JP2005340172A - パターニング基板とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 導体パタ−ンを有するパターニング基板であって、該導体パターンが、導電性基板(A)上に有機ポリシランを含んでなる層(B)を形成し、該層(B)の所定領域に、放射線を照射して、当該領域の層(B)を構成する有機ポリシランを酸化させ、その後、少なくとも層(B)の当該領域の上に、導電性ポリマーと水および/または親水性溶媒とを含有する溶液を塗布することにより導電性ポリマーを含有する層(C)を形成するとともに、上記領域の層(B)に導電性ポリマーを含浸させて層(C)と基板(A)とを導通させることによりえられるものである上記パターニング基板。
【選択図】 図1
Description
パターニング基板としては導電性基板上に、導電性ポリマーの溶液を用いて、フレキソ印刷、スクリーン印刷法、インクジェット法等の印刷法で所望の領域のみに導電性ポリマーの層からなる導体パターンを形成して製造されたものが知られているが、精度がいまだ十分ではない。このような問題を解決するため、本発明者等により、導電性基板上に、有機ポリシラン層を形成し、電解重合液に浸漬しつつその所望の領域に放射線を照射することにより、当該領域の有機ポリシランを分解、溶出させるとともに電解重合によりその領域に導電性ポリマーを析出させ導体パターンを形成することにより得られるパターニング基板が提案されている(特許文献1参照)。
本発明の目的は、導電性ポリマーからなる導体パタ−ンを有するパターニング基板であって、高精度で、簡便に、生産性よく製造することができるパターニング基板を提供することにある。
導体パタ−ンを有するパターニング基板であって、該導体パターンが、
導電性基板(A)上に有機ポリシランを含んでなる層(B)を形成し、
該層(B)の所定領域に、放射線を照射して、
当該領域の層(B)を構成する有機ポリシランを酸化させ、
その後、少なくとも層(B)の当該領域の上に、導電性ポリマーと水および/または親水性溶媒とを含有する溶液を塗布することにより導電性ポリマーを含有する層(C)を形成するとともに、上記領域の層(B)に導電性ポリマーを含浸させて層(C)と基板(A)とを導通させることによりえられるものである上記パターニング基板を提供するものである。
好ましくは金、白金、銅、アルミニウム等の金属板や金属箔、金、白金、アルミニウム等の金属を蒸着したガラス基板やプラスティック基板、酸化インジウム錫(ITO)、酸化錫(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO2)などの透明電極を形成したガラス基板やプラスティック基板などが挙げられる。特に好ましくはITOを形成したガラス基板またはプラスティック基板、あるいは金、白金、アルミニウム等の金属を蒸着したガラス基板またはプラスティック基板である。
層(B)に用いられる有機ポリシランとしては文献(Chemical Review vol. 89, (1989) 1359)に記載されているものなど既に知られている溶媒可溶性の有機ポリシラン若しくはその誘導体であれば特に制限はなく使用できるが、放射線照射による被酸化性に優れた有機ポリシランが好ましく、例えばポリジアルキルシラン、ポリアルキルアリールシラン、ポリジアリールシランなどがあげられる。ここにアルキル基としては炭素数1〜20のものが好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基等が例示され、メチル基、エチル基が特に好ましい。アリール基としては炭素数6〜60であるものが好ましく、該アリール基はアルキル基、アルコキシ基などの置換基を有していてもよく、フェニル基、ナフチル基等が例示され、フェニル基が特に好ましい。有機ポリシランは、単一の繰り返し単位からなるホモポリマーでも複数の繰り返し単位からなるコポリマーでもよい。
有機ポリシランの具体例としては、ポリメチルフェニルシラン、ポリエチルフェニルシラン、ポリエチルナフチルシラン、ポリメチルプロピルシラン、ポリメチル−t−ブチルシラン、ポリジフェニルシラン、ポリメチルトリルシラン、ポリメチルフェニル−コ−エチルプロピルシラン、ポリメチルフェニル−コ−ジフェニルシランがあげられる。
塗布法により成膜する場合には、層(B)の膜厚は使用する有機ポリシランの性質によって異なるが、溶液濃度によって調整することができる。例えば、有機ポリシランとして分子量104程度のポリメチルフェニルシランを使用する場合においては、トルエンを溶媒として0.5〜20重量%濃度に調整した溶液を用いて塗布することが好ましい。
また照射は、該層(B)側から照射してもよいし、該層(A)が透明または半透明な場合は該層(A)側から照射してもよく、該層(B)側から照射するのが好ましい。また、該層(B)の面に対して、垂直方向から照射を行うことが好ましい。
なお、放射線の照射量は有機ポリシランの性質、膜厚などによってきまるものであり、一義的に決めることはできないが、照射した領域の膜厚方向の全域にわたって酸化されるだけの量を照射することが好ましい。
ここに、導電性ポリマーと水および/または親水性溶媒とを含有する溶液には、分散液も含まれる(以下、「導電性ポリマー溶液」ということがある)。
このとき、導電性ポリマーを層(B)の照射領域中に効率よく含浸させるという観点から、層(B)の照射領域表面と導電性ポリマー溶液とを接触させ保持する時間を15秒以上にすることが好ましい。例えば、スピンコート法の場合には、基板上に導電性ポリマー溶液を滴下後、15秒以上保持した後に、該基板を所定の回転数で回転し、導電性ポリマー薄膜を形成する。
膜厚は使用する導電性ポリマーの性質によって異なるが、塗布液の濃度によって調整することができる。塗布液の濃度としては、導電性ポリマーの固形分として0.1wt.%から10wt.%の範囲であればよく、好ましくは0.5wt.%から5wt.%の範囲である。
導電性基板(A)上に有機ポリシランを含んでなる層(B)を形成し、
該層(B)の所定領域に、放射線を照射して、
当該領域の層(B)を構成する有機ポリシランを酸化させ、
その後、少なくとも層(B)の当該領域の上に導電性ポリマーと水および/または親水性溶媒とを含有する溶液を塗布することにより導電性ポリマーを含有する層(C)を形成するとともに、当該領域の層(B)に導電性ポリマーを含浸させて層(C)と基板(A)とを導通させることにより導体パターンを作製することを含む、上記製造方法である。
本発明のパターニング基板は、例えば、文献(Semiconducting Polymers: Eds. G. Hadziioannou and P.F. van Hutten (2000) WIELEY-VCH)に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子、有機トランジスタ素子、有機光センサー、有機太陽電池、または文献(「応用物理」Vol.64(1995),1036)に記載の光−光変換デバイス等として用いることができる。
重量平均分子量70,000のポリメチルフェニルシラン(PMPS)のトルエン0.8wt.%溶液を用いてITOを成膜したガラス基板の上にスピンコーティング法により、50nm厚みのPMPS薄膜を形成させた。この基板を2枚作成し、一方の基板には高圧水銀ランプ(TOSCURE, Toshiba)により紫外線を大気中(湿度50%)で15分間照射した。これら2枚の基板に、導電性ポリマーの親水性液として、ポリ(3,4−オキシエチレンオキシチオフェン)/ポリスルホン酸(PEDOT/PSS)の分散液(BAYTRON P, AI4083、固形分濃度1.5wt.%)に2−プロパノールを1:1の比率で添加した塗布液(固形分濃度約0.75wt.%)を用い、上記基板の上に塗布液を滴下した後すぐに基板を回転し、スピンコーティング法により50nmの膜厚に成膜した。その後、大気中120℃で60分間熱処理を行い、パターニング基板の紫外線未照射部分と照射部分にそれぞれ相当する基板DおよびEを作成した。これらの基板を用いて、PEDOT/PSS薄膜の上に真空蒸着法によりN, N'-bis-(1-naphthyl)-N, N'-diphenyl-1, 1'-biphenyl 4, 4'-diamine (α-NPD)を100nm堆積させ、さらにAg電極を40nmの膜厚で堆積した素子を作成した(図1)。これらの素子のITO電極とAg電極の間に電圧を印加し、電流−電圧(I-V)特性を測定したところ(図2)、紫外線未照射素子Dに比べて紫外線照射素子Eの方がよく電流が流れた。例えば20Vでの紫外線照射素子Eと紫外線未照射素子Dの電流比は4.2倍となった。
PMPSのトルエン0.8wt.%溶液を用いてITOを成膜したガラス基板の上にスピンコートティング法により、50nm厚みのPMPS薄膜を形成させた。この基板にシャドウマスクを通して紫外線を大気中(湿度50%)で15分間照射した。PEDOT/PSSの分散液に2−プロパノールを1:1の比率で添加した塗布液を用い、上記基板の上に塗布液を滴下した後すぐに基板を回転し、スピンコーティング法により50nmの膜厚に成膜した。その後、大気中120℃で60分間熱処理を行い、パターニング基板を作成した。この基板を用いて、PEDOT/PSS薄膜の上に真空蒸着法によりα-NPDを40nm、tris(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3)を70nm堆積させ、さらに共蒸着によりMg:Agを40nm、 Ag電極を40nmの膜厚で堆積し有機エレクトロルミネッセンス素子を作成した(図3参照)。これにITO電極とAg電極の間に電圧15Vを印加したところシャドウマスクパターンと同じ発光パターンが得られ(図4)、 上記素子がパターニング基板として働くことが解った。放射線照射部分と未照射部分の発光輝度を測定したところ、紫外線照射領域がよく発光した(図5)。
参考例1と同様にしてITOを成膜したガラス基板の上にPMPSをスピンコーティング法により50nmの厚みで堆積した。この基板を2枚作成し、一方の基板に紫外線を大気中(湿度50%)で15分間照射した。これら紫外線照射及び紫外線未照射の2枚の基板に、酸素プラズマ処理を施しPMPS表面を親水化した。その後、参考例1と同様にして、PEDOT/PSSの分散液に2−プロパノールを1:1の比率で添加した塗布液を用い、上記基板の上に塗布液を滴下した後すぐに基板を回転し、スピンコーティング法により50nmの膜厚に成膜し、大気中120℃で60分間熱処理を行い、パターニング基板の紫外線未照射部分と照射部分にそれぞれ相当する基板FおよびGを作成した(図6)。さらに、α-NPD、Agを蒸着して素子を作成した。これらの素子のITO電極とAg電極の間に電圧を印加し、I-V特性を測定したところ(図7)、紫外線未照射素子Fに比べて紫外線照射素子Gの方がよく電流が流れた。例えば25Vでの紫外線照射素子Gと紫外線未照射素子Fの電流比は61倍となった。
実施例1と同様にして、スピンコーティング法により50nm厚みのPMPS薄膜を形成させる。この基板にシャドウマスクを通して紫外線を大気中(湿度50%)で15分間照射し、さらにその上に酸素プラズマ処理を施し有機ポリシラン表面を親水化する。PEDOT/PSSの分散液に2−プロパノールを1:1の比率で添加した塗布液を用い、上記基板の上に塗布液を滴下した後すぐに基板を回転し、スピンコーティング法により50nmの膜厚に成膜し、大気中120℃で60分間熱処理を行い、パターニング基板を作成する。この基板を用いて、PEDOT/PSS薄膜の上に真空蒸着法によりα-NPDを40nm、tris(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3)を70nm堆積させ、さらに共蒸着によりMg:Agを40nm、 Ag電極を40nmの膜厚で堆積し有機エレクトロルミネッセンス素子を作成する。これにITO電極とAg電極の間に電圧15Vを印加したところコントラストの高い、シャドウマスクパターンと同じ発光パターンが得られる。
実施例1と同様にして、ITOを成膜したガラス基板の上にスピンコーティング法により50nm厚みのPMPS薄膜を形成させた。この基板にシャドウマスクを通して紫外線を大気中(湿度50%)で15分間照射した。PEDOT/PSSの分散液に2−プロパノールを1:1の比率で添加した塗布液を用い、上記基板の上に塗布液を滴下し、20秒間保持した後、基板を回転し、スピンコーティング法により50nmの膜厚に成膜した。その後、大気中120℃で60分間熱処理を行い、さらに基板全面に、参考例1と同じ高圧水銀ランプを用いて紫外線を1分間照射し、パターニング基板を作成した。この基板を用いて、PEDOT/PSS薄膜の上に真空蒸着法によりα-NPDを40nm、tris(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3)を70nm堆積させ、さらに共蒸着によりMg:Agを40nm、 Ag電極を40nmの膜厚で堆積し有機エレクトロルミネッセンス素子を作成した(図3参照)。これにITO電極とAg電極の間に電圧を印加し、発光輝度-電圧特性を測定したところ(図8)、紫外線未照射部分に比べて紫外線照射部分の方がよく発光した。例えば15Vでの紫外線照射部分と紫外線未照射部分の発光輝度比は64倍となり、コントラストの高い発光パターンが得られた。
実施例1と同様にして、ITOを成膜したガラス基板の上にスピンコーティング法により50nm厚みのPMPS薄膜を形成させた。石英ガラス基板に1951USAF test chartのパターンを形成したシャドウマスクを用い、シャドウマスクと上記基板の間に脱イオン水を浸漬させた状態で、紫外線を15分間照射した。PEDOT/PSSの分散液に2−プロパノールを1:1の比率で添加した塗布液を用い、上記基板の上に塗布液を滴下した後すぐに基板を回転し、スピンコーティング法により50nmの膜厚に成膜した。その後、大気中120℃で60分間熱処理を行い、パターニング基板を作成した。この基板を用いて、PEDOT/PSS薄膜の上に真空蒸着法によりα-NPDを40nm、tris(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3)を70nm堆積させ、さらに共蒸着によりMg:Agを40nm、 Ag電極を40nmの膜厚で堆積し有機エレクトロルミネッセンス素子を作成した(図3参照)。これにITO電極とAg電極の間に電圧を印加したところ、コントラストの高い、シャドウマスクパターンと同じ発光パターンが得られた(図9)。このときのパターン解像度は3.56lines/mmであった。
Claims (16)
- 導体パタ−ンを有するパターニング基板であって、該導体パターンが、
導電性基板(A)上に有機ポリシランを含んでなる層(B)を形成し、
該層(B)の所定領域に、放射線を照射して該領域の層(B)を構成する有機ポリシランを酸化させ、
その後、少なくとも層(B)の該領域の上に、導電性ポリマーと水および/または親水性溶媒とを含有する溶液を塗布することにより導電性ポリマーを含有する層(C)を形成するとともに、該領域の層(B)に導電性ポリマーを含浸させて層(C)と基板(A)とを導通させることにより得られるものである、上記パターニング基板。 - 放射線の照射が、シャドウマスクパターンを通して行われることを特徴とする請求項1記載のパターニング基板。
- 放射線の照射が、湿度30%以上の雰囲気中で行われることを特徴とする請求項1または2記載のパターニング基板。
- 放射線照射領域の層(B)を構成する有機ポリシランを酸化させた後に、当該領域以外の層(B)の表面を酸化させることを特徴とする請求項1〜3記載のパターニング基板。
- 導電性ポリマーと水および/または親水性溶媒とを含有する溶液を塗布する前に、層(B)の照射領域表面を該導電性ポリマーと水および/または親水性溶媒とを含有する溶液に接触させ保持する時間を15秒以上設けて行われることを特徴とする請求項1〜4記載のパターニング基板。
- 該領域の層(B)に導電性ポリマーを含浸させた後に、放射線を照射して、該領域以外の層(B)を構成する有機ポリシランを酸化させることを特徴とする請求項1〜5記載のパターニング基板。
- 導電性基板(A)上に、有機ポリシランに放射線を照射することにより生成した有機ポリシランの酸化物および導電性ポリマーを含有する照射領域と、該有機ポリシランを含んでなる非照射領域とからなる層(B)を有し、該層(B)の少なくとも該照射領域の上に、該導電性ポリマーを含有する層(C)を有することを特徴とするパターニング基板。
- 導電性ポリマーがポリチオフェン若しくはその誘導体、および/またはポリアニリン若しくはその誘導体を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載のパターニング基板。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のパターニング基板を用いたことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のパターニング基板を用いたことを特徴とする有機トランジスタ。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のパターニング基板を用いたことを特徴とする有機光センサー。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のパターニング基板を用いたことを特徴とする有機太陽電池。
- 請求項1〜8のいずれかに記載のパターニング基板を用いたことを特徴とする光−光変換デバイス。
- 導体パタ−ンを有するパターニング基板の製造方法であって、
導電性基板(A)上に有機ポリシランを含んでなる層(B)を形成し、
該層(B)の所定領域に、放射線を照射して、
該領域の層(B)を構成する有機ポリシランを酸化させ、
その後、少なくとも層(B)の該領域の上に導電性ポリマーと水および/または親水性溶媒とを含有する溶液を塗布することにより導電性ポリマーを含有する層(C)を形成するとともに、該領域の層(B)に導電性ポリマーを含浸させて層(C)と基板(A)とを導通させることにより導体パターンを作製することを含む、上記製造方法。 - 放射線照射領域の層(B)を構成する有機ポリシランを酸化させた後に該領域以外の層(B)の表面を酸化させてなることを特徴とする請求項14記載の製造方法。
- 放射線照射領域の層(B)を構成する有機ポリシランを酸化させ、該領域の層(B)に導電性ポリマーを含浸させた後に、放射線を照射して、該領域以外の層(B)を構成する有機ポリシランを酸化させてなることを特徴とする請求項14または15記載の製造方法。
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