JP4338922B2 - 超低屈折率反射防止膜の作製方法及びこの超低屈折率反射防止膜を用いたディスプレイ用窓材 - Google Patents

Description

【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反射防止膜、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、膜表面の平坦性のばらつきが数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以下のばらつき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〜２μｍ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からなる反射防止膜を作製する方法と、この反射防止膜を用い、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、本発明の超低屈折率反射防止膜の作製方法は、撥水性を有する低比誘電率物質の溶液を表面に塗布、乾燥して成膜した基板を２００〜５００℃の温度範囲で焼成処理して、前記基板の表面に多孔質ＳｉＯ_２膜を得ることを特徴とする。撥水性を有する低比誘電率物質としては、ヘキサメチルジシロキサンまたはヘキサメチルジシラザンを含有した低比誘電率物質を用いる（例えば株式会社アルバック製ＩＳＭ-１．５）。本発明によれば、公知のＳＯＧ（spin on glass）法により、基板の表面に室温において１．３０未満の屈折率を有する超低屈折率多孔質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２００〜５００℃の範囲とし、さらに、焼成処理の圧力条件としては、空気またはＨｅガス、Ａｒガス、Ｎ₂ガスなどの不活性ガスの雰囲気下１〜１０ ⁵ Ｐａの範囲とする。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質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、上記の超低屈折率反射防止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は、３００ｎｍ〜１．２μｍ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、この超低屈折率反射防止膜を、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、３００ｎｍ〜１．２μｍ程度の膜厚に対して、膜表面の平坦性のばらつきを±１０Åの範囲内に留めて超低屈折率多孔質ＳＯＧ膜を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反射防止膜の作製方法は、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または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、２００〜５００℃）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〜１．２μｍの範囲で膜厚制御でき、さらに、このときの膜表面の平坦性のばらつきは、上記範囲の膜厚において±１０Åの範囲に留まってい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ＳＯＧ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ＳＯＧ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超低屈折率反射防止膜は、塗布時のスピンコート回転数により３００ｎｍ〜１．２μｍに制御可能な膜厚を有し、さらに、その膜表面の平坦性のばらつきは±１０Åの範囲内であるような良好な平坦性を有することができる。そして、この超低屈折率反射防止膜は、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、このような超低屈折率反射防止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、この超低屈折率反射防止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。

Claims (3)

1. 撥水性を有するヘキサメチルジシロキサンまたはヘキサメチルジシラザンを含有した低比誘電率物質からなるＳＯＧ膜材料の溶液を表面に塗布、乾燥した基板を１〜１０^５Ｐａの圧力範囲の空気または不活性ガスの雰囲気下、２００〜５００℃の温度範囲で焼成処理して、前記基板の表面に膜厚３００ｎｍから１．２μｍの多孔質ＳｉＯ_２膜からなる反射防止膜を形成することを特徴とする超低屈折率反射防止膜の作製方法。
2. 請求項１に記載の方法で作製する超低屈折率反射防止膜を透明基板と透明電極との中間層として用い、その膜厚を３００ｎｍ〜１．２μｍとしたことを特徴とするディスプレイ用窓材。
3. 前記中間層の表面の平坦性のばらつきが、±１０Åの範囲内であることを特徴とする請求項２に記載のディスプレイ用窓材。

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