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KR101792585B1 - 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴, 평행선 패턴 형성 방법, 투명 도전막을 구비한 기재, 디바이스 및 전자 기기 - Google Patents

도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴, 평행선 패턴 형성 방법, 투명 도전막을 구비한 기재, 디바이스 및 전자 기기 Download PDF

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KR101792585B1
KR101792585B1 KR1020157006276A KR20157006276A KR101792585B1 KR 101792585 B1 KR101792585 B1 KR 101792585B1 KR 1020157006276 A KR1020157006276 A KR 1020157006276A KR 20157006276 A KR20157006276 A KR 20157006276A KR 101792585 B1 KR101792585 B1 KR 101792585B1
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liquid
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히데노부 오야
마사유키 우시쿠
마사요시 야마우치
나오토 니이즈마
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코니카 미놀타 가부시키가이샤
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Abstract

도전체의 세선 패턴에 있어서 투명성과 저항값의 안정성을 향상시킬 수 있는, 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴 및 평행선 패턴 형성 방법의 제공을 목적으로 하고, 상기 평행선 패턴은 기재(2) 상에 형성된 도전성 재료를 포함하는 1조 이상의 평행선(10)을 적어도 갖고, 각 평행선(10)은 도전성 재료가 액체의 움직임에 의해 분리되어 이루어지는 평행선(10)인 것을 특징으로 하고, 상기 평행선 패턴 형성 방법은 도전성 재료를 포함하는 적어도 1조 이상의 평행선(10)을 갖는 평행선 패턴(1)을 기재(2) 상에 형성된 라인 형상 액체를 증발시킬 때에 상기 라인 형상 액체의 가장자리에 상기 도전성 재료를 선택적으로 퇴적시키도록 상기 라인 형상 액체의 대류 상태를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴, 평행선 패턴 형성 방법, 투명 도전막을 구비한 기재, 디바이스 및 전자 기기 {PARALLEL LINE PATTERN CONTAINING CONDUCTIVE MATERIAL, PARALLEL LINE PATTERN FORMATION METHOD, SUBSTRATE WITH TRANSPARENT CONDUCTIVE FILM, DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS}
본 발명은 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴, 평행선 패턴 형성 방법, 투명 도전막을 구비한 기재, 디바이스 및 전자 기기에 관한 것이다.
최근 들어 박형 TV 등의 수요의 고조에 수반하여 액정·플라즈마·유기 일렉트로루미네센스·필드에미션 등, 각종 방식의 디스플레이 기술이 개발되고 있다. 이들 표시 방식이 상이한 모든 디스플레이에 있어서 투명 전극은 필수적인 구성 기술이 되어 있다. 또한, 텔레비전 이외에도 터치 패널이나 휴대 전화, 전자 페이퍼, 각종 태양 전지, 각종 일렉트로루미네센스 조광 소자에 있어서도 투명 전극은 필수 불가결한 기술 요소가 되고 있다.
종래 투명 전극은 유리나 투명한 플라스틱 필름 등의 투명 기재 상에 인듐-주석의 복합 산화물(ITO)막을 진공 증착법이나 스퍼터링법으로 제막한 ITO 투명 전극이 주로 사용되어 왔다.
그러나, ITO에 이용되는 인듐은 레어 메탈이고, 또한 가격의 앙등으로 인해 탈인듐이 요망되고 있다. 또한, 진공 증착법이나 스퍼터링과 같은 방법은 택트 타임이 길어 재료 사용 효율이 매우 나쁘다는 문제가 있고, ITO 투명 전극은 고비용이라는 큰 문제가 존재한다.
따라서, ITO 투명 전극을 대신하는 투명 전극의 개발이 급선무가 되고 있다.
특허문헌 1에는 적어도 부분적으로 접합되어 있는 나노 입자로 형성되어 있는 도전성 트레이스의 패턴으로서, 대체로 상기 부분적으로 접합되어 있는 나노 입자가 없고, 대체로 광에 대하여 투명한 무질서한 형상의 셀을 획정하고 있는 패턴을 구비하는 투명 전극이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는 카본 나노 튜브를 포함하는 서로 연결한 복수의 링 형상 패턴을 갖는 투명 도전막이 기재되어 있다.
특허문헌 3에는 은 나노 입자를 포함하는 서로 연결한 복수의 링 형상 패턴을 갖는 투명 도전막이 기재되어 있다.
일본 특허 공표 제2011-508424호 공보 일본 특허 공표 제2011-502034호 공보 WO 2011/051952
특허문헌 1에 기재된 패턴은 무질서하기 때문에 투명성과 저항값에 편차가 발생하고, 안정성을 손상시키는 문제가 있다. 또한, 저항값을 소정 값까지 저하시키고자 하면 투명성도 크게 저하되어 버리는 문제가 있었다.
특허문헌 2, 3에 기재된 기술과 같이 링 형상 패턴에 의해 투명 전극을 형성하기 위해서는 각각의 링을 최저 2개의 링과 교차시켜 전기적인 접속을 확보할 필요가 있고, 그 결과 면 전극 상에 다수의 연결점(교점)을 형성해야만 한다. 그 때문에, 연결점의 형상 안정성이나 연결점의 개수 제어의 관점에서 개선의 여지가 있고, 또한 이들 다수의 연결점에 의해 투명성이 손상되기 쉬운 문제가 있다. 그 결과, 투명성과 저항값의 안정성을 손상시키는 문제가 있다. 또한, 저항값을 소정 값까지 저하시키면 투명성도 크게 저하되는 문제를 충분히 해결하는 것은 아니었다.
따라서, 본 발명의 과제는 도전체의 세선 패턴에 있어서 투명성과 저항값의 안정성을 향상시킬 수 있는 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴 및 그 형성 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 동일 저항값으로 비교한 경우에 투명성을 향상시킬 수 있는 우수한 특성의 투명 도전막을 구비한 기재(투명 전극), 상기 투명 도전막을 구비한 기재를 갖는 디바이스 및 상기 디바이스를 구비한 전자 기기를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 과제는 이하의 기재에 의해 명확해진다.
상기 과제는 이하의 각 발명에 의해 해결된다.
1. 기재 상에 형성된 도전성 재료를 포함하는 1조 이상의 평행선을 적어도 갖는 평행선 패턴이며, 상기 1조 이상의 각 평행선은 상기 도전성 재료가 액체의 움직임에 의해 분리되어 이루어지는 평행선인 것을 특징으로 하는, 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴.
2. 상기 1조 이상의 평행선으로서 선폭이 20㎛ 이하인 선분으로 구성된 평행선을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 1 기재의 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴.
3. 상기 1조 이상의 평행선으로서 상기 평행선을 구성하는 각 선분간의 거리가 10㎛ 이상 300㎛ 이하인 평행선을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 1 또는 2 기재의 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴.
4. 상기 1조 이상의 평행선으로서 상기 평행선을 선분 방향에 대하여 직교하는 방향으로 절단하였을 때의 단면 형상이 하기 (가)의 조건을 만족하는 평행선을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 1 내지 3 중 어느 하나에 기재된 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴.
(가) 상기 평행선을 구성하는 각 선분의 높이를 h1, h2라 하고, 상기 각 선분간에 있어서의 최박(最薄) 부분의 높이를 Z라 하였을 때에 5≤h1/Z, 또한 5≤h2/Z일 것
5. 상기 1조 이상의 평행선으로서 상기 평행선을 선분 방향에 대하여 직교하는 방향으로 절단하였을 때의 단면 형상이 하기 (가) 내지 (라)의 모든 조건을 만족하는 평행선을 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 1 내지 4 중 어느 하나에 기재된 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴.
(가) 상기 평행선을 구성하는 각 선분의 높이를 h1, h2라 하고, 상기 각 선분간에 있어서의 최박 부분의 높이를 Z라 하였을 때에 5≤h1/Z, 또한 5≤h2/Z일 것
(나) 상기 평행 세선을 구성하는 각 선분의 폭을 W1, W2라 하였을 때에 W1≤10㎛, 또한 W2≤10㎛일 것
(다) 상기 평행 세선을 구성하는 각 선분간의 거리를 I라 하였을 때에 10㎛≤I≤200㎛일 것
(라) 상기 평행 세선을 구성하는 각 선분의 높이를 h1, h2라 하였을 때에 50nm＜h1＜5㎛, 또한 50nm＜h2＜5㎛일 것
6. 상기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴을 갖는 투명 도전막을 기재 표면에 갖는, 투명 도전막을 구비한 기재.
7. 상기 투명 도전막에 있어서의 전광선 투과율이 85% 이상, 또한 상기 투명 도전막에 있어서의 면 저항률이 500Ω/□ 이하인 것을 특징으로 하는, 상기 6 기재의 투명 도전막을 구비한 기재.
8. 상기 1 내지 5 중 어느 하나에 기재된 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴이며,
기재 상에 형성된 도전성 재료를 포함하는, 선폭이 균일한 라인 형상 액체를 증발시킬 때에 상기 라인 형상 액체의 가장자리에 상기 도전성 재료를 선택적으로 퇴적시키도록 상기 라인 형상 액체의 대류 상태를 제어함으로써 형성된 것을 특징으로 하는, 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴.
9. 도전성 재료를 포함하는 적어도 1조 이상의 평행선을 갖는 평행선 패턴을, 기재 상에 형성된 도전성 재료를 포함하는, 선폭이 균일한 라인 형상 액체를 증발시킴으로써 형성하는 평행선 패턴 형성 방법이며,
상기 라인 형상 액체를 증발시킬 때에 상기 라인 형상 액체의 가장자리에 상기 도전성 재료를 선택적으로 퇴적시키도록 상기 라인 형상 액체의 대류 상태를 제어하는 것을 특징으로 하는 평행선 패턴 형성 방법.
10. 상기 대류 상태는 건조에 수반하는 상기 라인 형상 액체의 접촉선의 고정화와 상기 라인 형상 액체의 건조가 중앙부와 비교하여 가장자리에서 빠른 것에 기인하는 것을 특징으로 하는, 상기 9 기재의 평행선 패턴 형성 방법.
11. 기재 상에 상기 도전성 재료를 포함하는, 선폭이 균일한 라인 형상 액체를 형성하는 공정과, 상기 라인 형상 액체의 대류 상태를 제어하면서 상기 라인 형상 액체를 증발시킴으로써 상기 라인 형상 액체의 가장자리에 상기 도전성 재료를 선택적으로 퇴적시키는 공정을 구비하고, 상기 라인 형상 액체의 조성, 기재와 상기 라인 형상 액체의 접촉각, 상기 도전성 재료 농도 및 건조 조건을, 상기 라인 형상 액체의 가장자리에 상기 도전성 재료를 선택적으로 퇴적시키는 대류 상태가 되도록 선택하는 것을 특징으로 하는, 상기 9 또는 10 기재의 평행선 패턴 형성 방법.
12. 상기 라인 형상 액체는 잉크젯 방식에 의해 토출된 도전성 재료를 포함하는 액적끼리가 상기 기재 상에서 합일함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는, 상기 9 내지 11 중 어느 하나에 기재된 평행선 패턴 형성 방법.
13. 상기 라인 형상 액체는 도전성 재료를 포함하는 액체를 인쇄 방식에 의해 상기 기재 상에 도포하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 상기 9 내지 11 중 어느 하나에 기재된 평행선 패턴 형성 방법.
14. 상기 라인 형상 액체의 도전성 재료 함유율이 0.1중량% 이상 5중량% 이하의 범위인 것을 특징으로 하는, 상기 9 내지 13 중 어느 하나에 기재된 평행선 패턴 형성 방법.
15. 상기 라인 형상 액체의 상기 기재에 대한 접촉각이 5° 이상 50° 이하의 범위인 것을 특징으로 하는, 상기 9 내지 14 중 어느 하나에 기재된 평행선 패턴 형성 방법.
16. 상기 기재의 표면 에너지가 40mN/ｍ 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 9 내지 15 중 어느 하나에 기재된 평행선 패턴 형성 방법.
17. 상기 라인 형상 액체는 물과 하기 조건을 만족하는 유기 용제를 적어도 1종 이상 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 9 내지 16 중 어느 하나에 기재된 평행선 패턴 형성 방법.
<조건>
당해 유기 용제의 상기 기재에 대한 접촉각을 θS(°)라 하고, 상기 라인 형상 액체의 상기 기재에 대한 접촉각을 θL(°)라 하였을 때에 -20°≤θS-θL≤5°의 관계를 만족할 것
18. 상기 라인 형상 액체의 건조시에 상기 기재를 가열하는 것을 특징으로 하는, 상기 9 내지 17 중 어느 하나에 기재된 평행선 패턴 형성 방법.
19. 상기 9 내지 18 중 어느 하나에 기재된 평행선 패턴 형성 방법에 의해 형성된 평행선 패턴을 포함하는 투명 도전막을 기재 표면에 갖는 것을 특징으로 하는, 투명 도전막을 구비한 기재.
20. 상기 19 기재의 투명 도전막을 구비한 기재를 갖는 디바이스.
21. 상기 20 기재의 디바이스를 구비한 전자 기기.
본 발명에 따르면, 도전체의 세선 패턴에 있어서 투명성과 저항값의 안정성을 향상시킬 수 있는 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴 및 그 형성 방법을 제공할 수 있다.
또한, 동일 저항값으로 비교한 경우에 투명성을 향상시킬 수 있는 우수한 특성의 투명 도전막을 구비한 기재(투명 전극), 상기 투명 도전막을 구비한 기재를 갖는 디바이스 및 상기 디바이스를 구비한 전자 기기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴이 형성된 기재의 일례를 상면으로부터 본 도면.
도 2는 도 1에 있어서의 ⅱ-ⅱ선 확대 단면도이고, 본 발명에 따른 평행선 패턴에 포함되는 평행선을 선분 방향에 대하여 직교하는 방향으로 절단한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴의 다른 예를 나타내는 상면도.
도 4는 본 발명에 따른 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴의 다른 예를 나타내는 상면도.
도 5는 본 발명에 따른 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴의 다른 예를 나타내는 상면도.
도 6은 본 발명에 따른 평행선 패턴 형성 방법의 일례를 설명하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 평행선 패턴 형성 방법의 일례를 설명하는 원리도.
도 8은 실시예를 도시하는 도면.
도 9는 비교예를 도시하는 도면.
도 10은 비교예를 도시하는 도면.
도 11은 실시예를 도시하는 도면.
도 12는 도 11에 도시하는 실시예의 부분 확대도.
도 13은 비교예를 도시하는 도면.
도 14는 비교예를 도시하는 도면.
이하에, 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴(이하, 간단히 평행선 패턴이라고 하는 경우가 있음)이 형성된 기재의 일례를 상면으로부터 본 도면이다. 도 2는 도 1에 있어서의 ⅱ-ⅱ선 확대 단면도이고, 본 발명에 따른 평행선 패턴에 포함되는 평행선을 선분 방향에 대하여 직교하는 방향으로 절단한 단면도이다.
도 1에 있어서 1은 도전성 재료를 포함하는 평행선을 적어도 1조 이상 갖는 평행선 패턴이고, 2는 평행선 패턴(1)을 표면에 갖는 기재이다.
평행선 패턴(1)은 동일 직선 상에는 없는 서로 평행한 2개의 선분(11,12)에 의해 구성된 1조의 평행선(10)에 의해 구성되어 있다.
또한, 수학적으로는 「평행선」, 「선분」은 길이를 갖지만 굵기를 갖지 않는 것이라고 정의되지만, 본 발명에 있어서 「평행선」, 「선분」이라고 칭해지는 선은 모두 길이뿐만 아니라 굵기(폭 및 높이)를 갖는 3차원 선상체이다.
도시한 예에 있어서 평행선 패턴(1)은 1조의 평행선(10)에 의해 구성되어 있지만, 나중에 상세하게 설명하는 바와 같이 평행선 패턴(1)은 2 이상의 복수 조의 평행선(10)에 의해 구성할 수 있다.
본 발명에 있어서 평행선(10), 즉 서로 평행한 2개의 선분(11,12)은 도전성 재료가 액체의 움직임에 의해 분리하여 2개의 평행선이 된 것이다.
즉, 본 발명에 있어서 서로 평행한 2개의 선분(11,12)은 2개의 선분을 각각 개별적으로 기재 표면에 부여한 것은 아니다. 또한, 기재 표면에 형성된 1개의 선분의 중앙 부분을 에칭 처리 등에 의해 제거하고, 결과적으로 2개의 선분으로 한 것도 아니다.
본 발명에 따른 평행선 패턴(1)을 갖는 투명 전극막은 투명성과 저항값의 안정성을 향상시키는 것이 가능하고, 바람직하게는 전광선 투과율이 85% 이상, 또한 투명 도전막에 있어서의 면 저항률이 500Ω/□ 이하를 적절하게 달성할 수 있다.
도전성 재료를 기재의 표면에 있어서의 「액체의 움직임」에 의해 평행선(10), 즉 서로 평행한 2개의 선분(11,12)에 분리하기 위한 구체적인 방법의 예를 이하에 설명한다.
기재의 표면에 도전성 재료를 포함하는 액체를 1개의 선분 패턴으로서 부여한다. 이때, 기재의 표면 특성, 도전성 재료를 포함하는 액체의 특성, 패터닝의 방법(기재 표면에 대한 액체의 부여 방법), 건조 조건 등이 제어됨으로써, 액체 중에 있어서의 도전성 재료의 분포가, 그 건조 과정에 있어서 자발적으로 또는 자기 조직화적으로 불균일화하고, 폭 방향으로 2극화하고, 나아가서는 서로 평행한 2개의 선분을 형성하도록 분리한다.
이 예에 있어서 「액체의 움직임」이란 도전성 재료를 포함하는 액체를 기재의 표면에 부여한 후의 상기 액체의 번짐 및 상기 액체의 건조 과정에서의 움직임을 포함할 수 있다.
다른 예(2액 사용의 예)에 있어서는 먼저 기재의 표면에 도전성 재료를 포함하는 액체(제1 액체)를 부여한다. 그 후, 이 액체가 건조 과정에 있는 단계 또는 건조 후에 별도의 액체(제2 액체)를 겹쳐 부여하여 1개의 선분 패턴을 패터닝한다. 이때, 기재의 표면 특성, 제1 액체의 특성, 제1 액체의 패터닝 방법, 제1 액체의 건조 조건, 및 제2 액체의 특성, 제2 액체의 패터닝 방법, 제2 액체의 건조 조건 등이 제어됨으로써, 액체 중에 있어서의 도전성 재료의 분포가, 그 건조 과정에 있어서 자발적으로 또는 자기 조직화적으로 불균일화하고, 폭 방향으로 2극화하고, 마침내는 서로 평행한 2개의 선분을 형성하도록 분리한다.
이 예에 있어서 「액체의 움직임」이란 주로 제2 액체의 번짐 및 제2 액체의 건조 과정에서의 움직임이 주체가 될 수 있다.
이하, 1조의 평행선(10)을 1개 또는 복수 조 갖는 본 발명의 평행선 패턴(1)에 있어서 적어도 포함되는 것이 바람직한 평행선(10)의 형태에 대하여 설명한다.
본 발명에 있어서 평행선(10)을 구성하는 2개의 선분(11,12)은 반드시 서로 완전히 독립한 섬 형상일 필요는 없다. 도시한 바와 같이 2개의 선분(11,12)은 상기 선분(11,12) 간에 걸쳐 상기 선분(11,12)의 높이보다 낮은 높이로 형성된 박막부(13)에 의해 접속된 연속체로서 형성되는 것도 본 발명에 있어서는 바람직한 것이다.
본 발명에 있어서 평행선(10)을 구성하는 선분(11,12)의 선폭(W1,W2)은 각각 20㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 10㎛ 이하이면 통상 시인할 수 없는 레벨이 되기 때문에 투명성을 향상시키는 관점에서 보다 바람직하다. 각 선분(11,12)의 안정성도 고려하면 각 선분(11,12)의 선폭(W1,W2)은 각각 2㎛ 이상 10㎛ 이하의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서 선분(11,12)의 폭(W1,W2)이란 상기 선분(11,12) 간에 있어서 도전성 재료의 두께가 최박이 되는 최박 부분의 높이를 Z라 하고, 또한 상기 Z로부터의 선분(11,12)의 돌출 높이를 Y1, Y2라 하였을 때에 Y1, Y2의 절반 높이에 있어서의 선분(11,12)의 폭으로서 정의된다. 예를 들어 평행선(10)이 전술한 박막부(13)를 갖는 경우에는 상기 박막부(13)에 있어서의 최박 부분의 높이를 Z로 할 수 있다. 또한, 각 선분(11,12) 간에 있어서의 도전성 재료의 최박 부분의 높이가 0일 때에는 선분(11,12)의 선폭(W1,W2)은 기재(2) 표면으로부터의 선분(11,12)의 높이(h1,h2)의 절반 높이에 있어서의 선분(11,12)의 폭이라고 정의된다.
본 발명에 있어서 평행선(10)을 구성하는 선분(11,12)의 선폭(W1,W2)은 전술한 바와 같이 매우 가는 것이기 때문에, 단면적을 확보하여 저저항화를 도모하는 관점에서 기재(2) 표면으로부터의 선분(11,12)의 높이(h1,h2)는 높은 쪽이 바람직하다. 구체적으로는 선분(11,12)의 높이(h1,h2)는 50nm 이상 5㎛ 이하의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는 평행선(10)의 안정성을 향상시키는 관점에서 h1/W1비, h2/W2비는 각각 0.05 이상 1 이하의 범위인 것이 바람직하다.
또한, 평행선 패턴(1)의 투명성을 더욱 향상시키는 관점에서 평행선(10)은 선분(11,12) 간에 있어서 도전성 재료의 두께가 최박이 되는 최박 부분의 높이(Z), 구체적으로는 박막부(13)의 최박 부분의 높이(Z)가 10nm 이하의 범위인 것이 바람직하다. 가장 바람직한 것은 투명성과 안정성의 밸런스 양립을 도모하기 위해서 0＜Z≤10nm의 범위에서 박막부(13)를 구비하는 것이다.
또한, 평행선 패턴(1)의 가일층의 저저항화와 투명성 향상을 위해서 평행선(10)에 있어서의 h1/Z비, h2/Z비는 각각 5 이상인 것이 바람직하고, 10 이상인 것이 보다 바람직하고, 20 이상인 것이 특히 바람직하다.
선분(11,12)의 간격(I)은 저항값과 투명성의 설계에 의해 적절히 조정하는 것이 가능하고, 바람직하게는 10㎛ 이상 300㎛ 이하의 범위로 조정되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에 있어서 선분(11,12)의 간격(I)이란 선분(11,12)의 각 최대 돌출부 간의 거리로서 정의된다.
또한, 본 발명에 있어서는 평행선(10)에 있어서 선분(11)과 선분(12)의 사이에서 상이한 크기의 전류가 흐르는 것에 의한 부하를 저감하는 관점에서, 선분(11)과 선분(12)의 저항값을 동등하게 하도록 고려하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는 선분(11)과 선분(12)에 마찬가지의 형상(동일 정도의 단면적)을 부여하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 선분(11)과 선분(12)의 높이(h1과 h2)를 실질적으로 동등한 값으로 하는 것이 바람직하다. 이와 마찬가지로 선분(11)과 선분(12)의 선폭(W1과 W2)에 대해서도 실질적으로 동등한 값으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 「평행선」, 「평행」이란 반드시 엄밀한 의미에서의 평행을 의미하는 것이 아니라, 적어도 선분 방향의 임의의 길이(L)에 걸쳐 선분(11,12)이 결합하고 있지 않은 것을 의미한다. 바람직하게는 적어도 선분 방향의 임의의 길이(L)에 걸쳐 선분(11,12)이 실질적으로 평행한 것이다.
본 발명에 있어서 선분(11,12)의 선분 방향의 길이(L)는 선분(11,12)의 간격(I)의 5배 이상인 것이 바람직하고, 10배 이상인 것이 보다 바람직하다.
길이(L) 및 간격(I)은 후술하는 라인 형상 액체(3)의 형성 길이 및 형성 폭에 대응하여 설정할 수 있다.
또한, 평행선(10)을 구성하는 선분(11,12)은 그 선폭(W1,W2)이 거의 동등하고, 또한 선폭(W1,W2)이 평행선 간 거리(간격(I))에 비하여 충분히 가는 것임이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 평행선 패턴(1)에 있어서 평행선(10)을 구성하는 선분(11)과 선분(12)은 동시에 형성된 것임이 바람직하다.
본 발명에 따른 평행선 패턴(1)은 평행선(10)으로서 상기 평행선(10)을 구성하는 각 선분(11,12)이 하기 (가) 내지 (라)의 조건을 모두 만족하는 평행선을 적어도 갖는 것이 특히 바람직하다.
(가) 상기 평행선을 구성하는 각 선분의 높이를 h1, h2라 하고, 상기 각 선분간에 있어서의 최박 부분의 높이를 Z라 하였을 때에 5≤h1/Z, 또한 5≤h2/Z일 것
(나) 상기 평행선을 구성하는 각 선분의 폭을 W1, W2라 하였을 때에 W1≤10㎛, 또한 W2≤10㎛일 것
(다) 상기 평행선을 구성하는 각 선분간의 거리를 I라 하였을 때에 10㎛≤I≤200㎛일 것
(라) 상기 평행선을 구성하는 각 선분의 높이를 h1, h2라 하였을 때에 50nm＜h1＜5㎛, 또한 50nm＜h2＜5㎛일 것
본 발명에 따른 평행선 패턴(1)의 상기 형상은 후술하는 라인 형상 액체(3)의 조성, 기재와 상기 라인 형상 액체의 접촉각, 상기 도전성 재료 농도 및 건조 조건 등을 선택함으로써 제어할 수 있다.
또한, 평행선(10)에 있어서 선분(11,12)은 서로 평행하면 되고, 도 1에 도시한 바와 같은 직선 형상체에 한정되지 않고, 예를 들어 도 3에 도시한 바와 같은 곡선 형상체이어도 된다. 본 발명에 있어서 선분(11,12)은 이들 직선 형상체, 곡선 형상체를 연결한 자유로운 형상을 가질 수 있다. 그 때문에, 본 발명에서는 링 형상 패턴을 연결해야만 도전성을 확보할 수 있는 특허문헌 2, 3의 경우와 비교하여 교점 수를 자유롭게 제어할 수 있다.
본 발명에 있어서 평행선 패턴(1)은 전술한 1조의 평행선(10)에 의해 구성되는 것에 한정되지 않고, 2조 이상의 복수 조의 평행선(10)이 집합한 집합체인 것도 바람직하다. 평행선 패턴(1)을 복수 조의 평행선(10)에 의해 구성하는 경우, 각각의 평행선(10)의 형상은 동일하거나 상이하여도 된다.
예를 들어 2조 이상의 복수 조의 평행선(10)을 간격을 두고 병렬함으로써 스트라이프 형상의 평행선 패턴(1)을 형성하여도 되고, 또는 도 4에 도시한 바와 같이 2조 이상의 복수 조의 평행선(10)을 1개 또는 복수의 교점(14)에 의해 결합하여 평행선 패턴(1)을 형성하여도 된다. 도 4의 예에서는 복수의 평행선(10)이 복수의 교점(14)에 있어서 서로 교차함으로써 전체적으로 격자 형상 패턴을 형성하고 있다. 도 4에 도시한 바와 같은 서로 교차하는 평행선을 형성하기 위해서는 예를 들어 한쪽의 평행선을 먼저 형성한 후, 이것과 교차하도록 다른 쪽의 평행선을 형성함으로써 형성하여도 되고, 또는 서로 교차하는 평행선을 동시에 형성하여도 된다.
또한, 본 발명에 있어서는 평행선 패턴(1)에 1개 또는 복수의 교점을 부여하는 경우, 이들 교점에 있어서 링 형상, 루프 형상 등과 같은 비평행선상의 형상을 부여하는 것도 바람직하다. 도 5는 교점(14)에 비평행선상의 형상이 부여된 평행선 패턴(1)의 예를 도시하는 평면도이다. 도 5의 (a)는 3조의 평행선(10,10,10)이 루프 형상의 교점(14)에서 교차하고 있는 모습을 나타내고 있다. 도 5의 (b)는 4조의 평행선(10,10,10,10)이 링 형상의 교점(14)에서 교차하고 있는 모습을 나타내고 있다. 또한, 도 5의 (c)는 2조의 평행선(10,10)과, 이와는 별도의 2조의 평행선(10,10)이 공통의 루프 형상의 교점(14)에 의해 교차하고 있는 모습을 나타내고 있다. 이와 같이 본 발명에 있어서 평행선 패턴(1)이 갖는 교점이란 평행선(10)의 복수 조끼리를 접속하는 분기점 또는 연결점 등일 수 있다. 도 5의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같은 교점(14)은 예를 들어 당해 교점(14) 부분의 액체 부여량을 증가시킴으로써 형성할 수 있다.
본 발명에 있어서 평행선 패턴(1)이 2조 이상의 복수 조의 평행선(10)에 의해 구성되는 경우, 각각의 평행선(10)은 전술한 단면 형상 등의 치수 등이 서로 상이한 것이어도 된다.
본 발명에 따른 평행선 패턴(1)은 종래에는 안정적으로 묘화할 수 없을 정도의 가느다란 두께를 가지면서 저저항화를 실현할 수 있는 선분(11,12)을 안정되게 구비할 수 있는 효과가 얻어진다. 또한, 선분(11,12)이 가는 것이 되는 점에서, 선분(11,12)을 시인하기 어렵거나 또는 시인할 수 없게 되고, 투명성을 향상시킬 수 있다. 평행선(10)이 박막부(13)를 구비하는 경우에도 그 두께(최박 부분의 높이(Z))는 얇은 것으로 할 수 있고, 투명성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서 박막부(13)는 평행선 패턴(1)의 안정성을 더욱 향상시키는 효과도 발휘한다. 또한, 투명성과 저항값의 재현성도 향상시킬 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 평행선 패턴이 형성되는 기재에 대하여 설명한다.
본 발명에 있어서 평행선 패턴은 전술한 바와 같이 액체의 움직임을 이용하여 형성된 것이며, 액체의 유동에 대한 기재의 영향은 크다.
기재가 액체를 흡수하면 액체의 유동이 방해되어 바람직하지 않다. 따라서, 기재는 액체를 흡수하지 않는 것임이 바람직하다.
액체를 흡수하지 않는 기재로서는 구체적으로는 상기 기재를 상기 액체에 1분 침지 후에 있어서의 상기 기재에 의한 상기 액체의 흡수량(L)이 0≤L≤3ml/m2의 범위의 것을 바람직하게 예시할 수 있다. 여기서, 흡수량(L)은 액체에 침지 전의 기재 중량과, 침지 후에 액을 잘 제거한 상태의 기재 중량의 차를 얻고, 그 증가분의 중량을 액체의 밀도로 제산한 값을 다시 기재 표면적으로 제산한 값으로서 정의된다.
본 발명에 있어서 바람직하게 이용되는 기재의 구체예로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 유리, 플라스틱(폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 아크릴, 폴리에스테르, 폴리아미드 등), 금속(구리, 니켈, 알루미늄, 철 등이나 또는 합금), 세라믹 등을 들 수 있다.
기재(2)는 투명한 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되지 않는다. 본 발명에 따르면, 기재(2) 상에 설치되는 도전막(평행선 패턴(1))이 투명성이 우수함으로써, 기재(2)의 투명/불투명에 관계없이 도전성 광학 재료 등으로서 다양한 용도에 대한 이용이 가능하다.
또한, 본 발명의 기재로서 액체를 흡수하지 않는 코팅층을 표면에 구비하는 것도 바람직하게 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 평행선 패턴에 포함되는 도전성 재료로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도전성 미립자, 도전성 중합체 등을 바람직하게 예시할 수 있다.
도전성 미립자로서는 특별히 한정되지 않지만, Au, Pt, Ag, Cu, Ni, Cr, Rh, Pd, Zn, Co, Mo, Ru, W, Os, Ir, Fe, Mn, Ge, Sn, Ga, In 등의 미립자를 바람직하게 예시할 수 있고, 그 중에서도 Au, Ag, Cu와 같은 금속 미립자를 이용하면, 전기 저항이 낮고, 또한 부식에 강한 회로 패턴을 형성할 수 있으므로 보다 바람직하다. 비용 및 안정성의 관점에서 Ag를 포함하는 금속 미립자가 가장 바람직하다. 이 금속 미립자의 평균 입자 직경은 바람직하게는 1 내지 100nm의 범위, 보다 바람직하게는 3 내지 50nm의 범위로 된다.
또한, 도전성 미립자로서 카본 미립자를 이용하는 것도 바람직하다. 카본 미립자로서는 그래파이트 미립자, 카본 나노 튜브, 풀러렌 등을 바람직하게 예시할 수 있다.
도전성 중합체로서는 특별히 한정되지 않지만, π 공액계 도전성 고분자를 바람직하게 들 수 있다.
π 공액계 도전성 고분자로서는 특별히 한정되지 않고, 폴리티오펜(기본의 폴리티오펜을 포함함, 이하 마찬가지임)류, 폴리피롤류, 폴리인돌류, 폴리카르바졸류, 폴리아닐린류, 폴리아세틸렌류, 폴리푸란류, 폴리파라페닐렌비닐렌류, 폴리아줄렌류, 폴리파라페닐렌류, 폴리파라페닐렌술피드류, 폴리이소티아나프텐류, 폴리티아딜류의 쇄상 도전성 중합체를 이용할 수 있다. 그 중에서도 높은 도전성과 양호한 정밀 패터닝 특성이 얻어지는 점에서 폴리티오펜류나 폴리아닐린류가 바람직하다. 폴리에틸렌디옥시티오펜인 것이 가장 바람직하다.
본 발명에 이용되는 도전성 중합체는 보다 바람직하게는 전술한 π 공액계 도전성 고분자와 폴리 음이온을 포함하여 이루어지는 것이다. 이러한 도전성 중합체는 π 공액계 도전성 고분자를 형성하는 전구체 단량체를 적절한 산화제와 산화 촉매와, 폴리 음이온의 존재하에서 화학 산화 중합함으로써 용이하게 제조할 수 있다.
폴리 음이온은 치환 또는 비치환된 폴리알킬렌, 치환 또는 비치환된 폴리알케닐렌, 치환 또는 비치환된 폴리이미드, 치환 또는 비치환된 폴리아미드, 치환 또는 비치환된 폴리에스테르 및 이들 공중합체로서, 음이온 기를 갖는 구성 단위와 음이온 기를 갖지 않은 구성 단위를 포함하는 것이다.
이 폴리 음이온은 π 공액계 도전성 고분자를 용매에 가용화시키는 가용화 고분자이다. 또한, 폴리 음이온의 음이온 기는 π 공액계 도전성 고분자에 대한 도펀트로서 기능하여 π 공액계 도전성 고분자의 도전성과 내열성을 향상시킨다.
폴리 음이온의 음이온 기로서는 π 공액계 도전성 고분자에 대한 화학 산화 도프가 일어날 수 있는 관능기이면 되지만, 그 중에서도 제조의 용이함 및 안정성의 관점에서는 1치환 황산에스테르기, 1치환 인산에스테르기, 인산기, 카르복시기, 술포기 등이 바람직하다. 또한, 관능기의 π 공액계 도전성 고분자에 대한 도프 효과의 관점으로부터 술포기, 1치환 황산에스테르기, 카르복시기가 보다 바람직하다.
폴리 음이온의 구체예로서는 폴리비닐술폰산, 폴리스티렌술폰산, 폴리알릴술폰산, 폴리아크릴산에틸술폰산, 폴리아크릴산부틸술폰산, 폴리-2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산, 폴리이소프렌술폰산, 폴리비닐카르복실산, 폴리스티렌카르복실산, 폴리알릴카르복실산, 폴리아크릴카르복실산, 폴리메타크릴카르복실산, 폴리-2-아크릴아미드-2-메틸프로판카르복실산, 폴리이소프렌카르복실산, 폴리아크릴산 등을 들 수 있다. 이 단독중합체이어도 되고, 2종 이상의 공중합체이어도 된다.
또한, 화합물 내에 F(불소 원자)를 갖는 폴리 음이온이어도 된다. 구체적으로는 퍼플루오로술폰산기를 함유하는 나피온(Dupont사 제조), 카르복실산기를 함유하는 퍼플루오로형 비닐에테르를 포함하는 플레미온(아사히가라스사 제조) 등을 들 수 있다.
이들 중, 술폰산을 갖는 화합물이면, 잉크젯 인쇄 방식을 이용하였을 때에 잉크 사출 안정성이 특히 양호하고, 또한 높은 도전성이 얻어지는 점에서 더 바람직하다.
또한, 이들 중에서도 폴리스티렌술폰산, 폴리이소프렌술폰산, 폴리아크릴산에틸술폰산, 폴리아크릴산부틸술폰산이 바람직하다. 이 폴리 음이온은 도전성이 우수하다는 효과를 발휘한다.
폴리 음이온의 중합도는 단량체 단위가 10 내지 100000개의 범위인 것이 바람직하고, 용매 용해성 및 도전성 면에서는 50 내지 10000개의 범위가 보다 바람직하다.
도전성 중합체는 시판하고 있는 재료도 바람직하게 이용할 수 있다. 예를 들어 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)과 폴리스티렌술폰산을 포함하는 도전성 중합체(PEDOT/PSS라고 약칭함)가, H. C. Starck사로부터 CLEVIOS 시리즈로서, Aldrich사로부터 PEDOT-PASS483095, 560598로서, Nagase Chemtex사로부터 Denatron 시리즈로서 시판되고 있다. 또한, 폴리아닐린이 닛산가가쿠사로부터 ORMECON 시리즈로서 시판되고 있다.
본 발명에 따른 평행선 패턴 형성 방법에서는 도전성 재료를 포함하는 적어도 1조 이상의 평행선을 갖는 평행선 패턴을 기재 상에 형성하는 것이고, 특히 전술한 본 발명에 따른 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴을 형성할 때에 적절하게 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 평행선 패턴 형성 방법은 기재 상에 형성된 도전성 재료를 포함하는, 선폭이 균일한 라인 형상 액체를 증발시킬 때에 상기 라인 형상 액체의 가장자리에 상기 도전성 재료를 선택적으로 퇴적시키도록 상기 라인 형상 액체의 대류 상태를 제어한다. 이에 대하여 이하에 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 평행선 패턴 형성 방법의 일례를 설명하는 도면이고, 평행선 패턴이 형성되는 기재의 종단면을 도시하는 사시도이다.
먼저, 도 6(a)에 도시한 바와 같이 기재(2) 상에 선폭이 균일한 도전성 재료를 포함하는 라인 형상 액체(3)를 형성한다.
라인 형상 액체의 선폭은 액체와 기재의 습윤성과 액체량에 의해 결정되고, 이들 편차에 의해 선폭이 불균일해지는 원인이 된다. 이 점에서 균일한 표면 에너지를 갖는 기재(2) 상에 라인 형상 액체(3)의 형성 길이 방향에 균일한 액체량을 부여함으로써, 선폭이 균일해지는 라인 형상 액체(3)를 형성할 수 있다.
또한, 라인 형상 액체(3)의 형성 길이는 형성 폭의 5배 이상인 것이 바람직하고, 10배 이상인 것이 보다 바람직하다.
계속해서, 기재(2) 상에서 라인 형상 액체(3)가 건조하는 과정에 있어서 상기 라인 형상 액체의 조성, 기재와 상기 라인 형상 액체의 접촉각, 상기 도전성 재료 농도 및 건조 조건의 선택에 의해, 상기 라인 형상 액체의 대류 상태를 제어함으로써 상기 라인 형상 액체의 가장자리에 상기 도전성 재료를 선택적으로 퇴적시킬 수 있다.
본 발명에 있어서의 상기 라인 형상 액체(3)의 가장자리에 상기 도전성 재료를 선택적으로 퇴적시킬 수 있는 대류 상태를 도 7에 나타낸다. 기재(2) 상에 배치된 라인 형상 액체(3)의 건조는 중앙부와 비교하여 가장자리에서 빠르고(도 7의 (a)), 건조의 진행과 함께 고형분 농도가 포화 농도에 달하고, 라인 형상 액체(3)의 가장자리에 고형분의 국소적인 석출이 일어난다(도 7의 (b)). 이 석출한 고형분에 의해 라인 형상 액체(3)의 가장자리가 고정화된 상태가 되고, 그 이후의 건조에 수반하는 라인 형상 액체(3)의 폭 방향의 수축이 억제된다. 이 효과에 의해, 라인 형상 액체(3)의 액체는 가장자리에서 증발에 의해 상실한 만큼의 액체를 보충하도록 중앙부로부터 가장자리를 향하는 대류를 형성한다(도 7의 (c)).
이 대류는 건조에 수반하는 라인 형상 액체(3)의 접촉선의 고정화와 라인 형상 액체(3) 중앙부와 가장자리의 증발량의 차에 기인하기 때문에, 고형분 농도, 라인 형상 액체(3)와 기재(2)의 접촉각, 라인 형상 액체의 양, 기재(2)의 가열 온도, 라인 형상 액체(3)의 배치 밀도, 또는 온도, 습도, 기압의 환경 인자에 따라 변화하고, 이들을 조정함으로써 제어할 수 있다.
본 발명에서는 기재(2) 상에 선폭이 균일한 라인 형상 액체(3)를 형성하고, 또한 상기 라인 형상 액체(3)의 가장자리에 상기 도전성 재료를 선택적으로 퇴적하도록 액체 조성종, 기재(2)와 라인 형상 액체(3)의 접촉각, 도전성 재료 농도 및 건조 조건을 선택함으로써, 도 6(b)에 도시한 바와 같은 도전성 재료를 포함하는 평행선(10)이 비로소 형성된다. 즉, 1개의 라인 형상 액체(3)로부터 도전성 재료를 포함하는 1조의 평행선(10)이 생성된다. 1조의 평행선(10)은 도전성 재료를 포함하고, 동일 직선 상에는 없는 서로 평행한 선분(11,12)에 의해 구성되어 있다.
본 발명의 평행선 패턴(1)은 이와 같이 하여 형성된 평행선(10)을 적어도 1조 이상 갖고 있고, 상기 평행선(10)을 구성하는 선분(11,12)을 국재화된 도전성 재료의 집합체로서, 당초의 라인 형상 액체(3)의 형성 폭보다 대폭 가늘고도 안정되게 형성할 수 있기 때문에, 도전체의 세선 패턴에 있어서 투명성과 저항값의 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 얻어진다.
특히 도전성 재료를 시인 곤란 내지 시인할 수 없을 정도까지 세선화할 수 있기 때문에, 당해 도전성 재료 자체의 가시광 영역 등의 투과율에 관계없이 투명성이 우수한 효과가 발휘된다. 그 결과, 적절하게 이용되는 도전성 재료의 선택 범위가 넓어지고, 저비용이 가능하고, 또한 도전성을 우선하여 도전성 재료를 선택할 수 있게 되기 때문에, 이 관점에서도 도전성을 확보하기 쉬운 효과가 얻어진다.
이하, 본 발명에 따른 평행선 패턴 형성 방법에 대하여 더 자세하게 설명한다.
본 발명에 있어서 기재(2) 상에 라인 형상 액체(3)를 부여하는 방법은 건조 과정에 있어서 대류를 발생할 수 있는 만큼의 유동성을 가진 상태에서 라인 형상 액체(3)를 형성할 수 있는 것이면 된다. 예를 들어 인쇄 방식을 들 수 있다.
인쇄 방식으로서는 일반적으로 알려져 있는 방법을 이용할 수 있고, 스크린 인쇄법, 철판 인쇄법, 요판 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 플렉소 인쇄법 등을 바람직하게 예시할 수 있다.
본 발명에 있어서 라인 형상 액체(3)는 잉크젯 방식에 의해 토출된 도전성 재료를 포함하는 액적끼리가 기재(2) 상에서 합일함으로써 형성할 수 있고, 이에 의해 평행선 패턴의 디지털 패터닝을 행할 수 있기 때문에 투명성과 도전성의 자유로운 설계를 가능하게 하는 점에서 바람직하다.
잉크젯 방식으로서는 일반적으로 알려져 있는 방법을 이용할 수 있고, 압전 소자의 진동에 의해 잉크 유로를 변형시킴으로써 잉크 액적을 토출시키는 피에조 방식, 잉크 유로 내에 발열체를 설치하고, 그 발열체를 발열시켜 기포를 발생시키고, 기포에 의한 잉크 유로 내의 압력 변화에 따라 잉크 액적을 토출시키는 서멀 방식, 잉크 유로 내의 잉크를 대전시켜 잉크의 정전 흡인력에 의해 잉크 액적을 토출시키는 정전 흡인 방식 등을 바람직하게 예시할 수 있다. 또한, 본 명세서에서는 편의상 「잉크」라는 표현을 이용하여 설명하는 경우가 있지만, 당연히 안료·염료를 포함할 필요는 없고, 액체이면 된다.
본 발명에 있어서는 기재(2)의 표면에 도전성 재료를 포함하는 액체를 부여하여 건조에 수반하는 대류에 의해 1조의 평행선(10)을 형성하여도 되지만, 예를 들어 기재(2)의 표면에 도전성 재료를 포함하는 액체(제1 액체)를 부여하고, 그 후 이 액체가 건조 과정에 있는 단계, 또는 건조 후에 별도의 액체(제2 액체)를 겹쳐 부여하여 건조에 수반하는 대류에 의해 1조의 평행선(10)을 형성하여도 된다. 이 경우, 주로 제2 액체의 대류에 의해 라인 형상 액체(3)를 1조의 평행선(10)으로 분단한다. 제2 액체는 제1 액체와는 상이한 조성인 것이 바람직하고, 또한 도전성 재료를 포함하지 않는 것도 바람직하게 이용할 수 있다.
라인 형상 액체(3)에 포함되는 도전성 재료 및 라인 형상 액체(3)가 부여되는 기재(2)는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 전술한 본 발명에 따른 도전성 재료를 포함하는 평행선 패턴에 관련하여 예시한 것을 바람직하게 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서 라인 형상 액체(3)는 도전성 재료 함유율이 0.1중량% 이상 5중량% 이하의 범위인 것이 바람직하다. 이에 의해 투명성과 도전성을 적절하게 양립할 수 있는 효과가 얻어진다. 도전성 재료 함유율이 0.1중량% 미만이면 투명 성이 우수하지만 도전성을 얻기 어려워지는 경우가 있고, 5중량%를 초과하면 도전성이 우수하지만 투명성을 얻기 어려워지는 경우가 있다.
본 발명에 있어서 건조 과정에 있어서의 액체의 대류는 전술한 바와 같이 당해 라인 형상 액체(3) 중의 도전성 재료를 1조의 평행선(10)을 형성하도록 분단하는 액류이다. 대류라는 물리적 현상을 이용하기 때문에 액체의 물성(또는 기재의 물성)에 의한 영향이 크다. 특히 본 발명자는 예의 검토한 결과, 이하에 설명하는 바와 같이 라인 형상 액체(3)의 기재(2)에 대한 접촉각이나 기재(2)의 표면 에너지 등을 특정 범위로 설정함으로써 발명의 효과가 현저해지는 것을 발견하였다.
본 발명에 있어서 라인 형상 액체(3)의 기재(2)에 대한 접촉각은 5° 이상 50° 이하의 범위인 것이 바람직하다. 접촉각이 5° 이하이면 라인 형상 액체의 접촉선의 고정화가 일어나기 어렵고, 접촉각이 50° 이상이면 라인 형상 액체 중앙부와 가장자리의 증발량의 차가 작고, 라인 형상 액체 내의 중앙부로부터 가장자리를 향하는 대류가 촉진되지 않는다. 상기 접촉각 범위에서는 라인 형상 액체의 접촉선의 고정화가 일어나기 쉽고, 라인 형상 액체 중앙부와 가장자리의 증발량의 차도 커지기 때문에, 라인 형상 액체 내의 중앙부로부터 가장자리를 향하는 대류가 촉진된다. 그 결과, 평행선(10)의 세선화가 더욱 촉진되고, 투명성을 더욱 높이는 효과가 얻어진다.
본 발명에서 말하는 접촉각이란 구체적으로는 기재(2) 상에 액적을 떨어뜨려 잉크 액적 단부의 접선과 기재면이 이루는 각도(θ)를 측정하는 정적 접촉각이고, 예를 들어 교와가이멘가가쿠가부시키가이샤 제조 DM-500을 이용하여 25℃, 50% RH 환경하에서 측정하고자 하는 액적(5㎕ 정도)을 시린지로부터 기재(2) 상에 올리고, 액적 단부의 접선과 기재면이 이루는 각도(θ)를 측정함으로써 구할 수 있다.
라인 형상 액체(3)의 기재(2)에 대한 접촉각은 당해 라인 형상 액체(3)의 조성 또는 기재(2)의 표면 에너지의 설정에 의해 용이하게 조정할 수 있다.
라인 형상 액체(3)의 조성에 의해 접촉각을 조정하는 경우, 어느 방법을 이용해도 되지만, 예를 들어 당해 라인 형상 액체(3)에 계면 활성제, 유기 용제 등의 첨가물을 함유시키는 방법을 바람직하게 예시할 수 있다. 계면 활성제로서는 특별히 한정되지 않지만, 실리콘계 계면 활성제 등을 이용할 수 있다. 실리콘계 계면 활성제란 디메틸폴리실록산의 측쇄 또는 말단을 폴리에테르 변성한 것이고, 예를 들어 신에츠가가쿠고교 제조의 KF-351A, KF-642나 빅케미 제조의 BYK347, BYK348 등이 시판되고 있다.
또한, 라인 형상 액체(3)가 부여되는 기재(2)의 표면 에너지는 기재(2)의 재질의 선택이나 표면 처리 등에 의해 용이하게 설정할 수 있다.
본 발명에 있어서 라인 형상 액체(3)가 부여되는 기재(2)의 표면 에너지는 40mN/ｍ 이상인 것이 바람직하다. 표면 에너지가 40mN/m 미만이면 라인 형상 액체(3)의 기재(2)에 대한 접촉각이 높아지는 경향이고, 액체 중앙부와 가장자리의 증발량의 차가 작음으로써 라인 형상 액체(3)의 중앙부로부터 가장자리를 향하는 대류가 촉진되지 않는다. 상기 접촉각이 낮아지도록 라인 형상 액체(3)의 조성을 변화시키는 것도 가능하지만, 조성종 선택의 자유도의 관점에서 바람직하지 않다. 한편 표면 에너지가 40mN/m 이상이면 라인 형상 액체(3)의 기재(2)에 대한 접촉각은 낮아지는 경향이고, 액체 중앙부와 가장자리의 증발량의 차가 커짐으로써 라인 형상 액체(3)의 중앙부로부터 가장자리를 향하는 대류가 촉진된다. 그 결과, 평행선(10)의 세선화가 촉진되고, 투명성을 더욱 높이는 효과가 얻어진다. 또한, 조성종 선택의 자유도의 관점에서도 바람직하다.
본 발명에서 말하는 표면 에너지란 물과 디요오도메탄을 표준액으로 하여 접촉각법을 이용하여 측정한 기재(2) 표면의 습윤성을 나타내는 값이다. 구체적으로는 교와가이멘가가쿠가부시키가이샤 제조 DM-500을 이용하여 초순수와 디요오도메탄의 접촉각을 측정하고, 2성분계에서의 표면 에너지를 계산하여 구할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서 라인 형상 액체(3)는 물과 하기 조건을 만족하는 유기 용제를 적어도 1종 이상 함유하는 것이 바람직하고, 이에 의해 라인 형상 액체의 건조에 있어서의 습윤성을 제어함으로써 라인 형상 액체의 접촉선의 고정화가 용이하게 된다. 그 결과, 평행선(10)의 세선화가 더욱 촉진되고, 투명성을 더욱 높이는 효과가 얻어진다.
<조건>
당해 유기 용제의 기재(2)에 대한 접촉각을 θS(°)라 하고, 라인 형상 액체(3)(당해 유기 용제를 포함한 상태)의 기재에 대한 접촉각을 θL(°)라 하였을 때에 -20°≤θS-θL≤5°의 관계를 만족할 것
본 발명에 있어서 라인 형상 액체(3)에 함유되는 유기 용제는 특별히 한정되지 않지만, 건조와 습윤성의 제어의 관점에서 물보다 비점이 높은 용제가 바람직하고, 1,2-헥산디올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 1,3-부탄디올, 프로필렌글리콜 등의 알코올류, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 에테르류를 예시할 수 있고, 전술한 접촉각의 조건을 만족하도록 용제종, 첨가량을 적절히 선택하여 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서는 라인 형상 액체(3)의 건조시에 기재(2)를 가열하는 것이 바람직하다. 가열 건조에 의해 라인 형상 액체(3)의 건조가 촉진되고, 중앙부와 가장자리의 증발량의 차가 커지고, 라인 형상 액체(3) 내의 중앙부로부터 가장자리를 향하는 대류가 촉진된다. 이에 의해 평행선(10)의 세선화가 더욱 촉진됨으로써 투명성을 높이는 효과가 얻어진다.
구체적으로는 예를 들어 건조 과정에 있어서 라인 형상 액체(3)가 부여된 기재(2) 표면을 가열하여 건조하거나 및/또는 라인 형상 액체(3)가 부여되는 기재(2) 표면을 미리 가열해 두어 건조하는 방법을 이용할 수 있다. 건조 과정에 있어서의 기재(2)의 표면 온도는 40℃ 이상 150℃ 이하인 것이 바람직하다.
기재(2)를 가열하는 때에 사용되는 가열 수단으로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 온풍 송풍기, 핫 플레이트, 패널 히터 등의 히터, 또는 이들을 조합한 장치 등을 들 수 있다.
본 발명에 따른 투명 도전막을 구비한 기재는 이상에 설명한 본 발명에 따른 평행선 패턴을 포함하는 투명 도전막을 기재(2) 표면에 갖기 때문에, 동일 저항값으로 비교한 경우에 투명성을 향상시킬 수 있는 우수한 특성을 구비한다.
본 발명에 따른 투명 도전막을 구비한 기재의 용도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 효과를 현저하게 발휘하는 관점에서, 예를 들어 액정·플라즈마·유기 일렉트로루미네센스·필드에미션 등, 각종 방식의 디스플레이용 투명 전극으로서, 또는 터치 패널이나 휴대 전화, 전자 페이퍼, 각종 태양 전지, 각종 일렉트로루미네센스 조광 소자 등에 이용되는 투명 전극으로서 적절하게 이용할 수 있다.
보다 구체적으로는 본 발명에 따른 투명 도전막을 구비한 기재는 디바이스의 투명 전극으로서 적절하게 이용된다. 디바이스로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 터치 패널 등을 바람직하게 예시할 수 있다. 또한, 이들 디바이스를 구비한 전자 기기로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 스마트폰, 태블릿 단말기 등을 바람직하게 예시할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하겠지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않는다.
1. 패턴의 작성예
(실시예 1 내지 7 및 비교예 1, 2)
잉크젯 헤드(코니카미놀타사 제조 「KM512L」; 표준 액적량 42pl)에 의해 표 1에 나타내는 조성의 잉크 No.1 내지 8을 이용하여 표 1에 나타내는 인자 조건에서 50℃로 유지된 클리어 하드 코팅층 부착 PET 필름(기재)의 상기 클리어 하드 코팅층 표면에 원 패스 인자로 묘화하였다.
실시예 1 내지 7에서는 묘화된 복수의 도포액 세선의 각각(1개)이 건조하는 과정에서 1조의 평행선(은 세선)이 되었다. 한편, 비교예 1, 2에서는 묘화된 복수의 도포액 세선의 각각(1개)은 건조 후에도 1개 그대로였다.
실시예 1 내지 7에서 얻어진 패턴(도전막)의 상면도를 도 8에, 비교예 1, 2에서 얻어진 패턴의 상면도를 도 9에 나타냈다.
실시예 1 내지 7 및 비교예 1, 2에서 얻어진 각 패턴의 치수, 은량, 전광선 투과율, 은 형상, 은선의 시인성을 표 1에 나타냈다.
또한, 본 발명에 있어서 패턴의 치수는 광간섭형 표면 형상 측정 장치(닛폰비코사 제조 「WYKO NT9300」)를 이용한 광간섭법으로 얻어진 수직 방향의 2차원 프로파일에 기초하여 계측된 값이다.
본 발명에 있어서 전광선 투과율이란 도쿄덴쇼쿠사 제조 AUTOMATICHAZEMETER(MODEL TC-HIIIDP)를 이용하여 전광선 투과율을 측정한 값이다. 또한, 기재를 이용하여 보정을 행하고, 제작한 패턴막(투명 도전막)의 전광선 투과율로서 측정한 값이다.
(비교예 3)
잉크젯 헤드(코니카미놀타사 제조 「KM512L」; 표준 액적량 42pl)에 의해 표 1에 나타내는 조성의 잉크를 이용하여 표 1에 나타내는 인자 조건에서 50℃로 유지된 클리어 하드 코팅층 부착 PET 필름의 상기 클리어 하드 코팅층 표면에 2 패스 인자로 묘화하였다.
이때, 1 패스째에 묘화된 도포액 도트가 건조하는 과정에서 은 나노 입자를 포함하는 링 형상 보이드가 형성되었다. 계속해서, 2 패스째에 있어서 상기 링 형상 보이드에 일부가 중첩되는 위치에 도포액 도트가 묘화되었다. 2 패스째에서 묘화된 도포액 도트도 건조하는 과정에서 은 나노 입자를 포함하는 링 형상 보이드를 형성하였다. 이에 의해 서로 결합된 복수의 링 형상 보이드를 포함하는 패턴을 얻었다.
얻어진 패턴의 상면도를 도 10에 도시하였다.
얻어진 패턴의 은량, 전광선 투과율, 은 형상, 은선의 시인성을 표 1에 나타냈다.
Figure 112015023655551-pct00001
2. 격자 형상 패턴의 작성예
(실시예 8)
잉크젯 헤드(코니카미놀타사 제조 「KM512L」; 표준 액적량 42pl)에 의해 표 1에 나타낸 잉크 No.3을 이용하여 표 2에 나타내는 인자 조건에서 50℃로 유지된 클리어 하드 코팅층 부착 PET 필름의 상기 클리어 하드 코팅층 표면에 원 패스 인자로 복수의 도포액 세선을 포함하는 격자 형상을 묘화하였다.
묘화된 복수의 도포액 세선의 각각(1개)은 건조하는 과정에서 단면 형상이 실시예 3과 마찬가지의 치수를 갖는 1조의 평행선(은 세선)이 되었다. 또한, 격자점의 교점의 부분의 잉크 부여량을 2배로 조정함으로써 2개의 평행선이 교차하는 교점을 형성할 수 있었다. 상기 교점은 평행선 부분보다 굵은 폭의 링 형상이 되었다.
얻어진 패턴의 상면도를 도 11에 도시하였다. 또한, 도 11에 있어서의 상기 교점 부분의 확대도를 도 12에 나타냈다.
얻어진 패턴의 전광선 투과율, 면 저항률, 은선의 시인성을 표 2에 나타냈다.
본 발명에 있어서 면 저항률이란 다이어인스트루먼트 제조 저항률계 로레스타 GP를 이용하여 4단자법으로 측정한 값이다.
(비교예 4)
실시예 8에 있어서 표 1에 나타낸 잉크 No.7을 이용하여 표 2에 나타내는 인자 조건에서 한 것 이외에는 실시예 8과 마찬가지로 하여 격자 형상을 묘화하였다.
묘화된 복수의 도포액 세선의 각각(1개)은 건조 후에도 1개 그대로이고, 그 단면 형상은 비교예 2와 마찬가지의 치수를 갖고 있었다.
얻어진 패턴의 상면도를 도 13에 나타냈다.
얻어진 패턴의 전광선 투과율, 면 저항률, 은선의 시인성을 표 2에 나타냈다.
(비교예 5)
잉크젯 헤드(코니카미놀타사 제조 「KM512L」; 표준 액적량 42pl)에 의해 표 1에 나타낸 잉크 No.8을 이용하여 표 2에 나타내는 인자 조건에서 50℃로 유지된 클리어 하드 코팅층 부착 PET 필름의 상기 클리어 하드 코팅층 표면에 2 패스 인자로 격자 형상을 묘화하였다.
이때, 1 패스째에 묘화된 도포액 도트가 건조하는 과정에서 은 나노 입자를 포함하는 링 형상 보이드가 형성되었다. 계속해서, 2 패스째에 있어서 상기 링 형상 보이드에 일부가 중첩되는 위치에 도포액 도트가 묘화되었다. 2 패스째에서 묘화된 도포액 도트도 건조하는 과정에서 은 나노 입자를 포함하는 링 형상 보이드를 형성하였다. 이에 의해 서로 결합된 복수의 링 형상 보이드를 포함하는 격자 형상 패턴을 얻었다.
얻어진 패턴의 상면도를 도 14에 도시하였다.
얻어진 패턴의 전광선 투과율, 면 저항률, 은선의 시인성을 표 2에 나타냈다.
Figure 112015023655551-pct00002
<평가>
표 2에 있어서 실시예 8과 비교예 4를 비교하면 실시예 8쪽이 면 저항률이 낮고, 또한 전광선 투과율이 높은 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 8과 비교예 5를 대비하면 실시예 8쪽이 면 저항률이 현저하게 낮다. 비교예 5를 이것과 동일 정도의 면 저항률까지 저하시키기 위해서는 다수의 링을 추가하고, 연결해야 하는데, 이 경우 전광선 투과율을 대폭 손상시키는 것은 명확하다.
이상으로부터 실시예 8에서는 비교예 4, 5와 비교하여 동일 저항값으로 비교한 경우에 투명성을 향상시킬 수 있는 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다.
3. 2액 사용에 의한 패턴의 작성예
(실시예 9)
·제1 잉크에 의한 묘화
잉크젯 헤드(코니카미놀타사 제조 「KM512L」; 표준 액적량 42pl)에 의해 하기 표 3에 나타내는 제1 잉크(도전성 재료 함유 잉크)를 이용하여 표 3에 나타내는 인자 조건에서 50℃로 유지된 클리어 하드 코팅층 부착 PET 필름의 상기 클리어 하드 코팅층 표면에 원 패스 인자로 묘화하였다.
·제2 잉크에 의한 묘화
상기 제1 잉크에 의한 묘화의 5초 후에 동일한 화상 위치에 겹치도록 잉크젯 헤드(코니카미놀타사 제조 「KM512L」; 표준 액적량 42pl)에 의해 하기 표 3에 나타내는 제2 잉크(투명 잉크)를 이용하여 표 3에 나타내는 인자 조건에서 원 패스 인자로 묘화하였다. 그 동안 기재는 50℃로 유지되었다.
묘화된 복수의 도포액 세선의 각각(1개)은 제2 잉크의 번짐, 건조 과정에서의 액체의 유동에 의해 1조의 평행선(은 세선)이 되었다.
얻어진 패턴은 도 8에 나타낸 것과 마찬가지의 형상을 갖고 있었다.
얻어진 패턴의 치수, 은량, 전광선 투과율, 은 형상, 은선의 시인성을 표 3에 나타냈다.
Figure 112015023655551-pct00003
4. 조건 선택 예
(실시예 10)
플렉소 인쇄 방식에 의해 표 4에 나타내는 조성의 잉크를 이용하여 클리어 하드 코팅층 부착 PET 필름(기재)의 상기 클리어 하드 코팅층에 라인 폭/스페이스 폭=100㎛/200㎛로 라인 형상 액체를 스트라이프 형상으로 도포 형성하였다.
각각의 라인 형상 액체는 하기의 건조 조건에서 건조하는 과정에서 1조의 평행선(은 세선)이 되었다.
<건조 조건>
·기재 가열 방법: 라인 형상 액체 형성 후, 핫 플레이트에서 기재를 가열.
·기재 표면 온도: 70℃
얻어진 패턴에 대하여 전광선 투과율 및 도전성을 측정한 결과를 표 4에 나타냈다.
(실시예 11 내지 23, 비교예 6)
신코덴키게이소가부시키가이샤 제조 PS-1M을 이용하여 코로나 방전 처리를 한 상이한 표면 에너지를 갖는 클리어 하드 코팅층 부착 PET 필름(기재)의 상기 클리어 하드 코팅층 표면에 잉크젯 헤드(코니카미놀타사 제조 「KM512L」; 표준 액적량 42pl)에 의해 표 4에 나타내는 조성의 잉크를 이용하여 노즐 열 방향 라인간 피치 141㎛, 주사 방향 도트간 피치 60㎛의 원 패스 인자로 액적을 부착시켰다. 기재 상에 있어서 각 액적끼리는 합일되고, 실시예 19와 마찬가지의 스트라이프 형상의 라인 형상 액체를 형성하였다.
실시예 11 내지 23의 라인 형상 액체는 실시예 10과 마찬가지의 건조 조건에서 건조하는 과정에서 1조의 평행선(은 세선)이 되었다. 한편, 비교예 6은 건조하는 과정에서 1조의 평행선(은 세선)이 되지 않고, 1개의 선이 되었다.
얻어진 패턴에 대하여 전광선 투과율 및 도전성을 측정한 결과를 표 4에 나타냈다.
<측정 방법>
표 4에 나타내는 전광선 투과율은 도쿄덴쇼쿠사 제조 AUTOMATICHAZEMETER(MODEL TC-HIIIDP)를 이용하여 전광선 투과율을 측정한 값이다. 또한, 기재를 이용하여 보정을 행하고, 제작한 패턴막(투명 도전막)의 전광선 투과율로서 측정한 값이다.
표 4에 나타내는 면 저항의 평가는 핫 플레이트를 이용하여 120℃, 1h의 가열 소성을 행한 후, 평행 세선 방향과 직각으로 잘라내어 전극을 배치하고, 산와덴키게이키가부시키가이샤 제조 CD770을 이용하여 측정한 저항값으로부터 산출하였다.
표 4에 나타내는 접촉각은 교와가이멘가가쿠가부시키가이샤 제조 DM-500을 이용하여 25℃, 50% RH 환경하에서 측정하고자 하는 액적(5㎕ 정도)을 시린지로부터 기재(2) 상에 올리고, 적하 1초 후의 액적 단부의 접선과 기재면이 이루는 각도(θ)를 측정함으로써 구하였다.
표 4에 나타내는 표면 에너지는 교와가이멘가가쿠가부시키가이샤 제조 DM-500을 이용하여 초순수와 디요오도메탄의 액적(5㎕ 정도)을 시린지로부터 기재(2) 상에 올리고, 적하 1초 후의 접촉각을 측정함으로써 2성분계에서의 표면 에너지를 계산하여 구하였다.
Figure 112015023655551-pct00004
1: 평행선 패턴
10: 평행선
11, 12: 선분
13: 박막부
14: 교점
2: 기재
3: 라인 형상 액체

Claims (21)

  1. 도전성 재료를 포함하는 적어도 2조 이상의 평행선을 갖는 격자 형상 패턴을, 기재 상에 형성된 도전성 재료를 포함하는, 선폭이 균일한 라인 형상 액체를 증발시킴으로써 형성하는 격자 형상 패턴 형성 방법이며,
    상기 라인 형상 액체는 잉크젯 방식에 의해 토출된 도전성 재료를 포함하는 액적끼리가 상기 기재 상에서 합일함으로써 형성되고,
    상기 라인 형상 액체를 증발시킬 때에 상기 라인 형상 액체의 가장자리에 상기 도전성 재료를 선택적으로 퇴적시키도록 상기 라인 형상 액체의 대류 상태를 제어하고,
    한쪽의 상기 평행선을 형성한 후, 이것과 교차하도록 다른 쪽의 상기 평행선을 형성함으로써, 격자 형상 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 격자 형상 패턴 형성 방법.
  2. 도전성 재료를 포함하는 적어도 2조 이상의 평행선을 갖는 격자 형상 패턴을, 기재 상에 형성된 도전성 재료를 포함하는, 선폭이 균일한 라인 형상 액체를 증발시킴으로써 형성하는 격자 형상 패턴 형성 방법이며,
    상기 라인 형상 액체는 도전성 재료를 포함하는 액체를 인쇄 방식에 의해 상기 기재 상에 도포하여 형성되고,
    상기 라인 형상 액체를 증발시킬 때에 상기 라인 형상 액체의 가장자리에 상기 도전성 재료를 선택적으로 퇴적시키도록 상기 라인 형상 액체의 대류 상태를 제어하고,
    한쪽의 상기 평행선을 형성한 후, 이것과 교차하도록 다른 쪽의 상기 평행선을 형성함으로써, 격자 형상 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 격자 형상 패턴 형성 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 라인 형상 액체의 도전성 재료 함유율이 0.1중량% 이상 5중량% 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 격자 형상 패턴 형성 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 라인 형상 액체의 상기 기재에 대한 접촉각이 5° 이상 50° 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 격자 형상 패턴 형성 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기재의 표면 에너지가 40mN/ｍ 이상인 것을 특징으로 하는 격자 형상 패턴 형성 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 라인 형상 액체는 물과 하기 조건을 만족하는 유기 용제를 적어도 1종 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 격자 형상 패턴 형성 방법.
    <조건>
    당해 유기 용제의 상기 기재에 대한 접촉각을 θS(°)라 하고, 상기 라인 형상 액체의 상기 기재에 대한 접촉각을 θL(°)라 하였을 때에 -20°≤θS-θL≤5°의 관계를 만족할 것
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 라인 형상 액체의 건조시에 상기 기재를 가열하는 것을 특징으로 하는 격자 형상 패턴 형성 방법.
  8. 제1항 또는 제2항의 격자 형상 패턴 형성 방법에 의해 형성된 격자 형상 패턴을 포함하는 투명 도전막을 기재 표면에 갖는 것을 특징으로 하는, 투명 도전막을 구비한 기재의 제조 방법.
  9. 제8항의 제조 방법에 의해 제조된 투명 도전막을 구비한 기재를 갖는 디바이스의 제조 방법.
  10. 제9항의 제조 방법에 의해 제조된 디바이스를 구비한 전자 기기의 제조 방법.
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