JP2007005241A - 有機薄膜の層を有する透明導電性基板、その製造方法およびそれを用いた光学的素子 - Google Patents
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Abstract
低電圧で駆動させることができ、かつ長期間に亙って安定な導電特性を維持できる透明導電性基板、及びこの透明導電性基板を用いる有機EL素子等の光学的素子を提供する。
【解決手段】
基板と、該基板表面に形成された透明導電膜と、及び該透明導電膜上に、式(1):Rn−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基等を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜の層を有することを特徴とする透明導電性基板、並びに、互いに対向する2つの電極間に発光層を必須の層として設けた光学的素子において、前記電極の少なくとも一方が、前記透明導電性基板からなることを特徴とする光学的素子。
【選択図】 なし。
Description
(1)基板と、該基板表面に形成された透明導電膜と、および該透明導電膜上に、式(1):Rn−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、又は連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表し、Xは水酸基、ハロゲン原子、C1〜C6のアルコキシ基又はアシルオキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜の層を有することを特徴とする透明導電性基板。
(2)前記触媒が、金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化又は配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする(1)に記載の透明導電性基板。
(4)金属アルコキシド類が、チタンアルコキシド類であることを特徴とする(2)又は(3)の透明導電性基板。
(5)チタンアルコキシド類が、チタンテトライソプロポキシドであることを特徴とする(4)記載の透明導電性基板。
(7)炭化水素系溶媒が、トルエンであることを特徴とする(6)に記載の透明導電性基板。
(8)有機薄膜形成用溶液中の水分量を50ppmから有機溶媒への飽和水分含量の範囲にする又は保持することを特徴とする(1)〜(7)いずれか記載の透明導電性基板。
(10)結晶質導電膜が、柱状単結晶の集合体であることを特徴とする(9)記載の透明導電性基板。
(11)結晶質導電膜が、結晶子の長軸方向の大きさが20〜100nmの範囲の結晶集合体であることを特徴とする(9)又は(10)記載の透明導電性基板。
(13)結晶質導電膜表面の平均表面粗さが、1〜10nmの範囲であることを特徴とする(9)〜(12)いずれかに記載の透明導電性基板。
(14)結晶質導電膜表面における1μm角領域内に存在する5〜30nmの突起数が、100個以上であることを特徴とする(9)〜(13)いずれかに記載の透明導電性基板。
(16)インジウム・スズ酸化物中のスズ原子が基板から膜表面に向かって膜中に均一にブンプしていること特徴とする(1)〜(15)いずれかに記載の透明導電性基板。
(17)透明導電膜が、スプレー熱分解法またはパイロゾル法で製造された導電膜であることを特徴とするる(1)〜(16)いずれかに記載の透明導電性基板。
(18)表面に透明導電膜が形成された基板の該透明導電膜と、式(1):Rn−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、または連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表し、Xは水酸基、ハロゲン原子、C1〜C6のアルコキシ基またはアシルオキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液とを接触させることで、前記透導電膜上に有機薄膜の層を形成する工程を有する透明導電性基板の製造方法。
(20)前記触媒が、(a)金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種と、(b)前記シラン系界面活性剤を含有する組成物であることを特徴とする(18)または(19)に記載の透明導電性基板の製造方法。
(21)金属アルコキシド類が、チタンアルコキシド類であることを特徴とする(19)または(20)に記載の透明導電性基板の製造方法。
(23)有機薄膜形成用溶液が、炭化水素系溶媒溶液であることを特徴とする(18)〜(22)のいずれかに記載の透明導電性基板の製造方法。
(24)炭化水素系溶媒が、トルエンであることを特徴とする(22)に記載の透明導電性基板の製造方法。
(25)有機薄膜形成用溶液中の水分量を50ppmから有機溶媒への飽和水分含量の範囲にするまたは保持することを特徴とする請求項18〜24のいずれか記載の透明導電性基板の製造方法。
(26)互いに対向する2つの電極間に発光層を必須の層として設けた光学的素子において、前記電極の少なくとも一方が、(1)〜(17)いずれかに記載の透明導電性基板からなることを特徴とする光学的素子。
(27)前記電極の少なくとも一方が、ホール注入電極であることを特徴とする(26)に記載の光学的素子。
(28)発光層に有機化合物を用いることを特徴とする(26)又は(27)に記載の光学的素子。
本発明の透明導電性基板の製造方法によれば、本発明の透明導電性基板を、簡便かつ効率よく製造することができる。
また、本発明の光学的素子は、本発明の透明導電性基板を用いるので、低電圧で駆動させることができ、かつ長期間に亙って安定な発光特性を維持することができる。
1)透明導電性基板およびその製造方法
本発明の透明導電性基板は、基板と、該基板表面に形成された透明導電膜と、並びに該透明導電膜上に、式(1):Rn−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、または連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表し、Xは水酸基、ハロゲン原子、C1〜C6のアルコキシ基またはアシルオキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜の層を有することを特徴とする。
本発明で用いる基板は、積層面が絶縁性物質で構成されていれば特に限定されるものではないが、基板側から光を取り出す場合には、光透過率の高い材料で構成されている必要がある。具体的には、ガラス、石英などの無機材料;ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリカルバゾール、ポリイミドなどのプラスチック;アルミナなどのセラミックスなどの絶縁性基板;アルミニウム、鉄などの金属基板にSiO2、有機絶縁材料などの絶縁物をコートした基板;アルミニウムなどの金属基板の表面を陽極酸化などの方法で絶縁化処理を施した基板などが挙げられる。
透明導電膜としては、基板上に形成され、透明で導電性を有するものであれば特に制限されない。透明導電膜の光透過率は、光全線透過率で80%以上、さらに、光直線透過率で80%以上であるのが好ましい。
本発明の透明導電性基板は、上述した透明導電膜上に、式(1):Rn−Si−X4−nで示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜の層を有する。
nは1〜3の整数を表す。
これらの中でも、C1〜C6のアルコキシ基が好ましく、またnは1が好ましい。
(i)有機溶媒中、金属アルコキシド類に対し0.5〜1.0倍モル未満の水を添加する方法、
(ii)有機溶媒中、加水分解が開始する温度以下、好ましくは0℃以下、より好ましは−20〜−100℃の範囲で、金属アルコキシド類に対し1.0〜2.0倍モル未満の水を添加する方法、
(iii)有機溶媒中、水の添加速度を制御する方法や、水に水溶性溶媒を添加して水濃度を低下させた水溶液を使用する方法等により、加水分解速度を制御しながら、金属アルコキシド類に対し0.5〜2.0倍モル未満の水を室温で添加する方法、等を例示することができる。
混合溶媒として用いる場合には、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒と、メタノール、エタノール、イソプロパノール、t−ブタノール等の低級アルコール溶媒系の組み合わせが好ましい。この場合の低級アルコール系溶媒としては、イソプロパノール、t−ブタノール等の2級以上のアルコール系溶媒がより好ましい。混合溶媒の混合比は特に制限されないが、炭化水素系溶媒と低級アルコール系溶媒を、体積比で、99/1〜50/50の範囲で用いるのが好ましい。
本発明の透明導電性基板は、後述するように、本発明の光学的素子の製造原料として好適である。
本発明の光学的素子は、互いに対向する2つの電極間に発光層を必須の層として設けた光学的素子において、前記電極の少なくとも一方が、本発明の透明導電性基板からなることを特徴とする。
電子注入輸送層を電子注入層と電子輸送層とに分けて積層する場合には、電子注入輸送層用の化合物の中から好ましい組み合わせを選択して用いることができる。このとき、電子注入電極側から電子親和力の値の大きい化合物の順に積層することが好ましい。このような積層順については電子注入輸送層を2層以上設けるときも同様である。
光吸収材料は、蛍光材料の光吸収が足りない場合に用いるが、必要の無い場合は用いなくても良い。また、光吸収材料は、蛍光性材料の蛍光を消光しないような材料を選べば良い。
本発明の有機EL素子は、直流駆動、パルス駆動とすることも、交流駆動とすることもできる。印加電圧は、通常、2〜30V程度である。
また、電子注入電極と保護電極とを併せた全体の厚さとしては、特に制限はないが、通常100〜1000nm程度とすればよい。
チタンテトライソプロポキシド(A−1:純度99%、酸化チタン換算濃度28.2重量%、日本曹達(株)製)12.4gを4つ口フラスコ中で、トルエン45.0gに溶解し、窒素ガス置換した後に、エタノール/液体窒素バス中で−80℃に冷却した。別に、イオン交換水1.26g(H2O/Ti=1.6(モル比))をイソプロパノール11.3gに混合後、−80〜−70℃に冷却した状態で、上記4つ口フラスコ中へ攪拌しながら滴下した。滴下中は、フラスコ内の液温を−80〜−70℃に維持した。滴下終了後、30分間冷却しながら攪拌後、室温まで攪拌しながら昇温して、無色透明な酸化チタン換算濃度5重量%の部分加水分解溶液である触媒(C−1)を得た。
窒素ガス置換した4つ口フラスコ中で、チタンテトライソプロポキシド(A−1:純度99%、酸化チタン換算濃度28.2重量%、日本曹達(株)製)530gをトルエン1960gに溶解し、エタノール/ドライアイスバスで−15℃に冷却した。別に、イオン交換水30.4g(H2O/Ti=0.9(モル比))をイソプロパノール274gに混合し、上記4つ口フラスコ中へ攪拌しながら90分間で滴下した。滴下中は、フラスコ内の液温を−15〜−10℃に維持した。滴下終了後、−10℃で30分間、室温まで昇温後1時間攪拌を続け、無色透明の液体を得た。この溶液をエタノール/ドライアイスバスで−80℃に冷却し、イオン交換水20.3g(H2O/Ti=0.6(モル比))とイソプロパノール183gの混合溶液を90分間で滴下しながら攪拌した。滴下終了後、3時間かけて室温に戻し、この溶液を90〜100℃で2時間還流し、酸化チタン換算濃度で5重量%の無色透明な部分加水分解溶液である触媒(C−2)を得た。この溶液は、平均粒径が5.6nmでシャープな単分散性のゾルであった。
チタンテトライソプロポキシド(A−1:純度99%、酸化チタン換算濃度28.2重量%、日本曹達(株)製)17.79g(62.6mmol)と脱水トルエン65.319を液温18℃、窒素ガス雰囲気下に、フラスコ中で混合攪拌し溶解した。そこへ水1.69g(93.9mmol、H2O/Ti=1.5(モル比))、脱水イソプロパノール30.42g、脱水トルエン30.42gの混合物(水の濃度は、イソプロパノールとトルエンの混合溶媒に対する水の飽和溶解度の22%に相当する)を液温18〜20℃で攪拌しながら2時間で滴下したところ、淡い黄色透明の溶液が得られた。さらに液温18℃で1.5時間攪拌すると少し黄色が強くなり、その後、2.5時間還流すると無色の透明液となった。溶液の酸化物濃度は3.4重量%であった。この溶液にトルエンを加え、酸化物濃度1.0重量%になるように希釈し、触媒(C−3)を得た。
有機薄膜形成用溶液の調製用のシラン系界面活性剤として、M−1:n−オクタデシルトリメトキシシラン(ODS)(Gelest社製)を用いた。
脱水トルエンにイオン交換水を加え、強く攪拌して、第1表に示す含水トルエンを調製した。この含水トルエンにシラン系界面活性剤M−1を最終濃度が0.5重量%になるように加え、室温で30分間攪拌した。次に、この溶液に触媒C−1〜C−3を、第1表に示す所定量滴下し、滴下終了後、室温で3時間攪拌して、溶液(SA−1〜SA−3)を得た。
パイロゾル法によりガラス基板にITO膜を作成した。即ち、SiO2膜(膜厚150nm)をプレコートしたアルカリガラス基板(250×250×1mm)を500℃に加熱したコンベアー炉の中にベルトコンベアーで投入し、原子比で5%のスズ原子を含む、塩化第2スズ−インジウムアセチルアセトンのアセチルアセトン溶液を霧滴状にして空気をキャリアガスとしてコンベアー炉の中に吹き込み、ガラス基板の表面に接触させて熱分解させることにより、ITO膜を形成させた。得られたITO膜の表面抵抗値は25Ω/□で膜厚は100nmであった。またAFMで膜表面を観察したところ、1μm角内に5nm〜30nmの突起数が100以上観察され、平均表面粗さ(Ra)は1.5nm、最大表面粗さ(Rmax)は18nmであった。またX線回折の結果(400)の面に優先的に配向した膜であり、(400)/(222)のX線強度比は5.82であった。
超音波洗浄及びオゾン洗浄したITO膜付ガラスを、上記の溶液(SA−1)中に、所定時間浸漬後引き上げ、トルエンで10秒間超音波洗浄した後に、60℃で10分間乾燥し、有機薄膜の層を形成した。
上記(7)で作成した有機薄膜の層を有するITO膜付きガラスについて、成膜した日から1日後、7日後の仕事関数をAC−2(理研計器社性)で測定した。その結果を第2表に示す。
本発明により作成された有機薄膜付き透明導電性基板は、仕事関数が高く、またその性質を長時間保持できる。
Claims (28)
- 基板と、該基板表面に形成された透明導電膜と、並びに該透明導電膜上に、式(1):Rn−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、または連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表し、Xは水酸基、ハロゲン原子、C1〜C6のアルコキシ基またはアシルオキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液から形成された有機薄膜の層を有することを特徴とする透明導電性基板。
- 前記触媒が、金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1に記載の透明導電性基板。
- 前記触媒が、(a)金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種と、(b)前記シラン系界面活性剤を含有する組成物であることを特徴とする請求項1または2に記載の透明導電性基板。
- 金属アルコキシド類が、チタンアルコキシド類であることを特徴とする請求項2または3に記載の透明導電性基板。
- チタンアルコキシド類が、チタンテトライソプロポキシドであることを特徴とする請求項4に記載の透明導電性基板。
- 有機薄膜形成用溶液が、炭化水素系溶媒溶液であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の透明導電性基板。
- 炭化水素系溶媒が、トルエンであることを特徴とする請求項6記載の透明導電性基板。
- 有機薄膜形成用溶液中の水分量を50ppmから有機溶媒への飽和水分含量の範囲にするまたは保持することを特徴とする請求項1〜7のいずれか記載の透明導電性基板。
- 前記透明導電膜が、θ/2θ法によるX線回折で(400)/(222)の回折強度比が1.0以上である結晶質導電膜であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の透明導電性基板。
- 結晶質導電膜が、柱状単結晶の集合体であることを特徴とする請求項9に記載の透明導電性基板。
- 結晶質導電膜が、結晶子の長軸方向の大きさが20〜100nmの範囲の結晶集合体であることを特徴とする請求項9または10に記載の透明導電性基板。
- 結晶質導電膜の最大表面粗さが5〜30nmの範囲であることを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の透明導電性基板。
- 結晶質導電膜表面の平均表面粗さが、1〜10nmの範囲であることを特徴とする請求項9〜12のいずれかに記載の透明導電性基板。
- 結晶質導電膜表面における1μm角領域内に存在する5〜30nmの突起数が、100個以上であることを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の透明導電性基板。
- 透明導電膜が、インジウム・スズ酸化物からなることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の透明導電性基板。
- インジウム・スズ酸化物中のスズ原子が基板から膜表面に向かって膜中に均一にブンプしていること特徴とするる請求項1〜15のいずれかに記載の透明導電性基板。
- 透明導電膜が、スプレー熱分解法またはパイロゾル法で製造された導電膜であることを特徴とするる請求項1〜16のいずれかに記載の透明導電性基板。
- 表面に透明導電膜が形成された基板の該透明導電膜と、式(1):Rn−Si−X4−n(式中、Rは置換基を有していてもよいC1〜20の炭化水素基、置換基を有していてもよいC1〜20のハロゲン化炭化水素基、連結基を含むC1〜20の炭化水素基、または連結基を含むC1〜20のハロゲン化炭化水素基を表し、Xは水酸基、ハロゲン原子、C1〜C6のアルコキシ基またはアシルオキシ基を表し、nは1〜3の整数を表す。)で示されるシラン系界面活性剤、及び該シラン系界面活性剤と相互作用し得る触媒を含む有機薄膜形成用溶液とを接触させることで、前記透明導電膜上に有機薄膜の層を形成する工程を有する透明導電性基板の製造方法。
- 前記触媒が、金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項18に記載の透明導電性基板の製造方法。
- 前記触媒が、(a)金属酸化物;金属水酸化物;金属アルコキシド類;キレート化または配位化された金属化合物;金属アルコキシド類部分加水分解生成物;金属アルコキシド類を該金属アルコキシド類の2倍当量以上の水で処理して得られた加水分解生成物;有機酸;シラノール縮合触媒;及び酸触媒から選ばれる少なくとも1種と、(b)前記シラン系界面活性剤を含有する組成物であることを特徴とする請求項18または19に記載の透明導電性基板の製造方法。
- 金属アルコキシド類が、チタンアルコキシド類であることを特徴とする請求項19または20に記載の透明導電性基板の製造方法。
- チタンアルコキシド類が、チタンテトライソプロポキシドであることを特徴とする請求項21に記載の透明導電性基板の製造方法。
- 有機薄膜形成用溶液が、炭化水素系溶媒溶液であることを特徴とする請求項18〜22のいずれかに記載の透明導電性基板の製造方法。
- 炭化水素系溶媒が、トルエンであることを特徴とする請求項23に記載の透明導電性基板の製造方法。
- 有機薄膜形成用溶液中の水分量を50ppmから有機溶媒への飽和水分含量の範囲にするまたは保持することを特徴とする請求項18〜24のいずれかに記載の透明導電性基板の製造方法。
- 互いに対向する2つの電極間に発光層を必須の層として設けた光学的素子において、前記電極の少なくとも一方が、請求項1〜17のいずれかに記載の透明導電性基板からなることを特徴とする光学的素子。
- 前記電極の少なくとも一方が、ホール注入電極であることを特徴とする請求項26に記載の光学的素子。
- 発光層に有機化合物を用いることを特徴とする請求項26または27に記載の光学的素子。
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