JP2005505790A - 光画像形成性黒色電極を製造するための水性現像可能な光画像形成性厚膜組成物 - Google Patents

光画像形成性黒色電極を製造するための水性現像可能な光画像形成性厚膜組成物 Download PDF

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Abstract

RuO、ルテニウム系多元酸化物、またはそれらの混合物から選択される伝導性粒子と、325〜600℃の範囲のガラス転移温度を有し、10m/g以下の表面積を有し、粒子の少なくとも85重量%が0.1〜10μmの範囲の粒径を有する無機バインダーとを含む無機材料の微粉砕粒子であって、コポリマー、インターポリマー、またはそれらの混合物である水性現像可能な光架橋性ポリマーであり、各コポリマーまたはインターポリマーが、(1)C1〜10アルキルアクリレート、C1〜10アルキルメタクリレート、スチレン、置換スチレン、またはそれらの組み合わせを含む非酸性コモノマーと、(2)エチレン性不飽和カルボン酸含有部分を含む酸性コモノマーとを含み、前記カルボン酸含有部分の2〜20%が、第1および第2の官能性単位を有する反応性分子と反応され、前記第1の官能性単位はビニル基であり、前記第2の官能性単位は、前記カルボン酸部分と反応することによって化学結合を形成することができ、全ポリマー重量の少なくとも10重量%の酸含有率を有し、ガラス転移温度が50〜150℃の範囲にあり、重量平均分子量が2,000〜250,000の範囲にある前記コポリマー、インターポリマー、またはそれらの混合物を形成する水性現像可能な光架橋性ポリマーと、光開始系と、有機溶媒とを含む有機媒体中に分散された微粉砕粒子を含む、光画像形成性組成物に関する。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、フォトパターニング法で使用するための光画像形成性厚膜組成物に関し、より詳細には、プラズマディスプレイパネルにおける光画像形成性黒色電極の製造に使用される、RuOおよび/またはルテニウム系多元酸化物と光架橋性ポリマーとを使用する組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
より小型でより安価な電子デバイスが製造され、性能のためにより高い解像度が得られることが当業界における傾向であるため、このようなデバイスを製造するために新規な光画像形成性材料の開発が必要となっている。従来のスクリーン印刷法と比較すると、フォトパターニング技術は、均一でより微細な線および空間解像度が得られる。本願特許出願人のフォーデル(FODEL)印刷システムなどのフォトパターニング法は、米国特許公報(特許文献1)、米国特許公報(特許文献2)、および米国特許公報(特許文献3)に見られるような光画像形成性有機媒体を使用しており、この方法によると、最初に基板は光画像形成性厚膜組成物によって完全に覆われ(印刷、吹き付け、コーティング、または積層が行われ)、そして乾燥される。回路パターンの画像は、回路パターンを有するフォトマスクを通して光画像形成性厚膜組成物に化学線を露光することによって形成される。露光した基板は次に現像される。回路パターンの未露光部分は洗い流され、光画像形成された厚膜組成物が基板上に残留し、続いてこれが焼成されて、残留する有機材料は除去され、無機材料は焼結される。このようなフォトパターニング法では、基板の平滑さ、無機粒子の粒径分布、露光、および現像の変量に依存するが、約30μmの線解像度が得られる。このような技術は、プラズマディスプレイパネルの製造に有用であることが分かっている。
【0003】
ACプラズマディスプレイパネル(PDP)装置における画像の解像度および輝度は、電極幅、相互接続する導体のピッチ、および誘電体層の透明性に依存する。電極および相互接続導体パターンの微細な線および空間解像度を得ることは、これらの材料がスクリーン印刷法、スパッタリング法、または化学エッチング法などの従来のパターン形成方法によって適用される場合には困難である。さらに、ディスプレイのコントラストを改善するためには、前面ガラス基板上に配列された電極および導体による外部光の反射を軽減することが重要である。この反射の軽減は、ディスプレイの前板を通して見ると黒色に見える電極および導体を製造することによって最も容易に実現可能である。
【0004】
【特許文献1】
米国特許第4,912,019号明細書
【特許文献2】
米国特許第4,925,771号明細書
【特許文献3】
米国特許第5,049,480号明細書
【特許文献4】
米国特許第5,851,732号明細書
【特許文献5】
米国特許第6,075,319号明細書
【特許文献6】
米国特許第3,583,931号明細書
【特許文献7】
米国特許第3,380,831号明細書
【特許文献8】
米国特許第2,927,022号明細書
【特許文献9】
米国特許第2,760,863号明細書
【特許文献10】
米国特許第2,850,445号明細書
【特許文献11】
米国特許第2,875,047号明細書
【特許文献12】
米国特許第3,097,096号明細書
【特許文献13】
米国特許第3,074,974号明細書
【特許文献14】
米国特許第3,097,097号明細書
【特許文献15】
米国特許第3,145,104号明細書
【特許文献16】
米国特許第3,427,161号明細書
【特許文献17】
米国特許第3,479,185号明細書
【特許文献18】
米国特許第3,549,367号明細書
【特許文献19】
米国特許第4,162,162号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、フォトパターニング法を使用するための光画像形成性厚膜導体組成物を使用することによって製造されるPDP装置に使用するための、光架橋性ポリマーを含有する黒色電極組成物に関し、米国特許公報(特許文献4)および米国特許公報(特許文献5)に記載されるように黒色電極は基板と導体電極配置との間に存在する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、
(I)(a)RuO、ルテニウム系多元酸化物、またはそれらの混合物から選択される伝導性粒子と、
(b)325〜600℃の範囲のガラス転移温度を有し、10m/g以下の表面積を有し、粒子の少なくとも85重量%が0.1〜10μmの範囲の粒径を有する無機バインダーと
を含む無機材料の微粉砕粒子であって、
(II)(a)コポリマー、インターポリマー、またはそれらの混合物である水性現像可能な光架橋性ポリマーであり、各コポリマーまたはインターポリマーが、(1)C1〜10アルキルアクリレート、C1〜10アルキルメタクリレート、スチレン、置換スチレン、またはそれらの組み合わせを含む非酸性コモノマーと、(2)エチレン性不飽和カルボン酸含有部分を含む酸性コモノマーとを含み、前記カルボン酸含有部分の2〜20%が、第1および第2の官能性単位を有する反応性分子と反応され、前記第1の官能性単位はビニル基であり、前記第2の官能性単位は、前記カルボン酸部分と反応することによって化学結合を形成することができ、全ポリマー重量の少なくとも10重量%の酸含有率を有し、ガラス転移温度が50〜150℃の範囲にあり、重量平均分子量が2,000〜250,000の範囲にある前記コポリマー、インターポリマー、またはそれらの混合物を形成する水性現像可能な光架橋性ポリマーと、
(b)光開始系と、
(c)有機溶媒と
を含む有機媒体中に分散された微粉砕粒子を含む、光画像形成性組成物に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0007】
本発明の組成物は、光架橋性ポリマーを、有機媒体中に分散された導電性粒子およびガラスフリットなどの無機材料と併用する。本発明の光画像形成性黒色電極組成物の主要な成分について以下に説明する。
【0008】
(I.無機材料)
(A.導電性粒子)
本発明の伝導性黒色組成物は、RuOおよび/またはルテニウム系多元酸化物を伝導性成分として含有する。伝導性粒子は、任意選択で貴金属、たとえば金、銀、白金、パラジウム、銅、またはそれらの組み合わせを含んでよい。ルテニウム系多元酸化物は、Ru+4、Ir+4、またはそれらの混合物(M”)の多成分化合物であるパイロクロア酸化物の一種であり、次の一般式、
(MBi2−x)(M’M”2−y)O7−z
で表され、
Mは、イットリウム、タリウム、インジウム、カドミウム、鉛、銅、および希土類物質からなる群より選択され、
M’は、白金、チタン、クロム、ロジウム、およびアンチモンからなる群より選択され、
M”は、ルテニウム、イリジウム、またはそれらの混合物であり、
xは0〜2であるが、一価の銅の場合はx≦1であり、
yは0〜0.5であるが、M’がロジウムである場合、または白金、チタン、クロム、ロジウム、およびアンチモンの中の2種類以上である場合は、yは0〜1であり、
zは0〜1であるが、Mが二価の鉛またはカドミウムである場合は、zは少なくともx/2にほぼ等しい。
【0009】
ルテニウムパイロクロア酸化物は米国特許公報(特許文献6)に詳細に記載されており、この記載内容を本明細書に援用する。
【0010】
好ましいルテニウム多元酸化物は、ルテニウム酸ビスマスBiRu、ルテニウム酸鉛PbRu、Pb1.5Bi0.5Ru6.5、PbBiRu6.75、およびGdBiRuである。これらの材料は純粋な形態で容易に入手可能であり、これらの材料はガラスバインダーに悪影響を与えず、空気中で約1000℃に加熱した場合でさえも安定である。酸化ルテニウムおよび/またはルテニウムパイロクロア酸化物は、有機媒体を含む組成物全体の重量を基準にして、4〜50重量%、好ましくは6〜30%、より好ましくは5〜15%、最も好ましくは9〜12%の比率で使用される。
【0011】
本発明の黒色組成物に、任意選択で導電性金属を加えてもよい。実質的にあらゆる形状の金属粉末、たとえば球状粒子およびフレーク(棒、円錐、板状)の金属粉末を本発明の実施にために使用してよい。好ましい金属粉末は金、銀、パラジウム、白金、銅、またはそれらの組み合わせである。好ましくは、粒子は球状である。本発明の分散体は、粒径が0.1μm未満である固形分を有意量含有しないことが必要であることが分かった。この小さな粒径の粒子が存在すると、フィルムまたはその層を焼成して有機媒体を除去し、無機バインダーおよび金属固体を焼結させる場合に、有機媒体を十分に完全焼失させることが困難となる。通常はスクリーン印刷によって適用される厚膜ペーストの製造に本発明の分散体が使用される場合、最大粒径はスクリーンの厚さを超えるべきではない。伝導性固体の少なくとも80重量%が0.5〜10μmの範囲となることが好ましい。
【0012】
さらに、伝導性粒子の表面積は20m/g以下であることが好ましく、好ましくは10m/g以下であり、より好ましくは5m/g以下である。20m/gを超える表面積を有する金属粒子が使用される場合、併用される無機バインダーの焼結特性に悪影響が生じる。適切な焼失を行うことは困難であり、ふくれが発生する場合がある。
【0013】
多くの場合、接着性を向上させるために酸化銅が加えられる。酸化銅は微粉砕粒子の形態で存在すべきであり、好ましくは粒径が約0.1〜5μmの範囲にある。CuOとして存在する場合、酸化銅は全組成物の約0.1〜約3重量%を占め、好ましくは約0.1〜1.0%を示す。一部またはすべてのCuOの代わりに、当モルのCuOを使用してもよい。
【0014】
(B.無機バインダー)
前述の導電性粉末は、有機媒体中に十分に分散され、無機バインダーとともに使用され、任意選択で金属酸化物、セラミックス、および同様の他の粉末または固体などのフィラーも併用される。組成物中の無機バインダーの機能は、焼成後に粒子を互いに結合させ、粒子を基板とも結合させることである。無機バインダーの例としては、ガラスバインダー(フリット)、金属酸化物、およびセラミックスが挙げられる。本発明の組成物に有用なガラスバインダーは、当技術分野で従来使用されているものである。一部の例としては、ホウケイ酸ガラスおよびアルミノケイ酸ガラスが挙げられる。さらに別の例としては、B、SiO、Al、CdO、CaO、BaO、ZnO、SiO、NaO、LiO、PbO、およびZrOなどの酸化物の組み合わせが挙げられ、これらは独立して使用される場合もあるし、ガラスバインダーを形成するために組み合わせて使用される場合もある。厚膜組成物に有用な典型的な金属酸化物は当技術分野で従来使用されており、たとえばZnO、MgO、CoO、NiO、FeO、MnO、およびこれらの組み合わせであってよい。
【0015】
最も好ましく使用されるガラスフリットは、ホウケイ酸塩フリットであり、たとえばホウケイ酸鉛フリット、ビスマス、カドミウム、バリウム、カルシウム、またはその他のアルカリ土類のホウケイ酸塩フリットである。このようなガラスフリットの製造はよく知られており、たとえば、酸化物の形態であるガラスの成分を互いに溶融させ、このように溶融させた組成物を水に投入してフリットを形成する。当然ながらこれらのバッチ成分は、通常のフリット製造条件下で所望の酸化物が得られるあらゆる化合物であってよい。たとえば、三酸化二ホウ素はホウ酸から得られ、二酸化ケイ素はフリントから生成され、酸化バリウムは炭酸バリウムから生成される、などである。フリットの粒径を減少させ、実質的に均一な粒径のフリットを得るために、ガラスは好ましくは水を加えてボールミルで粉砕される。次に、水中で沈降させて、微粒子および微粒子を含む上澄み液が除去される。他の分級方法も同様に使用してよい。
【0016】
ガラスは、所望の成分を所望の比率で混合し、その混合物を加熱して溶融物を得ることによる従来のガラス製造技術によって製造される。当技術分野で公知であるが、加熱は、溶融物が全体的に液体となり均一となるピーク温度および時間で実施される。望ましいガラス転移温度は325〜600℃の範囲にある。
【0017】
好ましくは、無機バインダー粒子の少なくとも85%は、0.1〜10μmの範囲内となる。この理由は、より小さい粒子はより大きな表面積を有し、有機材料を吸着する傾向にあり、そのためきれいな分解が妨害されるからである。一方、より大きな粒径の粒子は、焼結特性がより低くなる傾向にある。好ましくは無機バインダーの全固形分に対する比率は0.1〜0.75であり、より好ましくは0.2〜0.5である。
【0018】
(II.有機媒体)
本発明の有機媒体の主要な目的は、セラミックまたはその他の基板に容易に適用できる形態で、組成物の微粉砕した固形分を分散させるビヒクルとして機能させることである。したがって、第1に有機媒体は、十分な安定性で固形分を分散可能な媒体であることが必要である。第2に、有機媒体のレオロジー特性は、良好な適用特性を分散体に付与するようなレオロジー特性である必要がある。この媒体の主成分について以下に述べる。
【0019】
(A.光架橋性有機ポリマー)
本発明のポリマーバインダーは、本発明の組成物にとって重要である。これらは、水性現像性を有し、高い解像度が得られる。
【0020】
これらは光架橋性ポリマーバインダーである。これらのバインダーは、コポリマー、インターポリマー、またはそれらの混合物から製造され、各コポリマーまたはインターポリマーが、(1)C1〜10アルキルアクリレート、C1〜10アルキルメタクリレート、スチレン、置換スチレン、またはそれらの組み合わせを含む非酸性コモノマーと、(2)エチレン性不飽和カルボン酸含有部分を含む酸性コモノマーとを含み、カルボン酸含有部分の2〜20%は、第1および第2の官能性単位を有する反応性分子と反応され、第1の官能性単位はビニル基であり、第2の官能性単位は、カルボン酸部分と反応して化学結合を形成することができる。ビニル基の例としては、メタクリレート基およびアクリレート基が挙げられるが、これらに限定されるものではない。第2の官能性単位の例としては、エポキシド、アルコール、およびアミンが挙げられるが、これらに限定されるものではない。結果として得られるコポリマー、インターポリマー、またはそれらの混合物は、全ポリマー重量の少なくとも10重量%の酸含有率と、50〜150℃の範囲のガラス転移温度と、2,000〜250,000の範囲の重量平均分子量とを有し、この範囲内のすべての範囲が含まれる。
【0021】
組成物中に酸性コモノマー成分が存在することは、本発明の技術において重要である。酸性官能基があることによって、0.4〜2.0%の炭酸ナトリウム水溶液などの塩基水溶液中で現像可能となる。酸性コモノマーが10%未満の濃度で存在する場合は、組成物は塩基水溶液では完全には洗い流されない。酸性コモノマーが30%を超える濃度で存在すると、組成物は、現像条件下での抵抗性が減少し、画像部分で部分的な現像が起こる。適切な酸性コモノマーとしては、エチレン性不飽和モノカルボン酸、たとえばアクリル酸、メタクリル酸、またはクロトン酸、およびエチレン性不飽和ジカルボン酸、たとえばフマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、ビニルコハク酸、およびマレイン酸、ならびにそれらのヘミエステル、ならびに場合によってはそれらの無水物、ならびにそれらの混合物が挙げられる。低酸素雰囲気で燃焼してより除去しやすいため、メタクリル系ポリマーがアクリル系ポリマーよりも好ましい。
【0022】
非酸性コモノマーが前述のアルキルアクリレートまたはアルキルメタクリレートである場合は、これらの非酸性コモノマーはポリマーバインダーの少なくとも50重量%、好ましくは70〜75重量%を構成することが好ましい。非酸性コモノマーがスチレンまたは置換スチレンである場合は、これらの非酸性コモノマーがポリマーバインダーが50重量%を構成し、残りの50重量%は無水マレイン酸のヘミエステルなどの酸無水物が構成すると好ましい。好ましい置換スチレンはα−メチルスチレンである。
【0023】
好ましいわけではないが、本発明のポリマーバインダーの非酸性部分は、約50重量%までの他の非酸性コモノマーを、本発明のポリマーのアルキルアクリレート部分、アルキルメタクリレート部分、スチレン部分、または置換スチレンの代わりとして含むことができる。例としては、アクリロニトリル、酢酸ビニル、アクリルアミドが挙げられる。しかし、これらは完全に焼失させることがより困難であるので、全ポリマーバインダー中に約25重量%未満でこのようなモノマーが使用されることが好ましい。バインダーとしての1種類のコポリマーまたはコポリマーの組み合わせの使用は、前述の種々の基準をこれらのそれぞれが満たしている限りは認められる。上記のコポリマー以外に、少量の他のポリマーバインダーを加えることもできる。これらの例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブチレン、ポリイソブチレン、およびエチレン−プロピレンコポリマーなどのポリオレフィン、ポリビニルアルコールポリマー(PVA)、ポリビニルピロリドンポリマー(PVP)、ビニルアルコールとビニルピロリドンのコポリマーが挙げられ、さらにはポリエチレンオキシドなどの低級アルキレンオキシドポリマーであるポリエーテルも挙げられる。
【0024】
酸性コモノマーは、 光架橋性官能性単位などの反応性部位を導入するための反応性部位をポリマーに付与する。これは、2〜20%のカルボン酸含有部分を使用して、ビニル基を含有する反応性分子と反応させることによって実現され、以下に概略的に説明される。これに示されるように、最終的なポリマーは繰り返し単位を有する。これらのポリマーは当業者には公知である。
【0025】
【化1】
Figure 2005505790
【0026】
(式中、
、R、およびRは、メチル基または水素、あるいはそれらの混合物であり、
は、直鎖、分岐、または環状のアルキル基であり、このアルキル基は芳香族基または酸素などの他の原子を含んでよく、
はアルキル(C〜C10)である。)
【0027】
本明細書に記載されるポリマーは、一般的に使用される溶液重合技術による当業者のアクリレート重合によって生成することができる。通常、このような酸性アクリレートポリマーの生成は、α−またはβ−エチレン性不飽和酸(酸性コモノマー)を1種類以上の共重合性ビニルモノマー(非酸性コモノマー)と比較的低沸点(75〜150℃)の有機溶媒中で混合して10〜60%のモノマー混合物溶液を得て、続いて、重合触媒を加え、常圧下で溶媒の還流温度まで混合物を加熱することによってモノマーを重合させることで行われる。重合反応が実質的に完了した後に、生成した酸性ポリマー溶液は室温まで冷却される。
【0028】
反応性分子と、フリーラジカル重合防止剤と、触媒触媒とが、前述の冷却したポリマー溶液に加えられる。この溶液を、反応が完了するまで撹拌する。任意選択で、反応を加速するために溶液を加熱してもよい。反応が完了し、反応性分子がポリマー主鎖に化学的に結合した後で、ポリマー溶液を室温まで冷却し、試料を採取し、ポリマーの粘度、分子量、および酸当量を測定する。
【0029】
さらに、本発明のポリマーバインダーの重量平均分子量は2,000〜250,000の範囲にあり、この範囲内のすべての範囲が含まれる。ポリマーバインダーの分子量は用途に依存する。10,000未満の分子量がペースト組成物に一般に有用であり、10,000を超える粘度はテープまたはシートに一般に有用である。分子量が10,000のポリマーは一般にフィルム形成性がより低い。これらを、テープ配合物に使用してもよいが、フィルムまたはテープを形成するためには他の相溶性高分子量ポリマーと混合することが一般には必要となる。
【0030】
組成物中の全ポリマーは、全組成物を基準にして5〜70重量%の範囲にあり、この範囲内のすべての範囲が含まれる。
【0031】
(B.光硬化性モノマー)
従来の光硬化性メタクリレートモノマーを本発明に使用してよい。用途に依存するが、本発明の組成物中にモノマーが含まれることは必ずしも必要とは限らない。モノマー成分は、乾燥光重合性層の全重量を基準にして1〜20重量%の量で存在する。このような好ましいモノマーとしては、t−ブチルアクリレートおよびメタクリレート、1,5−ペンタンジオールジアクリレートおよびジメタクリレート、N,N−ジエチルアミノエチルアクリレートおよびメタクリレート、エチレングリコールジアクリレートおよびジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレートおよびジメタクリレート、ジエチレングリコールジアクリレートおよびジメタクリレート、ヘキサメチレングリコールジアクリレートおよびジメタクリレート、1,3−プロパンジオールジアクリレートおよびジメタクリレート、デカメチレングリコールジアクリレートおよびジメタクリレート(dimethyacrylate)、1,4−シクロヘキサンジオールジアクリレートおよびジメタクリレート、2,2−ジメチロールプロパンジアクリレートおよびジメタクリレート、グリセロールジアクリレートおよびジメタクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレートおよびジメタクリレート、グリセロールトリアクリレートおよびトリメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートおよびトリメタクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレートおよびトリメタクリレート、ポリオキシエチル化トリメチロールプロパントリアクリレートおよびトリメタクリレート、および米国特許公報(特許文献7)に記載されるような同様の化合物、2,2−ジ(p−ヒドロキシ−フェニル)−プロパンジアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレートおよびテトラメタクリレート、2,2−ジ−(p−ヒドロキシフェニル)−プロパンジメタクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、ポリオキシエチル−2,2−ジ−(p−ヒドロキシフェニル)プロパンジメタクリレート、ビスフェノールAのジ−(3−メタクリロキシ−2−ヒドロキシプロピル)エーテル、ビスフェノールAのジ−(2−メタクリロキシエチル)エーテル、ビスフェノールAのジ−(3−アクリロキシ−2−ヒドロキシプロピル)エーテル、ビスフェノールAのジ−(2−アクリロキシエチル)エーテル、1,4−ブタンジオールのジ−(3−メタクリロキシ(methacrloxy)−2−ヒドロキシプロピル)エーテル、トリエチレングリコールジメタクリレート、ポリオキシプロピルトリメチロールプロパントリアクリレート、ブチレングリコールジアクリレートおよびジメタクリレート、1,2,4−ブタントリオールトリアクリレートおよびトリメタクリレート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールジアクリレートおよびジメタクリレート、1−フェニルエチレン−1,2−ジメタクリレート、ジアリルフマレート、スチレン、1,4−ベンゼンジオールジメタクリレート、1,4−ジイソプロペニルベンゼン、および1,3,5−トリイソプロペニルベンゼンが挙げられる。また、有用なものとしては、重量平均分子量が少なくとも300であるエチレン性不飽和化合物、たとえば、2〜15個の炭素原子を有するアルキレングリコールから調製されるアルキレンまたはポリアルキレングリコールジアクリレート、あるいは1〜10個のエーテル結合を有するポリアルキレンエーテルグリコール、および米国特許公報(特許文献8)に開示される化合物、たとえば特に末端結合として存在する場合の複数のフリーラジカル重合性エチレン性結合を有する化合物も挙げられる。特に好ましいモノマーは、ポリオキシエチル化トリメチロールプロパントリアクリレート、エチル化ペンタエリスリトールトリアクリレート、ジペンタエリスリトールモノヒドロキシペンタアクリレート、および1,10−デカンジオールジメタクリレート(dimethlacrylate)である。
【0032】
(C.光開始系)
好適な光開始系は、周囲温度で化学光に曝露することによってフリーラジカルを発生する光開始系である。これらの光開始系としては、共役炭素環構造中に2つの環内炭素原子を有する化合物である置換または未置換の多核キノンが挙げられ、たとえば、2−ベンジル−2−(ジメチルアミノ)−1−(4−モルホリノフェニル)−1−ブタノン、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、9,10−アントラキノン、2−メチルアントラキノン、2−エチルアントラキノン、2−tert−ブチルアントラキノン、オクタメチルアントラキノン、1,4−ナフトキノン、9,10−フェナントレンキノン、ベンズ(a)アントラセン−7,12−ジオン、2,3−ナフタセン−5,12−ジオン、2−メチル−1,4−ナフトキノン、1,4−ジメチル−アントラキノン、2,3−ジメチルアントラキノン、2−フェニルアントラキノン、2,3−ジフェニルアントラキノン、レテンキノン、7,8,9,10−テトラヒドロナフタセン(naphthracene)−5,12−ジオン、1,2,3,4−テトラヒドロベンズ(a)アントラセン−7,12−ジオンが挙げられる。一部は85℃程度の温度で熱的に活性化しうるが有用であるその他の光開始剤は、米国特許公報(特許文献9)に記載されており、たとえばビシナルケタールドニルアルコール、たとえばベンゾイン、ピバロインなど、アシロインエーテル、たとえばベンゾインメチルエーテルおよびエチルエーテルなど、α−炭化水素置換芳香族アシロイン、たとえばα−メチルベンゾイン、α−アリルベンゾイン、およびα−フェニルベンゾインなど、チオキサントンおよび/またはチオキサントン誘導体、ならびに適切な水素供与体が挙げられる。米国特許公報(特許文献10)、米国特許公報(特許文献11)、米国特許公報(特許文献12)、米国特許公報(特許文献13)、米国特許公報(特許文献14)、および米国特許公報(特許文献15)に開示される光還元性染料および還元剤、ならびにフェナジン、オキサジン、およびキノンに分類される染料、ミヒラーケトン、ベンゾフェノン、米国特許公報(特許文献16)、米国特許公報(特許文献17)、および米国特許公報(特許文献18)に記載されるロイコ染料などの水素供与体との2,4,5−トリフェニルイミダゾリル二量体およびそれらの混合物を開始剤として使用することができる。また、光開始剤および光抑制剤と併用すると有用なものは米国特許公報(特許文献19)に開示される増感剤である。光開始剤または光抑制剤系は、乾燥した光重合性層の全重量を基準にして0.05〜10重量%で存在する。
【0033】
(D.溶媒)
有機媒体の溶媒成分は、複数種類の溶媒の混合物であってもよく、ポリマーおよびその他の有機成分をその溶媒中に含む完全な溶液が得られるように選択される。溶媒は、組成物の他の成分に対して不活性(非反応性)であるべきである。スクリーン印刷可能で光画像形成性のペーストの場合、大気圧で比較的少ない量の熱を加えることによって分散体から溶媒を蒸発させることができるように、溶媒は十分に高い揮発性を有するべきであるが、印刷工程中に通常の室温でスクリーン上でペーストが急速に乾燥するほど溶媒が揮発性となるべきではない。ペースト組成物に使用すると好ましい溶媒は、大気圧における沸点が300℃未満、好ましくは250℃未満となるべきである。このような溶媒としては、脂肪族アルコール、そのようなアルコールのエステル、たとえば酢酸エステルおよびプロピオン酸エステルなど、テルペン類、たとえばパイン油およびα−またはβ−テルピネオール、あるいはそれらの混合物など、エチレングリコールおよびそのエステル、たとえばエチレングリコールモノブチルエーテルおよびブチルセロソルブアセテートなど、カルビトールエステル、たとえばブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、およびカルビトールアセテートなど、ならびにその他の適切な溶媒、たとえばテキサノール(Texanol)(登録商標)(2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート)などが挙げられる。キャスティングテープの場合は、溶媒は、スクリーン印刷可能なペーストに使用される溶媒よりも低い沸点を有する。そのような溶媒としては、酢酸エチル、メタノールイソプロアノール(isoproanol)、アセトン、キシレン、エタノール、メチルエチルケトン、およびトルエンが挙げられる。
【0034】
(E.その他の成分)
一般的には、本発明の有機媒体は、1種類以上の可塑剤も含む。このような可塑剤は、基板への良好な積層を促進し、組成物の未露光部分の現像性を向上させる。可塑剤の選択は、主として改質する必要があるポリマーによって決定される。種々のバインダー系で使用されてきた可塑剤の中では、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フタル酸ブチルベンジル、フタル酸ジベンジル、リン酸アルキル、ポリアルキレングリコール、グリセロール、ポリ(エチレンオキシド)、ヒドロキシエチル化アルキルフェノール、トリクレシルホスフェートトリエチレングリコールジアセテート、およびポリエステルの可塑剤が挙げられる。当業者に公知の別の成分が本発明の組成物中に存在してもよく、たとえば、分散剤、安定剤、離型剤、分散性物質、剥離剤、消泡剤、および湿潤剤が存在してもよい。好適な材料の全般的な開示は米国特許公報(特許文献3)が提供している。
【0035】
(一般的なペーストの調製)
通常、厚膜組成物は、ペースト様の粘稠性を有するように配合され、「ペースト」と呼ばれる。一般に、本発明のペーストは、黄色光下で有機ビヒクル、モノマー、およびその他の有機成分を混合容器中で混合することによって調製される。次に、無機材料が、有機成分の混合物に加えられる。次に、有機材料によって無機粉末がぬれるまで組成物全体が混合される。次に、混合物は三本ロールミルを使用してロールミル粉砕される。この時点でのペーストの粘度は、適切なビヒクルまたは溶媒を加えて調節することができ、これによって加工に最適な粘度を得ることができる。
【0036】
ペースト組成物またはその一部を調製する工程中にほこりによって汚染されないように注意する。このような汚染が欠陥の原因となりうるからである。
【0037】
(一般的な焼成プロファイル)
本発明の組成物は、焼成プロファイルを使用して処理してよい。焼成プロファイルは、厚膜技術の当業者には公知である。有機媒体の除去および無機材料の焼結は、焼成プロファイルに依存する。このプロファイルによって、媒体が最終物品から実質的に除去されるかどうか、および無機材料が最終物品中で実質的に焼結するかどうかが決定される。本明細書で使用される場合、用語「実質的に」は、意図する使用法または用途に少なくとも適切である抵抗率または伝導性が得られる点までの、少なくとも95%の媒体の除去、および少なくとも95%の無機材料の焼結を意味する。
【0038】
(一般的なテープの作製)
本発明の組成物は、テープの形態で使用してよい。本発明の組成物がテープの形態で使用される場合、スリップが作製され、テープのキャスティングに使用される。スリップは、テープ製造における組成物に対して使用される一般用語であり、有機媒体中に分散された無機粒子が適切に分散された混合物である。有機媒体中に無機粉末を十分に分散させるための一般的な方法は、従来のボールミル粉砕法による方法である。ボールミル粉砕は、セラミック粉砕ジャーと、粉砕メディア(球状または円柱状に成形したアルミナまたはジルコニアペレットである)とからなる。全体の混合物を粉砕ジャーに入れ、粉砕メディアを加える。漏れ止めのふたでジャーを閉じた後で、混合効率が最適化される回転速度で混転することによって、ジャー内部の粉砕メディアに粉砕作用が生じる。この回転の長さは、性能基準に適合する十分分散された無機粒子を得るために必要な時間である。このスリップは、ナイフコーティングまたはバーコーティング法によって基板に適用した後、周囲条件または加熱して乾燥させることができる。乾燥後のコーティングの厚さは、用途に依存して数μm〜数十μmの範囲となりうる。
【0039】
このテープは、カバーシートに積層してから、ワイドストックロールとして巻き取ってもよい。シリコーンをコーティングしたテレフタレートPETフィルム、ポリプロピレン、またはポリエチレンをカバーシートとして使用してもよい。最終基板に積層する前に、カバーシートは除去される。
【0040】
(試験手順)
(除去時間)
除去時間(TTC)は、基板上にコーティングまたは印刷した光画像形成性ペーストが、水中に0.5重量%の炭酸ナトリウムを含有するコンベヤを備えた噴霧処理装置を約30℃において噴霧圧10〜20psiで使用して現像することによって完全に除去される時間として定義される。TTCは、ペーストを印刷し乾燥させた後でUV光に露光する前の試験部品に関して決定される。
【0041】
(線解像度)
画像形成した試料を、20倍の最小倍率で10倍の接眼レンズを備えるズーム式顕微鏡を使用して検査する。線の間の短絡(線の間の接続)および開放(線の完全な破壊)が存在しない完全に無傷の線の最も微細な群が、その試料の規定の線解像度となる。
【0042】
(乾燥試料厚さ)
印刷した試料を80℃で20分間乾燥させる。乾燥させた部品をスパチュラで擦過する。テンコール・アルファ・ステップ2000(Tencor Alpha Step 2000)などの接触式プロフィルメーターを使用して4箇所の異なる場所で厚さを測定する。
【0043】
(焼成試料厚さ)
印刷し乾燥させた試料を、520℃のピークを10分間有する3時間の加熱プロファイルを使用して焼成する。接触式プロフィルメーターを使用して4箇所の異なる場所で厚さを測定する。
【0044】
(色の測定)
色を目視で観察する。色は、試料の印刷していないガラス面から観察する。
【実施例】
【0045】
(組成物の調製)
(A.有機ビヒクルの調製)
溶媒とアクリル系ポリマーとを、80℃で撹拌しながら混合し加熱した。すべてのバインダーポリマーが溶解するまで、加熱および撹拌を続けた。残りの有機成分を加え、すべての固形分が溶解するまで混合物を80℃で撹拌した。得られた溶液を冷却した。
【0046】
(B.ガラスフリットの作製)
ガラスフリットは入手したものをそのまま使用するか、または必要であれば、直径0.5インチ×長さ0.5インチのアルミナ円柱体を使用してスウェコ・ミル(Sweco Mill)で水力粉砕して作製した。次に、ガラスフリット混合物を、凍結乾燥または熱風乾燥した。熱風乾燥は、通常150℃の温度で実施した。
【0047】
(C.印刷条件)
後述のスクリーンを使用してスクリーン印刷することによってガラス基板にペーストを適用した。得られた部品は、空気雰囲気オーブン中約80℃で約20分間乾燥させた。
【0048】
これらの部品は、2層構造体として試験した。最初に、実施例の黒色ペーストを、355メッシュのポリエステルスクリーンを使用してスクリーン印刷することによってガラス基板上に付着させた。次に、これらの部品を空気雰囲気オーブン中約80℃で約20分間乾燥させた。続いて、部品に本願特許出願人のフォーデル(FODEL)(登録商標)DC206光画像形成性Ag伝導性ペーストを、325ステンレス鋼メッシュスクリーンを使用してスクリーン印刷することによって重ねて印刷した。再び部品を空気雰囲気オーブン中約80℃で約20分間乾燥させた。2層構造体の乾燥コーティング厚さを測定すると11〜12μmであった。
【0049】
(D.工程条件)
平行化したUV光源を使用して、フォトツールを通して部品を露光した。使用したエネルギーレベルは600mJ/cmであった。露光した部品は、水中に0.5重量%の炭酸ナトリウムを現像溶液として含有するコンベヤを備えた噴霧処理装置を使用して現像した。現像溶液の温度は約30℃に維持し、現像溶液を10〜20psiで噴霧した。現像した部品は、強制気流を使用して過剰の水分を吹き飛ばすことによって乾燥させた。乾燥した部品は次に、520℃のピーク温度を10分間有する3時間の加熱プロファイルを使用して空気雰囲気中で焼成した。
【0050】
(表の説明)
表1は、実施例1〜3の処方を示している。
【0051】
表2は、表1の配合物の試験結果を示している。
【0052】
実施例1は、UV画像形成性ポリマーを含有しない組成物であり、画像形成された線は現像中に洗い流された。実施例2および3は、UV画像形成性ポリマーを含有し、現像工程を経ても線および空間の高い解像度は維持された。
【0053】
表1中に示されるすべての値は、全組成物を基準にした重量%が単位である。
【0054】
【表1】
Figure 2005505790
【0055】
【表2】
Figure 2005505790
【0056】
(材料の用語集)
(I.無機材料)
フリット1:ホウケイ酸ビスマス鉛ガラス、(成分の重量%)、Bi(82)、PbO(11)、B(3.5)、SiO(3.5)。
フリット2:約50重量%のガラスフリット[(成分の重量%)、SiO(9.1)、Al(1.4)、PbO(77.0)、B(12.5)]および約50%の鉛ビスマスルテニウムパイロクロア(PbBiRu6.75)。
【0057】
(II.ポリマー)
ポリマーI:PVP/VA S−630、60%のビニルピロリドンと40%の酢酸ビニルとのコポリマー。K値=30〜50、ISPテクノロジーズ(ISP Technologies)より購入。
【0058】
ポリマーII:75%のメタクリル酸メチルと25%のメタクリル酸とのコポリマー、重量平均分子量Mw=約7,000、酸価=約150、B.F.グッドリッチ(B.F.Goodrich)より購入。
【0059】
ポリマーIII:メタクリル酸メチル75重量%と、メタクリル酸16%と、メタクリル酸グリシジルと出発ポリマー主鎖上のメタクリル酸単位との反応によって生成したメタクリル酸エステル9%とを含む光架橋性コポリマー。これは102℃のガラス転移温度を有し、重量平均分子量が6,500であった。このポリマーの化学構造は以下の通りである:
【0060】
【化2】
Figure 2005505790
【0061】
ポリマーIV:日本のディアセル・ケミカル・インダストリーズ(Diacel Chemical Industries)より購入した光架橋性シクロマー−P(ACA)2015TX(Cyclomer−P(ACA)2015TX)。
【0062】
(III.その他の有機物質)
モノマー1:SR−454(トリメチロールプロパンエトキシトリアクリレート)、サートマー(Sartomer)より購入。
【0063】
オリゴマー:CN−138、低粘度アクリル系オリゴマーと、メタクリル酸エステル、アクリル酸エステル、および芳香族ウレタンアクリレートとの混合物、サートマー(Sartomer)より購入。
【0064】
イルガキュア651(Irgacure 651):2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフェノン、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals)より購入。
【0065】
イルガキュア369(Irgacure 369):2−ベンジル−2−(ジメチルアミノ)−1−(4−モルホリノフェニル)−1−ブタノン、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(Ciba Specialty Chemicals)より購入。
【0066】
BHT:2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、アルドリッチ・ケミカルズ(Aldrich Chemicals)より購入。
【0067】
TAOBN:1,4,4−トリメチル−2,3−ジアザビシクロ[3,2,2]−ノナ−2−エン−N,N’−ジオキシド。
【0068】
テキサノール(Texanol):2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート、イーストマン・ケミカルズ(Eastman Chemicals)より購入。
【0069】
【表3】
Figure 2005505790

Claims (8)

  1. (I)(d)RuO、ルテニウム系多元酸化物、またはそれらの混合物から選択される伝導性粒子と、
    (e)325〜600℃の範囲のガラス転移温度を有し、10m/g以下の表面積を有し、粒子の少なくとも85重量%が0.1〜10μmの範囲の粒径を有する無機バインダーと
    を含む無機材料の微粉砕粒子であって、
    (II)(c)コポリマー、インターポリマー、またはそれらの混合物である水性現像可能な光架橋性ポリマーであり、各コポリマーまたはインターポリマーが、(1)C1〜10アルキルアクリレート、C1〜10アルキルメタクリレート、スチレン、置換スチレン、またはそれらの組み合わせを含む非酸性コモノマーと、(2)エチレン性不飽和カルボン酸含有部分を含む酸性コモノマーとを含み、前記カルボン酸含有部分の2〜20%が、第1および第2の官能性単位を有する反応性分子と反応され、前記第1の官能性単位はビニル基であり、前記第2の官能性単位は、前記カルボン酸部分と反応することによって化学結合を形成することができ、全ポリマー重量の少なくとも10重量%の酸含有率を有し、ガラス転移温度が50〜150℃の範囲にあり、重量平均分子量が2,000〜250,000の範囲にある前記コポリマー、インターポリマー、またはそれらの混合物を形成する水性現像可能な光架橋性ポリマーと、
    (d)光開始系と、
    (f)有機溶媒と
    を含む有機媒体中に分散された微粉砕粒子を含むことを特徴とする光画像形成性組成物。
  2. 前記ビニル基が、メタクリレート基、アクリレート基、およびそれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  3. 前記第2の官能性単位が、エポキシド、アルコール、アミン、およびそれらの混合物から選択されることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  4. 前記無機材料がAu、Ag、Pd、Pt、Cu、およびそれらの混合物をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  5. 有機媒体中に光硬化性モノマーをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  6. 前記組成物がスクリーン印刷に好適なペーストの形態であることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
  7. 前記組成物が乾燥されて有機溶媒が除去されていることを特徴とする請求項1に記載の組成物の層を含むシート。
  8. 前記組成物が加熱されて、前記有機媒体が実質的に除去され、前記無機材料が実質的に焼結されていることを特徴とする、請求項1に記載の組成物の層を含む物品。
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