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技術 透明導電膜付ガラス基板及びその製造方法

出願人 日本電気硝子株式会社
発明者 和田正紀柏谷健平尾徹
出願日 2015年3月10日 (4年4ヶ月経過) 出願番号 2015-047169
公開日 2016年9月15日 (2年10ヶ月経過) 公開番号 2016-166110
状態 特許登録済
技術分野 ガラスの表面処理 エレクトロルミネッセンス光源
主要キーワード 多光子吸収現象 パターニング領域 超短パルスレーザー 導電膜付ガラス基板 有機エレクトロルミネセンス層 複合酸化物薄膜 フェムト秒レーザー ビスマス系ガラス
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年9月15日)のものです。
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図面 (5)

課題

下地ガラス層の上に形成された透明導電膜レーザーパターニングする際、透明導電膜または下地ガラス層に変色や損傷が生じるのを抑制することができる透明導電膜付ガラス基板及びその製造方法を提供する。

解決手段

ガラス基板と、ガラス基板上に設けられる下地ガラス層と、下地ガラス層の上に設けられ、レーザーによりパターニングされた透明導電膜3とを備える透明導電膜付ガラス基板6であって、下地ガラス層は、レーザーの波長において、透明導電膜3の吸収率より小さく、かつガラス基板の吸収率より大きい吸収率を有しており、レーザーによりパターニングされて透明導電膜3の一部が除去されたパターニング領域10は、第1の線状部分11と、第2の線状部分12と、第1の線状部分11と第2の線状部分12とを接続する接続部分13とを有し、第1の線状部分11と第2の線状部分12のなす角度が120°以下であり、接続部分13の曲率半径が0.5mm以上であることを特徴としている。

概要

背景

プラズマディスプレイエレクトロルミネセンス素子などにおいて、電極として用いる透明導電膜を、ガラス基板などの透明基板上に形成し、透明導電膜をレーザーパターニングすることが知られている(特許文献1及び特許文献2)。

有機エレクトロルミネセンス素子などにおいては、光の取り出し効率を高めるため、ガラス基板と透明導電膜の間に、ガラス基板よりも屈折率の高い下地ガラス層が設けられる場合がある。

概要

下地ガラス層の上に形成された透明導電膜をレーザーでパターニングする際、透明導電膜または下地ガラス層に変色や損傷が生じるのを抑制することができる透明導電膜付ガラス基板及びその製造方法を提供する。ガラス基板と、ガラス基板上に設けられる下地ガラス層と、下地ガラス層の上に設けられ、レーザーによりパターニングされた透明導電膜3とを備える透明導電膜付ガラス基板6であって、下地ガラス層は、レーザーの波長において、透明導電膜3の吸収率より小さく、かつガラス基板の吸収率より大きい吸収率を有しており、レーザーによりパターニングされて透明導電膜3の一部が除去されたパターニング領域10は、第1の線状部分11と、第2の線状部分12と、第1の線状部分11と第2の線状部分12とを接続する接続部分13とを有し、第1の線状部分11と第2の線状部分12のなす角度が120°以下であり、接続部分13の曲率半径が0.5mm以上であることを特徴としている。

目的

本発明の目的は、下地ガラス層の上に形成された透明導電膜をレーザーでパターニングする際、透明導電膜または下地ガラス層に変色や損傷が生じるのを抑制することができる透明導電膜付ガラス基板及びその製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ガラス基板と、前記ガラス基板上に設けられる下地ガラス層と、前記下地ガラス層の上に設けられ、レーザーによりパターニングされた透明導電膜とを備える透明導電膜付ガラス基板であって、前記下地ガラス層は、前記レーザーの波長において、前記透明導電膜の吸収率より小さく、かつ前記ガラス基板の吸収率より大きい吸収率を有しており、前記レーザーによりパターニングされて前記透明導電膜の一部が除去されたパターニング領域は、第1の線状部分と、第2の線状部分と、前記第1の線状部分と前記第2の線状部分とを接続する接続部分とを有し、前記第1の線状部分と前記第2の線状部分のなす角度が120°以下であり、前記接続部分の曲率半径が0.5mm以上である、透明導電膜付ガラス基板。

請求項2

前記下地ガラス層は、ビスマス系ガラスを含む、請求項1に記載の透明導電膜付ガラス基板。

請求項3

前記下地ガラス層は、前記ガラス基板の屈折率より高い屈折率を有する、請求項1または2に記載の透明導電膜付ガラス基板。

請求項4

前記レーザーが、フェムト秒レーザーである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の透明導電膜付ガラス基板。

請求項5

前記下地ガラス層が設けられている前記ガラス基板の表面に、凹凸が形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の透明導電膜付ガラス基板。

請求項6

有機エレクトロルミネセンス素子用ガラス基板である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の透明導電膜付ガラス基板。

請求項7

請求項1〜6のいずれか一項に記載の透明導電膜付ガラス基板を製造する方法であって、前記パターニングがなされる前の前記透明導電膜が前記下地ガラス層の上に形成された前記ガラス基板を作製する工程と、前記第1の線状部分、前記接続部分、及び前記第2の線状部分の順またはこの逆の順に前記レーザーを走査して、前記透明導電膜に前記レーザーを照射し、前記パターニング領域を形成する工程とを備える、透明導電膜付ガラス基板の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、透明導電膜付ガラス基板及びその製造方法に関する。

背景技術

0002

プラズマディスプレイエレクトロルミネセンス素子などにおいて、電極として用いる透明導電膜を、ガラス基板などの透明基板上に形成し、透明導電膜をレーザーパターニングすることが知られている(特許文献1及び特許文献2)。

0003

有機エレクトロルミネセンス素子などにおいては、光の取り出し効率を高めるため、ガラス基板と透明導電膜の間に、ガラス基板よりも屈折率の高い下地ガラス層が設けられる場合がある。

先行技術

0004

特開2007−207554号公報
特開2006−267834号公報

発明が解決しようとする課題

0005

本発明者らは、下地ガラス層を設けた場合、レーザーで透明導電膜をパターニングする際、透明導電膜または下地ガラス層に変色や損傷が生じやすいという課題を見出した。

0006

本発明の目的は、下地ガラス層の上に形成された透明導電膜をレーザーでパターニングする際、透明導電膜または下地ガラス層に変色や損傷が生じるのを抑制することができる透明導電膜付ガラス基板及びその製造方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明の透明導電膜付ガラス基板は、ガラス基板と、ガラス基板上に設けられる下地ガラス層と、下地ガラス層の上に設けられ、レーザーによりパターニングされた透明導電膜とを備える透明導電膜付ガラス基板であって、下地ガラス層は、レーザーの波長において、透明導電膜の吸収率より小さく、かつガラス基板の吸収率より大きい吸収率を有しており、レーザーによりパターニングされて透明導電膜の一部が除去されたパターニング領域は、第1の線状部分と、第2の線状部分と、第1の線状部分と第2の線状部分とを接続する接続部分とを有し、第1の線状部分と第2の線状部分のなす角度が120°以下であり、接続部分の曲率半径が0.5mm以上であることを特徴としている。

0008

下地ガラス層としては、ビスマス系ガラスを含むものが挙げられる。

0009

下地ガラス層としては、ガラス基板の屈折率より高い屈折率を有するものが挙げられる。

0010

レーザーとしては、例えば、フェムト秒レーザーを用いることができる。

0011

下地ガラス層が設けられているガラス基板の表面には、凹凸が形成されていることが好ましい。

0012

本発明の透明導電膜付ガラス基板は、例えば、有機エレクトロルミネセンス素子用ガラス基板として用いられる。

0013

本発明の製造方法は、上記本発明の透明導電膜付ガラス基板を製造することができる方法であって、パターニングがなされる前の透明導電膜が下地ガラス層の上に形成されたガラス基板を作製する工程と、第1の線状部分、接続部分、及び第2の線状部分の順またはこの逆の順にレーザーを走査して、透明導電膜にレーザーを照射し、パターニング領域を形成する工程とを備えることを特徴としている。

発明の効果

0014

本発明によれば、下地ガラス層の上に形成された透明導電膜をレーザーでパターニングする際、透明導電膜または下地ガラス層に変色や損傷が生じるのを抑制することができる。

図面の簡単な説明

0015

本発明の一実施形態の透明導電膜付ガラス基板を示す模式的断面図である。
本発明の一実施形態の透明導電膜付ガラス基板を示す模式的平面図である。
図2に示す第1の線状部分、第2の線状部分、及び接続部分を拡大して示す模式的平面図である。
比較例における第1の線状部分、第2の線状部分、及び接続部分を拡大して示す模式的平面図である。

実施例

0016

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

0017

図1は、本発明の一実施形態の透明導電膜付ガラス基板を示す模式的断面図である。図2は、本発明の一実施形態の透明導電膜付ガラス基板を示す模式的平面図である。図1は、図2に示すI−I線に沿う模式的断面図である。図1に示すように、本実施形態の透明導電膜付ガラス基板6は、ガラス基板1と、ガラス基板1の主面1a上に設けられる下地ガラス層2と、下地ガラス層2の主面2aの上に設けられる透明導電膜3とを備えている。ガラス基板1の主面1aには、凹凸が形成されている。したがって、下地ガラス層2は、凹凸が形成された主面1aの上に設けられている。

0018

透明導電膜3には、レーザーによりパターニングされて透明導電膜3の一部が除去されたパターニング領域10が形成されている。透明導電膜3は、パターニング領域10により第1の電極4と第2の電極5に分割されている。

0019

本実施形態の透明導電膜付ガラス基板6は、例えば、有機エレクトロルミネセンス素子用ガラス基板として用いることができる。有機エレクトロルミネセンス素子用ガラス基板として用いる場合、透明導電膜付ガラス基板6の上には有機エレクトロルミネセンス層が設けられる。有機エレクトロルミネセンス層が発光して、有機エレクトロルミネセンス層から出射された光は、透明導電膜3及びガラス基板1を通り、外部に取り出される。下地ガラス層2は、有機エレクトロルミネセンス層から出射された光の取り出し効率を高めるため、透明導電膜3とガラス基板1の間に設けられている。

0020

すなわち、一般に、有機エレクトロルミネセンス層の屈折率ndは1.8〜1.9程度であり、透明導電膜3の屈折率ndは1.9〜2.0程度であり、ガラス基板1の屈折率ndは、通常、1.5程度である。このため、下地ガラス層2が設けられていない場合、ガラス基板1と透明導電膜3の屈折率差が大きいので、ガラス基板1と透明導電膜3の界面で、有機エレクトロルミネセンス層からの光が反射されてしまい、光を効率良く外部に取り出すことができない。

0021

本実施形態のように、ガラス基板1と透明導電膜3の間に下地ガラス層2を設け、下地ガラス層2の屈折率ndを、透明導電膜3の屈折率ndに近づけることにより、上記の光反射を抑制することができ、光を効率良く外部に取り出すことができる。したがって、下地ガラス層2は、一般に、ガラス基板1より高い屈折率nd、例えば、1.8〜2.2を有するガラスから形成される。このようなガラスとしては、ビスマス系ガラスが挙げられる。ビスマス系ガラスとしては、ガラス組成としてBi2O3を10モル%以上含有するガラスが挙げられる。

0022

ビスマス系ガラスの具体的な組成としては、モル%表示で、Bi2O3 10〜35%、B2O3 20〜35%、SiO2 5超〜35%、Al2O3 0〜10%、ZnO 0〜10%、ZrO2 1〜8%を含有するガラス、及びモル%表示で、Bi2O3 10〜35%、B2O3 20〜35%、SiO2+Al2O3 21〜45%、ZnO 0〜10%、ZrO2 0.1〜10%を含有するガラスなどが挙げられる。ここで「SiO2+Al2O3」とは、SiO2とAl2O3の含有量の合計を意味する。

0023

また、本実施形態のように、ガラス基板1の主面1aに凹凸を形成することによって、下地ガラス層2とガラス基板1の界面での光の反射を低減でき、さらに効率良く光を外部に取り出すことができる。主面1aに凹凸が形成されたガラス基板1は、例えば、平坦な表面を有するガラス板に対して、サンドブラスト法ゾルゲルスプレー法エッチング法などの方法を施すことにより作製することができる。或いは表面に凹凸が形成された金型でガラス板をプレス成形したり、表面に凹凸が形成されたロール溶融ガラスをロール成板したりすることにより作製することもできる。

0024

主面1aの表面粗さRaは、例えば、0.05〜2μmの範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは、0.05〜1.5μmの範囲である。主面1aの表面粗さRaが小さすぎると、十分な光取り出し効率が得られない場合がある。また、主面1aの表面粗さRaが大きすぎると、十分な光取り出し効率が得られないとともに、下地ガラス層2の厚みを必要以上に厚くしなければならない場合がある。

0025

透明導電膜3としては、例えば、インジウム錫酸化物(ITO)、アルミニウム亜鉛酸化物(AZO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、フッ素をドープした錫酸化物(FTO)などの導電性を有する複合酸化物薄膜を用いることができる。特に、インジウム錫酸化物が好ましく用いられる。

0026

ガラス基板1としては、特に限定されるものではなく、光の取り出し効率が低減されないものであればよい。

0027

本発明においては、透明導電膜3をレーザーでパターニングすることにより、透明導電膜3の一部を除去して、パターニング領域10を形成する。レーザーとしては、その波長における透明導電膜3の吸収率が大きいレーザーが用いられる。例えば、ITO膜の場合、1000nm以上の波長において、吸収率が大きくなる。このため、1000nm以上の波長のレーザーを用いてパターニングすることにより、ITO膜をレーザー照射で除去してパターニング領域10を形成することができる。

0028

上述のように、本発明者らは、透明導電膜3をレーザーでパターニングして、透明導電膜3の一部をレーザー照射で除去する際、透明導電膜3または下地ガラス層2に変色や損傷を生じる場合があることを見出した。特に、レーザーの走査方向が垂直方向に変化するコーナー部において、このような変色や損傷が生じやすいことを見出した。この原因について検討したところ、レーザーの走査方向が垂直方向に変化する際、走査速度が減少し、レーザーの照射時間が相対的に長くなるため、その部分において熱が蓄積され、変色や損傷が生じていることがわかった。また、レーザーの波長において、下地ガラス層2も大きな吸収率を有するため、このような現象が生じていることがわかった。

0029

したがって、本発明において、下地ガラス層2は、レーザーの波長において、透明導電膜3の吸収率より小さく、かつガラス基板1の吸収率より大きい吸収率を有している。レーザーの波長における下地ガラス層2の吸収率は、透明導電膜3の吸収率の10〜60%の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは10〜30%の範囲内である。

0030

レーザーの波長は、透明導電膜3がその波長において大きな吸収率を有するものであれば、特に限定されない。レーザーの波長は、例えば、1000nm以上であることが好ましく、1300nm以上であることがより好ましく、1500nm以上であることがさらに好ましい。レーザーの波長の上限値は、特に限定されるものではないが、レーザーの波長は、2000nm以下であることが一般的である。

0031

レーザーは、10ピコ秒以下のパルスレーザーであることが好ましく、より好ましくは、1ピコ秒以下の超短パルスレーザーであり、特に好ましくは、フェムト秒レーザーである。このようなパルス幅の小さいレーザーを用いることにより、多光子吸収現象を生じさせ、周辺部分に熱を拡散させることなくパターニングすることができる。

0032

レーザーのスポット径は、パターニング領域の幅の20%〜100%の範囲内であることが好ましく、50%〜100%の範囲内であることがさらに好ましい。

0033

なお、レーザーは、一般に透明導電膜3の厚み方向(z方向)に、透明導電膜3側から照射される。

0034

図2は、本発明の一実施形態の透明導電膜付ガラス基板を示す模式的平面図である。図2に示す透明導電膜付ガラス基板6は、有機エレクトロルミネセンス素子1個分の透明導電膜3のパターニング回路を示している。図2に示す透明導電膜付ガラス基板6は、隣接して他の有機エレクトロルミネセンス素子が形成されているマザーガラス基板の中の1つのガラス基板である。

0035

図2に示すように、直線状のパターニング領域30及び40がx方向に延びるように形成されており、これらのパターニング領域30及び40と直交するy方向に延びるように直線状のパターニング領域50及び60が形成されている。これらのパターニング領域30、40、50及び60により、透明導電膜3は、隣接する素子の透明導電膜と分割されている。

0036

透明導電膜3には、図1に示すパターニング領域10が形成されている。パターニング領域10により、透明導電膜3が分割され、第1の電極4及び第2の電極5が形成されている。例えば、第1の電極4を陽極、第2の電極5を陰極として用いることができる。第2の電極は、有機エレクトロルミネセンス層の上に設けられる電子注入電極と接続することができる。

0037

図2に示すように、パターニング領域10は、x方向に延びる第1の線状部分11とy方向に延びる第2の線状部分12を有する。第1の線状部分11と第2の線状部分12とは、接続部分13により接続されている。また、パターニング領域10は、y方向に延びる第2の線状部分14を有し、第2の線状部分14と第1の線状部分11とは、接続部分15により接続されている。

0038

また、パターニング領域10は、x方向に延びる第1の線状部分16を有し、第1の線状部分16と第2の線状部分12とは、接続部分17により接続されている。また、パターニング領域10は、x方向に延びる第1の線状部分18を有し、第1の線状部分18と第2の線状部分14とは、接続部分19により接続されている。

0039

また、パターニング領域10は、y方向に延びる第2の線状部分21を有し、第2の線状部分21と第1の線状部分16とは、接続部分22により接続されている。また、パターニング領域10は、y方向に延びる第2の線状部分23を有し、第2の線状部分23と第1の線状部分18とは、接続部分24により接続されている。

0040

図3は、図2に示す第1の線状部分11、第2の線状部分12、及び接続部分13を拡大して示す模式的平面図である。図3に示すように、第1の線状部分11と第2の線状部分12は、それらのなす角度がθとなるように形成されている。本実施形態において、角度θは、90°である。本発明はこれに限定されるものではなく、第1の線状部分11と第2の線状部分12のなす角度θは、120°以下であればよい。第1の線状部分11と第2の線状部分12のなす角度θは、好ましくは、80°〜100°の範囲内である。

0041

第1の線状部分11と第2の線状部分12とを接続する接続部分13は、本実施形態において、円弧状に形成されている。本発明において、接続部分13の曲率半径は、0.5mm以上である。接続部分13の曲率半径は、好ましくは、1.0mm以上である。接続部分13の曲率半径をこのような範囲にすることにより、透明導電膜3または下地ガラス層2に変色や損傷を生じるのをより効果的に抑制することができる。接続部分13の曲率半径が大きくなりすぎると、パターニング領域の形成が困難になる場合がある。したがって、接続部分13の曲率半径は、5.0mm以下であることが好ましく、3.0mm以下であることがさらに好ましい。

0042

図4は、比較例における第1の線状部分11、第2の線状部分12、及び接続部分34を拡大して示す模式的平面図である。図4に示す比較例では、第1の線状部分11と第2の線状部分12とを接続する接続部分34が、曲率半径0.5mm以上の円弧状に形成されていない。このような場合、第1の線状部分11、接続部分34及び第2の線状部分12の順、あるいは第2の線状部分12、接続部分34及び第1の線状部分11の順で、レーザーが走査された際、接続部分34でレーザーがx方向及びy方向のいずれにも移動しない瞬間が生じる。このため、レーザーが長い時間停滞する箇所が生じ、その部分において熱が蓄積され、透明導電膜3または下地ガラス層2に変色や損傷が生じる。

0043

これに対し、図3に示すように、接続部分13が、曲率半径0.5mm以上の円弧状に形成されている場合、常にx方向及びy方向の少なくともいずれかの方向にレーザーが移動しながら接続部分13を通過するので、レーザーが長い時間停滞する箇所を生じない。このため、透明導電膜3または下地ガラス層2に変色や損傷を生じるのを抑制することができる。

0044

図3及び図4を参照して、接続部分13について説明したが、図2に示す接続部分15、17、19、22、及び24についても、接続部分13と同様に、曲率半径0.5mm以上の円弧状に形成することにより、これらの部分において、透明導電膜3または下地ガラス層2に変色や損傷を生じるのを抑制することができる。

0045

図2においては、x方向に延びる線状部分を第1の線状部分、y方向に延びる線状部分を第2の線状部分として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。y方向に延びる線状部分を第1の線状部分、x方向に延びる線状部分を第2の線状部分としてもよい。

0046

1……ガラス基板
1a……主面
2……下地ガラス層
2a……主面
3……透明導電膜
4……第1の電極
5……第2の電極
6……透明導電膜付ガラス基板
10,30,40,50,60……パターニング領域
11,16,18……第1の線状部分
12,14,21,23……第2の線状部分
13,15,17,19,22,24,34……接続部分

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