JP2006281600A

JP2006281600A - 導電性有機薄膜及びその製造方法

Info

Publication number: JP2006281600A
Application number: JP2005104479A
Authority: JP
Inventors: Hiroyo Saeki; 寛世佐伯
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】密着性、成膜性を低下させずに導電性の高い導電性有機薄膜及びその製造方法を提供する。
【解決手段】導電性有機材料を主成分とする塗布液を基板３上に塗布して導電性有機薄膜１を作成し、その後、薄膜１の導電性を高めるための物質である水の蒸気中に基板３上に作成された薄膜１の表面をさらすようにした。
【選択図】図３

Description

この発明は導電性有機薄膜及びその製造方法に関し、特に成膜後に電気的特性を変化させた層と電気的特性を変化させない層とを有する導電性有機薄膜及びその製造方法に関する。

従来、導電性有機薄膜は基板上に形成される導電路や電極等として用いられている。

導電性有機薄膜は導体と絶縁体との中間的な性質を有しているので、導電性有機薄膜の導電路や電極の導電性は低かった。

この問題を解決する導電性有機薄膜の製造方法として、導電性の有機材料(PEDT:poly ethylenedioxythiophene)を水溶液にしたものにアルコール等を混合し、攪拌して混合物を作り、この混合物をスピンコート法等で基板上に塗布して導電性有機薄膜を作成する方法が知られている（下記特許文献１参照）。
米国特許第2004603277

上述の導電性有機薄膜の製造方法によれば、導電性有機薄膜の導電性が改善される。しかし、この導電性有機薄膜の製造方法では、アルコールが有機物水溶液に混合されると、アルコールが有機材料から水和水を奪ってしまうため、有機材料がところどころ凝集することがあった。

このため、有機物水溶液の成膜性が悪くなり、有機物水溶液を基板に塗布しづらくなり、塗膜の厚さが不均一になったり、塗り残しが生じたりした。また、乾燥後の導電性有機薄膜の基板に対する密着性が悪く、導電性有機薄膜が基板から剥離する虞があった。

この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は密着性、成膜性を低下させずに導電性の高い導電性有機薄膜及びその製造方法を提供することである。

前述の課題を解決するため請求項１の発明の導電性有機薄膜は、導電性有機材料を主成分とする導電性有機薄膜において、基板上に形成され、電気的特性を変えるための物質を含まない第１の層と、前記第１の層の上に位置し、前記物質を含む第２の層とを有することを特徴とする。

上述のように第１の層に電気的特性を変えるための物質が含まれておらず、第２の層に電気的特性を変えるための物質が含まれているので、基板に対する第１の層の密着性及び成膜性が損なわれないとともに、第２の層の電気的特性も改善される。

請求項２の発明は、請求項１記載の導電性有機薄膜において、前記導電性有機材料が、ポリチオフェン誘導体と、ポリアニリン誘導体と、これら２つの誘導体の置換体と、前記２つの誘導体及び前記２つの置換体のうちの少なくとも１つの構造を含む共重合体とのうちの少なくとも１つで構成されていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の導電性有機薄膜において、前記物質が水であることを特徴とする。

請求項４の発明の導電性有機薄膜の製造方法は、導電性有機材料を主成分とする塗布液を基板上に塗布して薄膜を作成する第１工程と、前記薄膜の電気的特性を変えるための物質の蒸気中に前記基板上に作成された薄膜の表面をさらす第２工程とを含むことを特徴とする。

上述のように第１工程の段階では導電性有機薄膜の電気的特性を変えるための物質が塗布液に混合されないので、塗布液に凝集が生じず、塗布液の成膜性の低下が起きない。第２工程では導電性有機薄膜の電気的特性を変えるための物質の蒸気中に基板上に作成された薄膜の表面をさらすので、第２工程中に薄膜の電気的特性を変えるための物質が薄膜の表面から浸潤し、薄膜の電気的特性が変わる。この薄膜の電気特性の変化は一様でなく、薄膜の表面に近いほど電気的特性が変化し、薄膜の基板側の面に近づくほど、電気的特性の変化が少ない。したがって、薄膜の表面側の部分は電気的特性が改善され、薄膜の基板側の部分は殆ど電気的特性の変化が無く、密着性が損なわれない。

請求項５の発明は、請求項４記載の導電性有機薄膜の製造方法において、前記導電性有機材料が、ポリチオフェン誘導体と、ポリアニリン誘導体と、これら２つの誘導体の置換体と、前記２つの誘導体及び前記２つの置換体のうちの少なくとも１つの構造を含む共重合体とのうちの少なくとも１つで構成されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項４又は５記載の導電性有機薄膜の製造方法において、前記物質が、水であることを特徴とする。

以上説明したようにこの発明によれば、密着性、成膜性を低下させずに導電性の高い導電性有機薄膜を製造することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１はこの発明の一実施形態に係る導電性有機薄膜の製造方法の塗布工程を説明するための概念図、図２は基板上に導電性有機薄膜が形成された状態を示す概念図、図３は塗布工程後に行われる曝露工程を説明するための概念図、図４は導電性有機薄膜の拡大断面図である。

図１に示すように、回転テーブル５上のＰＥＴ(polyethylene terephthalate)基板３の上面の中心部に、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）／ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)コロイド分散型水溶液(Baytron P)からなる塗布液１０を滴下する。

次に、回転テーブル５を回転させて基板３の上面全体に塗布液１０を広げ（図２参照）、それを乾燥させ、基板３上に導電性有機薄膜１を形成する（第１工程）。

最後に、図３に示すように、導電性有機薄膜１の導電性を高めるための物質（導電性有機薄膜１の電気的特性を変えるための物質）の蒸気中に導電性有機薄膜１を曝露する（第２工程）。この実施形態では、導電性有機薄膜１の導電性を高めるための物質として水を用い、導電性有機薄膜１を６０℃、湿度９０％の水蒸気に所定時間曝露させる。

以上の工程により、図４に示すように、電気的特性を変えるための物質を含む層１ｂと電気的特性を変えるための物質を含まない層１ａとを有する導電性有機薄膜１が形成される。

図５はこの実施形態に係る導電性有機薄膜の製造方法により得られる導電性有機薄膜の体積抵抗率と水蒸気曝露時間との関係を示すグラフである。

導電性有機薄膜１のサンプルを４つ用意した。導電性有機薄膜１の第１のサンプルは蒸気にさらさなかった。

６０℃、湿度９０％の水蒸気中に、導電性有機薄膜１の第２のサンプルを２５時間曝露した。導電性有機薄膜１の第３のサンプルを７５時間曝露した。更に、導電性有機薄膜１の第４のサンプルを１７５時間曝露した。これらのサンプルの体積抵抗率（Ω・ｃｍ）を測定した。

図５に示すように、曝露時間が長くなるほど、導電性有機薄膜１の体積抵抗率が低下するのが分かる。

この実施形態の製造方法によれば、密着性、成膜性を低下させずに導電性の高い導電性有機薄膜１を製造することができる。すなわち、基板３上に導電性有機薄膜１を形成した後に、導電性有機薄膜１を水蒸気に曝露したので、塗布液１０を基板３に塗布するときの塗布液１０の成膜性は低下せず、塗布液１０を基板３の上面全体に均一に塗布することができる。また、導電性有機薄膜１の反基板側１ｂの部分に水分が浸潤し、この水分によって導電性が改善される。一方、導電性有機薄膜１の基板側１ａの部分には水分が浸潤しないため、導電性有機薄膜１の基板３に対する密着性は低下しない。

なお、この実施形態では導電性有機薄膜１の導電性を高めるための物質として水を用いたが、導電性有機薄膜１の導電性を高めるための物質は水に限られず、例えば、極性基を有する分子、オリゴマ、高分子又は共重合体であってもよい。極性基を有する分子、オリゴマ、高分子又は共重合体の具体例としては、例えば、アルコール、エステル、ケトン、ニトリル、アミン、アミド、スルホキシドが挙げられる（ここに挙げられているアルコール等は、分子である。また、これらの２つ以上を混合して用いてもよい。

これら以外に、導電性有機薄膜１の導電性を高めるための物質としては塩がある。塩も蒸気にして、基板３上に形成された導電性有機薄膜１にドープ又は吸着させる。塩の具体例としては、過塩素酸リチウム（ＬｉＣｌＯ_４）、ヘキサフロロリン酸リチウム(ＬｉＰＦ_６)、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢＦ_４）等がある。また、これらの塩をアルコール、エステル、ケトン、ニトリル、アミン、アミド、スルホキシド等と混合して用いてもよい。

また、この実施形態では、導電性有機材料としてポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を用いたが、導電性有機材料としてはこれに限られず、例えば、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン誘導体、これらの誘導体の置換体並びにこれらの誘導体及び置換体の構造を１つ以上含む共重合体を用いることができる。

なお、この実施形態では、スピンコート法で塗布液１０を基板３に塗布したが、この塗装方法はスピンコート法に限られず、スクリーン印刷、インクジェット、ディスペンサ等の従来の印刷法を用いることができる。

また、この実施形態では、導電性有機薄膜１の電気的特性を変えるための物質は、導電性有機薄膜１の導電性を高めるための物質であるが、電気的特性を変えるための物質はこれに限られず、例えば、導電性有機薄膜１を半導体として用いる場合、ホール移動度の調整をする必要があるが、この場合、電気的特性を変えるための物質はホール移動度の調整をする物質である。

図１はこの発明の一実施形態に係る導電性有機薄膜の製造方法の塗布工程を説明するための概念図である。図２は基板上に導電性有機薄膜が形成された状態を示す概念図である。図３は塗布工程後に行われる曝露工程を説明するための概念図である。図４は導電性有機薄膜の拡大断面図である。図５はこの実施形態に係る導電性有機薄膜の製造方法により得られる導電性有機薄膜の体積抵抗率と水蒸気曝露時間との関係を示すグラフである。

符号の説明

１導電性有機薄膜
１０塗布液
３基板

Claims

導電性有機材料を主成分とする導電性有機薄膜において、基板上に形成され、電気的特性を変えるための物質を含まない第１の層と、前記第１の層の上に位置し、前記物質を含む第２の層とを有することを特徴とする導電性有機薄膜。
前記導電性有機材料が、ポリチオフェン誘導体と、ポリアニリン誘導体と、これら２つの誘導体の置換体と、前記２つの誘導体及び前記２つの置換体のうちの少なくとも１つの構造を含む共重合体とのうちの少なくとも１つで構成されていることを特徴とする請求項１記載の導電性有機薄膜。
前記物質が水であることを特徴とする請求項１又は２記載の導電性有機薄膜。
導電性有機材料を主成分とする塗布液を基板上に塗布して薄膜を作成する第１工程と、
前記薄膜の電気的特性を変えるための物質の蒸気中に前記基板上に作成された薄膜の表面をさらす第２工程と
を含むことを特徴とする導電性有機薄膜の製造方法。
前記導電性有機材料が、ポリチオフェン誘導体と、ポリアニリン誘導体と、これら２つの誘導体の置換体と、前記２つの誘導体及び前記２つの置換体のうちの少なくとも１つの構造を含む共重合体とのうちの少なくとも１つで構成されていることを特徴とする請求項４記載の導電性有機薄膜の製造方法。
前記物質が、水であることを特徴とする請求項４又は５記載の導電性有機薄膜の製造方法。