JP6366891B1 - 導電性インク及び導電性基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・溶媒は、水、及び、1〜40重量%の多価アルコール類化合物を含む。
・多価アルコール類化合物は、重量平均分子量が600〜1000であるポリエチレングリコール、及び/又は、炭素数が4〜6であり、かつ、水酸基の数が2〜3である多価アルコールである。
本発明の導電性基板の製造方法によれば、膜厚均一性に優れ、クラックの発生が抑制された導電膜(本発明の導電性インクの焼成物)を有する導電性基板を製造することができる。
本発明の導電性インクは、銀コロイド粒子と、水と、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテルとを含有し、上記銀コロイド粒子は、銀ナノ粒子と、COOH基及びOH基を有し、かつ、上記COOH基の個数が上記OH基の個数以上であるヒドロキシ酸又はその塩である分散剤とを含むことを特徴とする。
コロイド液としては、銀ナノ粒子及び分散剤を含む銀コロイド粒子を主成分とする固形分と、固形分を分散する分散媒とを含有する、種々のコロイド液を用いることができる。
本発明の導電性インクは、水を含有する。上述したように、コロイド液が固形分(主成分:銀コロイド粒子)を分散する分散媒として水を含有する場合もあるが、本発明の導電性インクの濃度を調整するために、コロイド液の調製後に水が添加されてもよい。
本発明の導電性インクは、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテルを含有する。これにより、銀ナノ粒子とジエチレングリコールモノイソブチルエーテルとの間の相互作用が働き、本発明の導電性インクの流動性が基材への塗布後に抑制される。
本発明の導電性インクの製造方法としては、特に限定されないが、例えば、下記の方法が挙げられる。まず、銀ナノ粒子及び分散剤を含む銀コロイド粒子を主成分とする固形分を含有するコロイド液を調製する。次に、得られたコロイド液と、水(コロイド液に含まれる場合がある)と、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテルと、必要に応じて上述した任意の成分とを混合することにより、本発明の導電性インクが得られる。
本発明の導電性インクを用いて形成される導電性基板としては、例えば、基材と、上記基材の表面上に配置され、かつ、本発明の導電性インクの焼成物である導電膜とを備える導電性基板が挙げられる。
本発明の導電性基板の製造方法は、基材と、上記基材の表面上に配置される導電膜とを備える導電性基板の製造方法であって、本発明の導電性インクを上記基材の表面上に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、上記塗膜を焼成して上記導電膜を形成する焼成工程とを含むことを特徴とする。
塗布工程においては、本発明の導電性インクを基材の表面上に塗布して塗膜を形成する。ここで、塗布とは、導電性インクを面状に塗布する場合も線状に塗布(描画)する場合も含む概念である。塗膜(導電膜)の形状は、面状であってもよく、線状であってもよく、これらを組み合わせた形状であってもよい。また、塗膜(導電膜)は、連続するパターンであってもよく、不連続なパターンであってもよく、これらを組み合わせたパターンであってもよい。
焼成工程においては、塗布工程で形成された本発明の導電性インクの塗膜に対して、加熱による焼成を行い、導電膜を形成する。この焼成工程によれば、本発明の導電性インク中の銀ナノ粒子(銀コロイド粒子)同士の結合が高まり、焼結される。
まず、10N−NaOH水溶液3mLを添加してアルカリ性にした水50mLに、クエン酸三ナトリウム二水和物17gと、タンニン酸0.36gとを溶解させた。そして、室温(25℃)下にて、得られた水溶液を撹拌しながら、硝酸銀2gを含有する水溶液3mLを添加し、銀コロイド粒子の水溶液を調製した。次に、得られた銀コロイド粒子の水溶液に対して、限外濾過器を用いて、濾液の電導度が30μS/cm以下になるまで脱塩を繰り返した。その後、得られた濾液に対して遠心分離を10分間行うと、下層の沈殿物と上層の分散液とに分離した。そして、この上層の分散液を銀コロイド水溶液Aとして採取した。
<測定条件>
データ読み込み回数:100回
セルホルダー内温度:25℃
<表示条件>
分布形態:標準
反復回数:50回
粒径基準:体積基準
分散質の屈折率:0.200〜3.900(銀)
分散媒の屈折率:1.33(水)
<システム条件>
強度基準:Dynamic
散乱強度レンジ上限:10000.00
散乱強度レンジ下限:1.00
まず、タンニン酸0.5gをイオン交換水100mLに溶解させたタンニン酸溶液に、10N−NaOH水溶液2mLを添加した。そして、室温(25℃)下にて、得られた水溶液を撹拌しながら、硝酸銀1gを含有する水溶液2mLを添加し、銀コロイド粒子の水溶液を調製した。次に、得られた銀コロイド粒子の水溶液に対して、限外濾過器を用いて、濾液の電導度が30μS/cm以下になるまで脱塩を繰り返した。その後、得られた濾液に対して遠心分離を10分間行うと、下層の沈殿物と上層の分散液とに分離した。そして、この上層の分散液を銀コロイド水溶液Bとして採取した。
銀コロイド水溶液A69質量部と、水6質量部と、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル5質量部と、1,3−プロパンジオール10質量部と、グリセリン10質量部とを混合して、実施例1の導電性インクを製造した。
銀コロイド水溶液A69質量部と、水5質量部と、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル4質量部と、エチレングリコールモノメチルエーテル2質量部と、1,3−プロパンジオール10質量部と、グリセリン10質量部とを混合して、実施例2の導電性インクを製造した。
銀コロイド水溶液A69質量部と、水5質量部と、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル4質量部と、エチレングリコールモノブチルエーテル2質量部と、1,3−プロパンジオール10質量部と、グリセリン10質量部とを混合して、実施例3の導電性インクを製造した。
銀コロイド水溶液A74質量部と、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル3質量部と、1,3−プロパンジオール10質量部と、グリセリン13質量部とを混合して、実施例4の導電性インクを製造した。
銀コロイド水溶液A64質量部と、水8質量部と、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル6質量部と、エチレングリコールモノブチルエーテル2質量部と、1,3−プロパンジオール10質量部と、グリセリン10質量部とを混合して、実施例5の導電性インクを製造した。
銀コロイド水溶液A69質量部と、水11質量部と、1,3−プロパンジオール10質量部と、グリセリン10質量部とを混合して、比較例1の導電性インクを製造した。
銀コロイド水溶液A69質量部と、水6質量部と、エチレングリコールモノブチルエーテル5質量部と、1,3−プロパンジオール10質量部と、グリセリン10質量部とを混合して、比較例2の導電性インクを製造した。
銀コロイド水溶液B69質量部と、水6質量部と、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル5質量部と、1,3−プロパンジオール10質量部と、グリセリン10質量部とを混合して、比較例3の導電性インクを製造した。
各例の導電性インクについて、以下の物性測定を行った。結果を表1、2に示した。
セコニック社製の振動式粘度計「VM−10A」を用いて、導電性インクの25℃での粘度を測定した。
協和界面科学社製の表面張力計「CBVP−Z」を用いて、導電性インクの25℃での表面張力を測定した。
導電性インク0.5μLをポリカーボネート(PC)製の基材の表面に滴下し、着滴してから5秒後の接触角(静的接触角)を、協和界面科学社製の接触角計「DropMaster DM−300」を用いて測定した。そして、このような測定を10回繰り返し、得られた10個の測定値のうちで最大値及び最小値を除いた8個の測定値の平均値を算出した。
各例の導電性基板について、以下の評価を行った。結果を表1、2に示した。
導電性基板を製造する際、導電性インクで下記の直線パターン1〜4を描画して塗膜を形成した。
<直線パターン1>
描画方向:インクジェットヘッドの走査方向に対して平行な方向
長さ:15mm
線幅:250μm
<直線パターン2>
描画方向:インクジェットヘッドの走査方向に対して平行な方向
長さ:15mm
線幅:500μm
<直線パターン3>
描画方向:インクジェットヘッドの走査方向に対して垂直な方向
長さ:15mm
線幅:250μm
<直線パターン4>
描画方向:インクジェットヘッドの走査方向に対して垂直な方向
長さ:15mm
線幅:500μm
そして、直線パターン1〜4の塗膜を焼成する(焼成条件:表1、2)ことで得られた導電膜1〜4について、膜厚比を下記式(A)により算出した。ここで、導電膜1〜4の膜厚は、KEYENCE社製のレーザー顕微鏡「VK−X150」を用いて測定された。
「膜厚比」=「描画開始点から描画終了点に向かって500μm離れた位置での膜厚(μm)」/「描画終了点から描画開始点に向かって500μm離れた位置での膜厚(μm)」 (A)
判定基準は、下記の通りとした。
○:導電膜1〜4の膜厚比の最大値が1.5以下であった。
△:導電膜1〜4の膜厚比の最大値が1.5よりも大きく、2.0以下であった。
×:導電膜1〜4の膜厚比の最大値が2.0よりも大きかった。
導電性基板を製造する際、導電性インクで、上述した直線パターン1〜4に加えて、下記の直角パターン1、2も描画して塗膜を形成した。
<直角パターン1>
インクジェットヘッドの走査方向に対して平行な方向に長さ10mmの直線パターンを描画し、その終点からインクジェットヘッドの走査方向に対して垂直な方向に長さ10mmの直線パターンを描画した。線幅は、250μmであった。
<直角パターン2>
インクジェットヘッドの走査方向に対して平行な方向に長さ10mmの直線パターンを描画し、その終点からインクジェットヘッドの走査方向に対して垂直な方向に長さ10mmの直線パターンを描画した。線幅は、500μmであった。
そして、直線パターン1〜4の塗膜を焼成する(焼成条件:表1、2)ことで得られた導電膜1〜4と、直角パターン1、2の塗膜を焼成する(焼成条件:表1、2)ことで得られた導電膜5、6とについて、KEYENCE社製のレーザー顕微鏡「VK−X150」を用いてクラックの個数(導電膜1〜6中のクラックの合計数)を数えた。判定基準は、下記の通りとした。
○:導電膜1〜6中に、50μm四方以上のクラックが無かった。
△:導電膜1〜6中に、50μm四方以上、100μm四方未満のクラックが1〜14個あった。
×:導電膜1〜6中に、50μm四方以上、100μm四方未満のクラックが15個以上あった、又は、100μm四方以上のクラックが1個以上あった。
上述した膜厚均一性及び耐クラック性の評価時に用いた導電膜1〜4に対して、セロテープ(登録商標)を貼り付けた後で剥離した。その後、導電膜1〜4の基材からの剥離度合いを目視観察した。判定基準は、下記の通りとした。
○:導電膜1〜4が全く剥離していなかった。
△:導電膜1〜4のうちで剥離度合いが最も悪い導電膜において、一部(全体の10%以下の範囲)が剥離していた。
×:導電膜1〜4のうちで剥離度合いが最も悪い導電膜において、大部分(全体の10%よりも広い範囲)が剥離していた。
導電性基板を製造する際、導電性インクで、長さ20mm、線幅1mmの直線パターンを3本描画して塗膜を形成した。そして、これら3本の直線パターンの塗膜を焼成する(焼成条件:表1、2)ことで得られた3つの導電膜について、各々の体積抵抗値を下記式(B)により算出し、これらの平均値を算出した。ここで、導電膜の抵抗値は、カイセ社製のデジタルテスター「SK−6511」を用いて測定された。導電膜の膜厚は、KEYENCE社製のレーザー顕微鏡「VK−X150」を用いて測定された。
「体積抵抗値(Ω・cm)」=「抵抗値(Ω)」×「線幅(cm)」×「膜厚(cm)」/「抵抗値測定時の端子間距離(cm)」 (B)
判定基準は、下記の通りとした。
○:体積抵抗値の平均値が5.0×10−5Ω・cm以下であった。
△:体積抵抗値の平均値が5.0×10−5Ω・cmよりも大きく、5.0×10−4Ω・cm以下であった。
×:体積抵抗値の平均値が5.0×10−4Ω・cmよりも大きかった。
−:直線パターンが描画できず、体積抵抗値が測定できなかった。
上述した導電性評価時に、3つの導電膜の形状を目視観察した。判定基準は、下記の通りとした。
○:3つの導電膜とも導通しており、形状荒れが無かった。
△:3つの導電膜のうちの1つが導通していない、又は、3つの導電膜とも導通しているが、形状荒れがあった。
×:3つの導電膜のうちの2〜3つが導通していない、又は、3つの導電膜とも導通しているが、著しい形状荒れがあった。
上述した評価(1)〜(5)の結果に基づき、下記の判定基準で総合評価を行った。
◎:評価(1)〜(5)の結果がすべて「○」であった。
○:評価(1)〜(5)の結果において、「○」が4つであった。
△:評価(1)〜(5)の結果において、「○」が3つであった。
×:評価(1)〜(5)の結果において、「○」が0〜2つであった。
Claims (5)
- 銀コロイド粒子と、
水と、
ジエチレングリコールモノイソブチルエーテルとを含有し、
前記銀コロイド粒子は、銀ナノ粒子と、COOH基及びOH基を有し、かつ、前記COOH基の個数が前記OH基の個数以上であるヒドロキシ酸又はその塩である分散剤とを含むことを特徴とする導電性インク。 - 前記導電性インクは、前記ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル以外のグリコールエーテルを更に含有することを特徴とする請求項1に記載の導電性インク。
- 前記グリコールエーテルは、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、及び、ジエチレングリコールモノブチルエーテルからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を含むことを特徴とする請求項2に記載の導電性インク。
- 前記導電性インクは、ブタノール、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、エチレングリコール、及び、グリセリンからなる群より選択される少なくとも1種の化合物を更に含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の導電性インク。
- 基材と、前記基材の表面上に配置される導電膜とを備える導電性基板の製造方法であって、
請求項1〜4のいずれかに記載の導電性インクを前記基材の表面上に塗布して塗膜を形成する塗布工程と、
前記塗膜を焼成して前記導電膜を形成する焼成工程とを含むことを特徴とする導電性基板の製造方法。
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