JP2007332347A - インクジェット用伝導性インク組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】インクジェット用伝導性インク組成物を提供する。
【解決手段】３０重量部以上、８５重量部以下の金属ナノ粒子と、１０重量部以上、６０重量部以下の有機溶媒と、１０重量部以上、３０重量部以下のジオール（ｄｉｏｌ）またはグリコール系化合物を含む湿潤剤と、０．１重量部以上、１０重量部以下のエチレングリコール系エーテル化合物を含む粘度調節のための添加剤と、を含むインクジェット用伝導性インク組成物に関する。インク組成を最適化させてインクジェット装置を用いた配線の形成時高濃度の金属含量を有しながら、インクの粘度を調節してインクの流れ性及び吐出性を改善させることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、インクジェット用伝導性インク組成物（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｉｎｋ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｆｏｒ ｉｎｋ−ｊｅｔ）に関する。より詳細には、インクジェット装置を用いた配線の形成時、高濃度の金属含量を有しながら、インクの粘度を調節してインクの流れ性及び吐出性を改善させたインクジェット用伝導性インク組成物に関する。

最近、産業技術の高度化とともに、移動通信を含めたＩＴ産業の急速な発展は、各種電子、情報通信機器に関して、より小型で軽くて携帯しやすいながらも多くの機能が内蔵、統合されることを要求している。このような傾向に応じてより小型化、軽量化、集積化され、さらに向上された機能を有する各種素子部品の開発と同時に、ヨーロッパのＲＯＨＳ規制のような有毒物質の発生のない清浄生産技術開発が要求されつつある。このような要求に応じて技術が開発されており、その中の一つとしてインクジェットプリンティング技術が研究されている。

インクジェット用インクの場合、従来の方式は、普通写真焼付などに用いる顔料インクに関する組成物が大部分であった。顔料インクの場合、固形分の重量がインク全体重量に対して低い割合で含まれているので、高粘度の物性変化に関する組成の考慮よりは吐出性、色の発現性部分を主とするインクの製造方式が主流を占めている。しかし、インクジェット用伝導性インクの場合、金属配線として用いることができる厚みを確保するために金属の含量が一定量以上に含有された高濃度のインクが必要である。しかし、金属含量が高くなるほど伝導性インクの粘度は一定の水準以上に過度に上昇してインクジェットから吐出が不可能になるという問題点がある。よって、インクジェットプリンティングにおいて解像度及び印刷品質の向上のために、インクの表面張力及び粘度の調節を介して高濃度の吐出可能なインクの開発が要求されている。

上述した問題点を解決するために、本発明は、水系で合成された金属ナノ粒子を用いてインクジェット用伝導性インク組成物を製造する場合、高濃度の金属含量を維持しながらもインクの粘度を低く維持してインクの流れ性を改善させることができるインクジェット用伝導性インク組成物を提供する。

上記の技術的課題を解決するために、本発明は、３０重量部以上、８５重量部以下の金属ナノ粒子と、１０重量部以上、６０重量部以下の有機溶媒と、１０重量部以上３０重量部以下のジオール（ｄｉｏｌ）またはグリコール系化合物からなる湿潤剤と、０．１重量部以上、１０重量部以下のエチレングリコール系エーテル化合物からなる粘度調節のための添加剤と、を含むインクジェット用伝導性インク組成物を提供する。

上記金属ナノ粒子は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）及びこれらの合金からなる群から選択される一つ以上の金属ナノ粒子である。上記金属ナノ粒子の大きさは５０ｎｍ以下であることが好ましい。

好ましい実施例によれば、上記金属ナノ粒子は、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、多重酸（ｐｏｌｙａｃｉｄ）及びこれらの誘導体からなる群から選択される一つ以上の分散剤でキャッピングされることが好ましい。

ここで、上記多重酸（ｐｏｌｙａｃｉｄ）は、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、ポリメチルメタクリル酸、ポリアクリル酸−コ−メタクリル酸、ポリマレイン酸−コ−アクリル酸、及びポリアクリルアミド−コ−アクリル酸からなる群から選択される一つ以上であり、上記誘導体は、上記多重酸のナトリウム塩、カリウム塩及びアンモニウム塩からなる群から選択される一つ以上である。より好ましくは、上記金属ナノ粒子であって、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）でキャッピングされた銀（Ａｇ）ナノ粒子を用いることが良い。

上記有機溶媒は、水、エタノール、メタノール、プロパノール、イソプロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブタノール、ヘキサノール及びオクタノールからなる群から選択される一つ以上であることが好ましい。

また、上記湿潤剤は、ジオール（ｄｉｏｌ）またはグリコール系化合物であって、具体的には １、２−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール及びへキシレングリコールからなる群から選択される一つ以上である。

また、上記添加剤は、エチレングリコール系エーテルで構成され、上記エチレングリコール系エーテルの具体的な例としては、トリエチレングリコールジメチルエーテル（ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、トリエチレングリコールモノブチルエーテル（ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｂｕｔｙｌ ｅｔｈｅｒ）、トリエチレングリコールモノエチルエーテル（ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジエチレングリコールジエチルエーテル（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｄｉｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジエチレングリコールモノブチルエーテル（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｂｕｔｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジエチレングリコールジブチルエーテル（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｄｉｂｕｔｙｌ ｅｔｈｅｒ）、エチレングリコールモノプロピルエーテル（ｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｐｒｏｐｙｌ ｅｔｈｅｒ）及びジプロピレングリコールメチルエーテル（ｄｉｐｒｏｐｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）からなる群から選択される一つ以上であることが好ましい。

本発明によるインクジェット用伝導性インク組成物は、最適化された組成成分を介して高濃度のインクの配合が可能であり、インクジェットの出力に適する粘度を有するので、インクジェットを用いた配線の形成時インクの流れ性及び吐出性を向上させることができる。

以下、本発明のインクジェット用伝導性インク組成物に対してより詳細に説明する。

インクジェット装置を用いて配線を形成するためには、インクジェットヘッドから連続的に吐出可能なインクの製造が必須である。連続的なインクの吐出のためにインクジェットヘッドに適するインクの粘度は、おおよそ２０ｃｐ未満であることが好ましい。しかし、金属配線の厚みを確保するために、金属含量が一定量以上に含有された高濃度のインクが必要であり、またノズルでの乾燥を制御するために湿潤剤（ｈｕｍｅｃｔａｎｔ）が必須的に含有されなければならないが、このような金属及び湿潤剤に応ずる粘度の増加により、金属含量が高濃度になるほど粘度が過度に高くなりインクジェットの吐出が不可能となる。よって、本発明は、伝導性インクの組成を最適化して高濃度の金属含量を有しながらも粘度を低めてインクジェットヘッドでの吐出を可能とする。

本発明によるインクジェット用伝導性インク組成物は、３０重量部以上、８５重量部以下の金属ナノ粒子と、１０重量部以上、６０重量部以下の有機溶媒と、１０重量部以上、３０重量部以下のジオール（ｄｉｏｌ）またはグリコール系化合物からなる湿潤剤と、０．１重量部以上、１０重量部以下のエチレングリコール系エーテル化合物からなる粘度調節のための添加剤とを含む。

本発明の伝導性インク組成物に用いられる金属ナノ粒子は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）及びこれらの合金からなる群から選択される一つ以上の金属ナノ粒子で構成される。

ここで、上記金属ナノ粒子の粒径は２００ｎｍ以下であるものが用いられるが、５０ｎｍ以内であるものが好ましい。粒子の大きさは小さいほど金属インクの吐出が容易になり、好ましくは５０ｎｍ以下の粒子がインクジェットを吐出する場合のＤｒｏｐ形成に有利となる。

このようなナノサイズの金属を用いることでインクの吐出性を改善させることができる。また、低温焼成が可能となる。

好ましい実施例によれば、上記金属ナノ粒子は、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、多重酸（ｐｏｌｙａｃｉｄ）及びこれらの誘導体からなる群から選択される一つ以上の分散剤でキャッピングされたものが好ましい。

ここで、上記多重酸（ｐｏｌｙａｃｉｄ）は、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、ポリメチルメタクリル酸、ポリアクリル酸−コ−メタクリル酸、ポリマレイン酸−コ−アクリル酸、及びポリアクリルアミド−コ−アクリル酸からなる群から選択される一つ以上であり、上記誘導体は、上記多重酸のナトリウム塩、カリウム塩及びアンモニウム塩からなる群から選択される一つ以上を含む。

金属ナノ粒子として用いる具体的な例として、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）でキャッピングされた銀（Ａｇ）ナノ粒子を挙げることができる。このように、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）でキャッピングされた銀（Ａｇ）ナノ粒子は、例えば、韓国特許出願第１０−２００５−００８５７０８号で開示された液状法を用いて製造することができる。すなわち、先ず、エチレングリコール、ポリビニルピロリドンのようなキャッピング分子及び還元剤を混合した後、金属前駆体とアルコール系化合物の混合溶液に先に混合した溶液を混ぜて反応させ、アセトンとエチレングリコールを添加することにより銀ナノ粒子を製造することができる。

本発明での伝導性インクの組成物において、上記金属ナノ粒子の含量は３０重量部以上、８５重量部以下であることが好ましい。含量が３０重量部未満であれば金属の含量が不足であって配線として活用することが多様ではなく用途が制限される。含量が８５重量部を超過すると粘度が非常に高くてインクの吐出性が悪くなり金属インクとして好ましくない。さらに好ましくは、高濃度の金属含量を維持しながらインクの流れ易いように５０重量部以上、６０重量部以下であることが良い。

本発明での伝導性インクの組成物に用いられる有機溶媒は、水系溶媒であって、具体的には、水、エタノール、メタノール、プロパノール、イソプロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブタノール、ヘキサノール及びオクタノールなどを例として挙げることができるが、これに限定されることではない。有機溶媒はこのような水系溶媒の中の一つを単独で用いることもでき、二つ以上を混合して用いることもできる。ここで、本発明に用いられる有機溶媒の含量は１０重量部以上、５０重量部以下であることが好ましい。含量が１０重量部未満であれば、インクジェットヘッドの乾燥速度が早くてノズルの詰まりが発生しやすいので好ましくない。含量が５０重量部を超過すると粘度が高くなり、吐出が良くないので好ましくない。より好ましくは、１５重量部以上、４０重量部以下である。

本発明での伝導性インクの組成物は、上記有機溶媒として用いられるアルコール系の溶媒の沸点が非常に低くて乾燥がはやいのでインクジェットヘッドでの乾燥速度を調節して湿潤性を維持するために湿潤剤を用いる。本発明で用いる湿潤剤としては、ジオール（ｄｉｏｌ）またはグリコール系化合物であって、具体的に、１、２−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール及びへキシレングリコールからなる群から選択される一つ以上を含むことが好ましいが、これに限定されることではない。グリセリンの場合、市中に製品化になっている、エチレンオキシドが２６モルの割合で添加されているＥＧ１または、エチレンオキシドが７モルの割合で添加されているＥＧ７などの製品を用いることができる。

ここで、上記湿潤剤の含量は、１０重量部以上、３０重量部以下であることが好ましい。含量が１０重量部未満であればインクジェットヘッドの乾燥速度が早くてノズルの詰まりが発生しやすいので好ましくない。含量が３０重量部を超過すると粘度が高くなり、吐出が良くないので好ましくない。

また、本発明の伝導性インクの組成物は、インクの粘度を適する水準に調節するために添加剤を用いる。本発明で用いる添加剤としては、エチレングリコール系エーテルまたはこれを含む混合物であることが好ましい。エチレングリコール系エーテルは非共有電子対を含むエーテル基により金属ナノ粒子が安定化され、高濃度の金属ナノ粒子を安定的に可溶化させることができるだけではなく、インクジェットを用いた配線の形成時インクジェットヘッドでの適正粘度を維持することができるのでインクの流れ性及び吐出性を向上させる役目もする。

上記エチレングリコール系エーテルの具体的な例として、トリエチレングリコールジメチルエーテル（ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、トリエチレングリコールモノブチルエーテル（ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｂｕｔｙｌ ｅｔｈｅｒ）、トリエチレングリコールモノエチルエーテル（ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジエチレングリコールジエチルエーテル（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｄｉｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジエチレングリコールモノブチルエーテル（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｂｕｔｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジエチレングリコールジブチルエーテル（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｄｉｂｕｔｙｌ ｅｔｈｅｒ）、エチレングリコールモノプロピルエーテル（ｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｐｒｏｐｙｌ ｅｔｈｅｒ）及びジプロピレングリコールメチルエーテル（ｄｉｐｒｏｐｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）などを挙げることができるが、これに限定されることではない。また、これらの一つまたは二つ以上を混合して用いることができる。

本発明において、このような添加剤は、０．１重量部以上３０重量部以下で用いることが好ましい。添加剤の含量が０．１重量部未満であれば粘度の調節が容易ではなくなる。また、含量が３０重量部を超過すると粒子の安全性が落ちて、溶剤間の相溶性に問題が発生することになり好ましくない。

以下、実施例を介して本発明をより詳細に説明するが、下記の実施例はただ説明のためのことであって、本発明を制限することではない。

［実施例１〜３］
下記の表１の含量に応じて各成分を混合して伝導性インク組成物を製造した。この時、用いた銀ナノ粒子は、ＰＶＰでキャッピングされた５０ｎｍ未満の粒径を有するものであって、韓国特許出願第１０−２００５−００８５７０８号に開示されている方法で製造した。

製造された伝導性インクの組成物の物性を測定して下記の表１に示した。下記の表１において各成分の含量の単位は重量部である。

［比較例１〜３］
下記の表１に示す成分及び含量で伝導性インク組成物を製造し、製造された伝導性インク組成物の物性を測定して下記の表１にともに示した。

［物性測定方法］
（ａ）粘度は、Ｂｒｏｏｋｆｉｅｌｄ粘度計を用いて測定した（ＤＶ−ＩＩＩ＋）。
（ｂ）表面張力は、ＫＲＵＳＳ会社のＲｉｎｇ Ｔｅｎｓｉｏｎ ｍｅｔｅｒ 測定装備で測定した（Ｋ−９）。
（ｃ）出力結果は、Ｓｐｅｃｔｒａ ＳＥ ｈｅａｄを装着したプリンティング装備を用いて出力テストをしたものである。

上記の表１の結果より分かるように、本発明によるインクジェット用伝導性インクの組成物は、アルコール系の水系溶媒を用いて高濃度の伝導性インクを製造する場合、ジオール（ｄｉｏｌ）またはグリコール系の湿潤剤及びエチレングリコール系エーテルの添加剤を適正範囲で含むことによりインクジェット出力に適する粘度を維持してインクの流れ性を改善させて優れた出力結果を示したことが分かる。

Claims (9)

1. ３０重量部以上、８５重量部以下の金属ナノ粒子と、
   １０重量部以上、６０重量部以下の有機溶媒と、
   １０重量部以上、３０重量部以下のジオール（ｄｉｏｌ）またはグリコール系化合物からなる湿潤剤と、
   ０．１重量部以上、１０重量部以下のエチレングリコール系エーテル化合物からなる、粘度調節のための添加剤と、
   を含むインクジェット用伝導性インク組成物。
2. 前記金属ナノ粒子は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）及びこれらの合金からなる群から選択される一つ以上の金属ナノ粒子である請求項１に記載のインクジェット用伝導性インク組成物。
3. 前記金属ナノ粒子の粒径は、２０ｎｍ以上、５０ｎｍ以下である請求項１に記載のインクジェット用伝導性インク組成物。
4. 前記金属ナノ粒子は、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）、多重酸（ｐｏｌｙａｃｉｄ）及びこれらの誘導体からなる群から選択される一つ以上の分散剤でキャッピングされた請求項１に記載のインクジェット用伝導性インク組成物。
5. 前記多重酸（ｐｏｌｙａｃｉｄ）は、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、ポリメチルメタクリル酸、ポリアクリル酸−コ−メタクリル酸、ポリマレイン酸−コ−アクリル酸、及びポリアクリルアミド−コ−アクリル酸からなる群から選択される一つ以上であり、前記誘導体は、前記多重酸のナトリウム塩、カリウム塩及びアンモニウム塩からなる群から選択される一つ以上である請求項４に記載のインクジェット用伝導性インク組成物。
6. 前記金属ナノ粒子は、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）でキャッピングされた銀（Ａｇ）ナノ粒子である請求項１に記載のインクジェット用伝導性インク組成物。
7. 前記有機溶媒は、水、エタノール、メタノール、プロパノール、イソプロパノール、１−ブタノール、２−ブタノール、イソブタノール、ヘキサノール及びオクタノールからなる群から選択される一つ以上である請求項１に記載のインクジェット用伝導性インク組成物。
8. 前記湿潤剤は、１、２−ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール及びへキシレングリコールからなる群から選択される一つ以上である請求項１に記載のインクジェット用伝導性インク組成物。
9. 前記添加剤は、トリエチレングリコールジメチルエーテル（ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、トリエチレングリコールモノブチルエーテル（ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｂｕｔｙｌ ｅｔｈｅｒ）、トリエチレングリコールモノエチルエーテル（ｔｒｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジエチレングリコールジエチルエーテル（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｄｉｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジエチレングリコールモノブチルエーテル（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｂｕｔｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ジエチレングリコールジブチルエーテル（ｄｉｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｄｉｂｕｔｙｌ ｅｔｈｅｒ）、エチレングリコールモノプロピルエーテル（ｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｏｎｏｐｒｏｐｙｌ ｅｔｈｅｒ）及び、ジプロピレングリコールメチルエーテル（ｄｉｐｒｏｐｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ ｍｅｔｈｙｌ ｅｔｈｅｒ）からなる群から選択される一つ以上である請求項１に記載のインクジェット用伝導性インク組成物。