JPWO2014046253A1 - 透明導電膜及び有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents
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Abstract
乾燥時の膜中の水分揮発性を大きく向上させるとともに、膜の耐水性、膜強度も大きく向上させ、長期間、高温、高湿度環境下にあっても透明性、導電性及び膜強度の劣化が少ない透明導電膜を提供する。透明導電膜(1)は、透明な基材(11)と、基材(11)上に形成されており、π共役系導電性高分子及びポリ陰イオンを有してなる導電性ポリマー、並びに、無機粒子を含有する透明な導電層(13)と、を備え、無機粒子は、少なくとも平均粒径の異なる2種の粒子A及び粒子Bからなり、粒子Aと粒子Bの平均粒径の差は、20nm以上、90nm以下であり、粒子Aと粒子Bの質量比は、1:10から2:1の範囲であることを特徴とする。
Description
本発明は、液晶表示素子、有機発光素子、無機電界発光素子、太陽電池、電磁波シールド、電子ペーパー、タッチパネル等の各種分野において好適に用いることができる透明導電膜、及び、当該透明導電膜を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子(以後、有機EL素子ともいう)に関する。
近年、薄型テレビ需要の高まりに伴い、液晶、プラズマ、有機エレクトロルミネッセンス(EL)、フィールドエミッション等、各種方式のディスプレイ技術が開発されている。これら表示方式の異なる何れのディスプレイにおいても、透明電極は必須の構成技術となっている。また、テレビ以外のタッチパネル、携帯電話、電子ペーパー、各種太陽電池、各種エレクトロルミネッセンス調光素子等においても、透明電極は欠くことのできない技術要素となっている。
従来、透明電極としては、ガラスや透明なプラスチックフィルム等の透明基板上に、インジウム−スズの複合酸化物(ITO)膜を真空蒸着法やスパッタリング法で製膜したITO透明電極が主に使用されてきた。しかし、ITOに用いられているインジウムはレアメタルであり、かつ価格の高騰により、脱インジウムが望まれている。また、ディスプレイの大画面化、生産性向上に伴い、フレキシブル基板を用いたロール to ロールの生産技術が所望されている。
近年、このような大面積かつ低抵抗値が要求される製品にも対応できるよう、特許文献1には、導電性繊維上に導電性ポリマーと水系溶媒に均一分散可能なバインダー樹脂を用いる透明電極の技術が開示されている。また特許文献2には、導電性ポリマーと微粒子を含有して耐水性及び耐擦傷性向上、表面抵抗値のばらつき抑えることを目的とした導電性塗料及び導電性成形体の技術が開示されている。
しかし、特許文献1記載の技術では、吸湿性の解離性基の影響により、乾燥後の膜中の水分残留を抑えることが不十分となり、透明電極の長期間、高温、高湿度環境下の耐久性試験での透明性、導電性及び膜強度、並びに、透明電極を用いた素子性能にも悪影響を及ぼすことが判明した。特許文献2記載の技術でも、透明電極の長期間、高温、高湿度環境下の耐久性試験での透明性、導電性及び膜強度、並びに、透明電極を用いた素子性能にも悪影響を及ぼすことが判明した。
本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、乾燥時の膜中の水分揮発性を大きく向上させるとともに、膜の耐水性、膜強度も大きく向上させ、長期間、高温、高湿度環境下にあっても透明性、導電性及び膜強度の劣化が少ない透明導電膜、及び、導電性も大きく向上させることにより、透明性と導電性を両立させ、当該透明導電膜を用いた、発光均一性に優れ、長期間、高温、高湿度環境下にあっても発光均一性の劣化が少なく、発光寿命に優れる有機EL素子を提供することを課題とする。
本発明の前記課題解決には、少なくとも平均粒径の異なる2種の無機粒子と導電性ポリマーとを用いることが重要であり、より詳しくは、以下の構成により課題が解決される。
1.透明な基材と、前記基材上に形成されており、π共役系導電性高分子及びポリ陰イオンを有してなる導電性ポリマー、並びに、無機粒子を含有する透明な導電層と、を備える透明導電膜であって、前記無機粒子は、少なくとも平均粒径の異なる2種の粒子A及び粒子Bからなり、前記粒子Aと前記粒子Bの平均粒径の差は、20nm以上、90nm以下であり、前記粒子Aと前記粒子Bの質量比は、1:10から2:1の範囲であることを特徴とする透明導電膜。
2.前記無機粒子Aの平均粒径は、30nm以上、100nm以下であり、前記無機粒子Bの平均粒径は、1nm以上、50nm以下であることを特徴とする前記1に記載の透明導電膜。
3.前記導電性ポリマーと前記無機粒子との比率は、前記無機粒子を100質量部としたとき、前記導電性ポリマーが10〜50質量部であることを特徴とする前記1又は2に記載の透明導電膜。
4.前記導電層は、さらにバインダー樹脂を含有することを特徴とする前記1から3のいずれかに記載の透明導電膜。
5.金属材料からなる導電層を備え、前記導電性ポリマー及び前記無機粒子を含有する透明な前記導電層は、前記金属材料からなる前記導電層と電気的に接続されていることを特徴とする前記1から4のいずれかに記載の透明導電膜。
6.前記1から5のいずれかに記載の透明導電膜を透明電極として備えることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
本発明により、透明性、導電性及び膜強度に優れるとともに、長期間、高温、高湿度環境下にあっても透明性、導電性及び膜強度の劣化が少ない透明導電膜、並びに、当該透明導電膜を用いた、発光均一性に優れ、長期間、高温、高湿度環境下にあっても発光均一性の劣化が少なく、発光寿命に優れる有機EL素子を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態について説明する。本発明は、透明導電膜として、導電性ポリマー及び少なくとも平均粒径の異なる2種の無機粒子を用いることより、乾燥時の水分揮発性を大きく向上させ、乾燥後の膜中の水分残留を極力抑えることができるとともに膜の耐水性、及び膜強度も大きく向上させることができる。また、無機粒子が混合された塗液が、基材上に塗布された工程においても、乾燥過程において導電性ポリマー粒子同士のネットワーク化が容易に進行し、導電パスのネットワークを効率的に形成することにより、導電性も大きく向上させることができ、透明性と導電性が両立できる。したがって、高温、高湿度環境下における環境試験後でも高い導電性、高い透明性及び良好な膜強度を併せ持つ、安定性の優れた透明導電膜を得ることができる。さらには当該透明導電膜を透明電極として用いた高寿命の有機EL素子が得られることを見出したものである。
以下、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態に係る透明導電膜の一例を示す概略図であり、(a)は上面図、(b)はX矢視断面図である。
図1に示すように、本発明の実施形態に係る透明導電膜1は、基材11と、第1導電層12と、第2導電層13と、を備えてもよく、第1導電層12を省略し、基材11と、第2導電層13のみの構成でもよい。第1導電層12は、パターン状に形成された金属材料からなることが好ましく、第2導電層13は、導電性ポリマー及び無機粒子を含有する。つまり、本発明の好ましい態様は、第1導電層12が、金属材料から形成される導電層、及び、第2導電層13が、導電性ポリマー及び無機粒子を含有し、さらに無機粒子は平均粒径の異なる2種の粒子を用いることである。
<導電性ポリマー>
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/□よりも低いことをいう。
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/□よりも低いことをいう。
本発明において、導電性ポリマーとは、π共役系導電性高分子とポリ陰イオンとを有してなる導電性ポリマーである。こうした導電性ポリマーは、後記するπ共役系導電性高分子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記するポリ陰イオンとの存在下で化学酸化重合することによって、容易に製造することができる。
(π共役系導電性高分子)
本発明において、π共役系導電性高分子としては、特に限定されず、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、又は、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又は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が最も好ましい。
本発明において、π共役系導電性高分子としては、特に限定されず、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、又は、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又は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が最も好ましい。
(π共役系導電性高分子前駆体モノマー)
本発明において、π共役系導電性高分子の形成に用いられる前駆体モノマーとは、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。かか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。
本発明において、π共役系導電性高分子の形成に用いられる前駆体モノマーとは、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。かか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。
(ポリ陰イオン)
本発明において、導電性ポリマーに用いられるポリ陰イオンは、置換又は未置換のポリアルキレン、置換又は未置換のポリアルケニレン、置換又は未置換のポリイミド、置換又は未置換のポリアミド、置換又は未置換のポリエステル、及び、これらの共重合体のいずれかであって、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である。
本発明において、導電性ポリマーに用いられるポリ陰イオンは、置換又は未置換のポリアルキレン、置換又は未置換のポリアルケニレン、置換又は未置換のポリイミド、置換又は未置換のポリアミド、置換又は未置換のポリエステル、及び、これらの共重合体のいずれかであって、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である。
このポリ陰イオンは、π共役系導電性高分子を溶媒に可溶化させる可溶化高分子である。また、ポリ陰イオンのアニオン基は、π共役系導電性高分子に対するドーパントとして機能して、π共役系導電性高分子の導電性及び耐熱性を向上させる。
ポリ陰イオンのアニオン基としては、π共役系導電性高分子への化学酸化ドープが起こりうる官能基であればよい。かかるアニオン基は、製造の容易さ及び安定性の観点から、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、かかるアニオン基は、官能基のπ共役系導電性高分子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、又は、カルボキシ基がより好ましい。特にスルホン酸基、カルボキシ基がより好ましい。
ポリ陰イ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。また、ポリ陰イオンは、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、ポリ陰イオンは、化合物内にさらにF(フッ素原子)を有するものであってもよい。かかるポリ陰イオンとして、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、ポリ陰イオンとしてスルホン酸を有する化合物を用いた場合には、塗布及び乾燥によって導電性ポリマー含有層を形成した後に、さらに100〜120℃で5分以上の加熱乾燥処理を施してからマイクロ波を照射してもよい。かかる加熱乾燥処理は、架橋反応が促進し、塗布膜の洗浄耐性や溶媒耐性が著しく向上するという観点から好ましい。
さらに、スルホン酸を有する化合物の中でも、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、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、又は、ナフィオン(Dupont社製)が好ましい。これらのポリ陰イオンは、バインダー樹脂として添加される非導電性ポリマーとの相溶性も高く、さらに、得られる導電性ポリマーの導電性をより高くすることができる。
ポリ陰イオンの重合度は、導電性ポリマーの分散性の観点からは、モノマー単位が10〜100000個の範囲であることが好ましく、溶媒溶解性及び導電性の観点からは、モノマー単位が50〜10000個の範囲であることがより好ましい。
ポリ陰イ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しないポリマーにアニオン基を直接導入する方法、アニオン基を有し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等が挙げられる。
アニオン基含有重合性モノマーを重合により製造する方法は、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、それに予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。なお、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共役系導電性高分子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陰イオン塩である場合には、ポリ陰イオン酸に変質させることが好ましい。ポリ陰イ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共役系導電性高分子とポリ陰イオンの比率、「π共役系導電性高分子」:「ポリ陰イオン」は、導電性及び分散性の観点から、好ましくは質量比で1:1〜20の範囲であり、より好ましくは質量比で1:2〜10の範囲である。
π共役系導電性高分子を形成する前駆体モノマーをポリ陰イオンの存在下で化学酸化重合して、本発明に係る導電性ポリマーを得る際に使用される酸化剤は、例えばJ.Am.Chem.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。かかる酸化剤としては、実際的な理由のために、安価かつ取り扱い易い酸化剤、例えば鉄(III)塩(例えばFeCl3、Fe(ClO4)3、有機酸を含む
無機酸の鉄(III)塩、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(例えば鉄イオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、モリブデンイオン、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。これらの中でも、過硫酸塩、有機酸を含む鉄(III)塩又は有機残基を含む無機酸の鉄(III)塩の使用が腐食性でないために大きな応用上の利点を有する。
無機酸の鉄(III)塩、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(例えば鉄イオン、コバルトイオン、ニッケルイオン、モリブデンイオン、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。これらの中でも、過硫酸塩、有機酸を含む鉄(III)塩又は有機残基を含む無機酸の鉄(III)塩の使用が腐食性でないために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
硫酸半エステルの鉄(III)塩(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、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)、殊に芳香族の、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。
硫酸半エステルの鉄(III)塩(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、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)、殊に芳香族の、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。
こうした導電性ポリマーとしては、市販の材料も好ましく利用することができる。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とからなる導電性ポリマー(PEDOT−PSSと略す)が、H.C.Starck社からCleviosシリーズとして、Aldrich社からPEDOT−PSSの483095、560596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、日産化学社からORMECONシリーズとして市販されている。本発明において、こうした剤も好ましく用いることができる。
(2次ドーパント)
導電性ポリマーは、2次ドーパントとして有機化合物を含有してもよい。2次ドーパントを添加することにより導電性を向上させることができる。本発明で用いることができる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挙げられる。前記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。前記ヒドロキシ基含有化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,4−ブタンジオール、グリセリン等が挙げられ、これらの中でも、エチレングリコール、ジエチレングリコールが好ましい。前記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。前記エーテル基含有化合物としては、例えば、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、等が挙げられる。前記スルホキシド基含有化合物としては、例えば、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらは、1種単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよいが、ジメチルスルホキシド、エチレングリコール、ジエチレングリコールから選ばれる少なくとも1種が用いられることが好ましい。
導電性ポリマーは、2次ドーパントとして有機化合物を含有してもよい。2次ドーパントを添加することにより導電性を向上させることができる。本発明で用いることができる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挙げられる。前記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。前記ヒドロキシ基含有化合物としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、1,4−ブタンジオール、グリセリン等が挙げられ、これらの中でも、エチレングリコール、ジエチレングリコールが好ましい。前記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。前記エーテル基含有化合物としては、例えば、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、等が挙げられる。前記スルホキシド基含有化合物としては、例えば、ジメチルスルホキシド等が挙げられる。これらは、1種単独で使用されてもよいし、2種以上が併用されてもよいが、ジメチルスルホキシド、エチレングリコール、ジエチレングリコールから選ばれる少なくとも1種が用いられることが好ましい。
<無機粒子>
本発明における無機粒子は、少なくとも平均粒径の異なる2種の粒子A、及びBからなり、前記粒子Aと粒子Bの平均粒径の差が20nm以上、90nm以下であり、粒子Aと粒子Bの質量比が1:10から2:1の範囲であることを特徴とする。なお無機粒子は3種以上含まれてもよい。
本発明における無機粒子は、少なくとも平均粒径の異なる2種の粒子A、及びBからなり、前記粒子Aと粒子Bの平均粒径の差が20nm以上、90nm以下であり、粒子Aと粒子Bの質量比が1:10から2:1の範囲であることを特徴とする。なお無機粒子は3種以上含まれてもよい。
本発明において、前記「平均粒径」とは、レーザ回折散乱法で測定した値のことを意味し、積算値50%の粒度のものを「平均粒径」とする。
「平均粒径」の測定方法は、ベックマン・コールター株式会社製、粒度分布測定装置(LS_13_320)を用いて測定した。
無機粒子の材質としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化ホウ素、酸化マグネシウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ホウ素、窒化マグネシウム、炭化ケイ素、炭化アルミニウム、炭化チタンおよび炭化ホウ素、カオリナイト、タルク、ゼオライト、炭酸カルシウム、リン酸リチウム、リン酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上が併用されてもよい。
無機粒子の中でも、シリカ粒子、アルミナ粒子又は両者の併用が好ましく、シリカ粒子がより好ましい。
シリカとしては、オルガノシリカゾル、コロイダルシリカ、気相シリカなどが挙げられ、市販品を用いることができる。また、粒子表面に表面処理がなされていてもよい。
オルガノシリカゾルの市販品としては、例えば、メタノールシリカゾル(メタノール中にシリカゾルを分散したもの)、スノーテックスIPA−ST(イソプロピルアルコール中にシリカゾルを分散したもの)、スノーテックスEG−ST(エチレングリコール中にシリカゾルを分散したもの)、スノーテックスMEK−ST(メチルエチルケトン中にシリカゾルを分散したもの)、スノーテックスMIBK−ST(メチルイソブチルケトン中にシリカゾルを分散したもの)(以上、日産化学工業株式会社製)などが挙げられる。
コロイダルシリカの市販品としては、例えば、スノーテックスC、スノーテックスO、スノーテックスN、スノーテックスS、スノーテックスUP、スノーテックスPS−M、スノーテックスPS−L、スノーテックス20、スノーテックス30、スノーテックス40(以上、日産化学工業社製)、PL−1(超高純度シリカゾル)、超高純度コロイダルシリカPL−3、超高純度コロイダルシリカPL−7(以上、扶桑化学工業社製)などが挙げられる。
気相シリカの市販品としては、例えば、アエロジル50、アエロジル130、アエロジル200、アエロジル300、アエロジル380、アエロジルTT600、アエロジルMOX80、アエロジルMOX170(以上、日本アエロジル社製)などが挙げられる。
気相シリカの市販品としては、例えば、アエロジル50、アエロジル130、アエロジル200、アエロジル300、アエロジル380、アエロジルTT600、アエロジルMOX80、アエロジルMOX170(以上、日本アエロジル社製)などが挙げられる。
無機粒子は、真球、楕円状ややや歪な球形状のものを含んでいてもよい。さらに、球状の無機粒子が連なった形状(鎖状)のものでもよい。鎖状のシリカ粒子としては、例えば、日産化学工業社製、製品名IPA−ST−UPが挙げられる。
本発明では無機粒子は少なくとも平均粒径の異なる2種の粒子A及び粒子Bからなり、前記粒子Aの平均粒径と前記粒子Bの平均粒径との差が20nm以上、90nm以下である。ここで、前記粒子Aの平均粒径と前記粒子Bの平均粒径との差は、40nm以上、80nm以下であることがより好ましい。
本発明者の検討によると、平均粒径の差が20nm以上、90nm以下である場合に、膜全体に対する無機粒子の比率が増えても膜を曲げた際の割れに対する耐性が向上することが判明した。平均粒径の差が20nm未満でも90nmを超えても、膜全体に対する無機粒子の比率が増えた場合、膜を曲げた際に割れる可能性が高くなる。これは粒子同士の充填構造の最適化によるものと推測され、大きな粒子の隙間に小さな粒子が入り結合することにより膜の強度が上がり、曲げに対する強度が強くなっていると推測される。また、平均粒径の差が20nm以上、90nm以下である場合に、膜全体に対する無機粒子の比率が増えても膜を曲げた際の割れに対する耐性が向上することが判明した。これは、粒子同士の充填構造がより最適化され、曲げに対する強度が強くなっていると推測される。
本発明ではさらに、無機粒子Aと無機粒子Bの質量比を規定することを特徴とする。無機粒子Aと無機粒子Bの質量比は、1:10から2:1の範囲であることが好ましく、1:4から1:1の範囲であることがより好ましい。無機粒子Aと無機粒子Bの質量比を1:10から2:1の範囲にすることにより、膜の強度を保ったまま層内部に空隙をもたせることができ、膜乾燥時に水又は溶剤が層内部から抜けやすくなるとともに、その空隙に導電性ポリマーのネットワーク構造を形成させることができ、導電性ポリマーの量が少なくても効率がよい導電ネットワークを形成することができる。したがって、透明性と導電性を両立させるとともに、導電膜の耐久性試験においても劣化を抑えることができる。また、無機粒子Aと無機粒子Bの質量比を1:4から1:1の範囲にすることにより、無機粒子A及び無機粒子Bの充填構造と空隙のバランスとが最適となり、膜の強度を保ったまま空隙を形成することができ、本発明にはより好ましい。
各無機粒子A,Bの平均粒子に関しては、前記無機粒子Aの平均粒径が30nm以上、100nm以下であるとともに無機粒子Bの平均粒径が1nm以上、50nm以下であることが好ましく、無機粒子Aの平均粒径が50nm以上、90nm以下であるとともに無機粒子Bの平均粒径が5nm以上、30nm以下であることがより好ましい。無機粒子Aの平均粒子径が100nm以下であれば、透明導電膜の表面粗さが小さくなり性能への悪影響が抑えられるとともに透明性が向上する。また、無機粒子Aの平均粒径が30nm以上であれば、前記空隙形成による効果を得ることができる。また、無機粒子Bの平均粒子径が50nm以下であれば、前記導電膜の曲げに対する強度を十分に得ることができる。また、無機粒子Bの平均粒子径が粒径が1nm以上であれば、前記空隙形成による効果を得ることができる。
(導電性ポリマーと無機粒子との比率)
本発明において、前記導電性ポリマーと無機粒子(無機粒子A,Bを含む)との比率は、無機粒子を100質量部としたとき、導電性ポリマーが10〜50質量部であることが好ましく、導電性ポリマーが20〜40質量部であることがより好ましい。ここで、導電性ポリマーの使用量がバインダー樹脂に対して10〜50質量部であることが好ましい理由は、導電性ポリマーの使用量が無機粒子に対して50質量部以下の場合には、可視光領域の光を吸収する導電性ポリマーの影響が抑えられ、可視光透過率が増大し、一方、10質量部以上の場合には、導電性ポリマーの比率が小さくなりすぎずに導電性のネットワークが十分に確保されて導電性が向上するためである。すなわち、透過率の向上をできるだけ得るとともに導電性の低下を防ぐためには、導電性ポリマーと無機粒子との比率は前記の範囲であることが好ましい。また揮発成分を持たない無機成分が導電性ポリマーと無機粒子との混合物(塗布液)に含有されることにより乾燥負荷低減を図ることができる。
本発明において、前記導電性ポリマーと無機粒子(無機粒子A,Bを含む)との比率は、無機粒子を100質量部としたとき、導電性ポリマーが10〜50質量部であることが好ましく、導電性ポリマーが20〜40質量部であることがより好ましい。ここで、導電性ポリマーの使用量がバインダー樹脂に対して10〜50質量部であることが好ましい理由は、導電性ポリマーの使用量が無機粒子に対して50質量部以下の場合には、可視光領域の光を吸収する導電性ポリマーの影響が抑えられ、可視光透過率が増大し、一方、10質量部以上の場合には、導電性ポリマーの比率が小さくなりすぎずに導電性のネットワークが十分に確保されて導電性が向上するためである。すなわち、透過率の向上をできるだけ得るとともに導電性の低下を防ぐためには、導電性ポリマーと無機粒子との比率は前記の範囲であることが好ましい。また揮発成分を持たない無機成分が導電性ポリマーと無機粒子との混合物(塗布液)に含有されることにより乾燥負荷低減を図ることができる。
<バインダ樹脂>
本発明において、第2導電層13すなわち導電性ポリマーと無機粒子との混合物は、バインダ樹脂を含有することが好ましい。バインダ樹脂は、導電性ポリマーと無機粒子とを結着させるものである。
本発明において、第2導電層13すなわち導電性ポリマーと無機粒子との混合物は、バインダ樹脂を含有することが好ましい。バインダ樹脂は、導電性ポリマーと無機粒子とを結着させるものである。
具体的には、バインダ樹脂は、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂のいずれであってもよく、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樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のポリイミド樹脂、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、シリコーン樹脂、ポリイミドシリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリウレア樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエーテル、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、スチレン−アクリル共重合体、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル−塩化ビニル共重合体、デンプン類、セルロース類、ポリウロン酸、メチルセルロース塩、カルボキシメチルセルロース塩等の多糖類、ポリエチレンオキサイド樹脂、ポリプロピレンオキサイド樹脂、ポリエチレングリコール樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂等の樹脂が挙げられる。
バインダー樹脂の中でも、導電性ポリマーとの相溶性及び透明性の観点から、ポリウレタン、ポリエステル、アクリル樹脂、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ樹脂のいずれか1種以上が好ましい。特にポリエステル、アクリル樹脂がより好ましい。これらバインダー樹脂は、水又は有機溶剤に溶解されていてもよいし、水又は有機溶剤に分散されていてもよい。また、これらバインダー樹脂は、前記導電性ポリマー分散液に固体添加して分散処理されていてもよい。
本発明におけるバインダー樹脂のガラス転移温度(Tg)は、30〜120℃の範囲が好ましい。樹脂のTgが30℃以上である場合は、樹脂被膜の耐水性が向上し、熱水処理後の透明性が向上する。また、耐ブロッキング性に優れた樹脂被膜が得られ、例えば、フィルムに当該樹脂被膜をコートしたものを巻き取る際に、コートフィルムがブロッキングしてしまうことが未然に防がれる等、操業性が向上する。樹脂のTgが120℃以下である場合には、樹脂皮膜として造膜するのに高温が不要であり、PET等といった耐熱性が劣る樹脂基材を用いても、造膜時に変形を生じることを未然に防ぐことができる。
((導電性ポリマー+無機粒子)とバインダー樹脂との比率)
本発明において、前記(導電性ポリマー+無機粒子)とバインダー樹脂との比率は、(導電性ポリマー+無機粒子)を100質量部としたとき、バインダー樹脂が5〜100質量部であることが好ましい。ここで、バインダー樹脂の使用量が(導電性ポリマー+無機粒子)100質量部に対して5〜100質量部であることが好ましい理由は、バインダー樹脂の使用量が(導電性ポリマー+無機粒子)100質量部に対して5〜100質量部とすることによって、無機粒子の結合を補助し、膜強度を向上させることができるからである。
本発明において、前記(導電性ポリマー+無機粒子)とバインダー樹脂との比率は、(導電性ポリマー+無機粒子)を100質量部としたとき、バインダー樹脂が5〜100質量部であることが好ましい。ここで、バインダー樹脂の使用量が(導電性ポリマー+無機粒子)100質量部に対して5〜100質量部であることが好ましい理由は、バインダー樹脂の使用量が(導電性ポリマー+無機粒子)100質量部に対して5〜100質量部とすることによって、無機粒子の結合を補助し、膜強度を向上させることができるからである。
一方、バインダー樹脂の使用量が5質量部未満の場合には、無機粒子の結合を補助する効果としては不十分となるおそれがあり、100質量部を超える場合には、無機粒子の間隙に形成する導電性のネットワーク形成を阻害する作用がでてくるとともにバインダー樹脂由来の揮発成分が膜の耐久性を劣化させるおそれがある。
<基材>
本発明における基材11は、導電性ポリマー及び無機粒子を担持しうる透明な板状体であり、基板とも呼ばれる。透明導電膜1を得るためには、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80%以上のものが基材11として好ましく用いられる。
本発明における基材11は、導電性ポリマー及び無機粒子を担持しうる透明な板状体であり、基板とも呼ばれる。透明導電膜1を得るためには、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80%以上のものが基材11として好ましく用いられる。
基材11としては、フレキシブル性に優れており、誘電損失係数が十分小さくて、マイクロ波の吸収が導電層12,13よりも小さい材質であるものが好ましく用いられる。
基材11としては、例えば、樹脂基板、樹脂フィルム等が好適に挙げられるが、生産性の観点並びに軽量性及び柔軟性といった性能の観点から、透明樹脂フィルムを用いることが好ましい。透明樹脂フィルムとは、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50%以上のものをいう。
好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限はなく、その材料、形状、構造、厚み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。かかる透明樹脂フィルムとしては、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、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。
前記した全光線透過率が80%以上である樹脂フィルムであれば、本発明に係る基材11としてより好ましく用いられる。かかる基材11としては、中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度及びコストの観点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム又はポリカーボネートフィルムが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム又は二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムがより好ましい。
本発明に係る基材11には、塗布液の濡れ性及び接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。表面処理及び易接着層については、従来公知の技術を使用することができる。
例えば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。
また、易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるために2層以上の構成にしてもよい。
また、フィルム状の基材11の表面又は裏面には、無機物の被膜、有機物の被膜、又は、無機物及び有機物のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、かかる被膜が形成された基材11は、JIS K 7129−1992に準拠した方法で測定した水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、1×10−3g/(m2・24h)以下のバリア性フィルムであることが好ましく、さらには、JIS K 7126−1987に準拠した方法で測定した酸素透過度が、1×10−3ml/m2・24h・atm以下、水蒸気透過度(25±0.5℃、相対湿度(90±2)%RH)が、1×10−3g/(m2・24h)以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
高バリア性フィルムとするためにフィルム状の基材11の表面又は裏面に形成されるバリア膜を形成する材料としては、水分、酸素等といった素子の劣化をもたらすものの侵入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに当該バリア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。
<金属材料からなる第1導電層>
本発明は、前記した基材11上に、導電性ポリマー及びバインダー樹脂を含有する導電層13が形成されたものに、さらに金属材料からなる導電層を設けることで透明導電膜1を構成することがより好ましい。本発明に係る金属材料からなる導電層12は、パターン状に形成された金属材料からなることが好ましい。
本発明は、前記した基材11上に、導電性ポリマー及びバインダー樹脂を含有する導電層13が形成されたものに、さらに金属材料からなる導電層を設けることで透明導電膜1を構成することがより好ましい。本発明に係る金属材料からなる導電層12は、パターン状に形成された金属材料からなることが好ましい。
図1に示すように、本発明に係る透明導電膜1は、基材11上にパターン状に形成された金属材料からなる第1導電層12(以下、金属パターン導電層12とも記載する)を有することが好ましい。特に、パターン形成のしやすさ、経時安定性、金属パターンの緻密化に有利であることから、第1導電層12が金属粒子を用いて形成されることが好ましい。
(金属粒子)
金属粒子の金属としては、導電性に優れていれば特に制限はなく、例えば、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム等の金属の他に合金などを挙げることができる。導電性の観点から銀又は銅が好ましく、銀又は銅単独でもよいし、それぞれの組み合わせでもよく、銀と銅との合金、銀又は銅が他方の金属でめっきされていてもよい。
金属粒子の金属としては、導電性に優れていれば特に制限はなく、例えば、金、銀、銅、鉄、ニッケル、クロム等の金属の他に合金などを挙げることができる。導電性の観点から銀又は銅が好ましく、銀又は銅単独でもよいし、それぞれの組み合わせでもよく、銀と銅との合金、銀又は銅が他方の金属でめっきされていてもよい。
金属粒子の平均粒径としては、原子スケールから1000nmの範囲のものが好ましく適用できる。金属粒子の平均粒径が小さいほど金属細線の緻密化(導電性向上)及び表面平滑性に有利であるが、平均粒径が極端に小さい場合には、製造上の制限があり、高コストにもなる。かかる観点から、本発明においては、特に平均粒径が3〜300nmであるものが好ましく、5〜100nmであるものがより好ましく用いられる。前記した中でも特に、平均粒径3nm〜100nmの銀ナノ粒子が好ましい。
金属粒子のアスペクト比(長径長/短径長)は、表面平滑性向上や金属パターンの緻密化の観点から、2.0以下の球状に近い金属粒子が好ましい。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る。具体的にはゼータサイザー1000(マルバーン社製)を用いて、レーザドップラー法によりS25℃、サンプル希釈液量1mlにて測定した値をいう。
(金属パターン導電層)
本発明に好ましく用いられる金属パターン導電層12は、金属を含有する層であり、透明な基材11上に開口部12aを有するようにパターン状に形成された層である。
本発明に好ましく用いられる金属パターン導電層12は、金属を含有する層であり、透明な基材11上に開口部12aを有するようにパターン状に形成された層である。
開口部12aとは、透明な基材11のうち、金属パターン導電層12を有さない部分であり金属パターンの透光性部分である。パターンの形状には特に制限はないが、例えば、ストライプ状、格子状、ハニカム状等であることが好ましい。透明導電膜1全体の面に対して開口部12a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、金属パターン導電層12がストライプ状であるとき、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。パターンの線幅は、透明性及び導電性の観点から、10〜200μmが好ましい。ストライプ状又は格子状のパターンにおいて、金属パターン導電層12の細線の間隔は、透明性及び導電性の観点から、0.5〜4mmが好ましい。また、ハニカム状のパターンにおいては、金属パターン導電層12の一辺の長さは、透明性及び導電性の観点から、0.5〜4mmが好ましい。また、金属パターン導電層12において、細線の高さは、導電性及び電流リンク防止の面から、0.1〜3.0μmが好ましい。
(金属パターン導電層の製造方法)
本発明に係る金属パターン導電層12は、基材11上に、金属粒子を含有する金属パターン導電層用塗布液を印刷によってパターン形成することで得られる。金属粒子を含有する金属パターン導電層用塗布液は、後記する金属粒子を含有する金属粒子分散液である。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するが、必要に応じバインダー、金属を分散させるための分散剤等を含んでもよい。金属粒子分散液を用い、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方式により金属パターン導電層12を基材11上に形成することができる。
本発明に係る金属パターン導電層12は、基材11上に、金属粒子を含有する金属パターン導電層用塗布液を印刷によってパターン形成することで得られる。金属粒子を含有する金属パターン導電層用塗布液は、後記する金属粒子を含有する金属粒子分散液である。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するが、必要に応じバインダー、金属を分散させるための分散剤等を含んでもよい。金属粒子分散液を用い、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方式により金属パターン導電層12を基材11上に形成することができる。
各印刷方式は、一般的に電極パターン形成に使われる手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号公報等に記載の方法が、フレキソ印刷法については特開2004−268319号公報、特開2003−168560号公報等に記載の方法が、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号公報等に記載の方法が例として挙げられる。
また、金属パターン導電層12は、フィルム状の基材11にダメージを与えない範囲で加熱処理が施されることが好ましい。これにより、金属粒子の融着及び緻密化が進み、金属パターン導電層12が高導電化する。
(金属パターン導電層の表面比抵抗)
金属パターン導電層12の細線部の表面比抵抗は、電流駆動型オプトエレクトロニクスデバイスに適用した際の性能向上という観点から、100Ω/□以下であることが好ましく、10Ω/□以下であることがより好ましく、さらには大面積化の観点から、5Ω/□以下であることがより好ましい。表面比抵抗は、例えば、JIS K6911、ASTM
D257、等に準拠して測定することができ、さらには、市販の表面抵抗率計を用いて簡便に測定することができる。
金属パターン導電層12の細線部の表面比抵抗は、電流駆動型オプトエレクトロニクスデバイスに適用した際の性能向上という観点から、100Ω/□以下であることが好ましく、10Ω/□以下であることがより好ましく、さらには大面積化の観点から、5Ω/□以下であることがより好ましい。表面比抵抗は、例えば、JIS K6911、ASTM
D257、等に準拠して測定することができ、さらには、市販の表面抵抗率計を用いて簡便に測定することができる。
(金属パターン導電層の表面の粗さRa)
本発明において、金属パターン導電層12の表面の粗さRaは、表面平滑性の観点から、20nm以下であることが好ましい。Raの値は、例えばJIS、B601(1994)、等に準拠して測定することができ、さらには、下記のように市販の原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy:AFM)を用いて、以下の方法で測定できる。AFMとして、セイコーインスツル社製SPI3800Nプローブステーション及びSPA400多機能型ユニットを使用し、ピエゾスキャナー上の水平な試料台上にセットし、カンチレバーを試料表面にアプローチし、原子間力が働く領域に達したところで、XY方向にスキャンし、その際の試料の凹凸をZ方向のピエゾの変位で捉える。ピエゾスキャナーとしては、XY20150μm、Z25μmが走査可能なものを使用される。カンチレバーとしては、セイコーインスツル社製シリコンカンチレバーSI−DF20で、共振周波数120〜150kHz、バネ定数12〜30nmのものが用いられ、Raを、DFMモード(Dynamic Force Mode)で測定する。測定は、CCDカメラを用いて、金属パターンの細線と測定エリアとが平行又は垂直になるように、探針の先が細線の幅手方向の中心部にくるように調整し、細線の中心部10×10μmを走査周波数0.1Hzで行った。測定後、細線に平行に0.9μmおきに10ヵ所、長さ10μmの線を引き、その線上のRaを算出し、その平均値をRaの値とした。
本発明において、金属パターン導電層12の表面の粗さRaは、表面平滑性の観点から、20nm以下であることが好ましい。Raの値は、例えばJIS、B601(1994)、等に準拠して測定することができ、さらには、下記のように市販の原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy:AFM)を用いて、以下の方法で測定できる。AFMとして、セイコーインスツル社製SPI3800Nプローブステーション及びSPA400多機能型ユニットを使用し、ピエゾスキャナー上の水平な試料台上にセットし、カンチレバーを試料表面にアプローチし、原子間力が働く領域に達したところで、XY方向にスキャンし、その際の試料の凹凸をZ方向のピエゾの変位で捉える。ピエゾスキャナーとしては、XY20150μm、Z25μmが走査可能なものを使用される。カンチレバーとしては、セイコーインスツル社製シリコンカンチレバーSI−DF20で、共振周波数120〜150kHz、バネ定数12〜30nmのものが用いられ、Raを、DFMモード(Dynamic Force Mode)で測定する。測定は、CCDカメラを用いて、金属パターンの細線と測定エリアとが平行又は垂直になるように、探針の先が細線の幅手方向の中心部にくるように調整し、細線の中心部10×10μmを走査周波数0.1Hzで行った。測定後、細線に平行に0.9μmおきに10ヵ所、長さ10μmの線を引き、その線上のRaを算出し、その平均値をRaの値とした。
<第2導電層>
本発明に好ましく用いられる第2導電層13は、金属パターン導電層12が形成された基材11上に、前記の導電性ポリマー、及び無機粒子を含有する塗布液を、基材11及び金属パターン導電層12上に塗布し、加熱、乾燥することによって形成される。ここで、第2導電層13は、金属パターン導電層12と電気的に接続されていればよく、金属パターン導電層12を完全に被覆してもよいし、金属パターン導電層12の一部を被覆してもよいし、金属パターン導電層12に接触してもよい。
本発明に好ましく用いられる第2導電層13は、金属パターン導電層12が形成された基材11上に、前記の導電性ポリマー、及び無機粒子を含有する塗布液を、基材11及び金属パターン導電層12上に塗布し、加熱、乾燥することによって形成される。ここで、第2導電層13は、金属パターン導電層12と電気的に接続されていればよく、金属パターン導電層12を完全に被覆してもよいし、金属パターン導電層12の一部を被覆してもよいし、金属パターン導電層12に接触してもよい。
導電性ポリマー及び無機粒子を含有する塗布液の塗布は、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、スクリーン印刷法等の印刷方法に加えて、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、バーコート法、グラビアコート法、カーテンコート法、スプレーコート法、ドクターコート法、インクジェット法等の塗布法のいずれかを用いることができる。
また、金属パターン導電層(第1導電層)12の一部を、導電性ポリマーと無機粒子とを含有する第2導電性層13が被覆又は接触している透明導電膜1を製造する方法としては、転写フィルムに第1導電層12を前記した方法で形成し、さらに導電性ポリマーと無機粒子を含有する第2導電層13を前記した方法で転写フィルムに積層したしたものを、フィルム状の基材11に転写する方法、金属パターン導電層(第1導電層)12が形成された基材11の非導電部にインクジェット法等で公知の方法で、導電性ポリマーと無機粒子を含有する第2導電層13を形成する方法等が挙げられる。
本発明の透明導電膜1は、第1導電層12及び第2導電層13を有することで、金属細線又は導電性ポリマー層単独では得ることのできない高い導電性を、透明導電膜1の面内において均一に得ることができる。
第2導電層13の乾燥膜厚は、表面平滑性及び透明性の観点から、30〜2000nmであることが好ましく、導電性の観点から、100nm以上であることがより好ましく、透明電極1の表面平滑性の点から、200nm以上であることがさらに好ましい。また、第2導電層13の乾燥膜厚は、透明性の観点から、1000nm以下であることがより好ましい。
導電性ポリマー及び無機粒子を含有する塗布液を導電層12が形成された基材11に塗布した後、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、基材11及び導電層12,13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。例えば、80〜150℃で10秒から15分の乾燥処理をすることができる。これにより透明導電膜1の洗浄耐性及び溶媒耐性が著しく向上し、さらに素子性能が向上する。特に、当該透明導電膜1を備える有機EL素子においては、駆動電圧の低減及び寿命の向上といった効果が得られる。
さらに、前記した塗布液は、塗布性等の作業性を高める観点から、溶媒(例えば、水、有機溶媒(アルコール類、グリコール類、セロソルブ類、ケトン類、エステル類、エーテル類、アミド類、炭化水素類等))を含んでいてもよい。
本発明において、透明導電層である第2導電層13の表面の平滑性を表すRyの値は、導電性の向上という観点から、50nm以下であることがより好ましく、40nm以下であることがさらに好ましい。同様に、透明導電層である第2導電層13のRaの値は10nm以下であることがより好ましく、5nm以下であることがさらに好ましい。
本発明において、第2導電層13の表面の平滑性を表すRyとRaは、Ry=最大高さ(表面の山頂部と谷底部との高低差)とRa=算術平均粗さを意味し、JIS B601(1994)に規定される表面粗さに準ずる値である。本発明に係る透明電極1は、透明導電層である第2導電層13の表面の平滑性がRy≦50nm、かつ、透明導電層である第2導電層13の表面の平滑性がRa≦10nmであることが好ましい。本発明において、Ry及びRaの測定には、前記記載と同様に市販の原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscopy:AFM)を用いることができる。
本発明において、透明導電膜1は、全光線透過率が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く、80%以上であることが特に好ましい。全光透過率は、分光光度計等を用いた公知の方法に従って測定することができる。また、本発明の透明導電膜1における透明導電層である第2導電層13の電気抵抗値としては、電流駆動型オプトエレクトロニクスデバイスに適用した際の性能向上という観点から、表面抵抗率として1000Ω/□以下であることが好ましく、100Ω/□以下であることがより好ましい。さらには、透明導電膜1を電流駆動型オプトエレクトロニクスデバイスに適用するためには、透明導電層である第2導電層13の電気抵抗値としては、電流駆動型オプトエレクトロニクスデバイスに適用した際の性能向上という観点から、表面抵抗率として50Ω/□以下であることが好ましく、10Ω/□以下であることがより好ましい。特に、1000Ω/□以下であると各種オプトエレクトロニクスデバイスにおいて、透明電極として機能することができて好ましい。前記した表面抵抗率は、例えば、JIS K 7194:1994(導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法)等に準拠して測定することができ、さらには、市販の表面抵抗率計を用いて簡便に測定することができる。
本発明の透明導電膜1の厚みには特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、一般的に10μm以下であることが好ましく、厚みが薄くなるほど透明性及び柔軟性が向上するためより好ましい。
<有機EL素子>
本発明の実施形態に係る有機EL素子は、透明導電膜1を電極として備えることを特徴とするものであり、有機発光層を含む有機層と、透明導電膜1と、を備える。本発明の実施形態に係る有機EL素子は、透明導電膜1を陽極として備えることが好ましく、有機発光層及び陰極については、有機EL素子に一般的に使われている材料、構成等の任意のものを用いることができる。
本発明の実施形態に係る有機EL素子は、透明導電膜1を電極として備えることを特徴とするものであり、有機発光層を含む有機層と、透明導電膜1と、を備える。本発明の実施形態に係る有機EL素子は、透明導電膜1を陽極として備えることが好ましく、有機発光層及び陰極については、有機EL素子に一般的に使われている材料、構成等の任意のものを用いることができる。
有機EL素子の素子構成としては、陽極/有機発光層/陰極、陽極/ホール輸送層/有機発光層/電子輸送層/陰極、陽極/ホール注入層/ホール輸送層/有機発光層/電子輸送層/陰極、陽極/ホール注入層/有機発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極、陽極/ホール注入層/有機発光層/電子注入層/陰極、等の各種の構成のものを挙げることができる。
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、燐光発光材料等が挙げられるが、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た発光材料を90〜99.5質量部、ドーピング材料を0.5〜10質量部含むようにすることも好ましい。有機発光層は、前記した材料等を用いて、蒸着、塗布、転写等の公知の方法によって製造される。この有機発光層の厚みは、発光効率の観点から、0.5〜500nmが好ましく、0.5〜200nmがより好ましい。
本発明に係る透明導電膜1は、高い導電性と透明性とを併せ持ち、液晶表示素子、有機発光素子、無機電界発光素子、電子ペーパー、有機太陽電池、無機太陽電池等の各種オプトエレクトロニクスデバイスに加え、電磁波シールド、タッチパネル等の分野において好適に用いることができる。その中でも、透明電極表面の平滑性が厳しく求められる有機EL素子や有機薄膜太陽電池素子の電極として特に好ましく用いることができる。
また、本発明に係る有機EL素子は、均一にムラなく発光させることができるため、照明用途で用いることが好ましいものであり、自発光型ディスプレイ、液晶用バックライト、照明等に用いることができる。
以下、実施例を挙げて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「部」及び「%」の表示を用いることがあるが、特に断りがない限り「質量部」及び「質量%」を表す。
<基板の作製>
厚み100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(コスモシャインA4100、東洋紡績株式会社製)の下引き加工していない面に、JSR株式会社製UV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材:OPSTAR Z7501を塗布、乾燥後の平均膜厚が4μmになるようにワイヤーバーで塗布した後、80℃、3分で乾燥後、空気雰囲気下、高圧水銀ランプ使用して硬化条件1.0J/cm2で硬化を行い、平滑層を形成した。
厚み100μmのポリエチレンテレフタレートフィルム(コスモシャインA4100、東洋紡績株式会社製)の下引き加工していない面に、JSR株式会社製UV硬化型有機/無機ハイブリッドハードコート材:OPSTAR Z7501を塗布、乾燥後の平均膜厚が4μmになるようにワイヤーバーで塗布した後、80℃、3分で乾燥後、空気雰囲気下、高圧水銀ランプ使用して硬化条件1.0J/cm2で硬化を行い、平滑層を形成した。
続いて、前記平滑層を設けた試料上にガスバリア層を、以下に示す条件で形成した。
(ガスバリア層塗布液)
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%ジブチルエーテル溶液をワイヤレスバーにて、乾燥後の(平均)膜厚が、0.30μmとなるように塗布し、塗布試料を得た。
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%ジブチルエーテル溶液をワイヤレスバーにて、乾燥後の(平均)膜厚が、0.30μmとなるように塗布し、塗布試料を得た。
(第一工程;乾燥処理)
得られた塗布試料を温度85℃、湿度55%RHの雰囲気下で1分処理し、乾燥試料を得た。
得られた塗布試料を温度85℃、湿度55%RHの雰囲気下で1分処理し、乾燥試料を得た。
(第二工程;除湿処理)
乾燥試料をさらに温度25℃、湿度10%RH(露点温度−8℃)の雰囲気下に10分間保持し、除湿処理を行った。
乾燥試料をさらに温度25℃、湿度10%RH(露点温度−8℃)の雰囲気下に10分間保持し、除湿処理を行った。
(改質処理A)
除湿処理を行った試料を下記の条件で改質処理を行い、ガスバリア層を形成した。改質処理時の露点温度は−8℃で実施した。
除湿処理を行った試料を下記の条件で改質処理を行い、ガスバリア層を形成した。改質処理時の露点温度は−8℃で実施した。
(改質処理装置)
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 稼動ステージ上に固定した試料を以下の条件で改質処理を行った。
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 稼動ステージ上に固定した試料を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
前記のようにしてガスバリア性を有する透明電極(透明導電膜)用のフィルム基板(基材)を作製した。
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
前記のようにしてガスバリア性を有する透明電極(透明導電膜)用のフィルム基板(基材)を作製した。
<実施例1>
(透明電極TC−101の作製)
まず第一に、前記したように得られたガスバリア性を有する透明電極用フィルム基板上のバリアのない面に、下記塗布液Aを、押し出し法を用いて、乾燥膜厚300nmになるように押し出しヘッドのスリット間隙を調整して塗布し、110℃、5分で加熱乾燥し、導電性ポリマー、無機粒子、バインダー樹脂からなる導電層(図1の第2導電層のみ)を形成し、得られた電極を8×8cmに切り出した。さらに得られた電極を、オーブンを用いて110℃、30分加熱処理することで透明電極TC−101を作製した。
(透明電極TC−101の作製)
まず第一に、前記したように得られたガスバリア性を有する透明電極用フィルム基板上のバリアのない面に、下記塗布液Aを、押し出し法を用いて、乾燥膜厚300nmになるように押し出しヘッドのスリット間隙を調整して塗布し、110℃、5分で加熱乾燥し、導電性ポリマー、無機粒子、バインダー樹脂からなる導電層(図1の第2導電層のみ)を形成し、得られた電極を8×8cmに切り出した。さらに得られた電極を、オーブンを用いて110℃、30分加熱処理することで透明電極TC−101を作製した。
(塗布液A)
下記処方の塗布液を撹拌混合して使用した。
導電性ポリマー分散液(PEDOT−PSS、CLEVIOS PH510、固形分濃度1.89%、Heraeus社製) 1.67g
無機粒子A分散体(スノーテックスZL、平均粒径85nm、シリカ濃度40%、日産化学工業社製)0.075g
無機粒子B分散体(スノーテックス50、平均粒径25nm、シリカ濃度48%、日産化学工業社製 )0.156g
ジメチルスルホキシド(DMSO) 0.16g
バインダー樹脂分散体(プラスコートZ−561,樹脂濃度25%、互応化学工業社製)0.26g
下記処方の塗布液を撹拌混合して使用した。
導電性ポリマー分散液(PEDOT−PSS、CLEVIOS PH510、固形分濃度1.89%、Heraeus社製) 1.67g
無機粒子A分散体(スノーテックスZL、平均粒径85nm、シリカ濃度40%、日産化学工業社製)0.075g
無機粒子B分散体(スノーテックス50、平均粒径25nm、シリカ濃度48%、日産化学工業社製 )0.156g
ジメチルスルホキシド(DMSO) 0.16g
バインダー樹脂分散体(プラスコートZ−561,樹脂濃度25%、互応化学工業社製)0.26g
(透明電極TC−102〜TC−115の作製)
透明電極TC−101の作製において、塗布液Aの無機粒子A分散体、無機粒子B分散体、バインダー樹脂、導電性ポリマーを表1記載の種類と量比に変更した以外は透明電極TC−101の作製と同様にして、透明電極TC−102〜TC−115を作製した。
透明電極TC−101の作製において、塗布液Aの無機粒子A分散体、無機粒子B分散体、バインダー樹脂、導電性ポリマーを表1記載の種類と量比に変更した以外は透明電極TC−101の作製と同様にして、透明電極TC−102〜TC−115を作製した。
(比較透明電極TC−116〜TC−121の作製)
透明電極TC−101の作製において、塗布液Aの無機粒子A分散体、無機粒子B分散体、バインダー樹脂、導電性ポリマーを表1記載の種類と量比に変更した以外は透明電極TC−101の作製と同様にして、透明電極TC−116〜TC−121を作製した。
透明電極TC−101の作製において、塗布液Aの無機粒子A分散体、無機粒子B分散体、バインダー樹脂、導電性ポリマーを表1記載の種類と量比に変更した以外は透明電極TC−101の作製と同様にして、透明電極TC−116〜TC−121を作製した。
<透明電極の評価>
得られた透明電極の透明性、表面抵抗(導電性)、膜強度、割れ性を下記に記載のように評価した。また、透明電極の安定性を評価するため、80℃、90%RHの環境下で6日間置く強制劣化試験後の透明電極試料の、透明性、表面抵抗、膜強度、割れ性の評価を行った。
得られた透明電極の透明性、表面抵抗(導電性)、膜強度、割れ性を下記に記載のように評価した。また、透明電極の安定性を評価するため、80℃、90%RHの環境下で6日間置く強制劣化試験後の透明電極試料の、透明性、表面抵抗、膜強度、割れ性の評価を行った。
(透明性)
JIS K 7361−1:1997に準拠して、東京電色社製 HAZE METER NDH5000を用いて、全光線透過率を測定し、下記基準で評価した。
○:80%以上
△:75%以上80%未満
×:75%未満
評価基準:強制劣化試験後、○,△と評価された試料が本発明として合格
JIS K 7361−1:1997に準拠して、東京電色社製 HAZE METER NDH5000を用いて、全光線透過率を測定し、下記基準で評価した。
○:80%以上
△:75%以上80%未満
×:75%未満
評価基準:強制劣化試験後、○,△と評価された試料が本発明として合格
(表面抵抗)
JIS K 7194:1994に準拠して、抵抗率計(ロレスタGP(MCP−T610型):(株)ダイヤインスツルメンツ社製)を用いて表面抵抗を測定した。
JIS K 7194:1994に準拠して、抵抗率計(ロレスタGP(MCP−T610型):(株)ダイヤインスツルメンツ社製)を用いて表面抵抗を測定した。
(膜強度)
導電層の膜の強度を、テープ剥離法により評価した。
導電層の上に住友スリーエム社製スコッチテープを用いて圧着/剥離を10回繰り返し、導電層の脱落を目視観察し、下記基準で評価した。
○:影響を受けている部分が5%以下
△:影響を受けている部分が5%を超えるが30%以下
×:影響を受けている部分が30%を超える
評価基準:強制劣化試験後、○,△と評価された試料が本発明として合格
導電層の膜の強度を、テープ剥離法により評価した。
導電層の上に住友スリーエム社製スコッチテープを用いて圧着/剥離を10回繰り返し、導電層の脱落を目視観察し、下記基準で評価した。
○:影響を受けている部分が5%以下
△:影響を受けている部分が5%を超えるが30%以下
×:影響を受けている部分が30%を超える
評価基準:強制劣化試験後、○,△と評価された試料が本発明として合格
(割れ性)
得られた透明電極の導電層の割れ性評価を行った。透明電極シートを手で折り曲げることにより評価を行った。評価基準は以下の通りとした。
○:折り曲げても透明電極シートの導電層が割れない
△:透明電極シートの導電層は割れないが、ひびがはいる
×:透明電極シートの導電層が割れる
評価基準:強制劣化試験後、○と評価された試料が本発明として合格
得られた透明電極の導電層の割れ性評価を行った。透明電極シートを手で折り曲げることにより評価を行った。評価基準は以下の通りとした。
○:折り曲げても透明電極シートの導電層が割れない
△:透明電極シートの導電層は割れないが、ひびがはいる
×:透明電極シートの導電層が割れる
評価基準:強制劣化試験後、○と評価された試料が本発明として合格
評価の結果を表1に示す。表1において、備考における「本発明」は本発明の実施例に該当することを表し、「比較」は比較例であることを表す。
スノーテックスZL:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックス50:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックスYL:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックス20:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックス20L:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックスPS−M:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックスMP−1040:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックスXL:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックスXS:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
プラスコートZ−561:互応化学工業社性ポリエステル樹脂エマルジョン
モビニール8055A:日本合成化学工業社製アクリル樹脂/コロイダルシリカ粒子複合エマルジョン
スノーテックス50:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックスYL:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックス20:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックス20L:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックスPS−M:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックスMP−1040:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックスXL:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
スノーテックスXS:日産化学工業社製コロイダルシリカ分散体
プラスコートZ−561:互応化学工業社性ポリエステル樹脂エマルジョン
モビニール8055A:日本合成化学工業社製アクリル樹脂/コロイダルシリカ粒子複合エマルジョン
表1から、比較例の透明電極TC−116〜TC−121と比べて、本発明の透明電極TC−101〜TC−115は、高温、高湿度環境下においても導電性、光透過性及び膜強度の劣化が少なく、安定性に優れ、さらに割れ性に対しても優れることが分かる。
<実施例2>
(透明電極TE−101の作製)
まず第一に、前記したように得られたガスバリア性を有する透明電極用フィルム基板上のバリアのない面に、以下に示すグラビア印刷によりパターン状に形成された金属材料からなる第1導電層を形成した。
(透明電極TE−101の作製)
まず第一に、前記したように得られたガスバリア性を有する透明電極用フィルム基板上のバリアのない面に、以下に示すグラビア印刷によりパターン状に形成された金属材料からなる第1導電層を形成した。
銀ナノ粒子ペースト(M−Dot SLP:三ツ星ベルト製、平均粒径20nm、粒子50個観察した時のアスペクト比は1.5以下であった。)をRK Print Coat Instruments Ltd製グラビア印刷試験機K303MULTICOATERを用いて線幅50μm、高さ1.5μm、間隔1.0mmの細線格子を印刷した後、110℃、5分の乾燥処理を行い第1導電層(図1参照)を形成した。
次に、第1導電層を形成した透明電極上に、下記塗布液Aを、押し出し法を用いて、乾燥膜厚300nmになるように押し出しヘッドのスリット間隙を調整して塗布し、110℃、5分で加熱乾燥し、導電性ポリマー、無機粒子とバインダー樹脂からなる第2導電層(図1参照)を形成し、得られた電極を8×8cmに切り出した。さらに得られた電極を、オーブンを用いて110℃、30分加熱処理することで透明電極TE−101を作製した。
(塗布液A)
下記処方の塗布液を撹拌混合して使用した。
導電性ポリマー分散液(PEDOT−PSS、CLEVIOS PH510、固形分濃度1.89%、Heraeus社製) 1.67g
無機粒子A分散体(スノーテックスZL、平均粒径85nm、シリカ濃度40%、日産化学工業社製)0.075g
無機粒子B分散体(スノーテックス50、平均粒径25nm、シリカ濃度48%、日産化学工業社製 )0.156g
ジメチルスルホキシド(DMSO) 0.16g
バインダー樹脂分散体(プラスコートZ−561,樹脂濃度25%、互応化学工業社製)0.26g
下記処方の塗布液を撹拌混合して使用した。
導電性ポリマー分散液(PEDOT−PSS、CLEVIOS PH510、固形分濃度1.89%、Heraeus社製) 1.67g
無機粒子A分散体(スノーテックスZL、平均粒径85nm、シリカ濃度40%、日産化学工業社製)0.075g
無機粒子B分散体(スノーテックス50、平均粒径25nm、シリカ濃度48%、日産化学工業社製 )0.156g
ジメチルスルホキシド(DMSO) 0.16g
バインダー樹脂分散体(プラスコートZ−561,樹脂濃度25%、互応化学工業社製)0.26g
(透明電極TE−102〜TE−115の作製)
透明電極TE−101の作製において、塗布液Aの無機粒子A分散体、無機粒子B分散体、バインダー樹脂、導電性ポリマーを表2記載の種類と量比に変更した以外は透明電極TE−101の作製と同様にして、透明電極TE−102〜TE−115を作製した。
透明電極TE−101の作製において、塗布液Aの無機粒子A分散体、無機粒子B分散体、バインダー樹脂、導電性ポリマーを表2記載の種類と量比に変更した以外は透明電極TE−101の作製と同様にして、透明電極TE−102〜TE−115を作製した。
(透明電極TE−116の作製)
透明電極TE−101の作製において、銀ナノ粒子ペーストに代えて銅ナノ粒子ペーストを用いてパターン状に形成された金属材料からなる第1導電層(図1参照)を形成した以外は、TE−101の作製と同様にして、透明電極TE−116を作製した。(前記、銅ナノ粒子ペーストは平均分子量10000のポリビニルピロリドン(東京化成社製)0.28gを0.72gのエチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、2,3−ブタンジオールに溶解させ、平均粒径50nmの銅ナノ粒子(シグマアルドリッチ社製)4.0gと3本ロール及びミキサーを用いて混練し作製した。粒子50個を電子顕微鏡で観察した時のアスペクト比は2.0以下であった。)
透明電極TE−101の作製において、銀ナノ粒子ペーストに代えて銅ナノ粒子ペーストを用いてパターン状に形成された金属材料からなる第1導電層(図1参照)を形成した以外は、TE−101の作製と同様にして、透明電極TE−116を作製した。(前記、銅ナノ粒子ペーストは平均分子量10000のポリビニルピロリドン(東京化成社製)0.28gを0.72gのエチレングリコール、グリセリン、ジエチレングリコール、2,3−ブタンジオールに溶解させ、平均粒径50nmの銅ナノ粒子(シグマアルドリッチ社製)4.0gと3本ロール及びミキサーを用いて混練し作製した。粒子50個を電子顕微鏡で観察した時のアスペクト比は2.0以下であった。)
(透明電極TE−117の作製)
透明電極TE−101の作製において、銀ナノ粒子ペーストに代えて銀ナノワイヤ分散液を用いてパターン状に形成された金属材料からなる第1導電層(図1参照)を形成した以外は、TE−101の作製と同様にして、透明電極TE−117を作製した。(前記、銀ナノワイヤ分散液は、Adv.Mater.,2002,14,833〜837に記載の方法を参考に、PVP K30(分子量5万;ISP社製)を利用して、平均短径75nm、平均長さ35μmの銀ナノワイヤを作製し、限外濾過膜を用いて銀ナノワイヤを濾別、洗浄処理した後、ヒドロキシプロピルメチルセルロース60SH−50(信越化学工業社製)を銀に対し25質量%加えた水溶液に再分散し、銀ナノワイヤ分散液を調製した。)
透明電極TE−101の作製において、銀ナノ粒子ペーストに代えて銀ナノワイヤ分散液を用いてパターン状に形成された金属材料からなる第1導電層(図1参照)を形成した以外は、TE−101の作製と同様にして、透明電極TE−117を作製した。(前記、銀ナノワイヤ分散液は、Adv.Mater.,2002,14,833〜837に記載の方法を参考に、PVP K30(分子量5万;ISP社製)を利用して、平均短径75nm、平均長さ35μmの銀ナノワイヤを作製し、限外濾過膜を用いて銀ナノワイヤを濾別、洗浄処理した後、ヒドロキシプロピルメチルセルロース60SH−50(信越化学工業社製)を銀に対し25質量%加えた水溶液に再分散し、銀ナノワイヤ分散液を調製した。)
(比較透明電極TE−118〜TE−123の作製)
透明電極TE−101の作製において、塗布液Aの無機粒子A分散体、無機粒子B分散体、バインダー樹脂、導電性ポリマーを表2記載の種類と量比に変更した以外は透明電極TE−101の作製と同様にして、透明電極TE−118〜TE−123を作製した。
透明電極TE−101の作製において、塗布液Aの無機粒子A分散体、無機粒子B分散体、バインダー樹脂、導電性ポリマーを表2記載の種類と量比に変更した以外は透明電極TE−101の作製と同様にして、透明電極TE−118〜TE−123を作製した。
<透明電極の評価>
得られた透明電極は実施例1と同様に評価した。
評価の結果を表2に示す。表2において、備考における「本発明」は本発明の実施例に該当することを表し、「比較」は比較例であることを表す。
得られた透明電極は実施例1と同様に評価した。
評価の結果を表2に示す。表2において、備考における「本発明」は本発明の実施例に該当することを表し、「比較」は比較例であることを表す。
表2から、金属材料からなる導電層を有することで導電性が格段に向上し、かつ比較例の透明電極TE−118〜TE−123と比べて、本発明の透明電極TE−101〜TE−117は、高温、高湿度環境下においても導電性、光透過性及び膜強度の劣化が少なく、安定性に優れ、さらに割れ性に対しても優れることが分かる。
<実施例3>
(有機ELデバイスの作製)
実施例2で作製した透明電極基板を超純水で洗浄後、パターン辺長20mmの正方形タイル状透明パターン一個が中央に配置されるように30mm角に切り出し、アノード電極に用いて、以下の手順でそれぞれ有機ELデバイスを作製した。正孔輸送層以降は蒸着により形成した。透明電極TE−101〜TE−123を用い、それぞれ有機EL素子OEL−101〜OEL−123を作製した。
(有機ELデバイスの作製)
実施例2で作製した透明電極基板を超純水で洗浄後、パターン辺長20mmの正方形タイル状透明パターン一個が中央に配置されるように30mm角に切り出し、アノード電極に用いて、以下の手順でそれぞれ有機ELデバイスを作製した。正孔輸送層以降は蒸着により形成した。透明電極TE−101〜TE−123を用い、それぞれ有機EL素子OEL−101〜OEL−123を作製した。
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素子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、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層を順次形成した。
(正孔輸送層の形成)
真空度1×10−4Paまで減圧した後、化合物1の入った前記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、厚さ30nmの正孔輸送層を設けた。
真空度1×10−4Paまで減圧した後、化合物1の入った前記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、厚さ30nmの正孔輸送層を設けた。
(有機発光層の形成)
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、厚さ10nmの緑赤色燐光発光の有機発光層を形成した。
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、厚さ10nmの緑赤色燐光発光の有機発光層を形成した。
続いて、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/秒で緑赤色燐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、厚さ15nmの青色燐光発光の有機発光層を形成した。
(正孔阻止層の形成)
さらに、形成した有機発光層と同じ領域に、化合物6を膜厚5nmに蒸着して正孔阻止層を形成した。
さらに、形成した有機発光層と同じ領域に、化合物6を膜厚5nmに蒸着して正孔阻止層を形成した。
(電子輸送層の形成)
引き続き、形成した正孔阻止層と同じ領域に、CsFを膜厚比で10%になるように化合物6と共蒸着し、厚さ45nmの電子輸送層を形成した。
引き続き、形成した正孔阻止層と同じ領域に、CsFを膜厚比で10%になるように化合物6と共蒸着し、厚さ45nmの電子輸送層を形成した。
(カソード電極の形成)
形成した電子輸送層の上に、透明電極を陽極として陽極外部取り出し端子及び15mm×15mm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の陽極を形成した。
形成した電子輸送層の上に、透明電極を陽極として陽極外部取り出し端子及び15mm×15mm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の陽極を形成した。
さらに、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Al2O3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15mm×15mmの有機EL素子を作製した。
<有機EL素子の評価>
得られた有機EL素子について発光ムラ及び寿命を下記のように評価した。
得られた有機EL素子について発光ムラ及び寿命を下記のように評価した。
(発光均一性)
発光均一性は、KEITHLEY製ソースメジャーユニット2400型を用いて、直流電圧を有機EL素子に印加し発光させた。1000cd/m2で発光させた有機EL素子OEL−101〜OEL−123について、50倍の顕微鏡で各々の発光輝度ムラを観察した。また、有機EL素子をオーブンにて80℃、60%RHの環境下で3時間加熱したのち、再び前記23±3℃、55±3%RHの環境下で1時間以上調湿した後、同様に発光均一性を観察した。
○:完全に均一発光している
△:部分的に発光ムラが見られる
×:全面にわたって発光ムラが見られる
評価基準:強制劣化試験後、○,△と評価された試料が本発明として合格
発光均一性は、KEITHLEY製ソースメジャーユニット2400型を用いて、直流電圧を有機EL素子に印加し発光させた。1000cd/m2で発光させた有機EL素子OEL−101〜OEL−123について、50倍の顕微鏡で各々の発光輝度ムラを観察した。また、有機EL素子をオーブンにて80℃、60%RHの環境下で3時間加熱したのち、再び前記23±3℃、55±3%RHの環境下で1時間以上調湿した後、同様に発光均一性を観察した。
○:完全に均一発光している
△:部分的に発光ムラが見られる
×:全面にわたって発光ムラが見られる
評価基準:強制劣化試験後、○,△と評価された試料が本発明として合格
(寿命)
得られた有機EL素子の、初期の輝度を5000cd/m2で連続発光させて、電圧を固定して、輝度が半減するまでの時間を求めた。アノード電極をITOとした有機EL素子を前記した方法と同様の方法で作製し、これに対する比率を求め、以下の基準で評価した。
◎:150%以上
○:100以上150%未満
△:80以上100%未満
×:80%未満
評価基準:強制劣化試験後、◎,○,△と評価された試料が本発明として合格
得られた有機EL素子の、初期の輝度を5000cd/m2で連続発光させて、電圧を固定して、輝度が半減するまでの時間を求めた。アノード電極をITOとした有機EL素子を前記した方法と同様の方法で作製し、これに対する比率を求め、以下の基準で評価した。
◎:150%以上
○:100以上150%未満
△:80以上100%未満
×:80%未満
評価基準:強制劣化試験後、◎,○,△と評価された試料が本発明として合格
評価の結果を表3に示す。表3において、備考における「本発明」は本発明の実施例に該当することを表し、「比較」は比較例であることを表す。
表3から、比較例の有機EL素子OEL−118〜OEL−123は80℃、60%RHの環境下で3時間の加熱後、発光均一性、寿命が劣化するのに対し、本発明の有機EL素子OEL−101〜OEL−117の発光均一性、寿命は加熱後でも安定しており耐久性に優れることが分かる。
1 透明導電膜
11 基材
12 第1導電層
13 第2導電層
11 基材
12 第1導電層
13 第2導電層
Claims (6)
- 透明な基材と、
前記基材上に形成されており、π共役系導電性高分子及びポリ陰イオンを有してなる導電性ポリマー、並びに、無機粒子を含有する透明な導電層と、
を備える透明導電膜であって、
前記無機粒子は、少なくとも平均粒径の異なる2種の粒子A及び粒子Bからなり、
前記粒子Aと前記粒子Bの平均粒径の差は、20nm以上、90nm以下であり、
前記粒子Aと前記粒子Bの質量比は、1:10から2:1の範囲である
ことを特徴とする透明導電膜。 - 前記無機粒子Aの平均粒径は、30nm以上、100nm以下であり、
前記無機粒子Bの平均粒径は、1nm以上、50nm以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の透明導電膜。 - 前記導電性ポリマーと前記無機粒子との比率は、前記無機粒子を100質量部としたとき、前記導電性ポリマーが10〜50質量部である
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の透明導電膜。 - 前記導電層は、さらにバインダー樹脂を含有する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の透明導電膜。 - 金属材料からなる導電層を備え、
前記導電性ポリマー及び前記無機粒子を含有する透明な前記導電層は、前記金属材料からなる前記導電層と電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の透明導電膜。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の透明導電膜を透明電極として備える
ことを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子。
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