インジウム - 株式会社ペチーノノーザンライツ

Scientific Reports volume 5、記事番号: 16838 (2015) この記事を引用

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大面積フレキシブルタッチスクリーンパネルの費用対効果の高い生産のためのITO電極の実行可能な代替品として、室温ロールツーロールスパッタリングによって成長させたインジウムフリーで費用対効果の高いCu2O/Cu/Cu2O多層メッシュ電極について報告します。 (TSP)。低抵抗率の金属 Cu 中間層とパターン化されたメッシュ構造を使用することにより、15.1 Ohm/square の低いシート抵抗、89% の高い光透過率、および良好な機械的柔軟性を備えた Cu2O/Cu/Cu2O 多層メッシュ電極が得られました。外側/内側曲げ試験の結果、Cu2O/Cu/Cu2O メッシュ電極は従来の ITO フィルムよりも優れた機械的柔軟性を備えていることがわかりました。ダイヤモンドパターンのCu2O/Cu/Cu2O多層メッシュ電極を用いて、フレキシブルなフィルム-フィルムタイプのTSPSとリジッドなガラス-フィルム-フィルムタイプのTSPSの実証に成功しました。 Cu2O/Cu/Cu2O メッシュ電極を備えた TSP は、ズームイン/アウト機能とマルチタッチ書き込みの実行に使用されました。これは、これらの電極が大面積フレキシブル TSP の従来の ITO 電極に代わるコスト効率の高い透明電極として有望であることを示しています。

タッチスクリーンパネル (TSP) は、携帯電話、ナビゲーションシステム、情報フラットパネルディスプレイ、モバイルパッドなどの情報デバイスの重要なコンポーネントであると考えられています。さまざまなタイプの TSP の中で、静電容量型 TSP は、マルチタッチ機能やマルチタスクに対応し、製造プロセスが容易であるため、携帯情報機器で最もよく使用されているタイプです。しかし、フレキシブル携帯電話や曲面フラットパネルディスプレイの出現により、静電容量型フレキシブルTSPの開発に多大な努力が払われてきました1,2。 TSPのマルチタッチ機能やタッチ速度、透明度は、透明電極のシート抵抗や光透過性に大きく依存するため、高性能のフレキシブルTSPを実現するには、高品質な透明電極とフレキシブル電極を開発することが重要です。。インジウム錫酸化物 (ITO) フィルムは、透明性と導電性が高いため、抵抗型または容量型 TSP の透明電極として最も一般的に使用されていますが、コスト効率の高いフレキシブル TSP で ITO を使用することを非現実的にする重大な問題があります。 ITO 薄膜の高いシート抵抗、インジウム資源の不足による ITO の高コスト、および ITO 膜の機械的特性の悪さ 3、4、5。従来の高コストの ITO フィルムを置き換えるために、カーボンナノチューブ (CNT) ネットワーク、グラフェンフィルム、導電性高分子フィルムなど、いくつかの透明電極材料が TSP の費用対効果の高い透明電極として使用するために研究されてきました 6、7、8、9、10。しかし、CNT やグラフェンのシート抵抗が比較的高く、導電性ポリマーが不安定であるため、これらの透明電極は TSP において中程度の性能しか得ていません。さらに、金属ナノワイヤ (NW) 浸透ネットワークと Ag または Cu ベースの金属グリッド電極も、その低い抵抗率と優れた柔軟性のため、集中的に研究されています 11、12、13、14、15、16。しかし、Ag NW ネットワークの接着力の低さ、トポグラフィーの不均一、劣化のしやすさ、静電気に対する不安定性は、Ag NW ネットワーク電極にとって重大な問題です 14。金属 (Ag または Cu) グリッド電極の場合、抵抗率は非常に低い (2.0 ～ 4.2 × 10-5 Ohm-cm) が、反射率の高い金属を使用すると視認性の問題が発生します 17,18。キムらは、 Al ドープ ZnO 膜で覆われた Cu ハニカムメッシュの低いシート抵抗 (6.197 オーム/平方) と高い透過率 (90.65%) が報告されていますが、Cu 金属グリッドの高い反射率は、TSP の透明電極として使用するには依然として問題があります 19。最近、酸化物-金属-酸化物（OMO）多層電極は、その低い抵抗率と高い透過率により、フレキシブル有機発光ダイオード、フレキシブル有機太陽電池、フレキシブルTSP、フレキシブルメモリデバイス、およびフレキシブル酸化物薄膜トランジスタ用の有望な透明電極として浮上しています。低い抵抗率、高い透明性、および機械的柔軟性による優れた柔軟性20、21、22、23、24、25、26、27。しかし、ITO/Ag/ITO、IZO/Ag/IZO、IZTO/Ag/IZTO などの OMO 多層膜には、依然としてインジウムや銀などの高価な元素が含まれています。これらの Ag ベースの OMO 電極は、Ag 中間層による非常に低い抵抗率と、誘電体/金属/誘電体構造の反射防止効果による高い透過率により広く研究されてきましたが、メッシュの使用に関する報告はありませんでした。フレキシブル TSP 用の透明でフレキシブルな電極としてパターン化された OMO 多層。特に、従来の高コストのITOまたはAgベースのOMO多層を置き換えて、コスト効率の高いフレキシブルな容量型TSPを実現するには、インジウムフリーのCuベースのメッシュ構造のOMO多層の開発が不可欠です。

この研究では、室温でロールツーロール (RTR) スパッタリングと RTR ベースのウェットパターニングを使用して成長させたメッシュパターンの Cu2O/Cu/Cu2O 多層電極の電気的、光学的、機械的特性を調査しました。ダイヤモンド型メッシュ構造としてCu2O/Cu/Cu2O多層膜をウェットパターニングすることにより、シート抵抗38オーム/平方、光透過率90%の透明なCu2O/Cu/Cu2Oメッシュ電極を作製した。私たちの知る限り、これはフレキシブル TSP への Cu ベースの OMO 多層メッシュ電極の使用に関する最初の報告です。 Cu2O/Cu/Cu2O 多層グリッドを備えた容量型フレキシブル TSP の動作に成功し、従来の高コストの ITO 電極や Ag ベースの OMO 電極の代わりに、コスト効率の高い Cu2O/Cu/Cu2O メッシュ電極を使用できる可能性が実証されました。

図1aは、真空を破らずにフレキシブルPET基板上に下部Cu2O、Cu中間層、上部Cu2O膜を堆積するために使用される連続RTRスパッタリングプロセスを概略的に示しています。パイロットスケール RTR スパッタリングシステム (図 S1) を使用し、Cu2O/Cu/Cu2O 多層膜は、Cu2O 層には Ar/O2 雰囲気下、Cu2O 層には Ar 雰囲気下で長方形の Cu 金属ターゲットを使用し、幅 250 mm の PET 基板上に堆積されました。銅中間層。簡単のため、以下ではCu2O/Cu/Cu2O多層膜をOCO膜と呼びます。図 1b は、得られた茶黒色の OCO 多層フィルムを示しています。メッシュパターニング前のシート抵抗は 0.2 Ω/square と非常に低く、抵抗率は 5.9 × 10−5 Ω-cm でした。図１ｃは、ダイヤモンド形のパターンを有する上部および底部を結合したＯＣＯメッシュ電極の光学顕微鏡画像を示す。これらの結合電極は、フレキシブル TSP の製造に使用されました。図1bの堆積直後のOCO多層膜の黒色とは異なり、メッシュパターン化されたOCO電極は、幅約5μmの非常に薄いメッシュグリッドにより透明度が高かった。図 1d は、透明な OCO メッシュ電極を備えたフレキシブル TSP を示しています。上部の保護ガラスを取り外すと、上部と下部の OCO/PET フィルムの両方が優れた柔軟性を備えているため、TSP はフレキシブル TSP として動作できます (図 1d、左)。

(a) PET 基板上に Cu2O/Cu/Cu2O 多層膜を作製するために使用される連続 RTR スパッタリングプロセスの概略図。 (b) メッシュパターン化前の茶黒色の Cu2O/Cu/Cu2O 多層電極の画像。 (c) 結合した上部と下部の Cu2O/Cu/Cu2O メッシュ電極の光学顕微鏡画像。 (d) 線幅 5 μm、間隔 450 μm のダイヤモンドパターンの上部と下部のメッシュ電極を使用したフレキシブル TSP の、カバーガラスの取り付け前後の画像。

図2aは、RTRベースのウェットエッチングシステムを使用したRTRスパッタリングOCO多層膜のメッシュパターニングプロセスを概略的に示しています（図S2）。液体フォトレジスト（LPR）層のRTRコーティングとポジマスクされたLPR/OCO/PETフィルムのUV露光により、5〜11μmのさまざまなメッシュグリッド線幅のメッシュ構造のOCO多層フィルムのパターン化に成功しました（図1）。 2b)。 Cu2O 層の色が濃いため、Ag や Cu の金属メッシュグリッド電極とは異なり、OCO メッシュ電極からのきらめきはありませんでした。図 2b の下の写真は、11 μm 未満のすべての線幅でメッシュパターンの OCO フィルムの透明度が高いことを明確に示しています。 OCO 多層膜の連続 RTR スパッタリングおよび RTR ベースのウェットエッチングプロセスは、OCO 多層グリッド電極の製造プロセスが現在の ITO 電極製造プロセスとよく互換性があることを示しています。

(a) さまざまなメッシュグリッド線幅の OCO 多層膜を形成するために使用されるメッシュパターニングプロセスの概略図。 (b) さまざまな線幅の OCO 多層メッシュの顕微鏡画像と、OCO メッシュ電極の透明性を示す写真。

図3aは、さまざまな線幅のメッシュパターンのOCO多層電極から得られたホール測定結果を示しています。 OCO メッシュ電極のシート抵抗と抵抗率は、線幅が 5 μm から 11 μm に増加するにつれて大幅に減少しました。線幅 11 μm の OCO メッシュ電極は、金属 Cu 中間層の存在により、シート抵抗が 15.1 Ω/平方で最も低く、抵抗率が 6.8 × 10-4 Ω-cm でした。しかし、ウェットパターン化前の堆積したままの OCO 膜と比較して、メッシュパターン化された OCO 電極は抵抗率とシート抵抗の増加を示しました。これは、OCO 多層の透明性を高めるために Cu 層の大部分がウェットエッチングプロセスによって除去されたためです。メッシュパターンの OCO 電極の抵抗率は、OCO 多層に上下の半導体 Cu2O 層が存在するため、Ag または Cu 金属グリッドの抵抗率よりも高かったものの、シート抵抗は大面積のフレキシブル TSP の製造には許容可能でした。 40インチ以上1、17、18、19。 OCOメッシュ電極の合計抵抗は、下部Cu2O層、Cu層、および上部Cu2O層の並列結合抵抗として単純に表すことができると仮定します（図3b）。この OCO 多層電極の主な伝導経路は、以前に報告された OMO 多層電極と同様に、金属 Cu 中間層である可能性があります 20、21、22。堆積したままの OCO 多層における Cu 層の電気的寄与を解明するために、挿入された薄い Cu 層のシート抵抗と抵抗率が、次の式 (1) および (2) を使用して抽出されました。

(a) OCO 多層メッシュ電極のシート抵抗と抵抗率とグリッド線幅の関係。 (b) OCO 多層メッシュ電極の概略回路。さまざまな線幅を持つ OCO 多層メッシュ電極の (c) 光透過率と (d) 反射率。 (e) いくつかの透明電極と OCO メッシュ電極の光透過率の比較。 (f) OCO 多層の XPS 深さプロファイル。

ここで、Rtotal、RCu2O、RCu はそれぞれ多層膜、Cu2O、Cu のシート抵抗です。同様に、t と ρ は膜の厚さと抵抗率です。堆積したままの OCO 多層の Rtotal が、単一の下部 Cu2O (RB-ITO: 34.53 Ohm-cm)、Cu 層 (RCu) および上部 Cu2O (RT-ITO) 層の抵抗に起因すると仮定します。図3bの挿入図に示すように、Cu中間層の抵抗率を計算することが可能です。挿入された Cu 中間層の計算された抵抗率は 3.0 × 10-6 Ohm-cm であることがわかり、これはバルク Cu の抵抗率 (1.7 × 10-6 Ohm-cm) よりわずかに高くなります。したがって、Cu 層の挿入により、OCO 多層電極の合計シート抵抗と抵抗率が大幅に減少することは明らかでした。したがって、OCO メッシュ電極の電気的特性は主に Cu 中間層の電気的特性の影響を受けると考えられます。図3c、dは、PET基板上のメッシュパターン化されたOCO電極の光透過率と反射率とその線幅の関係を示しています。表 1 は、メッシュパターンの OCO 電極の光学特性をまとめたものです。これらの OCO 電極の光透過率はメッシュグリッド幅の増加に伴ってわずかに減少しましたが、すべての OCO 多層メッシュ電極は可視波長領域で高い光透過率を示し、フレキシブルで大面積の TSP の製造に使用するのに十分でした。メッシュパターンの OCO 電極は、550 nm で 90% のピーク透過率、380 ～ 780 nm の可視波長範囲にわたって 89% の平均透過率を示しました。 OCO 多層メッシュ電極の光透過率が可視範囲全体にわたって非常に安定していることは注目に値します。一般に、透明な OMO 多層電極は、金属中間層からの激しい反射により、近赤外領域での透過率が大幅に低下します 20、21。しかし、メッシュパターンの OCO 多層電極は、Cu 金属層を含むにもかかわらず、高い近赤外透過率を示しました。図 3d は、パターン化された OCO メッシュ電極と堆積したままの OCO 多層から得られた反射率スペクトルを示しています。光透過率の結果に基づいて予想されたように、すべてのメッシュパターンの OCO 多層電極は 8% という低い反射を示し、パターンなしの OCO フィルムの 28.5% の反射よりもはるかに低かった (図 1b)。堆積したままのパターン化されていない OCO 膜の反射は、Cu 中間層の反射に起因すると考えられます。一般に、Ag、Al、または Cu 金属層からの高い反射により、金属グリッド電極が光り輝きます。しかし、黒いCu2O層によってパターン化されたOCO多層膜の反射が低いことから、従来の金属AgまたはCuグリッド電極とは異なり、OCO電極からのきらめきがないことが示されました。 OCO メッシュ電極のシート抵抗と平均透過率に基づいて、高品質の OCO メッシュ電極を得るために最適なメッシュグリッド幅を決定できます。 OCO 多層メッシュ電極の性能指数 (T10/Rsheet) は、平均光透過率 (T) とシート抵抗 (Rsheet) に基づいて計算されました28。最大性能指数（18.6 × 10−3 Ω−1）は、線幅 11 μm の OCO メッシュグリッドで得られました。これは、以前に報告されたガラス基板上に成長した ITO/Ag/ITO 層の性能指数 24.7 × 10-3 Ω-1 に匹敵します。図3eは、OCOメッシュグリッド電極の光透過率を他のいくつかの透明電極と比較しています。転写されたグラフェン、Ag ナノワイヤネットワーク、導電性ポリマー (PEDOT:PSS)、および結晶性 ITO/ガラス。 550 nm の波長では、メッシュパターンの OCO 電極は、比較した 4 つの電極すべてよりも高い光透過率を示しました。図3fは、PET基板上に成長させたOCO電極から得られたXPS深さプロファイルを示しており、銅と酸素という費用対効果の高い元素の単純な組成を明確に示しています。 XPS 深さプロファイルは、Cu 層と Cu2O 層の間に界面反応がなく、個々の上部 Cu2O 層、Cu 中間層、下部 Cu2O 層が PET 上で明確に定義されていることを明確に示しています。底部と上部の Cu2O 層は対称であり、RTR スパッタリングプロセスの正確な制御により、これらの層が同じ厚さと組成を持っていることを示しています。 Cu 2p1/2 (951.5 eV) および 2p3/2 (931.7 eV) の結合エネルギーは、Ar/O2 雰囲気下で Cu 金属ターゲットからスパッタリングされた RTR 反応性スパッタリングが酸化亜銅 (Cu2O) 相であることを示しました。 X 線回折検査 (図 S3)29,30,31,32,33。

メッシュパターンの OCO 電極の微細構造をシンクロトロン X 線散乱 (XRS) および透過型電子顕微鏡 (TEM) によって検査しました。図4aは、PET基板上のOCO多層電極から得られたシンクロトロンXRSプロットを示しています。結晶質Cu2O（111）、（200）、（220）ピークとCu（111）、（200）ピークが含まれています。 Cu2O 膜の結晶相は亜酸化銅であり、酸素雰囲気下での Cu の反応性スパッタリング中に好ましい相です 31,32,33。反応性スパッタリングされた Cu は、酸素流量比に応じて、酸化亜銅 (Cu2O) と酸化第二銅 (CuO) などの 2 つの異なる酸化物を形成する可能性があります。RTR スパッタリング中の酸素流量比が低いため、反応性スパッタリングされた Cu は表面に亜酸化銅を形成しました。 PET基板は室温で準備されたにもかかわらず。図４ｂは、ＯＣＯ多層電極の断面ＴＥＭ画像を示す。これらの画像は、XPS 深さプロファイリングの結果に基づいて予想されたように、界面層がなく、明確に定義された底部 Cu2O (150 nm)、Cu (150 nm)、および上部 Cu2O (150 nm) 層を明確に示しています。これらの鋭い界面は、Cu2O層とCu層の間に界面反応や界面酸化物層の形成がないことを示しており、これは真空を破らずに連続RTRスパッタリングプロセスを使用したことに起因すると考えられます。下部および上部の Cu2O 層の対称構造は、RTR スパッタリング中の回転速度を制御することによって Cu2O の厚さが正確に調整されたことを示しました。図 4b の挿入図の高速フーリエ変換 (FFT) パターンには、多結晶 Cu2O および Cu 層に起因する弱い円と強いスポットが示されています 31、32、33、34、35。図 4c は、最上部の Cu2O (T-Cu2O) 層から得られた HRTEM 画像です。 XRS プロットに基づいて予想されたように、T-Cu2O 層は (111) および (200) の優先配向を持つ多結晶でした。 T-Cu2O 層は室温でスパッタリングされたにもかかわらず、十分に発達した多結晶構造を示しました。図４ｃの明るい領域は、Ｔ−Ｃｕ２Ｏ層中に（１１１）優先結晶質Ｃｕ２Ｏ相が存在することを明確に示した。図4cの挿入図のFFTパターンにも強いスポットと円が示されており、(111)および(200)優先配向を持つ多結晶Cu2O第一銅相を示しています。図４ｄは、Ｔ−Ｃｕ２ＯとＣｕ中間層との間の界面から得られたＨＲＴＥＭ画像である。この画像は、真空を破らずに実行された室温 RTR スパッタリングプロセスに起因する、Cu 金属層と Cu2O 半導体層の間の明確な界面 (図の破線で示されている) を示しています。 Alfordらによって議論されているように。 OMO多層内の金属層は酸化物層の電子源として機能します。したがって、Cu2O 層と良好に接触した Cu 中間層は、Cu2O 層に電子を供給し、Cu2O 層のキャリア濃度を増加させることができました27。

(a) OCO 多層電極のシンクロトロン X 線散乱プロット。 (b) OCO 多層電極の断面 TEM 画像と FFT パターンの挿入図。（c〜d）上部Cu2O層と上部Cu2O/Cu界面領域から得られたHRTEM画像。

図5aは、さまざまな外側/内側曲げ半径に対するOCO多層フィルムの外側/内側曲げ試験の結果を示しています。曲げによる OCO 多層電極の抵抗の変化は、(R-R0)/R0 として表すことができます。ここで、R0 は初期測定抵抗、R は基板曲げの下で測定された抵抗です 22,26。図5の上部パネルは、曲げ半径を減少させた場合の外側/内側曲げ試験ステップの写真を示しています。図5aの外側曲げ試験の結果は、OCO多層が曲げ半径が7 mmに達するまで一定の抵抗を有することを示しました。次の式に基づいて、曲げ半径を減少させた場合の湾曲した OCO 多層フィルムのピークひずみを計算できます 22,26。

(a) さまざまな曲げ半径に対するフレキシブル PET 基板上の OCO 電極の外側および内側の曲げ試験の結果。 OCO/PET フィルムの外側と内側の曲げを挿入図で示しています。上のパネルは、OCO/PET フィルムの外側と内側の曲げステップを示しています。 (b) 10 mm の一定曲げ半径での 10,000 サイクルからなる動的外側および内側疲労試験。

ここで、dOCO と dPET はそれぞれ OCO 多層膜と PET 基板の厚さです。厚さ 125 μm の PET 基板上の厚さ 450 nm の OCO フィルムを曲げ半径 7 mm で曲げると、ピークひずみは 0.95% になりました。外側の曲げ半径をさらに小さくすると、上部の Cu2O 層での亀裂の形成と伝播により、抵抗変化が急速に増加しました。内側曲げ試験では、サンプルが内側曲げ半径 2 mm (曲げ限界) まで曲げられるまで、OCO 多層フィルムの測定された抵抗は一定でした。この半径では、OCO 多層は 3.12% のピーク歪みを経験しました。この条件下でOCO膜がPET基板から剥離したり、OCO膜に多数の亀裂が生じたりしたにもかかわらず、抵抗値の変化は非常に小さかった。圧縮応力下では、ひび割れまたは剥離した層の重なりによる層の局所的な剥離または亀裂の形成にもかかわらず、柔軟な OCO フィルムは機能を維持しました。ただし、外側の曲げが適用されると、図5aの挿入図に示すように、OCOフィルムは引張応力を受けました。この引張応力により、亀裂が形成され、進展していきました。したがって、曲げ半径 7 mm 以下で大きく曲げると、亀裂が OCO 多層を分離し、抵抗変化が増加しました。図 5b は、10 mm の固定内側曲げ半径で曲げサイクルを増加させた、最適化された OCO 多層メッシュ電極サンプルの動的外側および内側曲げ試験の結果を示しています。曲げ半径 10 mm は、フレキシブル TSP での使用に許容される曲げの程度です。どちらの動的外側曲げ疲労試験でも、10,000 回の曲げサイクル後も抵抗 (ΔR) に変化は見られず、OCO 多層の優れた柔軟性が実証されました。この優れた柔軟性は、Cu2O 層間の金属 Cu 中間層の歪み破壊に対する高い耐性に起因すると考えられます12。

図6aは、ダイヤモンド型の上部と下部のOCOメッシュ電極を備えたガラスフィルムフィルム（GFF）タイプのTSPの概略構造を示しています。光学透明接着剤 (OCA) フィルムを適用することにより、上部の OCO メッシュ電極フィルムを下部の OCO メッシュ電極に取り付けることができます。図6bは、TSPの製造に使用された、線幅5μmのダイヤモンド形メッシュを備えた上部OCO/PETフィルム、下部OCO/PETフィルム、および結合されたOCO/OCA/OCOフィルムの写真を示しています。 GFF 型 TSP をソフトウェアに接続することで、ダイヤモンドパターンの OCO 多層メッシュ電極に基づいて TSP を動作させることができました (図 S4)。図6cは、ダイヤモンドパターンのOCO多層メッシュ電極に基づいて製造されたフレキシブルTSPのズームインおよびズームアウト機能を示しています。一般に、GFF タイプの TSP は、XY 座標と直線性の特性を正確に検出して動作します。ダイヤモンド型の OCO メッシュ電極を備えた TSP も、保護カバーガラスなしで動作しました。これは、OCO メッシュ電極に基づく柔軟な TSP の可能性を示しています。図 6d は、ガラスカバー層を備えた TSP のマルチタッチ書き込み機能を示しています。ダイヤモンドパターンの OCO 多層メッシュ電極を備えた TSP を使用して、ズームイン、ズームアウト、およびマルチタッチ書き込み機能を実行することに成功しました。これにより、ダイヤモンドパターンのOCO多層メッシュ電極は、シート抵抗が低く、光透過率が高く、機械的柔軟性も優れているため、大面積フレキシブルTSPにおける従来のITO電極の代替として、透明でフレキシブルかつコスト効率の高い電極として有望であることが実証されました。

(a) OCA 膜をベースとした上下の多層グリッド電極を備えた GFF 型 TSP の概略構造。 (b) GFF 型 TSP の製造に使用される、グリッド線幅 5 μm の下部 OCO/PET、上部 OCO/PET、およびマージされた OCO メッシュ電極の写真。 (c) ダイヤモンドパターンの OCO 多層メッシュ電極上に作製された GFF タイプのフレキシブル TSP のズームインおよびズームアウト機能。 (d) ガラスカバー層付きTSPのマルチタッチ書き込み機能とシングルタッチ書き込み機能。

要約すると、室温での RTR スパッタリングによってインジウムフリーでコスト効率の高い OCO 多層メッシュ電極を製造する方法を開発しました。これらの OCO 電極は、フレキシブル TSP を低コストで製造するための ITO 電極または OMO 電極の実用的な代替品です。金属Cu層の低い抵抗率とパターン化されたメッシュ構造を使用することにより、シート抵抗が低く、透明性の高いOCO多層メッシュ電極が得られました。 OCO 多層メッシュ電極の調整可能な電気的および光学的特性は、メッシュ線幅の影響を受けることが判明しました。外側/内側曲げ試験の結果、OCO メッシュ電極は従来の ITO フィルムよりも優れた機械的柔軟性を備えていることがわかりました。ダイヤモンドパターンの OCO 多層メッシュ電極を使用することで、ズームイン/アウト機能やマルチタッチ書き込みなどの柔軟な TSP の動作を実証することに成功しました。これは、OCO メッシュ電極が大面積フレキシブル TSP における従来の ITO 電極の代替品として有望であることを示しています。

OCO 多層フィルムは、特別に設計されたパイロットスケール RTR スパッタリングシステムを使用して、室温で幅 250 mm の PET 基板 (Kimoto Ltd.、日本) 上に連続的にスパッタリングされました (図 S1)。底部のＣｕ２Ｏ層のスパッタリングに先立って、ＰＥＴ基板の表面は、１．２ｋＷのＤＣパルス電力で動作するＡｒイオンビームによる照射によって前処理された。これにより、有機汚染が除去され、下部の Cu2O 層と PET 基板の間の接着が改善されました。このイオン処理の後、Cu ターゲット (460 mm × 130 mm) を使用して、厚さ 150 nm の下部 Cu2O 層を PET 基板上に反応性スパッタリングしました。使用した動作条件は、DC 電力 2.2 kW、動作圧力 3 mTorr、Ar/O2 流量 400/120 sccm、および圧延速度 0.4 m/min でした。底部Ｃｕ２Ｏ層のスパッタリング後、２．２ｋＷの一定ＤＣ電力、３ｍＴｏｒｒの作動圧力、４５０ｓｃｃｍのＡｒ流量および０．４ｍ／分の圧延速度で、厚さ１５０ｎｍのＣｕ層を底部Ｃｕ２Ｏ上に直接スパッタリングした。分。最後に、真空を破らずに、下部の Cu2O 層に使用した条件と同じ条件を使用して、上部の Cu2O 層を Cu 層上にスパッタリングしました。

OCO 多層メッシュ電極のシート抵抗と抵抗率は、室温でホール測定 (HL5500PC、強度 0.32 T、Accent Optical Technology) によって測定されました。ＯＣＯ多層メッシュ電極の光透過率は、２２０〜１６００ｎｍのスペクトル範囲にわたって実行されるＵＶ／可視分光分析法（ラムダ３５）によって測定された。 OCO 多層電極の構造特性は、浦項光源の GI-WAXS ビームラインで行われたシンクロトロン X 線散乱によって分析されました。最適化された OCO 多層メッシュ電極の微細構造と界面構造を、高解像度電子顕微鏡 (HRTEM) によって検査しました。 FFT 画像は、フォーカスイオンビーム (FIB) ミリングによって準備された断面 HREM 試料から得られました。さらに、最適化された OCO 多層メッシュ電極の界面特性を、X 線光電子分光法 (XPS) 深さ方向プロファイリングを使用して分析しました。 OCO 多層膜の機械的特性は、特別に設計された内側/外側曲げシステムを使用して評価されました。外側の曲げ試験ではフィルムに引張応力が生じましたが、内側の曲げ試験では圧縮応力が生じました。さらに、動的疲労曲げ試験は、実験室で設計された周期曲げ試験機を使用し、0.5 Hz の周波数で 10,000 サイクル動作させて実行されました。 OCO 多層の抵抗は、周期的な曲げ全体にわたって測定されました。

OCO フィルムのメッシュパターニングでは、市販のスロットダイコーティングシステム (DKT Ltd.、韓国) を使用して、RTR スパッタリングされた OCO 多層フィルム上に液体フォトレジスト (LPR) 層をコーティングしました。次に、LPR でコーティングされた OCO フィルムを、ローラーの巻き戻しと巻き戻しの動きによって加熱チャンバー上を通過させました (図 S5)。 RTRスパッタリングされたOCO多層膜は、ウェットパターニングシステムを使用してパターニングされました（図S2）。 LPR コーティングされた OCO 多層フィルムは、ポジティブグリッドマスクを使用して UV 光に露光されました。ＵＶ露光したＯＣＯ多層膜を、現像液（ＥＮ－ＤＴ２３８Ｅ：水酸化テトラメチルアンモニウム３％、界面活性剤２％、脱イオン水９５％）を使用したスプレー型現像液によりパターニングした。続いて、パターン化されたＯＣＯ多層膜を、エッチング溶液（脱イオン水中０．５％のＦｅＣｌ３）を使用するスプレータイプのウェットエッチングシステムによってエッチングした。ウェットエッチングされた OCO 膜は、剥離液 (EN-S800Mo: グリコールエーテル 10%、グルコン酸ナトリウム 10%、EDTA 10%、界面活性剤 5%、脱イオン水 65%) を使用したスプレー型剥離システムによって剥離されました。最後に、剥がした OCO 多層フィルムを、脱イオン水を使用したスプレータイプのリンスシステムで洗浄しました。得られたダイヤモンドパターンのOCO多層メッシュ電極を用いて、フィルム-フィルムタイプのフレキシブルTSPおよびGFFタイプのリジッドTSPを作製した。上部の OCO/PET フィルムと下部の OCO/PET フィルムは、OCA フィルムを使用して互いに貼り付けられました。得られた OCO/PET/OCA/OCO/PET フィルムは、金属パターンと FPCB の両方を異方性導電フィルムに接着することにより、フレキシブルプリント基板に接続されました (図 S4)。上部のOCO/PETフィルムにカバーガラスを貼り付けることで、GFFタイプの硬質TSPを作製することができました。最後に、FPCB を IC コントローラーに接続しました。

この記事を引用する方法: Kim, D.-J. 他。フレキシブルタッチスクリーンパネル用のインジウムフリー、高透明、フレキシブルなCu2O/Cu/Cu2Oメッシュ電極。科学。議員 5、16838; 土井: 10.1038/srep16838 (2015)。

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著者らは、教育科学技術省が資金提供する韓国国立研究財団（NRF）助成金（NRF 2015R1A2A2A01002415）の財政的支援とサムスンディスプレイの部分的支援に感謝します。株式会社

慶煕大学情報電子材料工学部、〒446-701、京畿道龍仁市舒川1番地

キム・ドンジュ、キム・ヒョジュン、ソ・ギウォン、キム・ハンギ

Samsung Display、OLED R&D Center、龍仁、446-711、京畿道、大韓民国

キム・キヒョン＆キム・テウォン

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D.-JK と H.-KK が研究と実験を設計しました。 D.-JK は RTR スパッタリングを使用して OCO 多層膜を作製し、フレキシブルタッチパネルを作製しました。 D.-JK、HJK、K.-WS、K.-HK、T.-WK は、電気的、光学的、構造的、機械的特性の測定を実施しました。 D.-JK と H.-KK が原稿を書きました。著者全員が結果について議論し、原稿についてコメントしました。

著者らは、競合する経済的利害関係を宣言していません。

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転載と許可

キム、DJ.、キム、HJ.、ソ、KW. 他。フレキシブルタッチスクリーンパネル用のインジウムフリー、高透明、フレキシブルなCu2O/Cu/Cu2Oメッシュ電極。 Sci Rep 5、16838 (2015)。 https://doi.org/10.1038/srep16838

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受信日: 2015 年 7 月 30 日

受理日: 2015 年 10 月 21 日

公開日: 2015 年 11 月 19 日

DOI: https://doi.org/10.1038/srep16838

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