HOMEエレクトロニクス分野 > 透明導電膜の最新技術

透明導電膜の最新技術


 ITOなどの酸化物半導体は透明導電性に優れ、フラットパネルディスプレイや太陽電池の電極等に使用されています。LCDや有機EL、太陽電池などの技術の急速な進展に伴って、それらの透明電極には、抵抗率や光透過性のさらなる向上とともに、表面平坦性、低温成膜(プラスチック基板などへの成膜)、下地の有機材料に対するダメージーフリー化、などが要求され、それらを実現するために各種成膜技術の開発が活発化しています。
 一方、LCDの大画面化に伴って、ITOの原料であるIn資源の枯渇が危惧されており、ZnOをはじめ、導電性高分子、カーボンナノチューブ等の新規透明導電材料が開発され、さら低抵抗化や加工性向上等が研究されています。
 本書は透明導電膜の材料、成膜方法、応用について以下の点を中心に最新の動向をまとめたものです。

ITO膜、ZnO膜の成膜技術
スパッタ法による低温・低抵抗ITO膜、対向ターゲット式、ECRスパッタ等による有機EL用低ダメージITO膜
酸化抑制型高周波重畳マグネトロンスパッタ法によるAZO膜の低抵抗率・抵抗率分布の改善、反応性プラズマ蒸着法GZO膜、パルスレーザ堆積(PLD)法AZO超薄膜
新規ITO代替透明導電膜の特徴と課題
TiO2、導電性高分子、Mg-C、12CaO・7Al2O3、カーボンナノチューブ、金属微粒子
LCD、タッチパネル、有機EL、太陽電池における透明導電膜の応用状況

    □体裁 A4判316ページ
    □価格 本体68,000円+消費税
    □送料 弊社負担
    □発行 2010年01月

章 目 次

第1章 透明導電膜概説
第2章 In2O3系透明導電膜の製膜技術の動向
第3章 ITO代替透明導電膜の開発動向
第4章 透明導電膜の液晶ディスプレイへの応用
第5章 透明導電膜の有機EL素子への応用
第6章 透明導電膜の太陽電池への応用
第7章 透明導電膜に関する最近の特許動向

詳 細 目 次


第1章 透明導電膜概説


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

□ このページのトップへ
□ エレクトロニクス分野の目次へ