JP5206653B2 - Method for producing porous silica film and method for producing laminated substrate - Google Patents

Method for producing porous silica film and method for producing laminated substrate Download PDF

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Description

本発明は、多孔性シリカ膜、それを有する積層基板、それらの製造方法およびエレクトロルミネッセンス素子に関するものである。   The present invention relates to a porous silica film, a laminated substrate having the porous silica film, a production method thereof, and an electroluminescence element.

次世代の電子ディスプレイとして特に期待されているものの一つに、有機ELディスプレイがある。この有機ELディスプレイは、図1に示すように、少なくとも透明基板2、透明電極(陽極)3、エレクトロルミネッセンス層4および陰極5をこの順に積層したエレクトロルミネッセンス素子1を有する自発光型のディスプレイである。このエレクトロルミネッセンス素子は、陽極である透明電極3から注入された正孔と陰極5から注入された電子とがエレクトロルミネッセンス層4で再結合し、その再結合エネルギーによって発光中心が励起され、発光するという発光原理を有する。   One of the most promising next-generation electronic displays is an organic EL display. As shown in FIG. 1, this organic EL display is a self-luminous display having an electroluminescence element 1 in which at least a transparent substrate 2, a transparent electrode (anode) 3, an electroluminescence layer 4 and a cathode 5 are laminated in this order. . In this electroluminescence element, holes injected from the transparent electrode 3 as an anode and electrons injected from the cathode 5 are recombined in the electroluminescence layer 4, and the emission center is excited by the recombination energy to emit light. It has the light emission principle.

有機ELディスプレイにおいては、エレクトロルミネッセンス層4で発光した光が透明基板2側に効率的に取り出されることが好ましいが、図2に示すように、出射角の大きい光11は、透明基板2と空気7との界面で全反射し、透明基板2の内部を面方向に全反射しながら進む導波光12となる。この導波光12により、透明基板2から取り出される光取り出し効率(エレクトロルミネッセンス層4で発生した光がエレクトロルミネッセンス素子1の外部取り出される割合のこと。)は20%程度と低く、従来よりその改善が要請されている。   In the organic EL display, it is preferable that the light emitted from the electroluminescence layer 4 is efficiently extracted to the transparent substrate 2 side. However, as shown in FIG. 7 is guided light 12 that is totally reflected at the interface with 7 and travels while being totally reflected in the surface direction inside the transparent substrate 2. With this guided light 12, the light extraction efficiency extracted from the transparent substrate 2 (the ratio of the light generated in the electroluminescence layer 4 being extracted outside the electroluminescence element 1) is as low as about 20%, which is an improvement over the prior art. It has been requested.

こうした問題に対し、図3に示すように、透明基板2のエレクトロルミネッセンス層4側に低屈折率層6を設け、その低屈折率層6で出射角の大きい光11を屈折させて導波光の発生を低減し、光取り出し効率を向上させることが検討されている。例えば、下記特許文献1には、シリカエアロゲル膜技術により形成された屈折率1.01〜1.3の低屈折率層を有するエレクトロルミネッセンス素子が記載されている。   To solve such a problem, as shown in FIG. 3, a low refractive index layer 6 is provided on the electroluminescent layer 4 side of the transparent substrate 2, and the light 11 having a large emission angle is refracted by the low refractive index layer 6, thereby It has been studied to reduce generation and improve light extraction efficiency. For example, Patent Document 1 below describes an electroluminescence element having a low refractive index layer having a refractive index of 1.01 to 1.3 formed by a silica airgel film technique.

また、下記非特許文献1には、ゾル−ゲル法により作製された多孔性シリカ膜を、エレクトロルミネッセンス素子の高効率光取り出し窓材として利用することが記載されている。そして、この多孔性シリカ膜は、屈折率1.196〜1.335の低屈折率層であり、表面凹凸の最大値が7nmであると記載されている。   Non-Patent Document 1 below describes that a porous silica film produced by a sol-gel method is used as a high-efficiency light extraction window material for an electroluminescence element. This porous silica film is a low refractive index layer having a refractive index of 1.196 to 1.335, and the maximum value of surface irregularities is described as 7 nm.

特開2002−278477号公報(段落番号0010〜0012)JP 2002-278477 A (paragraph numbers 0010 to 0012)

アルバック社技報(Ulvac Technical Journal)、57号、2002年9月発行、34頁〜36頁ULVAC Technical Journal, Issue 57, September 2002, pages 34-36

上記特許文献1に記載の低屈折率層は、二酸化炭素等の揮発性超臨界液体をシリカと相分離させ、次いで蒸発させる方法により製造されるため、その低屈折率層内に粗大な孔が多数存在し、その低屈折率層の膜表面においても凹凸の最大値がおよそ400nmを超える形態となっている。こうした表面凹凸を持つ低屈折率層上に陽極をなす透明電極を形成した場合、その透明電極の表面形態は低屈折率層の表面凹凸に大きく影響されるため、透明電極に突起や陥没が生じ、その結果、エレクトロルミネッセンス層を挟んで対向する陰極との間でショート等が起こり、エレクトロルミネッセンス素子の品質を低下させるという問題があった。   Since the low refractive index layer described in Patent Document 1 is manufactured by a method in which a volatile supercritical liquid such as carbon dioxide is phase-separated from silica and then evaporated, coarse pores are formed in the low refractive index layer. There are many, and even on the film surface of the low refractive index layer, the maximum unevenness is in a form exceeding about 400 nm. When a transparent electrode forming an anode is formed on a low refractive index layer having such surface irregularities, the surface morphology of the transparent electrode is greatly influenced by the surface irregularities of the low refractive index layer, and thus the transparent electrode has protrusions and depressions. As a result, there has been a problem that a short circuit or the like occurs between the cathodes facing each other with the electroluminescence layer interposed therebetween, and the quality of the electroluminescence element is deteriorated.

一方、非特許文献1に記載の多孔性シリカ膜は、表面凹凸の最大値が小さくその表面凹凸に基づく品質低下の問題は起こらないが、その製法上、高温(通常500℃以上)で焼成して得られているので、得られた膜が固くて脆いという欠点があった。また、基板との密着性が要求される場合においては、十分な密着性が得られないという問題、さらにある程度密着したとしても、製膜過程での体積変化(熱膨張・収縮や体積収縮など)により割れやすいという問題もあった。   On the other hand, the porous silica film described in Non-Patent Document 1 has a small maximum surface irregularity and does not cause a problem of quality deterioration based on the surface irregularity. However, due to its production method, it is fired at a high temperature (usually 500 ° C. or higher). As a result, the obtained film was hard and brittle. In addition, when adhesion to the substrate is required, there is a problem that sufficient adhesion cannot be obtained, and even if it adheres to some extent, volume change (thermal expansion / contraction, volume shrinkage, etc.) during film formation There was also a problem that it was easy to break.

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、第1の目的は、脆さが改善され且つ他の積層材料に上述したような悪影響を及ぼさない低屈折率の多孔性シリカ膜を提供することにあり、第2の目的は、他の積層材料に上述したような悪影響を及ぼさず且つ基板との密着性がよく割れが生じにくい多孔性シリカ膜を有する積層基板を提供することにあり、第3の目的は、前述した多孔性シリカ膜および積層基板の製造方法を提供することにあり、第4の目的は、信頼性を損なうショートの発生等が少なく、光取り出し効率のよいエレクトロルミネッセンス素子を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a first object is to improve the brittleness of the porous silica having a low refractive index that does not adversely affect other laminated materials as described above. A second object of the present invention is to provide a laminated substrate having a porous silica film that does not adversely affect other laminated materials as described above, has good adhesion to the substrate, and does not easily crack. In particular, the third object is to provide a method for manufacturing the porous silica film and the laminated substrate described above, and the fourth object is to reduce the occurrence of short circuits that impair the reliability, and to improve the light extraction efficiency. The object is to provide a good electroluminescent device.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行っている過程で、ガラス基板等の基板上にアルコキシシラン類の加水分解反応および脱水縮合反応(以下、加水分解縮合反応またはゾル−ゲル法と略すことがある。)を利用して低屈折率の多孔性シリカ膜を形成する際に、n−ブタノール等の比較的低い親水性を有する有機化合物(この有機化合物を、親水性有機化合物という。)を含有させた含水有機溶液を用いて膜を形成した後、低級アルコール等の水溶性有機溶媒でその膜を洗浄したところ、膜中の親水性有機化合物が抽出されることにより、膜中に所望の空孔構造が形成された低屈折率の多孔性シリカ膜を形成できることを見出すと共に、その表面が極めて平滑であることも見出し、本発明に到達した。   In the course of earnest research in order to solve the above problems, the present inventors have conducted hydrolysis and dehydration condensation reactions (hereinafter referred to as hydrolysis condensation reactions or sol-forms) of alkoxysilanes on a substrate such as a glass substrate. When a porous silica film having a low refractive index is formed using a gel method), an organic compound having a relatively low hydrophilicity such as n-butanol (this organic compound is converted into a hydrophilic organic film). After forming a film using a water-containing organic solution containing a compound)), and washing the film with a water-soluble organic solvent such as a lower alcohol, the hydrophilic organic compound in the film is extracted, The inventors have found that a porous silica film having a low refractive index in which a desired pore structure is formed in the film can be formed, and also found that the surface thereof is extremely smooth, and reached the present invention.

記目的を達成するための多孔性シリカ膜および積層基板の製造方法は以下の通りである。 Method for producing a porous silica film and the laminated substrate to achieve the above Symbol purpose is as follows.

本発明に係る多孔性シリカ膜の製造方法は、加水分解反応および脱水縮合反応を起こすアルコキシシラン類を主体とした原料化合物を含む、含水有機溶液から一次膜を形成する工程、前記一次膜を形成する含水有機溶液が加水分解反応および脱水縮合反応を起こして中間体膜が形成される工程、前記中間体膜を前乾燥する工程、前乾燥後の中間体膜に水溶性有機溶媒を接触させる工程、水溶性有機溶媒と接触した中間体膜を後乾燥する工程、および、後乾燥後の中間体膜をさらに加水分解縮合反応を促進して多孔性シリカ膜を形成する工程、を含み、前記含水有機溶液に、沸点80℃以上の親水性有機化合物を含み、前記含水有機溶液における有機溶媒と沸点80℃以上の親水性有機化合物の重量比が5/5〜2/8であることを特徴とする。
The method for producing a porous silica membrane according to the present invention includes a step of forming a primary membrane from a hydrous organic solution containing a raw material compound mainly composed of alkoxysilanes that undergo hydrolysis and dehydration condensation, and the primary membrane is formed. A step in which a hydrous organic solution undergoes a hydrolysis reaction and a dehydration condensation reaction to form an intermediate film, a step of pre-drying the intermediate film, and a step of bringing a water-soluble organic solvent into contact with the intermediate film after the pre-drying , the step of post-drying the intermediate film in contact with a water-soluble organic solvent, and a step of the intermediate film after post-drying further promotes hydrolytic condensation reaction to form a porous silica film, only contains the The hydrous organic solution contains a hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher, and the weight ratio of the organic solvent to the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher in the hydrous organic solution is 5/5 to 2/8. To

本発明に係る多孔性シリカ膜の製造方法においては、沸点80℃以上の親水性有機化合物の比誘電率が20以下であることが好ましい。 In the method for producing a porous silica film according to the present invention , the relative dielectric constant of a hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher is preferably 20 or lower.

本発明に係る多孔性シリカ膜の製造方法においては、含水有機溶液に含まれる有機溶媒の比誘電率が23以上であることが好ましい。 In the method for producing a porous silica film according to the present invention , the relative dielectric constant of the organic solvent contained in the water-containing organic solution is preferably 23 or more.

発明の積層基板の製造方法は、上述した本発明に係る多孔性シリカ膜の製造方法において、前記含水有機溶液を基板上に塗布して一次膜を形成したことを特徴とする。このとき、前記基板が透明であることが好ましい。 The method for producing a laminated substrate according to the present invention is characterized in that, in the above-described method for producing a porous silica film according to the present invention , the hydrated organic solution is applied onto a substrate to form a primary film. At this time, the substrate is preferably transparent.

述した本発明に係る多孔性シリカ膜の製造方法によれば、中間体膜を形成した後に、前乾燥→水溶性有機溶媒との接触→後乾燥→高温乾燥の順に処理することにより、上述した本発明に係る多孔性シリカ膜を形成できる。また、上述した積層基板の製造方法によれば、上述した優れた特性を有する本発明の積層基板を製造することができ、この方法で製造された積層基板をエレクトロルミネッセンス素子用として好ましく適用できる。 According to the manufacturing method of the porous silica film according to the present invention described above mentioned, after forming the intermediate layer, by treatment in order before drying → contact with a water-soluble organic solvent → post-drying → dry heat, above The porous silica film according to the present invention can be formed. Moreover, according to the manufacturing method of the laminated substrate mentioned above, the laminated substrate of this invention which has the outstanding characteristic mentioned above can be manufactured, and the laminated substrate manufactured by this method can be applied preferably for electroluminescent elements.

発明の多孔性シリカ膜によれば、従来の多孔性シリカ膜とは異なりその脆さが改善されており、さらに得られた膜は、低屈折率でしかも表面凹凸の最大値が100nm以下であるので、例えばこの多孔性シリカ膜をエレクトロルミネッセンス素子用の低屈折率層として使用した場合、導波光の発生を低減して光取り出し効率を向上させることができ、さらにその低屈折率層上に透明電極を形成してもその透明電極に突起や陥没が生じるのを防ぐことができる。 According to the porous silica film of the present invention, unlike the conventional porous silica film, its brittleness is improved, and the obtained film has a low refractive index and a maximum surface roughness of 100 nm or less. Therefore, for example, when this porous silica film is used as a low refractive index layer for an electroluminescence element, generation of guided light can be reduced and light extraction efficiency can be improved, and further on the low refractive index layer. Even if the transparent electrode is formed, the transparent electrode can be prevented from being protruded or depressed.

また本発明の積層基板によれば、上記効果を有する多孔性シリカ膜が基板上に形成されているので、例えばこの積層基板をエレクトロルミネッセンス素子に適用した場合、多孔性シリカ膜と基板との密着性に優れ、導波光の発生を低減して光取り出し効率を向上させることができ、さらにその低屈折率層上に透明電極を積載してもその透明電極に突起や陥没が生じない積層基板とすることができる。その結果、本発明の積層基板を、信頼性に優れたエレクトロルミネッセンス素子用に好ましく適用できる。   Further, according to the laminated substrate of the present invention, since the porous silica film having the above effect is formed on the substrate, for example, when this laminated substrate is applied to an electroluminescence element, the porous silica film and the substrate are in close contact with each other. A laminated substrate that is superior in performance and can improve the light extraction efficiency by reducing the generation of guided light, and further, even when a transparent electrode is mounted on the low refractive index layer, no protrusion or depression occurs on the transparent electrode. can do. As a result, the multilayer substrate of the present invention can be preferably applied to an electroluminescent element having excellent reliability.

本発明の多孔性シリカ膜の製造方法によれば、原料液である含水有機溶液に親水性有機化合物を含有させ、その親水性有機化合物を水溶性有機溶媒で抽出するという、極めて簡便な手段を付加するだけで形成することができるという利点がある。また、中間体膜を形成した後に、前乾燥→水溶性有機溶媒との接触→後乾燥→高温乾燥の順に処理することにより、上述した優れた特性を有する多孔性シリカ膜を形成できる。さらに、本発明の積層基板の製造方法によれば、原材料の塗布、薬品による表面処理、乾燥など、生産性に優れる簡便な工程のみで多孔性シリカ膜を有する積層基板を製造することができる。   According to the method for producing a porous silica membrane of the present invention, an extremely simple means of incorporating a hydrophilic organic compound into a water-containing organic solution that is a raw material liquid and extracting the hydrophilic organic compound with a water-soluble organic solvent is provided. There is an advantage that it can be formed simply by adding. Moreover, after forming the intermediate film, the porous silica film having the above-described excellent characteristics can be formed by processing in the order of pre-drying → contact with a water-soluble organic solvent → post-drying → high-temperature drying. Furthermore, according to the method for producing a laminated substrate of the present invention, a laminated substrate having a porous silica film can be produced only by simple steps excellent in productivity, such as application of raw materials, surface treatment with chemicals, and drying.

また、本発明の積層基板およびエレクトロルミネッセンス素子によれば、残存有機成分が少ないので、特にエレクトロルミネッセンス素子に使用した場合に、経時変化が少なく安定性に優れたものとなると共に、光取り出し効率のよいエレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。   In addition, according to the multilayer substrate and the electroluminescent device of the present invention, since there are few residual organic components, particularly when used for an electroluminescent device, the change with time is small and the stability is excellent, and the light extraction efficiency is high. A good electroluminescent element can be provided.

エレクトロルミネッセンス素子構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of an electroluminescent element structure. 低屈折率層を有さないエレクトロルミネッセンス素子の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the electroluminescent element which does not have a low refractive index layer. 低屈折率層を有するエレクトロルミネッセンス素子の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the electroluminescent element which has a low-refractive-index layer.

以下、本発明の実施の形態について説明する。
(1)多孔性シリカ膜およびそれを有する積層基板
本発明の多孔性シリカ膜は、屈折率が1.10〜1.35であり、表面凹凸の最大値が100nm以下であり、熱重量測定−質量スペクトル分析において、炭素数1〜4のアルコール類のうち少なくとも一種の物質のピークをその物質の760mmHgにおける沸点よりも高温域で与えることに特徴がある。また、本発明の積層基板は、図3に示すように、基板2上に本発明に係る多孔性シリカ膜6を有するものである。
Embodiments of the present invention will be described below.
(1) Porous silica film and laminated substrate having the same The porous silica film of the present invention has a refractive index of 1.10 to 1.35, a maximum surface irregularity of 100 nm or less, and thermogravimetry- The mass spectrum analysis is characterized in that a peak of at least one substance among alcohols having 1 to 4 carbon atoms is given in a higher temperature range than the boiling point of the substance at 760 mmHg. Moreover, the laminated substrate of this invention has the porous silica film 6 which concerns on this invention on the board | substrate 2, as shown in FIG.

(多孔性シリカ膜)
本発明の多孔性シリカ膜は、その屈折率が1.10〜1.35である。この屈折率は、ASTM D−542に基づき、エリプソメーターによる測定で決定される全深さ方向の平均屈折率であり、23℃でのナトリウムD線(589.3nm)に対する値で表される。多孔性シリカ膜は、その空隙率が高いほど屈折率が小さくなるので、屈折率を小さくするほど導波光の発生を抑制して光取り出し効率を向上させることができるが、屈折率が1.10未満では、空隙率が高いために機械的強度が不足することがある。こうした点を考慮した場合、屈折率の好ましい下限値は1.13、更に好ましくは1.15である。一方、屈折率が1.35を超えると、導波光の発生を十分に抑制できなくなることがある。こうした点を考慮した場合、屈折率の好ましい上限値は1.30、更に好ましくは1.27である。
(Porous silica membrane)
The refractive index of the porous silica film of the present invention is 1.10 to 1.35. This refractive index is an average refractive index in the entire depth direction determined by an ellipsometer measurement based on ASTM D-542, and is represented by a value with respect to sodium D line (589.3 nm) at 23 ° C. The porous silica film has a lower refractive index as its porosity is higher. Therefore, as the refractive index is reduced, the generation of guided light can be suppressed and the light extraction efficiency can be improved, but the refractive index is 1.10. If it is less than 1, mechanical strength may be insufficient due to high porosity. Considering these points, the preferable lower limit of the refractive index is 1.13, more preferably 1.15. On the other hand, when the refractive index exceeds 1.35, generation of guided light may not be sufficiently suppressed. Considering these points, the preferable upper limit of the refractive index is 1.30, more preferably 1.27.

上述した屈折率を有するシリカ膜は1〜50nmの平均空孔径を有しており、光透過率と膜の機械的強度の観点から、平均空孔径の上限値が40nmであることが好ましく、30nmであることがより好ましく、20nmであることが最も好ましい。一方、平均空孔径の下限値は、光透過率と屈折率の観点から、2nmであることが好ましく、3nmであることがより好ましい。平均空孔径が1nm未満では、屈折率が大きくなって導波光の発生を抑制することができず、光取り出し効率を十分に向上させることができない。平均空孔径は、透過型電子顕微鏡(TEM)または走査型電子顕微鏡(SEM)による観察像の解析により評価される。   The silica film having the refractive index described above has an average pore diameter of 1 to 50 nm, and from the viewpoint of light transmittance and mechanical strength of the film, the upper limit value of the average pore diameter is preferably 40 nm, 30 nm Is more preferable, and 20 nm is most preferable. On the other hand, the lower limit value of the average pore diameter is preferably 2 nm, more preferably 3 nm, from the viewpoints of light transmittance and refractive index. If the average hole diameter is less than 1 nm, the refractive index increases and the generation of guided light cannot be suppressed, and the light extraction efficiency cannot be sufficiently improved. The average pore diameter is evaluated by analyzing an observation image using a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM).

本発明の多孔性シリカ膜の空孔の形状に特に制限はなく、可能な形状としては独立気泡、トンネル状、独立気泡が連通した連通孔などが例示できるが、屈折率と機械的強度の点で好ましいのは、独立気泡が連通した連通孔である。トンネル状や独立気泡が連通した連通孔の場合における平均空孔径は、それらの幅の平均値として定義される。   There are no particular restrictions on the shape of the pores of the porous silica film of the present invention, and examples of possible shapes include closed cells, tunnels, and communication holes in which closed cells communicate with each other. A communication hole in which closed cells communicate with each other is preferable. The average pore diameter in the case of a communication hole in which tunnels or closed cells communicate with each other is defined as an average value of their widths.

多孔性シリカ膜は、その表面の凹凸の最大値が100nm以下であり、好ましくは50nm以下、更に好ましくは30nm以下である。なお、表面凹凸の最大値の下限値は、現実的には10nm程度である。表面の凹凸は、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて測定される。具体的には、与えられた多孔性シリカ膜表面の任意の5カ所を選び、その100μm四方の領域をAFMで観察して評価する。また、表面凹凸の最大値は、SEMによる断面の電子像写真を解析することによっても決定することができる。この場合は、電子線の加速電圧5kV、観察倍率1000倍〜10000倍の電子顕微鏡写真を撮り、その断面の山頂部と谷底部との差で決定することができる。なお、SEM観察試料としては、この多孔性シリカ膜を基板上に形成した際の積層基板を試料として用い、その試料を液体窒素で冷却して脆化させた状態で機械的衝撃を加え、そのときの脆性破壊面を用いた。この脆性破壊面には、試料表面の導電性を向上させる目的で一般に行われている金属や炭素等の導電性物質の薄膜を蒸着等しないものを試料とした。   The porous silica film has a maximum unevenness of the surface of 100 nm or less, preferably 50 nm or less, and more preferably 30 nm or less. In addition, the lower limit of the maximum value of the surface unevenness is practically about 10 nm. The surface irregularities are measured using an atomic force microscope (AFM). Specifically, arbitrary five places on the surface of the given porous silica film are selected, and an area of 100 μm square is observed and evaluated by AFM. Further, the maximum value of the surface unevenness can also be determined by analyzing an electronic image photograph of a cross section by SEM. In this case, an electron microscope photograph with an electron beam acceleration voltage of 5 kV and an observation magnification of 1000 to 10,000 times can be taken and determined by the difference between the crest and trough of the cross section. In addition, as a SEM observation sample, the laminated substrate when this porous silica film was formed on the substrate was used as a sample, and mechanical shock was applied in a state where the sample was cooled and embrittled with liquid nitrogen. The brittle fracture surface was used. As this brittle fracture surface, a sample which was not deposited on a thin film of a conductive material such as metal or carbon, which is generally used for the purpose of improving the conductivity of the sample surface, was used.

また、この多孔性シリカ膜の表面では、原子間力顕微鏡による表面形状観察で直径が1〜300nmの粒状構造が観察される。さらに、この多孔性シリカ膜の空孔率は、測定光の波長範囲が250〜850nmの分光エリプソメトリーによって測定した結果、30〜80%であることが確認されている。   In addition, on the surface of the porous silica film, a granular structure having a diameter of 1 to 300 nm is observed by surface shape observation with an atomic force microscope. Furthermore, as a result of measuring the porosity of the porous silica film by spectroscopic ellipsometry with a measurement light wavelength range of 250 to 850 nm, it is confirmed that it is 30 to 80%.

本発明の多孔性シリカ膜は、酸化ケイ素(SiO)組成を主体とするものである。なお、このシリカ膜には、例えばゾル−ゲル法によるシリカ合成において有機シラン類を共重合するなどの方法でシリカ組成の一部にケイ素原子−炭素原子結合が存在してSiOx組成(但し、xは0を超え2未満の正数である)となるものも含まれる。 The porous silica film of the present invention is mainly composed of a silicon oxide (SiO 2 ) composition. The silica film has a SiOx composition (provided that the silicon atom-carbon atom bond exists in a part of the silica composition by a method such as copolymerization of organic silanes in silica synthesis by a sol-gel method, for example. Is a positive number greater than 0 and less than 2.

このシリカ膜には、陽性元素を含む任意の化学組成(付加組成と略すことがある。)が含有されていてもよい。例えば、酸化イットリウム、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化プラセオジム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化亜鉛、酸化カドミウム、酸化ガリウム、酸化インジウム、酸化ゲルマニウム、酸化スズ、酸化鉛等の遷移金属酸化物組成;酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化ルビジウム、酸化セシウム等の酸化アルカリ金属組成;酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウム等の酸化アルカリ土類金属組成;酸化ホウ素組成;酸化アルミニウム組成;等を挙げることができる。この他、カルコゲナイドガラス組成、フッ化ガラス組成等の公知の無機ガラス組成も挙げることができる。   This silica film may contain any chemical composition containing a positive element (sometimes abbreviated as an additional composition). For example, yttrium oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, praseodymium oxide, samarium oxide, europium oxide, gadolinium oxide, terbium oxide, dysprosium oxide, holmium oxide, erbium oxide, thulium oxide, titanium oxide, zirconium oxide, chromium oxide, manganese oxide, Transition metal oxide compositions such as iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, zinc oxide, cadmium oxide, gallium oxide, indium oxide, germanium oxide, tin oxide, lead oxide; lithium oxide, sodium oxide, potassium oxide, oxide Alkali metal oxide compositions such as rubidium and cesium oxide; alkaline earth metal compositions such as magnesium oxide, calcium oxide, strontium oxide and barium oxide; boron oxide composition; aluminum oxide composition; It can be. In addition, known inorganic glass compositions such as chalcogenide glass compositions and fluoride glass compositions can also be mentioned.

シリカ膜を構成する酸化ケイ素組成は、ケイ素を含む全ての陽性元素に対するケイ素の割合が50〜100モル%となる割合で含有される。このケイ素の含有割合が50モル%未満では、多孔性シリカ膜の屈折率が極端に大きくなったり、多孔性シリカ膜の機械的強度が極端に低下することがある。好ましい下限値としては、70モル%、更に好ましくは80モル%、最も好ましくは90モル%であり、ケイ素の含有割合が高いほど良質の多孔性シリカ膜が形成される。   The silicon oxide composition constituting the silica film is contained in such a ratio that the ratio of silicon to all positive elements including silicon is 50 to 100 mol%. When the silicon content is less than 50 mol%, the refractive index of the porous silica film may become extremely large, or the mechanical strength of the porous silica film may be extremely lowered. A preferable lower limit is 70 mol%, more preferably 80 mol%, and most preferably 90 mol%, and a higher-quality porous silica film is formed as the silicon content is higher.

こうした組成の多孔性シリカ膜の化学組成は、機械的に掻き取った試料を熱重量測定−質量スペクトル(TG−MS)分析することによって特定することができる。本発明の多孔性シリカ膜は、TG−MS分析により、炭素数1〜4のアルコール類のうち少なくとも一種の物質のピークが、その物質の760mmHgにおける沸点よりも高温域で与えられるものとして特定される。   The chemical composition of the porous silica film having such a composition can be specified by thermogravimetric-mass spectrum (TG-MS) analysis of a mechanically scraped sample. The porous silica membrane of the present invention has been identified by TG-MS analysis as having a peak of at least one substance among alcohols having 1 to 4 carbon atoms given in a higher temperature range than the boiling point of the substance at 760 mmHg. The

こうして特定される多孔性シリカ膜は、脆さが低減されて機械的性質が改善され、その多孔性シリカ膜を製膜する際の下地基板となる基板への密着性にも優れている。この理由については現時点では明らかではないが、多孔性シリカ膜に残存する炭素数1〜4のアルコキシ基及び/又はアルコール類が、多孔性シリカ膜に適度の機械的強度と基板への密着性をもたらしていると考えられる。このとき、アルコール類がメタノールまたはエタノールであることが好ましい。TG−MS分析において、炭素数1〜4の低級アルコール類のピークが、その物質の760mmHgにおける沸点よりも高温域で出現する理由は、本発明の多孔性シリカ膜の空孔径が均一且つ非常に小さいため、その低級アルコール類の分子が多孔性シリカ膜の外に脱出するためには通常よりも大きなエネルギーを要するため、あるいは、炭素数1〜4のアルコール類が存在し、これと多孔性シリカ膜との間に水素結合などの何らかの相互作用が働いているためではないかと推察される。こうした現象は、本発明の多孔性シリカ膜の優れた特性(例えば、光線透過率や機械的強度など)と密接に相関していると考えられる。   The porous silica film thus identified has reduced brittleness and improved mechanical properties, and is excellent in adhesion to a substrate serving as a base substrate when the porous silica film is formed. The reason for this is not clear at the present time, but the alkoxy group having 1 to 4 carbon atoms and / or alcohols remaining in the porous silica film has an appropriate mechanical strength and adhesion to the substrate. It is thought that it has brought. At this time, the alcohol is preferably methanol or ethanol. In the TG-MS analysis, the reason why the peak of lower alcohols having 1 to 4 carbon atoms appears at a temperature higher than the boiling point of the substance at 760 mmHg is that the pore diameter of the porous silica film of the present invention is uniform and very high. Because of its small size, it takes energy larger than usual for the lower alcohol molecules to escape out of the porous silica film, or there are alcohols having 1 to 4 carbon atoms, and this is combined with porous silica. It is presumed that some kind of interaction such as hydrogen bonding works between the membrane. Such a phenomenon is considered to correlate closely with the excellent characteristics (for example, light transmittance, mechanical strength, etc.) of the porous silica film of the present invention.

多孔性シリカ膜中の全炭素濃度は、0.1〜10重量%(質量%と同義。)であることが望ましい。全炭素濃度が10重量%を超えると、有機物が実質的に残存していることになるので、残存する有機物の放出が経時的に起こり、例えばエレクトロルミネッセンス素子等に利用された場合には発光特性の経時的安定性が悪化する。一方、全炭素濃度が0.1重量%未満の場合は、多孔性シリカ膜の機械的強度が極端に低下することがある。多孔性シリカ膜の全炭素濃度の上限値は、好ましくは8重量%、更に好ましくは5重量%であり、下限値は、好ましくは0.2重量%、更に好ましくは0.3重量%である。多孔性シリカ膜の全炭素濃度は、市販の全炭素濃度測定装置(例えば、島津製作所製のTOC5000など)を用い、多孔性シリカ膜の試験試料を1450℃に加熱した際に発生するガス中の炭素量を分析して決定される。 The total carbon concentration in the porous silica membrane is preferably 0.1 to 10% by weight (synonymous with mass%). When the total carbon concentration exceeds 10% by weight, the organic matter substantially remains, so that the release of the remaining organic matter occurs with time. For example, when it is used for an electroluminescence device, the emission characteristics The stability over time deteriorates. On the other hand, when the total carbon concentration is less than 0.1% by weight, the mechanical strength of the porous silica film may be extremely lowered. The upper limit of the total carbon concentration of the porous silica membrane is preferably 8% by weight, more preferably 5% by weight , and the lower limit is preferably 0.2% by weight, more preferably 0.3% by weight. . The total carbon concentration of the porous silica membrane is measured by using a commercially available total carbon concentration measuring device (for example, TOC5000 manufactured by Shimadzu Corporation), and in the gas generated when the test sample of the porous silica membrane is heated to 1450 ° C. It is determined by analyzing the amount of carbon.

(多孔性シリカ膜を有する積層基板)
本発明の積層基板は、基板2上に本発明に係る多孔性シリカ膜6を有するものである。多孔性シリカ膜については上述したとおりである。
(Laminated substrate having porous silica film)
The laminated substrate of the present invention has the porous silica film 6 according to the present invention on the substrate 2. The porous silica film is as described above.

本発明の積層基板を、例えばエレクトロルミネッセンス素子に用いる場合、透明であることが好ましく、積層基板を構成する基板としては、その屈折率が1.4〜1.9、好ましくは1.45〜1.70、更に好ましくは1.47〜1.65、最も好ましくは1.48〜1.60の範囲のものが用いられる。この屈折率は、ASTM D−542に基づき、エリプソメーターによる測定で決定される全深さ方向の平均屈折率であり、23℃でのナトリウムD線(589.3nm)に対する値で表される。こうした屈折率を有する基板としては、汎用材料からなる透明基板を用いることができる。例えば、BK7、SF11、LaSFN9、BaK1、F2等の各種ショットガラス、合成フューズドシリカガラス、光学クラウンガラス、低膨張ボロシリケートガラス、サファイヤ、ソーダガラス、無アルカリガラス等のガラス、ポリメチルメタクリレートや架橋アクリレート等のアクリル樹脂、ビスフェノールAポリカーボネート等の芳香族ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン等のスチレン樹脂、ポリシクロオレフィン等の非晶性ポリオレフィン樹脂、エポキシ樹脂等の合成樹脂を挙げることができる。これらのうち、BK7、BaK1等のショットガラス、合成フューズドシリカガラス、光学クラウンガラス、低膨張ボロシリケートガラス、ソーダガラス、無アルカリガラス、アクリル樹脂、芳香族ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂が好ましく、BK7のショットガラス、合成フューズドシリカガラス、光学クラウンガラス、低膨張ボロシリケートガラス、ソーダガラス、無アルカリガラス、アクリル樹脂、芳香族ポリカーボネート樹脂が特に好ましい。   When the laminated substrate of the present invention is used for, for example, an electroluminescence element, it is preferable that the substrate is transparent. The substrate constituting the laminated substrate has a refractive index of 1.4 to 1.9, preferably 1.45 to 1. 70, more preferably 1.47 to 1.65, and most preferably 1.48 to 1.60. This refractive index is an average refractive index in the entire depth direction determined by an ellipsometer measurement based on ASTM D-542, and is represented by a value with respect to sodium D line (589.3 nm) at 23 ° C. As the substrate having such a refractive index, a transparent substrate made of a general-purpose material can be used. For example, various types of shot glass such as BK7, SF11, LaSFN9, BaK1, and F2, synthetic fused silica glass, optical crown glass, low expansion borosilicate glass, sapphire, soda glass, alkali-free glass, polymethyl methacrylate and cross-linked Examples thereof include acrylic resins such as acrylate, aromatic polycarbonate resins such as bisphenol A polycarbonate, styrene resins such as polystyrene, amorphous polyolefin resins such as polycycloolefin, and synthetic resins such as epoxy resins. Of these, shot glass such as BK7 and BaK1, synthetic fused silica glass, optical crown glass, low expansion borosilicate glass, soda glass, alkali-free glass, acrylic resin, aromatic polycarbonate resin, and amorphous polyolefin resin are preferable. BK7 shot glass, synthetic fused silica glass, optical crown glass, low expansion borosilicate glass, soda glass, alkali-free glass, acrylic resin, and aromatic polycarbonate resin are particularly preferred.

本発明の積層基板において、基板の厚さは、通常、0.1〜10mmである。なお、基板の厚さの下限値としては、機械的強度とガスバリヤ性の観点から、0.2mmが好ましく、0.3mmがより好ましい。一方、基板の厚さの上限値としては、軽量性と光線透過率の観点から、5mmが好ましく、3mmがより好ましい。   In the laminated substrate of the present invention, the thickness of the substrate is usually 0.1 to 10 mm. The lower limit of the substrate thickness is preferably 0.2 mm, more preferably 0.3 mm, from the viewpoint of mechanical strength and gas barrier properties. On the other hand, the upper limit value of the thickness of the substrate is preferably 5 mm, more preferably 3 mm, from the viewpoint of lightness and light transmittance.

基板の透過率については、後述する多孔性シリカ膜と併せた積層基板の透過率で測定した場合に、積層基板の透過率が、ナトリウムD線波長(589.3nm)において80%以上となることが好ましく、85%以上となることがより好ましく、90%以上となることが更に好ましい。   Regarding the transmittance of the substrate, the transmittance of the laminated substrate is 80% or more at the sodium D-line wavelength (589.3 nm) when measured by the transmittance of the laminated substrate combined with the porous silica film described later. Is more preferable, 85% or more is more preferable, and 90% or more is still more preferable.

(多孔性シリカ膜および積層基板の製造方法)
多孔性シリカ膜は、以下の工程により形成される。(ア)多孔性シリカ膜形成用の原料液を準備する工程、(イ)その原料液から一次膜を形成する工程、(ウ)形成された一次膜が高分子量化して中間体膜が形成される工程、(エ)中間体膜に水溶性有機溶媒を接触させて多孔性シリカ膜を形成する工程、(オ)多孔性シリカ膜を洗浄する工程、(カ)多孔性シリカ膜を乾燥する工程、(キ)シリル化工程。以下、各工程について説明する。
(Method for producing porous silica film and laminated substrate)
The porous silica film is formed by the following process. (A) a step of preparing a raw material liquid for forming a porous silica film; (b) a step of forming a primary film from the raw material liquid; (c) an intermediate film is formed by increasing the molecular weight of the formed primary film. (D) a step of bringing a water-soluble organic solvent into contact with the intermediate membrane to form a porous silica membrane, (e) a step of washing the porous silica membrane, and (f) a step of drying the porous silica membrane. (Ki) Silylation step. Hereinafter, each step will be described.

(ア)多孔性シリカ膜形成用の原料液を準備する工程;
多孔性シリカ膜形成用の原料液は、アルコキシシラン類を主体とするものであり、加水分解反応および脱水縮合反応により高分子量化を起こすことができる原料化合物を含む含水有機溶液である。
(A) a step of preparing a raw material liquid for forming a porous silica film;
The raw material liquid for forming the porous silica film is a hydrous organic solution containing a raw material compound that is mainly composed of alkoxysilanes and can be increased in molecular weight by hydrolysis reaction and dehydration condensation reaction.

原料液である含水有機溶液は、アルコキシシラン類、親水性有機溶媒、水、および、必要に応じて加えられる触媒を含有する。   The water-containing organic solution that is a raw material liquid contains alkoxysilanes, a hydrophilic organic solvent, water, and a catalyst that is added as necessary.

アルコキシシラン類としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ(n−プロポキシ)シラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ(n−ブトキシ)シラン等のテトラアルコキシシラン類、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシラン類、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン等のジアルコキシシラン類、ビス(トリメトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、1,2−ビス(トリメトキシシリル)エタン、1,2−ビス(トリエトキシシリル)エタン、1,4−ビス(トリメトキシシリル)ベンゼン、1,4−ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、1,3,5−トリス(トリメトキシシリル)ベンゼン等の有機残基が2つ以上のトリアルコキシシリル基を結合したもの、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシジルオキシプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロイロキシプロピルトリメトキシシラン、3−カルボキシプロピルトリメトキシシランなどのケイ素原子に置換するアルキル基が反応性官能基を有するものが挙げられ、更にこれらの部分加水分解物やオリゴマーであってもよい。   Examples of alkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra (n-propoxy) silane, tetraisopropoxysilane, tetra (n-butoxy) silane, and the like, trimethoxysilane, triethoxysilane, and methyl. Trialkoxysilanes such as trimethoxysilane, methyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, dialkoxysilanes such as dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, bis (Trimethoxysilyl) methane, bis (triethoxysilyl) methane, 1,2-bis (trimethoxysilyl) ethane, 1,2-bis (triethoxysilyl) ethane, 1,4-bis (tri Toxylsilyl) benzene, 1,4-bis (triethoxysilyl) benzene, 1,3,5-tris (trimethoxysilyl) benzene and the like, in which two or more trialkoxysilyl groups are bonded, 3- Aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidyloxypropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-acryloyloxypropyltrimethoxysilane, An alkyl group substituted on a silicon atom, such as 3-carboxypropyltrimethoxysilane, has a reactive functional group, and may be a partial hydrolyzate or oligomer.

これらの中でも特に好ましいのが、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、トリメトキシシラン、トリエトキシシラン、テトラメトキシシラン若しくはテトラエトキシシランのオリゴマーである。特に、テトラメトキシシランのオリゴマーは、反応性とゲル化の制御性から最も好ましく用いられる。   Among these, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, trimethoxysilane, triethoxysilane, tetramethoxysilane, or tetraethoxysilane oligomer is particularly preferable. In particular, tetramethoxysilane oligomers are most preferably used because of their reactivity and controllability of gelation.

さらに、前記アルコキシシラン類には、ケイ素原子上に2〜3個の水素、アルキル基又はアリール基を持つモノアルコキシシラン類を混合することも可能である。モノアルコキシシラン類を混合することにより、得られる多孔性シリカ膜を疎水化して耐水性を向上させることができる。モノアルコキシシラン類としては、例えば、トリエチルメトキシシラン、トリエチルエトキシシラン、トリプロピルメトキシシラン、トリフェニルメトキシシラン、トリフェニルエトキシシラン、ジフェニルメチルメトキシシラン、ジフェニルメチルエトキシシラン、等が挙げられる。モノアルコキシシラン類の混合量は、全アルコキシシラン類の70モル%以下となるようにすることが望ましい。その混合量が70モル%を超えると、ゲル化しない場合がある。   Furthermore, monoalkoxysilanes having 2 to 3 hydrogen, alkyl groups, or aryl groups on silicon atoms can be mixed with the alkoxysilanes. By mixing monoalkoxysilanes, the resulting porous silica membrane can be hydrophobized to improve water resistance. Examples of monoalkoxysilanes include triethylmethoxysilane, triethylethoxysilane, tripropylmethoxysilane, triphenylmethoxysilane, triphenylethoxysilane, diphenylmethylmethoxysilane, diphenylmethylethoxysilane, and the like. The mixing amount of monoalkoxysilanes is desirably 70 mol% or less of the total alkoxysilanes. If the mixing amount exceeds 70 mol%, gelation may not occur.

また、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリエトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリエトキシシラン等のフッ化アルキル基やフッ化アリール基を有するアルコキシシラン類を併用すると、優れた耐水性、耐湿性、耐汚染性等が得られる場合がある。   Further, fluorinated alkyls such as (3,3,3-trifluoropropyl) trimethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) triethoxysilane, pentafluorophenyltrimethoxysilane, pentafluorophenyltriethoxysilane When an alkoxysilane having a group or a fluorinated aryl group is used in combination, excellent water resistance, moisture resistance, stain resistance and the like may be obtained.

この原料液において、オリゴマーとは、架橋、カゴ型分子(シルセスキオキサンなど)でもよい。実用的には、含水有機溶液が含む縮合物の程度の上限として、溶液の透明性が、例えば波長400nm、23℃、光路長10mmの光線透過率として、90〜100%の範囲のものが好ましく用いられる。溶液の光線透過率の下限値は、好ましくは92%以上、更に好ましくは95%以上である。   In this raw material solution, the oligomer may be a cross-linked or cage molecule (such as silsesquioxane). Practically, as the upper limit of the degree of condensate contained in the water-containing organic solution, the transparency of the solution is preferably in the range of 90 to 100% as the light transmittance at a wavelength of 400 nm, 23 ° C. and an optical path length of 10 mm, for example. Used. The lower limit of the light transmittance of the solution is preferably 92% or more, more preferably 95% or more.

なお、上記した原料液を塗布する際には、すでにある程度の高分子量化(つまり縮合がある程度進んだ状態)が達成されていることが必要であり、その高分子量化の程度としては、見た目に不溶物ができない程度の高分子量化が達成されていることが好ましい。その理由としては、塗布前の原料液中に目視可能な不溶物が存在していると、大きな表面凹凸が確実にでき膜質を低下させてしまうからである。   In addition, when applying the above-described raw material liquid, it is necessary that a certain degree of high molecular weight (that is, a state in which condensation has progressed to some extent) has already been achieved. It is preferable that high molecular weight is achieved to such an extent that insoluble matter cannot be formed. The reason is that if there are visible insolubles in the raw material solution before coating, large surface irregularities can be surely produced and the film quality is lowered.

有機溶媒は、原料液を構成するアルコキシシラン類、水、および後述する、沸点80℃以上の親水性有機化合物を混和させる能力を持つものが好ましく用いられる。使用可能な有機溶媒としては、炭素数1〜4の一価アルコール、炭素数1〜4の二価アルコール、グリセリンやペンタエリスリトールなどの多価アルコール等のアルコール類;ジエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、2−エトキシエタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート等、前記アルコール類のエーテルまたはエステル化物;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類;ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−ホルミルモルホリン、N−アセチルモルホリン、N−ホルミルピペリジン、N−アセチルピペリジン、N−ホルミルピロリジン、N−アセチルピロリジン、N,N’−ジホルミルピペラジン、N,N’−ジホルミルピペラジン、N,N’−ジアセチルピペラジンなどのアミド類;γ−ブチロラクトンのようなラクトン類;テトラメチルウレア、N,N’−ジメチルイミダゾリジンなどのウレア類;ジメチルスルホキシドなどが挙げられる。これらの水溶性有機溶媒を、単独または混合物として用いてもよい。この中で、基板への成膜性(特に、揮発性)の点で好ましい有機溶媒としては、アセトン、メチルエチルケトン、炭素数1〜4の一価アルコールなどが挙げられる。中でも、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロピルアルコール、アセトンが更に好ましく、メタノールまたはエタノールが最も好ましい。   As the organic solvent, those having the ability to mix alkoxysilanes constituting the raw material liquid, water, and a hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher, which will be described later, are preferably used. Usable organic solvents include alcohols such as monohydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms, dihydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms, polyhydric alcohols such as glycerin and pentaerythritol; diethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene Glycol dimethyl ether, 2-ethoxyethanol, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol methyl ether acetate and the like, ethers or esterified products of the above alcohols; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone; formamide, N-methylformamide, N-ethylformamide, N , N-dimethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N-ethylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N, N-di Tylacetamide, N-methylpyrrolidone, N-formylmorpholine, N-acetylmorpholine, N-formylpiperidine, N-acetylpiperidine, N-formylpyrrolidine, N-acetylpyrrolidine, N, N′-diformylpiperazine, N, N Amides such as' -diformylpiperazine and N, N'-diacetylpiperazine; Lactones such as γ-butyrolactone; Ureas such as tetramethylurea and N, N'-dimethylimidazolidine; Dimethylsulfoxide and the like . These water-soluble organic solvents may be used alone or as a mixture. Among these, preferable organic solvents in terms of film-forming properties (particularly volatile) on the substrate include acetone, methyl ethyl ketone, monohydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms, and the like. Among these, methanol, ethanol, n-propanol, isopropyl alcohol, and acetone are more preferable, and methanol or ethanol is most preferable.

沸点が80℃以上の親水性有機化合物とは、水酸基、カルボニル基、エーテル結合、エステル結合、カーボネート結合、カルボキシル基、アミド結合、ウレタン結合、尿素結合等の親水性官能基を分子構造中に有する有機化合物のことである。この親水性有機化合物には、これらのうちの複数個の親水性官能基を分子構造中に有していてもよい。ここでいう沸点とは、760mmHgの圧力下での沸点である。沸点が80℃に満たない親水性有機化合物を用いた場合には、多孔性シリカ膜の空孔率が極端に減少することがある。沸点が80℃以上の親水性有機化合物としては、炭素数3〜8のアルコール類、炭素数2〜6の多価アルコール類、フェノール類を好ましく挙げることができる。より好ましい親水性有機化合物としては、炭素数3〜8のアルコール類、炭素数2〜8のジオール類、炭素数3〜8のトリオール類、炭素数4〜8のテトラオール類が挙げられる。更に好ましい親水性有機化合物としては、n−ブタノール、イソブチルアルコール、t−ブチルアルコール、n−ペンタノール、シクロペンタノール、n−ヘキサノール、シクロヘキサノール、ベンジルアルコール等の炭素数4〜7のアルコール類、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール等の炭素数2〜4のジオール類、グリセロールやトリスヒドロキシメチルエタン等の炭素数3〜6のトリオール類、エリスリトールやペンタエリストール等の炭素数4〜5のテトラオール類が挙げられる。この親水性有機化合物において、炭素数が大すぎると、親水性が低下しすぎる場合がある。   A hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher has a hydrophilic functional group such as a hydroxyl group, a carbonyl group, an ether bond, an ester bond, a carbonate bond, a carboxyl group, an amide bond, a urethane bond, or a urea bond in the molecular structure. It is an organic compound. The hydrophilic organic compound may have a plurality of hydrophilic functional groups among them in the molecular structure. The boiling point here is a boiling point under a pressure of 760 mmHg. When a hydrophilic organic compound having a boiling point of less than 80 ° C. is used, the porosity of the porous silica film may be extremely reduced. Preferable examples of the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher include alcohols having 3 to 8 carbon atoms, polyhydric alcohols having 2 to 6 carbon atoms, and phenols. More preferred hydrophilic organic compounds include alcohols having 3 to 8 carbon atoms, diols having 2 to 8 carbon atoms, triols having 3 to 8 carbon atoms, and tetraols having 4 to 8 carbon atoms. More preferable hydrophilic organic compounds include alcohols having 4 to 7 carbon atoms such as n-butanol, isobutyl alcohol, t-butyl alcohol, n-pentanol, cyclopentanol, n-hexanol, cyclohexanol, benzyl alcohol, C2-C4 diols such as ethylene glycol, propylene glycol, 1,4-butanediol, C3-C6 triols such as glycerol and trishydroxymethylethane, C4 such as erythritol and pentaerythritol -5 tetraols. In this hydrophilic organic compound, if the number of carbon atoms is too large, the hydrophilicity may decrease too much.

触媒は、必要に応じて配合される。触媒としては、上述したアルコキシシラン類の加水分解および脱水縮合反応を促進させる物質を挙げることができる。具体例としては、塩酸、硝酸、硫酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸、マレイン酸などの酸類;アンモニア、ブチルアミン、ジブチルアミン、トリエチルアミン等のアミン類;ピリジンなどの塩基類;アルミニウムのアセチルアセトン錯体などのルイス酸類;などが挙げられる。   A catalyst is mix | blended as needed. Examples of the catalyst include substances that promote the hydrolysis and dehydration condensation reactions of the alkoxysilanes described above. Specific examples include acids such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, formic acid, acetic acid, oxalic acid and maleic acid; amines such as ammonia, butylamine, dibutylamine and triethylamine; bases such as pyridine; Lewis such as acetylacetone complex of aluminum Acids; and the like.

触媒として用いる金属キレート化合物の金属種としては、チタン、アルミニウム、ジルコニウム、スズ、アンチモン等が挙げられる。具体的な金属キレート化合物としては、例えば以下のようなものが挙げられる。   Examples of the metal species of the metal chelate compound used as the catalyst include titanium, aluminum, zirconium, tin, and antimony. Specific examples of the metal chelate compound include the following.

アルミニウム錯体としては、ジ−エトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−イソプロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジ−tert−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、モノ−tert−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)アルミニウム、トリス(アセチルアセトナート)アルミニウム、ジエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジイソプロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、ジ−tert−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノイソプロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、モノ−tert−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)アルミニウム、トリス(エチルアセトアセテート)アルミニウム等のアルミニウムキレート化合物等を挙げることができる。   Examples of aluminum complexes include di-ethoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-n-propoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-isopropoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-n-butoxy. Mono (acetylacetonato) aluminum, di-sec-butoxy mono (acetylacetonato) aluminum, di-tert-butoxy mono (acetylacetonato) aluminum, monoethoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono-n -Propoxy bis (acetylacetonato) aluminum, monoisopropoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono-n-butoxy bis (acetylacetonato) aluminum, mono-sec-butoxy bi (Acetylacetonato) aluminum, mono-tert-butoxy bis (acetylacetonato) aluminum, tris (acetylacetonato) aluminum, diethoxy mono (ethylacetoacetate) aluminum, di-n-propoxy mono (ethylacetoacetate) ) Aluminum, diisopropoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-sec-butoxy mono (ethyl acetoacetate) aluminum, di-tert-butoxy mono (Ethyl acetoacetate) aluminum, monoethoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-n-propoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, monoisoprop Xy-bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-sec-butoxy bis (ethyl acetoacetate) aluminum, mono-tert-butoxy bis (ethyl acetoacetate) Examples thereof include aluminum chelate compounds such as aluminum and tris (ethylacetoacetate) aluminum.

チタン錯体としては、トリエトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリイソプロポキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、トリ−tert−ブトキシ・モノ(アセチルアセトナート)チタン、ジエトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、ジ−tert−ブトキシ・ビス(アセチルアセトナート)チタン、モノエトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノイソプロポキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、モノ−tert−ブトキシ・トリス(アセチルアセトナート)チタン、テトラキス(アセチルアセトナート)チタン、トリエトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−プロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリイソプロポキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−n−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−sec−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、トリ−tert−ブトキシ・モノ(エチルアセトアセテート)チタン、ジエトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−プロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジイソプロポキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−n−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−sec−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、ジ−tert−ブトキシ・ビス(エチルアセトアセテート)チタン、モノエトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−プロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノイソプロポキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−n−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−sec−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ−tert−ブトキシ・トリス(エチルアセトアセテート)チタン、テトラキス(エチルアセトアセテート)チタン、モノ(アセチルアセトナート)トリス(エチルアセトアセテート)チタン、ビス(アセチルアセトナート)ビス(エチルアセトアセテート)チタン、トリス(アセチルアセトナート)モノ(エチルアセトアセテート)チタン等を挙げることができる。   Titanium complexes include triethoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-n-propoxy mono (acetylacetonato) titanium, triisopropoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-n-butoxy mono (acetyl). Acetonato) titanium, tri-sec-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, tri-tert-butoxy mono (acetylacetonato) titanium, diethoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-n-propoxy bis (Acetylacetonato) titanium, diisopropoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-n-butoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-sec-butoxy bis (acetylacetonato) titanium, di-tert -Butoxy bis (ace Ruacetonate) titanium, monoethoxy tris (acetylacetonato) titanium, mono-n-propoxy tris (acetylacetonato) titanium, monoisopropoxy tris (acetylacetonato) titanium, mono-n-butoxy tris (acetyl) Acetonato) titanium, mono-sec-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, mono-tert-butoxy-tris (acetylacetonato) titanium, tetrakis (acetylacetonato) titanium, triethoxy mono (ethylacetoacetate) titanium , Tri-n-propoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, triisopropoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-n-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-sec-butyl Xy mono (ethyl acetoacetate) titanium, tri-tert-butoxy mono (ethyl acetoacetate) titanium, diethoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-n-propoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, diiso Propoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-n-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-sec-butoxy bis (ethyl acetoacetate) titanium, di-tert-butoxy bis (ethyl acetoacetate) Titanium, monoethoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-n-propoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, monoisopropoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-n-butoxy tris (ethyl acetoacetate) Acetate) titanium, mono-sec-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, mono-tert-butoxy tris (ethyl acetoacetate) titanium, tetrakis (ethyl acetoacetate) titanium, mono (acetylacetonate) tris (ethyl aceto) Acetate) titanium, bis (acetylacetonato) bis (ethylacetoacetate) titanium, tris (acetylacetonato) mono (ethylacetoacetate) titanium and the like.

また、これらの触媒以外に、弱アルカリ性の化合物、例えばアンモニアなどの塩基性の触媒を使用してもよい。この際には、シリカ濃度調整、有機溶媒種等を適宜調整することが好ましい。また、含水有機溶液を調整する際には、溶液中の触媒濃度を急激に増加させないことが好ましい。具体例としては、アルコキシシラン類と有機溶媒の一部を混合し、次いでこれに水を混合し、最後に残余の有機溶媒、および塩基を混合するという順序にて混合する方法が挙げられる。   In addition to these catalysts, weak alkaline compounds such as basic catalysts such as ammonia may be used. In this case, it is preferable to appropriately adjust the silica concentration, the organic solvent species, and the like. Moreover, when preparing a water-containing organic solution, it is preferable not to increase the catalyst concentration in a solution rapidly. Specific examples include a method of mixing alkoxysilanes and a part of an organic solvent, then mixing water, and finally mixing the remaining organic solvent and base.

特に、高揮発性で除去が容易な塩酸や、アルミニウムのアセチルアセトン錯体などのルイス酸類が好ましい。触媒の添加量は、アルコキシシラン類1モルに対して、通常0.001〜1モル、好ましくは0.01〜0.1モルである。触媒の添加量が1モルを超えると、粗大ゲル粒子からなる沈殿物が生成し、均一な多孔性シリカ膜が得られない場合がある。   In particular, hydrochloric acid that is highly volatile and easy to remove and Lewis acids such as acetylacetone complex of aluminum are preferable. The addition amount of the catalyst is usually 0.001-1 mol, preferably 0.01-0.1 mol, with respect to 1 mol of alkoxysilanes. When the addition amount of the catalyst exceeds 1 mol, a precipitate composed of coarse gel particles is generated, and a uniform porous silica film may not be obtained.

本発明の多孔性シリカ膜形成用の原料液は、上述した原料を配合して形成される。アルコキシシラン類の配合割合は、原料液全体に対して、10〜60重量%であることが好ましく、20〜40重量%であることがより好ましい。アルコキシシラン類の配合割合が60重量%を超える場合には、成膜時に多孔性シリカ膜が割れることがある。一方、アルコキシシラン類の配合割合が10重量%未満の場合は、加水分解反応および脱水縮合反応が極端に遅くなり、成膜性の悪化(膜ムラ)が起きることがある。   The raw material liquid for forming the porous silica film of the present invention is formed by blending the above-mentioned raw materials. The blending ratio of the alkoxysilanes is preferably 10 to 60% by weight and more preferably 20 to 40% by weight with respect to the whole raw material liquid. When the compounding ratio of alkoxysilanes exceeds 60% by weight, the porous silica film may be broken during film formation. On the other hand, when the compounding ratio of alkoxysilanes is less than 10% by weight, the hydrolysis reaction and the dehydration condensation reaction are extremely slow, and the film formability may be deteriorated (film unevenness).

水は、使用するアルコキシシラン類の重量の0.01〜10倍、好ましくは0.05〜7倍、更に好ましくは0.07〜5倍配合される。水の配合量がアルコキシシラン類の重量の0.01倍未満の場合には、加水分解縮合反応の進行度が不十分となり、膜が白濁することがある。一方、水の配合量がアルコキシシラン類の重量の10倍を超える場合には、原料液の表面張力が極端に大きくなり、成膜性が悪く(液のハジキ等)なることがある。   Water is blended 0.01 to 10 times, preferably 0.05 to 7 times, more preferably 0.07 to 5 times the weight of the alkoxysilane to be used. When the blending amount of water is less than 0.01 times the weight of the alkoxysilanes, the degree of progress of hydrolysis condensation reaction becomes insufficient, and the film may become cloudy. On the other hand, when the amount of water exceeds 10 times the weight of the alkoxysilanes, the surface tension of the raw material liquid becomes extremely large, and the film formability may deteriorate (liquid repelling, etc.).

水は、アルコキシシラン類の加水分解に必要であり、目的である多孔性シリカ膜の造膜性向上という観点から重要である。よって好ましい水の量をアルコキシド基量に対するモル比で規定すると、アルコキシシラン中のアルコキシド基1モルに対して0.1〜1.6モル倍量、中でも0.3〜1.2モル倍量、特に0.5〜0.7モル倍量であることが好ましい。   Water is necessary for hydrolysis of alkoxysilanes, and is important from the viewpoint of improving the film forming property of the target porous silica film. Therefore, when the preferable amount of water is defined by the molar ratio with respect to the amount of alkoxide groups, the amount of water is 0.1 to 1.6 mol times, especially 0.3 to 1.2 mol times the amount of 1 mol of alkoxide groups in alkoxysilane. In particular, the amount is preferably 0.5 to 0.7 mole times.

水の添加はアルコキシシラン類を有機溶媒に溶解させた後であればいつでもよいが、望ましくはアルコキシシラン類、触媒およびその他の添加物を十分、溶媒に分散させた後、水を添加する方が最も好ましい。   Water may be added at any time after the alkoxysilanes are dissolved in an organic solvent, but it is desirable to add water after sufficiently dispersing the alkoxysilanes, catalyst and other additives in the solvent. Most preferred.

用いる水の純度は、イオン交換、蒸留、いずれか一方または両方の処理をしたものを用いればよい。本発明の多孔性シリカ膜を半導体材料や光学材料など、微小不純物を特に嫌う用途分野に用いる際には、より純度の高い多孔性シリカ膜が必要とされるため、蒸留水をさらにイオン交換した超純水を用いるのが望ましく、この際には例えば0.01〜0.5μmの孔径を有するフィルターを通した水を用いればよい。   The purity of the water to be used may be one that has undergone either or both of ion exchange and distillation. When the porous silica film of the present invention is used in an application field that particularly dislikes minute impurities such as semiconductor materials and optical materials, a porous silica film with a higher purity is required, and thus distilled water is further ion-exchanged. It is desirable to use ultrapure water. In this case, for example, water passed through a filter having a pore size of 0.01 to 0.5 μm may be used.

含水有機溶液に沸点80℃以上の親水性有機化合物を用いる際には、沸点80℃以上の親水性有機化合物の含有量が、有機溶媒と沸点80℃以上の親水性有機化合物の合計含有量に対して、特定量以下であることが重要である。この合計含有量に対する、沸点80℃以上の親水性有機化合物の含有量は90重量%以下であり、好ましくは85重量%以下である。   When a hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher is used in the water-containing organic solution, the content of the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher is equal to the total content of the organic solvent and the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher. On the other hand, it is important that the amount is not more than a specific amount. The content of the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher with respect to the total content is 90% by weight or less, preferably 85% by weight or less.

沸点80℃以上の親水性有機化合物の配合割合が少なすぎると、多孔性シリカ膜の空孔率が極端小さくなり、多孔性シリカ膜の低屈折率化を達成することが困難な場合があるので、一般的には有機溶媒と沸点80℃以上の親水性有機化合物の合計含有量の30重量%以上、中でも50重量%以上、特に60重量%以上であることが好ましい。一方、親水性有機化合物の配合割合が該合計含有量の90重量%を超える場合には、成膜途中で塗膜が白濁したり、多孔性シリカ膜が割れることがある。よって含水有機溶液における沸点80℃以上の親水性有機化合物の含有量は、該合計含有量の30重量%以上90重量%以下、中でも50重量%以上85重量%以下、特に60重量%以上85重量%以下であることが好ましい。   If the blending ratio of the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher is too small, the porosity of the porous silica film becomes extremely small, and it may be difficult to achieve a low refractive index of the porous silica film. In general, the total content of the organic solvent and the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher is preferably 30% by weight or more, more preferably 50% by weight or more, and particularly preferably 60% by weight or more. On the other hand, when the blending ratio of the hydrophilic organic compound exceeds 90% by weight of the total content, the coating film may become cloudy during the film formation or the porous silica film may be broken. Therefore, the content of the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher in the water-containing organic solution is 30% to 90% by weight, particularly 50% to 85% by weight, particularly 60% to 85% by weight of the total content. % Or less is preferable.

塗布液の調製における雰囲気温度や、混合順序は任意であるが、塗布液中での均一な構造形成を得るため、水は最後に混合するのが好ましい。また、塗布液中でのシリコンアルコキシドの極端な加水分解や縮合反応を抑えるため、塗布液の調整は0〜60℃、中でも15〜40℃、特に15〜30℃の温度範囲条件下で行うことが好ましい。   The atmospheric temperature in the preparation of the coating liquid and the mixing order are arbitrary, but in order to obtain a uniform structure formation in the coating liquid, water is preferably mixed last. Moreover, in order to suppress the extreme hydrolysis and condensation reaction of silicon alkoxide in the coating solution, the coating solution should be adjusted at a temperature range of 0 to 60 ° C., particularly 15 to 40 ° C., particularly 15 to 30 ° C. Is preferred.

調液時においては、塗布液の攪拌操作は任意であるが、混合毎にスターラーにより攪拌を行うのがより好ましい。   At the time of liquid preparation, the stirring operation of the coating liquid is arbitrary, but it is more preferable to stir with a stirrer for each mixing.

さらに塗布液調整後、シリコンアルコキシド類を加水分解、脱水縮合反応を進行させるため、溶液の熟成をすることが好ましい。この熟成期間中においては、生成するシリコンアルコキシド類の加水分解縮合物が、塗布液内においてより均一に分散した状態であることが好ましいので、液を攪拌することが好ましい。   Further, after the coating solution is prepared, the solution is preferably aged in order to hydrolyze and dehydrate and condense silicon alkoxides. During this aging period, it is preferable that the hydrolyzed condensate of silicon alkoxides to be generated is in a more uniformly dispersed state in the coating solution, and therefore it is preferable to stir the solution.

熟成期間中の温度は任意であり、一般的には室温、若しくは連続的または断続的に加熱してもよい。中でも、シリコンアルコキシド類の加水分解縮合物による3次元ナノポーラス構造を形成させるために、急速な加熱熟成を行うことが好ましい。さらに、加熱熟成する際には、塗布液調整直後の加熱熟成が好ましく、塗布液調整後15日以内、更には12日以内、中でも3日以内、特に1日以内の加熱熟成開始が好ましい。   The temperature during the aging period is arbitrary, and in general, it may be heated at room temperature or continuously or intermittently. Among them, it is preferable to perform rapid heat aging in order to form a three-dimensional nanoporous structure by a hydrolytic condensate of silicon alkoxides. Further, when heat aging is performed, heat aging immediately after adjusting the coating solution is preferable, and within 15 days after adjusting the coating solution, more preferably within 12 days, particularly within 3 days, and particularly within 1 day, it is preferable to start heating aging.

具体的には、40〜70℃で1〜5時間の加速熟成が好ましく、その際、均一なポーラス構造を得るため、攪拌を行うことが好ましい。特に多孔化という観点では、60℃近傍の温度で2〜3時間の加速熟成が好ましい。   Specifically, accelerated aging is preferably performed at 40 to 70 ° C. for 1 to 5 hours. At that time, in order to obtain a uniform porous structure, stirring is preferably performed. In particular, accelerated aging for 2 to 3 hours at a temperature in the vicinity of 60 ° C. is preferable from the viewpoint of porosity.

原料液の粘度は、0.1〜1000センチポイズ、好ましくは0.5〜500センチポイズ、さらに好ましくは1〜100センチポイズであり、この範囲の粘度の原料液を用いることが製造上の観点から好ましい。   The viscosity of the raw material liquid is 0.1 to 1000 centipoise, preferably 0.5 to 500 centipoise, more preferably 1 to 100 centipoise, and it is preferable from the viewpoint of production to use a raw material liquid having a viscosity in this range.

(イ)原料液から一次膜を形成する工程;
一次膜は、原料液である含水有機溶液を基板上に塗布して形成される。基板としては、シリコン、ゲルマニウム等の半導体、ガリウム−砒素、インジウム−アンチモン等の化合物半導体、セラミックス、金属等の基板、さらにはガラス基板、合成樹脂基板等の透明基板等が挙げられる。
(A) a step of forming a primary film from a raw material liquid;
The primary film is formed by applying a water-containing organic solution, which is a raw material liquid, on a substrate. Examples of the substrate include semiconductors such as silicon and germanium, compound semiconductors such as gallium-arsenic and indium-antimony, substrates such as ceramics and metals, and transparent substrates such as glass substrates and synthetic resin substrates.

本発明の多孔性シリカ膜を基板上に形成する際、基板表面の性質が多孔性シリカ膜の性質を左右する可能性がある。よって基板表面の洗浄だけではなく、場合によっては基板の表面処理を行ってもよい。基板表面洗浄としては、硫酸、塩酸、硝酸、燐酸等の酸類、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ類、過酸化水素と濃硫酸、塩酸、アンモニア等の酸化性を有する混合液への浸漬処理が挙げられる。特に多孔性シリカ膜との密着性という観点からは、シリコン基板、透明ガラス基板に対して硫酸、硝酸等の酸類による表面処理を行うことがより好ましい。   When the porous silica film of the present invention is formed on a substrate, the properties of the substrate surface may affect the properties of the porous silica film. Therefore, not only the cleaning of the substrate surface but also the surface treatment of the substrate may be performed in some cases. Examples of the substrate surface cleaning include immersion treatment in acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, phosphoric acid, alkalis such as aqueous sodium hydroxide, and mixed liquids having oxidizing properties such as hydrogen peroxide and concentrated sulfuric acid, hydrochloric acid, and ammonia. It is done. In particular, from the viewpoint of adhesion to a porous silica film, it is more preferable to perform a surface treatment with acids such as sulfuric acid and nitric acid on a silicon substrate and a transparent glass substrate.

原料液を塗布する手段としては、原料液をバーコーター、アプリケーターまたはドクターブレードなどを使用して基板上に延ばす流延法、原料液に基板を浸漬し引き上げるディップ法、または、スピンコート法などの周知を挙げることができる。これらの手段のうち、流延法とスピンコート法が原料液を均一に塗布することができるので好ましく採用される。   Examples of means for applying the raw material liquid include a casting method in which the raw material liquid is extended onto the substrate using a bar coater, an applicator or a doctor blade, a dip method in which the substrate is immersed in the raw material liquid, and a spin coating method. Well known. Of these means, the casting method and the spin coating method are preferably employed because the raw material liquid can be uniformly applied.

流延法で原料液を塗布する場合における流延速度は、0.1〜1000m/分、好ましくは0.5〜700m/分、更に好ましくは1〜500m/分である。   When the raw material liquid is applied by the casting method, the casting speed is 0.1 to 1000 m / min, preferably 0.5 to 700 m / min, and more preferably 1 to 500 m / min.

スピンコート法で原料液を塗布形成する場における回転速度は、10〜100000回転/分、好ましくは50〜50000回転/分、更に好ましくは100〜10000回転/分である。   The rotation speed in the place where the raw material liquid is applied and formed by the spin coating method is 10 to 100,000 rotations / minute, preferably 50 to 50,000 rotations / minute, and more preferably 100 to 10,000 rotations / minute.

ディップコート法においては、任意の速度で、基板を塗布液に浸漬し引き上げればよい。この際の引き上げ速度は0.01〜50mm/秒、中でも0.05〜30mm/秒、特に0.1〜20mm/秒の速度で引き上げるのが好ましい。基板を塗布液中に浸漬する速度に制限はないが、引き上げ速度と同程度の速度で基板を塗布液中に浸漬することが好ましい場合がある。基板を塗布液中に浸漬し引き上げるまでの間、適当な時間浸漬を継続してもよく、この継続時間は通常1秒〜48時間、好ましくは3秒〜24時間、更に好ましくは5秒〜12時間である。   In the dip coating method, the substrate may be dipped in the coating solution and pulled up at an arbitrary speed. The pulling speed at this time is preferably 0.01 to 50 mm / sec, more preferably 0.05 to 30 mm / sec, and particularly preferably 0.1 to 20 mm / sec. Although there is no restriction | limiting in the speed | rate which immerses a board | substrate in a coating liquid, It may be preferable to immerse a board | substrate in a coating liquid at a speed | rate comparable as a raising speed | rate. The substrate may be immersed for an appropriate time until the substrate is immersed in the coating solution and pulled up. The duration is usually 1 second to 48 hours, preferably 3 seconds to 24 hours, more preferably 5 seconds to 12 hours. It's time.

また、塗布中の雰囲気は、空気中又は窒素やアルゴン等の不活性気体中でもよく、温度は通常0〜60℃、好ましくは10〜50℃、更に好ましくは20〜40℃であり、雰囲気の相対湿度は通常5〜90%、好ましくは10〜80%、更に好ましくは15〜70%である。なお、ディップコート法ではスピンコート法に比べ、乾燥速度が遅いため、塗布後のゾルーゲル反応でより歪みの少ない安定な膜を形成する傾向にある。従って、基板の表面処理により好ましく膜構造を制御できる場合がある。   The atmosphere during coating may be air or an inert gas such as nitrogen or argon, and the temperature is usually 0 to 60 ° C., preferably 10 to 50 ° C., more preferably 20 to 40 ° C. The humidity is usually 5 to 90%, preferably 10 to 80%, more preferably 15 to 70%. Since the dip coating method has a lower drying speed than the spin coating method, there is a tendency to form a stable film with less distortion by the sol-gel reaction after coating. Therefore, the film structure may be preferably controlled by the surface treatment of the substrate.

成膜温度は、0〜100℃、好ましくは10〜80℃、更に好ましくは20〜70℃である。   The film forming temperature is 0 to 100 ° C., preferably 10 to 80 ° C., more preferably 20 to 70 ° C.

(ウ)塗布された膜が高分子量化されて中間体膜が形成される工程;
塗布された膜は高分子量化され、中間体膜が形成される。この反応はいわゆるゾル−ゲル法と呼ばれ、その素反応は、アルコキシシラン類の加水分解反応、その加水分解反応で生成するシラノール基同士の脱水縮合反応の二つの素反応からなる。
(C) a step in which the applied film is polymerized to form an intermediate film;
The applied film has a high molecular weight, and an intermediate film is formed. This reaction is called a so-called sol-gel method, and the elementary reaction consists of two elementary reactions, a hydrolysis reaction of alkoxysilanes and a dehydration condensation reaction between silanol groups generated by the hydrolysis reaction.

加水分解反応は、水を添加することによって引き起こされるが、水は液体のまま、アルコール水溶液として、または、水蒸気として加えることができ特に限定されない。水の添加を急激に行うと、アルコキシシランの種類によっては加水分解反応と脱水縮合反応とが速く起こりすぎ、沈殿が生じることがある。そのため、そのような沈殿が起こらないように、水の添加に十分な時間をかけること、アルコール溶媒を共存させて水を均一に添加する状態にすること、水を低温で添加して添加時の反応を抑制すること、等の手段を単独でまたは組み合わせて用いることが好ましい。   The hydrolysis reaction is caused by adding water, but the water can be added as an aqueous alcohol solution or as water vapor without being particularly limited. If water is added rapidly, depending on the type of alkoxysilane, the hydrolysis reaction and the dehydration condensation reaction occur too quickly, and precipitation may occur. Therefore, in order to prevent such precipitation, take sufficient time to add water, make the alcohol solvent coexist in a state where water is added uniformly, and add water at a low temperature. It is preferable to use means such as inhibiting the reaction alone or in combination.

ゾル−ゲル法によるアルコキシシラン類の加水分解縮合反応が進行すると、アルコキシシラン類の縮合物が徐々に高分子量化する。加水分解縮合反応においては、相平衡の変化に起因すると考えられる相分離が起こる場合があるが、本発明においては、原料液の組成、使用するアルコキシシラン類および沸点80℃以上の親水性有機化合物の親水性の程度の兼ね合いにより、相分離がナノメートルスケールで起こるように制御される。その結果、親水性有機化合物の分離相が、アルコキシシラン類縮合物のゲル網目の中に保持されたまま基板上に成膜され、中間体膜を構成する。   As the hydrolytic condensation reaction of alkoxysilanes by the sol-gel method proceeds, the condensation product of alkoxysilanes gradually increases in molecular weight. In the hydrolysis-condensation reaction, phase separation that may be caused by a change in phase equilibrium may occur. In the present invention, the composition of the raw material liquid, the alkoxysilanes used, and the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher The degree of hydrophilicity is controlled so that phase separation occurs on the nanometer scale. As a result, the separated phase of the hydrophilic organic compound is formed on the substrate while being held in the gel network of the alkoxysilane condensate, thereby forming an intermediate film.

このようなことから、沸点が80℃以上の親水性有機化合物の親水性の制御は重要であり、その親水性有機化合物を比誘電率で表すと、好ましくは10〜20、更に好ましくは13〜19と規定できる。   For this reason, it is important to control the hydrophilicity of a hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher. When the hydrophilic organic compound is represented by a relative dielectric constant, it is preferably 10 to 20, more preferably 13 to 19 can be defined.

こうした親水性の程度の兼ね合いの観点から、原料液である含水有機溶液が、比誘電率23以上の有機溶媒(具体的には、メタノール、エタノール等)を含有することが望ましい。特に、比誘電率が23以上の有機溶媒と沸点80℃以上の親水性有機化合物との重量比(有機溶媒の重量/親水性有機化合物の重量)を5/5〜2/8の範囲にすると、更に望ましい相分離挙動を達成する。この重量比については、4/6〜2/8が最も好ましい。   From the viewpoint of balancing the degree of hydrophilicity, it is desirable that the water-containing organic solution as the raw material solution contains an organic solvent (specifically, methanol, ethanol, etc.) having a relative dielectric constant of 23 or more. In particular, when the weight ratio of the organic solvent having a relative dielectric constant of 23 or more and the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or more (weight of the organic solvent / weight of the hydrophilic organic compound) is in the range of 5/5 to 2/8. Furthermore, the desired phase separation behavior is achieved. The weight ratio is most preferably 4/6 to 2/8.

この中間体膜の形成に際しては、例えば基板上に塗布した塗布膜を前乾燥することで、薄膜中の溶媒濃度を低減し、シリカの一部縮合反応をさせることができる。これによって膜中の3次元ネットワーク構造を固定化、安定化を促させ、さらには表面の平滑性を得るのである。   In forming the intermediate film, for example, by pre-drying the coating film applied on the substrate, the solvent concentration in the thin film can be reduced and a partial condensation reaction of silica can be performed. As a result, the three-dimensional network structure in the film is fixed and promoted, and surface smoothness is obtained.

中間体膜の前乾燥は、加圧、減圧、常圧のいずれでもよく、温度にも制限はないが、前乾燥の効果は中間体膜内部にシリカヒドロゲル部および溶液部の2相を少なくとも有する相分離構造を形成させることにあると推定される。かかる相分離構造は、海島構造、棒状分散相および連続相からなる構造、ラメラ構造、連通孔および連続相からなる構造、IPN(Inter−penetrating network)やバイコンティニュアス(Bi−continuous)などと呼ばれる相互貫入構造など、任意の構造でよい。こうした相分離構造の形成のため、すなわちシリカの一部架橋反応を促進させるため、温度、湿度をコントロールすることが好ましい。具体的には、温度は通常0〜60℃、好ましくは10〜50℃、更に好ましくは20〜40℃であり、雰囲気の相対湿度は通常5〜95%、好ましくは10〜90%、更に好ましくは15〜80%、さらに最も好ましくは25〜60%である。また、前乾燥の時間は、通常30秒〜60分間、好ましくは1〜30分間である。   The pre-drying of the intermediate film may be any of pressurization, reduced pressure, and normal pressure, and the temperature is not limited, but the effect of the pre-drying has at least two phases of silica hydrogel part and solution part inside the intermediate film. It is presumed that a phase separation structure is formed. Such a phase separation structure includes a sea-island structure, a structure composed of a rod-like dispersed phase and a continuous phase, a lamellar structure, a structure composed of communication holes and a continuous phase, IPN (Inter-penetrating network), bi-continuous (Bi-continuous), and the like. Any structure such as an interpenetrating structure called may be used. In order to form such a phase separation structure, that is, to promote a partial crosslinking reaction of silica, it is preferable to control temperature and humidity. Specifically, the temperature is usually 0 to 60 ° C., preferably 10 to 50 ° C., more preferably 20 to 40 ° C., and the relative humidity of the atmosphere is usually 5 to 95%, preferably 10 to 90%, more preferably. Is 15 to 80%, and most preferably 25 to 60%. The predrying time is usually 30 seconds to 60 minutes, preferably 1 to 30 minutes.

(エ)中間体膜に水溶性有機溶媒を接触させて多孔性シリカ膜を形成する工程(抽出工程);
中間体膜に水溶性有機溶媒を接触させることにより、中間体膜中の上記親水性有機化合物が抽出除去されると共に、中間体膜中の水が除去される。中間体膜中に存在する水は、有機溶媒に溶けているだけでなく膜構成物質の内壁にも吸着しているので、中間体膜中の水を効果的に除去するためには、有機溶媒中の水の含有量をコントロールする。したがって、有機溶媒中の水の含有量は、0〜10重量%、好ましくは0〜5重量%、更に好ましくは0〜3重量%である。脱水が十分に行われない場合には、その後に行われる膜の加熱または乾燥工程で空孔が崩壊して消滅または小さくなることがある。
(D) A step of forming a porous silica membrane by bringing a water-soluble organic solvent into contact with the intermediate membrane (extraction step);
By bringing a water-soluble organic solvent into contact with the intermediate film, the hydrophilic organic compound in the intermediate film is extracted and removed, and water in the intermediate film is removed. The water present in the intermediate film is not only dissolved in the organic solvent but also adsorbed on the inner wall of the film constituent material. Therefore, in order to effectively remove the water in the intermediate film, the organic solvent Control the water content in it. Therefore, the content of water in the organic solvent is 0 to 10% by weight, preferably 0 to 5% by weight, and more preferably 0 to 3% by weight. If the dehydration is not sufficiently performed, the pores may collapse and disappear or become smaller in the subsequent heating or drying process of the film.

中間体膜中の親水性有機化合物の抽出除去手段としては、例えば、中間体膜を水溶性有機溶媒に浸漬すること、中間体膜の表面を水溶性有機溶媒で洗浄すること、中間体膜の表面に水溶性有機溶媒を噴霧すること、中間体膜の表面に水溶性有機溶媒の蒸気を吹き付けること等の手段を挙げることができる。これらのうち、浸漬手段と洗浄手段が好ましい。中間体膜と水溶性有機溶媒との接触時間は、1秒〜24時間の範囲で設定できるが、生産性の観点から、接触時間の上限値は、12時間が好ましく、6時間がより好ましい。一方、接触時間の下限値は、前記の沸点80℃以上の親水性有機化合物および水の除去が十分に行われることが必要であることから、10秒が好ましく、30秒がより好ましい。   As the means for extracting and removing the hydrophilic organic compound in the intermediate film, for example, immersing the intermediate film in a water-soluble organic solvent, washing the surface of the intermediate film with a water-soluble organic solvent, Examples thereof include spraying a water-soluble organic solvent on the surface and spraying water-soluble organic solvent vapor on the surface of the intermediate film. Of these, dipping means and cleaning means are preferred. Although the contact time between the intermediate film and the water-soluble organic solvent can be set in the range of 1 second to 24 hours, the upper limit of the contact time is preferably 12 hours and more preferably 6 hours from the viewpoint of productivity. On the other hand, the lower limit of the contact time is preferably 10 seconds and more preferably 30 seconds because the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher and water must be sufficiently removed.

接触処理液としては、極性溶媒が好ましく、中でも一価アルコール類、多価アルコール類、ケトン類、エーテル類、エステル類、アミド類の1種類、又は2種類以上の親水性溶媒が好ましい。2種類以上の親水性溶媒を組み合わせる際は、混合して用いても、それぞれの溶媒で単独に処理して組み合わせることもできる。さらには、同種の接触処理液を繰り返し作用させることもできる。   As the contact treatment liquid, polar solvents are preferable, and among them, monohydric alcohols, polyhydric alcohols, ketones, ethers, esters, amides, or two or more hydrophilic solvents are preferable. When combining two or more kinds of hydrophilic solvents, they may be used in combination or may be combined by treating each solvent alone. Furthermore, the same kind of contact treatment liquid can be repeatedly acted on.

本発明の多孔性シリカ膜の多孔化という点においては、接触処理溶媒として、比誘電率が15以上であり、かつ沸点が300℃以下である水溶性有機溶媒が好ましく、具体的には、メタノール、エタノール等の一価アルコール類、エチレングリコール等の多価アルコール類、アセトン、エチルメチルケトン等のケトン類が好ましい。中でもメタノール、エタノール、イソ-プロパノール、n−ブタノール、1−ペンタノールなどの一価アルコールが好ましく、特に炭素数4以下の一価アルコールが好ましい。   In terms of making the porous silica film of the present invention porous, the contact treatment solvent is preferably a water-soluble organic solvent having a relative dielectric constant of 15 or more and a boiling point of 300 ° C. or less, specifically, methanol. Monohydric alcohols such as ethanol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol, and ketones such as acetone and ethyl methyl ketone are preferred. Of these, monohydric alcohols such as methanol, ethanol, iso-propanol, n-butanol, and 1-pentanol are preferable, and monohydric alcohols having 4 or less carbon atoms are particularly preferable.

なお、この抽出工程の前、抽出工程の後または抽出工程と同時に、中間体膜を酸類または塩基類と接触させることもできる。こうすることにより、中間体膜の表層での、アルコキシシラン類の加水分解縮合反応を促進させることができる。その結果、中間体膜の表層は、非常に平滑かつ高硬度となるので好ましい。接触させる好ましい酸類としては、塩化水素、ギ酸、酢酸、トリフルオロ酢酸等の気化しやすい酸類が挙げられる。また、好ましい塩基類としては、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、シクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミン等、分子構造中の炭素数が6以下のモノアミン類が挙げられる。   In addition, before this extraction process, after the extraction process, or simultaneously with the extraction process, the intermediate film can be brought into contact with acids or bases. By carrying out like this, the hydrolysis condensation reaction of alkoxysilanes in the surface layer of an intermediate body film | membrane can be accelerated | stimulated. As a result, the surface layer of the intermediate film is preferable because it is very smooth and has high hardness. Preferable acids to be contacted include acids that are easily vaporized such as hydrogen chloride, formic acid, acetic acid, and trifluoroacetic acid. Preferred bases include ammonia, methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, n-propylamine, isopropylamine, n-butylamine, cyclopentylamine, cyclohexylamine, and the like. 6 or less monoamines may be mentioned.

中間体膜を酸類または塩基類と接触させる方法としては、酸類または塩基類の液体または溶液または蒸気が用いられる。また、抽出工程時で使用する上述した水溶性有機溶媒に酸類または塩基類を溶解し、抽出工程と同時に接触させることもできる。   As a method for bringing the intermediate film into contact with acids or bases, liquids or solutions or vapors of acids or bases are used. Moreover, acids or bases can be dissolved in the above-mentioned water-soluble organic solvent used in the extraction step, and contacted simultaneously with the extraction step.

(オ)多孔性シリカ膜を洗浄する工程;
多孔性シリカ膜の形成工程の任意の時期に、多孔性シリカ膜の洗浄工程を加えてもよい。洗浄は、多孔性シリカ膜に洗浄液を噴霧したり、多孔性シリカ膜を洗浄液中に浸漬したり、多孔性シリカ膜上に洗浄液を流延したりして行われる。洗浄液としては、水、弱酸性水溶液、弱アルカリ性水溶液、炭素数1〜4のアルコール類、アセトンやメチルエチルケトン等のケトン類、ジエチルエーテルやテトラヒドロフラン等の親水性エーテル類、酢酸メチルや酢酸エチル等の水に部分的に混和するエステル類等を挙げることができ、好ましい洗浄液としては水を挙げることができる。特に、前記酸類または塩基類との接触工程の後で、酸類または塩基類の除去を目的とする洗浄工程を加えることが好ましい。
(E) a step of cleaning the porous silica membrane;
You may add the washing | cleaning process of a porous silica film at the arbitrary time of the formation process of a porous silica film. The cleaning is performed by spraying the cleaning liquid on the porous silica film, immersing the porous silica film in the cleaning liquid, or casting the cleaning liquid on the porous silica film. Examples of the cleaning liquid include water, weakly acidic aqueous solution, weakly alkaline aqueous solution, alcohols having 1 to 4 carbon atoms, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, hydrophilic ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran, and water such as methyl acetate and ethyl acetate. May be exemplified by partially miscible esters, and a preferable cleaning liquid is water. In particular, it is preferable to add a washing step for the purpose of removing the acids or bases after the contacting step with the acids or bases.

(カ)多孔性シリカ膜を乾燥する工程;
乾燥工程は、多孔性シリカ膜に残存する揮発成分を除去する目的及び/又はアルコキシシラン類の加水分解縮合反応を促進する目的で行われる。乾燥温度は、20〜500℃、好ましくは30〜400℃、更に好ましくは50〜350℃であり、乾燥時間は、1分〜50時間、好ましくは3分〜30時間、更に好ましくは5分〜15時間である。
(F) a step of drying the porous silica membrane;
The drying step is performed for the purpose of removing volatile components remaining in the porous silica membrane and / or for the purpose of promoting the hydrolysis condensation reaction of alkoxysilanes. The drying temperature is 20 to 500 ° C., preferably 30 to 400 ° C., more preferably 50 to 350 ° C., and the drying time is 1 minute to 50 hours, preferably 3 minutes to 30 hours, more preferably 5 minutes to 15 hours.

乾燥方式は、送風乾燥、減圧乾燥等の公知の方式で行うことができ、それらを組み合わせてもよい。なお、乾燥が強すぎて揮発成分を急激に除去すると多孔性シリカ膜に割れが発生するので、送風乾燥のような緩やかな乾燥方式が好ましい。送風乾燥の後は、揮発成分の十分な除去を目的とした減圧乾燥を追加することもできる。   The drying method can be performed by a known method such as blow drying or drying under reduced pressure, and may be combined. It should be noted that since the drying is too strong and the volatile components are removed rapidly, cracks are generated in the porous silica film, so that a gentle drying method such as blow drying is preferable. After the blast drying, vacuum drying for the purpose of sufficiently removing volatile components can be added.

なお、歪みの少ないより安定な膜構造を形成するために、中間体膜の水溶性有機溶媒との接触工程の後、多孔性シリカ膜の乾燥を処理温度を変えて多段的に行う方法、つまり、まず低い温度条件下で乾燥(後乾燥)させ、次いで先述のような温度下で乾燥(高温乾燥)させる方法をとってもよい。   In order to form a more stable membrane structure with less distortion, a method in which the porous silica membrane is dried in multiple stages at different treatment temperatures after the step of contacting the intermediate membrane with the water-soluble organic solvent, that is, First, drying may be performed under low temperature conditions (post-drying), and then drying at a temperature as described above (high-temperature drying).

後乾燥では、加圧、減圧、常圧のいずれの条件下で乾燥してもよい。乾燥温度は、前記前乾燥で生じた相分離構造におけるシリカヒドロゲル部に由来するシリカ骨格を変質させる温度未満で乾燥させることが好ましく、一般的には0〜100℃、中でも10〜70℃、特に15〜50℃が好ましく、乾燥時間は、通常30秒〜60分、好ましくは1分〜30分である。   In the post-drying, drying may be performed under any of pressure, reduced pressure, and normal pressure. The drying temperature is preferably dried at a temperature lower than the temperature at which the silica skeleton derived from the silica hydrogel part in the phase separation structure generated in the pre-drying is denatured, and is generally 0 to 100 ° C, particularly 10 to 70 ° C. 15-50 degreeC is preferable and drying time is 30 second-60 minutes normally, Preferably it is 1 minute-30 minutes.

さらに、後乾燥においては、膜表面から膜深さ方向に対して膜厚の5%の範囲、好ましくは3%の範囲における領域の親水性溶媒含有量を30重量%以下としたのちに、高温乾燥を行うことが好ましい。これによって、膜構造変化を軽減して膜のワレやソリなどの変形を抑制可能である。   Furthermore, in the post-drying, the hydrophilic solvent content in the region in the range of 5% of the film thickness, preferably in the range of 3% in the film depth direction from the film surface is set to 30% by weight or less, and then the temperature is increased. It is preferable to perform drying. As a result, the film structure change can be reduced and deformation of the film such as cracking and warping can be suppressed.

高温乾燥は、多孔性シリカ膜内の不必要な溶媒、添加物の除去、さらには膜の硬化を目的とする。加熱乾燥は、例えばオーブン炉、真空乾燥機、ホットプレート等の装置を用いることができる。乾燥時間は、通常10秒〜48時間、好ましくは30秒〜24時間、更に好ましくは1分〜12時間であり、乾燥温度は、通常100〜370℃、好ましくは130〜350℃、更に好ましくは150〜320℃である。高温乾燥も加圧、減圧、常圧のいずれの条件下で乾燥してもよい。   The purpose of high-temperature drying is to remove unnecessary solvents and additives in the porous silica membrane and to cure the membrane. For example, an oven furnace, a vacuum dryer, a hot plate, or the like can be used for the heat drying. The drying time is usually 10 seconds to 48 hours, preferably 30 seconds to 24 hours, more preferably 1 minute to 12 hours, and the drying temperature is usually 100 to 370 ° C, preferably 130 to 350 ° C, more preferably. 150-320 ° C. High temperature drying may be performed under any of pressure, reduced pressure, and normal pressure.

(キ)シリル化工程;
得られた多孔性シリカ膜をシリル化剤で処理することが好ましい。シリル化剤で処理することにより、多孔性シリカ膜に疎水性が付与され、アルカリ水などの不純物により空孔が汚染されるのを防ぐことができる。シリル化剤としては、例えば、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルエトキシシラン、メチルジエトキシシラン、ジメチルビニルメトキシシラン、ジメチルビニルエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン類、トリメチルクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルクロロソラン、ジメチルビニルクロロシラン、メチルビニルジクロロシラン、メチルクロロジシラン、トリフェニルクロロシラン、メチルジフェニルクロロシラン、ジフェニルジクロロシランなどのクロロシラン類、ヘキサメチルジシラザン、N,N’−ビス(トリメチルシリル)ウレア、N−トリメチルシリルアセトアミド、ジメチルトリメチルシリルアミン、ジエチルトリエチルシリルアミン、トリメチルシリルイミダゾールなどのシラザン類、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリメトキシシラン、(3,3,3−トリフルオロプロピル)トリエトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリメトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリエトキシシラン等のフッ化アルキル基やフッ化アリール基を有するアルコキシシラン類などが挙げられる。シリル化は、シリル化剤を多孔性シリカ膜に塗布したり、シリル化剤中に多孔性シリカ膜を浸漬したり、多孔性シリカ膜をシリル化剤の蒸気中に曝したりすることにより行うことができる。
(G) silylation step;
It is preferable to treat the obtained porous silica membrane with a silylating agent. By treating with a silylating agent, hydrophobicity is imparted to the porous silica film, and the pores can be prevented from being contaminated by impurities such as alkaline water. Examples of the silylating agent include trimethylmethoxysilane, trimethylethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethylethoxysilane, methyldiethoxysilane, dimethylvinylmethoxysilane, and dimethyl. Alkoxysilanes such as vinylethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, trimethylchlorosilane, dimethyldichlorosilane, methyltrichlorosilane, methyldichlorosilane, dimethylchlorosolane, dimethylvinylchlorosilane , Methyl vinyl dichlorosilane, methyl chloro disilane, triphenyl chloro silane, methyl diphenyl chloro Chlorosilanes such as silane, diphenyldichlorosilane, hexamethyldisilazane, N, N′-bis (trimethylsilyl) urea, N-trimethylsilylacetamide, dimethyltrimethylsilylamine, diethyltriethylsilylamine, trimethylsilylimidazole and other silazanes, (3, 3,3-trifluoropropyl) trimethoxysilane, (3,3,3-trifluoropropyl) triethoxysilane, pentafluorophenyltrimethoxysilane, pentafluorophenyltriethoxysilane, etc. And alkoxysilanes having a group. Silylation is performed by applying a silylating agent to the porous silica film, immersing the porous silica film in the silylating agent, or exposing the porous silica film to the vapor of the silylating agent. Can do.

(エレクトロルミネッセンス素子)
本発明のエレクトロルミネッセンス素子は、図1に示すように、上述した積層基板を有し、その積層基板上に、少なくとも透明電極、エレクトロルミネッセンス層および陰極がこの順で積層されていることに特徴がある。
(Electroluminescence element)
As shown in FIG. 1, the electroluminescent element of the present invention has the above-described laminated substrate, and is characterized in that at least a transparent electrode, an electroluminescent layer, and a cathode are laminated in this order on the laminated substrate. is there.

特に、本発明のエレクトロルミネッセンス素子は、表面凹凸の最大値が100nm以下という平滑な多孔性シリカ膜を有するので、その多孔性シリカ膜上に形成される透明電極の突起や陥没がなく、陽極との間でショート等が生じることがない。さらに、基板との密着性がよく割れが生じにくい多孔性シリカ膜を有する積層基板を有するので、光取り出し効率を向上させる作用を有する多孔性シリカ膜の脆さが改善されており、さらに低屈折率でしかも表面凹凸の最大値が100nm以下であるので、信頼性と光取り出し効率に優れた エレクトロルミネッセンス素子となる。   In particular, since the electroluminescent device of the present invention has a smooth porous silica film having a maximum surface irregularity of 100 nm or less, there is no protrusion or depression of the transparent electrode formed on the porous silica film, and the anode and There is no short circuit between the two. Furthermore, since it has a laminated substrate with a porous silica film that has good adhesion to the substrate and is less likely to crack, the brittleness of the porous silica film, which has the effect of improving the light extraction efficiency, has been improved, and the low refractive index In addition, since the maximum value of the surface unevenness is 100 nm or less, an electroluminescence element excellent in reliability and light extraction efficiency is obtained.

(a)透明電極は、エレクトロルミネッセンス素子の陽極として作用する。透明電極としては、錫を添加した酸化インジウム(通称ITOと呼ばれている。)、アルミニウムを添加した酸化亜鉛(通称AZOと呼ばれている。)等の複合酸化物薄膜が好ましく用いられる。特にITOであることが好ましい。   (A) The transparent electrode functions as an anode of the electroluminescence element. As the transparent electrode, a composite oxide thin film such as indium oxide added with tin (commonly referred to as ITO) or zinc oxide added with aluminum (commonly referred to as AZO) is preferably used. In particular, ITO is preferable.

透明電極は、蒸着やスパッタリング等の真空成膜プロセスにより形成される。形成された透明電極の可視光波長領域における光線透過率は大きいほど好ましく、例えば50〜99%である。好ましい下限値としては60%、更に好ましくは70%である。透明電極の電気抵抗は、面抵抗値として小さいほど好ましいが、通常1〜100Ω/□(=1cm)であり、その上限値は好ましくは70Ω/□、更に好ましくは50Ω/□である。また、透明電極の厚さは、上述した光線透過率および面抵抗値を満足する限りにおいて、通常0.01〜10μm、導電性の観点からその下限値は、0.03μmが好ましく、0.05μmが更に好ましい。一方、光線透過率の観点からその上限値は、1μmが好ましく、0.5μmが更に好ましい。こうした透明電極は、フォトリソグラフィ法等により、エレクトロルミネッセンス素子の電極として必要なパターンに形成される。 The transparent electrode is formed by a vacuum film formation process such as vapor deposition or sputtering. The larger the light transmittance in the visible light wavelength region of the formed transparent electrode, the better, for example, 50 to 99%. A preferred lower limit is 60%, more preferably 70%. The electrical resistance of the transparent electrode is preferably as small as the sheet resistance value, but is usually 1 to 100Ω / □ (= 1 cm 2 ), and the upper limit is preferably 70Ω / □, more preferably 50Ω / □. Further, the thickness of the transparent electrode is usually 0.01 to 10 μm as long as the above-described light transmittance and surface resistance value are satisfied. From the viewpoint of conductivity, the lower limit is preferably 0.03 μm, and 0.05 μm. Is more preferable. On the other hand, from the viewpoint of light transmittance, the upper limit is preferably 1 μm, and more preferably 0.5 μm. Such a transparent electrode is formed in a pattern necessary as an electrode of an electroluminescence element by a photolithography method or the like.

(b)エレクトロルミネッセンス層は、電界が印加されることにより発光現象を示す物質により成膜されたものであり、その物質としては、付活酸化亜鉛ZnS:X(但し、Xは、Mn、Tb、Cu,Sm等の付活元素である。)、CaS:Eu、SrS:Ce,SrGa:Ce、CaGa:Ce、CaS:Pb、BaAl:Eu等の従来より使用されている無機EL物質、8−ヒドロキシキノリンのアルミニウム錯体、芳香族アミン類、アントラセン単結晶等の低分子色素系の有機EL物質、ポリ(p−フェニレンビニレン)、ポリ[2−メトキシ−5−(2−エチルヘキシルオキシ)−1,4−フェニレンビニレン]、ポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリビニルカルバゾールなどの共役高分子系の有機EL物質等、従来より使用されている有機EL物質を用いることができる。エレクトロルミネッセンス層の厚さは、通常0.01〜1μm、好ましくは0.03〜0.5μm、更に好ましくは0.05〜0.2μmである。エレクトロルミネッセンス層は、蒸着やスパッタリング等の真空成膜プロセスにより形成することができる。 (B) The electroluminescent layer is formed by a material that exhibits a light emission phenomenon when an electric field is applied. The material includes activated zinc oxide ZnS: X (where X is Mn, Tb , Cu, an activation element of Sm, etc.), CaS:. Eu, SrS : Ce, SrGa 2 S 4: Ce, CaGa 2 S 4: Ce, CaS: Pb, BaAl 2 S 4: conventionally such as Eu Inorganic EL materials used, 8-hydroxyquinoline aluminum complexes, aromatic amines, low molecular dye organic EL materials such as anthracene single crystals, poly (p-phenylene vinylene), poly [2-methoxy-5 Organic E of conjugated polymers such as-(2-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene], poly (3-alkylthiophene), and polyvinylcarbazole Substances, and organic EL materials are conventionally used. The thickness of the electroluminescence layer is usually 0.01 to 1 μm, preferably 0.03 to 0.5 μm, and more preferably 0.05 to 0.2 μm. The electroluminescent layer can be formed by a vacuum film formation process such as vapor deposition or sputtering.

(c)陰極は、上述した透明電極と対向し、エレクトロルミネッセンス層を挟むように設けられ、アルミニウム、錫、マグネシウム、インジウム、カルシウム、金、銀、銅、ニッケル、クロム、パラジウム、白金、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、アルミニウム−リチウム合金等で形成される。特にアルミニウムで形成することが好ましい。陰極の厚さは、通常0.01〜1μm、好ましくは0.03〜0.5μm、更に好ましくは0.05〜0.3μmである。陰極は、蒸着やスパッタリング等の真空成膜プロセスにより形成することができる。   (C) The cathode is provided so as to face the above-mentioned transparent electrode and sandwich the electroluminescence layer, and is aluminum, tin, magnesium, indium, calcium, gold, silver, copper, nickel, chromium, palladium, platinum, magnesium- It is formed of a silver alloy, a magnesium-indium alloy, an aluminum-lithium alloy, or the like. In particular, it is preferable to form with aluminum. The thickness of the cathode is usually 0.01 to 1 μm, preferably 0.03 to 0.5 μm, and more preferably 0.05 to 0.3 μm. The cathode can be formed by a vacuum film formation process such as vapor deposition or sputtering.

(d)なお、エレクトロルミネッセンス層と透明電極との間には、正孔注入層や正孔輸送層を更に積層することができ、エレクトロルミネッセンス層と陰極との間には、電子注入層や電子輸送層を更に積層することができる。また、これら以外の公知の層を適用しても構わない。   (D) A hole injection layer and a hole transport layer can be further laminated between the electroluminescence layer and the transparent electrode, and an electron injection layer and an electron are interposed between the electroluminescence layer and the cathode. A transport layer can be further laminated. Moreover, you may apply well-known layers other than these.

以下、実施例と比較例により、本発明をさらに具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.

(実施例1)
アルコキシシラン類である重合度分布が2〜20程度でピーク平均重合度が3〜4のメトキシシランオリゴマーであるMKCシリケートMS51(6.6g、三菱化学(株)製、MKCシリケートは登録商標)、有機溶媒であるメタノール(2.9g)、沸点80℃以上の親水性有機化合物であるn−ブタノール(9.8g)、触媒であるアルミニウムアセチルアセトネート錯体の5重量%メタノール溶液(1.3g)、および水(1.4g)を混合し、60℃で2.5時間撹拌した後、更に2.5日室温で静置し、含水有機溶液である原料液を準備した。従って、この原料液中に含有されるメタノールとn−ブタノールの重量比は3:7であった。
Example 1
MKC silicate MS51 (6.6 g, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, MKC silicate is a registered trademark), which is a methoxysilane oligomer having a polymerization degree distribution of alkoxysilanes of about 2 to 20 and a peak average degree of polymerization of 3 to 4. Methanol (2.9 g) as an organic solvent, n-butanol (9.8 g) as a hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher, and a 5 wt% methanol solution (1.3 g) of an aluminum acetylacetonate complex as a catalyst And water (1.4 g) were mixed, stirred at 60 ° C. for 2.5 hours, and then allowed to stand at room temperature for 2.5 days to prepare a raw material liquid which was a water-containing organic solution. Therefore, the weight ratio of methanol and n-butanol contained in this raw material liquid was 3: 7.

この原料液を、ナトリウムD線波長で23℃における屈折率が1.5のガラス基板(厚さ0.7mm)上に塗布して一次膜を形成した。原料液の塗布は、室温・大気下で3000回転/分の回転速度で20秒間スピンコートし、10分間静置して中間体膜を得た。   This raw material liquid was applied onto a glass substrate (thickness 0.7 mm) having a refractive index of 1.5 at 23 ° C. at a sodium D-line wavelength to form a primary film. Application of the raw material solution was performed by spin coating at a rotation speed of 3000 rpm for 20 seconds at room temperature and in the atmosphere, and left for 10 minutes to obtain an intermediate film.

得られた中間体膜を、水溶性有機溶媒である300mLのメタノール中に5分間浸漬し、乾燥後、150℃のオーブン中で30分間乾燥して、多孔性シリカ膜を得た。   The obtained intermediate film was immersed in 300 mL of methanol, which is a water-soluble organic solvent, for 5 minutes, dried, and then dried in an oven at 150 ° C. for 30 minutes to obtain a porous silica film.

こうして得られた多孔性シリカ膜は、非常に平坦な表面であり、SEMおよび原子間力顕微鏡で測定した表面凹凸の最大値はいずれも10nmであった。なお、エリプソメトリーによる屈折率測定から、この多孔性シリカ膜の屈折率は1.29であった。また、多孔性シリカ膜中の全炭素濃度は3%であり、13C固体NMR測定結果からは、メタノールが存在し原料のメトキシシランオリゴマーに由来するメトキシ基は実質的に観測されないことがわかった。また、TG−MS分析を行ったところ、膜中に含有されているメタノールは760mmHgでの沸点よりも高い温度で膜から放出される、という結果が得られた。 The porous silica film thus obtained had a very flat surface, and the maximum surface irregularities measured by SEM and atomic force microscope were both 10 nm. From the refractive index measurement by ellipsometry, the refractive index of this porous silica film was 1.29. Further, the total carbon concentration in the porous silica film was 3%, and from the results of 13 C solid state NMR measurement, it was found that methanol was present and methoxy groups derived from the raw material methoxysilane oligomer were not substantially observed. . Moreover, as a result of TG-MS analysis, it was found that methanol contained in the film was released from the film at a temperature higher than the boiling point at 760 mmHg.

(測定)
表面凹凸の最大値:多孔性シリカ膜の表面凹凸の最大値は、試料を断面研磨し、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて二次電子像の写真を撮影し、その写真から断面の山頂部と谷底部の最大値を測定して決定した。SEMは、日本電子製JSM6320F走査型電子顕微鏡を用い、加速電圧5kV、拡大倍率10000倍および50000倍で観察した。また、原子間力顕微鏡での測定は、前述の方法(5カ所;100μm四方領域)でセイコー社製SPI300、DFMモードにより測定し、SEMによる表面凹凸の最大値の評価結果を検証した。
(Measurement)
Maximum surface roughness: The maximum surface roughness of the porous silica film is obtained by polishing the sample in cross section and taking a photo of the secondary electron image using a scanning electron microscope (SEM). It was determined by measuring the maximum value of the bottom and the bottom of the valley. SEM was observed using an JEOL JSM6320F scanning electron microscope at an acceleration voltage of 5 kV and magnifications of 10000 and 50000 times. In addition, the measurement with an atomic force microscope was performed by the above-described method (5 locations; 100 μm square region) using SPI300, DFM mode manufactured by Seiko Co., Ltd., and the evaluation result of the maximum value of the surface unevenness by SEM was verified.

屈折率:分光エリプソメトリー(SOPRA社製GES−5)により、多孔性シリカ膜の屈折率を波長250〜850nmの範囲で測定し、モデリングを用いて解析した。   Refractive index: The refractive index of the porous silica film was measured in the wavelength range of 250 to 850 nm by spectroscopic ellipsometry (GES-5 manufactured by SOPRA), and analyzed using modeling.

全炭素濃度:多孔性シリカ膜の全炭素濃度は、試料を全炭素濃度測定装置内に入れ、1450℃に加熱し、その際発生するガス中の炭素量を分析することにより測定した。全炭素濃度測定装置は、島津製作所製のTOC5000を用いた。   Total carbon concentration: The total carbon concentration of the porous silica membrane was measured by placing the sample in a total carbon concentration measuring apparatus, heating to 1450 ° C., and analyzing the amount of carbon in the gas generated. The total carbon concentration measuring device used was TOC5000 manufactured by Shimadzu Corporation.

炭素成分の炭素源由来分析:13C固体NMR測定を行い、炭素源由来分析を行った。 Carbon source-derived analysis of carbon components: 13 C solid state NMR measurement was performed, and carbon source-derived analysis was performed.

TG−MS分析:窒素気流下、温度を25〜600℃まで上昇させ、気化物質を質量分析装置で検出した。   TG-MS analysis: The temperature was raised to 25 to 600 ° C. under a nitrogen stream, and the vaporized substance was detected with a mass spectrometer.

(実施例2)
上述した実施例1の積層基板を用い、以下の手順でエレクトロルミネッセンス素子を製造した。(ア);実施例1で得られた積層基板の多孔性シリカ膜の表面に、透明電極であるITO層(厚さ0.16μm)をスパッタリングにより形成した。ITO層の表面は、界面活性剤水溶液および超純水で洗浄し、乾燥して水分を除去した。(イ);次に、この透明電極をパターンニングした。パターニングは、透明電極上にフォトレジスト材料をスピンコートで全面に塗布し、超高圧水銀ランプ(露光強度230mJ/cm)を使用して所定の形状に露光した後、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド希水溶液(濃度:2.4重量%)で未露光部分のフォトレジスト材料を溶解除去(現像)した。現像で露出した部分のITOを45℃の6規定濃度塩酸で溶解除去(エッチング)した。エッチング後に、露光を受けて難溶化して残存しているフォトレジスト材料を剥離した。この剥離は、濃テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液(濃度:20重量%)へ浸漬することにより行った。その後、超純水で水洗した。(ウ);次に、層間絶縁膜を設けた。層間絶縁膜は、パターニングされたITOのうち余分な部分を絶縁材料(フォトレジスト材料)で被覆し、その後に形成するエレクトロルミネッセンス層および陰極との短絡を防ぐために設けた。先ず、フォトレジスト材料をスピンコートで全面に塗布し、次いで、超高圧水銀ランプを使用して所定の形状に露光(露光強度100mJ/cm)した後、前記テトラメチルアンモニウムヒドロキシド希水溶液で未露光部のフォトレジスト材料を溶解除去(現像)した。そして、超純水による水洗を行った。(エ);次に、その上にエレクトロルミネッセンス層を形成した。エレクトロルミネッセンス層は、アルミニウムの8−ヒドロキシキノリン錯体(略称Alq3)を約200nmの厚さで蒸着した。(オ);こうして形成したエレクトロルミネッセンス層上に、陰極であるフッ化リチウム(厚さ0.5nm)/アルミニウム層(厚さ80nm)を蒸着により形成した。ここでフッ化リチウムは電子注入を促進する目的で用いた。
(Example 2)
Using the multilayer substrate of Example 1 described above, an electroluminescence element was manufactured by the following procedure. (A) An ITO layer (thickness: 0.16 μm) as a transparent electrode was formed on the surface of the porous silica film of the laminated substrate obtained in Example 1 by sputtering. The surface of the ITO layer was washed with an aqueous surfactant solution and ultrapure water and dried to remove moisture. (B) Next, this transparent electrode was patterned. For patterning, a photoresist material is applied on the entire surface by spin coating on a transparent electrode, exposed to a predetermined shape using an ultrahigh pressure mercury lamp (exposure intensity of 230 mJ / cm 2 ), and then diluted with tetramethylammonium hydroxide in an aqueous solution. The unexposed photoresist material was dissolved and removed (developed) at (concentration: 2.4% by weight). The ITO exposed in the development was dissolved and removed (etched) with 6N hydrochloric acid at 45 ° C. After the etching, the remaining photoresist material that was hardly soluble upon exposure was peeled off. This peeling was performed by dipping in a concentrated tetramethylammonium hydroxide aqueous solution (concentration: 20% by weight). Then, it washed with ultrapure water. (C) Next, an interlayer insulating film was provided. The interlayer insulating film was provided in order to prevent a short circuit between the electroluminescent layer and the cathode to be formed after covering an excess portion of the patterned ITO with an insulating material (photoresist material). First, a photoresist material is applied to the entire surface by spin coating, and then exposed to a predetermined shape using an ultrahigh pressure mercury lamp (exposure intensity: 100 mJ / cm 2 ), and then undiluted with the dilute aqueous solution of tetramethylammonium hydroxide. The photoresist material in the exposed area was dissolved and removed (developed). Then, washing with ultrapure water was performed. (D) ; Next, an electroluminescence layer was formed thereon. As the electroluminescence layer, an 8-hydroxyquinoline complex of aluminum (abbreviated as Alq3) was deposited with a thickness of about 200 nm. (E) A lithium fluoride (thickness: 0.5 nm) / aluminum layer (thickness: 80 nm) as a cathode was formed on the electroluminescence layer thus formed by vapor deposition. Here, lithium fluoride was used for the purpose of promoting electron injection.

(比較例1)
実施例2の積層基板の代わりに市販のガラス基板を用いた他は、実施例2と同様にして比較例1のエレクトロルミネッセンス素子を作成した。なお、ガラス基板の表面凹凸の最大値は10nm程度であった。
(Comparative Example 1)
An electroluminescent device of Comparative Example 1 was prepared in the same manner as in Example 2 except that a commercially available glass substrate was used instead of the laminated substrate of Example 2. In addition, the maximum value of the surface unevenness of the glass substrate was about 10 nm.

(エレクトロルミネッセンス素子の性能評価)
実施例2および比較例1のエレクトロルミネッセンス素子に3〜15Vの電界を印加すると、実施例2のエレクトロルミネッセンス素子の外部への発光の出射強度は比較例1の約1.2倍となった。また、実施例2のエレクトロルミネッセンス素子には短絡による障害が見られなかった。これらの結果より、実施例2のエレクトロルミネッセンス素子は、構成する多孔性シリカ膜の優れた平坦性により、突起や陥没の非常に少ない透明電極を形成できたためと考えられる。
(Performance evaluation of electroluminescence element)
When an electric field of 3 to 15 V was applied to the electroluminescent elements of Example 2 and Comparative Example 1, the emission intensity of emitted light to the outside of the electroluminescent element of Example 2 was about 1.2 times that of Comparative Example 1. In addition, the electroluminescent element of Example 2 was not damaged by a short circuit. From these results, it is considered that the electroluminescent element of Example 2 was able to form a transparent electrode with very few protrusions and depressions due to the excellent flatness of the porous silica film to be formed.

(実施例3)
実施例1において、メタノールとn−ブタノールとの混合比を2:8にした溶媒を用い、塗布、前乾燥後、エタノールに5分間浸漬し、2次乾燥、高温乾燥を施した。この膜の表面構造は、平滑性に優れた100nm程度の粒状構造を形成しており、かつ表面の凹凸が10nm以下であった。
(Example 3)
In Example 1, a solvent in which the mixing ratio of methanol and n-butanol was 2: 8 was applied, pre-dried, immersed in ethanol for 5 minutes, and then subjected to secondary drying and high-temperature drying. The surface structure of this film formed a granular structure of about 100 nm excellent in smoothness, and the surface irregularities were 10 nm or less.

(実施例4)
実施例2において、メタノールとn−ブタノールとの混合比を2:8にした溶媒を用いた。膜の表面構造は、平滑性に優れた100nm程度の粒状構造を形成しており、かつ表面の凹凸が10nm以下であった。
Example 4
In Example 2, a solvent in which the mixing ratio of methanol and n-butanol was 2: 8 was used. The surface structure of the film formed a granular structure of about 100 nm excellent in smoothness, and the surface unevenness was 10 nm or less.

(実施例5)
実施例1において、メタノールとn−ブタノールとの混合比を7:3にした溶媒を用いた。得られた膜に対する分光エリプソメトリー結果より算出された膜厚、空孔率、及び屈折率を表1に示す。
(Example 5)
In Example 1, a solvent in which the mixing ratio of methanol and n-butanol was 7: 3 was used. Table 1 shows the film thickness, porosity, and refractive index calculated from the spectroscopic ellipsometry results for the obtained film.

(実施例6)
実施例1において、メタノールとn−ブタノールとの混合比を3:7とした溶媒を用い、前乾燥、溶媒接触工程および2次乾燥を含まず、塗膜後すぐに乾燥機内で150℃、30分、乾燥した。得られた膜に対する分光エリプソメトリー結果より算出された膜厚、空孔率、及び屈折率を表1に示す。
(Example 6)
In Example 1, a solvent in which the mixing ratio of methanol and n-butanol was 3: 7 was used, and it did not include pre-drying, solvent contact step, and secondary drying. Minutes, dried. Table 1 shows the film thickness, porosity, and refractive index calculated from the spectroscopic ellipsometry results for the obtained film.

(実施例7)
実施例6において、メタノールとn−ブタノールとの混合比を2:8とした溶媒を用いた。この膜の表面構造は、平滑性に優れた100nm程度の粒状構造を形成しており、かつ表面の凹凸が5nm以下であった。
(Example 7)
In Example 6, a solvent having a mixing ratio of methanol and n-butanol of 2: 8 was used. The surface structure of this film formed a granular structure of about 100 nm excellent in smoothness, and the surface unevenness was 5 nm or less.

(実施例8)
実施例3において、溶媒として混合溶媒ではなく、メタノールを用いた。得られた膜に対する分光エリプソメトリー結果より算出された膜厚、空孔率、及び屈折率を表1に示す。
(Example 8)
In Example 3, methanol was used as a solvent instead of a mixed solvent. Table 1 shows the film thickness, porosity, and refractive index calculated from the spectroscopic ellipsometry results for the obtained film.

Figure 0005206653
Figure 0005206653

1 エレクトロルミネッセンス素子
2 基板
3 透明電極
4 発光層
5 陰極
6 低屈折率層(多孔性シリカ膜)
7 空気
10 積層基板
11 出射角の大きい光
12 導波光
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electroluminescent element 2 Substrate 3 Transparent electrode 4 Light emitting layer 5 Cathode 6 Low refractive index layer (porous silica film)
7 Air 10 Multilayer substrate 11 Light with a large emission angle 12 Waveguide light

Claims (5)

加水分解反応および脱水縮合反応を起こすアルコキシシラン類を主体とした原料化合物を含む、含水有機溶液から一次膜を形成する工程、
前記一次膜を形成する含水有機溶液が加水分解反応および脱水縮合反応を起こして中間体膜が形成される工程、
前記中間体膜を前乾燥する工程、
前乾燥後の中間体膜に水溶性有機溶媒を接触させる工程、
水溶性有機溶媒と接触した中間体膜を後乾燥する工程、および、
後乾燥後の中間体膜をさらに加水分解縮合反応を促進して多孔性シリカ膜を形成する工程、を含み、
前記含水有機溶液に、沸点80℃以上の親水性有機化合物を含み、前記含水有機溶液における有機溶媒と沸点80℃以上の親水性有機化合物の重量比が5/5〜2/8であることを特徴とする多孔性シリカ膜の製造方法。
A step of forming a primary film from a water-containing organic solution containing a raw material compound mainly composed of alkoxysilanes that undergoes a hydrolysis reaction and a dehydration condensation reaction;
A step in which the water-containing organic solution forming the primary film undergoes a hydrolysis reaction and a dehydration condensation reaction to form an intermediate film,
Pre-drying the intermediate film,
Contacting the water-soluble organic solvent with the intermediate film after pre-drying,
Post-drying the intermediate film in contact with the water-soluble organic solvent; and
Step of intermediate film after post-drying further promotes hydrolytic condensation reaction to form a porous silica film, only including,
The water-containing organic solution contains a hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher, and the weight ratio of the organic solvent to the hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or higher in the water-containing organic solution is 5/5 to 2/8. A method for producing a porous silica film, which is characterized.
沸点80℃以上の親水性有機化合物の比誘電率が20以下であることを特徴とする請求項に記載の多孔性シリカ膜の製造方法。 2. The method for producing a porous silica film according to claim 1 , wherein a hydrophilic organic compound having a boiling point of 80 ° C. or more has a relative dielectric constant of 20 or less. 含水有機溶液に含まれる有機溶媒の比誘電率が23以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の多孔性シリカ膜の製造方法。 The method for producing a porous silica film according to claim 1 or 2 , wherein the relative permittivity of the organic solvent contained in the water-containing organic solution is 23 or more. 請求項1〜のいずれか1項に記載の多孔性シリカ膜の製造方法において、前記含水有機溶液を基板上に塗布して一次膜を形成したことを特徴とする積層基板の製造方法。 The method for producing a porous substrate according to any one of claims 1 to 3 , wherein a primary film is formed by applying the water-containing organic solution on the substrate. 前記基板が透明であることを特徴とする請求項に記載の積層基板の製造方法。
The method for manufacturing a laminated substrate according to claim 4 , wherein the substrate is transparent.
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