 |
| (2) 低抵抗FTO |
129 |
| (3) 高ヘイズFTO膜 |
130 |
| (4) 高熱線反射FTO |
131 |
| 3.3 二酸化チタン系透明導電膜の開発 |
133 |
| 3.3.1 二酸化チタン系透明導電膜の現状と課題 |
133 |
| (1) TiO2の結晶構造と物性 |
133 |
| (2) 高導電性のTNO多結晶薄膜を得る手法 |
134 |
| (3) 二酸化チタン透明導電膜の今後の課題と応用展開 |
135 |
| A.低抵抗化 |
136 |
| B.成膜方法 |
136 |
| C.低温プロセスの開発 |
137 |
| D.新用途開発 |
137 |
| 3.3.2 高導電性TiO2系透明導電膜の開発 |
138 |
(1) 金属ターゲットを用いた反応性スパッタ法によるTNO多結晶薄膜
(神奈川科学技術アカデミー/東京大学) |
138 |
(2) 酸化物ターゲットを用いた2段階スパッタ法による多結晶TNO薄膜の作製
(神奈川科学技術アカデミー/東京大学) |
141 |
| A.2段階スパッタ成膜 |
142 |
| B.TNO薄膜と一般的なスパッタITO薄膜の電気的特性の比較 |
144 |
| (3) ポリイミドフィルム上へのTiO2系透明導電膜の形成(東北大学) |
145 |
| 3.4 新規無機系透明導電膜の開発 |
148 |
| 3.4.1 Mg-C系透明導電膜の開発(東海大学) |
148 |
3.4.2 12CaO・7Al2O3系明導電性酸化物(C12A7)
(東京工業大学) |
151 |
| 3.5 ITO代替塗布法透明導電膜 |
152 |
| 3.5.1 金属ナノ粒子を用いた透明導電膜・フィルムの開発 |
152 |
| (1) 印刷方式による透明導電性フィルムを開発(DIC) |
152 |
| (2) 銀塩写真技術を応用した新しい透明導電性フィルムの開発(富士フィルム) |
153 |
| (3) Agナノ粒子を用いた自己組織化透明導電フィルムの工業化プロセスを開発(東レ) |
154 |
| (4) Ag粒子を用いたタッチパネル用フィルム(グンゼ) |
155 |
| (5) 透明導電性Au-Agインク(住友金属鉱山) |
155 |
| (6) 金属ナノワイヤを用いた塗布型透明導電性インク(住友商事/チッソ/Cambrios) |
156 |
(7) 3次元形状への成形が可能な透明導電膜材料に関するCambrios Tecnologies社
からの独占購入契約締結(日本写真印刷) |
157 |
| 3.5.2 π共役導電性高分子系透明導電膜の開発 |
158 |
| (1) π共役系導電性高分子の種類 |
158 |
| (2) 溶媒溶解性の付与方法 |
159 |
| A.置換基を用いる方法 |
159 |
| B.水溶性高分子ドーパントを用いる方法 |
160 |
| C.導電性高分子の塗膜形成方法 |
160 |
| (3) PEDOT/PSS透明導電膜の特性 |
161 |
| (4) 導電性高分子透明導電膜の開発動向 |
162 |
| A.PEDOT/PSSを用いた透明導電性コーティング材「デナトロン」(ナガセケムテックス) |
162 |
| B.低温架橋型デナトロン(ナガセケムテックス) |
164 |
| C.導電性高分子塗料(信越ポリマー) |
164 |
| D.高導電性ポリアニリン系有機溶媒分散液「ORMECON」(日産化学) |
167 |
E.ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)を用いた光導電率導電性高分子膜の開発
(三洋電機/東京工業大学) |
168 |
| F.透明性と導電性を両立させた有機薄膜(山梨大学) |
169 |
G.導電性高分子の導電性を飛躍的に向上させるドーパントポリビニルスルホン
酸合成技術を開発(旭化成ファイン) |
170 |
| H.高導電性(1000S/cm)高分子膜「CLEVIOS PH1000」(独Starck Clevios) |
171 |
| 3.5.3 カーボンナノチューブ(CNT)を用いた透明導電膜 |
171 |
| (1) CNTの特性 |
171 |
(2) アガロースゲルを用いた金属型、半導体型SWCNTを極めて簡便に分離する技術を
開発(産業技術総合研究所) |
173 |
| (3) 高電気伝導率カーボンナノチューブの簡便合成法(物質・材料研究機構) |
174 |
| (4) CNT透明導電フィルムの量産化(Unidym) |
176 |
|
|
第4章 透明導電膜の液晶ディスプレイへの応用 |
179 |
| 4.1 液晶ディスプレイ(LCD)の概要 |
179 |
| 4.1.1 液晶ディスプレイの構造 |
179 |
| 4.1.2 液晶ディスプレイの方式 |
179 |
| 4.1.3 液晶ディスプレイの製造工程 |
180 |
| 4.2 LCD用ITO透明電極の形成方法 |
183 |
| 4.2.1 大面積(第8世代)対応のACスパッタ方式(アルバック) |
184 |
| (1) 縦型静止成膜方式のスパッタリング装置の特徴 |
185 |
| (2) カソードコンセプト |
185 |
| (3) ACスパッタ特性 |
186 |
| 4.2.2 フレキシブル基板へのITO透明電極形成 |
187 |
| (1) 転写法によるプラスチックカラーフィルタの形成(共同印刷) |
187 |
| (2) Roll-to-Roll方式3.5型カラーTFT液晶パネルの連続作製(TRADIM) |
189 |
| 4.3 酸化亜鉛系透明電極 |
189 |
| 4.3.1 GZO共通電極実装LCDパネルの開発(高知工科大学) |
189 |
| (1) In使用量原単位削減は50%を大幅に上回るLCDパネル |
190 |
| (2) GZO共通電極の特性 |
190 |
| 4.4 透明導電膜のタッチパネルへの応用 |
192 |
| 4.4.1 タッチパネルの方式と特徴 |
192 |
| 4.4.2 タッチパネル電極材の必要特性 |
194 |
| 4.4.3 タッチパネル用ITO電極基板の動向 |
195 |
| 4.4.4 タッチパネル用ITOフィルムの技術 |
196 |
| (1) ITO膜質とタッチパネル特性 |
196 |
| (2) 透過率 |
197 |
| 4.4.5 ITOフィルムの開発動向 |
197 |
(1) ITO透明導電性フィルム「テトライトTCF(Transparent electro-conductive Film)」
(尾池工業) |
198 |
| (2) ウエットコーティング技術を応用したITO透明導電性フィルム「フレクリア」(TDK) |
199 |
| (3) ITOナノ粒子を用いた塗布型透明導フィルムを開発(日立マクセル) |
201 |
| 4.4.6 ディスプレイ用IZO透明導電性フィルム(帝人) |
202 |
| (1) IZOの利点 |
202 |
| (2) ディスプレイ用IZOフィルムの種類 |
203 |
| 4.4.7 有機導電ポリマーフィルム |
204 |
| (1) 有機導電ポリマーフィルムを用いたタッチパネルの開発(富士通コンポーネント) |
204 |
(2) ポリエステルフィルム上に導電性ポリマーを積層した透明導電フィルム
「CurrentFine」の開発(帝人デュポン) |
207 |
| (3) デナトロンフィルム(ナガセケムテックス) |
209 |
| (4) ITO劣化防止機能を有する高透明両面テープを開発(積水化学) |
210 |
| 4.4.8 タッチパネル用酸化亜鉛系透明導電膜(特許例) |
210 |
| (1) 水分や熱に対する特性の安定性に優れるタッチパネル用透明導電膜の作製(カネカ) |
211 |
| (2) 耐久性を満足する酸化亜鉛系透明導電膜を成膜したタッチパネル用基板(高知工大) |
211 |
|
|
第5章 透明導電膜の有機EL素子への応用 |
213 |
| 5.1 有機EL素子の概要 |
213 |
| 5.1.1 有機EL素子の基本構造 |
213 |
| 5.1.2 有機ELディスプレイの分類 |
214 |
| 5.1.3 有機材料 |
215 |
| 5.2 有機EL用ITO膜の成膜法および表面改質 |
215 |
| 5.2.1 有機ELに求められるホール注入電極(ITO膜)特性 |
215 |
| 5.2.2 有機EL素子用低ダメージITO成膜技術 |
216 |
| (1) 対向ターゲットスパッタリング技術の確立(東京工芸大学) |
216 |
| (2) 対向ターゲット式スパッタ法により作製したITO膜特性(アルバック) |
219 |
| 5.2.3 ITO透明電極の表面改質とイオン化ポテンシャル制御 |
222 |
| (1) O2プラズマ処理による有機EL素子の特性向上(名古屋大学) |
223 |
| (2) ECRプラズマを用いた有機EL用ITO透明電極の平坦性と仕事関数の向上(三容真空) |
226 |
| (3) ITO膜表面のケミカルポリシングによる平坦化・洗浄法(トッキ) |
229 |
5.2.4 低仕事関数透明導電(ITO：Cs)膜を陰極に用いたR、G、B透明有機ELの作製
(東京工芸大学) |
230 |
| 5.2.5 アモルファスITO膜の成膜法 |
234 |
(1) RF-DC結合型スパッタ法による透明有機EL素子用アモルファスITO薄膜の低温成膜
(新潟大学/東京工芸大学) |
234 |
(2) フレキシブル有機EL用アモルファスITO電極の酸化物バッファ層による長寿命化
(豊田中央研究所) |
237 |
| 5.2.6 IZO膜を用いた有機EL素子 |
240 |
| (1) IZO膜の特性 |
240 |
| (2) IZO膜を電極に用いた有機EL素子 |
241 |
|
|
第6章 透明導電膜の太陽電池への応用 |
244 |
| 6.1 太陽電池の発電原理と種類 |
244 |
| 6.1.1 太陽電池の発電原理 |
244 |
| 6.1.2 太陽電池の種類と特徴 |
245 |
| (1) 結晶シリコン太陽電池 |
246 |
| (2) 薄膜シリコン太陽電池 |
246 |
| (3) 多結晶化合物薄膜太陽電池 |
247 |
| (4) 有機系太陽電池 |
247 |
| A.色素増感太陽電池 |
247 |
| B.有機薄膜太陽電池 |
248 |
| 6.2 Si系薄膜太陽電池向け透明導電膜の開発 |
249 |
| 6.2.1 Si系薄膜太陽電池の現状と課題 |
249 |
| (1) Si系薄膜太陽電池の構造 |
249 |
| (2) Si系薄膜太陽電池における透明導電膜の要求特性 |
250 |
| (3) Si薄膜太陽電池向け透明導電膜今後の課題 |
251 |
| 6.2.2 テクスチャ構造の酸化錫及び酸化亜鉛透明電極 |
251 |
| (1) フッ素ドープ酸化錫(SnO2：F)膜(旭硝子) |
251 |
| (2) ZnO透明導電膜 |
253 |
| A.薄膜Si太陽電池用ZnO系透明導電膜(独Zulich研究所、スイスNeuchatel大学) |
253 |
| B.MOCVDによるZnO透明電極およびバッファー層(東京工業大学) |
254 |
| 6.2.3 タンデムセル向け低赤外吸収ITO電極 |
256 |
(1) In2O3：HおよびITO透明導電膜を窓電極として用いた
μc-Si：H太陽電池(産業技術総合研究所) |
256 |
(2) 低赤外吸収In2O3：H系透明導電膜を用いた
a-Si：H/c-Siヘテロ太陽電池(産業技術総合研究所) |
257 |
| 6.2.4 低コストSi薄膜太陽電池 |
259 |
(1) ITO電極を用いたスラット構造シリコン薄膜太陽電池モジュール製造装置の開発
(東レエンジニアリング) |
259 |
| (2) ITO透明電極を用いたフィルム基板タンデム構造太陽電池(富士電機システムズ) |
261 |
| 6.3 CIS(CIGS)太陽電池向け透明導電膜の開発 |
262 |
| 6.3.1 CIS系薄膜太陽電池の構造と透明導電膜への要求 |
263 |
| 6.3.2 ZnO系透明導電膜のCIGS薄膜太陽電池への応用 |
264 |
| (1) PLD法によるZnO系透明導電膜(産業技術総合研究所) |
264 |
(2) ヘリコン波励起プラズマスパッタ法を用いたダメージレスZnO透明導電膜
(東京理科大学) |
266 |
| 6.3.3 IZO透明電極(出光興産) |
268 |
| 6.4 有機系太陽電池向け透明導電膜の開発 |
268 |
| 6.4.1 色素増感太陽電池用透明電極 |
268 |
| (1) 1μmを超える突起をもつFTO膜付きのテクスチャー基板(九州工業大学) |
268 |
(2) 透明度の高いTiO2電極を用いた高効率タンデム型色素太陽電池
の開発(産総研) |
269 |
| (3) 大型色素増感太陽電池の開発(フジクラ) |
271 |
(4) マイクロ金属グリッドを用いた大面積色素増感太陽電池用超低抵抗透明
導電フィルム(ベクセルテクノロジー/藤森工業) |
273 |
(5) ITO-PENフィルム基板を用いたプラスチック型色素増感太陽電池
(桐蔭横浜大学/ベクセルテクノロジー) |
274 |
| 6.4.2 有機薄膜太陽電池用透明電極 |
275 |
| (1) ITO透明電極を用いた塗布変換型有機薄膜太陽電池(三菱化学) |
275 |
(2) 塗布形成法によるITOを中間層に用いた積層型有機薄膜太陽電池の開発
(パナソニック電工) |
276 |
|
|
第7章 透明導電膜に関する最近の特許動向 |
280 |
| 7.1 透明導電膜の最近の出願動向 |
280 |
| 7.1.1 透明導電膜の年代別出願件推移 |
280 |
| 7.1.2 材料別出願件数の推移 |
281 |
| 7.1.3 製膜法別出願件数の推移 |
281 |
| 7.1.4 用途別出願件数推移 |
282 |
| 7.1.5 出願人別出願件数推移 |
283 |
| 7.2 特許にみる透明導電膜(電極)の最近の技術 |
285 |
| 7.2.1 製膜装置 |
285 |
| (1) スパッタリング製膜装置 |
285 |
| A.スパッタリング中のノジュールを抑制する方法 |
287 |
| B.ZnO系透明導電膜製膜装置 |
289 |
| (2) CVD法およびスプレー噴霧法による製膜装置 |
292 |
| 7.2.2 物理的製膜方法 |
294 |
| (1) 透明フィルム上へITO透明導電膜を形成する特許 |
294 |
| (2) ZnO系透明導電膜の形成方法 |
296 |
| (3) 樹脂基板上へのZnO系透明導電膜の形成 |
299 |
| (4) 透明導電膜付ガスバリアフィルム |
300 |
| (5) ZnO系透明導電膜のエッチング・パターニング |
302 |
| 7.2.3 塗布・印刷法による透明導電膜の形成 |
304 |
| (1) ITO等の酸化物ナノ粒子を用いた透明導電膜用塗布液 |
304 |
| (2) 有機化合物を用いた透明導電膜用塗布液 |
307 |
| (3) 導電性高分子を用いた透明導電膜用塗布液 |
308 |
| (4) CNTを用いた透明導電膜用塗布液 |
311 |
| (5) 金属ナノ粒子を用いた透明導電膜用塗布液 |
313 |
| 7.2.4 Inの回収・再資源化方法 |
315 |
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