JP2011061200A - 透明有機電極形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不良率が低く、原料の消費が少ない上、優れた透明度を有する透明有機電極形成方法を提供する。
【解決手段】本透明有機電極形成方法は、導電性物質、バインダー、及び溶媒を含む有機導電性組成物を準備する段階と、セル単位で区画された切断ラインが形成された基板を準備する段階と、前記切断ラインで区画された各セルの内部に前記有機導電性組成物を利用して導電パターンをプリントすることにより導電層を形成する段階と、前記切断ラインに沿ってダイシングしてそれぞれ前記導電層が形成されたセルに分離する段階とを含む。
【選択図】図１ｃ

Description

本発明は、透明有機電極形成方法に関し、より詳細には、不良率が低く、原料の消費が少ない上、優れた透明度を有する透明有機電極形成方法に関する。

コンピュータ、各種家電機器や通信機器がデジタル化されて急速に高性能化するにつれて、携帯可能な大画面のディスプレイの実現が切実に求められている。携帯可能かつ大画面のフレキシブルなディスプレイを実現するためには、新聞のように折ったり巻いたりすることができる材質のディスプレイ材料が要求される。

このため、ディスプレイ用電極材料は、透明かつ抵抗値が低いだけでなく、素子を曲げたり折ったりしたときも機械的に安定するように高い強度を有さなければならず、機器が過熱した場合や高温になった場合も短絡したり面抵抗の変化が大きくならないようにプラスチック基板の熱膨張係数と類似した熱膨張係数を有さなければならない。

フレキシブルなディスプレイは、任意の形状を有するディスプレイの製造を可能にするため、携帯用ディスプレイ装置だけでなく、色やパターンを変えることのできる衣服や衣類の商標、広告板、商品陳列台の価格表示板、大面積の電気照明装置などにも使用することができ、その活用度は高い。

現在、透明導電性素材を製造する方法として、基板上に化学蒸着法、マグネトンスパッタ法、反応性蒸発蒸着法などを用いてインジウム、スズ、亜鉛、チタン、セシウムなどの様々な金属酸化物を塗布することにより導電性層を形成する研究が、世界各国で盛んに行われている。しかしながら、このような方法で基板上に金属酸化物をコーティングするためには真空条件が必要であるため、工程コストが高いという欠点があった。

ここで、大面積の基板上に金属酸化物がコーティングされて形成された透明導電性素材は、使用者が要求する単位のセルに切断されて使用者に提供される。しかしながら、切断工程で機械的応力を受けた透明電極の切断面、すなわち単位セルの端部はクラックが発生する割合が非常に高いため、透明電極製造収率が非常に低い。

また、金属酸化物導電性層が形成された透明導電性素材に電極を取り付けるために電極取付予定部位の導電性層を除去する工程を伴うことにより、製造コストの上昇を招く。

本発明は、上記問題を解決するためのものであり、本発明の目的は、不良率が低く、原料の消費が少ない上、優れた透明度を有する透明有機電極形成方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明の一実施形態による透明有機電極形成方法は、導電性物質、バインダー、及び溶媒を含む有機導電性組成物を準備する段階と、セル単位で区画された切断ラインが形成された基板を準備する段階と、前記切断ラインで区画された各セルの内部に前記有機導電性組成物を利用して導電パターンをプリントすることにより導電層を形成する段階と、前記切断ラインに沿ってダイシングしてそれぞれ前記導電層が形成されたセルに分離する段階とを含む。

前記導電層を形成する段階において、前記各セルの内部に１つの導電パターンをプリントしてもよい。

前記導電層を形成する段階において、前記各セルの内部に２つ以上の導電パターンをプリントしてもよい。

前記導電パターンは、円形又は多角形のパターンにプリントしてもよい。

前記有機導電性組成物は、粘度調節剤をさらに含んでもよい。

前記導電性物質は、導電性高分子、金属ナノ物質、炭素ナノチューブ、及び導電性インクの少なくとも１つ以上の物質からなるようにしてもよい。

前記導電性高分子は、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ｐｏｌｙ−３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅnｅ／ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ；ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）又はポリアニリン（ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ）であってもよい。

前記導電性物質は、全体組成物１００重量部に対して３〜５０重量部であることが好ましく、前記バインダーは、全体組成物１００重量部に対して１〜４０重量部であることが好ましい。

前記導電層を形成する段階の後に、前記導電層を熱処理する段階をさらに含んでもよい。

前記導電層を熱処理する段階は、常温〜４００℃で行うことが好ましく、２５〜１５０℃で行うことがより好ましい。

前記導電パターンは、インクジェットプリント、スクリーンプリント、グラビアプリント、又はオフセットプリントで形成してもよい。

本発明によると、不良率が低く、原料の消費が少ない上、優れた透明度を有する透明有機電極形成方法が提供される。

また、基板上にプリントされた有機導電性組成物を熱処理してダイシングすることによって、別途透明電極の形成が不要になるため、有機電極の製造工程が単純化される。

本発明の一実施形態による透明有機電極形成工程を示す工程フロー図である。 本発明の一実施形態による透明有機電極形成工程を示す工程フロー図である。 本発明の一実施形態による透明有機電極形成工程を示す工程フロー図である。 本発明の他の実施形態によるセルを示す斜視図である。 熱処理温度によるセルの抵抗変化率及びクラック発生率を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。

しかしながら、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が後述する実施形態に限定されるものではない。また、本発明の実施形態は、当該技術分野における通常の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。従って、図面において、構成要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張することもあり、同一の構成要素には同一の符号を付す。

以下、図１ａ〜図１ｃを参照して本発明の実施形態による透明有機電極形成工程を説明する。

図１ａは、本発明の一実施形態により基板上に有機導電性組成物を利用して所定の間隔で離隔した導電パターンを形成する工程を概略的に示す斜視図であり、図１ｂは、本発明の一実施形態により基板上に形成された導電パターンを概略的に示す斜視図であり、図１ｃは、本発明の一実施形態により熱処理された導電パターンが形成された基板をセル単位で切断する工程を概略的に示す斜視図である。

本発明の一実施形態によると、パターン形態で導電パターンがプリントされて導電層が形成されたセルが製造される。前記セルとは、電気的機能を果たすことができる最小単位の電気的素子をいう。

本発明の一実施形態によると、基板をセル単位で切断して複数のセルを製造することができる。前記基板上にセル単位で区画された切断ラインを形成し、前記基板を前記切断ラインに沿ってセル単位で切断して複数のセルを製造することができる。

前記基板上に前記切断ラインで区画された各セルには、１つの導電パターンをプリントして導電層を形成してもよく、２つ以上の導電パターンをプリントして導電層を形成してもよい。また、前記導電パターンは、タッチスクリーンにおいて、抵抗膜方式に採用される単一のパターンにプリントしてもよく、静電容量方式に採用される棒形、三角形、ダイヤモンド形のような円形又は多角形のパターンにプリントしてもよい。

そして、前記セル単位で切断する切断工程の前に、前記導電パターンと電気的に接続される導電電極（以下、導電パターンといい、ＦＰＣと接続される。）を前記各セルにプリントした後、前記導電パターンが形成された基板を前記切断ラインに沿ってセル単位で切断してもよい。

前記導電パターンを構成する物質としては、導電性に優れた銀（Ａｇ）ペーストなどの物質を使用してもよい。

まず、基板１０を切断ラインＣＬによりセル単位で区画する。前記切断ラインＣＬは、基板に表示することができ、また、前記基板１０のイメージ処理過程によりイメージ化することができる。導電層を形成した後、前記切断ラインＣＬをダイシングして複数のセルを形成することができる。

前記切断ラインＣＬで区画された各セルの内部に、有機導電性組成物３０を利用して１つ以上の導電パターン３３を形成する。前記有機導電性組成物３０は、パターン形態で前記基板１０上にプリントされて導電パターン３３を形成する。前記導電パターン３３は、所定の間隔で離隔してプリントされる。

１つのセルに１つ以上の導電パターン３３が含まれるように、前記基板１０を前記切断ラインＣＬに沿ってセル単位で切断した場合、前記各セルを構成する導電層は１つ以上の導電パターン３３からなる。

好ましくは、１つのセルに１つの導電パターン３３ｃを形成してもよく（図１ｃを参照）、１つのセルに２つ以上の導電パターン３３ｄ、３３ｅを形成してもよい（図２を参照）。

このような方法で導電パターン３３を備えたセルが形成され、これにより、複数のセルにそれぞれ有機導電性組成物がパターン形態でプリントされた導電層が形成される。

前記基板１０としては、一面に導電パターン３３を形成することが容易な材料であれば特に限定されず、樹脂、ガラスなどを使用することができる。

前記基板１０としては、用途に応じて有色又は無色の材料を使用するが、前記基板１０がディスプレイ装置の表示面として提供される場合は、透明材料を使用することが好ましい。前記基板１０の材料としては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）などの樹脂又はガラスもしくは強化ガラスなどを使用することができる。

本明細書において、透明は、無色透明、有色透明、半透明、有色半透明などを含む。

前記有機導電性組成物３０は、導電性物質、バインダー、及び溶媒などを含んでもよい。

本発明の有機導電性組成物３０に含まれる導電性物質は、導電性高分子、金属ナノ物質、炭素ナノチューブ（又は、カーボンブラック）、及び導電性インクの少なくとも１つ以上の物質からなるようにしてもよい。

特に、前記導電性高分子としては、例えばポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）又はポリアニリンなどを単独又は混合して使用することができるが、これに限定されるものではない。

前記導電性高分子の含量は、全体組成物１００重量部に対して３〜５０重量部であることが好ましい。前記含量が３重量部未満であると、電気伝導度が低下する恐れがあり、前記含量が５０重量部を超えると、溶解度が低下したり透明度が低下する恐れがある。

本発明の有機導電性組成物３０に含まれるバインダーは、有機導電性組成物の粘着力を向上させる役割を果たす。前記バインダーは、低分子量の水溶性バインダーもしくは高分子量の水溶性バインダー、又はこれらの両方を含んでもよい。前記バインダーとしては、例えば炭素数２〜８のアルキルグリシジルエーテル（メタ）アクリレート、フェニルグリシジルエーテル（メタ）アクリレート、（メタ）アクリレート、及び多官能性（メタ）アクリレートなどがあり、これらを単独又は混合して使用することができる。

前記バインダーの含量は、全体組成物１００重量部に対して１〜４０重量部であることが好ましい。前記含量が１重量部未満であると、基板との接着力が低下する恐れがあり、前記含量が４０重量部を超えると、電気伝導度が低下する恐れがある。

本発明の有機導電性組成物３０に含まれる溶媒としては、ポリアルコール（ｐｏｌｙ−ａｌｃｏｈｏｌ）、ジメチルスルホキシド（ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ；ＤＭＳＯ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（Ｎ，Ｎ−ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ）、エチレングリコール（ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｇｌｙｃｏｌ；ＥＧ）、メソエリトリトール（ｍｅｓｏ−ｅｒｙｔｈｒｉｔｏｌ）、水などを使用することができるが、これに限定されるものではない。

前記溶媒の含量は、全体組成物１００重量部に対して２〜４０重量部であることが好ましい。前記含量が２重量部未満であると、組成物間の均一な混合が難しくなり、前記含量が４０重量部を超えると、電気伝導度が低下する恐れがある。

本発明の有機導電性組成物３０は、粘度調節剤をさらに含むことにより、前記導電パターン３３の形成に適用されるプリント方法によって前記有機導電性組成物３０の粘度を調節することができる。前記有機導電性組成物３０の粘度は、４００ｍＰａｓ以下であることが好ましく、６０〜２００ｍＰａｓであることがより好ましいが、これに限定されるものではない。

前記有機導電性組成物３０の粘度は、プリント方法によって適切に調節することが好ましい。粘度が高すぎたり低すぎると、プリントに適用することができず、基板に導電パターンを形成することが難しくなるため、適切な粘度を有するように粘度調節剤を調節する必要がある。

本発明の有機導電性組成物３０に含まれる粘度調節剤としては、有機系成分の粘度調節剤を使用することができるが、これに限定されるものではない。

適切な粘度を有する有機導電性組成物を製造するために、前記粘度調節剤の含量は、全体組成物１００重量部に対して０〜４０重量部であることが好ましい。

前記粘度調節剤の含量が０重量部未満であると、所望の粘度に調節することが難しくなり、前記含量が４０重量部を超えると、電気伝導度が低下する恐れがある。

前記有機導電性組成物３０を利用した導電パターン３３の形成方法においては、例えばインクジェットプリント、スクリーンプリント、グラビアプリント、又はオフセットプリント方法を用いることができるが、これに限定されるものではない。より具体的には、前記有機導電性組成物３０は、適用されるプリント方法によって粘度を適切に調節することができる。

前記有機導電性組成物３０を熱処理する場合、これに限定されないが、常温〜４００℃で熱処理することが好ましく、２５℃〜１５０℃で熱処理することがより好ましい。これは、前記有機導電性組成物３０の熱処理温度が低いと組成物の粘度が低下し、熱処理温度が高いと有機導電性組成物３０が変形することがあるからである。

前述のように粘度を調節することで、ノズル２０内に提供された有機導電性組成物３０をプリント法を利用して滴下して、前記基板１０上に所定の間隔で離隔した複数の導電パターン３３を形成することができる。

前記基板１０は、前記切断ラインＣＬに沿ってセル単位で切断する。このとき、１つのセルには１つ以上の導電パターン３３が含まれるように切断する。

前記切断ラインＣＬは、所望のセルの大きさ及び形状に合わせて形成され、後工程で切断されてセルの縁部を形成する。

本発明の一実施形態によると、１つのセルに１つの単一パターン形態の導電パターン３３ｃが形成されるように切断し（図１ｃ）、本発明の他の実施形態によると、１つのセルに４つの円形導電パターン３３ｄが形成されるように切断し（図２の（ａ））、本発明のさらに他の実施形態によると、１つのセルに４つの四角形導電パターン３３ｅが形成されるように切断する（図２の（ｂ））。

次に、本発明の実施形態により前記基板１０上に形成された導電パターン３３を熱処理することにより、熱処理された導電パターン３３'と基板１０との接着力を向上させることができる。

また、導電パターンの接着力を向上させるために、前記基板１０上にＵＶ（紫外線）照射を行ってもよく、コロナ処理やプライマー処理などを施してもよい。

次に、大面積基板１０上に形成されて熱処理された導電パターン３３'を、ブレード４０などを利用して前記基板１０上に形成された切断ラインＣＬに沿ってセルＣ単位でダイシングすることにより、単位基板１０Ｃ上に導電パターン３３Ｃが形成された透明有機電極であるセルＣが製造される。

従来のＩＴＯなどを利用した導電パターンの場合は、蒸着、露光、及び現像により基板全体にパターンを形成した後、単位セルで切断することから、原料の消費が多く、工程が複雑であるという欠点があった。

また、ＩＴＯなどを利用した導電パターンの場合は、無機物の材料的な特性により、ダイシング工程時にクラックが発生する可能性が高い。

これに対して、本実施形態では、有機導電性組成物３０が単位セルを構成する導電パターンの形態で基板１０上にプリントされることにより、単位セルの形成に必要とされる量だけ有機導電性組成物３０を使用するため、原料の消費を減らすことができる。

さらに、従来のダイシング工程においては、導電パターンを直接切断するため、導電パターンの端部にクラックが多く発生していたが、本発明の一実施形態においては、各セルの端部を構成する切断ラインＣＬの内部に１つ以上の導電パターンが形成されるようにパターンをプリントし、前記切断ラインＣＬに沿ってセル単位で切断するため、導電パターンが直接切断されない。

すなわち、前記基板１０上に形成された切断ラインＣＬを切断するため、導電パターンが切断されて発生していたクラックの発生を防止することができる。

従って、基板１０全体に有機導電性組成物３０をプリントしないことで原料の消費を減らし、導電パターンを直接切断しないことでクラック発生率を低減して透明電極製造収率を向上させるという効果がある。

また、熱処理された導電パターン３３'自体が電極の役割を果たすので、既存の透明導電性素材に電極を取り付けるために電極取付予定部位の導電性層を除去する工程が不要になることにより、電極の製造工程が単純化されて製造コストを低減できるという効果がある。

実施例１
有機導電性組成物の熱処理温度による抵抗変化率を調べるために、インクジェットプリント、スクリーンプリント、グラビアプリント、又はオフセットプリント方法を用いてプリントし、３０分間熱処理した後、熱処理温度別抵抗を比較した。

図３の（ａ）は、様々なプリント方法における熱処理温度による抵抗変化率を示すグラフである。

有機導電性組成物を様々なプリント方法でプリントした後、２５℃〜１５０℃で熱処理した場合、有機導電性組成物を含む単位セルの抵抗は大きく上昇していないが、１５０℃を超えると抵抗が急激に増加することが分かる。

すなわち、本発明の一実施形態によると、２５℃〜１５０℃の温度で熱処理した場合、一定の抵抗を有する単位セルを製造できる反面、熱処理温度が１５０℃を超える場合、有機物の変形により有機導電性組成物の特性が変化して抵抗が急激に増加することが分かる。

実施例２
様々なプリント方法によるプリント後の有機導電性組成物の熱処理温度によるクラック発生率を調べるために、インクジェットプリント、スクリーンプリント、グラビアプリント、及びオフセットプリント方法を用いてプリントし、３０分間熱処理した後、熱処理温度別クラック発生率を比較した。

クラック発生率（Ａ）は、単位面積にクラックが発生した場合、単位長さ当たりのクラック長さの比を基準とするもので、クラックが多くなるほどクラック発生率が大きくなる。
クラック発生率＝クラック長さ／単位長さ

図３の（ｂ）を参照すると、本発明の一実施形態により、各セルを区画する切断ラインを形成し、前記切断ラインで区画された各セル内部の導電パターンを１００℃以下で熱処理した場合、どのプリント方法を適用してもクラック発生率は０．５を超えておらず、特に５０℃以下で熱処理した場合、クラック発生率はプリント方法に関係なく０．３を超えていない。

また、グラビアプリント方法とインクジェットプリント方法でプリントした後、有機導電性組成物を５０℃以下で熱処理した場合、クラック発生率は０．２を超えていない。

つまり、どのプリント方法を適用しても、２５℃〜１５０℃の範囲で熱処理した場合、クラック発生率（Ａ）は１％未満であった。これに対して、熱処理温度が１５０℃を超えると、クラック発生率（Ａ）は１を超え、単位セルの不良率が増加した。

本発明の一実施形態によれば、有機導電性組成物を使用するため、高温では有機物の変形が起こって電極のクラック発生率が高くなるが、有機物の熱的変形が起こらない温度範囲内で有機導電性組成物を熱処理して単位セルを製造した場合、クラック発生率は１％を超えず、特に１００℃未満の温度で熱処理した場合、どのプリント方法を適用してもクラック発生率は０．５未満であるため、電極の不良率が著しく低くなることが分かる。

Claims (13)

1. 導電性物質、バインダー、及び溶媒を含む有機導電性組成物を準備する段階と、
   セル単位で区画された切断ラインが形成された基板を準備する段階と、
   前記切断ラインで区画された各セルの内部に前記有機導電性組成物を利用して導電パターンをプリントすることにより導電層を形成する段階と、
   前記切断ラインに沿ってダイシングしてそれぞれ前記導電層が形成されたセルに分離する段階と
   を含むことを特徴とする透明有機電極形成方法。
2. 前記導電層を形成する段階において、
   前記各セルの内部に１つの導電パターンをプリントすることを特徴とする請求項１に記載の透明有機電極形成方法。
3. 前記導電層を形成する段階において、
   前記各セルの内部に２つ以上の導電パターンをプリントすることを特徴とする請求項１に記載の透明有機電極形成方法。
4. 前記導電パターンは、円形又は多角形のパターンであることを特徴とする請求項２又は３に記載の透明有機電極形成方法。
5. 前記有機導電性組成物は、粘度調節剤をさらに含むことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の透明有機電極形成方法。
6. 前記導電性物質は、導電性高分子、金属ナノ物質、炭素ナノチューブ、及び導電性インクの少なくとも１つ以上の物質からなることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の透明有機電極形成方法。
7. 前記導電性高分子は、ポリ−３，４−エチレンジオキシチオフェン／ポリスチレンスルホン酸（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）又はポリアニリンであることを特徴とする請求項６に記載の透明有機電極形成方法。
8. 前記導電性物質は、全体組成物１００重量部に対して３〜５０重量部であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の透明有機電極形成方法。
9. 前記バインダーは、全体組成物１００重量部に対して１〜４０重量部であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の透明有機電極形成方法。
10. 前記導電層を形成する段階の後に、
    前記導電層を熱処理する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１から９の何れか１項に記載の透明有機電極形成方法。
11. 前記導電層を熱処理する段階は、常温〜４００℃で行われることを特徴とする請求項１０に記載の透明有機電極形成方法。
12. 前記導電層を熱処理する段階は、２５〜１５０℃で行われることを特徴とする請求項１０に記載の透明有機電極形成方法。
13. 前記導電パターンは、インクジェットプリント、スクリーンプリント、グラビアプリント、又はオフセットプリントで形成されることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の透明有機電極形成方法。

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