JP2003158125A - 超低屈折率多孔質ｓｏｇ膜の作製方法及びこの超低屈折率多孔質ｓｏｇ膜を用いたディスプレイ用窓材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】例えばディスプレイ用窓材の実用化のための要
求水準に適合した小さな膜厚と平坦な膜表面とを有し、
簡素な多層膜積層構造の窓材を形成し得る超低屈折率薄
膜を作製する方法と、この超低屈折率薄膜を用い、輝度
ムラが少なく広い視野角で高効率の発光を取り出すこと
が可能なディスプレイ用窓材を提供する。 【解決手段】薄膜として成膜されたときに、室温におい
て１．３０〜１．４６程度の屈折率を有するような低屈
折率材料を塗布した基板を、２００〜５００℃の温度範
囲、及び、１〜１０⁵Ｐａの圧力範囲の空気または不活
性ガス雰囲気下で焼成処理して多孔質ＳｉＯ₂膜として
超低屈折率多孔質ＳＯＧ膜を得る。この超低屈折率多孔
質ＳＯＧ膜は、２μｍ以下の膜厚と±１０Å範囲内の膜
厚の散布度とを有して構成できるので、実用化のための
要求水準に合致したディスプレイ用窓材の透明基板と透
明電極との間の中間層として用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高発光効率の発光
を得るために、ガラスやプラスチックなどの透明基板上
に形成する超低屈折率薄膜、及びこれを用いて、内側か
らの発光を外側に取り出すディスプレイ用窓材に関す
る。このような窓材は、外側からの入射光の反射防止が
必要な太陽電池の受光部などにも転用可能である。

【０００２】

【従来の技術】内部の発光領域からの発光をガラスなど
の透明基板を通して外部に取り出す窓材を用いるディス
プレイ等において、ガラスの界面での反射や屈折のため
発光の取り出しを効率良く行えない、光導波特性により
発光の一部がガラス端面から散逸して、ディスプレイと
しての発光輝度や視野角が減少する、また、このような
輝度減少の補償のために消費電力が増大するという問題
があった。

【０００３】ところで、近年、有機ＥＬ素子等のディス
プレイ用窓材として、シリカエアロゲルから成る低屈折
率（１．３０〜１．４６）の多孔質薄膜をガラス基板上
に塗布して、その上に透明導電膜を成膜して、ガラス基
板と透明導電膜との間に多孔質薄膜を挟んだものを用い
ると、内部の発光を高効率で取り出せることが確認され
ている。また、このような窓材は、低屈折率薄膜がガラ
ス基板端面に散逸する光を抑止して斜め成分を増やすの
で、視野角が広くなるという効果も備えている。

【０００４】このような塗布により得られる従来の低屈
折率薄膜は、一般に、約１０μｍ程度の比較的大きな膜
厚を有し、膜表面の平坦性を表す膜厚の散布度（ばらつ
き）が数μｍ程度に亘ってしまう。また、このものは多
孔質構造のため、強度が小さく、有機ＥＬ素子の透明基
板等の窓材に用いる場合は、強度保持のため、さらに窓
材の低屈折率薄膜と透明導電膜との間にＳｉＯ₂から成
る中間層を形成する必要がある。

【０００５】しかしながら、このものを実用化するに際
して、数百ｎｍの膜厚を有する発光層からの発光が輝度
むらを生じないようにするため、窓材の表面、即ち、上
記の低屈折率薄膜の表面は、数十ｎｍ以下の散布度にと
どまるような平坦なものとして形成する必要があり、ま
た、窓材を構成する低屈折率薄膜は、クラック等の対策
上、膜内部応力を僅少にするため膜厚を３００ｎｍ〜２
μｍ程度に留めて形成する必要がある。したがって、上
記従来のものは、膜厚や膜表面の平坦性が実用化のため
の要求水準を満たしておらず、また、多層膜積層構造の
簡素化という実用上の要求に対しても、強度保持のため
に、さらに表面層を要してしまうという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
に鑑み、例えば、ディスプレイ用窓材の実用化水準に適
合した小さな膜厚と平坦な膜表面とを有し、簡素な多層
膜積層構造の窓材を形成し得る超低屈折率薄膜を作製す
る方法と、この超低屈折率薄膜を用い、広い視野角で高
効率の発光を取り出すことが可能なディスプレイ用窓材
及び反射防止窓材を提供することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、薄膜として成膜されたときに、室温にお
いて１．３０〜１．４６程度の屈折率を有するような低
屈折率材料を塗布した基板を焼成処理して多孔質ＳｉＯ
₂膜から成る超低屈折率多孔質ＳＯＧ膜を作製するもの
とした。このものに用いる低屈折率材料としては、撥水
性を有するヘキサメチルジシロキサンやヘキサメチルジ
シラザンなどを含有した低比誘電率物質が挙げられる
（例えば株式会社アルバック製ＩＳＭ-１．５）。この
ような低屈折率材料を、例えば、公知のＳＯＧ（Spin o
n glass）塗布方法を利用して基板上に形成した後、こ
の基板を焼成処理することにより、多孔質ＳｉＯ₂膜と
して超低屈折率多孔質ＳＯＧ膜を得ることができる。

【０００８】なお、室温において１．３０〜１．４６の
屈折率（一般のガラスの屈折率）を低屈折率と称し、
１．３０未満のものを超低屈折率と称するものとする。

【０００９】この場合、上記の焼成処理の温度条件は２
００〜５００℃の範囲であることが望ましく、さらに、
焼成処理の圧力条件としては、空気またはＨｅガス、Ａ
ｒガス、Ｎ₂ガスなどから成る不活性ガス雰囲気下１〜
１０⁵Ｐａの範囲であることが望ましい。このような処
理条件の焼成を経ることにより得られる超低屈折率多孔
ＳＯＧ膜は、上記の実用化水準に適合した小さい膜厚と
平坦な膜表面とを有することができる。

【００１０】また、上記の超低屈折率多孔質ＳＯＧ膜を
透明基板と透明導電膜との間に挟んで成るディスプレイ
用窓材を、２μｍ以下の膜厚で形成された超低屈折率多
孔質ＳＯＧ膜を中間層に用いて構成することができるの
で、このような窓材とディスプレイ内部の発光層との組
み合わせた場合の実用化水準に適合できる。

【００１１】さらに、この超低屈折率ＳＯＧ膜を、ディ
スプレイ用窓材の透明基板と透明電極との中間層として
用いる場合、２μｍ以下程度の膜厚に対して、膜厚の散
布度を±１０Åの範囲内に留めて形成することができる
ので、電界集中が起こりにくく輝度ムラを低減すること
ができる。そのため、このものを用いたディスプレイ用
窓材は、既存の膜厚の発光層と組み合わせて、ディスプ
レイとして実用化できる。

【００１２】また、これらのように実用化して得られる
ディスプレイは、窓材の中間層が超低屈折率を有するも
のであるため、透明基板の端面に散逸する光を抑えて斜
め成分を増やすので、広い視野角で高効率の発光を取り
出すことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の超低屈折率多孔質ＳＯＧ
膜の作製方法は、最初に、低屈折率材料として、撥水性
を有するヘキサメチルジシロキサンやヘキサメチルジシ
ラザンを含有した低比誘電率物質の溶液（例えば株式会
社アルバック製ＩＳＭ-１．５）を、有機ＥＬ素子のガ
ラス基板上若しくは透明電極上にスピンコートにより塗
布して薄膜として成膜する。ここで用いる低比誘電率物
質の溶液には、ヘキサメチルジシロキサンやヘキサメチ
ルジシラザンのような撥水性の物質以外にも、必要に応
じてアルコールや酢酸ブチルなどを添加物として加えて
も良い。次に、この薄膜付きの透明電極を、焼成処理し
て、上記低比誘電率物質の溶液中の溶媒や水、酸または
アルカリ触媒や界面活性剤などを蒸発させながら多孔質
ＳＯＧ膜を形成する。

【００１４】このときの焼成処理条件は、上記の溶媒や
水、酸またはアンモニアなどを蒸発させることができ多
孔質ＳＯＧ膜を得ることができる条件であれば、特に制
限はない。

【００１５】なお、超低屈折率の多孔質ＳＯＧ膜を得る
ためには、好ましくは、空気中で５０〜３５０℃程度の
温度で処理して主として溶媒を蒸発させ、次いで、例え
ば１〜１０⁵Ｐａ程度の空気中で界面活性剤その他の有
機物質などを蒸発させることのできる温度（例えば、２
００〜５００℃）で、得られる多孔質膜の構造が破壊さ
れない時間の間熱処理すればよい。もちろん、酸化等が
問題になる場合は、全てＨｅガス、Ａｒガス、Ｎ₂ガス
などから成る不活性ガス中にて処理する必要がある。

【００１６】このようにして得られた多孔質ＳＯＧ膜
は、室温において１．３０未満の屈折率を有する超低屈
折率薄膜として形成される。また、この薄膜は、上記ス
ピンコート時の回転数を変化させて３００ｎｍ〜１．２
μｍの範囲で膜厚制御でき、さらに、このときの平坦性
を表す膜厚の散布度は、上記範囲の膜厚において±１０
Åの範囲に留まって分布するので膜表面が平坦に形成さ
れている。

【００１７】したがって、この多孔質ＳＯＧ膜を透明基
板と透明電極との中間層として形成し、これを有機ＥＬ
素子等のディスプレイ用窓材として用いると、このよう
なディスプレイは、光導波効果により閉じこめられるこ
となく内部の発光を高効率で取り出せ、また、広い視野
角を備えるような実用水準に適合したものとなる。ま
た、有機ＥＬ素子の場合、この多孔質ＳＯＧ膜を透明基
板と透明電極との間の中間層として用いれば、低電力で
発光層から高い効率を維持して発光させることができる
ので、有機ＥＬ素子を長寿命化させることができる。

【００１８】さらに、本実施の形態においては、本発明
の好適例として、有機ＥＬ素子等のディスプレイ用窓材
を挙げているが、本発明の適用はこの用途に制限される
ものではなく、例えば、入射光の反射防止処理が必要な
太陽電池の受光部などの用途にも適用できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２０】[実施例]株式会社アルバック製ＩＳＭ−
１．５（ヘキサメチルジシロキサンやヘキサメチルジシ
ラザンを含有した疎水性ＳＯＧ膜材料）をアルコールや
酢酸ブチルなどの他の添加物をスピンコート助剤として
加えずに塗布液とした。

【００２１】ガラス基板上またはシリコン基板などの半
導体基板上に、塗布液を２５００ｒｐｍでスピンコート
した後、公知の赤外線加熱炉を用いて、該基板を、初め
に大気雰囲気下７０℃で処理し、次に、１−１０⁵Ｐａ
条件下２００―５００℃で焼成処理した。これらの処理
に要する条件、即ち、温度条件、昇温時間及び保持時間
は、特に制限されるものではなく、これにより得られる
超低屈折率多孔質ＳＯＧ膜の膜質性能を損なわない条件
範囲であれば良く、本実施例における焼成処理の条件
は、昇温時間を１０分、保持時間を１５分とした。

【００２２】各種の焼成温度により得られた多孔質ＳＯ
Ｇ膜をエタノールで洗浄した後、エリプソメータを用い
て屈折率を測定したところ、図１に示す測定結果が得ら
れた。図１から明らかなように、いずれの焼成温度にお
いても、ガラスの屈折率（室温において１．４６）より
も小さな屈折率、即ち、低屈折率を有する薄膜が形成さ
れていることがわかる。また、この結果により、焼成温
度と圧力条件とにより、得られる多孔質ＳＯＧ膜の屈折
率を調整でき、超低屈折率（１．３０未満）の多孔質Ｓ
ＯＧ膜の形成が可能であることがわかる。

【００２３】また、スピンコート時の回転数を変化させ
て上記と同様の条件で多孔質ＳＯＧ膜を得たときの各種
の多孔質ＳＯＧ膜の膜厚を図２に示す。図２から明らか
なように、スピンコート時の回転数により、得られる多
孔質ＳＯＧ膜の膜厚を３００ｎｍ〜１．２μｍの範囲で
制御できることがわかる。

【００２４】上記の場合、２５００ｒｐｍのスピンコー
ト回転数であったため、図２に示すように、得られた超
低屈折率多孔質ＳＯＧ膜の膜厚は５００ｎｍであった。
この多孔質ＳＯＧ膜上に透明電極を積層し、ガラス基板
とこの多孔質ＳＯＧ膜と透明導電膜とで窓材を形成し、
これに発光層を成膜して構成される発光素子を作製し
た。これに波長３６５ｎｍの紫外光を基板に対して３０
°の入射角で入射して内部の発光層を励起し、基板に対
する照射角６０°の方向で４００〜７００ｎｍの波長領
域に対する受光観測を行ったところ、５１５ｎｍの波長
の蛍光発光をピーク強度２０４で観測した。また、基板
端面からの光の散逸が小さいことが目視で観測できた。

【００２５】[比較例] 多孔質ＳＯＧ膜を用いずガラス
基板と透明電極膜のみで窓材を構成し、これに発光層を
成膜して発光素子を作製した場合は、[実施例]と同様に
して受光観測を行ったところ、５２０ｎｍの波長の蛍光
発光をピーク強度１３９で観測した。また、基板端面か
ら光の大きな散逸が目視にて観測できた。

【００２６】本発明の[実施例]で得られる蛍光発光は、
[比較例]のものと比較して、約１．５倍の発光輝度を示
し、また、基板端面からの光の散逸が抑制されているこ
とがわかる。

【００２７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
により形成される多孔質ＳＯＧ膜は、塗布時のスピンコ
ート回転数により３００ｎｍ〜２μｍに制御可能な膜厚
を有し、さらに、その膜厚の散布度は±１０Åの範囲内
に分布するような良好な平坦性を有することができる。
そして、この多孔質ＳＯＧ膜は、形成時の焼成温度によ
り、室温において１．３０未満の領域において制御可能
な超低屈折率を有することができる。

【００２８】したがって、このような多孔質ＳＯＧ膜を
透明基板と透明電極膜との間の中間層として積層した窓
材に用いるディスプレイは、実用上の要求水準に合致し
た構造で構成され、また、広い視野角で高効率の発光を
取り出すことが可能であり、輝度ムラが少なく長寿命の
発光素子を作製することができる。さらに、この多孔質
ＳＯＧ膜で構成される窓材は、相当の強度を有するの
で、窓材の保護用の表面層を必要とせず、このため、簡
素な多層膜積層構造で形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の[実施例]で形成される多孔質ＳＯＧ膜
の焼成温度とその屈折率との関係を示すグラフ。

【図２】本発明の[実施例]で形成される多孔質ＳＯＧ膜
の塗布時のスピンコート回転数と膜厚との関係を示すグ
ラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 治 茨城県つくば市東光台５−９−７ 株式会 社アルバック筑波超材料研究所内 (72)発明者 村上 裕彦 茨城県つくば市東光台５−９−７ 株式会 社アルバック筑波超材料研究所内 (72)発明者 山田 和弘 静岡県裾野市須山1220−１ 株式会社アル バック半導体技術研究所内 (72)発明者 玉川 孝一 静岡県裾野市須山1220−１ 株式会社アル バック半導体技術研究所内 (72)発明者 浮島 禎之 千葉県山武郡山武町横田523 株式会社ア ルバック千葉超材料研究所内 (72)発明者 伊藤 正博 千葉県山武郡山武町横田523 株式会社ア ルバック千葉超材料研究所内 Ｆターム(参考） 4G059 AA07 AB09 AC09 EA05 EB05 4G072 AA25 BB09 FF01 FF09 GG01 GG03 HH29 LL11 LL17 MM36 NN21 UU02 UU21 5F051 BA16 CB13 HA04 HA20 5F058 BA20 BB07 BC01 BJ02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】低屈折率材料を塗布した基板を焼成処理し
   て多孔質ＳｉＯ₂膜を得ることを特徴とする超低屈折率
   多孔質ＳＯＧ膜の作製方法。
2. 【請求項２】前記焼成処理を、２００〜５００℃の温度
   範囲で行うことを特徴とする請求項１に記載の超低屈折
   率多孔質ＳＯＧ膜の作製方法。
3. 【請求項３】前記焼成処理を、１〜１０⁵Ｐａの圧力範
   囲の空気または不活性ガス雰囲気下で行うことを特徴と
   する請求項１または２に記載の超低屈折率多孔質ＳＯＧ
   膜の作製方法。
4. 【請求項４】前記超低屈折率多孔質ＳＯＧ膜を、２μｍ
   以下の膜厚の薄膜として有することを特徴とするディス
   プレイ用窓材。
5. 【請求項５】前記超低屈折率多孔質ＳＯＧ膜の膜厚の散
   布度が、±１０Åの範囲内であることを特徴とする請求
   項４に記載のディスプレイ用窓材。