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透明導電膜の新展開 IV ―多様な材料・形成技術の可能性―

  • Developments of Transparent Conductive Films Ⅳ
    ―Prospects of Various Material and Coating Technologies―
★銀ナノ粒子、グラフェン、ナノワイヤ、カーボンナノリボン、CNT、ITOインク、ZnO、TCOなど多様な透明導電膜材料の可能性!!
★新材料に適合する塗布・印刷技術など、多様な成膜・パターン形成技術を詳述!!
★ディスプレイからタッチパネル、太陽電池、調光窓(スマートウインドウ)など新たな応用展開を一冊に集成!!

商品コード: T0873

  • 監修: 南内嗣
  • 発行日: 2012年11月
  • 価格(税込): 73,440 円
  • 体裁: B5判,282ページ
  • ISBNコード: 978-4-7813-0641-4

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  • ITO/銀ナノ粒子/グラフェン/ナノワイヤ/カーボンナノリボン/CNT/ITOインク/ZnO/TCO/膜形成/塗布・印刷/調光窓/タッチパネル/有機EL/太陽電池/透明導電膜

刊行にあたって

 透明導電膜は、応用面において1970年代後半から薄膜太陽電池用透明電極、1980年代からフラットパネルディスプレイ用及びタッチパネル用透明電極として集中的に研究開発され、現在、これらの用途で広く実用されている。透明導電膜用材料としては、NESA膜を始めとして透明導電性金属酸化物(TCO)半導体薄膜が使用され、1950年代からSnO2系、1970年代からIn2O3系、1980年代からZnO系、そして1990年代から多元系TCOが、成膜技術の発展と相まって研究開発されている。また、このような市場の求める材料技術や成膜技術の研究開発に立脚する透明導電膜の進化を解説する書籍として、1999年に最新実用技術にフォーカスした「透明導電膜の新展開」(澤田豊監修、シーエムシー出版)が出版されている。2002年には続編として「透明導電膜の新展開Ⅱ」(澤田豊監修、シーエムシー出版)、2008年にはITOとその代替材料開発にフォーカスした「透明導電膜の新展開Ⅲ」(南内嗣監修、シーエムシー出版)が出版された。
 一方、2000年代後半からのナノテクノロジーの台頭に加えて脱レアアース及びフレキシブル化等の要請もあり、本来透明でない材料を利用する新規な透明電極の研究開発が始まっている。すなわち、実用化されている透明電極はITO薄膜を始めとする薄膜形状が主流であるが、特定用途に適合する特性(性能)を実現する各種材料を利用した多様な形状の材料技術が開発されている。その結果、応用面の多様化のみならず学際的な透明導電膜の新しい展開を予期させる、多くの新しい材料技術及び成膜技術が研究開発されている。例えば、金属粒子、特に銀ナノ粒子の開発及びこの粒子を利用する透明導電パターン形成技術の進展が注目され、塗布技術や印刷技術を使用した透明電極形成技術が実用段階にある。更に、炭素系のグラフェンの透明導電膜への応用が注目され、積層膜の塗布技術及び単層膜の成膜技術と転写形成技術も実用段階にある。CNTの透明導電膜への応用も着実に進展している。また、フレキシブル化の可能なタッチパネル、有機を含む薄膜太陽電池及び有機EL(OLED)では、上述のフレキシブル透明導電膜材料に加えて透明導電性有機薄膜を利用するフレキシブル透明電極に対するニーズも高まっている。今後、高価な真空系を使用しない、塗布法のような安価で多様な形成技術が利用可能になるだろう。応用面では、iPadやスマートフォンの出現によるディスプレイと一体化するタッチパネルにおいて機能や耐久性の劇的な進化が実現されている。また、昨年の3月11日の東日本大震災がもたらした電力供給問題に端を発した太陽電池発電に対する大きな期待、並びに省エネルギー技術の取り組みの一環としての冷暖房効率を高める調光窓(スマートウィンドー)の利用が再認識されている。これらの用途における透明導電膜の需要の劇的な増大が期待されている。以上のように透明導電膜分野では、現在、材料技術及び成膜技術の双方において画期的で多様な展開が進行しつつあり、併せて有機ELや薄膜太陽電池用透明電極への応用に対して最適なTCO透明導電膜の開発が急務である。
そこで、前版「透明導電膜の新展開Ⅲ」から3年以上が経過して、最近の透明導電膜分野における新しい展開に鑑みて「透明導電膜の新展開Ⅳ」の出版が企画された。監修に当たっては本シリーズの趣旨に沿って透明導電膜に関係する最先端技術、並びに実際に直面している重要な問題点にフォーカスした内容を取り上げるよう努力をした積りである。しかし、当初の企画が先行及び同時進行するシーエムシー出版の他の企画と重なる部分があり、それらの部分に関しては調整、割愛させて頂いた。
最後になりましたが、ご多忙にもかかわらず本書の執筆を快く引き受けて下さった著者の皆様に深く感謝申し上げます。


2012年10月
金沢工業大学 南 内嗣

著者一覧

南内嗣 金沢工業大学 工学部 光電相互変換デバイスシステム研究開発センター 教授,所長
小川倉一 小川創造技術研究所 代表
村松淳司 東北大学 多元物質科学研究所 教授
山本泰生 ハクスイテック(株) 技術部 執行役員 技術部長
黒岩信幸 ハクスイテック(株) 技術部 課長
宮田俊弘 金沢工業大学 工学部 光電相互変換デバイスシステム研究開発センター 教授
石川真章 住友大阪セメント(株) 新材料事業部
中台加津男 富士フイルム(株) 産業機材事業部 技術担当部長
松本和正 東レフィルム加工(株) 技術企画部 技術顧問
能木雅也 大阪大学 産業科学研究所 セルロースナノファイバー材料分野 准教授
辛川誠 大阪大学 産業科学研究所 ソフトナノマテリアル分野 助教
菅沼克昭 大阪大学 産業科学研究所 先端実装材料分野 教授
武藤浩行 豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学系 准教授 
羽切教雄 豊橋技術科学大学 電気・電子情報工学系 研究員
Ivica Kolaric Head of Department Functional Materials Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA 
Thomas Ackermann Functional Materials Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA
Serhat Sahakalkan Functional Materials Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA
Martin Matis Functional Materials Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA
Thomas Bauernhansl Institute Director Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA
Engelbert Westkämper Former Institute Director Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA
上野啓司 埼玉大学 大学院理工学研究科 物質科学部門 准教授
在間弘朗 ㈱KRI アドバンスド材料研究部 主席研究員
若林完爾 ㈱KRI アドバンスド材料研究部 研究員
村松一生 ㈱インキュベーション・アライアンス 代表取締役
鯉田崇 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 主任研究員
柴田肇 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 先端産業プロセス・高効率化チーム チーム長
前島圭剛 太陽光発電技術研究組合 つくば研究所 研究員
小牧弘典 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 先端産業プロセス・高効率化チーム 研究員
松原浩司 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 革新デバイスチーム チーム長
反保衆志 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 革新デバイスチーム 研究員
山田昭政 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 先端産業プロセス・高効率化チーム 契約職員
石塚尚吾 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 先端産業プロセス・高効率化チーム 主任研究員
牧田紀久夫 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 革新デバイスチーム 主任研究員        
古江重紀 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 先端産業プロセス・高効率化チーム 研究員
上川由紀子 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 先端産業プロセス・高効率化チーム 契約職員
樋口博文 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 先端産業プロセス・高効率化チーム 契約職員
飯岡正行 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 先端産業プロセス・高効率化チーム 契約職員
仁木栄 (独)産業技術総合研究所 太陽光発電工学研究センター 副研究センター長
吉野賢二 宮崎大学 工学部 電子物理工学科 准教授
山﨑和彦 三菱マテリアル(株)  中央研究所 電子材料研究部 副主任研究員
井上雅裕 尾池工業(株) AFグループ タッチパネル材料事業部 技術サポート リーダー
山本哲也 高知工科大学 総合研究所 マテリアルデザインセンター センター長,教授 
永元公市 リンテック(株) 技術統括本部 研究所 主幹研究員
宋華平 高知工科大学 総合研究所 マテリアルデザインセンター 助教
牧野久雄 高知工科大学 総合研究所 マテリアルデザインセンター 准教授
板倉義雄 ㈱タッチパネル研究所 副社長
内田孝幸 東京工芸大学 工学部 メディア画像学科 教授
星陽一 東京工芸大学 工学部 電子機械学科 教授
田嶌一樹 (独)産業技術総合研究所 サステナブルマテリアル研究部門 環境応答機能薄膜研究グループ 主任研究員
鈴木すすむ 旭硝子(株) 中央研究所 ドライコーティング技術ファンクション 主幹研究員
門倉貞夫 (株)エフ・テイ・エスコーポレーション 本社 代表取締役社長
小林範久 千葉大学 大学院融合科学研究科 教授
陳凱 (株)アルバック 規格品事業部 第2計測技術部 部長
山本雄一 旭硝子(株) 中央研究所 主席

目次

第Ⅰ編 透明導電膜材料開発および膜形成技術の新展開

第1章 金属酸化物透明導電膜     
1 高分子フィルムへの高性能透明導電薄膜形成技術   
1.1 はじめに
1.2 透明導電膜材料と薄膜作製法
1.2.1 透明導電膜材料
1.2.2 透明導電薄膜作製方法
1.3 プラスチックフィルムへの透明導電膜作製例と諸特性
1.3.1 低電圧化マグネトロンスパッタ法によるITO薄膜の作製例
1.3.2 低エネルギーイオンプレーティングによるITO薄膜
1.3.3 パルスレーザーディポジション(PLD)法によるITO薄膜
1.3.4 低温プロセスによるITO薄膜の諸特性と課題
1.3.5 N‐MHVスパッタ法による低抵抗・結晶化ITO薄膜
1.4 金属合金/誘電体ナノ積層化による低抵抗透明導電膜
1.4.1 金属/酸化物ナノ積層化透明導電薄膜
1.4.2 金属/窒化物ナノ積層化透明導電薄膜
1.5 今後の課題とまとめ


2 低ダメージスパッタ成膜による高品質ZnO系透明導電膜形成技術  
2.1 直流マグネトロンスパッタ成膜の問題点
2.2 ZnO系透明導電膜のマグネトロンスパッタ成膜
2.3 薄膜太陽電池用ZnO系透明電極のRF+DC-MSD


3 プリンテッド透明導電膜材料    
3.1 はじめに
3.2 ITOナノインク
3.3 ITOナノ粒子合成指針
3.4 ITOナノ粒子合成法開発
3.5 確立したITOナノ粒子合成法
3.6 おわりに


4 透明電極形成用低酸素含有ZnO系粉末および焼結体ターゲットの開発
4.1 はじめに
4.2 特殊な酸化亜鉛粉末
4.3 導電性酸化亜鉛粉末の製法
4.4 導電性酸化亜鉛粉末の焼結性
4.5 低酸素含有A1添加酸化亜鉛粉末をターゲットに用いた直流マグネトロンスパッタ法によるAZO薄膜作製
4.6 ZnO系焼結体ターゲットの作製
4.6.1 焼結体の作製と物性
4.6.2 直径6インチ焼結体ターゲットの作製と物性
4.7 ZnO系焼結体ターゲットを用いたスパッタ製膜


第2章 金属ナノ粒子・ナノワイヤ・金属メッシュ透明導電膜  
1 高透明導電性金属メッシュフィルム   
1.1 はじめに
1.2 印刷法とめっき法による金属メッシュフィルムの製造方法について
1.2.1 触媒含有インクについて
1.2.2 下地層について
1.2.3 印刷方法
1.2.4 めっき方法
1.3 印刷法とめっき法による金属メッシュフィルムの特性
1.4 電磁波シールドフィルムの設計
1.5 おわりに


2 銀塩写真技術を応用した透明導電性フィルム「EXCLEAR」   
2.1 はじめに
2.2 銀塩写真技術を応用した透明導電性フィルムの原理
2.3 全面導電化技術と無機EL電極への応用
2.4 3次元成型加工と組み合わせた透明シールド材料としての応用
2.5 おわりに


3 銀ナノ粒子およびナノワイヤーを用いた塗布型導電性フィルム   
3.1 はじめに
3.2 透明導電材料について
3.3 透明導電性フィルムの特性と応用
3.4 銀ナノワイヤーを用いた透明導電性フィルムの構造と特性
3.4.1 層構成
3.4.2 各層の機能
3.5 今後の展開


4 銀ナノワイヤ透明導電膜ならびに有機太陽電池の開発   
4.1 はじめに
4.2 銀ナノワイヤ透明導電膜の室温プレスならびにその特性
4.2.1 銀ナノワイヤ透明導電膜の導電性発現
4.2.2 室温プレスした銀ナノワイヤ透明導電膜のフレキシビリティ
4.2.3 室温プレスした銀ナノワイヤ透明導電膜の表面粗さ
4.3 有機太陽電池への応用
4.4 銀ナノワイヤならびにその用途に関する既往研究の紹介
4.5 まとめ


第3章 グラフェン・CNT透明導電膜
1 三次元CNTナノネットワーク導入による透明導電性材料設計  
1.1 はじめに
1.2 材料設計のコンセプト
1.3 静電相互作用を用いた複合粒子の設計
1.4 透明導電性複合材料の作製例
1.5 今後の展望


2 Flexible Transparent Electrodes Based on Carbon
2.1  Introduction
2.2 Conductive inks based on CNTs
2.2.1 CNT-hybrid films ECO TOUCH I
2.2.2 CNT-hybrid films ECO TOUCH II
2.3 Graphene based TCFs
2.3.1 Production of graphene based TCFs
2.3.2 Feasibility of future TCFs based on graphene
2.4 Conclusions


3 可溶化グラフェンを用いた透明電極/有機薄膜素子電極形成と評価    
3.1 はじめに
3.2 グラフェン透明導電膜の形成手法
3.3 グラフェン透明導電膜の可能性
3.4 グラファイト単結晶の単層剥離、可溶化
3.5 酸化グラフェン塗布膜形成と還元
3.6 塗布形成グラフェン透明電極を用いた有機薄膜太陽電池
3.7 酸化グラフェンの正孔輸送層への応用
3.8 塗布形成グラフェン透明電極を用いた半透明有機薄膜電界効果トランジスタ
3.9 おわりに


4 結晶性カーボンナノリボンの透明電極材への応用   
4.1 はじめに
4.2 カーボンナノリボン
4.2.1 作製方法
4.2.2 特徴
4.2.3 透明電極用材料としての可能性
4.3 酸化カーボンナノリボン
4.3.1 特徴
4.3.2 透明電極用材料としての可能性
4.4 おわりに


5 グラフェンのウエットコーティングプロセスの開発   
5.1 開発の背景
5.1.1 注目の新素材グラフェン
5.2 グラフェンの製造方法
5.2.1 テープ剥離法
5.2.2 溶媒抽出法
5.2.3 基板法(触媒法)
5.2.4 酸化黒鉛法
5.2.5 SiC昇華法
5.2.6 エピタキシャルCVD
5.2.7 グラフェン製造方法における課題
5.3 グラフェンフラワーのウエットコーティングプロセス
5.3.1 グラフェンの大量合成方法
5.3.2 グラフェンの溶液への分散
5.3.3 グラフェンのウエットコーティング
5.4 おわりに


第Ⅱ編 透明導電膜の応用展開
第4章 薄膜太陽電池用透明電極の新展開   
1 スパッタ製膜されたZnO系透明導電膜の高性能化 
1.1 はじめに
1.2 多結晶ZnO:Al薄膜の構造・電気・光学特性 
1.3 多結晶ZnO:Al薄膜の粒界制御の検討
1.4 更なる高性能化に向けて―In2O3、 SnO2、 ZnO系透明導電膜の比較
1.5 おわりに


2 ZnO系透明電極の薄膜太陽電池への適合性と添加不純物との関係    
2.1 はじめに
2.2 Si系薄膜太陽電池への適合性
2.2.1 添加した不純物の種類の影響
2.2.2 電気的特性と添加不純物との関係
2.2.3 表面テクスチャー形成と添加不純物との関係
2.3 Cu2Oヘテロ接合太陽電池への適合性
2.4 おわりに


3 混晶系透明導電膜のCIGS 太陽電池への応用
3.1 はじめに
3.2 CIGS太陽電池について
3.3 CIGS太陽電池用透明導電膜に必要な条件
3.4 CIGS太陽電池用透明導電膜の開発
3.5 混晶系透明導電膜を開発する意義
3.6 スパッタ法によるZn1-xMgxO系透明導電膜の体積
3.7 ZnO系透明導電膜の電気特性と結晶配向性の相関
3.8 まとめ


4 スプレー法によるZnO成膜  
4.1 はじめに
4.2 成膜プロセス
4.3 スプレー熱分解法
4.4 スプレー成膜
4.5 太陽電池への応用
4.6 おわりに


5 太陽電池電極用インクと成膜装置    
5.1 はじめに
5.2 太陽電池電極用インク
5.2.1 薄膜Si太陽電池の構造と塗布型裏面電極の概要
5.2.2 Agナノインク
5.2.3 ITOナノインク
5.2.4 シリカインク
5.3 電極形成用インクの成膜
5.3.1 電極インク塗工技術の検討
5.3.2 スロットダイコーターによる成膜プロセスの概要
5.3.3 裏面電極の詳細観察
5.3.4 塗布型裏面電極搭載セルの性能評価
5.4 おわりに


第5章 タッチパネル・有機EL用透明電極の新展開
1 タッチパネル用透明導電性フィルム   
1.1 透明導電性フィルムについて
1.1.1 透明導電性フィルムについて
1.1.2 タッチパネル用途に要求される導電性について
1.2 タッチパネル用途の透明導電性フィルムの構成
1.2.1 抵抗膜式タッチパネルと透明導電性フィルムの構成について
1.2.2 静電容量(投影型)方式タッチパネルと透明導電性フィルムについて
1.3 透明導電性フィルムの加工(表面処理)について
1.3.1 表面処理:透明導電膜(ITO膜)
1.3.2 表面処理:HC層、アンチニュートンリング層(抵抗膜方式)
1.3.3 表面処理:アンダーコート層(光学調整層)
1.4 透明導電性フィルムのタッチパネル加工時の適正について


2 プラスチックフィルム基板上酸化亜鉛透明導電膜-成膜技術と物性-
2.1 はじめに
2.2 成膜法
2.3 ポリエステルフィルム基板上ZnO透明導電膜
2.3.1 多層成膜法と粒径
2.3.2 電気特性
2.3.3 光学特性
2.3.4 屈曲特性
2.4 おわりに


3 タッチパネル用透明導電材の技術動向    
3.1 はじめに
3.2 タッチパネルに於ける導電材の動向
3.2.1 主電極材―ITO膜
3.2.2 ITO代替
3.2.3 周辺回路材料の導電材
3.3 タッチパネル用その他導電材料など
3.4 今後の技術動向
3.5 まとめ


4 有機EL用透明導電膜  
4.1 はじめに
4.1.1 平坦性
4.1.2 導電性と透明性
4.1.3 仕事関数
4.2 TFTバックプレーンを考慮に入れた透明導電膜
4.3 導電性高分子(ICPs)を用いた有機EL素子
4.4 グラフェンを用いた有機EL素子
4.5 まとめ


5 低ダメージスパッタ法による薄膜作製技術と有機ELへの応用   
5.1 はじめに
5.2 高エネルギー粒子の有機膜表面への入射によるダメージ生成
5.2.1 電子照射によるPL強度の変化
5.2.2 Arイオン照射によるPL強度の変化
5.3 ITO透明電極のスパッタ成膜による有機膜のPL強度の減少
5.4 有機EL素子での検証
5.4.1 有機EL素子の発光および電流電圧特性
5.4.2  Al陰極からの電子注入特性
5.4.3  ITO陽極からの正孔注入特性
5.5 まとめ  


第6章 窓材用としての新展開
1 光学特性を可変する調光窓(スマートウィンドウ)     
1.1 はじめに
1.2 調光窓の種類
1.2.1 温度による変化(サーモトロピックウィンドウ、サーモクロミックウィンドウ)
1.2.2 ガスによる変化(ガスクロミックウィンドウ)
1.2.3 電気による変化(エレクトロクロミックウィンドウなど)
1.3 調光ミラー
1.3.1 調光ミラーの発見
1.3.2 ガスクロミック方式調光ミラー
1.3.3 エレクトロクロミック方式調光ミラー
1.4 おわりに


2 エコガラス「Low-E複層ガラス」    
2.1 はじめに
2.2 エコガラスの構造と機能
2.3 おわりに


3 エコ窓用透明断熱フィルム   
3.1 はじめに
3.2 熱線反射型透明断熱フィルム
3.2.1 スパッタによる透明断熱フィルム
3.3 エコ窓への応用
3.3.1 熱貫流率
3.3.2 日射透過率
3.4 おわりに


4 金属電着型エレクトロクロミズムと調光窓への展開   
4.1 はじめに
4.2 エレクトロクロミズムの現況と構造的・物性的特徴
4.3 金属電着型エレクトロクロミズムの特徴
4.4 調光窓への応用
4.5 おわりに


第7章 評価技術     
1 タンデム型薄膜太陽電池用局所効率・ヘーズ測定装置「MPEC-opt1300」
1.1 はじめに
1.2 装置の概要
1.3 太陽電池モジュールにおけるミニセル作成機能
1.4 装置の機能
1.5 おわりに


2 透明導電膜のキャラクタリゼーション    
2.1 はじめに
2.2 組成の評価
2.3 構造の評価
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