成果報告書詳細
管理番号20120000001058
タイトル平成20年度~平成23年度成果報告書 希少金属代替材料開発プロジェクト 透明電極向けインジウム代替材料技術開発 酸化亜鉛系液晶ディスプレイの開発
公開日2012/9/21
報告書年度2008 - 2011
委託先名公立大学法人高知工科大学 アルプス電気株式会社 株式会社オルタステクノロジー ジオマテック株式会社 ハクスイテック株式会社 三菱瓦斯化学株式会社
プロジェクト番号P08023
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約われわれは、本プロジェクトの目的である「インジウム使用削減率50%」を達成する新規の酸化亜鉛透明導電膜の開発に成功した。透明導電膜を基材とした透明電極は、液晶デイスプレイテレビを代表例とするフラットパネル表示デバイスには必要不可欠な要素部品である。透明導電膜とは高導電率と高透過率との2つの特徴を併せ持った基材である。近年のフラットパネル表示デバイスの需要増大の一方で、希少金属であるインジウムを使用しない透明導電膜開発への期待が国内外で高まっている。
 われわれは、世界で初めて、酸化亜鉛透明導電膜を基材とした透明電極を薄膜トランジスタ液晶デイスプレイテレビ(TFT LCD TV)における共通電極として実装した試作に成功を収めた。この試作は既存の大量生産プロセスを使用したものであることを強調したい。共通電極とはカラーフィルタ(赤緑青色(RGB)または赤緑青黄色(RGB+Y))側にある電極であり、TFT 側の透明電極は画素電極と呼ばれる。インジウム使用率は、50%以上の割合で共通電極となる。それゆえ、共通電極のITO完全代替は「インジウム使用削減率50%」に相当する。
 さて、当該酸化亜鉛透明電極実装のTFT LCD TV(サイズは20インチ)においては、連続駆動信頼性評価試験(温度60ºC、相対湿度90% 条件下で240時間から1,000時間での連続駆動表示性能評価試験)も実施、その結果、良好な結果を得た。特筆すべきは、表示状態でのTFT LCD TVにおける輝度に関しては、従来のITO透明導電膜を基材としたTFT LCD TVよりも5%高いことが判明した。
 今回の成功の要因は、基材の適切な選択とその特徴を活かす成膜技術の2つである。具体的には下記の通りである。1つめは、酸化亜鉛透明導電膜は、ITO透明導電膜とは異なり、低温成膜条件でも紫・青・緑色領域の波長領域で、高透過率が得られるなどの特徴を有すること、そして2つめはカラーフィルタ上に低温条件下で成膜する技術の開発に成功したことである。この2つめの技術は、耐熱性に難のある樹脂を用いたカラーフィルタ上薄膜成膜においては必要不可欠な技術である。この技術の波及効果は興味深い。すなわち、近未来のグリーンテクノロジで期待されるポリマー基板(軽量化、耐衝撃性、屈曲性などの特徴を有する)上での透明導電膜の実現につながるのである。
 加えて、更なる酸化亜鉛透明導電膜の応用拡大のために下記2つの技術も合わせて開発した。1つめは耐熱性・耐湿性なる特性をもつ酸化亜鉛透明導電膜であり、2つめはウエットエッチングによる線幅及び線間隔がそれぞれ2ミクロンメートルとなる微細加工技術である。
英文要約We have attained the aim of our project, “Development of indium substitute materials for a transparent conducting electrode for use in liquid crystal display panels (LCDPs)”; the reduction of indium species, a rare metal, used conventionally exceeds 50%. Transparent conducting electrodes are a necessary component of all types of flat display panels (FDPs). These electrodes must exhibit high conductivity and high optical transmittance. Indium tin oxide (ITO) films are widely used as transparent conducting electrodes in various types of FDPs. On the demand side, the use of flat panel display products is increasing, and this will create strong demand for ITO substitute electrodes, because ITO-based electrodes contain indium (In), a rare metal element.
The fabrication using commercial compatible mass production line of both 3 inch and 20 inch thin film transistor (TFT) liquid crystal display panels (TFT-LCDPs) and LCD TV utilizing ZnO-based highly transparent common electrodes deposited on RGB (Red, Green and Blue) or RGBY (Red, Green, Blue and Yellow) -color filters (CFs) was successfully achieved for the first time in the world. And we executed the aging test for the long-term reliability evaluation of the TFT-LCDPs and TFT-LCD TV: we have found 240 to 1000h operation without any change of performance under the condition of a temperature of 60ºC in 90% relative humidity atmosphere. Note that the brightness of the LCD TV mounted the ZnO-based common electrodes is found to be 5% higher than that of the conventional LCD TV utilizing ITO (Indium Tin Oxide: Sn-doped In2O3)-based electrodes. The key point to note is the reduction of deposition temperature (<180-200 ºC) because of the CFs with low heat resistance and high coefficient of thermal expansion compared with that of ZnO films. The key ingredients in the recipe for success, thus, are as follows: (1) ZnO films have some advantages over ITO films: acceptable crystallinity with high visible transmission, especially from violet to green wavelength regions, even for growth at low deposition process temperature. (2) We have developed a deposition process to obtain ZnO films with good characteristics deposited on the CF substrates with a large size at low process temperature. Since ZnO films can be formed on the substrates at low temperatures, the new product will be applicable to green technology using heat-susceptible substrates such as polymer-based ones. Polymer-based substrates are a subject of increasing interest, because of their favorable properties, such as relative flexibility, light weight and impact resistance, for flexible electro-optical devices and other emerging developments.
For wide applications, we have succeeded in the deposition technology to realize both heat and moisture resistant ZnO films and in the wet-etching technology to obtain fine patterning with line/space, 2m/2m.
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