JP6269648B2 - 透明電極及び有機電子デバイス - Google Patents

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Description

本発明は、透明電極及び当該透明電極を備えた有機電子デバイスに関する。より詳しくは、有機電子デバイスの高温、高湿度環境下の保存性試験に十分耐え得る透明電極に関する。
近年、有機エレクトロルミネッセンスデバイス(以下、有機ELデバイスと略記する。)や有機太陽電池といった有機電子デバイスには、大型化、軽量化、フレキシブル化等が要求されている。そのため、有機電子デバイスに用いられる透明電極には、低抵抗化、基板の軽量化、フレキシブル化が求められている。さらに、コストの面からPET基板といった安価な樹脂基板の使用、ロール・トゥ・ロールプロセスによる大量生産方式への適応が求められている。
従来、透明電極としては、透明基板上にインジウム−スズの複合酸化物(SnO2−In23:Indium Tin Oxide:ITO)膜を、真空蒸着法やスパッタリング法により作製したITO透明電極が、その導電性や透明性といった特性上の利点から広く使用されてきた。しかしながら、PET基板等の樹脂フィルム基板上にITO透明電極を作製すると、ガラス基板上での抵抗より抵抗が高くなるため、大型の有機電子デバイスに用いることができない。また、樹脂フィルム基板のようなフレキシブルな基板に用いると、折り曲げの際、ITO層が基板の曲がりに追従できず、クラックが生じてしまう。
一方、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)とポリスチレンスルホン酸からなる導電性ポリマー(PEDOT−PSS)を基板上に形成した透明電極が知られている。導電性ポリマーは、フレキシブル性に優れ、ロール・トゥ・ロールプロセスに用いることができる(例えば、特許文献1参照。)。しかし、導電性ポリマー自体の体積抵抗が高く、かつ可視光域に吸収があるため、高い透明性を維持しながら、低抵抗な電極を作製することは難しい。
さらに、透明電極の低抵抗化、フレキシブル化を目指す中で、基板上に金属細線パターンを形成し、その上に透明導電性保護層を積層することで、透明電極上に流れる電流にムラがなく(面均一性)、かつ高い導電性を有する透明電極が開発されている(例えば、特許文献2参照。)。しかし、PET基板上に特許文献2に記載の透明電極を形成し、有機電子デバイスに用いると、高温、高湿度環境下の保存性試験においてデバイス性能が悪化するという問題が判明した。また、特許文献2に記載の透明電極をロール・トゥ・ロールプロセスに用いると、透明導電性保護層に擦れが発生し、そのような部分を有する透明電極を有機電子デバイスに用いると、電流リークを引き起こし、整流比が悪化するという問題があった。
特開平6−273964号公報 米国特許出願公開第2010/255323号明細書
本発明は、上記問題・状況に鑑みてなされたものであり、その解決課題は、PET基板のような樹脂基材を用い、低温での乾燥しか行えない場合でも、有機電子デバイスの高温、高湿度環境下の保存性試験に十分耐え得る透明電極を提供することである。
また、本発明の他の解決課題は、電流の面均一性、透明性に優れ、ロール・トゥ・ロールプロセスに用いても擦れの発生の少ない透明電極と、その透明電極を用いた、整流比に優れ、電流リークのない有機電子デバイスを提供することである。
本発明者は、上記課題を解決すべく、上記問題の原因等について検討する過程において、透明樹脂基板、多孔質層、金属細線パターン、及び少なくとも導電性ポリマーとバインダーとを含有する透明導電性保護層を有し、透明樹脂基板上に多孔質層と金属細線パターンとが形成され、多孔質層及び金属細線パターン上に透明導電性保護層が形成され、多孔質層及び透明導電性保護層には、酸化チタン微粒子が含有されている透明電極を用いた有機電子デバイスが、高温、高湿度環境下の保存性試験に十分耐え得ることを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
1.透明樹脂基板、多孔質層、金属細線パターン、及び少なくとも導電性ポリマーとバインダーとを含有する透明導電性保護層を有し、前記透明樹脂基板上に前記多孔質層と前記金属細線パターンとが形成され、前記多孔質層及び前記金属細線パターン上に前記透明導電性保護層が形成された透明電極であって、
前記多孔質層及び前記透明導電性保護層には、酸化チタン微粒子が含有されていることを特徴とする透明電極。
2.前記透明導電性保護層に含有されている前記導電性ポリマーの質量をA、前記バインダーの質量をB、前記酸化チタン微粒子の質量をCとしたときに、質量比が下記式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする第1項に記載の透明電極。
(A+B): C =1.0:1.0〜4.0 (1)
A :(B+C)=1.0:2.0〜35.0 (2)
A : B =1.0:0.2〜6.0 (3)
3.前記透明導電性保護層に含有されている前記酸化チタン微粒子の平均粒径が、210nm以下であることを特徴とする第1項又は第2項に記載の透明電極。
4.前記多孔質層に含有されている前記酸化チタン微粒子の平均粒径が、6〜500nmの範囲内であることを特徴とする第1項から第3項までのいずれか一項に記載の透明電極。
5.前記多孔質層の層厚が、100〜2000nmの範囲内であることを特徴とする第1項から第4項までのいずれか一項に記載の透明電極。
6.前記バインダーが、下記一般式(I)で表される構造単位を有する水溶性バインダーであることを特徴とする第1項から第5項までのいずれか一項に記載の透明電極。
Figure 0006269648
一般式(I)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。Qは、C(=O)O又はC(=O)NRaを表す。Raは、水素原子又はアルキル基を表す。Aは、置換若しくは無置換のアルキレン基又は(CH2CHRbO)x−(CH2CHRb)を表す。Rbは、水素原子又はアルキル基を表す。xは、平均繰り返しユニット数で0〜100の数を表す。
7.前記バインダーが、水分散性バインダーであることを特徴とする第1項から第5項までのいずれか一項に記載の透明電極。
8.前記透明樹脂基板が、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムであることを特徴とする第1項から第7項までのいずれか一項に記載の透明電極。
.第1項から第8項までのいずれか一項に記載の透明電極と、
前記透明電極に対向する位置に設けられた第2電極と、
前記透明電極と前記第2電極との間に配置された有機機能層と、
を具備することを特徴とする有機電子デバイス。
10.前記有機電子デバイスが、有機エレクトロルミネッセンスデバイスであることを特徴とする第項に記載の有機電子デバイス。
本発明の上記手段により、PET基板のような樹脂基板を用い、低温での乾燥しか行えない場合でも、有機電子デバイスの高温、高湿度環境下の保存性試験に十分耐え得る透明電極を提供することができる。
また、電流の面均一性、透明性に優れ、ロール・トゥ・ロールプロセスに用いても擦れの発生の少ない透明電極と、その透明電極を用いた整流比に優れ、電流リークのない有機電子デバイスを提供することができる。
本発明の効果の発現機構・作用機構については、明確にはなっていないが、以下のように推察している。
まず、上記問題の原因は、PET基板への熱によるダメージを抑えるため、乾燥等の熱処理を120℃以下と低温で行った結果、透明導電性保護層の乾燥が足りず、透明導電性保護層内に溶媒が残ってしまい、有機電子デバイスの高温、高湿度環境下の保存性試験においてデバイス性能が悪化したと考えている。また、透明導電性保護層の乾燥不足は、透明導電性保護層の硬化不足を引き起こし、ロール・トゥ・ロールプロセスに用いた際、擦れが発生したと考えている。
そこで、本発明者らは、上記問題の原因等について検討する過程において、透明導電性保護層と透明導電性保護層に隣接する多孔質層とに酸化チタン微粒子を添加することで、低温で乾燥した場合であっても、有機電子デバイスの高温、高湿度環境下の保存性試験に十分耐え得る透明電極を提供できることを見出したものである。
この詳細な機構は不明だが、透明導電性保護層や隣接する多孔質層に存在する酸化チタン微粒子が、(i)光触媒としての作用を果たし、透明導電性保護層内の残溶媒を分解したため、(ii)透明導電性保護層内に酸化チタン微粒子を含有させることで、相対的にバインダーの含有量が減少し、残溶媒が揮発しやすくなったため、(iii)酸化チタン微粒子に透明導電性保護層中の水分が吸着し、溶媒の拡散を抑えたため、(iv)酸化チタン微粒子の添加により膜の強度が強くなったため、といった機構が作用していると考えられる。
透明電極の概略的な構成を示す断面図 インクジェット印刷方式の一例を示す概略模式図 一部破断面を有するインクジェットヘッドの一例を示す概略斜視図
本発明の透明電極は、透明樹脂基板、多孔質層、金属細線パターン、及び少なくとも導電性ポリマーとバインダーとを含有する透明導電性保護層を有し、透明樹脂基板上に多孔質層と金属細線パターンとが形成され、多孔質層及び金属細線パターン上に透明導電性保護層が形成され、多孔質層及び透明導電性保護層には、酸化チタン微粒子が含有されていることを特徴とする。この特徴は、請求項に係る発明に共通する技術的特徴である。
本発明の実施態様としては、本発明の効果発現の観点から、透明導電性保護層に含有されている導電性ポリマーの質量をA、バインダーの質量をB、酸化チタン微粒子の質量をCとしたときに、質量比が式(1)〜(3)を満たすことが、透明性に優れた透明電極を提供でき、かつ整流比、高温高湿度下での保存性に優れ、均一発光可能な有機ELデバイスを提供できることから好ましい。
また、透明導電性保護層に含有されている酸化チタン微粒子の平均粒径が、210nm以下、多孔質層に含有されている酸化チタン微粒子の平均粒径が、6〜500nmの範囲内であることが、擦れの発生の少ない透明電極を提供し、整流比が良好な有機ELデバイスを提供できることから好ましい。
また、バインダーが、一般式(I)で表される構造単位を有する水溶性バインダー、又は水分散性バインダーであることが、バインダー添加による導電性ポリマーの抵抗値の増大を最小限に抑制することができることから好ましい。
さらには、透明樹脂基板が、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムであることが、透明性、取り扱いやすさ、強度の点から好ましい。
本発明の透明電極を製造する透明電極の製造方法としては、透明樹脂基板上に多孔質層を形成する工程と、多孔質層上に金属細線パターンを形成する工程と、多孔質層と金属細線パターン上に透明導電性保護層を形成する工程と、を有する態様の製造方法であることが、本発明の透明電極を製造する方法として好ましい。
また、金属細線パターンの形成工程が、金属粒子分散液又は金属錯体溶液を印刷法により塗布する工程と、塗布した金属粒子分散液又は金属錯体溶液を焼成する工程と、からなることが、製造コストを安く抑えられる点から好ましい。
また、上記印刷法として、インクジェット印刷法を用いることが、低温で焼成可能な金属粒子分散液又は金属錯体溶液をパターン印刷する観点から好ましい。
本発明の透明電極は、有機電子デバイスに好適に具備される。
以下、本発明とその構成要素、及び本発明を実施するための形態・態様について詳細な説明する。
なお、本願において、「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用する。
[透明電極(10)]
図1に示すとおり、透明電極10は、主に、透明樹脂基板2、多孔質層4、金属細線パターン6及び透明導電性保護層8から構成されている。
透明樹脂基板2上には、酸化チタン微粒子を含む多孔質層4が形成され、多孔質層4上には、金属細線パターン6が形成されている。なお、図1では、金属細線パターン6を、金属粒子分散液又は金属錯体溶液を公知の印刷法にて塗布し、形成した場合を示しており、この場合には、金属細線パターン6は多孔質層4に浸透している。
多孔質層4及び金属細線パターン6上には、透明導電性保護層8が形成されている。透明導電性保護層8は、酸化チタン微粒子を含む一定の塗布液を、多孔質層4及び金属細線パターン6上に塗布することより形成され、多孔質層4中に浸透している。
[透明樹脂基板(2)]
透明樹脂基板における「透明」とは、JIS K 7361−1:1997(プラスチック−透明材料の全光線透過率の試験方法)に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率が70%以上であることをいう。
透明樹脂基板の材料としては、透明な樹脂材料であれば特に制限されることはなく、公知のものを使用することができる。特に、軽量性とフレキシブル性といった性能やロール・トゥ・ロールプロセス適性の観点から透明な樹脂フィルム等を用いることが好ましく、その材料、形状、構造、厚さ等については公知のものの中から適宜選択することができる。
樹脂フィルムとして、具体的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができるが、可視域の波長(380〜780nm)における透過率が80%以上であるものが好ましい。
中でも透明性、取り扱いやすさ、強度の点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレート樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン樹脂フィルム、ポリカーボネート樹脂フィルム等の二軸延伸ポリエステル樹脂フィルムであることが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレート樹脂フィルムであることがより好ましい。
さらに、コストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムであることが最も好ましい。
また、透明樹脂基板は、必要に応じてガスバリアーコート層やハードコート層があらかじめ形成されていてもよい。
ガスバリアーコート層としては、表面又は裏面に無機物、有機物の被膜又はその両者のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定された水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、1×10-3g/(m2・24h)以下のガスバリアー性を持つ透明樹脂基板であることが好ましく、更には、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定された酸素透過度が1×10-3ml/(m2・24h・atm)以下、及び水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が1×10-3g/(m2・24h)以下であることが好ましい。
ガスバリアーコート層を形成する材料としては、水分や酸素等のデバイスの劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素等を用いることができる。
さらに、膜の脆弱性を改良するために、これら無機層と有機材料からなる層との積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層との積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
[多孔質層(4)]
多孔質層は、酸化チタン微粒子を含有することを特徴とする。後述する透明導電性保護層と隣接する多孔質層とに酸化チタン微粒子を含有させることで、透明導電性保護層と多孔質層との界面部分に、前述した光触媒等の効果を発揮できると考えられる。また、多孔質層は、金属細線パターンと透明導電性保護層とを透明樹脂基板上に保持、密着させるために用いられる。
多孔質層の透明性は、用途によって任意に選択することができるが、透明性が高いほど透明電極等への適用も可能になり、用途拡大の観点で好ましい。多孔質層の全光線透過率としては、少なくとも50%以上、好ましくは70%以上である。
上述したように、多孔質層は酸化チタン微粒子を含有することを特徴とする。
酸化チタン微粒子の平均粒径は、6〜500nmの範囲内であることが好ましい。酸化チタン微粒子の平均粒径が6nm以上であれば、金属細線パターンとの接着面積が大きくなり、金属細線パターンとの十分な密着性が得られる。一方、平均粒径が500nm以下であれば、有機電子デバイスに用いた際の電流リークをなくすため、多孔質層の空隙と表面の凸凹を埋め込むのに必要な透明導電性保護層の厚さを厚くする必要がなく、透明電極の透明性を低下させることがない。
なお、本発明の効果に弊害を生じない限りにおいて、6nm未満、例えば、5nm以下の平均粒径を有する酸化チタン微粒子を用いてもよい。
本発明における酸化チタン微粒子の平均粒径は、光散乱方式を用いた市販の測定装置を使用して簡便に計測することが可能であり、具体的には、ゼータサイザー1000(マルバーン社製)を用いて、レーザードップラー法により25℃、サンプル希釈液量1mlにて測定した値をいう。
酸化チタンの結晶構造としては、アナターゼ型(正方晶)、ルチル型(正方晶)、ブルッカイト型(斜方晶)のうち、どの結晶構造であってよいが、光触媒の効果による残溶媒の分解の観点から、アナターゼ型(正方晶)、ルチル型(正方晶)であることが好ましい。
酸化チタン微粒子は、特開昭59−223231号公報、特開平10−265223号公報、特開2009−179497号公報、特開2010−058047号公報、特開2008−303126号公報、国際公開第2001/016027号等に記載の合成方法や、「酸化チタン−物性と応用技術」(清野学著、技報堂出版(株)、p.255〜258)を参考にして合成することができる。
また、酸化チタン微粒子は、分散液とした場合の分散性や安定性向上の観点から、表面処理を施したものを用いるか、あるいは表面処理を施さないものを用いるかを選択することができる。
表面処理を行う場合、表面処理の具体的な材料としては、酸化ケイ素や酸化ジルコニウム等の異種無機酸化物、水酸化アルミニウム等の金属水酸化物、オルガノシロキサン、ステアリン酸等の有機酸等が挙げられる。これら表面処理材は、1種を単独で用いてもよく、複数種を組み合わせて用いてもよい。中でも、分散液の安定性の観点から、表面処理材としては、異種無機酸化物及び/又は金属水酸化物が好ましく、金属水酸化物がより好ましい。
多孔質層の乾燥層厚は、100〜2000nmの範囲内であることが好ましい。
多孔質層の乾燥層厚が100nm以上であれば、透明樹脂基板上に、金属細線パターンと透明導電性保護層とを保持し、十分な密着性を得ることができる。また、金属細線パターンの線太りを防止することができる。
多孔質層の乾燥層厚が2000nm以下であれば、透明性を低下させることがなく、また、折り曲げ時にクラックが生じるのを防止できる。
多孔質層の組成としては、酸化チタン微粒子のみから構成されていてもよいし、その他の無機化合物や有機化合物を含んでいてもよい。
無機化合物とは、一般に理解されているように有機化合物以外の化合物であり、具体的には、単純な一部の炭素化合物と、炭素以外の元素で構成される化合物である。
多孔質層を構成する無機化合物の代表的な例としては、マグネシウム、アルミニウム、ケイ素、チタン、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、スズ、バリウム、タンタル等の金属を少なくとも1種含む各種金属酸化物(無機酸化物)や、炭化物、窒化物、ホウ化物等を挙げることができる。
また、多孔質層に含まれる酸化チタン微粒子以外の無機化合物としては、金属酸化物粒子とアルコキシド化合物との加水分解−縮合物やメソポーラスシリカであることが好ましい。
金属酸化物粒子とアルコキシド化合物との加水分解−縮合物を含む多孔質層の形成方法としては、特開2007−169604号公報に記載の組成(形成方法)等を好ましく用いることができる。一方、メソポーラスシリカである場合には、特開2010−13804号公報、特開2010−173894号公報にあるような方法で粒子を作製後、酸化チタン微粒子と有機化合物とを含有して塗布、乾燥し、多孔質膜の形成を行ってもよい。
多孔質層の組成としては、多孔質層を構成する全ての材料のうち、酸化チタン微粒子を含む無機化合物の割合が50質量%以上、好ましく70質量%以上、より好ましくは90質量%以上である。無機化合物の割合が50質量%以上であれば、金属細線パターンと多孔質層との十分な密着性を得ることができる。
多孔質層を構成する有機化合物の比率としては、50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましい。有機化合物の割合が50質量%以下であれば、無機化合物の多孔質層の孔に有機化合物が充填されるのを抑え、金属細線パターンと多孔質層との十分な密着性を得ることができる。また、有機化合物の比率が5質量%以上であることが好ましく、多孔質層と透明樹脂基板との十分な密着性を得ることができる。
また、多孔質層は、有機化合物としてバインダー材料溶液(溶媒としては、粒子を溶解しないものを用いる。)に上記粒子を分散し、当該分散液を基板上に塗布することで形成することもできる。
(多孔質層に含有可能なバインダー)
多孔質層に含有可能なバインダーとしては、公知の樹脂が特に制限なく使用可能であり、例えば、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ナイロン(Ny)、芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等の樹脂、有機無機ハイブリッド構造を有するシルセスキオキサンを基本骨格とした耐熱透明樹脂(製品名Sila−DEC、チッソ株式会社製)、パーフルオロアルキル基含有シラン化合物(例えば、(ヘプタデカフルオロ−1,1,2,2−テトラデシル)トリエトキシシラン)の他、含フッ素モノマーと架橋性基付与のためのモノマーを構成単位とする含フッ素共重合体等が挙げられる。これら樹脂は、2種以上混合して使用することができる。これらの中でも、有機無機ハイブリッド構造を有するものが好ましい。
また、以下の親水性樹脂を使うことも可能である。親水性樹脂としては、水溶性の樹脂、水分散性の樹脂、コロイド分散樹脂又はそれらの混合物が挙げられる。親水性樹脂としては、アクリル系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリウレタン系、フッ素系等の樹脂が挙げられ、例えば、ポリビニルアルコール、ゼラチン、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、カゼイン、澱粉、寒天、カラギーナン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸、セルロース、ヒドロキシルエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシルエチルセルロース、デキストラン、デキストリン、プルラン、水溶性ポリビニルブチラール等のポリマーを挙げることができる。
多孔質層に含有可能なバインダーとして用いられる樹脂は、1種類を単独で用いてもよいし、必要に応じて2種類以上を混合して使用してもよい。
また、同様に、従来公知の樹脂粒子(エマルジョン)等も好適に使用可能である。
また、多孔質層に含有可能なバインダーとして、主として紫外線・電子線によって硬化する樹脂、すなわち、電離放射線硬化型樹脂に熱可塑性樹脂と溶剤とを混合したものや熱硬化型樹脂も好適に使用できる。
このようなバインダーとしては、飽和炭化水素又はポリエーテルを主鎖として有するポリマーであることが好ましく、飽和炭化水素を主鎖として有するポリマーであることがより好ましい。
また、多孔質層に含有可能なバインダーは、架橋していることが好ましい。飽和炭化水素を主鎖として有するポリマーは、エチレン性不飽和モノマーの重合反応により得ることが好ましい。架橋しているバインダーを得るためには、二つ以上のエチレン性不飽和基を有するモノマーを用いることが好ましい。
また、特定の雰囲気下で紫外線照射によって、金属酸化物、金属窒化物又は金属酸化窒化物を形成しうる化合物が特に好適に使用される。このような化合物としては、特開平8−112879号公報に記載されている、比較的低温で改質処理され得る化合物を好ましく用いることができる。
具体的には、Si−O−Si結合を有するポリシロキサン(ポリシルセスキオキサンを含む。)、Si−N−Si結合を有するポリシラザン、Si−O−Si結合とSi−N−Si結合の両方を含むポリシロキサザン等を挙げることができる。これらは、2種以上を混合して使用することができる。また、異なる化合物を逐次積層したり、同時積層したりしても使用可能である。
多孔質層に含有可能なバインダーとしての電離放射線硬化型樹脂組成物の硬化方法としては、電離放射線硬化型樹脂組成物の通常の硬化方法、すなわち、電子線又は紫外線の照射によって硬化することができる。
例えば、電子線硬化の場合には、コックロフワルトン型、バンデグラフ型、共振変圧型、絶縁コア変圧器型、直線型、ダイナミトロン型、高周波型等の各種電子線加速器から放出される10〜1000keVの範囲内、好ましくは30〜300keVの範囲内のエネルギーを有する電子線等が使用される。
紫外線硬化の場合には、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、キセノンアーク、メタルハライドランプ等の光線から発する紫外線等が利用できる。
紫外線照射装置としては、具体的には、100〜230nmの真空紫外線を発する希ガスエキシマランプが挙げられる。
エキシマランプは、光の発生効率が高いため、低い電力の投入で点灯させることが可能である。また、温度上昇の要因となる波長の長い光は発せず、紫外線領域の単一波長でエネルギーを照射するため、照射光自体による照射対象物の温度上昇を抑えられる特徴を持っている。
さらに、本発明に係る多孔質層に含有可能なバインダーとしては、多孔質層に含まれる金属酸化物微粒子とともに基板上に膜形成ができる高分子材料であれば特に制限はなく、単量体の繰り返し構造を持つ公知の天然高分子材料、合成高分子材料を使用することができる。これら高分子材料としては、有機高分子材料、無機高分子材料、有機無機ハイブリッド高分子材料及びこれらの混合物等が使用可能で、高分子材料と酸化チタン微粒子分散物状態、塗布膜の各種物性等により選定することができる。
高分子材料は、公知の方法により合成することができる。天然高分子材料は、天然原料からの抽出、セルロース等のように微生物により合成することができる。合成高分子は、ラジカル重合、カチオン重合、アニオン重合、配位重合、開環重合、重縮合、付加重合、付加縮合及びこれらのリビング重合等で得ることができる。また、これらの高分子材料は、単独重合体でも共重合体でもよく、不斉炭素を有するモノマーを使用する場合、ランダム、シンジオタックチック、アイソタックチックのいずれかの規則性を持つことができる。また、共重合体の場合、ランダム共重合、交互共重合、ブロック共重合、グラフト共重合等の形態をとることができる。
本発明に用いる高分子材料の形態は、高分子材料自体が液体でも固体でもよい。また、高分子材料は、溶媒に溶解していること、又は、溶媒中に均一に分散していることが好ましい。さらに、本発明においては、高分子材料が水溶性樹脂又は水分散性樹脂であることがより好ましい。
また、本発明に用いる高分子材料は、紫外線・電子線によって硬化する電離放射線硬化型樹脂や、熱により硬化する熱硬化性樹脂であってもよく、ゾル−ゲル法により作製される樹脂であってもよい。さらに、本発明に用いる高分子材料は架橋していてもよい。また、本発明に用いる高分子材料は、2種以上混合して使用することもできる。
本発明において用いる高分子材料の天然高分子及び合成高分子は、大木道則、大沢利昭、田中元治、千原秀昭編「化学大辞典」(東京化学同人、1989年刊)1551及び769ページのそれぞれの項に記載されているものを一例として使用することができる。
具体的には、天然高分子材料としては天然有機高分子材料が好ましく、綿、麻、セルロース、絹、羊毛などの天然繊維や、ゼラチンなどのタンパク質、天然ゴムなどを挙げることができる。
合成高分子材料としては、ポリオレフィン樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリビニル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリフェニレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリスルホン樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリ尿素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリケトン樹脂などを挙げることができる。
ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリ(1−ブテン)、ポリ4−メチルペンテン、ポリビニルシクロヘキサン、ポリスチレン、ポリ(p−メチルスチレン)、ポリ(α−メチルスチレン)、ポリイソプレン、ポリブタジエン、ポリシクロペンテン、ポリノルボルネンなどを挙げることができる。
ポリアクリル樹脂としては、例えば、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリアクリロニトリルなどを挙げることができる。
ポリビニル樹脂としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリメチルビニルエーテル、ポリエチルビニルエーテル、ポリイソブチルビニルエーテルなどを挙げることができる。
ポリエーテル樹脂としては、例えば、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリアルキレングリコールなどを挙げることができる。
ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリアルキレンフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリアルキレンナフタレートなどを挙げることができる。
ポリアミド樹脂としては、例えば、ポリアミド6、ポリアミド6,6、ポリアミド12、ポリアミド11などを挙げることができる。
ポリウレタン樹脂としては、例えば、m−キシリレンジイソシアナート、4,4′−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアナート)やイソホロンジイソシアナート等のイソシアネートと、ポリエステル系やポリエーテル系などのポリオールとから合成されるものを挙げることができる。
ポリフェニレン樹脂としては、例えば、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンオキサイド、ポリフェニレンスルフィドやポリビフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドケトン、ポリビフェニレンスルフィドスルホンなどを挙げることができる。
ポリイミド樹脂としては、例えば、ポリアミノビスマレイミド、ビスマレイミド−トリアジン樹脂などを挙げることができる。
ポリアセタール樹脂としては、例えば、ポリアセタールホモポリマー、ポリアセタールコポリマーなどを挙げることができる。ポリアセタールホモポリマーは、ホルムアルデヒドの単量体又はその3量体(トリオキサン)や4量体(テトラオキサン)等のホルムアルデヒドの環状オリゴマーを単独重合して得ることができる。
ポリスルホン樹脂としては、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホンなどを挙げることができる。
フッ素樹脂としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレンなどを挙げることができる。
エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールA型(ビスA型)エポキシ樹脂などを挙げることができる。
シリコン樹脂としては、例えば、有機クロロシランと有機アルコキシシランを加水分解縮合重合反応したもの、これらを加熱あるいは触媒の存在下で三次元ネットワーク構造の熱硬化性としたもの、環状シリコンの4量体又は5量体を重縮合したものなどを挙げることができる。
フェノール樹脂としては、例えば、フェノール化合物又はナフトール化合物とホルムアルデヒドを重縮合することにより得られるものなどを挙げることができる。
メラミン樹脂としては、例えば、ジメチロールメラミン、トリメチロールメラミン等のメチロールメラミン、これらのメチロールメラミンのアルキルエーテル化物又は縮合物、メチロールメラミンのアルキルエーテル化物の縮合物などを挙げることができる。
ポリ尿素樹脂としては、例えば、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートとジシクロヘキシルメタンジアミンとを反応させ合成した樹脂などを挙げることができる。
ポリカーボネート樹脂としては、例えば、ビスフェノールAとホスゲンとの縮合物、ビスフェノールAと炭酸ジエステルとの縮合物などを挙げることができる。
ポリケトン樹脂としては、例えば、エチレンと一酸化炭素の交互共重合体、α―オレフィンと一酸化炭素の交互共重合体などを挙げることができる。
本発明における水溶性樹脂とは、水溶性の樹脂であり、25℃の水100gに0.001g以上溶解する樹脂を意味する。溶解の度合いは、ヘイズメーター、濁度計等で測定することができる。
なお、水溶性樹脂の色は特に限定されないが、透明であることが好ましい。
水溶性樹脂の数平均分子量は、3000〜2000000の範囲内であることが好ましく、より好ましくは4000〜500000の範囲内、更に好ましくは5000〜100000の範囲内である。
水溶性樹脂の数平均分子量、分子量分布の測定は、一般的に知られているゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により行うことができる。使用する溶媒は、バインダーが溶解すれば特に限りはないが、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミド(DMF)、CH2Cl2が好ましく、より好ましくはTHF、DMFであり、更に好ましくはDMFである。また、測定温度も特に制限はないが、40℃であることが好ましい。
水溶性樹脂としては、具体的には、天然高分子材料、合成高分子材料が挙げられる。合成高分子材料としては、アクリル系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリウレタン系、フッ素系等の樹脂が挙げられ、例えば、カゼイン、デンプン、寒天、カラギーナン、セスロース、ヒドロキシルエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシルエチルセルロース、デキストラン、デキストリン、プルラン、ポリビニルアルコール、ゼラチン、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリ(2−ヒドロキシエチルアクリレート)、ポリ(2−ヒドロキシエチルメタクリレート)、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸、水溶性ポリビニルブチラール等のポリマーを挙げることができる。
本発明における水分散性樹脂とは水系溶剤に均一分散可能なものであり、水系溶剤中に凝集せずに、樹脂からなるコロイド粒子が分散していることを意味する。コロイド粒子の大きさ(平均粒径)は、一般的に0.001〜1μm(1〜1000nm)の範囲内程度である。上記のコロイド粒子の平均粒径は、光散乱光度計により測定することができる。
また、上記水系溶剤とは、蒸留水及び脱イオン水などの純水のみならず、酸、アルカリ、塩等を含む水溶液、含水の有機溶媒、更には親水性の有機溶媒等の溶媒であることを意味し、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、水とアルコールとの混合溶媒等が挙げられる。
水分散性樹脂としては、透明であることが好ましい。
水分散性樹脂としては、フィルムを形成する媒体であれば、特に限定はない。水分散性樹脂としては、例えば、水性アクリル系樹脂、水性ウレタン樹脂、水性ポリエステル樹脂、水性ポリアミド樹脂、水性ポリオレフィン樹脂等が挙げられる。
水性アクリル樹脂は、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸−スチレンの重合体、あるいはその他のモノマーとの共重合体からなる。また、水系溶媒への分散性を付与する機能を担う酸部分がリチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウム等のイオンと対塩を形成したアニオン性、窒素原子を有するモノマーとの共重合体からなり、窒素原子が塩酸塩等を形成したカチオン性、ヒドロキシ基やエチレンオキシド等の部位を導入したノニオン系があるが、好ましくはアニオン性である。
水性ウレタン樹脂としては、水分散型ウレタン樹脂、アイオノマー型水性ウレタン樹脂(アニオン性)等がある。水分散型ウレタン樹脂には、ポリエーテル系ウレタン樹脂、ポリエステル系ウレタン樹脂があり、好ましくはポリエステル系ウレタン樹脂である。また、光学用途への使用では、芳香環を持たない無黄変イソシアネートを用いることが好ましい。アイオノマー型水性ウレタン樹脂には、ポリエステル系ウレタン樹脂、ポリエーテル系ウレタン樹脂、ポリカーボネート系ウレタン樹脂等があり、好ましくはポリエステル系ウレタン樹脂、ポリエーテル系ウレタン樹脂である。
水性ポリエステル樹脂は、多塩基酸成分とポリオール成分とから合成される。多塩基酸成分とは、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタリンジカルボン酸、アジピン酸、コハク酸、セバチン酸、ドデカン二酸等であり、これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよく、特に好適に用いることのできる多塩基酸成分としては、工業的に多量に生産されており、安価であることなどから、テレフタル酸やイソフタル酸が特に好ましい。ポリオール成分として代表的なものを挙げれば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールなどであり、これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよく、特に好適に用いることのできるポリオール成分としては、工業的に量産され、安価であり、しかも、樹脂被膜の耐溶剤性や耐候性が向上するなど、諸性能にバランスがとれていることから、エチレングリコール、プロピレングリコールあるいはネオペンチルグリコールが特に好ましい。
水性ポリアミド樹脂としては、例えば、ε−カプロラクタムが開環重合したもの、ヘキサメチレンジアミンとアジピン酸とが縮重合したもの、ヘキサメチレンジアミンとセバシン酸とが縮重合したもの、11−アミノウンデカン酸が縮重合したもの、ω−ラウムラクタムが開環重合又は12−アミノドデカン酸が縮重合したものを水溶化又は水分散化したものなどを挙げることができる。
水性ポリオレフィン樹脂としては、例えば、エチレンとメタクリル酸、アクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、クロトン酸等の不飽和カルボン酸類とを高温高圧下でラジカル重合した後、アンモニアやアミン化合物、KOH、NaOH、LiOH等の塩基性金属化合物あるいは金属化合物を含有するアンモニアやアミン化合物等で中和し、水性化したものなどを挙げることができる。
本発明における無機高分子材料としては、ポリシロキサン、ポリホスファゼン、ポリシラン、ポリゲルマン、ポリスタナン、ボラジン系ポリマー、ポリメタロキサン、ポリシラザンなどを挙げることができる。
ポリシロキサンとしては、具体的に、シリコーン、シルセスキオキサン、シリコーン樹脂などを挙げることができる。
本発明における有機無機ハイブリッド高分子材料としては、ポリカルボシラン、ポリシリレンアリレン、ポリシロール、ポリホスフィン、ポリホスフィンオキシド、ポリ(フェロセニルシラン)、シルセスキオキサンを基本骨格としたシルセスキオキサン誘導体、樹脂にシリカを複合化させた樹脂などを挙げることができる。
シルセスキオキサンを基本骨格としたシルセスキオキサン誘導体としては、具体的に、光硬化型SQシリーズ(東亞合成株式会社)、コンポセランSQ(荒川化学株式会社)、Sila−DEC(チッソ株式会社)などを挙げることができ、本発明においては好適に用いることができる。また、樹脂にシリカを複合化させた樹脂としては、具体的に、コンポセランシリーズ(荒川化学)などを挙げることができる。
また、本発明においては、電離放射線硬化型樹脂、熱硬化型樹脂等の硬化性樹脂を用いることができる。
本発明における電離放射線硬化型樹脂とは、電離放射線硬化型樹脂組成物の通常の硬化方法、すなわち、電子線又は紫外線の照射によって硬化することができる樹脂である。
例えば、電子線硬化の場合には、コックロフワルトン型、バンデグラフ型、共振変圧型、絶縁コア変圧器型、直線型、ダイナミトロン型、高周波型等の各種電子線加速器から放出される10〜1000keVの範囲内、好ましくは30〜300keVの範囲内のエネルギーを有する電子線等が使用される。
紫外線硬化の場合には、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、カーボンアーク、キセノンアーク、メタルハライドランプ等の光線から発する紫外線等が利用できる。
紫外線照射装置としては、具体的には、100〜230nmの範囲内の真空紫外線を発する希ガスエキシマランプが挙げられる。
エキシマランプは、光の発生効率が高いため、低い電力の投入で点灯させることが可能である。また、温度上昇の要因となる波長の長い光は発せず、紫外線領域の単一波長でエネルギーを照射するため、照射光自体による照射対象物の温度上昇を抑えられる特徴を持っている。
本発明における熱硬化性型樹脂とは、加熱により硬化する樹脂であり、樹脂内には架橋剤が含まれていることがより好ましい。本発明における熱硬化性型樹脂の加熱方法としては、従来公知の加熱方法を用いることができ、ヒーター加熱、オーブン加熱、赤外線加熱、レーザー加熱などを用いることができる。
本発明における高分子材料は、水溶性樹脂、水分散樹脂、有機無機ハイブリッド高分子材料、硬化性樹脂等を好適に用いることができる。
[金属細線パターン(6)]
金属細線パターンは、金属材料を含有し、透明樹脂基板上に開口部を有するようにパターン状に形成されている。開口部とは、透明樹脂基板のうち、金属細線パターンを有さない部分であり、金属細線パターンの透光性部分である。
また、金属細線パターンは、図1に示すように、多孔質層に完全浸透していてもよいし、金属細線パターンの一部が多孔質層に浸透していてもよいし、多孔質層上に形成されていてもよい。
金属細線パターンのパターン形状には特に制限はない。金属細線パターンのパターン形状としては、例えば、ストライプ状(平行線状)、格子状、ハニカム状、ランダムな網目状等が挙げられるが、透明性の観点から、特にストライプ状であることが好ましい。
透明電極において、面電極全体の面に対して、開口部が占める割合、すなわち開口率は透明性の観点から80%以上であることが好ましい。
例えば、線幅100μm、線間隔1mmのストライプ状パターンの開口率は、およそ90%である。
金属細線パターンの線幅は、好ましくは10〜200μmの範囲内であり、更に好ましくは10〜100μmの範囲内である。金属細線パターンの線幅が10μm以上で所望の導電性が得られ、また、200μm以下とすることで透明性が向上する。
ストライプ状、格子状のパターンにおいて、金属細線パターンの間隔は、0.5〜4mmの範囲内であることが好ましい。
金属細線パターンの高さ(厚さ)は、0.1〜5.0μmの範囲内であることが好ましく、0.1〜2.0μmの範囲内であることがより好ましい。金属細線パターンの高さが0.1μm以上で所望の導電性が得られ、また、5.0μm以下とすることで有機電子デバイスに用いた際、電流リークが抑制され、積層される透明導電性保護層の層厚分布を均一にすることができる。
特に、金属細線パターンの高さ(厚さ)を0.1〜2.0μmの範囲内としたとき、より整流比がよくなることから好ましい。
金属細線パターンを後述する印刷法により形成する場合には、金属粒子を含有する金属細線用塗布液が用いられる。金属粒子を含有する金属細線用塗布液は、金属粒子を含有する金属粒子分散液である。
金属粒子の平均粒径としては、原子スケールから1000nm以下のものが好ましく適用できる。本発明においては、特に平均粒径が3〜300nmの範囲内であるものが好ましく、5〜100nmの範囲内であるものがより好ましく用いられる。
上記の中でも特に、透明基板として、樹脂基板や樹脂フィルムを用いる場合は、低い加熱温度で高い導電性を得ることができるため、平均粒径3〜100nmの銀ナノ粒子が好ましい。
なお、本発明において、平均粒径とは、光散乱方式を用いた市販の測定装置を使用して簡便に計測することが可能であり、具体的には、ゼータサイザー1000(マルバーン社製)を用いて、レーザードップラー法により25℃、サンプル希釈液量1mlにて測定した値をいう。
金属粒子分散液は、水、アルコール等の溶媒中に金属粒子を含有しているが、必要に応じてバインダー、金属を分散させるための分散剤等を含んでもよい。しかし、低温での焼成を可能にするために、バインダーや分散剤を最小限にすることが好ましい。低温での焼成が可能なインクは粘度が低い場合が多いことから、塗布方法として、インクジェット印刷法が好適に用いられる。例えば、銀ナノ粒子を用いた低温焼成が可能な市販のインクとしては、NPS−JL(ハリマ化成株式会社)やCCI300(キャボット)等が挙げられる。
また、金属細線パターンを構成する材料として、金属錯体を含有する金属錯体溶液(インク)も好適に用いることができる。金属錯体は、一般的な理解と同様に金属イオンに配位子が配位した化合物をいう。
金属細線パターンを形成するための金属錯体としては、公知の材料を用いることができ、例えば、特表2008−531810号公報や特開2011−126861号公報に記載されている有機銀錯体等を好ましく用いることができる。
[透明導電性保護層(8)]
透明導電性保護層は、少なくとも導電性ポリマーとバインダーとを含有し、透明で、かつ導電性を有する層である。透明導電性保護層は、バインダーを含むことで、高い導電性と、導電性ポリマー単独では得られない高い透明性が得られる。また、透明導電性保護層は、金属細線パターンと多孔質層との補強膜の役割を果たし、金属細線パターンの剥離や多孔質層のクラックを防止する。
また、透明導電性保護層は、図1に示すように、多孔質層に完全浸透していてもよいし、透明導電性保護層の一部が多孔質層に浸透していてもよいし、多孔質層上に形成されていてもよい。
また、透明導電性保護層は、酸化チタン微粒子を含有することを特徴とする。
透明導電性保護層内に酸化チタン微粒子を含有させることで、光触媒の効果を用いて透明導電性保護層内に残留している溶媒成分を分解することができる。光触媒の効果は、塗布、乾燥の作業時に蛍光灯下で行うことにより十分な効果が得られる。また、相対的にバインダーの含有量が減少し、乾燥時に水等の溶媒成分の揮発が進み、溶媒の残留量が減少する。さらに、酸化チタン微粒子に透明導電性保護層中の水分が吸着し、溶媒の拡散を抑えることができる。
本発明においては、多孔質層にも酸化チタン微粒子が含有されていることから、透明導電性保護層と多孔質層との界面においても、上述した作用・機構が働いているものと考えられる。
本発明者らは、上述のいずれかの作用・機構が、単独又は複合的に作用することで、本発明の効果を発現しているものと推測している。
以上の結果として、PET基板を用いた低温での乾燥でも、有機電子デバイスの高温、高湿度環境下の保存性試験に十分耐えうる透明電極を提供することができる。
上記に加えて、酸化チタン微粒子の添加により、透明導電性保護層の機械的強度が増大し、ロール・トゥ・ロールプロセスでの巻取りに耐え得る(擦れの発生がない。)透明電極を提供することができる。
透明導電性保護層内の酸化チタン微粒子の平均粒径は、平滑性向上の点から、小さいほどよく、好ましくは210nm以下である。酸化チタン微粒子の平均粒径が210nm以下であれば、透明導電性保護層自体に凹凸が生じるのを防止し、有機電子デバイスに用いた際に、電流リークの発生を抑え、良好な整流比を得ることができる。
透明導電性保護層は、導電性ポリマーとバインダーと酸化チタン微粒子とを含有する塗布液を、金属細線パターンと多孔質層上に塗布して、乾燥し、膜形成する。このような積層構造を有する導電層を形成することで、金属細線パターン、あるいは導電性ポリマー単独では得ることのできない高い導電性を、電極面内において均一に得ることができる。
透明導電性保護層内の導電性ポリマーとバインダーと酸化チタン微粒子との比率は、導電性ポリマーの質量をA、バインダー樹脂の質量をB、酸化チタン微粒子の質量をCとしたときに、質量比(固形分質量比)が下記式(1)〜(3)を満たすことが好ましい。
(A+B): C =1.0:1.0〜4.0 (1)
A :(B+C)=1.0:1.5〜35.0 (2)
A : B =1.0:0.2〜6.0 (3)
式(1)において、A+Bに対するCの割合が1.0以上であれば、酸化チタン微粒子による透明導電性保護層内の溶媒成分を分解あるいは吸着する効果を十分に得ることができる。一方、A+Bに対するCの割合が4.0以下であれば、酸化チタン微粒子を導電性ポリマーとバインダーとで覆うことができ、透明導電性保護層上に凹凸のない均一な面電極とすることができ、有機電子デバイスに用いた際、整流比が良好で、均一な面発光を得ることができる。さらに、上述の範囲内であれば、ロール・トゥ・ロールプロセスに用い際の透明導電性保護層表面の擦れも防ぐことができる。
式(2)において、Aに対するB+Cの割合が1.5以上であれば、導電性ポリマーの成分が少なく、透明性を維持することができる。一方、Aに対するB+Cの割合が35.0以下であれば、非導電性成分であるバインダーや酸化チタン微粒子の割合が小さいため、透明導電性保護層の抵抗が低く、面電極として十分に機能することができる。
式(3)において、Aに対するBの割合が0.2以上であれば、透明導電性保護層中に含まれる導電性ポリマーの量が少なく、透明性を維持することができる。一方、Aに対するBの割合が6.0以下であれば、バインダーの量が少ないため、透明導電性保護層の抵抗が低く、大面積のデバイスに用いても均一な面発光を得ることができる。
透明導電性保護層の乾燥層厚は、100〜700nmの範囲内であることが好ましい。
透明導電性保護層の乾燥層厚は、導電性の点から、100nm以上であるが、透明電極を有機電子デバイスに用いる場合には、金属細線パターンの凹凸差を平滑化し、機能層の層厚分布への影響を軽減する観点から、150nm以上であることがより好ましい。また、透明導電性保護層の乾燥層厚が100nm以上であれば、有機電子デバイスに用いた際に、電流リークを抑え、整流比を良好にすることができる。さらに、フレキシブルな基板に用いた場合、多孔質層自体の機械的強度を強くし、折り曲げの際に生じる多孔質層のクラックを防止することができる。
また、透明性の点から、500nm以下であることがより好ましく、400nm以下であることが更に好ましい。
[導電性ポリマー]
導電性ポリマーとしては、π共役系導電性ポリマーとポリアニオンとを含む導電性ポリマーを好ましく用いることができる。
導電性ポリマーは、後述するπ共役系導電性ポリマーを形成する前駆体モノマーを、適切な酸化剤と酸化触媒と後述のポリアニオンとの存在下で、化学酸化重合することによって容易に製造できる。
なお、本発明において、導電性とは、電気が流れる状態を指し、JIS K 7194の「導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法」に準拠した方法で測定したシート抵抗が1×108Ω/□より低いことをいう。
(π共役系導電性ポリマー)
π共役系導電性ポリマーとして、ポリチオフェン(基本のポリチオフェンを含む、以下同様)類、ポリピロール類、ポリインドール類、ポリカルバゾール類、ポリアニリン類、ポリアセチレン類、ポリフラン類、ポリパラフェニレンビニレン類、ポリアズレン類、ポリパラフェニレン類、ポリパラフェニレンサルファイド類、ポリイソチアナフテン類、ポリチアジル類の鎖状導電性ポリマーを利用することができる。
中でも、導電性、透明性、安定性等の観点から、ポリチオフェン類やポリアニリン類が好ましく、ポリエチレンジオキシチオフェンであることが最も好ましい。
(前駆体モノマー)
前駆体モノマーは、分子内にπ共役系を有し、適切な酸化剤の作用によって高分子化した際にもその主鎖にπ共役系が形成されるものである。
前駆体モノマーとしては、例えば、ピロール類及びその誘導体、チオフェン類及びその誘導体、アニリン類及びその誘導体等が挙げられる。
前駆体モノマーの具体例としては、ピロール、3−メチルピロール、3−エチルピロール、3−n−プロピルピロール、3−ブチルピロール、3−オクチルピロール、3−デシルピロール、3−ドデシルピロール、3,4−ジメチルピロール、3,4−ジブチルピロール、3−カルボキシルピロール、3−メチル−4−カルボキシルピロール、3−メチル−4−カルボキシエチルピロール、3−メチル−4−カルボキシブチルピロール、3−ヒドロキシピロール、3−メトキシピロール、3−エトキシピロール、3−ブトキシピロール、3−ヘキシルオキシピロール、3−メチル−4−ヘキシルオキシピロール、チオフェン、3−メチルチオフェン、3−エチルチオフェン、3−プロピルチオフェン、3−ブチルチオフェン、3−ヘキシルチオフェン、3−ヘプチルチオフェン、3−オクチルチオフェン、3−デシルチオフェン、3−ドデシルチオフェン、3−オクタデシルチオフェン、3−ブロモチオフェン、3−クロロチオフェン、3−ヨードチオフェン、3−シアノチオフェン、3−フェニルチオフェン、3,4−ジメチルチオフェン、3,4−ジブチルチオフェン、3−ヒドロキシチオフェン、3−メトキシチオフェン、3−エトキシチオフェン、3−ブトキシチオフェン、3−ヘキシルオキシチオフェン、3−ヘプチルオキシチオフェン、3−オクチルオキシチオフェン、3−デシルオキシチオフェン、3−ドデシルオキシチオフェン、3−オクタデシルオキシチオフェン、3,4−ジヒドロキシチオフェン、3,4−ジメトキシチオフェン、3,4−ジエトキシチオフェン、3,4−ジプロポキシチオフェン、3,4−ジブトキシチオフェン、3,4−ジヘキシルオキシチオフェン、3,4−ジヘプチルオキシチオフェン、3,4−ジオクチルオキシチオフェン、3,4−ジデシルオキシチオフェン、3,4−ジドデシルオキシチオフェン、3,4−エチレンジオキシチオフェン、3,4−プロピレンジオキシチオフェン、3,4−ブテンジオキシチオフェン、3−メチル−4−メトキシチオフェン、3−メチル−4−エトキシチオフェン、3−カルボキシチオフェン、3−メチル−4−カルボキシチオフェン、3−メチル−4−カルボキシエチルチオフェン、3−メチル−4−カルボキシブチルチオフェン、アニリン、2−メチルアニリン、3−イソブチルアニリン、2−アニリンスルホン酸、3−アニリンスルホン酸等が挙げられる。
(ポリアニオン)
ポリアニオンは、アニオン基を複数有するオリゴマー若しくはポリマーである。
ポリアニオンとしては、置換若しくは未置換のポリアルキレン、置換若しくは未置換のポリアルケニレン、置換若しくは未置換のポリイミド、置換若しくは未置換のポリアミド、置換若しくは未置換のポリエステル、及びこれらの共重合体が好ましく、アニオン基を有する構成単位とアニオン基を有さない構成単位とからなるものが好ましく用いられる。
ポリアニオンは、π共役系導電性ポリマーを溶媒に可溶化させる可溶化高分子である。
ポリアニオンのアニオン基は、π共役系導電性ポリマーに対するドーパントとして機能して、π共役系導電性ポリマーの導電性と耐熱性を向上させる。
ポリアニオンのアニオン基としては、π共役系導電性ポリマーへの化学酸化ドープが起こり得る官能基であればよいが、中でも、製造の容易さ、安定性の観点から、一置換硫酸エステル基、一置換リン酸エステル基、リン酸基、カルボキシ基、スルホ基等が好ましい。さらに、官能基のπ共役系導電性ポリマーへのドープ効果の観点から、スルホ基、一置換硫酸エステル基、カルボキシ基がより好ましい。
ポリアニオンの具体例としては、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリル酸エチルスルホン酸、ポリアクリル酸ブチルスルホン酸、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸、ポリビニルカルボン酸、ポリスチレンカルボン酸、ポリアリルカルボン酸、ポリアクリルカルボン酸、ポリメタクリルカルボン酸、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンカルボン酸、ポリイソプレンカルボン酸、ポリアクリル酸等が挙げられる。これらの単独重合体であってもよいし、2種以上の共重合体であってもよい。
また、化合物内にフッ素を有するポリアニオンを含有することが、透明電極を有機電子デバイスに用いた際、整流比の向上につながるため好ましい。
具体的には、パーフルオロスルホン酸基を含有するナフィオン(Dupont社製)、カルボン酸基を含有するパーフルオロ型ビニルエーテルからなるフレミオン(旭硝子社製)等を挙げることができる。
これらのうち、スルホン酸を有する化合物であると、熱処理を行うことによって、透明導電性保護層の洗浄耐性や溶媒耐性が著しく向上することから、より好ましい。
さらに、これらの中でも、ポリスチレンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸、ポリアクリル酸エチルスルホン酸、ポリアクリル酸ブチルスルホン酸が好ましい。これらのポリアニオンは、後述の水溶性バインダーとの相溶性が高く、また、得られる導電性ポリマーの導電性をより高くできる。
ポリアニオンの重合度は、モノマー単位が10〜100000個の範囲内であることが好ましく、溶媒溶解性及び導電性の点からは、50〜10000個の範囲内であることがより好ましい。
ポリアニオンの製造方法としては、例えば、酸を用いてアニオン基を有さないポリマーにアニオン基を直接導入する方法、アニオン基を有さないポリマーをスルホ化剤によりスルホン酸化する方法、アニオン基含有重合性モノマーの重合により製造する方法が挙げられる。
アニオン基含有重合性モノマーの重合により製造する方法としては、溶媒中、アニオン基含有重合性モノマーを、酸化剤及び/又は重合触媒の存在下で、酸化重合又はラジカル重合によって製造する方法が挙げられる。
具体的には、所定量のアニオン基含有重合性モノマーを溶媒に溶解させ、これを一定温度に保ち、それにあらかじめ溶媒に所定量の酸化剤及び/又は重合触媒を溶解した溶液を添加し、所定時間で反応させる。その反応により得られたポリマーは、溶媒によって一定の濃度に調整される。この製造方法において、アニオン基含有重合性モノマーにアニオン基を有さない重合性モノマーを共重合させてもよい。
アニオン基含有重合性モノマーの重合に際して使用する酸化剤、酸化触媒及び溶媒は、π共役系導電性ポリマーを形成する前駆体モノマーを重合する際に使用するものと同様である。
得られたポリマーがポリアニオン塩である場合には、ポリアニオン酸に変質させることが好ましい。アニオン酸に変質させる方法としては、イオン交換樹脂を用いたイオン交換法、透析法、限外ろ過法等が挙げられ、これらの中でも、作業が容易な点から限外ろ過法が好ましい。
導電性ポリマーに含まれるπ共役系導電性ポリマーとポリアニオンの比率(固形分比率(π共役系導電性ポリマー:ポリアニオン))は、導電性、分散性の観点から、質量比で1:1〜1:10の範囲内であることが好ましい。より好ましくは1:2〜1:8の範囲内である。
π共役系導電性ポリマーを形成する前駆体モノマーをポリアニオンの存在下で化学酸化重合して、導電性ポリマーを得る際に使用される酸化剤としては、例えばJ.Am.Soc.,85,454(1963)に記載されるピロールの酸化重合に適する、いずれかの酸化剤である。実際的な理由のために、安価でかつ取り扱いやすい酸化剤、例えば、鉄(III)塩(例えば、FeCl3、Fe(ClO43)、有機酸及び有機残基を含む無機酸の鉄(III)塩、過酸化水素、重クロム酸カリウム、過硫酸アルカリ(例えば、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム)、アンモニウム、過ホウ酸アルカリ、過マンガン酸カリウム又は銅塩(例えば、四フッ化ホウ酸銅)を用いることが好ましい。加えて、酸化剤として、随時触媒量の金属イオン、例えば、鉄、コバルト、ニッケル、モリブデン又はバナジウムイオンの存在下における空気又は酸素も使用することができる。過硫酸塩並びに有機酸及び有機残基を含む無機酸の鉄(III)塩の使用が耐腐食性の点から、大きな応用上の利点を有する。
有機残基を含む無機酸の鉄(III)塩の例としては、炭素数1〜20のアルカノールの硫酸半エステル(例えば、ラウリル硫酸)、炭素数1〜20のアルキルスルホン酸(例えば、メタンスルホン酸、ドデカンスルホン酸)、脂肪族炭素数1〜20のカルボン酸(例えば、2−エチルヘキシルカルボン酸)、脂肪族パーフルオロカルボン酸(例えば、トリフルオロ酢酸、パーフルオロオクタノン酸)、脂肪族ジカルボン酸(例えば、シュウ酸)又は芳香族の随時炭素数1〜20のアルキル置換されたスルホン酸(例えば、ベンゼセンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸)の、Fe(III)塩が挙げられる。
(市販の材料)
導電性ポリマーとしては、市販の材料も好ましく利用できる。
例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)とポリスチレンスルホン酸からなる導電性ポリマー(PEDOT−PSS)が、Heraeus社からCLEVIOSシリーズとして、Aldrich社からPEDOT/PSS483095、560598として、Nagase Chemtex社からDenatronシリーズとして市販されている。
また、ポリアニリンが、日産化学工業社からORMECONシリーズとして市販されている。
(第2のドーパント)
第2のドーパントとして、水溶性有機化合物を含有してもよい。
本発明で用いることができる水溶性有機化合物には特に制限はなく、公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、酸素含有化合物が好適に使用される。酸素含有化合物としては、例えば、ジメチルスルホキシド(DMSO)やエチレングリコール等が挙げられる。
酸素含有化合物としては、酸素を含有する限り特に制限はなく、例えば、ヒドロキシ基含有化合物、カルボニル基含有化合物、エーテル基含有化合物、スルホキシド基含有化合物等が挙げられる。
カルボニル基含有化合物としては、例えば、イソホロン、プロピレンカーボネート、シクロヘキサノン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
[バインダー]
バインダーとしては、水分散性バインダー又は水溶性バインダーであることが好ましい。バインダーとして、水分散性バインダーや水溶性バインダーを用いると、バインダー添加による導電性ポリマーの抵抗値の増大を最小限に抑えることができるため好ましい。また、導電性ポリマーとの相溶性に優れるため好ましい。
(水分散性バインダー)
水分散性バインダーとは、水系溶剤に均一分散可能なものであり、水系溶剤中に凝集せずに、バインダーからなるコロイド粒子が分散していることを意味する。コロイド粒子の大きさ(平均粒径)は、一般的に0.001〜1μm(1〜1000nm)程度である。
上記のコロイド粒子の平均粒径は、光散乱光度計により測定することができる。
また、上記水系溶剤とは、純水(蒸留水、脱イオン水を含む)のみならず、酸、アルカリ、塩等を含む水溶液、含水の有機溶媒、更には親水性の有機溶媒等の溶媒であることを意味し、純水(蒸留水、脱イオン水を含む)、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、水とアルコールとの混合溶媒等が挙げられる。
水分散性バインダーとしては、透明であることが好ましい。
水分散性バインダーとしては、フィルムを形成する媒体であれば、特に限定はない。水分散性バインダーとしては、例えば、アクリル系樹脂エマルジョン、水性ウレタン樹脂、水性ポリエステル樹脂等が挙げられる。
アクリル系樹脂エマルジョンは、酢酸ビニル、アクリル酸、アクリル酸−スチレンの重合体、あるいはその他のモノマーとの共重合体からなる。また、酸部分がリチウム、ナトリウム、カリウム、アンモニウム等のイオンと対塩を形成したアニオン性、窒素原子を有するモノマーとの共重合体からなり、窒素原子が塩酸塩等を形成したカチオン性があるが、好ましくはアニオン性である。
水性ウレタン樹脂としては、水分散型ウレタン樹脂、アイオノマー型水性ウレタン樹脂(アニオン性)等がある。水分散型ウレタン樹脂には、ポリエーテル系ウレタン樹脂、ポリエステル系ウレタン樹脂があり、好ましくはポリエステル系ウレタン樹脂である。
アイオノマー型水性ウレタン樹脂には、ポリエステル系ウレタン樹脂、ポリエーテル系ウレタン樹脂、ポリカーボネート系ウレタン樹脂等があり、好ましくはポリエステル系ウレタン樹脂、ポリエーテル系ウレタン樹脂である。
水性ポリエステル樹脂は、多塩基酸成分とポリオール成分とから合成される。
多塩基酸成分とは、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタリンジカルボン酸、アジピン酸、コハク酸、セバチン酸、ドデカン二酸等であり、これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよく、特に好適に用いることのできる多塩基酸成分としては、工業的に多量に生産されており、安価であることなどから、テレフタル酸やイソフタル酸が特に好ましい。
ポリオール成分として代表的なものを挙げれば、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールなどであり、これらは1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよく、特に好適に用いることのできるポリオール成分としては、工業的に量産され、安価であり、しかも、樹脂被膜の耐溶剤性や耐候性が向上するなど、諸性能にバランスがとれていることから、エチレングリコール、プロピレングリコールあるいはネオペンチルグリコールが特に好ましい。
上記水分散性バインダーは、1種でも複数種でも使用することができる。
(水溶性バインダー)
水溶性バインダーとしては、下記一般式(I)で表される構造単位を含む水溶性バインダーであることが好ましい。
Figure 0006269648
一般式(I)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。Qは、C(=O)O又はC(=O)NRaを表す。Raは、水素原子又はアルキル基を表す。Aは、置換若しくは無置換のアルキレン基又は(CH2CHRbO)x−(CH2CHRb)を表す。Rbは、水素原子又はアルキル基を表す。xは、平均繰り返しユニット数で0〜100の数を表す。
Ra及びRbで表されるアルキル基は、例えば、炭素原子数1〜5の直鎖、あるいは分岐アルキル基が好ましく、より好ましくはメチル基である。また、これらのアルキル基は、置換基で置換されていてもよい。
これら置換基の例としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロシクロアルキル基、ヘテロアリール基、ヒドロキシ基、ハロゲン原子、アルコキシ基、アルキルチオ基、アリールチオ基、シクロアルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アルキルカルボンアミド基、アリールカルボンアミド基、アルキルスルホンアミド基、アリールスルホンアミド基、ウレイド基、アラルキル基、ニトロ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アラルキルオキシカルボニル基、アルキルカルバモイル基、アリールカルバモイル基、アルキルスルファモイル基、アリールスルファモイル基、アシルオキシ基、アルケニル基、アルキニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アルキルオキシスルホニル基、アリールオキシスルホニル基、アルキルスルホニルオキシ基、アリールスルホニルオキシ基等が挙げられる。これらのうち好ましくは、ヒドロキシ基、アルキルオキシ基である。
上記置換基群において、アルキル基としては、分岐を有していてもよく、炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、1〜12であることがより好ましく、1〜8であることが更に好ましい。アルキル基の例には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基等が含まれる。上記シクロアルキル基の炭素原子数は、3〜20であることが好ましく、3〜12であることがより好ましく、3〜8であることが更に好ましい。シクロアルキル基の例には、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基が含まれる。上記アルコキシ基としては、分岐を有していてもよく、炭素原子数は1〜20であることが好ましく、1〜12であることがより好ましく、1〜6であることが更に好ましく、1〜4であることが最も好ましい。アルコキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基、2−メトキシエトキシ基、2−メトキシ−2−エトキシエトキシ基、ブチルオキシ基、ヘキシルオキシ基及びオクチルオキシ基が含まれ、好ましくはエトキシ基である。上記アルキルチオ基の炭素数は、分岐を有していてもよく、炭素原子数は1〜20であることが好ましく、1〜12であることがより好ましく、1〜6であることが更に好ましく、1〜4であることが最も好ましい。アルキルチオ基の例としては、メチルチオ基、エチルチオ基等が含まれる。上記アリールチオ基の炭素数は、6〜20であることが好ましく、6〜12であることが更に好ましい。アリールチオ基の例には、フェニルチオ基、ナフチルチオ基等が含まれる。上記シクロアルコキシ基の炭素原子数は、3〜12であることが好ましく、より好ましくは3〜8である。シクロアルコキシ基の例には、シクロプロポキシ基、シクロブチロキシ基、シクロペンチロキシ基及びシクロヘキシロキシ基が含まれる。
さらに、上記置換基群において、アリール基の炭素原子数は、6〜20であることが好ましく、6〜12であることが更に好ましい。アリール基の例には、フェニル基及びナフチル基が含まれる。上記アリールオキシ基の炭素原子数は、6〜20であることが好ましく、6〜12であることが更に好ましい。アリールオキシ基の例には、フェノキシ基及びナフトキシ基が含まれる。上記ヘテロシクロアルキル基の炭素原子数は、2〜10であることが好ましく、3〜6であることが更に好ましい。ヘテロシクロアルキル基の例には、ピペリジノ基、ジオキサニル基及び2−モルホリニル基が含まれる。上記ヘテロアリール基の炭素原子数は、3〜20であることが好ましく、3〜10であることが更に好ましい。ヘテロアリール基の例には、チエニル基及びピリジル基が含まれる。上記アシル基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、1〜12であることが更に好ましい。アシル基の例には、ホルミル基、アセチル基及びベンゾイル基が含まれる。上記アルキルカルボンアミド基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、1〜12であることが更に好ましい。アルキルカルボンアミド基の例には、アセトアミド基等が含まれる。上記アリールカルボンアミド基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、1〜12であることが更に好ましい。アリールカルボンアミド基の例には、ベンズアミド基等が含まれる。上記アルキルスルホンアミド基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、1〜12であることが更に好ましい。スルホンアミド基の例には、メタンスルホンアミド基等が含まれる。上記アリールスルホンアミド基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、1〜12であることが更に好ましい。アリールスルホンアミド基の例には、ベンゼンスルホンアミド基及びp−トルエンスルホンアミド基が含まれる。
さらに、上記置換基群において、上記アラルキル基の炭素原子数は、7〜20であることが好ましく、7〜12であることが更に好ましい。アラルキル基の例には、ベンジル基、フェネチル基及びナフチルメチル基が含まれる。上記アルコキシカルボニル基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、2〜12であることが更に好ましい。アルコキシカルボニル基の例には、メトキシカルボニル基が含まれる。上記アリールオキシカルボニル基の炭素原子数は、7〜20であることが好ましく、7〜12であることが更に好ましい。アリールオキシカルボニル基の例には、フェノキシカルボニル基が含まれる。上記アラルキルオキシカルボニル基の炭素原子数は、8〜20であることが好ましく、8〜12であることが更に好ましい。アラルキルオキシカルボニル基の例には、ベンジルオキシカルボニル基が含まれる。上記アシルオキシ基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、2〜12であることが更に好ましい。アシルオキシ基の例には、アセトキシ基及びベンゾイルオキシ基が含まれる。上記アルケニル基の炭素原子数は、2〜20であることが好ましく、2〜12であることが更に好ましい。アルケニル基の例には、ビニル基、アリル基及びイソプロペニル基が含まれる。上記アルキニル基の炭素原子数は、2〜20であることが好ましく、2〜12であることが更に好ましい。アルキニル基の例には、エチニル基が含まれる。上記アルキルスルホニル基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、1〜12であることが更に好ましい。アルキルスルホニル基の例には、メチルスルホニル基及びエチルスルホニル基が含まれる。上記アリールスルホニル基の炭素原子数は、6〜20であることが好ましく、6〜12であることが更に好ましい。アリールスルホニル基の例には、フェニルスルホニル基及びナフチルスルホニル基が含まれる。上記アルキルオキシスルホニル基の炭素原子数は、1〜20あることが好ましく、1〜12であることが更に好ましい。アルキルオキシスルホニル基の例には、メトキシスルホニル基及びエトキシスルホニル基が含まれる。上記アリールオキシスルホニル基の炭素原子数は、6〜20であることが好ましく、6〜12であることが更に好ましい。アリールオキシスルホニル基の例には、フェノキシスルホニル基及びナフトキシスルホニル基が含まれる。上記アルキルスルホニルオキシ基の炭素原子数は、1〜20であることが好ましく、1〜12であることが更に好ましい。アルキルスルホニルオキシ基の例には、メチルスルホニルオキシ基及びエチルスルホニルオキシ基が含まれる。上記アリールスルホニルオキシ基の炭素原子数は、6〜20であることが好ましく、6〜12であることが更に好ましい。アリールスルホニルオキシ基の例には、フェニルスルホニルオキシ基及びナフチルスルホニルオキシ基が含まれる。
これらの置換基は、同一でも異なっていてもよく、これら置換基が更に置換されてもよい。
上記一般式(I)において、Aは置換若しくは無置換のアルキレン基又は(CH2CHRbO)x−(CH2CHRb)を表すが、アルキレン基としては、例えば、炭素原子数が1〜5のアルキレン基が好ましく、より好ましくはエチレン基、プロピレン基である。これらのアルキレン基は、前述した置換基群から選ばれる置換基により置換されていてもよい。
さらに、xは平均繰り返しユニット数を表し、0〜100の範囲内であるが、好ましくは1〜10の範囲内である。通常、繰り返しユニット数xは分布を有しており、表記は平均値で示し、小数点以下一桁で表記してもよい。
以下に、一般式(I)で表される構造単位の代表的な具体例(例示化合物I−1〜I−21)を示すが、これらに限定されるものではない。
Figure 0006269648
水溶性バインダーは、導電性ポリマーと容易に混合可能で、また、前述の第2ドーパントのような効果も有するため、水溶性バインダーを併用することにより、導電性、透明性を低下させることなく、透明導電性保護層の層厚を上げることが可能となる。
水溶性バインダーとは、水溶性のバインダーであり、25℃の水100gに0.001g以上溶解するバインダーを意味する。溶解の度合いは、ヘイズメーター、濁度計で測定することができる。
水溶性バインダーとしては、透明であることが好ましい。
水溶性バインダーは、上記一般式(I)で表される構造単位を含む構造を有することが好ましい。上記一般式(I)で表されるホモポリマーであってもよいし、他の成分が共重合されていてもよい。他の成分を共重合する場合は、上記一般式(I)で表される構造単位を10モル%以上含有することが好ましく、30モル%以上含有することがより好ましく、50モル%以上含有することが更に好ましい。
水溶性バインダーの数平均分子量は、3000〜2000000の範囲内であることが好ましく、より好ましくは4000〜500000の範囲内、更に好ましくは5000〜100000の範囲内である。
水溶性バインダーの数平均分子量、分子量分布の測定は、一般的に知られているゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により行うことができる。使用する溶媒は、バインダーが溶解すれば特に限りはないが、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミド(DMF)、CH2Cl2が好ましく、より好ましくはTHF、DMFであり、更に好ましくはDMFである。
また、測定温度も特に制限はないが、40℃であることが好ましい。
(その他の樹脂成分)
本発明の透明導電性保護層は、導電性ポリマー、バインダー、酸化チタン微粒子以外に、成膜性や膜強度を確保するために、透明なその他の樹脂成分や添加剤を含んでいてもよい。
透明な樹脂成分としては、導電性ポリマーと相溶又は混合分散可能であれば特に制限されず、熱硬化性樹脂であってもよいし、熱可塑性樹脂であってもよい。
例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のポリイミド系樹脂、ポリアミド6、ポリアミド6,6、ポリアミド12、ポリアミド11等のポリアミド樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、エチレンテトラフルオロエチレンコポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン等のフッ素樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルエーテル、ポリビニルブチラール、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル等のビニル樹脂、エポキシ樹脂、キシレン樹脂、アラミド樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリウレア系樹脂、メラミン樹脂、フェノール系樹脂、ポリエーテル、アクリル系樹脂及びこれらの共重合体等が挙げられる。
[透明電極の製造方法]
透明電極の製造方法は、主に、
(1)透明樹脂基板上に多孔質層を形成する工程と、
(2)多孔質層上に金属細線パターンを形成する工程と、
(3)多孔質層及び金属細線パターン上に透明導電性保護層を形成する工程と、
を有している。さらに、多孔質層を形成する工程及び透明導電性保護層を形成する工程では、多孔質層及び透明導電性保護層に酸化チタン微粒子を含有させることを特徴とする。
以下、各工程について説明する。
(1)多孔質層を形成する工程
多孔質層を形成する工程では、酸化チタン微粒子を含有する塗布液を、透明樹脂基板上に塗布する。塗布方法としては、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の各種印刷法に加えて、ロールコート法、バーコート法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、キャスティング法、ダイコート法、ブレードコート法、カーテンコート法、スプレーコート法、ドクターコート法等の各種塗布法を用いることができる。
多孔質層をパターン状に形成することが好ましい場合には、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法を用いることが好ましい。
多孔質層は、基板上に、上記塗布法を用いて成膜した後、温風乾燥や赤外線乾燥等の公知の加熱乾燥法や自然乾燥等により乾燥して形成することができる。加熱乾燥する場合の温度は、使用する基板に応じて適宜選択することができるが、基板に樹脂フィルムを用いる場合には、一般に150℃以下の温度で乾燥させることが好ましい。特に、基板としてPETフィルムを用いる場合は、110℃以下であることが好ましい。
(2)金属細線パターンを形成する工程
金属細線パターンを形成する工程では、下記の印刷法等や焼成を実行する。
(2.1)金属細線パターンの形成
ストライプ状、格子状、ハニカム状の金属細線パターンの形成方法としては、特に制限はなく、従来公知の方法が利用できる。
金属細線パターンの形成方法としては、例えば、フォトリソ法、銀塩写真技術、印刷法を応用した方法等を利用でき、特に、有機電子デバイスに用いた際に整流比がよりよくなるため、印刷法を利用するのがより好ましい。これは、印刷法で形成した金属細線パターンが、フォトリソ法や銀塩写真技術を応用した方法で形成した金属細線パターンと比較して、金属細線パターン上の透明導電性保護層の層厚分布が生じにくいためと考えられる。
公知のフォトリソ法とは、具体的には、基材上に全面に、印刷、蒸着、スパッタ、めっき等の1あるいは2以上の物理的又は化学的形成手法を用いて導電体層を形成する、あるいは、金属箔を接着剤で基材に積層した後、公知のフォトリソ法を用いて、エッチングすることにより、所望のストライプ状、格子状、ハニカム状に加工できる。
銀塩写真技術を応用した方法については、例えば、特開2009−140750号公報の段落[0076]〜[0112]、及び実施例を参考にして実施できる。
公知の印刷法とは、金属粒子を含有する金属細線用塗布液(金属粒子分散液)や金属錯体溶液を、基板上に塗布して、パターンを形成する方法である。
金属細線パターンは、金属粒子分散液や金属錯体溶液を用い、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の印刷法により形成することが好ましい。特に、前述のように低温での焼成が可能な金属粒子分散液は、バインダーや分散剤の使用量を最小限にできる場合が多く、結果として、粘度が低い場合が多いことから、塗布方法として、インクジェット印刷法が好適に用いられる。
各印刷法は、一般的に電極パターン形成に使われる方法が本発明に関しても適用可能である。具体的な例として、グラビア印刷法については特開2009−295980号公報、特開2009−259826号公報、特開2009−96189号公報、特開2009−90662号公報記載の方法等が、フレキソ印刷法については特開2004−268319号公報、特開2003−168560号公報記載の方法等が、スクリーン印刷法については特開2010−34161号公報、特開2010−10245号公報、特開2009−302345号公報記載の方法等が、インクジェット印刷法については特開2011−180562号公報、特開2000−127410号公報、特開平8−238774号公報記載の方法等が例として挙げられる。
(インクジェット印刷方式)
〈1:インクジェット印刷装置の全体概要〉
本発明においては、金属細線パターンをインクジェット印刷方式を用いて形成することが好ましい態様である。以下、本発明に好適に用いられるインクジェット印刷方式の詳細について説明する。
図2は、インクジェットヘッドを具備したインクジェット印字装置を使用して、多孔質層が形成された透明樹脂基板上に、金属細線パターンを所定の面積で区切って塗布する方法の一例を示す概略模式図である。
図2に示すとおり、透明樹脂基板12は、搬送方向Aに沿って連続的に搬送されており、インクジェットヘッド20により金属細線パターン6を形成するための金属粒子分散液が微細なインク液滴として出射されて、金属細線パターン6が形成されて、次いで、焼成ゾーン(不図示)を通過する。
本発明において、適用可能なインクジェットヘッド20としては、特に限定はなく、例えば、インク圧力室が圧電素子を備えた振動板を有し、この振動板によるインク圧力室の圧力変化で、射出液体である金属細線パターン形成用塗布液を吐出させる剪断モード型(ピエゾ型)のインクジェットヘッドでもよいし、発熱素子を有しており、この発熱素子からの熱エネルギーにより金属細線パターン形成用塗布液の膜沸騰による急激な体積変化により、金属細線パターン形成用塗布液をノズルから射出液体として吐出させるサーマルタイプのインクジェットヘッドであってもよい。
インクジェットヘッド20には、射出液体を供給する機構等が接続されている。射出液体の供給は、タンク30により行われる。インクジェットヘッド20内の射出液体圧力を常に一定に保つように、この例ではタンク液面を一定にする。そのために、タンク30からオーバーフローさせて、タンク32に射出液体を自然流下で戻している。タンク32からタンク30への射出液体の供給は、ポンプ36により行われており、射出条件に合わせて安定的にタンク30の液面が一定となるように運転条件が設定されている。
なお、ポンプ36からタンク30へ射出液体を戻す際には、フィルター38を通してから行われている。このように、射出液体はインクジェットヘッド20へ供給される前に、絶対濾過精度又は準絶対濾過精度が0.05〜50μmの範囲内である濾材を少なくとも1回は通過させて、不溶物や異物を除去することが好ましい。
また、インクジェットヘッド20の洗浄作業や液体充填作業等を実施するために、タンク26より射出液体である金属粒子分散液が、タンク28より洗浄溶媒がポンプ34によりインクジェットヘッド20へ強制的に供給可能となっている。インクジェットヘッド20に対して、こうしたタンク、ポンプ類は複数に分けてもよいし、配管の分岐を使用してもよい。またそれらの組み合わせでもかまわない。図2で示されるインクジェット印字装置では、配管分岐40を使用している。さらに、インクジェットヘッド20内のエアーを十分に除去するため、タンク26よりポンプ34にてインクジェット20へ射出液体を強制的に送液しながら下記に示すエアー抜き配管から射出液体を抜き出して廃液タンク22に送ることもある。
さらに、インクジェットヘッド20内の射出液体温度を一定に保持するために、タンク30とインクジェットヘッド20との間に熱交換器を設けてもよいし、インクジェットヘッド20内に熱交換器のような射出液体温度を一定に保つ保温機構を設けても構わない。
次いで、インクジェット印刷方式を用いた金属細線パターンの形成手順について、以下に示す。
まず、インクジェットヘッド20に射出液体である金属粒子分散液を充填する手順であるが、インクジェットヘッド20の待機位置にて、ポンプ34によりタンク26から強制的に金属粒子分散液をインクジェットヘッド20へ通液する。この際に排出された金属粒子分散液は、図示しないキャッチパン等により受けられる。この操作により、インクジェットヘッド20に射出液体である金属粒子分散液を充填し、インクジェットヘッド20内部の空気抜きを実施した後、ノズル表面(射出面)の清掃を実施する。
次に、あらかじめ決められた流量にて、タンク32からタンク30へ射出液体である金属粒子分散液を送り込み、オーバーフローにより循環を開始する。ポンプ34とインクジェットヘッド20との間のバルブは閉めておき、タンク30とインクジェットヘッド20との間のバルブを開けることで、インクジェットヘッド20から射出させることが可能になる。多孔質層が形成された透明樹脂基板12を所定の速度で搬送させ、射出準備の完了したインクジェットヘッド20を、多孔質層が形成された透明樹脂基板12の所定の距離まで近づけ、所定の射出条件で射出液体である金属粒子分散液の射出を開始する。オーバーフローさせてタンク30の液面を一定に保持しているため、射出量は安定となる。
インクジェットヘッド20の種類は任意である、本発明では一滴の液滴量が数ピコリットルで、射出周波数が数百〜数万Hzで安定に射出できる条件を選ぶことが好ましい。また、速度は任意に設定可能であるが、早ければ生産性向上につながる。速度に対して目的のウェット膜厚になるように周波数を調整して射出する。
〈2:インクジェットヘッド〉
本発明に係るインクジェット印刷装置に適用可能なインクジェットヘッド20の詳細について説明する。
図3は、一部破断面を有するインクジェットヘッドの一例を示す概略斜視図である。図3に示すインクジェットヘッド20は、剪断モード型(ピエゾ型)インクジェットヘッドである。
図2に示したように、インクジェットヘッド20には、圧電性基盤を駆動させるための制御部24(図2参照)がコネクタ(不図示)を介して接続されている。この制御部24により、射出液体である金属粒子分散液の射出時の圧電性基盤の動作強度や周波数の選択等が行われる。
図3において、インクジェットヘッド20は、上層圧電性基盤201b1と下層圧電性基盤201b2とを接合して形成された圧電性基盤201bと、天板201cと、ノズル板201dとを有して構成されている。
圧電性基盤201bには、研削加工を施すことにより、ノズル板201d側が開口し、反対側が閉塞している互いに平行な所定の長さを有する複数のノズル201b3と、ノズル201b3の閉塞した側につながる平坦な面201b4と、ノズル(インク圧力室)201b3の両側には側壁201b5とを有している。
複数のノズルとして、交互に塗布液圧力室用のノズルと空気圧力室用のノズルとして使用する場合もある。
図3においては、塗布液圧力室用として使用した場合を示している。201c2は圧電性基盤201bの上面を覆う第1天板を示し、201c1は第1天板の上面を覆う第2天板を示す。
201eは、塗布液の塗布液供給管を示す。塗布液供給管201eより供給された塗布液は、ノズル吐出口201d1より吐出するようになっている。
201c3は、塗布液供給管201eから供給された塗布液の貯留部を示し、各ノズル201b3に連通した各塗布液供給口201c4より、各塗布液圧力室用のノズル201b3に供給される様になっている。
各ノズル201b3は、第1天板201c2とノズル板201dとにより覆われることにより、複数の密閉されたチャネル(塗布液圧力室)が形成されるようになっている。
ノズル吐出口201d1は、各側壁の剪断変形に伴い、塗布液圧力室の圧力変化で金属細線パターン形成用塗布液をインク液滴の状態で射出及び飛翔させる。ノズル吐出口201d1の間隔は、0.02〜0.3mmの範囲内が好ましい。
201fは、金属粒子分散液のエアー抜き等に使用される配管を示す。配管201fは、塗布液の射出時にはバルブ等により密閉される構造となっている。
第1天板201c2及び第2天板201c1の材料は、特に限定されず、例えば、有機材料からなってもよいが、アルミナ、窒化アルミニウム、ジルコニア、シリコン、窒化シリコン、シリコンカーバイド、石英、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)等が挙げられる。
ノズル板201dを構成する基材としては、金属や樹脂が使用される。例えば、ステンレス、ポリイミド、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン等を好ましく用いることができる。特に好ましくは、ポリイミド樹脂で、Dupont社製のカプトンや宇部興産(株)製のユーピレックス等が、寸法安定性、耐インク性、耐熱性等に優れている観点から好ましい。
(2.2)金属細線パターンの焼成
金属粒子分散液や金属錯体溶液は、前述の印刷法にて基板上にパターン形成した後、焼成することが好ましい。焼成することにより、金属粒子同士の融着が進み、金属細線パターンを高導電化することができる。
金属細線パターンの焼成は、一般的に用いられている、ホットプレート等による接触伝熱熱源を使用する方法、温風を用いる方法、赤外線ヒーター等の高温熱源からの放射熱を使用する方法の他に、高エネルギーの光照射による金属細線パターンの光熱変換を利用する方法がある。
接触伝熱熱源を使用する場合は、100〜300℃の温度範囲で、基板にダメージのない温度で加熱することが好ましい。基板に樹脂フィルムを用いる場合は、100〜150℃の温度範囲で加熱することがより好ましい。基板にPET基板を用いる場合は、100〜110℃の温度範囲で加熱することが特に好ましい。焼成時間は温度や使用する金属粒子の大きさにもよるが、10秒〜30分の範囲内であることが好ましく、生産性の観点から、10秒〜15分の範囲内であることがより好ましく、10秒〜5分の範囲内であることが特に好ましい。
また、本発明で用いる好ましい透明樹脂基板として、前述のとおり、透明樹脂フィルムが挙げられるが、比較的安価に入手可能な一般的透明樹脂フィルム、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)を用いる場合は、これら透明樹脂基板を高温にすることなく焼成可能な、高エネルギーの光照射による光熱変換を利用したフラッシュ光焼成も好ましい。
(フラッシュ光照射)
光熱変換を利用した焼成の例の一つとして、可視光域の波長を主体とするフラッシュ光照射が挙げられる。フラッシュ光照射で用いられるフラッシュランプの放電管としては、キセノン、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の放電管を用いることができるが、キセノンランプを用いることが好ましい。
フラッシュランプの好ましいスペクトル帯域としては、240〜2000nmの範囲内であることが、フラッシュ光照射により基板に対して熱変形等のダメージを与えないため好ましい。
フラッシュランプの光照射条件は任意であるが、光照射エネルギーの総計が0.1〜50J/cm2の範囲内であることが好ましく、0.5〜10J/cm2の範囲内であることがより好ましい。光照射時間は10μ秒〜100m秒の範囲内であることが好ましく、100μ秒〜10m秒の範囲内であることがより好ましい。また、光照射回数は1回でも複数回でもよく、1〜50回の範囲内で行うことが好ましい。これらの好ましい条件範囲でフラッシュ光照射を行うことにより、基板にダメージを与えることなく、金属細線パターンを加熱焼成し、高い導電性を得ることができる。
基板に対するフラッシュランプの照射は、金属細線パターンがパターン印刷されている表側から照射することが好ましいが、基板が透明体である場合には、裏側から照射してもよいし、両側から照射してもよい。
フラッシュ光照射は大気中で行ってもよいが、必要に応じ、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。
また、フラッシュ光照射時の基板温度は、基板の耐熱温度や、金属粒子(金属ナノ粒子)や金属錯体を含有するインクの分散媒の沸点(蒸気圧)、雰囲気ガスの種類や圧力、インクの分散性や酸化性等の熱的挙動等を考慮して決定すればよく、室温(25℃)〜200℃の範囲内で行うことが好ましい。なお、フラッシュ光照射を行う前に、金属細線パターンを形成後の基板を、あらかじめ加熱処理しておいてもよい。
フラッシュランプの光照射装置は上記の照射エネルギー、照射時間を満足するものであればよい。
(3)透明導電性保護層を形成する工程
透明導電性保護層を形成する工程では、導電性ポリマー、バインダー及び酸化チタン微粒子を含有する塗布液を、多孔質層及び金属細線パターンを形成した透明樹脂基板上に塗布する。
透明導電性保護層の形成方法としては、任意の適切な方法を選択することができ、例えば、塗布方法として、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の各種印刷法に加えて、ロールコート法、バーコート法、ディップコーティング法、スピンコーティング法、キャスティング法、ダイコート法、ブレードコート法、カーテンコート法、スプレーコート法、ドクターコート法等の各種塗布法を用いることができる。
パターン状に形成する場合には、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法を用いることが好ましい。
また、透明導電性保護層の塗布液は、塗布した後、適宜乾燥処理を施すことができる。乾燥処理の条件として特に制限はないが、基板や導電層が損傷しない範囲の温度で乾燥処理することが好ましい。具体的には、ヒーターやIRヒーターを用いた加熱、減圧乾燥、誘導加熱、マイクロ波加熱、レーザー加熱、プラズマ加熱等が挙げられるが、温度や湿度制御の簡便さの観点から、ヒーターを用いた加熱が好ましい。
加熱乾燥する場合の温度は、使用する基板に応じて適宜選択することができるが、基板に樹脂フィルムを用いる場合には、150℃以下の温度で実施することが好ましく、基板にPET基板を用いる場合は、110℃以下の温度で実施することがより好ましい。
赤外線乾燥を用いる場合には、透明導電性保護層を選択的に加熱するために、基板による吸収が少ない赤外線波長域を選択することが好ましい。例えば、基板がPETやPENフィルムの場合には、1〜1500nmの近赤外線を用いることが好ましい。あるいは、迅速に加熱乾燥するために、水の吸収極大が存在する3μm近傍の赤外線波長域を選択することも好ましい。
[有機電子デバイス]
有機電子デバイスは、上記透明電極と有機機能層とを有する。
例えば、透明電極を第1電極部として、この第1電極部の上に有機機能層を形成し、更にこの有機機能層の上に対向配置された第2電極部を形成することによって、有機電子デバイスを得ることができる。
有機機能層としては、有機発光層、有機光電変換層、液晶ポリマー層等、特に限定なく挙げることができるが、有機機能層が薄膜で、かつ電流駆動系のものである有機発光層、有機光電変換層である場合において、特に有効である。
以下、有機電子デバイスが、有機ELデバイス又は有機光電変換デバイスである場合のその構成要素について説明する。
(1)有機ELデバイス
(1.1)有機機能層構成(有機発光層)
有機機能層としての有機発光層を有する有機ELデバイスは、有機発光層に加えて、正孔(ホール)注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、正孔阻止層、電子阻止層等の発光を制御する層を有機発光層と併用してもよい。
透明電極上の透明導電性保護層は、正孔注入層として働くことも可能であるので、正孔注入層を兼ねることも可能であるが、独立に正孔注入層を設けてもよい。
構成の好ましい具体例を以下に示すが、本発明はこれらに限定されない。
(i)(第1電極部)/発光層/電子輸送層/(第2電極部)
(ii)(第1電極部)/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/(第2電極部)
(iii)(第1電極部)/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/(第2電極部)
(iv)(第1電極部)/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層/(第2電極部)
(v)(第1電極部)/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層/電子注入層/(第2電極部)
ここで、発光層は、発光極大波長が各々430〜480nm、510〜550nm、600〜640nmの範囲内にある単色発光層であってもよく、また、これらの少なくとも3層の発光層を積層して白色発光層としたものであってもよく、更に発光層間には非発光性の中間層を有していてもよい。本発明の有機ELデバイスとしては、白色発光層であることが好ましい。
また、本発明において有機発光層に使用できる発光材料又はドーピング材料としては、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、コロネン、ペリレン、フタロペリレン、ナフタロペリレン、ジフェニルブタジエン、テトラフェニルブタジエン、クマリン、オキサジアゾール、ビスベンゾキサゾリン、ビススチリル、シクロペンタジエン、キノリン金属錯体、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、トリス(5−フェニル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、アミノキノリン金属錯体、ベンゾキノリン金属錯体、トリ−(p−ターフェニル−4−イル)アミン、1−アリール−2,5−ジ(2−チエニル)ピロール誘導体、ピラン、キナクリドン、ルブレン、ジスチルベンゼン誘導体、ジスチルアリーレン誘導体、各種蛍光色素、希土類金属錯体、リン光発光材料等があるが、これらに限定されるものではない。
また、これらの化合物のうちから選択される発光材料を90.0〜99.5質量部の範囲内で、ドーピング材料を0.5〜10.0質量部の範囲内で含むようにすることも好ましい。
有機発光層は、上記の材料等を用いて公知の方法によって作製されるものであり、その形成方法としては、蒸着、塗布、転写等の方法が挙げられる。
(1.2)電極
本発明の透明電極は、上記の第1電極部又は第2電極部で使用されるが、第1電極部が本発明の透明電極であり、かつ陽極であることが好ましい態様である。
この場合、第2電極部(陰極)は導電材単独層であってもよいが、導電性を有する材料に加えて、これらを保持する樹脂を併用してもよい。第2電極部の導電材としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属(電子注入性金属と称する)、合金、電気伝導性化合物又はこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。
このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。
これらの中で、電子注入性及び酸化等に対する耐久性の点から、電子注入性金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第2金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al23)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。
陰極は、これらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。
陰極としてのシート抵抗は、数百Ω/□以下が好ましく、膜厚は通常10nm〜5μmの範囲内、好ましくは50〜200nmの範囲内で選ばれる。
第2電極部の導電材として金属材料を用いれば、第2電極部側に来た光は反射されて第1電極部側に戻る。第2電極部の導電材として金属材料を用いることで、この光が再利用可能となり、より取り出しの効率が向上する。
(1.3)阻止層(正孔阻止層、電子阻止層)
阻止層は、有機化合物薄膜の基本構成層の他に必要に応じて設けられるものである。例えば、特開平11−204258号公報、同11−204359号公報、及び「有機ELデバイスとその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の237頁等に記載されている正孔阻止層がある。
正孔阻止層とは、広い意味では電子輸送層の機能を有し、電子を輸送する機能を有しつつ正孔を輸送する能力が著しく小さい正孔阻止材料からなる。電子を輸送しつつ正孔を阻止することで、電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
また、後述する電子輸送層の構成を、必要に応じて、正孔阻止層として用いることができる。本発明の有機ELデバイスに設ける正孔阻止層は、発光層に隣接して設けられていることが好ましい。
一方、電子阻止層とは、広い意味では正孔輸送層の機能を有し、正孔を輸送する機能を有しつつ電子を輸送する能力が著しく小さい電子阻止材料からなる。正孔を輸送しつつ電子を阻止することで、電子と正孔の再結合確率を向上させることができる。
また、後述する正孔輸送層の構成を、必要に応じて、電子阻止層として用いることができる。
本発明に係る正孔阻止層、電子阻止層の層厚としては、好ましくは100nm以下であり、更に好ましくは5.0〜30nmの範囲内である。
(1.4)正孔輸送層
正孔輸送層とは、正孔を輸送する機能を有する正孔輸送材料からなり、広い意味で正孔注入層、電子阻止層も正孔輸送層に含まれる。
正孔輸送層は、単層又は複数層設けることができる。
正孔輸送材料としては、正孔の注入又は輸送、電子の障壁性のいずれかを有するものであり、有機物、無機物のいずれであってもよい。
例えば、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体及びピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、アニリン系共重合体や導電性高分子オリゴマー、特にチオフェンオリゴマー等が挙げられる。
正孔輸送材料としては上記のものを使用することができるが、更にはポルフィリン化合物、芳香族第3級アミン化合物及びスチリルアミン化合物、特に芳香族第3級アミン化合物を用いることが好ましい。
芳香族第3級アミン化合物及びスチリルアミン化合物の代表例としては、N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノフェニル、N,N′−ジフェニル−N,N′−ビス(3−メチルフェニル)−〔1,1′−ビフェニル〕−4,4′−ジアミン(略称:TPD)、2,2−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)プロパン、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)シクロヘキサン、N,N,N′,N′−テトラ−p−トリル−4,4′−ジアミノビフェニル、1,1−ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン、ビス(4−ジメチルアミノ−2−メチルフェニル)フェニルメタン、ビス(4−ジ−p−トリルアミノフェニル)フェニルメタン、N,N′−ジフェニル−N,N′−ジ(4−メトキシフェニル)−4,4′−ジアミノビフェニル、N,N,N′,N′−テトラフェニル−4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、4,4′−ビス(ジフェニルアミノ)クオードリフェニル、N,N,N−トリ(p−トリル)アミン、4−(ジ−p−トリルアミノ)−4′−〔4−(ジ−p−トリルアミノ)スチリル〕スチルベン、4−N,N−ジフェニルアミノ−(2−ジフェニルビニル)ベンゼン、3−メトキシ−4′−N,N−ジフェニルアミノスチルベンゼン、N−フェニルカルバゾール、更には米国特許第5061569号明細書に記載されている2個の縮合芳香族環を分子内に有するもの、例えば、4,4′−ビス〔N−(1−ナフチル)−N−フェニルアミノ〕ビフェニル(略称:NPD)、特開平4−308688号公報に記載されているトリフェニルアミンユニットが三つスターバースト型に連結された4,4′,4″−トリス〔N−(3−メチルフェニル)−N−フェニルアミノ〕トリフェニルアミン(略称:MTDATA)等が挙げられる。さらに、これらの材料を高分子鎖に導入した、又はこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
また、p型−Si、p型−SiC等の無機化合物も、正孔輸送材料、後述の正孔注入材料として使用することができる。
また、特開平4−297076号公報、特開2000−196140号公報、特開2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)、特開平11−251067号公報、J.Huang et.al.著文献(Applied Physics Letters 80(2002),p.139)、特表2003−519432号公報に記載されているような、いわゆるp型半導体的性質を有するとされる正孔輸送材料を用いることもできる。
本発明においては、より高効率の発光デバイスが得られることから、これらの材料を用いることが好ましい。
正孔輸送層は、上記正孔輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、LB法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。
正孔輸送層の層厚については特に制限はないが、通常は5nm〜5μm程度、好ましくは5〜200nmの範囲内である。
この正孔輸送層は、上記材料の1種又は2種以上からなる一層構造であってもよい。
(1.5)電子輸送層
電子輸送層とは、電子を輸送する機能を有する材料からなり、広い意味で電子注入層、正孔阻止層も電子輸送層に含まれる。電子輸送層は単層又は複数層設けることができる。
単層の電子輸送層又は複数層からなる電子輸送層とする場合、発光層に対して陰極側に隣接する電子輸送層に用いられる電子輸送材料(正孔阻止材料を兼ねる)としては、陰極より注入された電子を発光層に伝達する機能を有していればよく、その材料としては従来公知の化合物の中から任意のものを選択して用いることができ、例えば、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体等が挙げられる。
さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も、電子輸送材料として用いることができる。さらに、これらの材料を高分子鎖に導入した、又はこれらの材料を高分子の主鎖とした高分子材料を用いることもできる。
また、8−キノリノール誘導体の金属錯体、例えば、トリス(8−キノリノール)アルミニウム(略称:Alq3)、トリス(5,7−ジクロロ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5,7−ジブロモ−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(2−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、トリス(5−メチル−8−キノリノール)アルミニウム、ビス(8−キノリノール)亜鉛(略称:Znq)等、及びこれらの金属錯体の中心金属がIn、Mg、Cu、Ca、Sn、Ga又はPbに置き替わった金属錯体も、電子輸送材料として用いることができる。
その他、メタルフリーもしくはメタルフタロシアニン、又はそれらの末端がアルキル基やスルホン酸基等で置換されているものも、電子輸送材料として好ましく用いることができる。
また、発光層の材料としても用いられるジスチリルピラジン誘導体も電子輸送材料として用いることができるし、正孔注入層、正孔輸送層と同様にn型−Si、n型−SiC等の無機半導体も電子輸送材料として用いることができる。
電子輸送層は、上記電子輸送材料を、例えば、真空蒸着法、スピンコート法、キャスト法、インクジェット法を含む印刷法、LB法等の公知の方法により、薄膜化することにより形成することができる。
電子輸送層の層厚については、特に制限はないが、通常は5nm〜5μm程度、好ましくは5〜200nmである。
電子輸送層は、上記材料の1種又は2種以上からなる一層構造であってもよい。
また、不純物をドープしたn型半導体的性質を有するとされる電子輸送材料を用いることもできる。その例としては、特開平4−297076号公報、特開平10−270172号公報、特開2000−196140号公報、特開2001−102175号公報、J.Appl.Phys.,95,5773(2004)等に記載されたものが挙げられる。本発明においては、このようなn型半導体的性質を有するとされる電子輸送材料を用いることが、より低消費電力のデバイスを作製することができるため好ましい。
(1.6)注入層(電子注入層、正孔注入層)
注入層とは、駆動電圧低下や発光輝度向上のために電極と有機機能層間に設ける層のことで、例えば、「有機ELデバイスとその工業化最前線(1998年11月30日エヌ・ティー・エス社発行)」の第2編第2章「電極材料」(123〜166頁)にその詳細が記載されており、正孔注入層と電子注入層とがある。
正孔注入層としては、第1透明電極との仕事関数の差が少ないことが要求される。特開平9−45479号公報、同9−260062号公報、同8−288069号公報等にもその詳細が記載されており、具体例として、銅フタロシアニンに代表されるフタロシアニンバッファー層、酸化バナジウムに代表される酸化物バッファー層、アモルファスカーボンバッファー層、ポリアニリン(エメラルディン)やポリチオフェン等の導電性ポリマー層等が挙げられる。特に、塗布法での使用が可能である点から、導電性ポリマー層を使用することが好ましい。
また、正孔注入層に使用する導電性ポリマーは、仕事関数の観点から、化合物内にフッ素(F)を有するポリアニオンであることが好ましい。また、フッ素は後から添加してもよく、パーフルオロ化されたポリアニオンでもよい。
具体的には、パーフルオロスルホン酸基を含有するナフィオン(Dupont社製)、カルボン酸基を含有するパーフルオロ型ビニルエーテルからなるフレミオン(旭硝子(株)製)等を挙げることができる。
電子注入層としては、特開平6−325871号公報、同9−17574号公報、同10−74586号公報等にその詳細が記載されており、具体的にはストロンチウムやアルミニウム等に代表される金属バッファー層、フッ化リチウムに代表されるアルカリ金属化合物バッファー層、フッ化マグネシウムに代表されるアルカリ土類金属化合物バッファー層、酸化アルミニウムに代表される酸化物バッファー層等が挙げられる。
注入層は、ごく薄い膜であることが望ましく、使用する素材にもよるが、その層厚は0.1nm〜5μmの範囲内であることが好ましい。また、導電性ポリマーを用いたときは、透明性の観点から、5.0〜50nmの範囲内であることが特に好ましい。
(1.7)封止部材
封止部材としては、有機ELデバイスの表示領域を覆うように配置されていればよく、凹板状でも平板状でもよい。また、透明性、電気絶縁性は特に問わない。
本発明においては、有機ELデバイスを薄膜化できるということから、ポリマーフィルムや金属フィルムを好ましく使用することができる。
接着剤層を形成する接着剤としては、例えば、アクリル酸系オリゴマー、メタクリル酸系オリゴマーの反応性ビニル基を有する光硬化及び熱硬化型接着剤、2−シアノアクリル酸エステル等の湿気硬化型等の接着剤を挙げることができる。また、エポキシ系等の熱及び化学硬化型(二液混合)を挙げることができる。また、ホットメルト型のポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンを挙げることができる。また、カチオン硬化タイプの紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤を挙げることができる。
また、有機機能層を挟み透明樹脂基板と対向する側の電極の外側には、該電極と有機機能層を被覆し、透明樹脂基板と接する形で無機物、有機物の層を形成し、封止膜とすることも好適である。
この場合、該封止膜を形成する材料としては、水分や酸素等、デバイスの劣化をもたらすものの浸入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素等を用いることができる。
(2)有機光電変換デバイス
有機光電変換デバイスは、第1電極部、バルクヘテロジャンクション構造(p型半導体層及びn型半導体層)を有する光電変換層(バルクヘテロジャンクション層ともいう。)、第2電極部が積層された構造を有することが好ましい。
本発明の透明電極は、少なくとも入射光側に用いられる。
光電変換層と第2電極部との間に電子輸送層等の中間層を有してもよい。
(2.1)光電変換層
光電変換層は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、p型半導体材料とn型半導体材料とを一様に混合したバルクヘテロジャンクション層を構成していることが好ましい。p型半導体材料は、相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、n型半導体材料は、相対的に電子受容体(アクセプター)として機能する。
ここで、電子供与体及び電子受容体は、“光を吸収した際に、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子とのペア(電荷分離状態)を形成する電子供与体及び電子受容体”であり、電極のように単に電子を供与あるいは受容するものではなく、光反応によって、電子を供与あるいは受容するものである。
p型半導体材料としては、種々の縮合多環芳香族化合物や共役系化合物が挙げられる。
縮合多環芳香族化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。
共役系化合物としては、例えば、ポリチオフェン及びそのオリゴマー、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、テトラチアフルバレン化合物、キノン化合物、テトラシアノキノジメタン等のシアノ化合物、フラーレン及びこれらの誘導体あるいは混合物を挙げることができる。
特に、ポリチオフェン及びそのオリゴマーのうち、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェンα,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン等のオリゴマーを好適に用いることができる。
その他、高分子p型半導体の例としては、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリパラフェニレンスルフィド、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリカルバゾール、ポリイソチアナフテン、ポリヘプタジイン、ポリキノリン、ポリアニリン等が挙げられ、更には、特開2006−36755号公報等の置換−無置換交互共重合ポリチオフェン、特開2007−51289号公報、特開2005−76030号公報、J.Amer.Chem.Soc.,2007,p4112、J.Amer.Chem.Soc.,2007,p7246などの縮環チオフェン構造を有するポリマー、国際公開第2008/000664号、Adv.Mater.,2007,p4160、Macromolecules,2007,Vol.40,p1981等のチオフェン共重合体等を挙げることができる。
さらに、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)錯体、ビスエチレンジチオテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体等の有機分子錯体、C60、C70、C76、C78、C84等のフラーレン類、シングルウォールナノチューブ(SWNT)等のカーボンナノチューブ、メロシアニン色素類、ヘミシアニン色素類等の色素等、更にポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマーや特開2000−260999号公報に記載の有機・無機混成材料も用いることができる。
これらのπ共役系材料の中でも、ペンタセン等の縮合多環芳香族化合物、フラーレン類、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、金属フタロシアニン、金属ポルフィリンよりなる群から選ばれた少なくとも1種が好ましい。また、ペンタセン類がより好ましい。
ペンタセン類の例としては、国際公開第03/16599号パンフレット、国際公開第03/28125号パンフレット、米国特許第6690029号明細書、特開2004−107216号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、J.Amer.Chem.Soc.,vol.127,No14,4986等に記載の置換アセン類及びその誘導体等が挙げられる。
これらの化合物の中でも、溶液プロセスが可能な程度に有機溶剤への溶解性が高く、かつ乾燥後は結晶性薄膜を形成し、高い移動度を達成することが可能な化合物が好ましい。
そのような化合物としては、J.Amer.Chem.Soc.,vol.123,p9482、J.Amer.Chem.Soc.,vol.130(2008),No.9,2706等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物、及び米国特許出願公開第2003/136964号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、特開2007−224019号公報等に記載のポルフィリンプレカーサー等のような、プレカーサータイプの化合物(前駆体)が挙げられる。
これらの中でも、後者のプレカーサータイプの方が好ましく用いることができる。これは、プレカーサータイプの方が、変換後に不溶化するため、バルクヘテロジャンクション層の上に正孔輸送層・電子輸送層・正孔阻止層・電子阻止層等を溶液プロセスで形成する際に、バルクヘテロジャンクション層が溶解してしまうことがなくなるため、正孔輸送層等を構成する材料とバルクヘテロジャンクション層を形成する材料とが混合することがなくなり、一層の効率向上・寿命向上を達成することができるためである。
p型半導体材料としては、p型半導体材料前駆体に熱・光・放射線・化学反応を引き起こす化合物の蒸気に晒す等の方法によって化学構造変化を起こし、p型半導体材料に変換された化合物であることが好ましい。中でも熱によって化学構造変化を起こす化合物が好ましい。
n型半導体材料の例としては、フラーレン、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む、高分子化合物が挙げられる。
中でも、フラーレン含有高分子化合物が好ましい。フラーレン含有高分子化合物としては、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC84、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ、ナノホーン(円錐型)等を骨格に持つ高分子化合物が挙げられる。フラーレン含有高分子化合物では、フラーレンC60を骨格に持つ高分子化合物(誘導体)が好ましい。
フラーレン含有ポリマーは、フラーレンが高分子主鎖からペンダントされたポリマーと、フラーレンが高分子主鎖に含有されるポリマーとに大別されるが、フラーレンがポリマーの主鎖に含有されている化合物が好ましい。これは、フラーレンが主鎖に含有されているポリマーは、ポリマーが分岐構造を有さないため、固体化した際に高密度なパッキングができ、結果として高い移動度を得ることができるためではないかと推定される。
電子受容体と電子供与体とが混合されたバルクヘテロジャンクション層の形成方法としては、蒸着法、塗布法(キャスト法、スピンコート法を含む)等を例示することができる。
本発明の光電変換デバイスを、太陽電池等の光電変換デバイスとして用いる形態としては、光電変換デバイスを単層で利用してもよいし、積層(タンデム型)して利用してもよい。
また、光電変換デバイスは、環境中の酸素、水分等で劣化しないように、公知の手法によって封止することが好ましい。
[実施例1]
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
なお、実施例において「%」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量%」を表す。
≪透明電極(サンプル)1〜38の作製≫
(1)無機微粒子分散液の調製
下記の各粒子(i)〜(vi)、(viii)又は(ix)(括弧内は平均粒径を表す。)と超純水とを混合し、常温で冷却しながら、超音波分散機(エスエムテー社製 UH−50)に、マイクロチップステップ(エスエムテー社製 MS−3 3mmφ)の標準条件で10分間分散し、1.0μmフィルターでろ過し、30質量%の平均粒径の異なるTiO2分散液(I)〜(VI)、SiO2分散液(VIII)、Al23分散液(IX)を作製した。
<TiO2粒子>
(i)酸化チタンAMT−100(6nm)(テイカ社製)
(ii)酸化チタンMT−150A(15nm)(テイカ社製)
(iii)スーパータイタニアF−2(60nm)(昭和電工社製)
(iv)スーパータイタニアF−1(90nm)(昭和電工社製)
(v)酸化チタンJR−405(210nm)(テイカ社製)
(vi)酸化チタンJR−301(300nm)(テイカ社製)
<SiO2粒子>
(viii)アエロジル50(30nm)(日本アエロジル社製)
<Al23粒子>
(ix)TECNAPOW−AL2O3(20〜25nm)(TECNAN社製)
また、平均粒径1μmのTiO2粒子(JR−1000 テイカ社製)を、メディア撹拌型湿式超微粉砕機MSCミル(日本コークス工業社製)を用いて粉砕し、上記分散液と同様の方法で、平均粒径500nmのTiO2分散液(VII)を作製した。
さらに、TiO2(iv)が20質量%、SiO2(viii)が10質量%含まれるTiO2/SiO2分散液(X)を、上記分散液と同様の方法で作製した。
(2)多孔質層の作製
両面にハードコート層を設けた厚さ110μm、大きさ180mm×180mmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムの一方の面に、アプリケーターにて上記で作製した無機微粒子分散液(I)、(III)、(IV)、(VI)〜(X)を、表1及び2に従い、乾燥層厚1000nmとなるように塗布し、110℃、5分間クリーンオーブンを用いて乾燥し、多孔質層を形成した。多孔質層の基板上での層厚は、多孔質層の一部を削り、その段差を高輝度非接触3次元表面形状粗さ計WYKO NT9100を用いて測定した。測定は、任意の10か所における層厚を測定し、その平均値を求めた。
なお、透明電極26及び32の多孔質層の乾燥層厚は、それぞれ100nm、2000nmとした。
(3)金属細線パターンの作製
銀ナノ粒子分散液(NPS−JL ハリマ化成株式会社製)をインクジェット印刷法を用いて、50μm幅、1mmピッチでストライプ状に塗布してパターン形成し、焼成後の金属細線パターンの厚さが1.0μmになるように複数回塗布し、積層した。その後、110℃、60分間焼成し、金属細線パターンを形成した。金属細線パターンの厚さは、高輝度非接触3次元表面形状粗さ計WYKO NT9100を用いて測定した。なお、透明電極26では、分散液塗布後、線幅が90μmとなっていた。
インクジェット印刷法としては、インク液滴の射出量が4plのインクジェットヘッドを使用し、塗布速度と射出周波数を調整して、パターンを印刷した。インクジェット印刷装置としては、インクジェットヘッド(コニカミノルタ社製)を取り付けた卓上型ロボットShotmaster−300(武蔵エンジニアリング社製)を用い、インクジェット評価装置EB150(コニカミノルタ社製)にて制御した。
(4)透明導電性保護層形成用塗布液の調製
下記の各透明導電性保護層形成材料を、表1及び2に従い、順次混合した後、加熱溶解して、透明導電性保護層形成用塗布液を調製した。
1)導電性ポリマー(下記参照)
2)水溶性バインダー又は水分散性バインダー(下記参照)(固形分濃度20質量%)
3)TiO2分散液(I)、(II)、(IV)、(V)、SiO2分散液(VIII)又はAl23分散液(IX)(固形分濃度30質量%)
1)〜3)の混合量は、表1及び2に記載のとおりである。さらに、ジメチスルホキシド(DMSO)を4.2g添加して、これを透明導電性保護層形成用塗布液とした。
(4.1)導電性ポリマー
<PH510>
PEDOT/PSS CLEVIOS PH510、Heraeus社製(固形分濃度1.89質量%、PEDOT:PSS(固形分比率)=1:2.5)
<AI4083>
PEDOT/PSS CLEVIOS AI4083(固形分濃度1.89質量%)
<ポリアニリン>
導電性ポリアニリン分散液ORMECON(登録商標)INK(導電性高分子分散液インク)(固形分濃度2.5質量%、日産化学工業社製)
(4.2)水溶性バインダー
<ポリヒドロキシエチルアクリレート(PHEA)の合成(例示化合物I−1)>
500mlの三ツ口フラスコに、テトラヒドロフラン(THF)を200ml加え、10分間加熱還流させた後、窒素下で室温(25℃)まで冷却した。次いで、2−ヒドロキシエチルアクリレート(10.0g、86mmol、分子量:116.05)と、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN、1.41g、8.5mmol、分子量:164.11)を加え、5時間加熱還流した。室温(25℃)まで冷却した後、5000mlのメチルエチルケトン(MEK)中に、上記反応溶液を滴下し、1時間攪拌した。MEKをデカンテーションした後、200mlのMEKで3回洗浄後、THFでポリマーを溶解し、100mlフラスコへ移した。THFをロータリーエバポレーターにより減圧留去後、50℃で3時間減圧乾燥した。その結果、数平均分子量35700、分子量分布2.3のポリヒドロキシエチルアクリレート(PHEA)を9.0g(収率90%)得た。
なお、分子量はGPC(Waters2695 Waters社製)を用い、下記の測定条件で測定した。
(GPC測定条件)
装置:Wagers2695(Separations Module)
検出器:Waters 2414 (Refractive Index Detector)
カラム:Shodex Asahipak GF−7M HQ
溶離液:ジメチルホルムアミド(20mM LiBr)
流速:1.0ml/min
温度:40℃
合成した試料を超純水に溶解し、20質量%のPHEA水溶液を作製した。
<ポリヒドロキシエチルアクリルアミド(PHEAA)の合成(例示化合物I−19)>
ポリヒドロキシエチルアクリレートの合成において、モノマーとしてヒドロキシエチルアクリルアミドを用いた。
それ以外はポリヒドロキシエチルアクリレートの合成と同様の方法によりポリヒドロキシエチルアクリルアミドを得た。
合成した試料を超純水に溶解し、20質量%のPHEAA溶液を作製した。
<ポリヒドロキシエチルアクリレートとポリヒドロキシエチルアクリルアミドの共重合体(PHEA/PHEAA)の合成>
200ml三ツ口フラスコにTHF100mlを加え10分間加熱還流させた後、窒素下で室温(25℃)まで冷却した。2−ヒドロキシエチルアクリレート(4.1g、35mmol、分子量:116.05)、ヒドロキシエチルアクリルアミド(1.7g、15mmol、分子量:115.15)、AIBN(0.8g、5mmol、分子量:164.11)を加え、5時間加熱還流した。室温(25℃)まで冷却した後、3000mlのMEK中に反応溶液を滴下し、1時間攪拌した。MEKをデカンテーション後、100mlのMEKで3回洗浄後、THFでポリマーを溶解し、100mlフラスコへ移した。THFをロータリーエバポレーターにより減圧留去後、50℃で3時間減圧乾燥した。その結果、数平均分子量33700、分子量分布2.4の「ポリヒドロキシエチルアクリレートとポリヒドロキシエチルアクリルアミドとの共重合体」を10.3g(収率90%)得た。
合成した試料を超純水に溶解し、20質量%のPHEA/PHEAA溶液を作製した。
(4.3)水分散性バインダー
水分散性バインダー(ポリマー)として、下記2種類の混合物を用いた。
ポリエステル系樹脂 プラスコートZ−561(互応化学工業(株)製)
アクリル系樹脂 モビニール5450(日本合成化学工業(株)製)
上記樹脂を超純水に分散させ、20質量%の水分散性バインダーを作製した。
上記のようにして調製した透明導電性保護層形成用塗布液を、金属細線パターン上にアプリケーターを用いて乾燥層厚が400nmとなるように塗布した。塗布後、ヒーターを用いて、110℃で60分間加熱処理を行い、透明導電性保護層を形成して、透明電極1〜38を得た。
≪透明電極1〜38の評価≫
上記のように作製した各透明電極について、シート抵抗、透過率を以下のように評価した。
(1)シート抵抗
作製した各透明電極について、金属細線部が正方形になるように金属細線の両端に銀電極を蒸着して、銀電極の両端の抵抗を測定し、透明電極の表面抵抗を測定した。このとき、銀電極部は細線部の抵抗の1/10以下になるように膜厚を調整した。透明電極1〜38のシート抵抗値は、有機電子デバイスを大面積にするのに好適な範囲である5Ω/□以下であった。
(2)透過率の測定
作製した各透明電極について、東京電色社製 HAZE METER NDH5000を用いて、全光線透過率を測定し、以下の基準で評価した。
評価結果を表1及び2に示す。
透明電極を有機電子デバイスに用いるためには、透過率は60%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。
「◎」:70%以上
「○」:60%以上70%未満
「△」:50%以上60%未満
「×」:50%未満
≪有機ELデバイス(サンプル)1〜38の作製≫
(1)ガスバリア層付き透明フィルム基板の作製
<ガスバリア層の形成>
パーヒドロポリシラザン(PHPS、AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製アクアミカ NN320)の20質量%ジブチルエーテル溶液を、乾燥後の平均層厚が0.3μmとなるように、両面にハードコート層を設けた厚さ110μm、大きさ80mm×80mmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムの一方の面に塗布した後、温度85℃、湿度55%RHの雰囲気下に1分間保持して乾燥処理を行い、更に温度25℃、湿度10%RH(露点温度−8℃)の雰囲気下に10分間保持して除湿処理を行った。
除湿処理を行った試料を下記の条件で改質処理を行い、ガスバリア層付き透明フィルム基板を作製した。改質処理時の露点温度は−8℃で実施した。
<改質処理装置>
改質処理装置として、株式会社エム・ディ・コム製エキシマ照射装置(MODEL:MECL−M−1−200、波長172nm、ランプ封入ガスXe)を用いた。稼動ステージ上に試料を固定してその試料に対し以下の条件で改質処理を行った。
<改質処理条件>
エキシマ光強度 60mW/cm2(172nm)
試料と光源の距離 1mm
ステージ加熱温度 70℃
照射装置内の酸素濃度 1%
エキシマ照射時間 3秒
(2)アノード電極(陽極)の作製
上記のようにして作製した5cm角のガスバリア性を有するPETフィルム基板を2−プロパノールに浸漬させ、更にその後超純水に浸漬させ、110℃で6時間乾燥させた。
これら洗浄済みのフィルム基板に対し、ITO(インジウムチンオキシド)をスパッタ法により150nm成膜してITO基板を作製し、フォトリソ法により、取り出し電極にITOをもつフィルム基板(アノード電極部分(中央部30mm×30mm)にITOがない)を作製し、更に110℃で1日乾燥させた。
その後、取り出し電極にITOをもつ当該フィルム基板上に透明電極1〜38をアノード電極として形成し、当該アノード電極上に、有機EL層(正孔輸送層、有機発光層、正孔阻止層及び電子輸送層)とカソード電極とを以下の手順で形成し、「有機ELデバイス1〜38」を作製した。
なお、取り出し電極ITOと金属細線の一部は接点を持つように形成した。また、多孔質を形成する際には、多孔質層を塗布形成した後、硬化する前に不要部分をふきとり、パターニングした。
(3)有機EL層の作製
有機EL層の正孔輸送層以降の層は蒸着により形成した。
市販の真空蒸着装置内の蒸着用るつぼの各々に、各層の構成材料を各々デバイス作製に必要量を充填した。蒸着用るつぼは、モリブデン製又はタングステン製の抵抗加熱用材料で作製されたものを用いた。
まず、透明電極1〜38に対し、正孔輸送層、有機発光層、正孔阻止層、電子輸送層からなる有機EL層を、透明電極1〜38の中央部の30mm×33mmの範囲に順次形成した。
(3.1)正孔輸送層の作製
真空度1×10-4Paまで減圧した後、化合物1の入った蒸着用るつぼに通電して加熱し、蒸着速度0.1nm/秒で蒸着し、層厚30nmの正孔輸送層を設けた。
(3.2)有機発光層の作製
次に、以下の手順で各発光層を設けた。
形成した正孔輸送層上に、化合物2が13.0質量%、化合物3が3.7質量%、化合物5が83.3質量%になるように、化合物2、化合物3及び化合物5を蒸着速度0.1nm/秒で正孔輸送層と同じ領域に共蒸着し、発光極大波長が622nm、層厚10nmの緑赤色リン光発光の有機発光層を形成した。
次いで、化合物4が10.0質量%、化合物5が90.0質量%になるように、化合物4及び化合物5を蒸着速度0.1nm/秒で緑赤色リン光発光の有機発光層と同じ領域に共蒸着し、発光極大波長が471nm、層厚15nmの青色リン光発光の有機発光層を形成した。
(3.3)正孔阻止層の作製
さらに、形成した有機発光層と同じ領域に、化合物6を層厚5nmに蒸着して正孔阻止層を形成した。
(3.4)電子輸送層の作製
引き続き、形成した正孔阻止層と同じ領域に、CsFを層厚比で10%になるように化合物6と共蒸着し、層厚45nmの電子輸送層を形成した。
Figure 0006269648
(4)カソード電極(陰極)の作製
形成した有機EL層の電子輸送層の上に、30mm×42mmの陰極形成用材料としてAlを5×10-4Paの真空下にてマスク蒸着し、厚さ100nmの陰極を形成した。
最終的に、陰極及び陽極の外部取り出し端子が形成できるように、端部を除き陽極の周囲に接着剤を塗り、ポリエチレンテレフタレートを基板としAl23を厚さ300nmで蒸着した可撓性封止部材を貼合した後、熱処理で接着剤を硬化させ封止膜を形成し、発光エリア30mm×30mmの「有機ELデバイス1〜38」を作製した。
なお、熱処理は周囲の接着剤だけが加熱されるように、接着剤が塗布された部分に型取ったステージを用いてヒーターで行った。
《有機ELデバイス1〜38の評価》
(1)整流比
作製した各有機ELデバイスについて、整流比を下記のように評価した。
評価結果を表1及び2に示す。
各有機ELデバイスについて、同一作製手順にてそれぞれ10個ずつ作製し、整流比を測定した上で平均値を求め、以下の指標で整流比として評価した。大面積化に対応するためには、下記のランクで2以上のレベルであることが必須で、3以上のレベルであることが好ましい。
整流比=+4V印加時の電流値/−4V印加時の電流値
5: 整流比が1.0×105以上
4: 整流比が1.0×104以上1.0×105未満
3: 整流比が1.0×103以上1.0×104未満
2: 整流比が1.0×102以上1.0×103未満
1: 整流比が1.0×10以上1.0×102未満
0: 整流比が1.0×10未満
(2)発光均一性
電流の面均一性は、発光均一性を評価することで行った。KEITHLEY製ソースメジャーユニット2400型を用いて、各有機ELデバイスに直流電圧を印加して、輝度が1000cd/m2になるよう発光させ、発光状態を下記基準で目視評価した。
評価結果を表1及び2に示す。
◎:均一発光しており、ダークスポットも見られない
○:均一発光しているが、1〜10個のダークスポットが見られる
×:均一発光しない、又は11個以上のダークスポットが見られる
(3)保存性
作製した各有機ELデバイスを温度80℃、湿度60%のサーモ器で保存した。12時間毎にサーモ器から取り出し、初期の1000cd/m2発光時の電圧を印加し、そのときの輝度を測定し、輝度が半減した時間を評価し、保存時間とした。電極をITOとした有機ELデバイスに対する比率を求め、以下の指標で評価した。
評価結果を表1及び2に示す。
なお、保存性は、100%以上が好ましく、120%以上であることがより好ましい。
◎:95%以上
○:85%以上95%未満
△:70%以上85%未満
×:70%未満
Figure 0006269648
Figure 0006269648
(4)まとめ
表1及び2から明らかなように、多孔質層と透明導電性保護層とに酸化チタン微粒子が存在すると110℃での焼成でも、高温高湿度下での保存性に優れることがわかった。
一方、透明導電性保護層に含有される微粒子が、酸化チタン微粒子以外のSiO2微粒子、Al23微粒子の場合には、高温高湿度下での保存性が悪い結果となった(有機ELデイバス3及び5)。また、透明導電性保護層に酸化チタンの微粒子が入っていない場合も、高温高湿度下での保存性が悪い結果となった(有機ELデバイス2及び4)。
さらに、多孔質層は、酸化チタンの微粒子を含んでいれば、他の微粒子であるSiO2微粒子を含んでいても、本発明の効果があることがわかる(有機ELデバイス38)。
また、A+Bに対するCの割合が1.0に近いほど、整流比が良好な有機ELデバイスが得られ(有機ELデバイス15、16、18、20、21、23、25、28及び30)、Aに対するB+C又はBの割合が大きいほど、透過率はよくなる傾向にあるが、整流比は低下傾向にある(有機ELデバイス7、17、21及び22)。
また、酸化チタン微粒子の平均粒径について、多孔質層では平均粒径6〜500nmの範囲内、透明導電性保護層では平均粒径210nm以下とした場合に、整流比が良好な有機ELデバイスを作製できた。特に、多孔質層、透明導電性保護層中の酸化チタン微粒子の平均粒径と有機ELデバイスの整流比との間には相関があり、酸化チタン微粒子の平均粒径が小さいほど整流比が良好な結果であった(有機ELデバイス6〜9、10〜12参照)。
また、多孔質層の層厚を100〜2000nmの範囲内とした場合、透明性に優れた透明電極を作製することができたが、多孔質層の層厚を100nm、2000nmとした場合には、金属細線パターンの線太りや多孔質層の層厚増加により、わずかに透過率の低下が見られた(有機ELデバイス25、26、31及び32)。
バインダーとして、一般式(I)で示される水溶性バインダーや市販の水分散性バインダーであるエマルジョン樹脂を用いても、本発明の効果があることがわかる(有機ELデバイス31、33、34及び35)。
導電性ポリマーについては、PEDOT−PSSのほか、ポリアニリンについても同様の効果が確認できた(有機ELデバイス37)。
[実施例2]
ガスバリア層付きPETロール原反(幅250mm、長さ(巻き長さ)200m)を供給ロールにセットして、供給ロールから繰り出し、実施例1と同様の方法でPETロール原反上に透明電極1、2、18及び22を作製した後、巻取りを行った。ライン搬送速度は4m/minで行った。
巻取り後、目視にて透明導電性保護層に擦れが生じているかを評価した。その結果、透明電極1、18及び22では擦れが生じなかったのに対し、透明電極2では膜が擦れて傷が生じた。
また、ロール搬送後の透明電極1、2、18及び22を用いて実施例1と同様の方法で、有機ELデバイスを作製したところ、透明電極1、18及び22では、発光は均一で、整流比の評価(実施例1参照。)で2以上のレベルであったのに対し、透明電極2では、発光面に傷が見られ、一部ダークスポットが観察された。また、整流比の評価ではレベルが0であった。
以上から、酸化チタン微粒子を透明導電性保護層に含有させることで、ロール・トゥ・ロールプロセスに用いても擦れの発生の少ない透明電極を作製できることが確認された。
[実施例3]
本発明の透明電極を有機光電変換デバイスに用いた場合でも、透明電極としての実施例1及び2と同様の効果が確認された。
[実施例4]
実施例1における透明電極35及び有機ELデバイス35の作製において、水分散性バインダーをアクリル系樹脂モビニール5450(日本合成化学工業(株)製)からアクリル系樹脂 モビニール7820(日本合成化学工業(株)製)に変更した以外は同様にして、透明電極39及び有機ELデバイス39を作製した。作製した透明電極39及び有機ELデバイス39について、実施例1と同様にして、透明電極の評価と有機ELデバイスの評価を実施したところ、透明電極35及び有機ELデバイス35と同様の結果が得られた(表3参照。)。
また、実施例1における透明電極34及び有機ELデバイス34の作製において、透明導電性保護層のバインダーとしてプラスコートZ−561を用い、導電性ポリマーとバインダーと無機微粒子との質量比を表3に記載のとおりに変更した以外は同様にして、透明電極40〜43及び有機ELデバイス40〜43を作製した。作製した各透明電極及び各有機ELデバイスについて、実施例1と同様にして、透明電極の評価と有機ELデバイスの評価を行った。
評価結果を表3に示す。
Figure 0006269648
表3の結果から、バインダーとして、市販の水分散性バインダーであるエマルジョン樹脂を用いても、本発明の効果があることがわかる(有機ELデバイス39〜43)。
[実施例5]
実施例1で作製した各無機分散液(III)〜(V)と、水溶性樹脂としてのPHEA又は水分散樹脂としてのプラスコートZ−561とを、固形分質量比がTiO2粒子:水溶性樹脂又は水分散性樹脂=8:1になるように混合し、更に超純水を添加することで、固形分濃度が25質量%となるように調製し、バインダー含有無機分散液51〜56を作製した。
また、有機無機ハイブリッド材料であるコンポセランSQ102−1(荒川化学社製)にTiO2粒子スーパータイタニアF−1(90nm)(昭和電工社製)を、固形分質量比がTiO2粒子の固形分質量:コンポセランSQ102−1の固形分質量=8:1になるように添加し、更に開始剤としてコンポセランSQ102−1の固形分質量に対して1等量になるようにトリアリルイソシアヌレート(TAIC)を添加して、バインダー含有無機分散液57を作製した。
紫外線硬化樹脂材料であるNN803(JSR社製)にTiO2粒子スーパータイタニアF−1(90nm)(昭和電工社製)を、固形分質量比がTiO2粒子の固形分質量:NN803の固形分質量=8:1になるように添加し、バインダー含有無機分散液58を作製した。
次いで、両面にハードコート層を設けた厚さ110μm、大きさ180mm×180mmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムの一方の面に、アプリケーターにて上記で作製したバインダー樹脂含有無機分散液51〜58を、乾燥層厚1000nmとなるように塗布した。バインダー樹脂含有無機分散液51〜56については、110℃、5分間クリーンオーブンを用いて乾燥し、多孔質層を形成した。また、バインダー樹脂含有無機分散液57、58については、110℃、5分間クリーンオーブンを用いて乾燥し、紫外線照射により硬化処理を行い、多孔質層を形成した。
それぞれの多孔質層に対して、透明電極1と同様の方法で、金属細線パターン、透明導電性保護層を形成し、透明電極51〜58を作製し、更に有機ELデバイス51〜58を作製した。作製した各透明電極及び各有機ELデバイスについて、実施例1と同様にして、透明電極の評価と有機ELデバイスの評価を行った。
評価結果を表4に示す。
Figure 0006269648
表4の結果から、多孔質層に水溶性樹脂、水分散性樹脂、有機無機ハイブリッド材料、紫外線硬化樹脂といったバインダーを添加しても、本発明の効果があることがわかる(有機ELデバイス51〜58)。
本発明は、有機電子デバイスの高温、高湿度環境下の保存性試験に十分耐え得る透明電極及びその製造方法、並びに当該透明電極を用いた、整流比に優れ、電流リークのない有機電子デバイスを提供するのに、特に好適に利用することができる。
2,12 透明樹脂基板
4 多孔質層
6 金属細線パターン
8 透明導電性保護層
10 透明電極
20 インクジェットヘッド
22 廃液タンク
24 制御部
26,28 タンク
30,32 タンク
34,36 ポンプ
38 フィルター
40 配管分岐
201b 圧電性基盤
201b1 上層圧電性基盤
201b2 下層圧電性基盤
201b3 ノズル
201b4 面
201b5 側壁
201c 天板
201c1 第2天板
201c2 第1天板
201c3 貯留部
201c4 塗布液供給口
201d ノズル板
201d1 ノズル吐出口
201e 塗布液供給管
201f 配管
A 搬送方向

Claims (10)

  1. 透明樹脂基板、多孔質層、金属細線パターン、及び少なくとも導電性ポリマーとバインダーとを含有する透明導電性保護層を有し、前記透明樹脂基板上に前記多孔質層と前記金属細線パターンとが形成され、前記多孔質層及び前記金属細線パターン上に前記透明導電性保護層が形成された透明電極であって、
    前記多孔質層及び前記透明導電性保護層には、酸化チタン微粒子が含有されていることを特徴とする透明電極。
  2. 前記透明導電性保護層に含有されている前記導電性ポリマーの質量をA、前記バインダーの質量をB、前記酸化チタン微粒子の質量をCとしたときに、質量比が下記式(1)〜(3)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の透明電極。
    (A+B): C =1.0:1.0〜4.0 (1)
    A :(B+C)=1.0:2.0〜35.0 (2)
    A : B =1.0:0.2〜6.0 (3)
  3. 前記透明導電性保護層に含有されている前記酸化チタン微粒子の平均粒径が、210nm以下であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の透明電極。
  4. 前記多孔質層に含有されている前記酸化チタン微粒子の平均粒径が、6〜500nmの範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の透明電極。
  5. 前記多孔質層の層厚が、100〜2000nmの範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の透明電極。
  6. 前記バインダーが、下記一般式(I)で表される構造単位を有する水溶性バインダーであることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の透明電極。
    Figure 0006269648
    〔一般式(I)中、Rは、水素原子又はメチル基を表す。Qは、C(=O)O又はC(=O)NRaを表す。Raは、水素原子又はアルキル基を表す。Aは、置換若しくは無置換のアルキレン基又は(CHCHRbO)−(CHCHRb)を表す。Rbは、水素原子又はアルキル基を表す。xは、平均繰り返しユニット数で0〜100の数を表す。〕
  7. 前記バインダーが、水分散性バインダーであることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の透明電極。
  8. 前記透明樹脂基板が、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムであることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の透明電極。
  9. 請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の透明電極と、
    前記透明電極に対向する位置に設けられた第2電極と、
    前記透明電極と前記第2電極との間に配置された有機機能層と、
    を具備することを特徴とする有機電子デバイス。
  10. 前記有機電子デバイスが、有機エレクトロルミネッセンスデバイスであることを特徴とする請求項に記載の有機電子デバイス。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230059606A (ko) * 2021-10-26 2023-05-03 명지대학교 산학협력단 미세 플라스틱의 검출을 위한 메조포러스 필름을 포함하는 센서 및 이를 포함한 전압인가 라만 검출기

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005327910A (ja) * 2004-05-14 2005-11-24 Nissan Motor Co Ltd 透明電極、透明電極体、透明電極体の製造方法及び有機機能性素子
JP4921119B2 (ja) * 2005-11-08 2012-04-25 宇部日東化成株式会社 インク受容膜形成用塗工液、その製造方法、インク受容膜、積層基板、配線材料および電磁波シールド材料
JP2009076455A (ja) * 2007-08-30 2009-04-09 Mitsuboshi Belting Ltd 導電性基材およびその製造方法
JP2012256552A (ja) * 2011-06-10 2012-12-27 Konica Minolta Holdings Inc 透明電極および有機エレクトロルミネッセンス素子

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230059606A (ko) * 2021-10-26 2023-05-03 명지대학교 산학협력단 미세 플라스틱의 검출을 위한 메조포러스 필름을 포함하는 센서 및 이를 포함한 전압인가 라만 검출기
KR102640553B1 (ko) 2021-10-26 2024-02-27 명지대학교 산학협력단 미세 플라스틱의 검출을 위한 메조포러스 필름을 포함하는 센서 및 이를 포함한 전압인가 라만 검출기

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