(57)【要約】      （修正有）【課題】ナノ粒子の集合を制御されたセルのサイズおよび形状を有するコーティングを提供する。【解決手段】４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の波長を有する光に対して透明であり、好ましくは、少なくとも、６０％の透過度を有し、５００Ω／ｓｑ以下のシート抵抗を有し、。パターン化されていない基材と、物品を形成するために基材上に配置されたコーティング層であって、該コーティング層は、規則的な間隔を有するセルを画定するトレースのパターンを含み、該トレースは不揮発性成分を含み、該不揮発性成分は金属ナノ粒子およびセラミックナノ粒子からなる群から選ばれる、コーティング層とを含む、物品。前記トレースが中実のトレースであり、セルが間隙の形態である、物品。前記不揮発性成分が、金属ナノ粒子からなり、前記金属ナノ粒子が、１００ｎ未満のＤ９０値を有する銀を含む、物品。【選択図】図１
2018012101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含む、物品を製造する方法：
(a)揮発性液体キャリア中に不揮発性成分を含む組成物を提供する工程であって、該液体キャリアが、連続相と、該連続相中に分散したドメインの形態である第二の相とを含むエマルションの形態である、工程；
(b)該組成物をパターン化されていない基材の表面上に塗布し、該液体キャリアを除去するために該組成物を乾燥させると共に、塗布および/または乾燥中に外力を適用して、該基材の選択された領域において、該連続相と比べて、該分散したドメインの選択的成長を生じさせる工程であって、その際に、該不揮発性成分が自己集合して、該基材の表面上に、該外力の構成によって決まる、規則的な間隔を有するセルを画定するトレースを含むパターンの形態のコーティングを形成する、工程。
【請求項２】
不揮発性成分がナノ粒子を含む、請求項1記載の方法。
【請求項３】
ナノ粒子が金属ナノ粒子を含む、請求項2記載の方法。
【請求項４】
外力の構成が、個々のフィーチャの間の中心間の間隔が10μm〜10mmの範囲であるのを特徴とする複数のフィーチャを含む、請求項1記載の方法。
【請求項５】
個々のフィーチャの間の中心間の間隔が30μm〜3mmの範囲である、請求項4記載の方法。
【請求項６】
個々のフィーチャの間の中心間の間隔が50μm〜3mmの範囲である、請求項4記載の方法。
【請求項７】
外力を適用する工程が、マイヤーロッド(Mayer rod)を使用して基材の表面上に組成物を塗布する工程を含む、請求項1記載の方法。
【請求項８】
外力を適用する工程が、グラビアシリンダを使用して基材の表面上に組成物を塗布する工程を含む、請求項1記載の方法。
【請求項９】
外力を適用する工程が、乾燥中に基材の表面上の前記組成物を覆うようにリソグラフィマスクを配置する工程を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１０】
トレースが中実のトレースであり、かつセルが間隙の形態である、請求項1記載の方法。
【請求項１１】
トレースが間隙の形態であり、かつセルが中が詰まっている、請求項1記載の方法。
【請求項１２】
連続相中に分散したドメインが、水性ドメインを含み、かつ該連続相が、該水性ドメインよりも急速に蒸発する有機溶媒を含む、請求項1記載の方法。
【請求項１３】
基材が、塗布する工程の前は、可視光に対して透明であり、塗布する工程の後に形成される物品が、可視光に対して透明で、かつ電気伝導性である、請求項1記載の方法。
【請求項１４】
請求項1記載の方法に従って調製された物品。
【請求項１５】
以下の工程を含む、物品を製造する方法：
(a)自身の表面上にプライマー層を備える基材を提供する工程；
(b)該プライマー層を処理して、パターン化されたプライマー層を形成する工程；
(c)揮発性液体キャリア中に不揮発性成分を含む組成物を、該パターン化されたプライマー層に塗布する工程であって、該液体キャリアが、連続相と、該連続相中に分散したドメインの形態である第二の相とを含むエマルションの形態である、工程；および
(d)該液体キャリアを除去するために該組成物を乾燥させる工程であって、その際に、該不揮発性成分が自己集合して、該基材の表面上に、該パターン化されたプライマー層によって決まる、規則的な間隔を有するセルを画定するトレースを含むパターンの形態のコーティングを形成する、工程。
【請求項１６】
請求項15記載の方法に従って調製された物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、2011年6月10日に出願された米国特許仮出願第61/495,582号の優先権を主張するものであり、該仮出願の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。
【０００２】
技術分野
本発明は、基材上での、パターン化されたコーティングの形成に関する。
【背景技術】
【０００３】
背景
透明な導電性コーティングは、様々な電子デバイスにおいて有用である。例えば、これらのコーティングは、静電気散逸、電磁干渉(EMI)遮蔽、透明導電層などを必要とする用途において有用である。用途の具体例としては、光学ディスプレイ、タッチスクリーンディスプレイ、ワイヤレス電子ボード、光起電装置、導電性の織物および繊維、ヒーター、有機発光ダイオード(OLED)、エレクトロルミネッセンスディスプレイ、ならびに電気泳動ディスプレイ(例えば、e-ペーパー)が挙げられる。
【０００４】
本出願と同じ譲受人に譲渡され、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる、米国特許第7,601,406号(特許文献1)、同第7,566,360号(特許文献2)、および同第7,736,693号(特許文献3)には、エマルションから基材上へと塗布されて、続いて液体キャリアを除去するために乾燥される電気伝導性のナノ粒子の自己集合により形成される透明な導電性コーティングについて記載されている。液体キャリアを除去することにより、ナノ粒子の自己集合が生じ、ランダムな形状のセルの網目構造を画定する一連の相互接続したトレースが形成される。該網目構造は、光学顕微鏡下で視認できる。結果として得られるコーティングは、可視光(400〜800nm)に対して透明であり、かつ電気伝導性である。このコーティングは、従来の透明導電性コーティングよりも多くの点において、とりわけ、製造の容易さおよびコストにおいて勝っているが、セル形状がランダムであること、ならびにセルのサイズおよび形状の微調整ができないことから、結果として、いくつかの製品用途において最適な性能が得られない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第7,601,406号
【特許文献２】米国特許第7,566,360号
【特許文献３】米国特許第7,736,693号
【発明の概要】
【０００６】
概要
本発明は、先行技術のエマルションベースの自己集合性ナノ粒子コーティングにおける多くの利点を利用するが、ナノ粒子の集合を、制御されたセルのサイズおよび形状を有するコーティングへと導く、さらなる利点も提供する。
【０００７】
一つの局面において、以下の工程を含む、物品を製造する方法について説明する：(a)揮発性液体キャリア中に不揮発性成分を含む組成物を提供する工程であって、該液体キャリアが、連続相と、該連続相中に分散したドメインの形態である第二の相とを含むエマルションの形態である、工程；(b)該組成物をパターン化されていない基材の表面上に塗布し、液体キャリアを除去するために該組成物を乾燥させると共に、塗布および/または乾燥中に外力を適用して、該基材の選択された領域において、連続相と比べて、該分散したドメインの選択的成長を生じさせる工程。外力の適用により、不揮発性成分が自己集合して、基材の表面上に、外力の構成によって決まる、規則的な間隔を有するセルを画定するトレースを含むパターンの形態のコーティングを形成する。
【０００８】
「不揮発性成分」とは、組成物を塗布し乾燥させるために用いられる条件(温度、圧力、相対湿度)の下で、基材の表面上に残る成分である。それに対して、「揮発性成分」とは、これらの条件下で蒸発する成分である。
【０００９】
好適な不揮発性成分の例には、ナノ粒子、例えば金属ナノ粒子などが含まれる。いくつかの実施形態において、エマルションの分散ドメインは水性ドメインであり、一方で、連続相は、該水性ドメインよりも急速に蒸発する有機溶媒を含む。他の実施形態において、分散ドメインは有機溶媒であり、かつ連続相は、該有機ドメインよりも急速に蒸発する水性液体を含む。
【００１０】
上述したように、セルの間隔は、外力の構成によって決まる。外力の個々のフィーチャの間の間隔は、セルの間隔が該外力の構成を再現する程度に影響し得る。いくつかの実施形態において、該外力は、フィーチャの間の中心間の間隔が10μm〜10mm、30μm〜3mm、または50μm〜2mmの範囲であることを特徴とする複数のフィーチャを含むように構成される。
【００１１】
いくつかの実施形態において、外力を適用する工程は、マイヤーロッド(Mayer rod)を使用して基材の表面上に組成物を塗布する工程を含む。他の実施形態において、外力を適用する工程は、グラビアシリンダを使用して基材の表面上に組成物を塗布する工程を含む。いくつかの実施形態において、外力を適用する工程は、塗布されたエマルションを、エマルションの乾燥中にマスクで覆う工程を含む。
【００１２】
いくつかの実施形態において、トレースは中実のトレースであり、セルは間隙の形態である。他の実施形態において、トレースは間隙の形態であり、セルは中が詰まっている。
【００１３】
いくつかの実施形態において、基材は、塗布する工程の前は、可視光に対して透明である(すなわち、400〜800nmの範囲の波長を有する光に対して少なくとも60％の透過度を有する)。該塗布するプロセスにより、可視光に対して透明で、かつ電気伝導性である、例えば500Ω/sq以下、または好ましくは50Ω/sq以下のシート抵抗を有する、物品が得られる。
【００１４】
第二の局面において、以下の工程を含む、物品を製造する方法について説明する：(a)自身の表面上にプライマー層を備える基材を提供する工程；(b)該プライマー層を処理して、パターン化されたプライマー層を形成する工程；(c)揮発性液体キャリア中に不揮発性成分を含む組成物を、該パターン化されたプライマー層に塗布する工程であって、該液体キャリアが、連続相と、該連続相中に分散したドメインの形態である第二の相とを含むエマルションの形態である、工程；および(d)該液体キャリアを除去するために該組成物を乾燥させる工程。乾燥の際に、不揮発性成分が自己集合して、基材の表面上に、該パターン化されたプライマー層によって決まる、規則的な間隔を有するセルを画定するトレースを含むパターンの形態のコーティングを形成する。
【００１５】
本方法は、様々な特性および構造を有する、パターン化されたコーティングを製造するために使用することができる。例えば、本方法は、透明かつ電気伝導性の、パターン化されたコーティングを製造するために使用することができる。これらのコーティングは、太陽電池、テレビおよびコンピュータのためのフラットパネルディスプレイ、タッチスクリーン、電磁干渉フィルターなどの用途における使用が見出される。パターンにおける間隔の開口部のサイズおよび形状が、適用される力の構成により制御されるため、コーティングの最終使用用途に適合したパターンを調製することが可能である。
【００１６】
パターンにおける間隔を画定するトレースの幅は、主に、エマルションの組成および乾燥特性によって決まる。したがって、従来の印刷技術で可能であるものよりも微細なトレースを形成することが可能である。例えば、従来の印刷技術、例えばインクジェット印刷などでは、50ミクロンの幅を有する印刷線を達成することができるが、本発明の方法では、10ミクロンまで細い幅のトレースを製造し得る。より細いトレースは、コーティングの透明性を向上させることができる。
【００１７】
従来の印刷技術に勝る利点に加えて、本方法は、ランダム形状のセルを生じる自己集合の方法に対して勝る利点も提供し得る。例えば、電磁波透過の用途において、コーティングの幾何学的構造を制御することは、放射線の透過/反射についての選択性にとって重要となる得る。狭い周波数帯の放射線を、非常に様々に処理する(透過、反射、または回折させる)ことができるように、特定の幾何学的構造を選択することができ、その結果、狭通過帯域フィルターまたは狭遮断帯域フィルターの製作が可能となる。
【００１８】
本発明は、投影型静電容量方式のタッチスクリーンなどの技術のための活性電極の調製における利点も提供し得る。投影型静電容量方式のタッチスクリーンでは、多くの製造者が、従来から電極として透明導電性コーティングを使用しており、そのような材料に非常に狭い線をパターン化することが必要とされる。本発明は、パターンの抵抗分布についての厳密な制御を維持しながら、狭いパターンの形成を可能にし得る。
【００１９】
[本発明1001]
以下の工程を含む、物品を製造する方法：
(a)揮発性液体キャリア中に不揮発性成分を含む組成物を提供する工程であって、該液体キャリアが、連続相と、該連続相中に分散したドメインの形態である第二の相とを含むエマルションの形態である、工程；
(b)該組成物をパターン化されていない基材の表面上に塗布し、該液体キャリアを除去するために該組成物を乾燥させると共に、塗布および/または乾燥中に外力を適用して、該基材の選択された領域において、該連続相と比べて、該分散したドメインの選択的成長を生じさせる工程であって、その際に、該不揮発性成分が自己集合して、該基材の表面上に、該外力の構成によって決まる、規則的な間隔を有するセルを画定するトレースを含むパターンの形態のコーティングを形成する、工程。
[本発明1002]
不揮発性成分がナノ粒子を含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
ナノ粒子が金属ナノ粒子を含む、本発明1002の方法。
[本発明1004]
外力の構成が、個々のフィーチャの間の中心間の間隔が10μm〜10mmの範囲であるのを特徴とする複数のフィーチャを含む、本発明1001の方法。
[本発明1005]
個々のフィーチャの間の中心間の間隔が30μm〜3mmの範囲である、本発明1004の方法。
[本発明1006]
個々のフィーチャの間の中心間の間隔が50μm〜3mmの範囲である、本発明1004の方法。
[本発明1007]
外力を適用する工程が、マイヤーロッド(Mayer rod)を使用して基材の表面上に組成物を塗布する工程を含む、本発明1001の方法。
[本発明1008]
外力を適用する工程が、グラビアシリンダを使用して基材の表面上に組成物を塗布する工程を含む、本発明1001の方法。
[本発明1009]
外力を適用する工程が、乾燥中に基材の表面上の前記組成物を覆うようにリソグラフィマスクを配置する工程を含む、本発明1001の方法。
[本発明1010]
トレースが中実のトレースであり、かつセルが間隙の形態である、本発明1001の方法。
[本発明1011]
トレースが間隙の形態であり、かつセルが中が詰まっている、本発明1001の方法。
[本発明1012]
連続相中に分散したドメインが、水性ドメインを含み、かつ該連続相が、該水性ドメインよりも急速に蒸発する有機溶媒を含む、本発明1001の方法。
[本発明1013]
基材が、塗布する工程の前は、可視光に対して透明であり、塗布する工程の後に形成される物品が、可視光に対して透明で、かつ電気伝導性である、本発明1001の方法。
[本発明1014]
本発明1001の方法に従って調製された物品。
[本発明1015]
以下の工程を含む、物品を製造する方法：
(a)自身の表面上にプライマー層を備える基材を提供する工程；
(b)該プライマー層を処理して、パターン化されたプライマー層を形成する工程；
(c)揮発性液体キャリア中に不揮発性成分を含む組成物を、該パターン化されたプライマー層に塗布する工程であって、該液体キャリアが、連続相と、該連続相中に分散したドメインの形態である第二の相とを含むエマルションの形態である、工程；および
(d)該液体キャリアを除去するために該組成物を乾燥させる工程であって、その際に、該不揮発性成分が自己集合して、該基材の表面上に、該パターン化されたプライマー層によって決まる、規則的な間隔を有するセルを画定するトレースを含むパターンの形態のコーティングを形成する、工程。
[本発明1016]
本発明1015の方法に従って調製された物品。
本発明の1つまたは複数の態様の詳細を、添付の図面および以下の記述において説明する。本発明の他の特徴、目的、および利点は、該記述および図面から、ならびに特許請求の範囲から明かとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】(a)は、ナノ粒子含有エマルションおよびグラビアシリンダを用いて調製された、パターン化されたコーティングの光学顕微鏡写真である。(b)は、図1(a)に示されたコーティングを調製するために使用したグラビアシリンダの光学顕微鏡写真である。
【図２】(a)は、ナノ粒子含有エマルションおよび第二のグラビアシリンダを用いて調製された、パターン化されたコーティングの光学顕微鏡写真である。(b)は、図2(a)に示されたコーティングを調製するために使用したグラビアシリンダのパターニングの図である。
【図３】ナノ粒子含有エマルションおよびマイヤーロッド(2回の通過)を用いて調製された、パターン化されたコーティングの光学顕微鏡写真である。
【図４】ナノ粒子含有エマルションおよびマイヤーロッド(2回の通過)を用いて調製された、パターン化されたコーティングの光学顕微鏡写真である。
【図５】ナノ粒子含有エマルションおよびマイヤーロッド(1回の通過)を用いて調製された、比較コーティングの光学顕微鏡写真である。
【図６】(a)〜(i)はパターン化されたコーティングを調製するために使用した様々なマスクの概略図である。「19.05」なる表示は、ミリメートル単位でのマスクの寸法を意味する。
【図７】(a)〜(i)は図6(a)〜(i)に表されたマスクの寸法(孔径または線幅、および間隔)を示す概略図である。
【図８】(a)〜(i)は、ナノ粒子含有エマルションおよび図6(a)〜(i)に表されたマスクを用いて調製された、パターン化されたコーティングの光学顕微鏡写真である。
【００２１】
様々な図面中の同一の参照符号は、同一の要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
詳細な説明
パターン化されていない基材の表面上にパターン化されたコーティングを形成する方法は、該基材の表面にコーティング組成物を適用する工程を含む。該コーティング組成物は、 (発明の概要において定義されるような)不揮発性成分および液体キャリアを含む。該液体キャリアは、連続相と該連続相中に分散したドメインとを有するエマルションの形態である。
【００２３】
好適な不揮発性成分の例には、金属およびセラミックのナノ粒子が含まれる。該ナノ粒子は、好ましくは、約100ナノメートル未満のD90値を有する。具体例には、米国特許第5,476,535号および米国特許第7,544,229号に記載されているプロセスに従って調製される金属ナノ粒子が含まれる。両特許は、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。これら2つの特許に記載されているように、概して、2種の金属による合金、例えば銀とアルミニウムとの合金などを形成し、塩基性浸出剤または酸性浸出剤を使用して該金属のうちの1種、例えばアルミニウムを浸出させて多孔質金属塊を形成し、次いで、(例えば、機械的分散機、機械的ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、ミリング装置を使用して)該塊を崩壊させてナノ粒子を形成することによって、該ナノ粒子は調製される。該ナノ粒子は、凝集を抑制するために、崩壊の前にコーティングしてもよい。
【００２４】
ナノ粒子を作製するのに有用な金属の例には、銀、金、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、銅、チタン、イリジウム、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、スズ、およびそれらの組み合わせが含まれる。凝集を抑制するために該ナノ粒子をコーティングするのに有用な材料の例には、ソルビタンエステル、ポリオキシエチレンエステル、アルコール、グリセリン、ポリグリコール、有機酸、有機酸塩、有機酸エステル、チオール、ホスフィン、低分子量ポリマー、およびそれらの組み合わせが含まれる。
【００２５】
液体キャリア中の不揮発性成分(例えば、ナノ粒子)の濃度は、概して、約1〜50重量％、好ましくは1〜10重量％の範囲である。基材表面上に塗布し得る組成物が得られるような特定の量が選択される。電気伝導性コーティングが所望される場合には、該量は、乾燥させたコーティングにおいて適切なレベルの導電性が得られるように選択される。
【００２６】
該液体キャリアは、連続相と該連続相中に分散したドメインとを特徴とするエマルションの形態である。いくつかの実施形態において、該エマルションは、1種または複数種の有機液体が連続相を形成し、かつ1種または複数種の水性液体が分散したドメインを形成している、油中水(W/O)型エマルションである。他の実施形態において、該エマルションは、1種または複数種の水性液体が連続相を形成し、かつ1種または複数種の有機液体が分散したドメインを形成している、水中油(O/W)型エマルションである。両方の場合において、水性液体および有機液体は、実質的に互いに不混和性であり、そのため、2つの別個の相が形成される。
【００２７】
W/O型またはO/W型エマルションのどちらかにとって好適な水性液体の例には、水、メタノール、エタノール、エチレングリコール、グリセロール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、N-メチルピロリドン、およびそれらの組み合わせが含まれる。W/O型またはO/W型エマルションのどちらかにとって好適な有機液体の例には、石油エーテル、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、ベンゼン、ジクロロエタン、トリクロロエチレン、クロロホルム、ジクロロメタン、ニトロメタン、ジブロモメタン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、およびそれらの組み合わせが含まれる。溶媒は、エマルションの連続相の溶媒が、分散ドメインの溶媒よりも速く蒸発するように選択されるべきである。例えば、いくつかの実施形態において、該エマルションは、有機液体が水性液体よりも急速に蒸発するW/O型エマルションである。
【００２８】
液体キャリアは、他の添加剤もまた含有してもよい。具体例には、反応性もしくは非反応性希釈剤、酸素捕捉剤、ハードコート成分、抑制剤、安定化剤、着色剤、顔料、IR吸収剤、界面活性剤、湿潤剤、レベリング剤、流れ制御剤、レオロジー調整剤、スリップ剤、分散助剤、消泡剤、結合剤、接着促進剤、腐食抑制剤、およびそれらの組み合わせが含まれる。
【００２９】
パターン化されていない様々な基材を使用することができる。透明な導電性コーティングを有する物品の調製が目的である場合は、該基材は、好ましくは、可視領域(400〜800nm)の光に対して実質的に透明である。好適な基材の例には、ガラス、ポリマー材料(例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレン、またはポリカーボネート)、セラミック(例えば、透明な金属酸化物)、および半導体材料(例えば、シリコンまたはゲルマニウム)が含まれる。該基材は、そのまま使用してもよいし、またはその表面特性を変えるために前処理してもよい。例えば、コーティングと基材表面との間の接着性を向上させるために、あるいは、基材の表面エネルギーを増加または制御するために、該基材を前処理してもよい。物理的前処理と化学的前処理の両方を使用することができる。物理的前処理の例には、コロナ処理、プラズマ処理、紫外線処理、熱処理、または火炎処理が含まれる。化学的前処理の例には、エッチング液(例えば、酸性エッチング液)、プライマー、反射防止コーティング、またはハードコート層(例えば、耐スクラッチ性を提供するため)が含まれる。
【００３０】
該組成物は、基材の表面上に塗布され、液体キャリアを除去するために乾燥されると共に、塗布および/または乾燥中に外力を適用することにより、基材の選択された領域において、連続相と比べて、分散したドメインの選択的成長を生じさせる。該外力は、ロールツーロールプロセスなどの、連続的な様式で適用してもよいし、ステップアンドリピートプロセスまたはバッチプロセスなどの、非連続的な様式で適用してもよい。さらに、該外力は、接触手段または非接触手段によって適用してもよい。外力の適用により、不揮発性成分が自己集合して、該外力の構成によって決まる、規則的な間隔(例えば、規則的な中心間の間隔)を有するセルを画定するトレースを含むパターンの形態のコーティングを形成する。
【００３１】
外力の適用は、例えば、基材表面上に該組成物を付着させて、次いで、該組成物上にマイヤーロッドを通過させることによって達成してもよい。あるいは、該組成物は、グラビアシリンダを使用して適用することもできる。典型的には、マイヤーロッドおよびグラビアシリンダは両方とも、組成物に接触する。別の実施形態においては、該組成物を基材表面上に付着させて、その後、リソグラフィマスクを該組成物の上に配置してもよいが、典型的には、該マスクは該組成物に接触しない。該マスクの場合は、組成物が乾燥されるときに、マスクにより、該マスクのパターンに対応するパターンが該組成物に取り入れられる。
【００３２】
それぞれの場合において、パターン(特に、乾燥したコーティングにおけるセル間の中心間の間隔)を調節しているのは外力である。しかしながら、セルを画定するトレースの幅は、外力によっては直接は制御されない。むしろ、エマルションの特性および乾燥条件が、トレース幅の主な決定因子である。この様式では、困難で高価な、現像プロセス、原版、および非常に微細な線幅を有する材料を必要とせずに、外力よりも実質的に細い線を容易に製作することができる。微細な線幅は、エマルションおよび乾燥プロセスによって生成することができる。しかしながら、外力は、網目構造のセルのサイズ、間隔、配向性を制御するために、(容易かつ安価に)使用することができる。
【００３３】
外力の個々のフィーチャの間の間隔は、セルの間隔が該外力の構成をどの程度まで再現するかということに影響し得る。いくつかの実施形態において、該外力は、フィーチャの間の中心間の間隔が10μm〜10mm、30μm〜3mm、または50μm〜2mmの範囲であることを特徴とする複数のフィーチャを含むように構成される。マイヤーロッドの場合、個々のフィーチャは、ロッドにコイル状に巻かれたワイヤーであり、フィーチャの間の中心間の間隔は、一対のコイルの間の距離を意味する。グラビアシリンダの場合、フィーチャは、シリンダを構成する個々のウェルであり、フィーチャの間の中心間の間隔は、一対のウェルの間の距離を意味する。リソグラフィマスクの場合、フィーチャは、マスクの開口部であり、フィーチャの間の中心間の間隔は、一対の開口部の間の距離を意味する。
【００３４】
ここで、本方法について、金属ナノ粒子含有W/O型エマルションコーティング組成物と、外力を適用するための手段としてのグラビアシリンダに関して示す。グラビアシリンダの表面の顕微鏡写真を図1(b)に示す。グラビアシリンダは、複数の窪みを具備する。各窪みは、一定の中心間距離によって離間されている。基材表面上への塗布中、該コーティング組成物がグラビアシリンダの窪みを満たし、それが基材表面上に付着される。コーティングが乾燥されるにつれて、水および有機溶媒が蒸発し、それにより、金属ナノ粒子(すなわち、不揮発性成分)が自己集合して、基材の表面上にセルを画定するトレースを形成する。
【００３５】
乾燥して、パターン化された最終的なコーティングが、図1(a)に示されている。それは、複数のセルを画定する金属トレースを特徴としている。この特定の実施形態において、セルは間隙であり、一方で、トレースは電気伝導性であり、結果として透明で導電性のコーティングが得られる。セルの中心間の間隔は、グラビアシリンダの窪み間の中心間距離と実質的に同じである。
【００３６】
プライマー層が基材表面に適用され、次いで、例えばグラビアローラーを使用して、パターン化される方法についても説明する。次いで、上述のエマルションが、該パターン化されたプライマー層に適用される。乾燥後、プライマー層に形成されたパターンを実質的に再現するパターンが形成される。
【００３７】
ここで、本発明について、以下の実施例によってさらに説明する。
【実施例】
【００３８】
用語集
2018012101.tif 000003
【００３９】
実施例1
金属ナノ粒子を含む油中水型エマルションは、米国特許第7,601,406号に記載された方法に従って、以下の成分を混合することによって調製した。ドデシル硫酸ナトリウム水溶液を除く全ての成分を、超音波処理を用いて予め混合し、次いで、ドデシル硫酸ナトリウム水溶液を加えて、再び超音波処理した。
2018012101.tif 000004
【００４０】
前記エマルションを、A4サイズの光学グレードのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム基材(CH285、NanYa Plastics、台湾)に付着させた。該フィルム基材は、フィルムの表面エネルギーを高めるために、表面全体を均一な方法でコロナにより事前に処理した。375ミクロンのピッチを有する、ワイヤーを巻いたマイヤーロッドを、該フィルムの表面上で一方向に通過させた。次いで、同じエマルション(すなわち、新しいアリコートではない)を、同じマイヤーロッドにより、最初のマイヤーロッドの経路に対して90°で交差する向きで該表面に適用して、28ミクロンの厚さを有する湿潤コーティングを提供した。次に、周囲温度で、該コーティング中の水性液体および有機液体を完全に蒸発させた。結果として得られる、金属ナノ粒子の自己集合したパターンは、図3および4に表されるような、およそ350ミクロンのセル長およびセル幅を有するランダムでない正方形のセルを呈した。次いで、結果として得られたフィルムを、ユニバーサル熱風オーブン中で、150℃で2分間、加熱処理して、該金属ナノ粒子を焼結した。該試料は、68Ω/sqのシート抵抗(シート抵抗は、Loresta-GP MCP T610 4点プローブ、Mitsubishi Chemical、チェサピーク、VA)を使用して測定した)、可視領域における85.2％の光透過率、および3.8％のヘイズ(光透過率は、従来の蛍光灯の実験室照明ベンチトップの条件で、フィルムの下に配置した場合のGreenlee Digital Light Meter 93 172(Greenlee、サウスヘブン、MS)への、測定された入射光と、そのようなフィルムの非存在下での同計器への入射光との比を取ることによって測定した)を示した。
【００４１】
比較すると、マイヤーロッドを一回通過させることにより付着させた、このタイプのエマルションから得られるパターンは、図5に表されるような、ランダムな形状のセルを呈した。
【００４２】
実施例2
厚さ4ミルのPETフィルム基材(Lumirror U46、東レ株式会社、日本)に、アセトン溶液中0.28重量％のポリ[ジメチルシロキサン-コ-[3-(2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ)プロピル]メチルシロキサン](Aldrich、Cat.No.480320)と0.6重量％のSynperonic NP(Fluka、Cat.No.86209)とで構成されるプライマーを塗布した。該プライマーを、およそ13ミクロンの湿潤厚さを有するように、マイヤーロッドによって塗布した後、風乾した。次いで、該プライマーを塗布したフィルムに、以下の配合組成を有する油中水型エマルションを塗布した。
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【００４３】
該エマルションは、米国特許第7,601,604号に記載された方法に従って原料を混合することによって調製した。該エマルションを、マイヤーロッドを一回通過させることにより、およそ30ミクロンの湿潤厚さで塗布した。
【００４４】
ドローダウン(draw-down)直後、エマルションが乾燥する際に、エマルションの上にマスクを配置した。マスクに取り付けたスペーサー(合計の厚さが約100ミクロンの2層の透明接着テープ)を用いることにより、マスクが、直接、湿潤したコーティングに物理的に接触しないようにした。次いで、ドローダウンの約5分後に、該マスクを取り除いた。この時点で、該コーティングは実質的に乾燥していた。
【００４５】
該マスクは、エマルションの乾燥を空間的に調節し、そのため、結果として得られた自己集合したナノ粒子のパターンは、選択されたマスクの対称性を再現していた。図7(a)〜(i)にその幾何学的構造が示される、図6(a)〜(i)に示された9つのマスクを使用して、それぞれ図8(a)〜(i)の六角形および直線状のパターンを製作した。
【００４６】
図7(a)〜(e)における孔の中心間の間隔は、以下の通りであった：
図7(a)：1.5mm
図7(b)：1.0mm
図7(c)：0.75mm
図7(d)：1.5mm
図7(e)：3.0mm。
【００４７】
図7(f)〜i)の場合、線幅、線の間の間隔、および中心間の間隔は以下の通りであった：
図7(f)：線幅＝250μm
線の間の間隔＝1000μm
中心間の間隔＝1250μm
図7(g)：線幅＝500μm
線の間の間隔＝500μm
中心間の間隔＝100μm
図7(h)：線幅＝1000μm
線の間の間隔＝500μm
中心間の間隔＝1500μm
図7(i)：線幅＝1000μm
線の間の間隔＝1000μm
中心間の間隔＝2000μm。
【００４８】
前記「線」はマスクの開口部であり、前記「線の間の間隔」は、線の間の中実の領域を意味する。
【００４９】
図6(a)/図7(a)および図6(d)/図7(d)に示されたマスクは、孔の間の中心間距離が同じである(1.5mm)が、孔のサイズが異なる(0.5mm対1.0mm)ことに留意されたい。それにもかかわらず、結果として得られる、図8(a)および(d)のそれぞれのパターンの顕微鏡写真は、ほとんど同じトレースパターンを示している。両者の場合において、結果として得られるセルの線幅はおよそ100〜200ミクロンであり、これは、マスクの隣接する孔の間に挟まれる距離よりも小さい。これはトレースの幅が、マスクの最も微細な寸法によって厳密に決められるのではなく、エマルションの特性と関係しているという事実を示しており、高価な/困難な微細解像度のマスタリング装置を必要とせずに、エマルションにより、微細解像度のフィーチャを一貫して作製することができるパターン生成技術を再び実証している。
【００５０】
実施例3
厚さ4ミルのPETフィルム基材(Lumirror U46、東レ株式会社、日本)に、アセトン溶液中0.28質量％のポリ[ジメチルシロキサン-コ-[3-(2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ)プロピル]メチルシロキサン](Aldrich Cat.No.480320)と0.6質量％のSynperonic NP(Fluka Cat.No.86209)とで構成されるプライマーを塗布した。該プライマーを、およそ13ミクロンの湿潤厚さを有するように、マイヤーロッドによって13ミクロンに塗布した後、風乾した。次いで、該プライマーを塗布したフィルムに、油中水型エマルションを塗布した。該エマルションは、以下の配合組成を有した。
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【００５１】
およそ2mLのエマルションを、Pamarco roto-proofer(Global Graphics、ロゼール、NJ)のドクターブレードとアニロックスローラー(150 LPI tool ref 71)との間に配置した。
【００５２】
該フィルムの表面上でroto-prooferを回転させることにより、該エマルションを、プライマーを塗布したフィルム上に付着させた。風乾すると、適度に規則的な四角形の配列が形成され、線幅のほとんどは、アニロックスローラーのセル間の線幅よりも狭かった。該パターンおよびシリンダは、それぞれ図1(a)および1(b)に示されている。この結果は、トレースの幅が、アニロックスローラーの最も微細な寸法によって厳密に決められるのではなく、エマルションの特性と関係しているということを示しており、高価な/困難な微細解像度のマスタリング装置を必要とせずに、微細な解像度フィーチャを一貫して作製することができるパターン生成技術を再び実証している。図2(b)に示す異なるシリンダを使用して調製されたパターンを、図2(a)に示す。
【００５３】
実施例4
実施例3で形成された配列と同じ、規則的な四角形の配列を、以下のように調製した。
【００５４】
実施例3に記載した、プライマーを塗布したPET基材を調製して、roto-prooferをコーティング溶液なしで、プライマーフィルムの表面上で回転させた。その直後に、実施例3に記載したおよそ3mLのエマルションを、該フィルムの一端にわたってビーズの形態で付着させた。マイヤーロッドを使用して、該エマルションを、およそ30ミクロンの湿潤厚さで該フィルム上にドローダウンした。乾燥後、自己集合したパターンは、roto-prooferのアニロックスローラーのセルのパターンと、形状およびサイズが類似していた。
【００５５】
本発明のいくつかの態様について説明してきた。しかしながら、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更を為すことができることは理解されるであろう。したがって、他の態様も、添付の特許請求の範囲内である。例えば、不揮発性成分(例えば、金属ナノ粒子)は、セルを形成することができ、該セルを画定し離間するトレースは、間隙の形態となり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年8月28日(2017.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
400nm〜800nmの範囲の波長を有する光に対して透明であり、500Ω/sq以下のシート抵抗を有する、下記を含む物品：
パターン化されていない基材；
物品を形成するために基材上に配置されたコーティング層であって、該コーティング層は、規則的な間隔を有するセルを画定するトレースのパターンを含み、該トレースは不揮発性成分を含み、該不揮発性成分は金属ナノ粒子およびセラミックナノ粒子からなる群から選ばれる、コーティング層。
【請求項２】
前記トレースが中実のトレースであり、セルが間隙の形態である、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
基材が、400 nm〜800nmの範囲の波長を有する光に対して少なくとも60％の透過度である、請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記不揮発性成分が、100ナノメートル未満のD90値を有する、請求項１に記載の物品。
【請求項５】
トレースが、100〜200ミクロンの範囲のセルの線幅を有する、請求項1に記載の物品。
【請求項６】
規則的な間隔が、セルの間の中心間の間隔が10μm〜10mmであることを含む、請求項1記載の物品。
【請求項７】
セルの間の中心間の間隔が30μm〜3mmの範囲である、請求項６記載の物品。
【請求項８】
セルの間の中心間の間隔が50μm〜2mmの範囲である、請求項７記載の物品。
【請求項９】
シート抵抗が50Ω/sq以下である、請求項１に記載の物品。
【請求項１０】
不揮発性成分が、金属ナノ粒子からなる、請求項１に記載の物品。
【請求項１１】
前記金属ナノ粒子が、100ナノメートル未満のD90値を有する、請求項１０に記載の物品。
【請求項１２】
前記金属ナノ粒子が、銀を含む、請求項１０に記載の物品。