JP2013201001A - 積層体並びに該積層体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子、発光ダイオード素子及び光電変換素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】透明基板と透明導電性膜とを有する積層体において、透明導電性膜に直接凹凸を賦形することにより、膜厚が厚く、且つ、所望とする凹凸形状を有する透明導電性膜を備えた積層体を提供する。
【解決手段】本発明の積層体は、透明基板と、該透明基板の一方側に形成された透明導電性膜とを有し、発光素子又は光電変換素子に用いられる積層体であって、前記透明導電性膜は、前記透明基板側の面が平滑であり、透明基板側とは反対側の面に複数の凸部及び/又は凹部を有することを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】本発明の積層体は、透明基板と、該透明基板の一方側に形成された透明導電性膜とを有し、発光素子又は光電変換素子に用いられる積層体であって、前記透明導電性膜は、前記透明基板側の面が平滑であり、透明基板側とは反対側の面に複数の凸部及び/又は凹部を有することを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、透明基板と透明導電性膜とを有し、発光素子又は光電変換素子に用いられる積層体に関する。
従来、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)等に用いられる発光素子には、発光層が放つ光を透過することができ、且つ、発光層へと電圧を印加することができる電極として、透明導電性膜が使用されている。
このような発光素子では、発光層から放たれる光を効率よく外部に取り出すために、透明導電性膜に凹凸を形成することが提案されている。このように凹凸を形成する方法としては、例えば、特許文献1、2に、透明導電性膜が形成される透明基板に予めエッチングによって凹凸を形成しておき、この透明基板の凹凸上に透明導電性膜を蒸着する方法が提案されている(特許文献1(段落[0020]、[0021])、特許文献2(段落[0100])参照)。
ところで、近年、無機酸化物前駆体を塗布した後、加熱・加圧条件下で、型押しを行い、離型後に焼成することで、パターン化した無機酸化物層を形成する方法(以下、「ナノレオロジープリンティング法」)が提案されている(例えば、特許文献3)。しかしながら、このような技術を用いて、発光素子又は光電変換素子に用いられる積層体を製造することについては検討されていなかった。
このような発光素子では、発光層から放たれる光を効率よく外部に取り出すために、透明導電性膜に凹凸を形成することが提案されている。このように凹凸を形成する方法としては、例えば、特許文献1、2に、透明導電性膜が形成される透明基板に予めエッチングによって凹凸を形成しておき、この透明基板の凹凸上に透明導電性膜を蒸着する方法が提案されている(特許文献1(段落[0020]、[0021])、特許文献2(段落[0100])参照)。
ところで、近年、無機酸化物前駆体を塗布した後、加熱・加圧条件下で、型押しを行い、離型後に焼成することで、パターン化した無機酸化物層を形成する方法(以下、「ナノレオロジープリンティング法」)が提案されている(例えば、特許文献3)。しかしながら、このような技術を用いて、発光素子又は光電変換素子に用いられる積層体を製造することについては検討されていなかった。
上記特許文献1、2のように、透明導電性膜に凹凸を形成することで、外部へ取り出せる光の割合を増加できることが知られている。ここで、従来は、予め透明基板に凹凸を形成し、この凹凸に沿って透明導電性膜を形成することにより、透明導電性膜に凹凸を持たせていた。そのため、凹凸形状を維持するためには、透明導電性膜を薄く形成する必要があり、透明導電性膜の表面抵抗率が高くなる傾向があった。また、透明導電性膜の表面抵抗率を低減するためには、透明導電性膜を厚く形成する必要があるが、この場合、透明基板に形成された凹凸が潰れてしまうという問題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、透明基板と透明導電性膜とを有する積層体において、透明導電性膜に直接凹凸を賦形することにより、膜厚が厚く、且つ、所望とする凹凸形状を有する透明導電性膜を備えた積層体を提供することを目的とする。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、透明基板と透明導電性膜とを有する積層体において、透明導電性膜に直接凹凸を賦形することにより、膜厚が厚く、且つ、所望とする凹凸形状を有する透明導電性膜を備えた積層体を提供することを目的とする。
上記課題を解決することができた本発明の積層体は、透明基板と、該透明基板の一方側に形成された透明導電性膜とを有し、発光素子又は光電変換素子に用いられる積層体であって、前記透明導電性膜は、前記透明基板側の面が平滑であり、透明基板側とは反対側の面に複数の凸部及び/又は凹部を有することを特徴とする。
また、本発明の積層体は、透明基板と、該透明基板の一方側に形成された透明導電性膜とを有し、発光素子又は光電変換素子に用いられる積層体であって、熱処理により導電性材料を生じる塗布液を準備する調製工程;透明基板上に、前記塗布液を塗工し、塗布膜を形成する塗布工程;前記塗布膜に型押して賦形する型押し工程;及び、賦形した塗布膜を熱処理し透明導電性膜を形成する熱処理工程を経て形成されたことを特徴とする。
また、本発明の積層体は、透明基板と、該透明基板の一方側に形成された透明導電性膜とを有し、発光素子又は光電変換素子に用いられる積層体であって、熱処理により導電性材料を生じる塗布液を準備する調製工程;透明基板上に、前記塗布液を塗工し、塗布膜を形成する塗布工程;前記塗布膜に型押して賦形する型押し工程;及び、賦形した塗布膜を熱処理し透明導電性膜を形成する熱処理工程を経て形成されたことを特徴とする。
本発明には、前記積層体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子、発光ダイオード素子及び光電変換素子も含まれる。
本発明の積層体は、透明導電性膜に直接凹凸を賦形しているため、透明導電性膜の膜厚が厚く、且つ、凹凸形状をより高度に制御できる。
1.積層体
本発明の積層体は、透明基板と、該透明基板の一方側に形成された透明導電性膜とを有しており、主に、発光素子又は光電変換素子に用いられる。
そして、本発明の積層体は、前記透明導電性膜が、前記透明基板側の面が平滑であり、透明基板側とは反対側の面に複数の凸部及び/又は凹部を有している。
透明基板側と反対側の面に凹凸を有することにより、例えば、有機EL素子に使用した場合には、発光層側に凹凸が配されるようになり、光の取り出し効率がより向上する。
本発明の積層体は、透明基板と、該透明基板の一方側に形成された透明導電性膜とを有しており、主に、発光素子又は光電変換素子に用いられる。
そして、本発明の積層体は、前記透明導電性膜が、前記透明基板側の面が平滑であり、透明基板側とは反対側の面に複数の凸部及び/又は凹部を有している。
透明基板側と反対側の面に凹凸を有することにより、例えば、有機EL素子に使用した場合には、発光層側に凹凸が配されるようになり、光の取り出し効率がより向上する。
また、後述するように本発明の積層体は、透明導電性膜に直接所望とするパターンを転写することにより製造される。換言すると、熱処理により導電性材料を生じる塗布液を準備する調製工程;透明基板上に、前記塗布液を塗工し、塗布膜を形成する塗布工程;前記塗布膜に型押して賦形する型押し工程;及び、賦形した塗布膜を熱処理し透明導電性膜を形成する熱処理工程を経て形成された積層体である。
このように、本発明の積層体1は、透明基板2の表面に、透明導電性膜3の前駆体となる塗布膜を形成し、この塗布膜に直接所望とするパターンを転写している。そのため、図1に示すように、透明導電性膜3に所望のパターンを形成するとともに、透明導電性膜3自体に十分な厚みを持たせて、その表面抵抗率を低減することができる。
なお、従来のように、透明基板2に予め凹凸を形成しておく方法では、凹凸を維持するためには、図2に示すように透明導電性膜3を薄く形成する必要があるため、表面抵抗率が高くなる傾向がある。また、透明導電性膜3を厚く形成すると、図3に示すように、透明導電性膜3によって、透明基板2に形成された凹凸が潰れるという問題がある。
前記透明基板としては、透明なものであれば特に限定されず、例えば、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス、ソーダガラス、無アルカリガラス等の無機ガラス;ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン;ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)等のポリエステル;環状オレフィン開環重合/水素添加体(COP)、環状オレフィン共重合体(COC)等の環状オレフィン系樹脂;ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等のアクリル樹脂;等から形成されるシート、フィルムが挙げられる。
本発明では、後述するように透明導電性膜に直接凹凸を形成しているため、透明基板は、両面が平滑なものを使用することができる。つまり、透明基板に凹凸を形成する必要が無いため、透明基板の機械的強度を高く維持することができ、積層体自体の強度も高くなる。なお、透明基板は、透明導電性膜が形成されている側と反対側の面に凹凸を形成してもよい。この凹凸は、透明基板に直接形成してもよいし、凹凸を有するフィルム等を積層してもよい。凹凸を形成することにより、例えば有機EL素子に用いた場合、光取り出し効率を一層向上できる。
本発明では、後述するように透明導電性膜に直接凹凸を形成しているため、透明基板は、両面が平滑なものを使用することができる。つまり、透明基板に凹凸を形成する必要が無いため、透明基板の機械的強度を高く維持することができ、積層体自体の強度も高くなる。なお、透明基板は、透明導電性膜が形成されている側と反対側の面に凹凸を形成してもよい。この凹凸は、透明基板に直接形成してもよいし、凹凸を有するフィルム等を積層してもよい。凹凸を形成することにより、例えば有機EL素子に用いた場合、光取り出し効率を一層向上できる。
前記透明導電性膜としては、例えば、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、亜鉛ドープ酸化インジウム(IZO)、酸化インジウム(In2O3)等の酸化インジウム系透明導電性膜、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、酸化亜鉛(ZnO)等の酸化亜鉛系透明導電性膜、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、酸化錫(SnO2)、一酸化錫(SnO)等の酸化錫系透明導電性膜、ニオブドープ酸化チタン、タンタルドープ酸化チタン等の酸化チタン系透明導電性膜、酸化ルテニウム(RuO2)、酸化イリジウム(IrO2)等の酸化物導電体材料;インジウムガリウム亜鉛複合酸化物(IGZO)、ガリウムドープ酸化インジウム(In−Ga−O(IGO))、インジウムドープ酸化亜鉛(In−Zn−O(IZO))などのアモルファス導電性酸化物材料;チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、ニオブドープチタン酸ストロンチウム(Nb−SrTiO3)、ストロンチウムバリウム複合酸化物(SrBaO3)、ストロンチウムカルシウム複合酸化物(SrCaO3)、ルテニウム酸ストロンチウム(SrRuO2)、酸化ニッケルランタン(LaNiO3)、酸化チタンランタン(LaTiO3)、酸化銅ランタン(LaCuO3)、酸化ニッケルネオジム(NdNiO3)、酸化ニッケルイットリウム(YNiO3)、酸化ランタンカルシウムマンガン複合酸化物(LCMO)、鉛酸バリウム(BaPbO3)、LSCO(LaxSr1-xCuO3)、LSMO(La1-xSrxMnO3)、YBCO(YBa2Cu3O7-x)、LNTO(La(Ni1-xTix)O3)、LSTO((La1-x,Srx)TiO3)、STRO(Sr(Ti1-xRux)O3)その他のペロブスカイト型導電性酸化物又はパイロクロア型導電性酸化物等が挙げられる。
透明性の観点から、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、亜鉛ドープ酸化インジウム(IZO)、酸化インジウム(In2O3)等の酸化インジウム系透明導電性膜、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、酸化亜鉛(ZnO)等の酸化亜鉛系透明導電性膜、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、酸化錫(SnO2)、一酸化錫(SnO)等の酸化錫系透明導電性膜、ニオブドープ酸化チタン、タンタルドープ酸化チタン等の酸化チタン系透明導電性膜が好ましい。
透明性の観点から、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、亜鉛ドープ酸化インジウム(IZO)、酸化インジウム(In2O3)等の酸化インジウム系透明導電性膜、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、酸化亜鉛(ZnO)等の酸化亜鉛系透明導電性膜、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、アンチモンドープ酸化錫(ATO)、酸化錫(SnO2)、一酸化錫(SnO)等の酸化錫系透明導電性膜、ニオブドープ酸化チタン、タンタルドープ酸化チタン等の酸化チタン系透明導電性膜が好ましい。
前記凸部、凹部の形状は特に限定されず、例えば、多角柱形、多角錐形、多角錐台形、円柱形、円錐形、円錐台形、モスアイ形状、複数の突条が略平行に延設されたストライプ形状等、またはこれらの形状の組み合わせが挙げられる。前記モスアイ形状とは、凸部の高さ方向の断面形状が「放物線形状」、「y=cos2xで表される形状」、「ガウス関数となる形状」等に形成された形状であり、断面形状が制御されていない円柱形状とは異なる。前記ストライプ形状において、前記突条の基板法線方向を含む断面形状としては、三角形、四角形、台形等が挙げられる。上記形状の組み合わせとしては、主となる形状の表面に細かな形状が形成されている複合形状(例えば、円柱形の表層にモスアイ形状が形成された複合形状)等が挙げられる。
モスアイ形状、円錐形等は、エッチング等の従来の手法では、作製することが非常に困難であるが、本発明のようにナノレオロジープリンティング法を採用すれば、モールドを変更するだけで、容易に形成できる。特に、上述したような複合形状は、従来のエッチングでは実現できなかったが、ナノレオロジープリンティング法により作製される本発明の積層体であれば、このような複合形状も実現できる。
モスアイ形状、円錐形等は、エッチング等の従来の手法では、作製することが非常に困難であるが、本発明のようにナノレオロジープリンティング法を採用すれば、モールドを変更するだけで、容易に形成できる。特に、上述したような複合形状は、従来のエッチングでは実現できなかったが、ナノレオロジープリンティング法により作製される本発明の積層体であれば、このような複合形状も実現できる。
前記凸部、凹部は、その基底面の平均円相当径(ストライプ形状の場合は断面に於ける基底辺の長さ)が100μm以下、好ましくは1μm以下、より好ましくは500nm以下である。なお、前記平均円相当径の下限は特に限定されないが、50nm程度である。本発明において、平均円相当径とは、各凸部、凹部について基底面形状(平面視形状)の面積を測定し、それらの平均面積を求め、該平均面積から算出される円相当径である。
前記凸部又は凹部の平均高さ又は平均深さは、10nm以上が好ましく、より好ましくは30nm以上、さらに好ましくは50nm以上であり、1μm以下が好ましく、より好ましくは500nm以下、さらに好ましくは200nm以下である。
前記凸部又は凹部は、その基底面の平均円相当径と、平均高さ又は平均深さとの比(平均高さ又は平均深さ/平均円相当径)が0.2以上、好ましくは0.5以上であり、10以下が好ましく、より好ましくは8以下、さらに好ましくは5以下である。前記比が10以下であれば、凸部が自立することができ、折れや倒れ等が抑制される。
前記透明導電性膜の厚さは、30nm以上が好ましく、より好ましくは50nm以上、さらに好ましくは100nm以上であり、5μm以下が好ましく、より好ましくは1μm以下、さらに好ましくは500nm以下である。膜厚が30nm以上であれば、透明導電性膜の表面抵抗率をより低減することができる。また、膜厚が5μm以下であれば、透過率が良好となる。透明導電性膜の厚さは、透明導電性膜が凸部を有する場合は、凸部が形成されていない部分の厚さを測定し、凹部を有する場合は、凹部の最深部における厚さを測定する。
2.積層体の製造方法
次に、前記積層体の製造方法の一例を説明する。
前記積層体の製造方法としては、熱処理により導電性材料を生じる塗布液を準備する調製工程;透明基板上に、前記塗布液を塗工し、塗布膜を形成する塗布工程;前記塗布膜に型押して賦形する型押し工程;及び、賦形した塗布膜を熱処理し透明導電性膜を形成する熱処理工程を含む製造方法が挙げられる。
次に、前記積層体の製造方法の一例を説明する。
前記積層体の製造方法としては、熱処理により導電性材料を生じる塗布液を準備する調製工程;透明基板上に、前記塗布液を塗工し、塗布膜を形成する塗布工程;前記塗布膜に型押して賦形する型押し工程;及び、賦形した塗布膜を熱処理し透明導電性膜を形成する熱処理工程を含む製造方法が挙げられる。
2−1.調製工程
調製工程では、熱処理により透明導電性膜を形成し得る原料と溶剤とを混合して、塗布液を調製する。
前記原料としては、例えば、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Nd、Ti、Nb、Ta、Mn、Ru、Ir、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、In、Sn、Pbのアルコキシド、塩、これらの誘導体や錯体などが挙げられる。
アルコキシドとしては、例えば、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド等が挙げられる。塩としては、例えば、ハロゲン化物、蟻酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、硫酸塩、過塩素酸塩等が挙げられる。また、誘導体としては、例えば、水和物、中和または加水分解により得られる水酸化物や、金属アルコキシドの部分加水分解縮合物等が挙げられる。錯体としては、例えば、α−またはβ−ジケトン類、α−またはβ − ケト酸類、α−またはβ−ケト酸エステル類、アミノアルコール類等とのキレート化合物が挙げられる。
具体的には、スズブトキシド等のアルコキシスズ、ジンクイソプロポキシド、ジンクブトキシド等のアルコキシジンク、インジウムイソプロポキシド、インジウムブトキシド等のアルコキシインジウム等の金属アルコキシド;硝酸亜鉛、硝酸インジウム等の硝酸塩、硫酸亜鉛、硫酸インジウム等の硫酸塩、過塩素酸インジウム等の過塩素酸塩等の金属塩;フッ化亜鉛、フッ化インジウム等のフッ化物、塩化亜鉛、塩化インジウム等の塩化物、臭化亜鉛、臭化インジウム等の臭化物、ヨウ化亜鉛、ヨウ化インジウム等のヨウ化物等の金属ハロゲン化物;ジンクアセチルアセトナート、インジウムアセチルアセトナート等の金属キレート等が挙げられる。これらの原料は、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
調製工程では、熱処理により透明導電性膜を形成し得る原料と溶剤とを混合して、塗布液を調製する。
前記原料としては、例えば、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Nd、Ti、Nb、Ta、Mn、Ru、Ir、Ni、Cu、Zn、Al、Ga、In、Sn、Pbのアルコキシド、塩、これらの誘導体や錯体などが挙げられる。
アルコキシドとしては、例えば、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ブトキシド等が挙げられる。塩としては、例えば、ハロゲン化物、蟻酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、硫酸塩、過塩素酸塩等が挙げられる。また、誘導体としては、例えば、水和物、中和または加水分解により得られる水酸化物や、金属アルコキシドの部分加水分解縮合物等が挙げられる。錯体としては、例えば、α−またはβ−ジケトン類、α−またはβ − ケト酸類、α−またはβ−ケト酸エステル類、アミノアルコール類等とのキレート化合物が挙げられる。
具体的には、スズブトキシド等のアルコキシスズ、ジンクイソプロポキシド、ジンクブトキシド等のアルコキシジンク、インジウムイソプロポキシド、インジウムブトキシド等のアルコキシインジウム等の金属アルコキシド;硝酸亜鉛、硝酸インジウム等の硝酸塩、硫酸亜鉛、硫酸インジウム等の硫酸塩、過塩素酸インジウム等の過塩素酸塩等の金属塩;フッ化亜鉛、フッ化インジウム等のフッ化物、塩化亜鉛、塩化インジウム等の塩化物、臭化亜鉛、臭化インジウム等の臭化物、ヨウ化亜鉛、ヨウ化インジウム等のヨウ化物等の金属ハロゲン化物;ジンクアセチルアセトナート、インジウムアセチルアセトナート等の金属キレート等が挙げられる。これらの原料は、単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
塗布液中の前記原料成分の含有量は、0.1質量%以上が好ましく、より好ましくは1質量%以上であり、50質量%以下が好ましく、より好ましくは30質量%以下である。上記範囲内であれば、塗布液において原料成分の不均一な析出を防止できるとともに、良好な塗布性を確保できる。
前記溶剤としては、前記原料成分を溶解し得るものであれば特に限定されず、例えば、炭化水素溶剤、アルコール溶剤、ケトン溶剤、エーテル溶剤、エステル溶剤、極性溶剤等の有機溶剤が挙げられる。
前記炭化水素溶剤としては、例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、n−オクタン、n−デカン、ジシクロペンタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等が挙げられる。前記アルコール溶剤としては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ブタノール等の脂肪族アルコール;ダイアセトンアルコール等のケトン系アルコール;エチレングリコール等の多価アルコールが挙げられる。前記ケトン溶剤としては、例えば、アセチルアセトン等のジケトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン(MIBK)、シクロヘキサノンが挙げられる。前記エーテル溶剤としては、例えば、ジプロピルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル(2−メトキシエタノール)、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチルエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,2−ジメトキシエタン、p−ジオキサン等が挙げられる。前記エステル溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル等が挙げられる。前記極性溶剤としては、例えば、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらの溶剤は、単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
塗布液は、上記の各成分を混合することで調製できる。混合方法は特に限定されず、例えば、通常攪拌装置、高速攪拌装置、コロイドミル又はホモジナイザーのような剪断分散装置等従来公知の分散手段を採用すればよく、必要に応じて超音波を併用してもよい。
2−2.塗布工程
塗布工程では、前記透明基板上に、前記塗布液を塗工し、乾燥させることで塗布膜を形成する。
塗布液を塗布する方法は、特に限定されず、例えば、スピンコート法、ロールコート法、カーテンコート法、ディップコート法、スプレー法等が挙げられる。なお、透明基板上への塗布液の塗布量は、所望とする凹凸形状に応じて、適宜調整すればよい。
また、塗布膜は、異なる組成を有する塗布膜を2層以上形成してもよい。これにより、透明導電性膜内で屈折率に差を持たせることができ、より精密な光学制御が可能となる。
従来のように、スパッタリング等により透明導電性膜を形成する場合、透明導電性膜を多層構造とするには作業が非常に煩雑であったが、ナノレオロジープリンティング法を採用する場合には容易に多層構造にできる。塗布膜を多層とする場合、カーテンコート法等により塗布液を多層塗布すればよい。
塗布工程では、前記透明基板上に、前記塗布液を塗工し、乾燥させることで塗布膜を形成する。
塗布液を塗布する方法は、特に限定されず、例えば、スピンコート法、ロールコート法、カーテンコート法、ディップコート法、スプレー法等が挙げられる。なお、透明基板上への塗布液の塗布量は、所望とする凹凸形状に応じて、適宜調整すればよい。
また、塗布膜は、異なる組成を有する塗布膜を2層以上形成してもよい。これにより、透明導電性膜内で屈折率に差を持たせることができ、より精密な光学制御が可能となる。
従来のように、スパッタリング等により透明導電性膜を形成する場合、透明導電性膜を多層構造とするには作業が非常に煩雑であったが、ナノレオロジープリンティング法を採用する場合には容易に多層構造にできる。塗布膜を多層とする場合、カーテンコート法等により塗布液を多層塗布すればよい。
塗布液を乾燥させる温度は、80℃以上が好ましく、より好ましくは90℃以上、さらに好ましくは100℃以上であり、200℃以下が好ましく、より好ましくは180℃以下、さらに好ましくは150℃以下である。乾燥温度が80℃以上であれば、塗布液を十分乾燥させることができる。また、乾燥温度が200℃以下であれば、塗布膜が硬化してしまうことが抑制される。
乾燥時間は、0.5分間以上が好ましく、より好ましくは1分間以上、さらに好ましくは3分間以上であり、30分間以下が好ましく、より好ましくは10分間以下、さらに好ましくは7分間以下である。
なお、塗布液を乾燥させる際は、使用している溶剤の種類や量に応じて、予備乾燥を行ってもよい。予備乾燥を行う場合、温度は60℃〜100℃程度とし、時間は5秒間〜30秒間程度が好ましい。
2−3.型押し工程
型押し工程では、前記塗布膜にモールドを押圧して、塗布膜に所望とする凹凸形状を賦形する。
前記モールドの材質としては、前記基板を構成する材料として例示したものや、カーボン;金、銀、銅、シリコン、ニッケル、チタン、アルミニウム、タングステン等の金属;表面が酸化処理されたこれらの金属;ポリジメチルシロキサン等のゴム型が使用できる。これらの中でも、微細なパターンの形成が可能であること、加工性等の観点から、シリコン、石英、酸化膜付きシリコン、金属、ポリジメチルシロキサン等が好ましい。
前記モールド及び乾燥塗布膜には、予め離型処理を施しておいてもよい。ここで使用することのできる離型剤としては、例えば、フッ素含有シランカップリング剤、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤等の界面活性剤、フッ素含有ダイヤモンドライクカーボン等が挙げられる。
型押し工程では、前記塗布膜にモールドを押圧して、塗布膜に所望とする凹凸形状を賦形する。
前記モールドの材質としては、前記基板を構成する材料として例示したものや、カーボン;金、銀、銅、シリコン、ニッケル、チタン、アルミニウム、タングステン等の金属;表面が酸化処理されたこれらの金属;ポリジメチルシロキサン等のゴム型が使用できる。これらの中でも、微細なパターンの形成が可能であること、加工性等の観点から、シリコン、石英、酸化膜付きシリコン、金属、ポリジメチルシロキサン等が好ましい。
前記モールド及び乾燥塗布膜には、予め離型処理を施しておいてもよい。ここで使用することのできる離型剤としては、例えば、フッ素含有シランカップリング剤、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤等の界面活性剤、フッ素含有ダイヤモンドライクカーボン等が挙げられる。
前記モールドを押圧する際には、塗布膜を加熱しておくことが好ましい。
モールドを押圧する際の塗布膜の温度は、前記乾燥温度よりも高いことが好ましい。また、押圧時の塗布膜の温度は、80℃以上が好ましく、より好ましくは100℃以上、さらに好ましくは150℃以上であり、300℃以下が好ましく、より好ましくは250℃以下、さらに好ましくは200℃以下である。押圧時の塗布膜の温度を80℃以上とすることにより、塗布膜を軟化させることができ、パターンの転写性をより向上させることができる。なお、塗布膜を上記温度範囲に加熱した状態で長時間放置すると、塗布膜の硬化が進みすぎてしまうため、所定の温度に加熱したら直ちにモールドを押圧することが好ましい。また、モールド自体についても、上記温度範囲に加温しておくことも好ましい。
モールドを押圧する際の塗布膜の温度は、前記乾燥温度よりも高いことが好ましい。また、押圧時の塗布膜の温度は、80℃以上が好ましく、より好ましくは100℃以上、さらに好ましくは150℃以上であり、300℃以下が好ましく、より好ましくは250℃以下、さらに好ましくは200℃以下である。押圧時の塗布膜の温度を80℃以上とすることにより、塗布膜を軟化させることができ、パターンの転写性をより向上させることができる。なお、塗布膜を上記温度範囲に加熱した状態で長時間放置すると、塗布膜の硬化が進みすぎてしまうため、所定の温度に加熱したら直ちにモールドを押圧することが好ましい。また、モールド自体についても、上記温度範囲に加温しておくことも好ましい。
モールドを押圧する際の押圧力は、1MPa以上が好ましく、より好ましくは5MPa以上、さらに好ましくは7MPa以上であり、20MPa以下が好ましく、より好ましくは15MPa以下、さらに好ましくは12MPa以下である。押圧力が1MPa以上であれば、塗布膜にモールドのパターン形状をより確実に転写できる。
前記モールドを押圧した状態での保持時間は、1分以上が好ましく、より好ましくは3分以上であり、30分以下が好ましく、より好ましくは20分以下である。
前記温度で所定時間保持した後、100℃以下まで放冷する。
前記モールドを押圧した状態での保持時間は、1分以上が好ましく、より好ましくは3分以上であり、30分以下が好ましく、より好ましくは20分以下である。
前記温度で所定時間保持した後、100℃以下まで放冷する。
2−4.熱処理工程
熱処理工程では、賦形した塗布膜を熱処理し、透明導電性膜を形成する。
前記塗布膜を熱処理する温度は、モールドを押圧する際の温度よりも高いことが好ましい。
熱処理(焼成)温度は、200℃以上が好ましく、より好ましくは300℃以上であり、800℃以下が好ましく、より好ましくは600℃以下である。焼成温度が200℃未満であると、透明導電性膜の前駆体の反応が十分に進まない、あるいは、有機分が残留する場合がある。焼成温度が800℃を超えると、転写したパターンが崩れる場合がある。
焼成時間は、10分以上が好ましく、より好ましくは30分以上であり、240分以下が好ましく、より好ましくは120分以上である。
焼成は、一段階で行ってもよいが、異なる温度で2段階以上の多段階で行ってもよい。また、焼成中に焼成温度を連続的に変化させてもよい。
焼成は、真空下、窒素ガス等の不活性雰囲気下、水素ガス等の還元性ガス存在下で行うことも好ましい。このような雰囲気下で焼成することで、透明導電性膜を構成する酸化物中に酸素欠陥を発生させることができ、導電性を一層向上できる。
熱処理工程では、賦形した塗布膜を熱処理し、透明導電性膜を形成する。
前記塗布膜を熱処理する温度は、モールドを押圧する際の温度よりも高いことが好ましい。
熱処理(焼成)温度は、200℃以上が好ましく、より好ましくは300℃以上であり、800℃以下が好ましく、より好ましくは600℃以下である。焼成温度が200℃未満であると、透明導電性膜の前駆体の反応が十分に進まない、あるいは、有機分が残留する場合がある。焼成温度が800℃を超えると、転写したパターンが崩れる場合がある。
焼成時間は、10分以上が好ましく、より好ましくは30分以上であり、240分以下が好ましく、より好ましくは120分以上である。
焼成は、一段階で行ってもよいが、異なる温度で2段階以上の多段階で行ってもよい。また、焼成中に焼成温度を連続的に変化させてもよい。
焼成は、真空下、窒素ガス等の不活性雰囲気下、水素ガス等の還元性ガス存在下で行うことも好ましい。このような雰囲気下で焼成することで、透明導電性膜を構成する酸化物中に酸素欠陥を発生させることができ、導電性を一層向上できる。
3.積層体の用途
本発明の積層体は、有機エレクトロルミネッセンスやLED(Light Emitting Diode)、半導体レーザー、無機エレクトロルミネッセンス等の発光素子における光取り出しを向上させる光学体;各種太陽電池、フォトダイオード等の光電変換素子における光取り入れを向上させる光学体;に好適である。
本発明の積層体は、有機エレクトロルミネッセンスやLED(Light Emitting Diode)、半導体レーザー、無機エレクトロルミネッセンス等の発光素子における光取り出しを向上させる光学体;各種太陽電池、フォトダイオード等の光電変換素子における光取り入れを向上させる光学体;に好適である。
本発明の積層体を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子、発光ダイオード素子、光電変換素子を製造する方法は、従来公知の方法を採用すればよい。また、これらの素子に使用される電極、発光層等は、従来公知のものが使用可能である。
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記実施例によって限定されるものではなく、前・後記の趣旨に適合しうる範囲で適宜変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
1.評価方法
1−1.パターン転写性
焼成後の透明導電性膜を、走査型電子顕微鏡(SEM、日本電子社製)及び原子間力顕微鏡(AFM、ビーコ社製)で観察し、下記のように評価した。
○:幅150nm以下の凸部も、潰れることなく形成されている。
△:幅300nm以上の凸部は潰れることなく形成されているが、幅150nm以下の凸部は潰れている。
×:幅800nm以上の凸部は潰れることなく形成されているが、幅500nm以下の凸部は潰れている。
1−1.パターン転写性
焼成後の透明導電性膜を、走査型電子顕微鏡(SEM、日本電子社製)及び原子間力顕微鏡(AFM、ビーコ社製)で観察し、下記のように評価した。
○:幅150nm以下の凸部も、潰れることなく形成されている。
△:幅300nm以上の凸部は潰れることなく形成されているが、幅150nm以下の凸部は潰れている。
×:幅800nm以上の凸部は潰れることなく形成されているが、幅500nm以下の凸部は潰れている。
1−2.導電性
製造例で得られた積層体について、透明導電性膜の表面抵抗率を、抵抗率計(三菱化学アナリテック社製、「ロレスタGP」)を用いて測定した。
測定試料の作製は、モールドをナノインプリント用モールド(NTT−AT社製、NIM−100UD(石英))に変更したこと以外は、各製造例と同様に行った。モールドが有する解像性評価パターンは以下のとおりである。
領域サイズ 8mm角
種類 ドット凸
ホール幅 100nm
デューティー比 1:1
深さ 100nm
製造例で得られた積層体について、透明導電性膜の表面抵抗率を、抵抗率計(三菱化学アナリテック社製、「ロレスタGP」)を用いて測定した。
測定試料の作製は、モールドをナノインプリント用モールド(NTT−AT社製、NIM−100UD(石英))に変更したこと以外は、各製造例と同様に行った。モールドが有する解像性評価パターンは以下のとおりである。
領域サイズ 8mm角
種類 ドット凸
ホール幅 100nm
デューティー比 1:1
深さ 100nm
1−3.透過率
積層体の全光線透過率をヘイズメーター(日本電色工業社製、型式「NDH−5000」)を用いて測定した。
測定試料の作製は、モールドをナノインプリント用モールド(NTT−AT社製、NIM−100UD(石英))に変更したこと以外は、各製造例と同様に行った。得られた積層体1は、図1に示すように、透明基板2と透明導電性膜3から構成されている。透明導電性膜3の厚さ(凹部4の最深部における厚さ)は、20nmであった。なお、製造例4、5について、透明導電性膜3の厚さは、透明基板2の平坦部(凹部が形成されていない部分)上の膜厚を測定した。透明導電性膜3の厚さは、製造例4は20nm、製造例5は80nmであった。
そして、これらの積層体について、凹凸パターンが形成された部分(ホール部、平坦部を含む部分)について、全光線透過率を測定した。
積層体の全光線透過率をヘイズメーター(日本電色工業社製、型式「NDH−5000」)を用いて測定した。
測定試料の作製は、モールドをナノインプリント用モールド(NTT−AT社製、NIM−100UD(石英))に変更したこと以外は、各製造例と同様に行った。得られた積層体1は、図1に示すように、透明基板2と透明導電性膜3から構成されている。透明導電性膜3の厚さ(凹部4の最深部における厚さ)は、20nmであった。なお、製造例4、5について、透明導電性膜3の厚さは、透明基板2の平坦部(凹部が形成されていない部分)上の膜厚を測定した。透明導電性膜3の厚さは、製造例4は20nm、製造例5は80nmであった。
そして、これらの積層体について、凹凸パターンが形成された部分(ホール部、平坦部を含む部分)について、全光線透過率を測定した。
2.積層体の製造
2−1.製造例1
塗布液の調製
塩化インジウム(III)(InCl3) 22.1gを2−メトキシエタノール77.9gに溶解させた溶液と、インジウム(III)アセチルアセトナート(In(acac)3) 29.2gを1−プロピオン酸70.8gに溶解させた溶液とを混合し、塗布液Aを調製した。
2−1.製造例1
塗布液の調製
塩化インジウム(III)(InCl3) 22.1gを2−メトキシエタノール77.9gに溶解させた溶液と、インジウム(III)アセチルアセトナート(In(acac)3) 29.2gを1−プロピオン酸70.8gに溶解させた溶液とを混合し、塗布液Aを調製した。
塗布工程
ガラス基板(材質:石英、厚さ:700μm、両面ともに平滑)に、スピンコートを用いて2,000rpm、25秒の条件で、塗布液Aを塗布した。塗布後、100℃で10秒間予備乾燥した後、150℃で5分乾燥を行い、塗布膜を形成した。
ガラス基板(材質:石英、厚さ:700μm、両面ともに平滑)に、スピンコートを用いて2,000rpm、25秒の条件で、塗布液Aを塗布した。塗布後、100℃で10秒間予備乾燥した後、150℃で5分乾燥を行い、塗布膜を形成した。
型押し工程
微細転写装置(東芝機械社製、型式「ST50」)を使用した。転写は、塗布膜を形成した基板を、微細転写機械に設置し、180℃まで加熱した後、180℃の温度を保持しながら10MPaの圧力で5分間行った。その後、80℃に冷却後、離型した。
なお、モールドには、ナノインプリント用モールド(NTT−AT社製、NIM−100H RESO(石英))を使用した。モールドが有する解像性評価パターンは以下のとおりである。
領域サイズ 9mm角
種類 ホール凹
ホール幅 100、120、150、200、300、500、800、1000、3000nm
デューティー比 1:1、1:2、1:3
深さ 200nm
微細転写装置(東芝機械社製、型式「ST50」)を使用した。転写は、塗布膜を形成した基板を、微細転写機械に設置し、180℃まで加熱した後、180℃の温度を保持しながら10MPaの圧力で5分間行った。その後、80℃に冷却後、離型した。
なお、モールドには、ナノインプリント用モールド(NTT−AT社製、NIM−100H RESO(石英))を使用した。モールドが有する解像性評価パターンは以下のとおりである。
領域サイズ 9mm角
種類 ホール凹
ホール幅 100、120、150、200、300、500、800、1000、3000nm
デューティー比 1:1、1:2、1:3
深さ 200nm
熱処理工程
モールドから離型した後、450℃に設定したホットプレート上で、10分間焼成した。その後、ランプ加熱装置(アルバック理工社製)を用いて、真空中にて500℃で30分間焼成して積層体を得た。得られた積層体について、パターン転写性、導電性、透過率を評価し、結果を表1に示した。
モールドから離型した後、450℃に設定したホットプレート上で、10分間焼成した。その後、ランプ加熱装置(アルバック理工社製)を用いて、真空中にて500℃で30分間焼成して積層体を得た。得られた積層体について、パターン転写性、導電性、透過率を評価し、結果を表1に示した。
2−2.製造例2
塩化インジウム(III)(InCl3) 22.1gを2−メトキシエタノール77.9gに溶解させた溶液と、インジウム(III)アセチルアセトナート(In(acac)3) 29.2gを1−プロピオン酸70.8gに溶解させた溶液とを混合した。さらに、錫(II)アセチルアセトナート(Sn(acac)2)0.54gを1−プロピオン酸1.5gに溶解させた溶液を加えて塗布液Bを調製した。
塗布液Aを、塗布液Bに変更したこと以外は、製造例1と同様にして積層体を作製した。評価結果を表1に示した。
塩化インジウム(III)(InCl3) 22.1gを2−メトキシエタノール77.9gに溶解させた溶液と、インジウム(III)アセチルアセトナート(In(acac)3) 29.2gを1−プロピオン酸70.8gに溶解させた溶液とを混合した。さらに、錫(II)アセチルアセトナート(Sn(acac)2)0.54gを1−プロピオン酸1.5gに溶解させた溶液を加えて塗布液Bを調製した。
塗布液Aを、塗布液Bに変更したこと以外は、製造例1と同様にして積層体を作製した。評価結果を表1に示した。
2−3.製造例3
塩化インジウム(III)(InCl3) 22.1gを2−メトキシエタノール77.9gに溶解させた溶液と、インジウム(III)アセチルアセトナート(In(acac)3) 29.2gを1−プロピオン酸70.8gに溶解させた溶液とを混合した。さらに、錫(II)アセチルアセトナート(Sn(acac)2)2.7gを1−プロピオン酸7.3gに溶解させた溶液を加えて塗布液Cを調製した。
塗布液Aを、塗布液Cに変更したこと以外は、製造例1と同様にして積層体を作製した。評価結果を表1に示した。
塩化インジウム(III)(InCl3) 22.1gを2−メトキシエタノール77.9gに溶解させた溶液と、インジウム(III)アセチルアセトナート(In(acac)3) 29.2gを1−プロピオン酸70.8gに溶解させた溶液とを混合した。さらに、錫(II)アセチルアセトナート(Sn(acac)2)2.7gを1−プロピオン酸7.3gに溶解させた溶液を加えて塗布液Cを調製した。
塗布液Aを、塗布液Cに変更したこと以外は、製造例1と同様にして積層体を作製した。評価結果を表1に示した。
2−4.製造例4
塗布工程
スミペックス(登録商標)LG21(住友化学社製、重量平均分子量8万、Tg105℃)の8質量%メチルイソブチルケトン溶液を、ガラス基板(材質:石英、厚さ:700μm、両面ともに平滑)に、スピンコートを用いて2,000rpm、25秒の条件で塗布した。塗布後、100℃で5分乾燥を行い、塗布膜を形成した。
塗布工程
スミペックス(登録商標)LG21(住友化学社製、重量平均分子量8万、Tg105℃)の8質量%メチルイソブチルケトン溶液を、ガラス基板(材質:石英、厚さ:700μm、両面ともに平滑)に、スピンコートを用いて2,000rpm、25秒の条件で塗布した。塗布後、100℃で5分乾燥を行い、塗布膜を形成した。
型押し工程
微細転写装置(東芝機械社製、型式「ST50」)を使用した。転写は、塗布膜を形成した基板を、微細転写機械に設置し、130℃まで加熱した後、130℃の温度を保持しながら10MPaの圧力で5分間行った。その後、80℃に冷却後、離型し、表面に凹凸を賦形した透明基板を得た。
なお、モールドには、ナノインプリント用モールド(NTT−AT社製、NIM−100H RESO(石英))を使用した。
微細転写装置(東芝機械社製、型式「ST50」)を使用した。転写は、塗布膜を形成した基板を、微細転写機械に設置し、130℃まで加熱した後、130℃の温度を保持しながら10MPaの圧力で5分間行った。その後、80℃に冷却後、離型し、表面に凹凸を賦形した透明基板を得た。
なお、モールドには、ナノインプリント用モールド(NTT−AT社製、NIM−100H RESO(石英))を使用した。
スパッタ工程
ミラートロンスパッタ装置(長州産業社製)を用いて、型押し後の基板へのITOのスパッタリングを行った。ターゲット材は、In2O3−SnO2(高純度化学研究所社製、純度4N(99.99質量%以上))を用い、圧力0.2Paで1分間スパッタリングを行い、積層体を得た。評価結果を表1に示した。
ミラートロンスパッタ装置(長州産業社製)を用いて、型押し後の基板へのITOのスパッタリングを行った。ターゲット材は、In2O3−SnO2(高純度化学研究所社製、純度4N(99.99質量%以上))を用い、圧力0.2Paで1分間スパッタリングを行い、積層体を得た。評価結果を表1に示した。
2−5.製造例5
スパッタ行程において、スパッタリング時間を10分とした以外は、製造例4と同様にして積層体を作製した。評価結果を1に示した。
スパッタ行程において、スパッタリング時間を10分とした以外は、製造例4と同様にして積層体を作製した。評価結果を1に示した。
表1において、透明導電性膜の組成が同一である製造例3〜5を比較する。製造例3の積層体は、表面が平滑な透明基板上に、透明基板側とは反対側の面に複数の凹凸を有する透明導電性膜を形成した場合である。この積層体は、パターン転写性が良好であり、且つ、透明導電性膜の表面抵抗率が180Ω/□と低かった。これに対して、製造例4、5の積層体は、表面に凹凸を有する透明基板上にスパッタリングにより透明導電性膜を形成した場合である。製造例4のように、パターン転写性が良好となるようにスパッタリング時間を1分間に設定した場合、透明基板凸部上の透明導電性膜の膜厚が薄いため、透明導電性膜の表面抵抗率が45000Ω/□と非常に高くなった。他方、製造例5のように、透明導電性膜の表面抵抗率を低減するために、スパッタリング時間を10分間に設定した場合、透明導電性膜によって透明基板の凹部が埋められてしまい、パターン転写性が悪くなった。
本発明の積層体は、有機エレクトロルミネッセンスやLED(Light Emitting Diode)等の発光素子における光取り出しを向上させる光学体;各種太陽電池等の光電変換素子における光取り入れを向上させる光学体;に好適である。
1:積層体、2:透明基板、3:透明導電性膜、4:凹部
Claims (5)
- 透明基板と、該透明基板の一方側に形成された透明導電性膜とを有し、発光素子又は光電変換素子に用いられる積層体であって、
前記透明導電性膜は、前記透明基板側の面が平滑であり、透明基板側とは反対側の面に複数の凸部及び/又は凹部を有することを特徴とする積層体。 - 透明基板と、該透明基板の一方側に形成された透明導電性膜とを有し、発光素子又は光電変換素子に用いられる積層体であって、
熱処理により導電性材料を生じる塗布液を準備する調製工程;
透明基板上に、前記塗布液を塗工し、塗布膜を形成する塗布工程;
前記塗布膜に型押して賦形する型押し工程;及び、
賦形した塗布膜を熱処理し透明導電性膜を形成する熱処理工程を経て形成されたことを特徴とする積層体。 - 請求項1又は2に記載の積層体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又は2に記載の積層体を用いたことを特徴とする発光ダイオード素子。
- 請求項1又は2に記載の積層体を用いたことを特徴とする光電変換素子。
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-
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- 2012-03-23 JP JP2012068123A patent/JP2013201001A/ja active Pending
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