(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属ナノ粒子と、
分散剤と、
溶媒として少なくとも２種の硫黄含有化合物と、
を含み、
前記溶媒は、溶融点が８０℃〜２００℃の第１の溶媒と、溶融点が０〜４０℃の第２の溶媒とを混合したものであり、
溶融温度が６０℃〜９０℃である、相変異インク組成物。
【請求項２】
前記金属ナノ粒子２０〜７０重量部と、
前記分散剤１〜１０重量部と、
前記溶媒２０〜７９重量部と、
を含む、請求項１に記載の相変異インク組成物。
【請求項３】
前記金属ナノ粒子の表面は、前記分散剤でキャッピングされる、請求項１または２に記載の相変異インク組成物。
【請求項４】
前記硫黄含有化合物はスルホン基含有化合物である、請求項１から３のいずれか一項に記載の相変異インク組成物。
【請求項５】
前記第１の溶媒はジメチルスルホンであり、前記第２の溶媒はスルホランである、請求項１から４のいずれか一項に記載の相変異インク組成物。
【請求項６】
前記第１の溶媒と第２の溶媒との比は１：０．７５〜１：１．５である、請求項１から５のいずれか一項に記載の相変異インク組成物。
【請求項７】
前記金属ナノ粒子は、金、銀、銅、ニッケル、亜鉛、白金、スズ、クロム、パラジウム、コバルト、チタニウム、モリブデン、鉄、マンガン、タングステン及びアルミニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の相変異インク組成物。
【請求項８】
６０℃〜９０℃の溶融温度で前記相変異インク組成物の粘度が１〜２０ｃＰである、請求項１から７のいずれか一項に記載の相変異インク組成物。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の相変異インク組成物を用いて形成される、伝導性パターン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相変異インク組成物及びこれを用いた伝導性パターンに関し、より具体的には、溶融温度が６０℃〜９０℃と低くて伝導性パターンの形成時に通常のインクジェットヘッドを用いることができる相変異インク組成物及びこれを用いた伝導性パターンに関する。
【背景技術】
【０００２】
伝導性パターンを製造する一般の工程方法としては、リソグラフィー（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）を用いた光学的パターニングが主に用いられてきた。しかしながら、光学的パターニングは、工程段階が複雑で高コストが必要とされ、露光とエッチング工程時に有害ガスや廃水等が排出されて環境汚染の問題がある。したがって、これを代替する低コスト・環境にやさしいパターン形成方法が研究されており、その代表的な例としてインクジェットプリンティング方式がある。
【０００３】
インクジェットプリンティング方式は、基板上に所望のパターンを直接描画する方式であり、工程段階が簡単で大面積プリンティングが容易であるため、工程時間を減らすことができ、生産コストの節減効果が大きい。また、既存の光学的パターニング方法とは異なり、露光、エッチング工程がないため、環境汚染物質の排出もない環境にやさしいパターニング方法である。
【０００４】
インクジェットプリンティング方式で伝導性パターンを形成するためには伝導性ラインを形成できる低い粘度を有する伝導性インクが必要であり、このために伝導性金属ナノ粒子をインク組成物の材料として用いている。
【０００５】
しかしながら、上記金属ナノ粒子をインク組成物の材料として用いる場合、金属の比重が有機溶媒の比重より大きいため、金属ナノ粒子の沈降が起こり、貯蔵安定性が良くないという問題がある。
【０００６】
金属ナノ粒子のサイズを小さくすると、ブラウン運動によって沈降を緩めるのに効果はあるが、これは、根本的な解決方法ではない。また、金属ナノ粒子の沈降を防止するために継続して攪拌機を用いる方法もあるが、これは、攪拌施設を常時稼働させなければならないため、コスト増加による困難がある。
【０００７】
インクの粘度を増加させると、金属ナノ粒子の沈降速度を緩めることができ、さらに、インクを固体化させると、金属ナノ粒子の沈降を完全に止めることができる。したがって、常温では固体であり、インクジェット装置に許容される温度上昇範囲では液体となり、ジェッティング温度では２０ｃＰ以下の粘度を維持するインク組成物の研究がなされた。
【０００８】
これにより、相変異インクとしてワックス成分を主成分とするインク組成物が開発されたが、上記インク組成物の溶融温度は９０℃を超える。インク組成物の溶融温度が９０℃を超えるときは、公差を考慮してインクジェットヘッドの温度を１００℃以上に維持する必要があるが、これは、ほとんどのインクジェットヘッドに許容される９０℃を超える。したがって、上記相変異インクを用いるときは特別に設計されたインクジェットヘッドを用いなければならないという短所がある。また、上記主成分であるワックスは、ほとんどが非極性であり水に溶けず、非極性の溶媒のみによく溶解され、一般のインクに用いられる極性の添加剤が用いられる場合は混合されないため相分離が起こる等の問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、既存の相変異インクでは使用が不可能な通常のインクジェットヘッドと極性分子構造の添加剤を用いることができる相変異インク組成物及びこれを用いた伝導性パターンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、金属ナノ粒子と、分散剤と、少なくとも２種の硫黄含有化合物を含む溶媒と、を含み、溶融温度が６０℃〜９０℃である相変異インク組成物を提供する。
【００１１】
上記相変異インク組成物は、上記金属ナノ粒子２０〜７０重量部と、上記分散剤１〜１０重量部と、上記溶媒２０〜７９重量部と、を含むことができる。
【００１２】
上記金属ナノ粒子の表面は、上記分散剤でキャッピングされることができる。
【００１３】
上記硫黄含有化合物はスルホン基含有化合物であることができる。
【００１４】
上記溶媒は、溶融点が８０℃〜２００℃の第１の溶媒と溶融点が０〜４０℃の第２の溶媒とを混合したものであることができる。
【００１５】
上記第１の溶媒はジメチルスルホン（ｄｉｍｅｔｈｙｌ  ｓｕｌｆｏｎｅ、以下、「ジメチルスルホン」という。）であり、上記第２の溶媒はスルホラン（ｓｕｌｆｏｌａｎｅ、以下、「スルホラン」という。）であり、上記第１の溶媒と第２の溶媒との比は１：０．７５〜１：１．５であることが好ましい。
【００１６】
上記金属ナノ粒子は、金、銀、銅、ニッケル、亜鉛、白金、スズ、クロム、パラジウム、コバルト、チタニウム、モリブデン、鉄、マンガン、タングステン及びアルミニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含むことができる。
【００１７】
６０℃〜９０℃の溶融温度で上記相変異インク組成物の粘度は１〜２０ｃＰであることができる。
【００１８】
本発明の第２の態様は、上記相変異インク組成物を用いて形成される伝導性パターンを提供する。
【００１９】
なお、上記の課題を解決するための手段は、本発明の特徴をすべて列挙したものではない。本発明の多様な特徴とそれによる長所と効果は、下記の具体的な実施形態を参照してより詳細に理解されるはずである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の相変異伝導性インク組成物は、通常のインクジェットヘッドの許容温度範囲内で溶融温度の調節が可能であり極性の添加物を用いることができるため製品開発や品質管理の面で優れ、常温で固体状態を維持するため金属ナノ粒子の沈降を防止して貯蔵安定性を増加させる効果がある。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下では、本発明の好ましい実施形態について説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
【００２２】
本発明の相変異インク組成物は、１）金属ナノ粒子と、２）金属ナノ粒子が安定して分散配置されるようにする分散剤と、３）上記金属ナノ粒子及び上記分散剤が混合されるものであって少なくとも２種の硫黄含有化合物を含む溶媒と、を含み、溶融温度が６０℃〜９０℃であることを特徴とする。
【００２３】
或いは、上記溶融温度は６５℃〜７５℃又は６５℃〜７０℃であることができる。
【００２４】
一方、本発明の明細書において、相変異インク組成物は、約２０℃〜約２７℃の温度、例えば、室温で実質的に流動性のない固体状態である。しかしながら、上記インク組成物を加熱すると、６０℃〜９０℃の温度範囲では固体から液体に相が変わり、特に、噴射温度では液体状態で存在する。
【００２５】
より具体的には、本発明のインク組成物は、１）金属ナノ粒子２０〜７０重量部と、２）分散剤１〜１０重量部と、３）溶媒２０〜７９重量部と、を含むことが好ましい。
【００２６】
一方、上記溶媒は極性溶媒であることができる。従来用いられていた相変異インクは、主成分として非極性ワックスを用いたため、溶媒として非極性溶媒を用いた。しかしながら、このように非極性溶媒を用いる場合、極性の添加剤を用いることができなくなる可能性がある。これに対し、溶媒として極性溶媒を用いることにより、通常のインク組成物に用いられる極性の添加剤を用いることができる。
【００２７】
例えば、上記硫黄含有化合物はスルホン基含有化合物であることができる。即ち、本発明の相変異インク組成物は、１）金属ナノ粒子と、２）金属ナノ粒子が安定して分散配置されるようにする分散剤と、３）上記金属ナノ粒子及び上記分散剤が混合されるものであって少なくとも２種のスルホン基化合物を含む溶媒と、を含み、溶融温度が６０℃〜９０℃のものであることができる。
【００２８】
また、上記溶媒は、溶融点が８０℃〜２００℃の第１の溶媒と、溶融点が０〜４０℃の第２の溶媒と、を含むことができる。より具体的には、上記溶媒は、溶融点が８０℃〜２００℃の第１の溶媒と溶融点が０〜４０℃の第２の溶媒とを混合したものであることができる。
【００２９】
上記第１の溶媒は、メチルフェニルスルホン（溶融点８５℃）、ジフェニルスルホン（溶融点１２３℃）、ジメチルスルホン（溶融点１０９℃）、４，４'‐ジクロロジフェニルスルホン（溶融点１４３℃）、ジ‐ｐ‐トリルスルホン（溶融点１６０℃）、又は４‐アミノフェニルスルホン（溶融点１７５℃）であることができるが、必ずしもこれに限定されるものではない。また、上記第２の溶媒はスルホラン（溶融点２７．５℃）であることができる。
【００３０】
具体的には、上記第１の溶媒はジメチルスルホンであり、上記第２の溶媒はスルホランであることができる。より具体的には、本発明の上記溶媒は、ジメチルスルホンとスルホランとを混合したものであることができる。ジメチルスルホンは、常温で固体の極性溶媒であり、ジメチルスルホンに含まれた硫黄原子と酸素原子が強い極性を示す。したがって、ジメチルスルホンを溶媒として用いる場合、極性添加剤が含まれたインクを製造することができる。また、ジメチルスルホンの溶融点は１０９℃であるため、常温で固体状態を維持することができるが、これは、一般のインクジェットヘッドを用いることができる温度範囲である最大９０℃より高い。したがって、極性溶媒として、ジメチルスルホンとの相溶性が良くて溶融点が低いスルホランを混合して用いることにより、相変異インク組成物の溶融温度を調節することができる。
【００３１】
この際、上記第１の溶媒と第２の溶媒との比は１：０．７５〜１：１．５であることができる。例えば、上記ジメチルスルホンとスルホランは、その混合比が１：０．７５〜１：１．５であることができる。第２の溶媒の含量を増加させることにより溶融温度を低く調節することができるが、上記第２の溶媒が第１の溶媒の０．７５倍より少なく混合される場合は、製造された相変異インク組成物の溶融温度が９０℃より高いため、通常のインクジェットヘッドを用いるのが困難であり、第２の溶媒が第１の溶媒の１．５倍より多く混合される場合は、製造された相変異インク組成物の溶融温度が６０℃より低いため、インクがジェッティングされた後に基材の表面で速やかに凝固されずに広がる現象が現れる可能性がある。
【００３２】
したがって、用いるインクジェットヘッドの種類によって相変異インク組成物の溶融温度を調節することができる。例えば、Ｄｉｍａｔｉｘ社のＤＭＣ‐１１６１０／ＤＭＣ‐１１６０１インクジェットヘッドを用いる場合は溶融温度を最大７０℃に調節し、Ｄｉｍａｔｉｘ  Ｎｏｖａインクジェットヘッドを用いる場合は溶融温度を最大９０℃に調節することができる。その他の会社又はモデルのインクジェットヘッドにおいて使用可能な最高温度は、製作社別に明示されており、一般には６０℃〜９０℃である。
【００３３】
また、本発明の相変異インク組成物は、上記溶融温度で粘度が１〜２０ｃＰ以下であることが好ましい。安定したインクの吐出及びインクジェット装備の円滑な駆動の面で、使用温度での粘度は上記数値範囲内であることが好ましい。
【００３４】
一方、上記溶媒は、相変異インク組成物１００重量部に対して２０〜７９重量部であることができる。好ましくは２０〜７０重量部又は５０〜７９重量部、より好ましくは６０〜７５重量部であることができる。この際、溶媒の含量が２０重量部より少ない場合は、相変異インク組成物中の金属ナノ粒子の比率が非常に高いため、溶融温度以上でもジェッティングに適した粘度を示さず、溶媒の含量が７９重量部より大きい場合は、相変異インク組成物中の金属ナノ粒子の比率が非常に低いため、形成されたパターンの伝導度が低くなる。
【００３５】
次いで、上記１）の金属ナノ粒子の平均粒径は２ｎｍ〜５００ｎｍであることができる。
【００３６】
上記金属ナノ粒子は、例えば、金、銀、銅、ニッケル、亜鉛、白金、スズ、クロム、パラジウム、コバルト、チタニウム、モリブデン、鉄、マンガン、タングステン及びアルミニウムからなる群から選択された少なくとも１種を含むことができる。上記金属ナノ粒子は、金、銀、銅、ニッケル、亜鉛、白金、スズ、クロム、パラジウム、コバルト、チタニウム、モリブデン、鉄、マンガン、タングステン、又はアルミニウムの純粋な金属それ自体又はその合金であることができるが、これに限定されるものではない。
【００３７】
上記金属ナノ粒子は、相変異インク組成物１００重量部に対して２０〜７０重量部であることができる。好ましくは２０〜５０重量部又は４０〜７０重量部、より好ましくは２５〜３５重量部であることができる。この際、金属ナノ粒子の含量が２０重量部より少ない場合は、インクの電気伝導度が十分ではなく、金属ナノ粒子の含量が７０重量部より多い場合は、金属ナノ粒子を分散させるのが困難になる。
【００３８】
一方、溶媒中で分散性を維持するよう、金属ナノ粒子の表面に高分子キャッピング層を導入することができる。例えば、ポリオール合成法により高分子でキャッピングされた金属ナノ粒子を製造することができ、その方法はＤｏｎｇｊｏ  Ｋｉｍ等が著述したＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ第１７巻の４０１９‐４０２４等の文献に開示されている。
【００３９】
一方、本発明の相変異インク組成物は、溶媒中に金属ナノ粒子が安定して分散配置されるようにするために２）分散剤を含む。例えば、上記分散剤は、ポリビニルピロリドン、相溶化分散剤であるＢＹＫ社のｄｉｓｐｅｒＢＹＫ、ｄｉｓｐｅｒＢＹＫ‐１０１、１０２、１０３、１０６、１０７、１０８、１０９、１１０、１１１、１１２、１１５、１１６、１３０、１４０、１４２、１４５、１６０、１６１、１６２、１６３、１６４、１６６、１６７、１６８、１６９、１７０、１７１、１７４、１８０、１８１、１８２、１８３、１８４、１８５、１８７、１９０、１９１、１９２、１９３、１９４、１９８、１９９、２０００、２００１、２００８、２００９、２０１０、２０１２、２０１５、２０２０、２０２２、２０２５、２０５０、２０５９、２０７０、２０９０、２０９５、２０９６、２１１７、２１１８、２１５０、２１５１、２１５５、２１６３、２１６４、ＢＹＫＪＥＴ‐９１３０、９１３１、９１３２、９１３３、９１５０、９１７０、Ｅｖｏｎｉｃ社のＴｅｇｏ  Ｄｉｓｐｅｒｓ７４１Ｗ、７５０Ｗ、７５５Ｗ、６５０、６５２、６５３、６５６、６７０、６８５、Ｌｕｂｒｉｚｏｌ社のＳｏｌｓｐｅｒｓｅ１１２００、１２０００、１３２４０、１３３００、１３５００、１３６５０、１３９４０、１６０００、１７０００、１７９４０、１８０００、１９０００、１９２００、２００００、２１０００、２２０００、２４０００、２６０００、２７０００、２８０００、３００００、３２０００、３２５００、３２６００、３４７５０、３５０００、３５１００、３５２００、３６０００、３６６００、３７５００、３８５００、３９０００、４００００、４１０００、４１０９０、４３０００、４４０００、４６０００、４７０００、５００００、５３０９５、５４０００、７１０００、７６５００、８０００、８１００、８２００、９０００、ＲＭ５０、Ｘ３００及びその他の会社の製品群からなる群から選択された少なくとも１種であることができる。上記分散剤としてはポリビニルピロリドンが好ましいが、上述した他の相溶化分散剤又は上述していない分散剤或いは湿潤剤もポリビニルピロリドンと類似した効果を上げることができるため、本発明は分散剤の種類を限定しない。
【００４０】
本発明では、上記金属ナノ粒子の表面は、上記分散剤でキャッピング（ｃａｐｐｉｎｇ）されることができる。上記キャッピングによって、上記金属ナノ粒子の結晶成長を調節することができる。例えば、上記分散剤がキャッピング分子として金属ナノ粒子の特定結晶面を選択的に取り囲むことにより、ナノ粒子の成長方向を調節し、且つ金属ナノ粒子間の凝集を防止する効果が得られる。例えば、上記金属ナノ粒子の表面はポリビニルピロリドンでキャッピングされることができ、この際、上記ポリビニルピロリドンはポリオール合成法のキャッピング分子として用いられると共に分散剤の役割を行うことができる。
【００４１】
上記２）の分散剤は、１〜１０重量部、好ましくは１〜７重量部又は３〜１０重量部、より好ましくは２〜５重量部含まれることができる。この際、分散剤が１重量部未満の場合は、金属ナノ粒子の分散が適切に行われないという問題があり、１０重量部を超える場合は、インクの粘度が高くなるため、インクジェットでジェッティングするのが困難であるという問題がある。
【００４２】
また、本発明は、上記相変異インク組成物を用いて形成された伝導性パターンを提供する。上記伝導性パターンは、固体相の相変異インク組成物を加熱して溶融させ、基板上に液体の相変異インク組成物を噴射した後、上記基板の表面に噴射されたインク組成物を加熱することにより形成される。一方、熱処理時、上記相変異インク組成物は溶融されて流れる可能性がある。但し、上記金属粒子は基材の表面に当たるとすぐにくっ付くピンニング（ｐｉｎｎｉｎｇ）現象により上記インク組成物が溶けることに大きく影響を受けないため、本発明の相変異インク組成物を用いて優れた伝導性を示す微細パターンを形成することができる。
【００４３】
この際、噴射されたインク組成物の液滴は１００ｐｌ以下と非常に小さいため、基材に落ちた後すぐに凝固して基材で広がる現象を抑制し、微細な伝導性パターンを形成するのに有利である。また、通常の相変異インクは、基材の表面エネルギーとインクの表面張力が平衡状態に至った状態の液滴形状を有するのに対し、本発明の相変異インク組成物は、上記平衡に至る前にインク組成物が凝固して形状が固定されるため、インク組成物の形状は基材の表面エネルギーに大きく影響を受けない。したがって、基材の精密な表面エネルギー処理を省略することができるという優れた効果がある。
【００４４】
一方、従来のインク組成物で形成された伝導性パターンは、基材の表面エネルギーに応じて線幅が大きく変わり、インクジェットの有効ノズル口径の４倍程度まで広がることがあるため、微細な伝導性パターンの具現が不利になるのに対し、本発明の相変異インク組成物を用いて形成された伝導性パターンは、インクジェットの有効ノズル口径の１．５〜２倍に該当する比較的一定幅の微細な伝導性パターンの具現が可能になる。
【００４５】
一方、本発明は、金属ナノ粒子と、分散剤と、少なくとも２種の硫黄含有化合物を含む溶媒と、を含み、溶融温度が６０℃〜９０℃である相変異インク組成物を製造する方法を提供する。
【００４６】
上記製造方法は、例えば、金属ナノ粒子と分散剤と少なくとも２種の硫黄含有化合物を含む溶媒とを混合する方法であり、この際、上記少なくとも２種の硫黄含有化合物を含む溶媒は、上記の第１の溶媒と第２の溶媒との混合物であることができる。
【００４７】
一方、本発明において、上記金属ナノ粒子と分散剤と少なくとも２種の硫黄含有化合物を含む溶媒とを同時に混合することもでき、金属ナノ粒子と分散剤を有機溶媒に混合して金属ナノ粒子分散液を形成した後にこの分散液に少なくとも２種の硫黄含有化合物を含む溶媒を混合することもできる。より具体的には、特に限定されず、例えば、金属ナノ粒子と分散剤を有機溶媒中で先に混合し、ポリオール合成法を用いて金属ナノ粒子の表面に分散剤がキャッピングされるようにする段階を経た後、上記少なくとも２種の硫黄含有化合物を含む溶媒、即ち、第１の溶媒と第２の溶媒を順次混合することにより、本発明の相変異インク組成物を製造することができる。
【００４８】
この際、上記キャッピング段階又は分散液形成で用いられる有機溶媒は上記第１の溶媒の混合後に除去されなければならないため、第１の溶媒に比べて低い沸点を有する溶媒を用いることが好ましい。この際、上記有機溶媒の除去は、蒸発又は遠心分離法等により行われることができる。
【００４９】
具体的には、本発明は、金属ナノ粒子と分散剤と第１の溶媒及び上記第１の溶媒より沸点の低い溶媒とを混合して組成物を形成する段階と、上記第１の溶媒より沸点の低い溶媒を蒸発させる段階と、沸点の低い溶媒が蒸発された組成物に第２の溶媒を混合する段階と、を含む相変異インク組成物の製造方法を提供する。
【００５０】
また、本発明は、金属ナノ粒子と分散剤と第１の溶媒より沸点の低い溶媒とを混合して組成物を形成する段階と、遠心分離法で上記第１の溶媒より沸点の低い溶媒を除去し金属ナノ粒子及び分散剤を得る段階と、上記遠心分離法で得た金属ナノ粒子及び分散剤を第１の溶媒及び第２の溶媒と混合して組成物を形成する段階と、を含む相変異インク組成物の製造方法を提供する。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示する。しかしながら、下記の実施例は本発明をより理解しやすくするために提供されるものであり、これにより本発明の内容が限定されるものではない。
【００５２】
１．インク組成物の製造
製造例１‐Ｅ１
ポリオール合成法を用いて合成したポリビニルピロリドンがキャッピングされた銀ナノ粒子が５０ｗｔ％含有されたエチレングリコール（沸点１９７℃）溶液５０ｇをジメチルスルホン（沸点２３８℃）２５ｇと混合した後に窒素を流すフラスコに入れて磁石棒で攪拌しながら２００℃に加熱した。この際、ジメチルスルホンが溶けて銀ナノ粒子溶液と均一に混じった。加熱を持続するにつれ、上記銀ナノ粒子含有溶液に含まれていた沸点の低い溶媒であるエチレングリコールは蒸発した。１時間加熱して、銀ナノ粒子約２５ｇとジメチルスルホンとその他の物質約２５ｇとの組成物を得た。製造されたインクの組成は、全体１００重量部のうち、銀ナノ粒子４５重量部、ポリビニルピロリドン３重量部、ジメチルスルホン５２重量部であった。この組成物は、１００℃付近で凝固し常温で固体状態となる。
【００５３】
製造例２‐Ｅ２
ポリオール合成法を用いて合成したポリビニルピロリドンがキャッピングされた銀ナノ粒子を含有した分散液を遠心分離して銀ペースト２５ｇを得た。上記銀ペーストをスルホラン５５ｇと混合した後に窒素を流すフラスコに入れて磁石棒で攪拌しながら１５０℃に加熱した。製造されたインクの組成は、全体１００重量部のうち、銀ナノ粒子３２重量部、ポリビニルピロリドン２重量部、スルホラン６６重量部であった。このインク組成物は、２５℃付近で凝固し常温で液体又は軟らかい固体である。
【００５４】
製造例３‐Ｅ３
ポリオール合成法を用いて合成したポリビニルピロリドンがキャッピングされた銀ナノ粒子を含有した分散液を遠心分離して銀ペースト２５ｇを得た。上記銀ペーストをメチルフェニルスルホン５５ｇと混合した後に窒素を流すフラスコに入れて磁石棒で攪拌しながら１５０℃に加熱した。この際、銀粒子の分散性が良くないため、インクとして用いることができなかった。
【００５５】
製造例４‐Ｅ４
ポリオール合成法を用いて合成したポリビニルピロリドンがキャッピングされた銀ナノ粒子を含有した分散液を遠心分離して銀ペースト５０ｇを得た。上記銀ペーストにブチルカルビトールが主溶媒成分である溶液５０ｇを添加して製造されたインクの組成は、全体１００重量部のうち、銀ナノ粒子約４５重量部、ポリビニルピロリドン３重量部、ブチルカルビトール５２重量部であった。この組成物は、常温で液体状態である。
【００５６】
製造例５‐Ｅ５
ポリオール合成法を用いて合成したポリビニルピロリドンがキャッピングされた銀ナノ粒子を含有した分散液を遠心分離してキャッピングされた銀ナノ粒子を得た。上記キャッピングされた銀ナノ粒子が５０ｗｔ％含有されたブチルカルビトールが主溶媒成分である溶液５０ｇにパラフィンを添加した。製造されたインクの組成は、銀ナノ粒子２５重量部、ポリビニルピロリドン２重量部、ブチルカルビトール２３重量部、パラフィン５０重量部であった。パラフィン溶液は銀ナノ粒子溶液と均一に混じらず、窒素を流すフラスコに入れて磁石棒で攪拌しながら１２０℃に加熱したときに銀ナノ粒子含有溶液部分から溶液が一部蒸発して銀ナノ粒子が塊として析出された。このような塊はインクジェットノズルを塞ぐため、インクに用いるに適さないと判明された。
【００５７】
製造例６‐Ｅ６
ポリオール合成法を用いて合成したポリビニルピロリドンがキャッピングされた銀ナノ粒子が５０ｗｔ％含有されたエチレングリコール（沸点１９７℃）溶液５０ｇをジメチルスルホン（沸点２３８℃）２５ｇと混合した後に窒素を流すフラスコに入れて磁石棒で攪拌しながら２００℃に加熱した。この際、ジメチルスルホンが溶けて銀ナノ粒子溶液と均一に混じった。加熱を持続するにつれ、上記銀ナノ粒子含有溶液に含まれていた沸点の低い溶媒であるエチレングリコールは蒸発した。１時間加熱して、銀ナノ粒子約２５ｇとジメチルスルホンとその他の物質約２７ｇとの組成物を得た。この組成物は、１００℃付近で凝固し常温で固体状態となる。
【００５８】
溶融温度の低いインク組成物を調製するために、上記製造された組成物に３５ｇのスルホランを追加し１２０℃で攪拌した。製造されたインクの組成は、全体１００重量部のうち、銀ナノ粒子２８重量部、ポリビニルピロリドン２重量部、ジメチルスルホン３０重量部、スルホラン４０重量部であった。上記インク組成物は、溶融温度が約６５℃であり、常温で固体状態となる。
【００５９】
製造例７‐Ｅ７
ポリオール合成法を用いて合成したポリビニルピロリドンがキャッピングされた銀ナノ粒子を含有した分散液を遠心分離して銀ペースト２５ｇを得た。上記銀ペーストをジメチルスルホン１５ｇ、スルホラン３５ｇと混合した後に窒素を流すフラスコに入れて磁石棒で攪拌しながら１５０℃に加熱した。製造されたインクの組成は、全体１００重量部のうち、銀ナノ粒子３２重量部、ポリビニルピロリドン２重量部、ジメチルスルホン２８重量部、スルホラン３８重量部であった。このインク組成物は、６５℃付近で凝固し常温で固体状態となる。
【００６０】
２．パターンの形成
後述するように、上記製造されたインク組成物を用いて、ガラス基板、シリコン基板、ポリエチレンテレフタラートフィルム（ＰＥＴフィルム）及びインクジェットフォト用紙上にインクジェット方式でパターンを形成した。この際、用いられたインクジェット装備としては、最高温度７０℃のＤｉｍａｔｉｘ社のＤＭＰ２８３０（以下、「インクジェット装備１」）と、同社の約２０個の製品のうち唯一に高温用に特殊製作された最高温度１３０℃のＧａｌａｘｙ２５６／３０ＨＭ（以下、「インクジェット装備２」）のプリンタヘッドを用いた。この際、インクジェットヘッドの有効ノズル口径は２２μｍである。
【００６１】
比較例１
製造例１のＥ１インク組成物は、インクジェット装備１には用いることができなかった。しかしながら、インクジェット装備２を用いてパターンを形成することはできた。インクジェット装備２のプリンタヘッドの温度を１１０℃に維持した状態でガラス基板上に液滴の間隔を５０μｍにしてジェッティングして金属線パターンを形成した。この際、形成された線の線幅は８２μｍであった。
【００６２】
比較例２
製造例２のＥ２インク組成物をインクジェット装備１に用いるインクジェットヘッドに注入した。ヘッドの温度を７０℃に維持した状態でガラス基板上に液滴の間隔を３０μｍにしてジェッティングして金属線パターンを形成した。この際、液滴がガラス基板に落ちた後に速やかに凝固されずに広がる現象が発生し、形成された線の線幅は８１μｍであった。
【００６３】
比較例３
製造例４のＥ４インク組成物をインクジェット装備１に用いるインクジェットヘッドに注入した。ヘッドの温度を常温にしてガラス基板上に液滴の間隔を３０μｍにしてジェッティングして金属線パターンを形成した。この際、液滴がガラス基板に落ちた後に広がる現象が発生し、形成された線の線幅は８５μｍであった。
【００６４】
比較例４
製造例４のＥ４インク組成物をインクジェット装備１に用いるインクジェットヘッドに注入した。ヘッドの温度を常温にしてインクジェットフォト用紙上に液滴の間隔を３０μｍにしてジェッティングして金属線パターンを形成した。この際、フォト用紙が溶媒を吸収して線が広がる現象を抑制し、形成された線の線幅は４１μｍであった。
【００６５】
実施例１
製造例６のＥ６インク組成物を７５℃に加熱して液体状態にした後、インクジェット装備１に用いるインクジェットヘッドに注入した。ヘッドの温度を７０℃に維持した状態でガラス基板上に液滴の間隔を３０μｍにしてジェッティングして金属線パターンを形成した。この際、形成された線の線幅は３３μｍであった。
【００６６】
実施例２
製造例６のＥ６インク組成物を７５℃に加熱して液体状態にした後、インクジェット装備１に用いるインクジェットヘッドに注入した。ヘッドの温度を７０℃に維持した状態でシリコン基板上に液滴の間隔を３０μｍにしてジェッティングして金属線パターンを形成した。この際、形成された線の線幅は４５μｍであった。
【００６７】
実施例３
製造例６のＥ６インク組成物を７５℃に加熱して液体状態にした後、インクジェット装備１に用いるインクジェットヘッドに注入した。ヘッドの温度を７０℃に維持した状態でインクジェットフォト用紙上に液滴の間隔を３０μｍにしてジェッティングして金属線パターンを形成した。この際、形成された線の線幅は３２μｍであった。
【００６８】
実施例４
製造例６のＥ６インク組成物を７５℃に加熱して液体状態にした後、インクジェット装備１に用いるインクジェットヘッドに注入した。ヘッドの温度を７０℃に維持した状態でＰＥＴフィルム上に液滴の間隔を３０μｍにしてジェッティングして金属線パターンを形成した。この際、形成された線の線幅は３８μｍであった。
【００６９】
実施例５
製造例７のＥ７インク組成物を７５℃に加熱して液体状態にした後、インクジェット装備１に用いるインクジェットヘッドに注入した。ヘッドの温度を７０℃に維持した状態でガラス基板上に液滴の間隔を３０μｍにしてジェッティングして金属線パターンを形成した。この際、形成された線の線幅は３４μｍであった。
【００７０】
実施例６
製造例７のＥ７インク組成物を７５℃に加熱して液体状態にした後、インクジェット装備１に用いるインクジェットヘッドに注入した。ヘッドの温度を７０℃に維持した状態でシリコン基板上に液滴の間隔を３０μｍにしてジェッティングして金属線パターンを形成した。形成された線の線幅は４４μｍであった。
【００７１】
上記製造例による相変異インク組成物の溶媒成分、溶融温度、インク組成物の常温での物質の状態を下記表１に示した。また、比較例及び実施例により上記インク組成物を用いて製造されたパターンの線幅を下記表１に示した。一方、実施例１〜６により製造されたパターンは、約３０ｍｍの長さを基準に測定したとき、約数十〜数百オーム程度の抵抗値を示した。
【００７２】
【表１】
0005776130.tif 000002
【００７３】
上記実験データによれば、比較例１はインク組成物の溶融温度がインクジェット装備１に適さず、比較例２は溶融点が０〜４０℃のスルホランのみを溶媒として用いる場合はインク組成物の溶融温度が６０℃未満であるため本発明のインク組成物に適さないことが分かる。また、比較例３及び４は、硫黄含有化合物を全く含まない溶媒を用いて製造されたインク組成物の場合は液滴がガラス基板に落ちた後に広がる現象が発生し、基材に応じて線幅が大きく変わることが分かる。
【００７４】
一方、製造例３は、溶融点が８５℃のメチルフェニルスルホンのみを溶媒として用いて製造されたインク組成物の場合は金属ナノ粒子の分散性が良くないためインク組成物に適さないことが分かる。また、製造例５は、銀ナノ粒子の分散剤として極性のポリビニルピロリドンを用いたインク組成物の場合は非極性溶媒であるパラフィンから銀ナノ粒子が塊として析出されてインク組成物に適さないことが分かる。
【００７５】
また、Ｅ６及びＥ７のインク組成物の場合、ジメチルスルホンを第１の溶媒、スルホランを第２の溶媒としてこれらを混合した溶媒を用いたため、溶融温度を調節した結果、インクジェット装備１に適した温度で溶融された。また、実施例１〜６から分かるように、基材にかかわらず、インクジェットの有効ノズル口径の１．５〜２倍に該当する比較的一定幅の微細パターンを形成することができた。
【００７６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であるということは、当技術分野の通常の知識を有する者には明らかである。