導電性トラックの製造方法
有機金属化合物を溶液から基板上に塗布するコーティングステップと、還元剤を含有する酸性溶液を用いて実施することを特徴とする還元ステップとを含む、導電性トラックの製造方法を開示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機金属化合物を溶液から基板上に塗布するコーティングステップと、還元ステップとを含む、導電性トラックの製造方法に関する。本発明の中で、前記還元ステップは作成ステップとも考えられ、このステップでは非導電性トラックまたは膜から導電性トラックまたは膜を作成する。場合によっては、有機金属化合物は、還元ステップ前に、電磁放射に露光することによって活性化してもよい。
【０００２】
導電性トラックは、現在、電子回路（例えば、コンピュータおよびディスプレイ）やアンテナから帯電防止膜まで、さまざまな用途で、主要要素の１つとして利用されている。これらのトラックは、導電性金属（例えば、銅、銀、または金）、セラミックス（例えば、ＩＴＯ）、またはポリマー（例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））から作製され、多様なサイズおよび形状で、さまざまな方法によって製造することができる。
【０００３】
導電性トラックを作成するための従来の方法は、例えば化学気相堆積もしくは物理気相堆積によって、基板上に導電性層を堆積するステップを含む。次に、その導電性層の上に感光性コーティングを堆積し、そのコーティングを局所的に露光する。この局所露光において、感光性層の露光部分と非露光部分とに溶解性の差が生じ、可溶性部分は、その後適当な溶媒を用いて除去する。次のステップでは、導電性層を強力なエッチング液に曝露し、残った感光性コーティングで保護されていない部分を除去する。最終ステップでは、別の溶媒を用いて、残った感光性コーティングを除去する。この方法を使用して、さまざまな種類の基板上に、小さいフィーチャで明瞭な導電性トラックを作成することができるが、この方法は包括的であり、非常に費用がかかる。さらに、加工ステップのほとんどは、バッチ式でしか利用できず、この技法はロール・ツー・ロール加工方式には適さない。
【０００４】
前の方法で説明したステップの数を減らすために、ＵＳ２００３／２０７５６８から代替の方法が公知であるが、ここでは感光性コーティング剤としての特別な有機金属化合物と、導電性金属前駆体とが開示さている。この化合物は、式ＭＬＬ’Ｘ（式中、Ｍは金属であり、Ｌは中性配位子であり、Ｌ’は負に帯電した配位子であり、Ｘは陰イオンである）によって定義される。この化合物を溶液から基板に塗布し、フォトリソグラフィ用マスクを通して局所的に露光して、導電性部分を作成する。最終ステップでは、材料を適切な溶媒に曝露することによって、露光されていない非導電性部分を除去する。
【０００５】
別の方法は、無電解めっきの概念に基づいている。この方法では、基板を続けていくつかの浴に曝露する。まず基板をエッチングし、良好な接着性を確保するために中和し、触媒の吸収を確実にするために活性化する。次に、これを触媒に曝露して導電性層の堆積を促し、導電性層の堆積を改善する促進剤に曝露する。最後に、基板を導電性材料の溶液に曝露して、導電性層を作成する。この方法を用いて、高導電性トラックを作成することができる。しかしながら、この方法は非常に複雑であり、溶液は毒性で非常に強力であることが多い。さらに、この方法は、加工パラメータに非常に敏感であり、わずかに逸脱すると、望ましくない部分に導電性材料が自然に沈着する結果をもたらしうる。
【０００６】
導電性トラックを製造するためのより便利な方法は、導電性インクの印刷（例えば、インクジェット印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷、またはフレキソ印刷）に基づく。このようなインクは、通常は、ポリマー溶液またはコロイド金属粒子のナノ分散液から構成されている。このような方法には、追加のパターニングステップを用いずに、導電性トラックを所望のサイズおよび形状で作成できるという利点がある。しかしながら、基板にコロイド金属粒子またはポリマーを塗布後、塗布した材料を導電性にするために熱処理が必要とされる。コロイド金属粒子の場合は、安定分散液を形成するために金属粒子に塗布される有機コーティング剤を除去し、これらの粒子を焼結して高密度の導電性金属トラックにする。ポリマーの場合は、残ったあらゆる溶媒を除去するために熱処理を適用する。このような熱処理は、長い時間（典型的には３０分間を超える）にわたり、比較的高い温度（典型的には１５０℃を上回る）を必要とする。したがって、これらの技法は、最も一般的なポリマー基板上に導電性トラックを塗布する場合には適さない。結果として、無機（例えば、ガラスまたはシリコン）ポリマー基板または高価な特殊なポリマー基板（例えば、ポリイミド）のみを使用することができる。さらに、導電性ポリマーの導電率は、無機の対照物と比較すると、比較的低い。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、さまざまな種類の基板上に導電性トラックを作成するための低温での単純な方法であって、上述の印刷技法と互換性がある方法を提供することである。本方法で作成された導電性トラックは、非常に高い導電率と優れた機械的特性を示す。
【０００８】
本発明により、この目的は、還元ステップが還元剤を含有する酸性溶液を用いて実施される、冒頭の段落に記載した方法によって達成される。
【０００９】
本発明の方法では、製造方法における温度が７０℃未満に維持されることが好ましい。
【００１０】
導電性トラックとは、導電性材料のパターンであり、これはいかなる形状またはサイズであってもよく、ただしトラックの導電率は１メートル当たり１０００ジーメンス（Ｓ／ｍ）を上回るべきであるという制約があるものと理解されるべきである。前記トラックは、それを堆積する基板全体を覆ってもよいが、基板の一部のみを覆ってもよい。さらに、前記トラックは、単一のフィーチャまたは複数のフィーチャとみなすことができる。
【００１１】
本発明において、有機金属化合物とは、金属と炭素原子との間に直接的または間接的化学結合を含有するあらゆる化合物として理解されるべきである。この結合は共有性またはイオン性の性質を有しうる。種々の金属が有機金属化合物を形成することで知られているが、本発明では、単独または組み合わせでの以下の金属：銅、アルミニウム、白金、パラジウム、銀、または金が好適である。前記化合物の有機物の割合は、好適な溶媒中に十分に溶解させることができる程度に大きい割合であるべきである。またこれは、導電性トラックの最終特性に対して制限的な作用を有さない程度に小さい割合であるべきである。本発明の好適な実施形態では、有機金属化合物は、金属カルボキシレートまたは金属チオレートの群に属し、炭素原子の数は４〜２０個である。本発明のより好適な実施形態では、有機金属化合物は金属カルボキシレートの群に属し、炭素原子の数は８〜１２個であり、また炭素骨格は分岐している。本発明のさらに好適な実施形態では、有機金属化合物はネオデカン酸金属塩、最も好ましくはネオデカン酸銀である。
【００１２】
本発明の代替の実施形態では、導電性トラックの膜形成および／または導電率は、有機金属溶液に固体有機化合物を添加することによって改善される。前記化合物は、有機金属化合物と同じ溶媒中に溶解しうる、オリゴマーまたはポリマー成分であってよい。前記化合物の分子量は、少なくとも５００グラム／モルであるべきである。使用することができるオリゴマーまたはポリマーは当業者に既知であり、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＥ）、またはポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）であってもよいが、これらに限定されない。本発明の別の実施形態では、固体有機化合物はポリマー前駆体である。このポリマー前駆体は、少なくとも１個の活性基を有しているべきであり、これは開始剤を添加して、または開始剤を添加せずに、別の活性基と反応しうる。このようなポリマー前駆体の例は当業者に既知であり、重合時にポリマーまたはポリマーネットワークを形成しうるあらゆる種であると理解される。この例には、メチルメタクリレート、エチレン、プロピレン、またはブタジエンがあるが、これらに限定されない。開始剤は、好ましくはＵＶ開始剤であり、これはＵＶ光の吸収時にポリマー前駆体と反応することが可能である。原則として、例えばＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社のあらゆるＩｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）開始剤など、いかなる既知のＵＶ開始剤を典型的な濃度範囲約１〜１０質量％で使用してもよい。
【００１３】
有機金属化合物を基板に塗布するために、有機金属化合物は適切な溶媒に溶解させる。有機金属化合物は、所望の加工方法に要求される粘度や表面張力などの加工パラメータの調整を行なえるように、前記溶媒に十分に可溶性であるべきである。本発明の好適な実施形態では、溶媒は芳香族有機溶媒、例えばトルエンまたはキシレンである。溶媒は有機金属化合物を基板に塗布した後に蒸発させるが、残留溶媒が有機金属層に依然として存在する可能性もある。
【００１４】
有機金属化合物は、溶液から基板に薄層を塗布するために使用することができる既知のいかなる方法によって、溶液から基板に塗布してもよい。堆積の方法としては、いかなる追加のパターニングステップも必要とせずに、目的とする導電性トラックのパターンが直接堆積できるような方法が好適である。トラックを所望のパターンに塗布するために使用できる方法には、例えば、インクジェット印刷、溶液流延法、オフセット印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、スピンコーティング、ドクターブレーディング、ディップコーティング、キャピラリーフィリング、またはスプレーコーティングが含まれる。
【００１５】
有機金属化合物を塗布する基板は、ポリマー基板、セラミック基板、ガラス基板、または金属基板であるが、ただし基板を溶液に曝露している間に、このような有機金属化合物または還元剤を含有する溶液中で前記基板が溶解すべきではないという制約がある。導電性トラックの低温製造方法により、高い温度で分解および／または変形しやすい可撓性の汎用ポリマー基板、例えばポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、あるいは少なくとも８０％のポリ（エチレンテレフタレート）およびトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）を含むもの、または少なくとも８０％トリアセチルセルロースを含むものなどを使用することが可能である。高温焼結が要求されることから、従来技術では、インクジェット印刷などの便利な堆積技法は使用できない。
【００１６】
有機金属化合物を塗布する基板は、いかなる形状またはサイズであってもよい。基板は、例えば、シート、スライド、箔、プレート、繊維、または多孔質膜であってよい。
【００１７】
原則として、導電性は電磁放射に露光せずに達成することができる。一方、そのようなトラックまたは膜の導電率は、照射を受けた対照物と比較してかなり低い。したがって、電磁放射に露光することによって有機金属化合物を活性化することは好ましい。この処理は、還元時間を著しく短くすることも判明している。この露光は、導電性トラックの最終特性へのいかなる重大な変化も伴わずに、周囲条件下または任意の不活性雰囲下で実施することができる。電磁照射は、波長範囲２００〜１０００ｎｍ、好ましくは２５０〜４５０ｎｍの光源に露光することによって実行する。本発明のより好適な実施形では、露光に使用する光はＵＶ光である。
【００１８】
実施例で使用する光源は、高圧水銀蒸気光源である。スペクトルはフィルターを用いずに使用し、（この種のランプで普通であるように）３６５ｎｍでピーク発光を示す。このランプの主要部は、２５０〜４５０ｎｍで発光する。
【００１９】
好適には、露光量１〜１０Ｊ／ｃｍ２の波長３２０〜３９０ｎｍの光を使用する。波長２００〜３００ｎｍの光源を使用する場合、露光量は０．１〜１Ｊ／ｃｍ２まで減少させることができる。
【００２０】
「重大」なのは露光量（強度×時間）であり、光源の強度だけではないことは当業者に既知である。また、要求される露光量は、使用する有機金属化合物の吸収スペクトルによって異なる。これは、より高エネルギーのＵＶ光（＜３００ｎｍ）は、通常はより低エネルギーのＵＶ光（３００〜４００ｎｍ）よりもより容易に吸収されることを意味する。
【００２１】
実際に、日光のみで、露光ステップの役割を果たすのに十分となりうる。必要であれば、日常的な試行によって、要求される露光量および露光時間を容易に決定することができる。
【００２２】
代替の実施形態では、有機金属化合物を電磁放射に局所的に露光することによって、有機金属化合物の一部のみを活性化する。これは例えば、フォトリソグラフィックＵＶマスク露光またはホログラフィックＵＶ露光を用いて行なうことができる。このパターン化された露光の結果、有機金属膜に潜像が作成される。この潜像は、露光部分と非露光部分との間の還元速度の違いを特徴とする。したがって、還元ステップにおいて、露光部分は非露光部分よりも容易に還元されて導電性トラックとなる。好適には、適当な溶媒、例えばトルエン、キシレン、またはイソプロパノールなどを用いて、非露光部分に残った材料を除去する。
【００２３】
最終ステップでは、有機金属化合物と固体有機化合物とを含む層を還元剤を含有する酸性溶液に曝露する。前記溶液に使用する溶媒は、関連する時間規模（典型的には５分未満）で、基板および／または照射されたトラックを溶解したり、あるいはこれらにその他の有害な影響を与えるべきではない。本発明の好適な実施形態では、溶媒は水および／またはアルコールである。金属イオンを金属に還元するために使用する還元剤は、金属イオンの還元をもたらすのに適当な酸化／還元電位を有するべきである。基板上および／または導電性トラック上にこれらの化学物質の望ましくない残留物が堆積するのを防止するために、還元剤およびその酸化誘導体は上述の溶媒組成物に十分に可溶性であるべきである。またこれらは、関連する時間規模（典型的には５分未満）で、使用された基板にいかなる有害な影響も与えるべきではない。本発明の好適な実施形態では、還元剤は、フェノール化合物またはその誘導体（例えば、ハイドロキノン、メトール、ｐ−アミノフェノール、ピロガロール、カテコール、アミドール）、および／またはアスコルビン酸、ギ酸、あるいはホウ酸である。これらの物質は、単独で、または組み合わせて使用することができる。本発明のより好適な実施形態では、還元剤は、ハイドロキノンまたはその誘導体である。
【００２４】
好ましくは、還元剤は、ほぼ０．０１〜５モル／リットル程度、より好ましくは０．１〜２モル／リットルの濃度で使用する。
【００２５】
還元剤が酸性特性を有する場合（ハイドロキノンまたはアスコルビン酸）、この化合物を適切な溶媒、例えばアルコールおよび／または水に単に溶解するだけで十分であろう。あるいは、適量の硫酸または水酸化ナトリウムを還元剤の溶液に添加することによって、溶液の酸性性質を得ることもできる。還元性溶液のｐＨは、２〜７未満、例えば６．９が最適であることが判明している。本発明の好適な実施形態では、還元性溶液のｐＨは２．５〜６であり、さらに好適な実施形態では、還元性溶液のｐＨは３〜５である。
【００２６】
希釈していないアルコールの場合、これはＣ２Ｈ５Ｏ−およびＨ＋の形成をもたらす（Ｃ２Ｈ５ＯＨ２＋を形成する）。Ｈ＋は電位差を生じ、これはｐＨメーターで測定される。
【００２７】
添加剤は、還元性溶液の使用寿命を長くするために、および／または還元時間を短くするために使用することができる。これらの例は当業者に既知であり、例えば亜硫酸ナトリウムおよび炭酸ナトリウムであってよいが、これらに限定されない。還元ステップでは、溶液を基板に接触させるいかなる方法を用いてもよい。これには例えば、ディップコーティングおよびスプレーコーティングがある。
【００２８】
ＰＥＴなどの汎用プラスチックで作られた基板との適合性を確保するために、上述のような方法全体を低温で実施してもよく、この温度は一般に１００℃未満である。本発明の好適な実施形態では、方法を０℃〜７０℃で実施する。本発明のより好適な実施形態では、方法を１５℃〜４０℃で実施する。
【００２９】
驚くべきことに、本発明による方法で製造した導電性トラックは、機械的荷重下で（曲げ試験および引張り試験において）、その高い導電率を維持することが判明した。したがって、これらのトラックは、可撓性基板と理想的な組み合わせを形成する。
【００３０】
決して本発明を制限するものではないが、説明の目的で、いつくかの実施例を以下に挙げる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ＩＴＯ電極を有するねじれネマチックセル（灰色の曲線）、および本発明による方法で作成された電極を有するセル（黒色の曲線）のスイッチング電圧の測定値を表わす図である。
【図２】図１で使用されているものと同じセルのスイッチング電圧３Ｖでのスイッチング速度（開閉）の測定値を表わす図である。
【図３】本発明による方法で得られた４本のトラックを示す写真である。
【図４】本発明による方法で得られたトラックの４端子プローブ測定によるＩ−Ｖ曲線を示す図である。
【図５】本発明による導電性トラックを含む膜のひずみの関数としての応力および抵抗を表わす図である。
【図６】本発明による導電性トラックを含む３×３膜の繰り返し荷重時の抵抗を表わす図である。
【図７】本発明による方法で得られた導電性トラックの還元浴のｐＨの関数としての抵抗を表わす図である。
【図８】フォトリソグラフィによって得られたさまざまなサイズの導電性トラックの顕微鏡画像を示している。顕微鏡画像は、反射で撮影した。
【００３２】
実施例
実施例１：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。この溶液を３×３ｃｍのホウケイ酸ガラススライド上に４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコートした。次に、このスライドを１．６質量％のハイドロキノン水溶液に５分間浸漬して、得られたネオデカン酸銀層を還元し、その後これらのスライドをまず脱塩水で、続いてイソプロパノールで洗浄した。最後に、圧縮窒素を用いてスライドを乾燥させた。ポリイミド前駆体をこれらの電極の上部にスピンコートし、真空下、１８０℃で１２０分間硬化させた。次にベルベット布を用いて、このポリイミドに一軸ラビング処理を行った。５μｍのスペーサを含有するＵＶ硬化性接着剤を用いて、ラビング方向が互いに垂直となるように２つの基板を接着して、ＴＮ ＬＣセルを作成した。ＩＴＯ電極に基づくＬＣセルを同じ手順で作成した。これらのセルにＬＣ材料であるＥ７（Ｍｅｒｃｋ）を毛管力によって充填し、その後これらの電極をインジウム半田で接合した。ＤＭＳ ７０３ Ａｕｔｒｏｎｉｃ（Ｍｅｌｃｈｅｒｓ ＧｍｂＨ）とＣＣＤ−Ｓｐｅｃｔ−２カメラとを組み合わせて使用し、ＬＣセルのスイッチング特性を測定した。図１および２は、これらの測定の結果を示している。本発明による方法で得られた電極がＩＴＯで作成した電極と同様のスイッチング特性を示していることがわかる。
【００３３】
実施例２：
ネオデカン酸銀をキシレン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。インクジェット印刷によって、この溶液を厚さ５０ミクロンのＰＥＴ箔基板に塗布してラインパターンを形成した。次に、このラインパターンをＵＶ光源（強度０．５Ｗ／ｃｍ２）に１０秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液に、このパターンを含むＰＥＴ箔を１５秒間ディップすることで、パターンを還元して導電性トラックにした。上述の全方法は、室温で実施した。図３は、このようにして形成した４本のトラックを示している。トラックの長さは２ｃｍ、幅は２００μｍ、高さは１μｍであった。これらのラインをいくらかの銀ペーストで接続した。４本全てのライン上の抵抗を同時に測定し、１８Ωであることがわかった。単一のトラックの導電率（Ｓ／ｍ）は、トラックの長さ（２ｃｍ）をこの距離上のトラックの抵抗（１８Ω）とトラックの断面積（４×２００μｍ×１μｍ＝８００μｍ２）とで除することによって計算した。これは、以下に等しい：
σ（Ｓ／ｍ）＝２×１０−２／（１８×８００×１０−１２）＝１．４×１０６Ｓ／ｍ
【００３４】
実施例３：
ネオデカン酸銀をキシレン中に、質量比それぞれ１：２で溶解した。インクジェット印刷によって、この溶液をホウケイ酸ガラス基板に塗布してラインパターンを形成した。次に、このラインパターンをＵＶ光源（強度０．５Ｗ／ｃｍ２）に１０秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液に、このパターンを含む基板を１５秒間ディップすることで、パターンを還元して導電性トラックにした。上述の全方法は、室温で実施した。このような印刷されたトラック（長さ１ｃｍ、幅１２７μｍ、高さ１３１ｎｍ）１本の抵抗を４端子プローブ法を用いて測定した。得られたＩ−Ｖ曲線を図４に示す。抵抗は、９２．２Ωと計算された。この値から、実施例２に示したものと同じ方法で、導電率が６．５×１０６Ｓ／ｍと計算された。
【００３５】
実施例４：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。これに０．６質量％のポリスチレン（ＭＷ３６８０ｇ／ｍｏｌ）を添加して、溶解させた。この溶液をスピンコーティング（２０００ｒｐｍ、６０秒間）によって、厚さ５０ミクロンのＰＥＴ箔基板に塗布した。次に、得られたネオデカン酸銀の膜とＰＥＴ基板とをＵＶ光源（強度０．５Ｗ／ｃｍ２）に１０秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液に、露光した膜とＰＥＴ基板とを１５秒間ディップすることで、露光したネオデカン酸銀膜を還元して導電性膜にした。ここでは導電性膜は、本発明に記述されているように、導電性トラックであるとみなした。上述の方法は、室温で実施した。
【００３６】
ＰＥＴ基板の上部に得られた導電性膜の抵抗を機械的荷重下で試験した。これらの試験は、ＣａｉｒｎｓおよびＣｒａｗｆｏｒｄ（Ｃａｉｒｎｓ， Ｃｒａｗｆｏｒｄ， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ ２００５， ９３（８）， １４５１ −１４５８）によって記載されているとおりに実施した。図５には、２０％ひずみまで引張ったときの抵抗への影響を示している。５％ひずみまでは抵抗の上昇がないことが認められた。５％ひずみ後に抵抗は上昇するが、およそ１００％ひずみで試料が破損したとき（グラフには示さない）、抵抗は依然としてわずか約１６０Ωであった。挿入図は、試験試料の形状を示している。また、ＰＥＴ基板の上部に得られた導電性膜には、疲労試験も行なった。ここでは、直径３．７５ｃｍのシリンダーに試料を１２，０００回巻き付けた。図６は、１２，０００サイクル後でも、抵抗に認められる変化がなかったことを示している。図５および６はどちらも、ＰＥＴ基板の上部に得られた導電性膜が、非常に良好な機械的特性を有することを示している。
【００３７】
実施例５：
ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液に、適量の硫酸または水酸化ナトリウムを添加して、さまざまなｐＨ（１．１〜８．７）の還元性溶液を製造した。ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。この溶液をスピンコーティング（４０００ｒｐｍ、３０秒間）によって、３×３ｃｍの厚さ５０ミクロンのＰＥＴ箔基板に塗布した。次に、得られたネオデカン酸銀の膜とＰＥＴ基板とをＵＶ光源（強度０．５Ｗ／ｃｍ２）に１０秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、露光した膜とＰＥＴ基板とを製造した還元性溶液に１５秒間ディップすることで、露光したネオデカン酸銀膜を還元して導電性膜にした。上述の全方法は、室温で実施した。図７は、還元性溶液のｐＨに対してプロットした、各膜の導電率を示している。還元性溶液の理想ｐＨ領域は、２．５〜６．５であることがわかる。ｐＨ値２．３未満では、導電率は測定できなかった。
【００３８】
実施例６：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。直径１ｍｍのポリエチレン繊維をこの溶液に通すことによって、この繊維をネオデカン酸銀でコートした。次のステップでは、コートした繊維をＵＶ光源（強度０．０５Ｗ／ｃｍ２）に１００秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液にこの繊維を１５秒間で通して、活性化させたネオデカン酸銀を還元して導電性トラックにした。上述の全方法は、室温で実施した。作成された導電性繊維は、抵抗約３Ωｃｍ−１を有した。
【００３９】
実施例７：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。この溶液をホウケイ酸ガラス基板上にスピンコートした。次のステップでは、コートした基板をＵＶ光源（強度０．０５Ｗ／ｃｍ２）に１００秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、アスコルビン酸１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液にこの繊維を１５秒間で通して、活性化させたネオデカン酸銀を還元して導電性トラックにした。上述の全方法は、室温で実施した。
【００４０】
実施例８：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。この溶液をホウケイ酸ガラス基板上にスピンコートした。次のステップでは、コートした基板をＵＶ光源（強度０．０５Ｗ／ｃｍ２）に１００秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、ピロカテコール１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液にこの繊維を１５秒間で通して、活性化させたネオデカン酸銀を還元して導電性トラックにした。上述の全方法は、室温で実施した。
【００４１】
実施例９：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。この溶液をホウケイ酸ガラス基板の上部に、３０００ｒｐｍでスピンコートした。続いて、得られた個体膜をフォトリソグラフィ用ラインマスク（０．５ｍｍ周期、充填比０．５）を通してＵＶ光源（強度０．０５Ｗ／ｃｍ２）に１２０秒間露光して、ネオデカン酸銀を局所的に活性化させた。パターン露光ステップ後、ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％を含有する溶液に、ネオデカン酸銀膜を１５秒間ディップした。このステップにおいて、露光部分は十分な速度で還元されて導電性銀トラックになったが、非露光部分は非導電性のままであり、イソプロパノールで膜全体を濯ぐことによって依然として除去することができた。上述の全方法は、室温で実施した。このようなフォトリソグラフィによって得られたトラック（長さ１ｃｍ、幅２５０μｍ、高さ２００ｎｍ）１本の抵抗は、約４７Ωと測定された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機金属化合物を溶液から基板上に塗布するコーティングステップと、還元ステップとを含む、導電性トラックの製造方法に関する。本発明の中で、前記還元ステップは作成ステップとも考えられ、このステップでは非導電性トラックまたは膜から導電性トラックまたは膜を作成する。場合によっては、有機金属化合物は、還元ステップ前に、電磁放射に露光することによって活性化してもよい。
【０００２】
導電性トラックは、現在、電子回路（例えば、コンピュータおよびディスプレイ）やアンテナから帯電防止膜まで、さまざまな用途で、主要要素の１つとして利用されている。これらのトラックは、導電性金属（例えば、銅、銀、または金）、セラミックス（例えば、ＩＴＯ）、またはポリマー（例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））から作製され、多様なサイズおよび形状で、さまざまな方法によって製造することができる。
【０００３】
導電性トラックを作成するための従来の方法は、例えば化学気相堆積もしくは物理気相堆積によって、基板上に導電性層を堆積するステップを含む。次に、その導電性層の上に感光性コーティングを堆積し、そのコーティングを局所的に露光する。この局所露光において、感光性層の露光部分と非露光部分とに溶解性の差が生じ、可溶性部分は、その後適当な溶媒を用いて除去する。次のステップでは、導電性層を強力なエッチング液に曝露し、残った感光性コーティングで保護されていない部分を除去する。最終ステップでは、別の溶媒を用いて、残った感光性コーティングを除去する。この方法を使用して、さまざまな種類の基板上に、小さいフィーチャで明瞭な導電性トラックを作成することができるが、この方法は包括的であり、非常に費用がかかる。さらに、加工ステップのほとんどは、バッチ式でしか利用できず、この技法はロール・ツー・ロール加工方式には適さない。
【０００４】
前の方法で説明したステップの数を減らすために、ＵＳ２００３／２０７５６８から代替の方法が公知であるが、ここでは感光性コーティング剤としての特別な有機金属化合物と、導電性金属前駆体とが開示さている。この化合物は、式ＭＬＬ’Ｘ（式中、Ｍは金属であり、Ｌは中性配位子であり、Ｌ’は負に帯電した配位子であり、Ｘは陰イオンである）によって定義される。この化合物を溶液から基板に塗布し、フォトリソグラフィ用マスクを通して局所的に露光して、導電性部分を作成する。最終ステップでは、材料を適切な溶媒に曝露することによって、露光されていない非導電性部分を除去する。
【０００５】
別の方法は、無電解めっきの概念に基づいている。この方法では、基板を続けていくつかの浴に曝露する。まず基板をエッチングし、良好な接着性を確保するために中和し、触媒の吸収を確実にするために活性化する。次に、これを触媒に曝露して導電性層の堆積を促し、導電性層の堆積を改善する促進剤に曝露する。最後に、基板を導電性材料の溶液に曝露して、導電性層を作成する。この方法を用いて、高導電性トラックを作成することができる。しかしながら、この方法は非常に複雑であり、溶液は毒性で非常に強力であることが多い。さらに、この方法は、加工パラメータに非常に敏感であり、わずかに逸脱すると、望ましくない部分に導電性材料が自然に沈着する結果をもたらしうる。
【０００６】
導電性トラックを製造するためのより便利な方法は、導電性インクの印刷（例えば、インクジェット印刷、オフセット印刷、スクリーン印刷、またはフレキソ印刷）に基づく。このようなインクは、通常は、ポリマー溶液またはコロイド金属粒子のナノ分散液から構成されている。このような方法には、追加のパターニングステップを用いずに、導電性トラックを所望のサイズおよび形状で作成できるという利点がある。しかしながら、基板にコロイド金属粒子またはポリマーを塗布後、塗布した材料を導電性にするために熱処理が必要とされる。コロイド金属粒子の場合は、安定分散液を形成するために金属粒子に塗布される有機コーティング剤を除去し、これらの粒子を焼結して高密度の導電性金属トラックにする。ポリマーの場合は、残ったあらゆる溶媒を除去するために熱処理を適用する。このような熱処理は、長い時間（典型的には３０分間を超える）にわたり、比較的高い温度（典型的には１５０℃を上回る）を必要とする。したがって、これらの技法は、最も一般的なポリマー基板上に導電性トラックを塗布する場合には適さない。結果として、無機（例えば、ガラスまたはシリコン）ポリマー基板または高価な特殊なポリマー基板（例えば、ポリイミド）のみを使用することができる。さらに、導電性ポリマーの導電率は、無機の対照物と比較すると、比較的低い。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、さまざまな種類の基板上に導電性トラックを作成するための低温での単純な方法であって、上述の印刷技法と互換性がある方法を提供することである。本方法で作成された導電性トラックは、非常に高い導電率と優れた機械的特性を示す。
【０００８】
本発明により、この目的は、還元ステップが還元剤を含有する酸性溶液を用いて実施される、冒頭の段落に記載した方法によって達成される。
【０００９】
本発明の方法では、製造方法における温度が７０℃未満に維持されることが好ましい。
【００１０】
導電性トラックとは、導電性材料のパターンであり、これはいかなる形状またはサイズであってもよく、ただしトラックの導電率は１メートル当たり１０００ジーメンス（Ｓ／ｍ）を上回るべきであるという制約があるものと理解されるべきである。前記トラックは、それを堆積する基板全体を覆ってもよいが、基板の一部のみを覆ってもよい。さらに、前記トラックは、単一のフィーチャまたは複数のフィーチャとみなすことができる。
【００１１】
本発明において、有機金属化合物とは、金属と炭素原子との間に直接的または間接的化学結合を含有するあらゆる化合物として理解されるべきである。この結合は共有性またはイオン性の性質を有しうる。種々の金属が有機金属化合物を形成することで知られているが、本発明では、単独または組み合わせでの以下の金属：銅、アルミニウム、白金、パラジウム、銀、または金が好適である。前記化合物の有機物の割合は、好適な溶媒中に十分に溶解させることができる程度に大きい割合であるべきである。またこれは、導電性トラックの最終特性に対して制限的な作用を有さない程度に小さい割合であるべきである。本発明の好適な実施形態では、有機金属化合物は、金属カルボキシレートまたは金属チオレートの群に属し、炭素原子の数は４〜２０個である。本発明のより好適な実施形態では、有機金属化合物は金属カルボキシレートの群に属し、炭素原子の数は８〜１２個であり、また炭素骨格は分岐している。本発明のさらに好適な実施形態では、有機金属化合物はネオデカン酸金属塩、最も好ましくはネオデカン酸銀である。
【００１２】
本発明の代替の実施形態では、導電性トラックの膜形成および／または導電率は、有機金属溶液に固体有機化合物を添加することによって改善される。前記化合物は、有機金属化合物と同じ溶媒中に溶解しうる、オリゴマーまたはポリマー成分であってよい。前記化合物の分子量は、少なくとも５００グラム／モルであるべきである。使用することができるオリゴマーまたはポリマーは当業者に既知であり、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＥ）、またはポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）であってもよいが、これらに限定されない。本発明の別の実施形態では、固体有機化合物はポリマー前駆体である。このポリマー前駆体は、少なくとも１個の活性基を有しているべきであり、これは開始剤を添加して、または開始剤を添加せずに、別の活性基と反応しうる。このようなポリマー前駆体の例は当業者に既知であり、重合時にポリマーまたはポリマーネットワークを形成しうるあらゆる種であると理解される。この例には、メチルメタクリレート、エチレン、プロピレン、またはブタジエンがあるが、これらに限定されない。開始剤は、好ましくはＵＶ開始剤であり、これはＵＶ光の吸収時にポリマー前駆体と反応することが可能である。原則として、例えばＣｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社のあらゆるＩｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）開始剤など、いかなる既知のＵＶ開始剤を典型的な濃度範囲約１〜１０質量％で使用してもよい。
【００１３】
有機金属化合物を基板に塗布するために、有機金属化合物は適切な溶媒に溶解させる。有機金属化合物は、所望の加工方法に要求される粘度や表面張力などの加工パラメータの調整を行なえるように、前記溶媒に十分に可溶性であるべきである。本発明の好適な実施形態では、溶媒は芳香族有機溶媒、例えばトルエンまたはキシレンである。溶媒は有機金属化合物を基板に塗布した後に蒸発させるが、残留溶媒が有機金属層に依然として存在する可能性もある。
【００１４】
有機金属化合物は、溶液から基板に薄層を塗布するために使用することができる既知のいかなる方法によって、溶液から基板に塗布してもよい。堆積の方法としては、いかなる追加のパターニングステップも必要とせずに、目的とする導電性トラックのパターンが直接堆積できるような方法が好適である。トラックを所望のパターンに塗布するために使用できる方法には、例えば、インクジェット印刷、溶液流延法、オフセット印刷、スクリーン印刷、フレキソ印刷、スピンコーティング、ドクターブレーディング、ディップコーティング、キャピラリーフィリング、またはスプレーコーティングが含まれる。
【００１５】
有機金属化合物を塗布する基板は、ポリマー基板、セラミック基板、ガラス基板、または金属基板であるが、ただし基板を溶液に曝露している間に、このような有機金属化合物または還元剤を含有する溶液中で前記基板が溶解すべきではないという制約がある。導電性トラックの低温製造方法により、高い温度で分解および／または変形しやすい可撓性の汎用ポリマー基板、例えばポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、あるいは少なくとも８０％のポリ（エチレンテレフタレート）およびトリアセチルセルロース（ＴＡＣ）を含むもの、または少なくとも８０％トリアセチルセルロースを含むものなどを使用することが可能である。高温焼結が要求されることから、従来技術では、インクジェット印刷などの便利な堆積技法は使用できない。
【００１６】
有機金属化合物を塗布する基板は、いかなる形状またはサイズであってもよい。基板は、例えば、シート、スライド、箔、プレート、繊維、または多孔質膜であってよい。
【００１７】
原則として、導電性は電磁放射に露光せずに達成することができる。一方、そのようなトラックまたは膜の導電率は、照射を受けた対照物と比較してかなり低い。したがって、電磁放射に露光することによって有機金属化合物を活性化することは好ましい。この処理は、還元時間を著しく短くすることも判明している。この露光は、導電性トラックの最終特性へのいかなる重大な変化も伴わずに、周囲条件下または任意の不活性雰囲下で実施することができる。電磁照射は、波長範囲２００〜１０００ｎｍ、好ましくは２５０〜４５０ｎｍの光源に露光することによって実行する。本発明のより好適な実施形では、露光に使用する光はＵＶ光である。
【００１８】
実施例で使用する光源は、高圧水銀蒸気光源である。スペクトルはフィルターを用いずに使用し、（この種のランプで普通であるように）３６５ｎｍでピーク発光を示す。このランプの主要部は、２５０〜４５０ｎｍで発光する。
【００１９】
好適には、露光量１〜１０Ｊ／ｃｍ２の波長３２０〜３９０ｎｍの光を使用する。波長２００〜３００ｎｍの光源を使用する場合、露光量は０．１〜１Ｊ／ｃｍ２まで減少させることができる。
【００２０】
「重大」なのは露光量（強度×時間）であり、光源の強度だけではないことは当業者に既知である。また、要求される露光量は、使用する有機金属化合物の吸収スペクトルによって異なる。これは、より高エネルギーのＵＶ光（＜３００ｎｍ）は、通常はより低エネルギーのＵＶ光（３００〜４００ｎｍ）よりもより容易に吸収されることを意味する。
【００２１】
実際に、日光のみで、露光ステップの役割を果たすのに十分となりうる。必要であれば、日常的な試行によって、要求される露光量および露光時間を容易に決定することができる。
【００２２】
代替の実施形態では、有機金属化合物を電磁放射に局所的に露光することによって、有機金属化合物の一部のみを活性化する。これは例えば、フォトリソグラフィックＵＶマスク露光またはホログラフィックＵＶ露光を用いて行なうことができる。このパターン化された露光の結果、有機金属膜に潜像が作成される。この潜像は、露光部分と非露光部分との間の還元速度の違いを特徴とする。したがって、還元ステップにおいて、露光部分は非露光部分よりも容易に還元されて導電性トラックとなる。好適には、適当な溶媒、例えばトルエン、キシレン、またはイソプロパノールなどを用いて、非露光部分に残った材料を除去する。
【００２３】
最終ステップでは、有機金属化合物と固体有機化合物とを含む層を還元剤を含有する酸性溶液に曝露する。前記溶液に使用する溶媒は、関連する時間規模（典型的には５分未満）で、基板および／または照射されたトラックを溶解したり、あるいはこれらにその他の有害な影響を与えるべきではない。本発明の好適な実施形態では、溶媒は水および／またはアルコールである。金属イオンを金属に還元するために使用する還元剤は、金属イオンの還元をもたらすのに適当な酸化／還元電位を有するべきである。基板上および／または導電性トラック上にこれらの化学物質の望ましくない残留物が堆積するのを防止するために、還元剤およびその酸化誘導体は上述の溶媒組成物に十分に可溶性であるべきである。またこれらは、関連する時間規模（典型的には５分未満）で、使用された基板にいかなる有害な影響も与えるべきではない。本発明の好適な実施形態では、還元剤は、フェノール化合物またはその誘導体（例えば、ハイドロキノン、メトール、ｐ−アミノフェノール、ピロガロール、カテコール、アミドール）、および／またはアスコルビン酸、ギ酸、あるいはホウ酸である。これらの物質は、単独で、または組み合わせて使用することができる。本発明のより好適な実施形態では、還元剤は、ハイドロキノンまたはその誘導体である。
【００２４】
好ましくは、還元剤は、ほぼ０．０１〜５モル／リットル程度、より好ましくは０．１〜２モル／リットルの濃度で使用する。
【００２５】
還元剤が酸性特性を有する場合（ハイドロキノンまたはアスコルビン酸）、この化合物を適切な溶媒、例えばアルコールおよび／または水に単に溶解するだけで十分であろう。あるいは、適量の硫酸または水酸化ナトリウムを還元剤の溶液に添加することによって、溶液の酸性性質を得ることもできる。還元性溶液のｐＨは、２〜７未満、例えば６．９が最適であることが判明している。本発明の好適な実施形態では、還元性溶液のｐＨは２．５〜６であり、さらに好適な実施形態では、還元性溶液のｐＨは３〜５である。
【００２６】
希釈していないアルコールの場合、これはＣ２Ｈ５Ｏ−およびＨ＋の形成をもたらす（Ｃ２Ｈ５ＯＨ２＋を形成する）。Ｈ＋は電位差を生じ、これはｐＨメーターで測定される。
【００２７】
添加剤は、還元性溶液の使用寿命を長くするために、および／または還元時間を短くするために使用することができる。これらの例は当業者に既知であり、例えば亜硫酸ナトリウムおよび炭酸ナトリウムであってよいが、これらに限定されない。還元ステップでは、溶液を基板に接触させるいかなる方法を用いてもよい。これには例えば、ディップコーティングおよびスプレーコーティングがある。
【００２８】
ＰＥＴなどの汎用プラスチックで作られた基板との適合性を確保するために、上述のような方法全体を低温で実施してもよく、この温度は一般に１００℃未満である。本発明の好適な実施形態では、方法を０℃〜７０℃で実施する。本発明のより好適な実施形態では、方法を１５℃〜４０℃で実施する。
【００２９】
驚くべきことに、本発明による方法で製造した導電性トラックは、機械的荷重下で（曲げ試験および引張り試験において）、その高い導電率を維持することが判明した。したがって、これらのトラックは、可撓性基板と理想的な組み合わせを形成する。
【００３０】
決して本発明を制限するものではないが、説明の目的で、いつくかの実施例を以下に挙げる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ＩＴＯ電極を有するねじれネマチックセル（灰色の曲線）、および本発明による方法で作成された電極を有するセル（黒色の曲線）のスイッチング電圧の測定値を表わす図である。
【図２】図１で使用されているものと同じセルのスイッチング電圧３Ｖでのスイッチング速度（開閉）の測定値を表わす図である。
【図３】本発明による方法で得られた４本のトラックを示す写真である。
【図４】本発明による方法で得られたトラックの４端子プローブ測定によるＩ−Ｖ曲線を示す図である。
【図５】本発明による導電性トラックを含む膜のひずみの関数としての応力および抵抗を表わす図である。
【図６】本発明による導電性トラックを含む３×３膜の繰り返し荷重時の抵抗を表わす図である。
【図７】本発明による方法で得られた導電性トラックの還元浴のｐＨの関数としての抵抗を表わす図である。
【図８】フォトリソグラフィによって得られたさまざまなサイズの導電性トラックの顕微鏡画像を示している。顕微鏡画像は、反射で撮影した。
【００３２】
実施例
実施例１：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。この溶液を３×３ｃｍのホウケイ酸ガラススライド上に４０００ｒｐｍで３０秒間スピンコートした。次に、このスライドを１．６質量％のハイドロキノン水溶液に５分間浸漬して、得られたネオデカン酸銀層を還元し、その後これらのスライドをまず脱塩水で、続いてイソプロパノールで洗浄した。最後に、圧縮窒素を用いてスライドを乾燥させた。ポリイミド前駆体をこれらの電極の上部にスピンコートし、真空下、１８０℃で１２０分間硬化させた。次にベルベット布を用いて、このポリイミドに一軸ラビング処理を行った。５μｍのスペーサを含有するＵＶ硬化性接着剤を用いて、ラビング方向が互いに垂直となるように２つの基板を接着して、ＴＮ ＬＣセルを作成した。ＩＴＯ電極に基づくＬＣセルを同じ手順で作成した。これらのセルにＬＣ材料であるＥ７（Ｍｅｒｃｋ）を毛管力によって充填し、その後これらの電極をインジウム半田で接合した。ＤＭＳ ７０３ Ａｕｔｒｏｎｉｃ（Ｍｅｌｃｈｅｒｓ ＧｍｂＨ）とＣＣＤ−Ｓｐｅｃｔ−２カメラとを組み合わせて使用し、ＬＣセルのスイッチング特性を測定した。図１および２は、これらの測定の結果を示している。本発明による方法で得られた電極がＩＴＯで作成した電極と同様のスイッチング特性を示していることがわかる。
【００３３】
実施例２：
ネオデカン酸銀をキシレン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。インクジェット印刷によって、この溶液を厚さ５０ミクロンのＰＥＴ箔基板に塗布してラインパターンを形成した。次に、このラインパターンをＵＶ光源（強度０．５Ｗ／ｃｍ２）に１０秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液に、このパターンを含むＰＥＴ箔を１５秒間ディップすることで、パターンを還元して導電性トラックにした。上述の全方法は、室温で実施した。図３は、このようにして形成した４本のトラックを示している。トラックの長さは２ｃｍ、幅は２００μｍ、高さは１μｍであった。これらのラインをいくらかの銀ペーストで接続した。４本全てのライン上の抵抗を同時に測定し、１８Ωであることがわかった。単一のトラックの導電率（Ｓ／ｍ）は、トラックの長さ（２ｃｍ）をこの距離上のトラックの抵抗（１８Ω）とトラックの断面積（４×２００μｍ×１μｍ＝８００μｍ２）とで除することによって計算した。これは、以下に等しい：
σ（Ｓ／ｍ）＝２×１０−２／（１８×８００×１０−１２）＝１．４×１０６Ｓ／ｍ
【００３４】
実施例３：
ネオデカン酸銀をキシレン中に、質量比それぞれ１：２で溶解した。インクジェット印刷によって、この溶液をホウケイ酸ガラス基板に塗布してラインパターンを形成した。次に、このラインパターンをＵＶ光源（強度０．５Ｗ／ｃｍ２）に１０秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液に、このパターンを含む基板を１５秒間ディップすることで、パターンを還元して導電性トラックにした。上述の全方法は、室温で実施した。このような印刷されたトラック（長さ１ｃｍ、幅１２７μｍ、高さ１３１ｎｍ）１本の抵抗を４端子プローブ法を用いて測定した。得られたＩ−Ｖ曲線を図４に示す。抵抗は、９２．２Ωと計算された。この値から、実施例２に示したものと同じ方法で、導電率が６．５×１０６Ｓ／ｍと計算された。
【００３５】
実施例４：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。これに０．６質量％のポリスチレン（ＭＷ３６８０ｇ／ｍｏｌ）を添加して、溶解させた。この溶液をスピンコーティング（２０００ｒｐｍ、６０秒間）によって、厚さ５０ミクロンのＰＥＴ箔基板に塗布した。次に、得られたネオデカン酸銀の膜とＰＥＴ基板とをＵＶ光源（強度０．５Ｗ／ｃｍ２）に１０秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液に、露光した膜とＰＥＴ基板とを１５秒間ディップすることで、露光したネオデカン酸銀膜を還元して導電性膜にした。ここでは導電性膜は、本発明に記述されているように、導電性トラックであるとみなした。上述の方法は、室温で実施した。
【００３６】
ＰＥＴ基板の上部に得られた導電性膜の抵抗を機械的荷重下で試験した。これらの試験は、ＣａｉｒｎｓおよびＣｒａｗｆｏｒｄ（Ｃａｉｒｎｓ， Ｃｒａｗｆｏｒｄ， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ ２００５， ９３（８）， １４５１ −１４５８）によって記載されているとおりに実施した。図５には、２０％ひずみまで引張ったときの抵抗への影響を示している。５％ひずみまでは抵抗の上昇がないことが認められた。５％ひずみ後に抵抗は上昇するが、およそ１００％ひずみで試料が破損したとき（グラフには示さない）、抵抗は依然としてわずか約１６０Ωであった。挿入図は、試験試料の形状を示している。また、ＰＥＴ基板の上部に得られた導電性膜には、疲労試験も行なった。ここでは、直径３．７５ｃｍのシリンダーに試料を１２，０００回巻き付けた。図６は、１２，０００サイクル後でも、抵抗に認められる変化がなかったことを示している。図５および６はどちらも、ＰＥＴ基板の上部に得られた導電性膜が、非常に良好な機械的特性を有することを示している。
【００３７】
実施例５：
ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液に、適量の硫酸または水酸化ナトリウムを添加して、さまざまなｐＨ（１．１〜８．７）の還元性溶液を製造した。ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。この溶液をスピンコーティング（４０００ｒｐｍ、３０秒間）によって、３×３ｃｍの厚さ５０ミクロンのＰＥＴ箔基板に塗布した。次に、得られたネオデカン酸銀の膜とＰＥＴ基板とをＵＶ光源（強度０．５Ｗ／ｃｍ２）に１０秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、露光した膜とＰＥＴ基板とを製造した還元性溶液に１５秒間ディップすることで、露光したネオデカン酸銀膜を還元して導電性膜にした。上述の全方法は、室温で実施した。図７は、還元性溶液のｐＨに対してプロットした、各膜の導電率を示している。還元性溶液の理想ｐＨ領域は、２．５〜６．５であることがわかる。ｐＨ値２．３未満では、導電率は測定できなかった。
【００３８】
実施例６：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。直径１ｍｍのポリエチレン繊維をこの溶液に通すことによって、この繊維をネオデカン酸銀でコートした。次のステップでは、コートした繊維をＵＶ光源（強度０．０５Ｗ／ｃｍ２）に１００秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液にこの繊維を１５秒間で通して、活性化させたネオデカン酸銀を還元して導電性トラックにした。上述の全方法は、室温で実施した。作成された導電性繊維は、抵抗約３Ωｃｍ−１を有した。
【００３９】
実施例７：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。この溶液をホウケイ酸ガラス基板上にスピンコートした。次のステップでは、コートした基板をＵＶ光源（強度０．０５Ｗ／ｃｍ２）に１００秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、アスコルビン酸１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液にこの繊維を１５秒間で通して、活性化させたネオデカン酸銀を還元して導電性トラックにした。上述の全方法は、室温で実施した。
【００４０】
実施例８：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。この溶液をホウケイ酸ガラス基板上にスピンコートした。次のステップでは、コートした基板をＵＶ光源（強度０．０５Ｗ／ｃｍ２）に１００秒間露光して、ネオデカン酸銀を活性化させた。最終ステップでは、ピロカテコール１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％の溶液にこの繊維を１５秒間で通して、活性化させたネオデカン酸銀を還元して導電性トラックにした。上述の全方法は、室温で実施した。
【００４１】
実施例９：
ネオデカン酸銀をトルエン中に、質量比それぞれ２：３で溶解した。この溶液をホウケイ酸ガラス基板の上部に、３０００ｒｐｍでスピンコートした。続いて、得られた個体膜をフォトリソグラフィ用ラインマスク（０．５ｍｍ周期、充填比０．５）を通してＵＶ光源（強度０．０５Ｗ／ｃｍ２）に１２０秒間露光して、ネオデカン酸銀を局所的に活性化させた。パターン露光ステップ後、ハイドロキノン１０質量％、エタノール５４質量％、脱塩水３６質量％を含有する溶液に、ネオデカン酸銀膜を１５秒間ディップした。このステップにおいて、露光部分は十分な速度で還元されて導電性銀トラックになったが、非露光部分は非導電性のままであり、イソプロパノールで膜全体を濯ぐことによって依然として除去することができた。上述の全方法は、室温で実施した。このようなフォトリソグラフィによって得られたトラック（長さ１ｃｍ、幅２５０μｍ、高さ２００ｎｍ）１本の抵抗は、約４７Ωと測定された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機金属化合物を溶液から基板上に塗布するコーティングステップと、還元剤を含有する酸性溶液を用いて実施することを特徴とする還元ステップとを含む、導電性トラックの製造方法。
【請求項２】
前記有機金属化合物の基板上への塗布後であり、かつ前記還元ステップ前に、電磁放射への露光によって前記有機金属化合物を活性化させる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記有機金属化合物を電磁放射に局所的に露光することによって、前記化合物の一部のみを活性化させる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記製造を、０℃〜７０℃、好ましくは１５℃〜４０℃の温度範囲で実施する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記有機金属化合物が金属カルボキシレートである、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記有機金属化合物が金属チオレートである、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記有機金属化合物がネオデカン酸銀である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記有機金属化合物を非極性溶媒中に溶解させる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記基板がポリマー基板である、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記基板が少なくとも８０％のポリ（エチレンテレフタレート）を含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記基板が少なくとも８０％のトリアセチルセルロースを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記基板が、シートまたは繊維など、任意の形状およびサイズを有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記電磁放射の供給源が、波長範囲２００〜１０００ｎｍの光である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記電磁放射の供給源が、波長範囲２５０〜４５０ｎｍの光である、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記還元性溶液中の還元剤が、単独または組み合わせでの、フェノール化合物またはその誘導体、アスコルビン酸、ギ酸、またはホウ酸である、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記還元剤が、ハイドロキノンまたはその誘導体である、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記還元剤を、水とアルコールとの混合物に溶解させる、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
固体有機化合物を前記有機金属化合物を含有する溶液に添加する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
前記固体有機化合物が、ポリマー性、オリゴマー性、またはモノマー性である、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記固体有機化合物が、前記モノマー性化合物と重合開始剤との混合物である、請求項１８または１９記載の方法。
【請求項２１】
前記重合開始剤がＵＶ開始剤である、請求項２０記載の方法。
【請求項１】
有機金属化合物を溶液から基板上に塗布するコーティングステップと、還元剤を含有する酸性溶液を用いて実施することを特徴とする還元ステップとを含む、導電性トラックの製造方法。
【請求項２】
前記有機金属化合物の基板上への塗布後であり、かつ前記還元ステップ前に、電磁放射への露光によって前記有機金属化合物を活性化させる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記有機金属化合物を電磁放射に局所的に露光することによって、前記化合物の一部のみを活性化させる、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記製造を、０℃〜７０℃、好ましくは１５℃〜４０℃の温度範囲で実施する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記有機金属化合物が金属カルボキシレートである、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記有機金属化合物が金属チオレートである、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記有機金属化合物がネオデカン酸銀である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記有機金属化合物を非極性溶媒中に溶解させる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記基板がポリマー基板である、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記基板が少なくとも８０％のポリ（エチレンテレフタレート）を含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記基板が少なくとも８０％のトリアセチルセルロースを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記基板が、シートまたは繊維など、任意の形状およびサイズを有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記電磁放射の供給源が、波長範囲２００〜１０００ｎｍの光である、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記電磁放射の供給源が、波長範囲２５０〜４５０ｎｍの光である、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記還元性溶液中の還元剤が、単独または組み合わせでの、フェノール化合物またはその誘導体、アスコルビン酸、ギ酸、またはホウ酸である、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記還元剤が、ハイドロキノンまたはその誘導体である、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記還元剤を、水とアルコールとの混合物に溶解させる、請求項１から１６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
固体有機化合物を前記有機金属化合物を含有する溶液に添加する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
前記固体有機化合物が、ポリマー性、オリゴマー性、またはモノマー性である、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記固体有機化合物が、前記モノマー性化合物と重合開始剤との混合物である、請求項１８または１９記載の方法。
【請求項２１】
前記重合開始剤がＵＶ開始剤である、請求項２０記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公表番号】特表２０１１−５０６７７５（Ｐ２０１１−５０６７７５Ａ）
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３８６９６（Ｐ２０１０−５３８６９６）
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０６７７０５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８０６４２
【国際公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（５０９２５７３１８）テヒニッシェ ウニヴェルシテート アイントホーフェン (5)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｉｔ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ
【住所又は居所原語表記】Ｄｅｎ Ｄｏｌｅｃｈ ２， ＮＬ−５６００ ＭＢ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００８／０６７７０５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８０６４２
【国際公開日】平成２１年７月２日（２００９．７．２）
【出願人】（５０９２５７３１８）テヒニッシェ ウニヴェルシテート アイントホーフェン (5)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｅｉｔ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ
【住所又は居所原語表記】Ｄｅｎ Ｄｏｌｅｃｈ ２， ＮＬ−５６００ ＭＢ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]