JP2013012615A - Solid state imaging device, and manufacturing method thereof, and transparent conductive film for solid state imaging device used for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法、それに用いる固体撮像素子用の透明導電性膜等に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, a transparent conductive film for the solid-state imaging device used therein, and the like.
撮像モジュールを備えたモバイル電子機器が、小型化・薄型化され、急速に普及している。これを受け、小さくて軽く、安価な撮像モジュールに対する要求はさらに高まっている。例えば、カメラを内蔵した携帯電話には、撮像モジュールだけではなく、他のデジタル電子機器のためのモジュールもともに融合されており、安定した品質で加工性のよい撮像素子の開発が求められている。 Mobile electronic devices equipped with an imaging module are becoming smaller and thinner and are rapidly spreading. In response to this, the demand for a small, light, and inexpensive imaging module is increasing. For example, mobile phones with built-in cameras are not only equipped with imaging modules but also modules for other digital electronic devices, and there is a need to develop imaging devices with stable quality and good processability. .
ウェハレベル撮像モジュールは、上記のような要求を充足させるために考案されたものである。そのレンズモジュール(以下、ウェハレベルレンズモジュールないしWLLなどと言う)は、透明基板とその表面に形成されたポリマーレンズ(polymer lens)との積層構造からなっている。このようなウェハレベルレンズモジュールは、レプリカ方式(replica method)を用いて形成されたアレイ形態のポリマーレンズを有する複数の透明ウェハを整列して積層した後、これを切断して製造される。そのために、サイズが小さくて軽いだけではなく、大量製造が可能で製造コストを大幅に低減することができる(特許文献1,2等参照)。 The wafer level imaging module has been devised to satisfy the above requirements. The lens module (hereinafter referred to as a wafer level lens module or WLL) has a laminated structure of a transparent substrate and a polymer lens formed on the surface thereof. Such a wafer level lens module is manufactured by aligning and laminating a plurality of transparent wafers having polymer lenses in an array form formed using a replica method, and then cutting the wafers. Therefore, not only is the size small and light, but also mass production is possible and the production cost can be significantly reduced (see Patent Documents 1 and 2).
上記ウェハレベル撮像モジュールの構造や製造技術は上記のように開発が進んでいる。しかし、そこに適用される材料に関連する技術については未だ十分な検討がなされていない。例えば、人体への影響等を考慮して電磁波の外部放射を防ぐことが望まれるが、そうした課題に対する本格的な研究開発はほぼなされていない。また、今後、高画素化による信号処理(データレート)の高速化や、チップサイズの小型化によるRF回路の近接等の状況が予想され、更なるシールド性能の向上が求められるようになる。特に、内視鏡などの医療用途や車載用途では強い電磁波シールド性を向上させるニーズがある。具体的に、地デジ・GSM・海外3G・無線LANであれば400MHz〜2500MHz程度であり、この周波数領域での電磁波シールド性の付与が求められる。 The structure and manufacturing technology of the wafer level imaging module are being developed as described above. However, the technology related to the material applied there has not been sufficiently studied. For example, it is desirable to prevent external radiation of electromagnetic waves in consideration of the effects on the human body, but there has been almost no full-scale research and development on such issues. Further, in the future, it is anticipated that the signal processing (data rate) will be faster due to the increase in the number of pixels, and the proximity of the RF circuit due to the reduction in the chip size, and further improvements in shielding performance will be required. In particular, there is a need to improve strong electromagnetic shielding properties in medical applications such as endoscopes and in-vehicle applications. Specifically, in the case of terrestrial digital / GSM / overseas 3G / wireless LAN, it is about 400 MHz to 2500 MHz, and it is required to provide electromagnetic shielding properties in this frequency region.
そこで本発明は、ウェハレベル撮像モジュールに特に適合する固体撮像素子用の透明導電性膜を所定の箇所に配設する固体撮像素子の製造方法、それにより製造された前記透明導電性膜、これを有する固体撮像素子の提供を目的とする。特に、十分な透明性を有することはもとより、良好な成形性・導電性を有し、電磁波等の外部放射を抑え、あるいは電磁波シールド性を示し、さらには成膜温度や耐熱性の点でも優れる透明導電性膜を有する固体撮像素子の製造方法、それにより製造された前記透明導電性膜、これを有する固体撮像素子の提供を目的とする。 Accordingly, the present invention provides a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a transparent conductive film for a solid-state imaging device that is particularly suitable for a wafer level imaging module is disposed at a predetermined location, the transparent conductive film manufactured thereby, An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having the same. In particular, it has not only sufficient transparency but also good moldability and conductivity, suppresses external radiation such as electromagnetic waves, or exhibits electromagnetic shielding properties, and is excellent in terms of film formation temperature and heat resistance. It is an object of the present invention to provide a method for producing a solid-state imaging device having a transparent conductive film, the transparent conductive film produced thereby, and a solid-state imaging device having the same.
上記の課題は以下の手段によって解決された。
(1)透明導電膜を内部部材表面上に有する固体撮像素子の製造方法であって、導電性金属粒子、導電性金属ナノワイヤ、導電性酸化物粒子、及び導電性ポリマーのいずれか一種を少なくとも含有する透明導電性膜を、前記内部部材に配設する固体撮像素子の製造方法。
(2)前記部材に透明導電性膜を配設する工程の後に、ウェハ上に設けられた部材積層体をダイシングする工程を含む(1)に記載の固体撮像素子の製造方法。
(3)ウェハレベルプロセスによる(1)又は(2)に記載の固体撮像素子の製造方法。
(4)前記導電性金属粒子が、Au、Ag、Cu、及びその複合物からなる群から選択される(1)〜(3)のいずれか1項に記載の固体撮像素子の製造方法。
(5)前記導電性金属ナノワイヤが、Au、Ag、及びCuからなる群から選択される(1)〜(4)のいずれか1項に記載の固体撮像素子の製造方法。
(6)前記導電性酸化物粒子が、インジウム、錫、アンチモン、アルミニウム、チタン、及び亜鉛からなる群から選択される(1)〜(5)のいずれか1項に記載の固体撮像素子の製造方法。
(7)前記導電性ポリマーが、ポリアニリン、ポリピロール、及びPEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)からなる群から選択される(1)〜(6)のいずれか1項に記載の固体撮像素子の製造方法。
(8)(1)〜(7)のいずれか1項に記載の製造方法で固体撮像素子を作製する工程と、これをモジュール化する工程とを有するカメラモジュールの製造方法。
(9)(1)〜(8)のいずれか1項に記載の製造方法により固体撮像素子の内部部材表面に形成された透明導電性膜であって、
導電性金属粒子、導電性金属ナノワイヤ、導電性酸化物粒子、及び導電性ポリマーのいずれか一種を少なくとも含有する透明導電性膜。
(10)(9)に記載の透明導電性膜を具備する固体撮像素子。
(11)(10)に記載の固体撮像素子を具備するカメラモジュール。
(12)(9)に記載の透明導電性膜の電磁波シールド膜としての使用。
(13)固体撮像素子の内部部材表面に配設して透明導電性膜をなす透明導電性塗料であって、導電性金属粒子、導電性金属ナノワイヤ、導電性酸化物粒子、及び導電性ポリマーのいずれか一種を少なくとも含有する固体撮像素子用の透明導電性塗料。
The above problem has been solved by the following means.
(1) A method for producing a solid-state imaging device having a transparent conductive film on the surface of an internal member, comprising at least one of conductive metal particles, conductive metal nanowires, conductive oxide particles, and a conductive polymer A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein a transparent conductive film is disposed on the internal member.
(2) The method for manufacturing a solid-state imaging element according to (1), including a step of dicing a member stack provided on the wafer after the step of disposing a transparent conductive film on the member.
(3) The manufacturing method of the solid-state image sensor as described in (1) or (2) by a wafer level process.
(4) The method for manufacturing a solid-state imaging element according to any one of (1) to (3), wherein the conductive metal particles are selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, and a composite thereof.
(5) The method for manufacturing a solid-state imaging element according to any one of (1) to (4), wherein the conductive metal nanowire is selected from the group consisting of Au, Ag, and Cu.
(6) The manufacturing of the solid-state imaging element according to any one of (1) to (5), wherein the conductive oxide particles are selected from the group consisting of indium, tin, antimony, aluminum, titanium, and zinc. Method.
(7) The method for producing a solid-state imaging device according to any one of (1) to (6), wherein the conductive polymer is selected from the group consisting of polyaniline, polypyrrole, and PEDOT (polyethylenedioxythiophene).
(8) A method for manufacturing a camera module, comprising: a step of producing a solid-state imaging device by the production method according to any one of (1) to (7);
(9) A transparent conductive film formed on the surface of the internal member of the solid-state imaging device by the manufacturing method according to any one of (1) to (8),
A transparent conductive film containing at least one of conductive metal particles, conductive metal nanowires, conductive oxide particles, and a conductive polymer.
(10) A solid-state imaging device comprising the transparent conductive film according to (9).
(11) A camera module comprising the solid-state imaging device according to (10).
(12) Use of the transparent conductive film according to (9) as an electromagnetic wave shielding film.
(13) A transparent conductive coating disposed on the surface of an internal member of a solid-state imaging device to form a transparent conductive film, comprising conductive metal particles, conductive metal nanowires, conductive oxide particles, and a conductive polymer A transparent conductive paint for a solid-state imaging device containing at least any one of them.
本発明によれば、ウェハレベル撮像モジュールに特に適合する固体撮像素子用の透明導電性膜を所定の箇所に配設する固体撮像素子の製造方法、それにより製造された前記透明導電性膜、これを有する固体撮像素子の提供を可能とする。特に、十分な透明性を有することはもとより、良好な成形性・導電性を有し、電磁波等の外部放射を効果的に抑えることができ、あるいは電磁波シールド性を示し、さらには成膜温度や耐熱性の点でも優れる透明導電性膜を接着固定化する固体撮像素子の製造方法、それにより製造された前記透明導電性膜、これを有する固体撮像素子の提供を可能とする。 According to the present invention, a method of manufacturing a solid-state imaging device in which a transparent conductive film for a solid-state imaging device that is particularly suitable for a wafer level imaging module is disposed at a predetermined location, the transparent conductive film manufactured thereby, It is possible to provide a solid-state imaging device having In particular, it has sufficient moldability and conductivity as well as sufficient transparency, can effectively suppress external radiation such as electromagnetic waves, or exhibits electromagnetic wave shielding properties, It is possible to provide a method for manufacturing a solid-state imaging device in which a transparent conductive film excellent in heat resistance is bonded and fixed, the transparent conductive film manufactured thereby, and a solid-state imaging device having the same.
本発明の製造方法においては、ウェハレベル撮像モジュールにおける固体撮像素子の製造において、特定の透明導電性膜を固体撮像素子の内部部材等に配設して、電磁波等の外部放射を抑制する、あるいは外部電磁波をシールドすることができる。以下、本発明について詳細に説明する。 In the manufacturing method of the present invention, in the manufacture of the solid-state imaging device in the wafer level imaging module, a specific transparent conductive film is disposed on the internal member of the solid-state imaging device to suppress external radiation such as electromagnetic waves, or External electromagnetic waves can be shielded. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[第1実施形態]
(固体撮像素子の構成例)
図1は、本発明の一実施形態に係るウェハレベル撮像モジュールにおける固体撮像素子を模式化して示す断面図である。本実施形態の固体撮像素子は、2層のレンズ体1a、1bを具備している。各レンズ体はレンズとそれを支持する支持板1a’,1b’とからなり、外枠2により支持されて素子内部で固定されている。さらに素子の内部で第2レンズ体1bを挟んで第1レンズ体1aの反対側には、受光層3が上記レンズ体と平行に配設されている。この受光層3の構造は特に限定されないが、カラー撮像の素子であれば、カバーガラスを有し、R,G,Bの画素を構成するカラーフィルター及びそれに対応したイメージセンサー32を配設した構造が挙げられる。
前記受光層の上部であって第2レンズ体側となる面には本実施形態の要部をなす透明導電膜が塗布形成されている。
[First Embodiment]
(Configuration example of solid-state image sensor)
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a solid-state imaging device in a wafer level imaging module according to an embodiment of the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment includes two layers of
A transparent conductive film, which is a main part of the present embodiment, is applied and formed on the surface on the second lens body side above the light receiving layer.
さらにその下方で、外枠2の内方端縁にあたる箇所には、素子基材4が設けられている。この基材4は上述したガラス基材のようなものであっても、この種の素子に通常用いられる形態のシリコンウェハであってもよい。さらに、本実施形態では図示していないが、基材4のレンズ体を配した側とは反対側の面に赤外線溶融はんだを適用している。これにより、半導体回路等に実装しモジュール化することが可能とされている。
Further below that, an element substrate 4 is provided at a location corresponding to the inner edge of the
本実施形態の固体撮像素子10においては、光を取り込む第1レンズ体の外表面の外枠側で、レンズ体1aの中央におけるレンズ開口部の外側にWLL遮光材膜Bが設けられている。これにより外部からの迷光が素子内部に入るのを防いでいる。さらに本実施形態においては、素子の外周部材側面に遮光性塗料を塗布して形成した遮光性塗膜9が形成されている。これにより、外枠2に十分な遮光性が付与されていないようなときにも、素子外周面の遮光性を維持することができる。なお、本明細書において、部材とは素子を構成する部材全般を指し、外周部材とは、外周ないしその一部を構成する部材を指す。図1に示した態様では外枠2およびレンズ体支持体の一部この外周部材を構成している。逆に、内部部材とは、外周部材以外の部材を指し、図1に示した態様では、受光層3や第2レンズ体1b等がそれにあたる。なお、図示した素子は説明のために大幅に簡略化した模式図であり、実際上必要な構造や形態に適宜設定ないし変更して構成することを前提とするものである。この点は図2、図3も同様である。
In the solid-
(固体撮像素子の製造例)
次に、上記実施形態の固体撮像素子の製造方法の一実施態様について、図2に基づいて説明する。本実施態様においては、第1レンズ体1a及びその支持板1a’、外枠2、第2レンズ体1b及びその支持板1b’、外枠2、受光層3、基板4の順に組み立てることで製造することができる。
図2では、レンズ体1a,1bの連続板が積層し、これを外枠2が所定間隔で支持して、基材4および受光層3上に固定配置されている。この基材4としては、半導体製造に常用されるウェハを適用することができる。このとき、受光層3のレンズ体側の面にはカバーガラス31がありその下方表面に透明導電膜5が形成されている。この受光層3の表面に透明導電性膜を形成することが蓄積した電荷を効果的に放出しやすく好ましい。このようなモジュールの製造方法及び各材料は通常のものを使用することができ、例えば特開2010−282179号公報を参照することができる。なお、図2の分解斜視図は構造を説明するためのものであり、製造手順がこれにより限定して解釈されるものではない。
(Example of manufacturing a solid-state image sensor)
Next, an embodiment of the method for manufacturing the solid-state imaging device of the above embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, the
In FIG. 2, the continuous plates of the
(透明導電性膜)
ここで本実施形態において重要な特徴である、透明導電性膜の形成について述べる。この透明導電性膜はスピン塗布により受光層3の上方にあるカバーガラス31の下面に塗着されている。
この透明導電性膜は膜形成の前にあらかじめ製膜しておく。透明導電性膜の材料については後で詳しく述べるが、その成膜方法ついては、下記のようなものが挙げられる。成膜方法は、例えば、スピンコート法、スプレー法、ロールコート法、ダイコート法、ドクターブレード法、バー塗布法、スクリーン印刷法等の各種の方法を採用することができる。中でも、簡便に均一な膜を形成できる観点で、スピンコート法が好ましい。なお、本明細書においてモジュールないし素子の上方とは受光側、つまり第1レンズ体側を意味する。逆に下方とは基板4側となる。
(Transparent conductive film)
Here, formation of a transparent conductive film, which is an important feature in the present embodiment, will be described. This transparent conductive film is applied to the lower surface of the
This transparent conductive film is formed in advance before film formation. The material of the transparent conductive film will be described in detail later, and the film forming method includes the following. As the film forming method, for example, various methods such as a spin coating method, a spray method, a roll coating method, a die coating method, a doctor blade method, a bar coating method, and a screen printing method can be adopted. Among these, the spin coating method is preferable from the viewpoint of easily forming a uniform film. In the present specification, “above the module or element” means the light receiving side, that is, the first lens body side. Conversely, the lower side is the substrate 4 side.
さらに透明導電膜を接着剤を用いて配設する形態が挙げられる。この場合、接着剤としては一般的なものが使用されるが、導電性接着剤を用いてもよい。 Furthermore, the form which arrange | positions a transparent conductive film using an adhesive agent is mentioned. In this case, a general adhesive is used, but a conductive adhesive may be used.
本実施形態については、上記透明導電性膜を受光層のカバーガラス側下方表面に適用する例を挙げたが、その他にも、受光層のレンズ側とは逆の面や側面、ウェハ基板表面、レンズ体等に適用することが好ましい。
透明導電膜の厚さは特に限定されないが、十分な透明性と導電性とを確保する観点から、0.01〜100μmであることが好ましく、0.05〜50μmであることがより好ましい。本実施形態においては、透明導電膜を、できるだけ電磁波を発生するセンサーの近くに形成することが好ましく、カバーガラスの裏面(下面)に該膜を配設した。ただし、モジュールの構造や必要に応じてカバーガラスの表面(上面)に配設してもよい。透明導電膜を透明樹脂とサンドイッチ構造として積層することで、より電磁波シールド性が向上する形態として構成しうるため好ましい。また、後述する透明樹脂としては、透明性が良好で光損失が少ない高屈折率材料が好ましい。
About this embodiment, although the example which applies the above-mentioned transparent conductive film to the cover glass side lower surface of a light reception layer was given, the surface and side opposite to the lens side of a light reception layer, the wafer substrate surface, It is preferable to apply to a lens body or the like.
Although the thickness of a transparent conductive film is not specifically limited, From a viewpoint of ensuring sufficient transparency and electroconductivity, it is preferable that it is 0.01-100 micrometers, and it is more preferable that it is 0.05-50 micrometers. In the present embodiment, the transparent conductive film is preferably formed as close as possible to the sensor that generates electromagnetic waves, and the film is disposed on the back surface (lower surface) of the cover glass. However, you may arrange | position on the surface (upper surface) of a cover glass as needed for the structure of a module. Lamination of the transparent conductive film as a sandwich structure with a transparent resin is preferable because it can be configured as a form in which electromagnetic wave shielding properties are further improved. Further, as the transparent resin described later, a high refractive index material having good transparency and low light loss is preferable.
[第2実施形態]
本発明の別の実施形態を説明するために、従来のウェハレベルレンズモジュールの製造方法を基礎とする図3に示した例について説明する。この固体撮像素子は2つのレンズを有するレンズユニット11を受光層13の上に配置し、その下方にウェハ14が位置する。これらの部材は、当初、透明導電性膜5を含めたウェハ上に連続した面をなすよう積層体として製造される。このとき透明導電性膜5の配設箇所は特に限定されず、図3に示した部材表面ないしイメージセンサー(図示せず)に対向するカバーガラス(図示せず)の下方表面の位置などが挙げられる。なかでも、受光層13のカバーガラス下方表面(裏面)であることが蓄積した電荷を効果的に放出しやすく、あるいは外部電磁波を効果的にシールドでき好ましい。
[Second Embodiment]
In order to describe another embodiment of the present invention, the example shown in FIG. 3 based on a conventional method for manufacturing a wafer level lens module will be described. In this solid-state imaging device, a
その後、切断位置Cの部分で幅wのダイシング溝を形成する。その加工方法は定法によればよく、例えば、通常のソーワイヤーにより、レンズユニット11、受光層13のみをダイシングし、ウェハ14の部分を残す深さで切除加工を施すことが挙げられる。さらに形成された幅wの溝に流し込むように遮光樹脂19を付与する。これにより各素子が樹脂19により隔絶され遮光構造が形成される。このとき、レンズユニット11の上面外側にも適量の遮光樹脂19が乗るようにしており、これにより光の入射方向からの迷光も遮断できるようにされている。
Thereafter, a dicing groove having a width w is formed at the cutting position C. The processing method may be a regular method. For example, the
上述したウェハレベル撮像モジュールにおける固体撮像素子の構造や製造方法は、たとえば、特開2010−282179号公報、特開2010−56170号公報等の記載を参考にすることができる。また、本発明の透明導電性塗料は上記ウェハレベル撮像モジュールの製造に特に適してはいるが、その他の方式による撮像モジュールに適用することを妨げるものではなく、例えば、特開昭50−56916号公報、2005−086100号公報、特開2010−251558号公報、特開2010−282179号公報等に記載のモジュールに適用してもよい。 For the structure and manufacturing method of the solid-state imaging device in the wafer level imaging module described above, for example, descriptions in JP 2010-282179 A and JP 2010-56170 A can be referred to. The transparent conductive paint of the present invention is particularly suitable for the production of the wafer level imaging module, but does not prevent application to imaging modules of other systems. For example, JP-A-50-56916 You may apply to the module as described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-086100, Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-251558, Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-282179, etc.
[透明導電性塗料]
本発明において透明導電性塗料は、少なくとも導電性金属粒子、導電性金属ナノワイヤ、導電性酸化物粒子、及び導電性ポリマーのいずれか一種と、有機樹脂とを含有する。その具体的な材料は、発明の目的を達成できるものであれば特に限定されないが、以下に示す実施態様のものが好ましい。
・第1の実施形態としては、導電性金属粒子が、Au、Ag、Cu、及びその複合物からなる群から選択されるものが挙げられる。
・第2の実施形態としては、導電性金属ナノワイヤが、Au、Ag、及びCuからなる群から選択されるものが挙げられる。
・第3の実施形態としては、導電性酸化物粒子が、インジウム、錫、アンチモン、アルミニウム、チタン、及び亜鉛からなる群から選択されるものが挙げられる。
・第4の実施形態としては、導電性ポリマーが、ポリアニリン、ポリピロール、及びPEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)からなる群から選択されるものが挙げられる。
上記金属粒子等のさらに具体的な実施形態については、後記で詳述する。
[Transparent conductive paint]
In the present invention, the transparent conductive paint contains at least one of conductive metal particles, conductive metal nanowires, conductive oxide particles, and a conductive polymer, and an organic resin. Although the specific material will not be specifically limited if the objective of invention can be achieved, The thing of the embodiment shown below is preferable.
-As 1st Embodiment, what a conductive metal particle is selected from the group which consists of Au, Ag, Cu, and its composite is mentioned.
-As 2nd Embodiment, what a conductive metal nanowire is selected from the group which consists of Au, Ag, and Cu is mentioned.
-As 3rd Embodiment, what a conductive oxide particle is selected from the group which consists of indium, a tin, antimony, aluminum, titanium, and zinc is mentioned.
-As a 4th embodiment, what a conductive polymer is chosen from the group which consists of polyaniline, polypyrrole, and PEDOT (polyethylene dioxythiophene) is mentioned.
More specific embodiments of the metal particles and the like will be described in detail later.
(有機樹脂)
本発明の透明導電性塗料に適用しうる有機樹脂としては、使用する溶媒に溶解でき、導電性成分を分散させることができ、成膜できるバインダー成分であれば、一般的に塗料で用いられている任意のバインダー成分を特に制限なく用いることができ、樹脂としては、光硬化性化合物、熱硬化性化合物、電子線硬化性化合物等を硬化させて得られる樹脂を用いることができる。ここで、光硬化性化合物とは、光によって硬化する有機化合物であり、熱硬化性化合物とは、熱によって硬化する有機化合物であり、電子線硬化性化合物とは、高エネルギー線である電子線で硬化する有機化合物である。特に限定されないが、以下のようなものが挙げられる。例えば、アルキド樹脂、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、フタル酸樹脂、アミノ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアクリルシリコーン樹脂、ポリビニルアセタール樹脂、ポリウレタン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、もしくはこれらを変性したバインダー樹脂等を1種単独でもしくは2種類以上併用することができる。
(Organic resin)
The organic resin that can be applied to the transparent conductive paint of the present invention is generally used in paints as long as it is a binder component that can be dissolved in the solvent used, can disperse the conductive components, and can form a film. Any binder component can be used without particular limitation, and as the resin, a resin obtained by curing a photocurable compound, a thermosetting compound, an electron beam curable compound, or the like can be used. Here, the photocurable compound is an organic compound that is cured by light, the thermosetting compound is an organic compound that is cured by heat, and the electron beam curable compound is an electron beam that is a high energy beam. It is an organic compound that cures in Although it does not specifically limit, the following are mentioned. For example, alkyd resin, polyester resin, unsaturated polyester resin, polyurethane resin, acrylic resin, epoxy resin, phenol resin, vinyl resin, silicone resin, fluorine resin, phthalic acid resin, amino resin, polyamide resin, polyacryl silicone resin, polyvinyl Acetal resin, polyurethane resin, melamine resin, urea resin, or binder resin obtained by modifying these can be used alone or in combination of two or more.
さらに上記バインダー成分中には必要に応じて架橋剤を含有させても良く、例えば、アミノ基等の塩基性官能基、OH基等の中性官能基、カルボキシル基等の酸性官能基、イソシアネート基等の反応性官能基を1分子中に2つ以上有する任意の架橋剤を用いることができる。 Further, the binder component may contain a cross-linking agent as necessary. For example, basic functional groups such as amino groups, neutral functional groups such as OH groups, acidic functional groups such as carboxyl groups, isocyanate groups Any cross-linking agent having two or more reactive functional groups in one molecule can be used.
また、上記バインダー成分はラジカル重合性モノマーであってもよく、ラジカル重合性の不飽和基(α,β−エチレン性不飽和基)を有しているモノマーであれば、アミノ基等の塩基性官能基を有するもの、OH基等の中性官能基を有するもの、カルボキシル基等の酸性官能基を有するもの、或いはこのような官能基を有していないもの、のいずれでもよい。 The binder component may be a radical polymerizable monomer, and may be a basic group such as an amino group as long as it is a monomer having a radical polymerizable unsaturated group (α, β-ethylenically unsaturated group). Any of those having a functional group, those having a neutral functional group such as an OH group, those having an acidic functional group such as a carboxyl group, or those not having such a functional group may be used.
さらに、本発明の透明導電膜形成用組成物には、その目的を損なわない範囲内で、慣用の各種添加剤を配合してもよい。このような添加剤の例として、分散剤、分散助剤、重合開始剤、重合禁止剤、硬化触媒、密着助剤、酸化防止剤、UV吸収剤、レベリング剤等を挙げることができる。 Furthermore, you may mix | blend various conventional additives in the composition for transparent conductive film formation of this invention in the range which does not impair the objective. Examples of such additives include a dispersant, a dispersion aid, a polymerization initiator, a polymerization inhibitor, a curing catalyst, an adhesion aid, an antioxidant, a UV absorber, and a leveling agent.
以下に、本発明に適用できる透明性導電塗料をなす導電性材料の具体例を挙げる。
(ナノワイヤ・ナノチューブ)
本明細書において使用する際に、「ナノ構造」または「導電性ナノ構造」は、ナノサイズの構造を指し、その少なくとも1つの寸法は、500nm未満、より好ましくは、250nm、100nm、50nm、または25nm未満である。ナノ構造は、金属(例えば、遷移金属)、金属合金、金属化合物(例えば、金属酸化物)、導電性ポリマー、導電性カーボンナノチューブ、およびその同等物を含む任意の導電性材料から作製可能である。典型的には、ナノ構造は、金属材料から作製される。金属材料は、元素金属または金属化合物(例えば、金属酸化物)であることが可能である。また、金属材料は、2つ以上の種類の金属を含む金属合金または2種類の金属からなる材料であることが可能である。
Below, the specific example of the electroconductive material which makes the transparent conductive paint which can be applied to this invention is given.
(Nanowire / Nanotube)
As used herein, “nanostructure” or “conductive nanostructure” refers to a nanosized structure, at least one dimension of which is less than 500 nm, more preferably 250 nm, 100 nm, 50 nm, or It is less than 25 nm. Nanostructures can be made from any conductive material including metals (eg, transition metals), metal alloys, metal compounds (eg, metal oxides), conductive polymers, conductive carbon nanotubes, and the like. . Typically, nanostructures are made from metallic materials. The metal material can be an elemental metal or a metal compound (eg, a metal oxide). The metal material can be a metal alloy containing two or more types of metals or a material made of two types of metals.
ナノ構造は、任意の形状または幾何学的形状を有することが可能である。特定の実施形態では、ナノ構造は、等方性形状(すなわち、アスペクト比=1)である。典型的な等方性ナノ構造には、ナノ粒子が含まれる。好適な実施形態では、ナノ構造は、異方性形状(すなわち、アスペクト比≠1)である。本明細書において使用する際に、アスペクト比は、ナノ構造の長さおよび幅(または直径)の比率を指す。典型的には、異方性ナノ構造は、その長さに沿って長手方向軸を有する。例示的な異方性ナノ構造には、本明細書に定義するように、ナノワイヤおよびナノチューブが含まれる。 Nanostructures can have any shape or geometric shape. In certain embodiments, the nanostructure is an isotropic shape (ie, aspect ratio = 1). Typical isotropic nanostructures include nanoparticles. In a preferred embodiment, the nanostructure is an anisotropic shape (ie, aspect ratio ≠ 1). As used herein, aspect ratio refers to the ratio of length and width (or diameter) of nanostructures. Typically, anisotropic nanostructures have a longitudinal axis along their length. Exemplary anisotropic nanostructures include nanowires and nanotubes, as defined herein.
ナノ構造は、中実または中空であることが可能である。中実ナノ構造には、例えば、ナノ粒子およびナノワイヤが含まれる。「ナノワイヤ」は、本明細書に定義するように、中実異方性ナノ構造を指す。典型的には、各ナノワイヤは、10を上回る、好ましくは50を上回る、より好ましくは100を上回るアスペクト比(長さ:直径)を有する。典型的には、ナノワイヤは、500nmを上回る、または1μmを上回る、または10μmを上回る長さを有する。 Nanostructures can be solid or hollow. Solid nanostructures include, for example, nanoparticles and nanowires. “Nanowire” refers to a solid anisotropic nanostructure, as defined herein. Typically, each nanowire has an aspect ratio (length: diameter) greater than 10, preferably greater than 50, more preferably greater than 100. Typically, nanowires have a length greater than 500 nm, or greater than 1 μm, or greater than 10 μm.
中空ナノ構造には、例えば、ナノチューブが含まれる。「ナノチューブ」は、本明細書に定義するように、中空異方性ナノ構造を指す。典型的には、ナノチューブは、10を上回る、好ましくは50を上回る、より好ましくは100を上回るアスペクト比(長さ:直径)を有する。典型的には、ナノワイヤは、500nmを上回る、または1μmを上回る、または10μmを上回る長さを有する。 Hollow nanostructures include, for example, nanotubes. “Nanotube” refers to a hollow anisotropic nanostructure, as defined herein. Typically, the nanotubes have an aspect ratio (length: diameter) of greater than 10, preferably greater than 50, more preferably greater than 100. Typically, nanowires have a length greater than 500 nm, or greater than 1 μm, or greater than 10 μm.
同時係属米国特許出願第11/504,822号に開示するように、ナノ構造のアスペクト比(長さ:直径)が高くなると、導電性網の形成に必要なナノ構造は少なくなる。本明細書において使用する際、導電性網は、相互接続ナノ構造または交差ナノ構造のシステムを指す。本説明において、導電性網は、106Ω/□以下の表面抵抗率(または、「シート抵抗」)を有する。好ましくは、導電性網は、105Ω/□、104Ω/□、3,000Ω/□、1,000Ω/□、および100Ω/□以下の抵抗率、または100Ω/□から1000Ω/□もしくは10Ω/□から100Ω/□の抵抗率を有する。特定の好適な実施形態では、導電性網は、ナノワイヤ、ナノチューブ、またはその混合等の異方性ナノ構造から形成される。典型的には、導電性網は、薄膜の形状をとり、「導電性膜」とも呼ばれる。種々の実施形態では、薄膜は、約100nmから200nmの厚さ、または50nmから100nmまでの厚さ、または150nmから200nmまでの厚さを有する。 As disclosed in co-pending US patent application Ser. No. 11 / 504,822, the higher the aspect ratio (length: diameter) of the nanostructure, the fewer nanostructures are required to form the conductive network. As used herein, a conductive network refers to a system of interconnected or crossed nanostructures. In this description, the conductive net has a surface resistivity (or “sheet resistance”) of 106 Ω / □ or less. Preferably, the conductive network has a resistivity of 105Ω / □, 104Ω / □, 3,000Ω / □, 1,000Ω / □, and 100Ω / □ or less, or from 100Ω / □ to 1000Ω / □ or 10Ω / □. It has a resistivity of 100Ω / □. In certain preferred embodiments, the conductive network is formed from anisotropic nanostructures such as nanowires, nanotubes, or mixtures thereof. Typically, the conductive net takes the form of a thin film and is also referred to as a “conductive film”. In various embodiments, the thin film has a thickness of about 100 nm to 200 nm, or a thickness of 50 nm to 100 nm, or a thickness of 150 nm to 200 nm.
したがって、一実施形態は、基板と、基板上の導電性網であって、複数の金属ナノ構造を備える導電性網とを含む透明導電体を提供し、透明導電体は、1000を上回るコントラスト比を有する。種々の実施形態では、コントラスト比は、750、3000より高いか、または5000より高いことが可能である。他の実施形態では、透明導電体は、1000Ω/□未満、500Ω/□未満、100Ω/□未満、または50Ω/□から400Ω/□の間の表面抵抗率を有する。他の実施形態では、透明導電体は、5%未満のヘーズ、1%未満のヘーズを有する。さらなる実施形態では、透明導電体は、85%を上回る、90%を上回る、または95%を上回る光透過性を有する。 Accordingly, one embodiment provides a transparent conductor comprising a substrate and a conductive network on the substrate, the conductive network comprising a plurality of metal nanostructures, wherein the transparent conductor has a contrast ratio greater than 1000. Have In various embodiments, the contrast ratio can be higher than 750, 3000, or higher than 5000. In other embodiments, the transparent conductor has a surface resistivity of less than 1000Ω / □, less than 500Ω / □, less than 100Ω / □, or between 50Ω / □ and 400Ω / □. In other embodiments, the transparent conductor has a haze of less than 5% and a haze of less than 1%. In further embodiments, the transparent conductor has a light transmission greater than 85%, greater than 90%, or greater than 95%.
典型的には、ナノ構造は、中空ナノ構造(例えば、金属ナノチューブ)、金属ナノワイヤ、またはそれらの組み合わせを含む。本明細書に説明するように、ナノ構造は、銀ナノワイヤに比べて光散乱が低減可能である特定の形状、寸法、材料を有する。 Typically, the nanostructures include hollow nanostructures (eg, metal nanotubes), metal nanowires, or combinations thereof. As described herein, nanostructures have specific shapes, dimensions, and materials that can reduce light scattering compared to silver nanowires.
ナノワイヤは、代表的なナノ構造として示され、本プロセスが全ての形状および構造のナノ構造に適用される。その1例としては、基板上に、第1の種類の金属(例えば、銀)のナノワイヤが蒸着される。ナノワイヤをテンプレートとして使用して、第2の種類の金属(例えば、金)の薄塗膜をめっきして、金めっきのナノワイヤを形成する。その後、選択エッチングステップを実行して、テンプレート、すなわちナノワイヤを除去する。ナノワイヤテンプレートの除去によって、塗膜内に空洞が形成され、このようにして、第1の種類の金属のナノワイヤを第2の種類の金属の中空ナノ構造、すなわちナノチューブに変換する。 Nanowires are shown as representative nanostructures and the process applies to nanostructures of all shapes and structures. As an example, nanowires of a first type of metal (for example, silver) are deposited on a substrate. Using a nanowire as a template, a thin coating of a second type of metal (eg, gold) is plated to form a gold-plated nanowire. A selective etch step is then performed to remove the template, i.e. the nanowire. Removal of the nanowire template creates cavities in the coating, thus converting the first type of metal nanowires into a second type of metal hollow nanostructure, ie, nanotubes.
一般に、塗膜の厚さは、2−30nmの範囲、またはより典型的には、5−20nmの範囲であることが可能である。特定の好適な実施形態では、銀ナノワイヤ(直径30−80nm)は、約10−20nmの厚さの金の薄層でめっき可能である。エッチングから生じる中空ナノ構造は、塗膜の厚さ「d」の実質的に等しい壁厚さを有する。塗膜は、テンプレートナノ構造よりも薄いため、テンプレートナノ構造よりも、中空ナノ構造の表面から散乱される光は少なくなる。 In general, the thickness of the coating can be in the range of 2-30 nm, or more typically in the range of 5-20 nm. In certain preferred embodiments, the silver nanowires (30-80 nm in diameter) can be plated with a thin layer of gold about 10-20 nm thick. The hollow nanostructure resulting from the etching has a wall thickness that is substantially equal to the coating thickness “d”. Since the coating is thinner than the template nanostructure, less light is scattered from the surface of the hollow nanostructure than the template nanostructure.
めっきステップは、例えば、電気めっき、無電解めっき、または金属間変位によって実行可能である。電気めっき中、基板上に最初に蒸着されるテンプレートナノワイヤは、その上にめっき金属が電気化学的に蒸着可能である作用電極(すなわち、陰極)として使用可能である。典型的には、めっき金属は、めっき浴においてそのイオン型にあり、これは、テンプレートナノワイヤおよび対極(例えば、陽極)の両方に接触する。電流が印加されると、めっき金属のイオンは、陰極に移動し、テンプレートナノワイヤの表面上に蒸着中に、元素金属に還元される。代替として、めっき金属は、電流下で金属イオンに溶解する犠牲電極であることが可能である。 The plating step can be performed, for example, by electroplating, electroless plating, or intermetal displacement. During electroplating, the template nanowires initially deposited on the substrate can be used as a working electrode (ie, cathode) on which the plating metal can be deposited electrochemically. Typically, the plating metal is in its ionic form in the plating bath, which contacts both the template nanowire and the counter electrode (eg, the anode). When current is applied, the plating metal ions move to the cathode and are reduced to elemental metal during deposition on the surface of the template nanowire. Alternatively, the plated metal can be a sacrificial electrode that dissolves in metal ions under current.
無電解めっきでは、電極および電流のいずれも必要としない。代わりに、還元剤を使用して、めっき金属(イオン型)をその元素型に変換する。例えば、テンプレートナノワイヤをめっき液中に浸漬することが可能であり、めっき液は、そのイオン型のめっき金属および還元剤を含む。無電解めっきに適切な還元剤は、当技術分野において既知であり、ホルムアルデヒド、有機硼素剤(例えば、水素化ホウ素ナトリウム、ジメチルアミンボラン)、およびその同等物が含まれるが、これらに限定されない。イオンめっき金属の適切な混合を含むめっき液、適切な還元剤、および安定剤も、Stapleton Technologies,Inc.(Long Beach,CA)等の業者から市販されている。例えば、Stapleton(登録商標) Micro 291は、銀、ニッケル、銅等のめっき金属に適切な商業用の金めっき液である。 In electroless plating, neither electrode nor current is required. Instead, a reducing agent is used to convert the plated metal (ion type) to its elemental form. For example, the template nanowire can be immersed in a plating solution, and the plating solution includes the ionic plating metal and a reducing agent. Suitable reducing agents for electroless plating are known in the art and include, but are not limited to, formaldehyde, organoboron agents (eg, sodium borohydride, dimethylamine borane), and the like. Plating solutions containing a suitable mix of ion plating metals, suitable reducing agents, and stabilizers are also available from Stapleton Technologies, Inc. (Long Beach, CA). For example, Stapleton® Micro 291 is a commercial gold plating solution suitable for plating metals such as silver, nickel, copper and the like.
テンプレートナノ構造を形成する金属およびめっき金属の相対活性に応じて、直接または自発的金属間変位は、さらに別のめっき方法論を提供する。金属間変位反応では、反応性の高い金属は、反応性の低い金属のイオン型を置換することが可能である。したがって、テンプレートナノワイヤが反応性の高い金属から作製される場合、テンプレートナノワイヤが、反応性の低い金属のイオンに接触すると、反応性の低い金属は、元素金属に変換され、一方、反応性の高い金属は、イオンに変換される。例えば、銀ナノワイヤをテンプレートとして使用する場合、薄層の金は、銀ナノワイヤと、1価塩(例えば、亜硫酸アンモニウム金)および3価塩(例えば、4塩化金酸)を含む金塩とを組み合わせることによって、各テンプレートナノワイヤ上にめっき可能である。価金塩は、1:1の比率で銀原子を置換するため、典型的には好適であるが、3価金塩は、1金原子につき3つの銀原子を置換する。銀ナノワイヤは、浸食する(すなわち、銀イオンに変換する)が、金被膜は、残りの銀ナノワイヤ上に形成される。変位反応の進展は、銀ナノワイヤが金によって部分的または完全に置換可能であるように、制御可能である。 Depending on the relative activities of the metal forming the template nanostructure and the plating metal, direct or spontaneous intermetallic displacement provides yet another plating methodology. In the intermetal displacement reaction, a highly reactive metal can replace the ionic form of a less reactive metal. Thus, when the template nanowire is made from a highly reactive metal, when the template nanowire contacts a less reactive metal ion, the less reactive metal is converted to elemental metal, while the more reactive metal The metal is converted into ions. For example, when using silver nanowires as a template, a thin layer of gold combines a silver nanowire and a gold salt comprising a monovalent salt (eg, ammonium sulfite gold) and a trivalent salt (eg, tetrachloroauric acid). Thus, it is possible to plate on each template nanowire. A valent gold salt is typically preferred because it replaces silver atoms in a 1: 1 ratio, while a trivalent gold salt replaces three silver atoms per gold atom. The silver nanowires erode (ie convert to silver ions), but a gold coating is formed on the remaining silver nanowires. The evolution of the displacement response is controllable so that the silver nanowires can be partially or completely replaced by gold.
選択エッチングは、第2の種類の金属の金属塗膜をエッチングせずに、第1の種類の金属のテンプレートナノ構造を除去する。エッチングは、エッチング液により化学的に実行可能である。一方の金属を区別してエッチングし、他方の金属を残す限り、エッチング液に関して特に制限しない。例えば、銀ナノワイヤテンプレートは、任意の銀エッチング液により除去可能であり、銀エッチング液には、硝酸(HNO3)、過硫酸アンモニウム((NH4)2S2O8)、およびその同等物が含まれるが、これらに限定されない。任意により、最初に銀を酸化銀に変換するために、酸化剤も提示可能であり、酸化銀は、硝酸によってさらに溶解される。例示的な酸化剤は、過マンガン酸カリウム(KMnO4)である。 Selective etching removes the template nanostructure of the first type of metal without etching the metal coating of the second type of metal. Etching can be performed chemically with an etchant. The etching solution is not particularly limited as long as one metal is distinguished and etched, and the other metal is left. For example, the silver nanowire template can be removed with any silver etchant, which includes nitric acid (HNO 3 ), ammonium persulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ), and the like. However, it is not limited to these. Optionally, an oxidizing agent can also be presented to initially convert silver to silver oxide, which is further dissolved by nitric acid. An exemplary oxidizing agent is potassium permanganate (KMnO 4 ).
化学エッチングの代替として、電解エッチングを使用して、テンプレートナノ構造を除去することが可能である。電解エッチング中、テンプレートナノ構造は、陽極にされ、電解質に接触する。対極(すなわち、陰極)も、電解質に浸漬される。選択エッチングは、電極に印加する電圧を制御することによって達成される。電圧は、第1の種類の金属(テンプレートナノ構造用)の酸化電位より高く、また、第2の種類の金属(めっき金属用)の酸化電位よりも低くなくてはならない。このような電圧において、テンプレートナノ構造は、犠牲電極として選択的にエッチング可能であるが、めっき金属は影響を受けない。例えば、金塗膜銀ナノワイヤから銀をエッチングする場合、印加電圧は、典型的には約0.8Vであり、これは、銀を酸化するための電気化学電位よりも高いが、金を酸化するための電気化学電位よりも低い。結果として、銀ナノワイヤだけがエッチングされる。 As an alternative to chemical etching, electrolytic nano-etching can be used to remove template nanostructures. During electrolytic etching, the template nanostructure is made an anode and contacts the electrolyte. The counter electrode (ie, the cathode) is also immersed in the electrolyte. Selective etching is achieved by controlling the voltage applied to the electrodes. The voltage must be higher than the oxidation potential of the first type metal (for template nanostructure) and lower than the oxidation potential of the second type metal (for plating metal). At such a voltage, the template nanostructure can be selectively etched as a sacrificial electrode, but the plated metal is not affected. For example, when etching silver from gold coated silver nanowires, the applied voltage is typically about 0.8 V, which is higher than the electrochemical potential to oxidize silver, but oxidizes gold. Lower than the electrochemical potential. As a result, only silver nanowires are etched.
めっきおよびエッチングの種々の方法に関する上記説明に基づいて、めっきおよびエッチングに関する任意の合理的な組み合わせが実行可能であることを認識されたい。例えば、テンプレートナノ構造を、電気めっきおよび化学的エッチングすることが可能であるか、または電気めっきおよび電解エッチングすることが可能であるか、または無電解めっきおよび電解エッチングすること等が可能である。 Based on the above description of the various methods of plating and etching, it should be recognized that any reasonable combination of plating and etching is feasible. For example, template nanostructures can be electroplated and chemically etched, electroplated and electrolytically etched, electrolessly plated and electrolytically etched, and the like.
特定の実施形態では、ナノ構造(例えば、金ナノチューブ等の中空ナノ構造、または銀ナノワイヤもしくはめっき銀ナノワイヤ等の金属ナノワイヤ)のインク分散は、粘性、付着、およびナノワイヤ分散を制御するために、添加剤および結合剤を含み得る。適切な添加剤および結合剤の例として、カルボキシメチルセルロース(CMC)、2−ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、メチルセルロース(MC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)、トリプロピレングリコール(TPG)、およびキサンタンガム(XG)、ならびにエトキシレート、アルコキシレート、エチレンオキシド、およびプロピレンオキシド、およびその共重合体等の界面活性剤、ならびにスルホン酸塩、硫酸塩、ジスルホン酸塩、スルホコハク酸塩、リン酸エステル、フルオロ界面活性剤(例えば、DuPont社のZonyl(登録商標))が含まれるが、これらに限定されない。 In certain embodiments, ink dispersion of nanostructures (eg, hollow nanostructures such as gold nanotubes, or metal nanowires such as silver nanowires or plated silver nanowires) can be added to control viscosity, adhesion, and nanowire dispersion. Agents and binders can be included. Examples of suitable additives and binders include carboxymethylcellulose (CMC), 2-hydroxyethylcellulose (HEC), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC), methylcellulose (MC), polyvinyl alcohol (PVA), polyvinylpyrrolidone (PVP), Propylene glycol (TPG) and xanthan gum (XG), and surfactants such as ethoxylates, alkoxylates, ethylene oxide, and propylene oxide, and copolymers thereof, and sulfonates, sulfates, disulfonates, sulfosuccinic acids Salts, phosphate esters, fluorosurfactants (eg, DuPont's Zonyl®), but are not limited to these.
一例において、「インク」には、0.0025重量%から0.1重量%までの界面活性剤(例えば、Zonyl(登録商標)FSO−100では、好適な範囲は0.0025重量%から0.05重量%まで)、0.02重量%から4重量%までの粘度調整剤(例えば、HPMCでは、好適な範囲は0.02重量%から0.5重量%まで)、94.5重量%から99.0重量%までの溶媒、および0.05重量%から1.4重量%までの金属ナノ構造(例えば、金ナノチューブ等の中空ナノ構造、または銀ナノワイヤもしくはめっき銀ナノワイヤ等の金属ナノワイヤ)が含まれる。適切な界面活性剤の代表的な例として、Zonyl(登録商標)FSN、Zonyl(登録商標)FSO、Zonyl(登録商標)FSH、Zonyl(登録商標)FFA、トリトン(x100、x114、x5)、ダイノール(604、607)、n−ドデシルb−D−マルトシド、およびノベックが挙げられる。適切な粘度調整剤の例として、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)、メチルセルロース、キサンタンガム、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースが挙げられる。適切な溶媒の例として、水およびイソプロパノールが挙げられる。 In one example, “ink” includes 0.0025 wt% to 0.1 wt% surfactant (eg, for Zonyl® FSO-100, a preferred range is 0.0025 wt% to 0.00 wt%. 05 weight percent), 0.02 weight percent to 4 weight percent viscosity modifier (eg, for HPMC, the preferred range is 0.02 weight percent to 0.5 weight percent), from 94.5 weight percent Up to 99.0% by weight of solvent and 0.05% to 1.4% by weight of metal nanostructures (eg hollow nanostructures such as gold nanotubes, or metal nanowires such as silver or plated silver nanowires) included. Representative examples of suitable surfactants include Zonyl (R) FSN, Zonyl (R) FSO, Zonyl (R) FSH, Zonyl (R) FFA, Triton (x100, x114, x5), Dynol (604, 607), n-dodecyl bD-maltoside, and Novec. Examples of suitable viscosity modifiers include hydroxypropyl methylcellulose (HPMC), methylcellulose, xanthan gum, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose. Examples of suitable solvents include water and isopropanol.
上記に開示される濃度からインク分散の濃度を変更したい場合、溶媒の割合を増減することが可能である。しかしながら、好適な実施形態では、残りの成分の相対比率は、同一のままであることが可能である。具体的には、界面活性剤と粘度調整剤との比率は、好ましくは、約80から約0.01までの範囲であり、粘度調整剤と金属ナノ構造との比率は、好ましくは、約5から約0.000625までの範囲であり、金属ナノ構造と界面活性剤との比率は、好ましくは、約560から約5までの範囲である。分散の成分の比率は、基板および使用する用途の方法に応じて修正してもよい。ナノ構造分散の好適な粘度は、約1cPから100cPまでの間である。 When it is desired to change the concentration of the ink dispersion from the concentration disclosed above, the ratio of the solvent can be increased or decreased. However, in a preferred embodiment, the relative proportions of the remaining components can remain the same. Specifically, the ratio of surfactant to viscosity modifier is preferably in the range of about 80 to about 0.01, and the ratio of viscosity modifier to metal nanostructure is preferably about 5 To about 0.000625, and the ratio of metal nanostructure to surfactant is preferably in the range of about 560 to about 5. The ratio of the components of the dispersion may be modified depending on the substrate and the method of application used. A suitable viscosity for the nanostructure dispersion is between about 1 cP and 100 cP.
ナノ構造の寸法および荷重密度に応じて、導電性網は、光学的に透明であることが可能である。典型的には、透明導電体の光学的透明性および明瞭性は、光透過性およびヘーズを含むパラメータによって定量的に定義可能である。「光透過性」は、媒体を介して透過する入射光の割合を指す。入射光は、約400nmから700nmまでの間の波長を有する可視光を指す。種々の実施形態では、透明導電体の光透過性は、少なくとも50%、少なくとも60%、少なくとも70%、少なくとも80%、または少なくとも85%、少なくとも90%、または少なくとも95%である。ヘーズは、光拡散の指標である。これは、入射光から分離し、かつ透過中に散乱した光の量の割合を指す(すなわち、透過ヘーズ)。主に媒体の特性である光透過性とは違って、ヘーズは、しばしば産生に関し、典型的には、表面粗さおよび埋め込み粒子または媒体中の成分不均質によって引き起こされる。種々の実施形態では、透明導電体のヘーズは、10%以下、8%以下、5%以下、または1%以下である。典型的には、ヘーズ値が高いほど、コントラスト比は低くなる。種々の実施形態では、透明導電体のコントラスト比は、750を上回る、1,000を上回る、2,000を上回る、3,000を上回る、4,000を上回る、または5,000を上回る。 Depending on the dimensions of the nanostructure and the load density, the conductive network can be optically transparent. Typically, the optical transparency and clarity of a transparent conductor can be quantitatively defined by parameters including light transmission and haze. “Light transmissive” refers to the fraction of incident light that is transmitted through the medium. Incident light refers to visible light having a wavelength between about 400 nm and 700 nm. In various embodiments, the light transmission of the transparent conductor is at least 50%, at least 60%, at least 70%, at least 80%, or at least 85%, at least 90%, or at least 95%. Haze is an indicator of light diffusion. This refers to the proportion of the amount of light that is separated from the incident light and scattered during transmission (ie, transmission haze). Unlike light transmission, which is primarily a property of the medium, haze is often related to production and is typically caused by surface roughness and embedded particles or component inhomogeneities in the medium. In various embodiments, the haze of the transparent conductor is 10% or less, 8% or less, 5% or less, or 1% or less. Typically, the higher the haze value, the lower the contrast ratio. In various embodiments, the contrast ratio of the transparent conductor is greater than 750, greater than 1,000, greater than 2,000, greater than 3,000, greater than 4,000, or greater than 5,000.
中空ナノ構造により形成される導電性膜は、化学的および熱的に安定している。実施例12において実証されるように、導電性膜の光学的特性および電気的特性は、熱および化学物質への長期暴露後に、実質的に不変であった。導電性膜が、熱または化学物質等の外部要因へ暴露される場合に、その抵抗率が30%を超えて、または5%を超えて、またはより好ましくは、1%を超えて変動しない場合に、導電性膜は安定であると考えられる。したがって、特定の実施形態は、中空ナノ構造を備える透明導電体膜を提供し、透明導電体膜は、85%より高い光透過性、1%より低いヘーズ、および1500Ω/□より低い抵抗率を有し、抵抗率は、熱または化学剤への暴露時に1%を超えて変化しない。 The conductive film formed by the hollow nanostructure is chemically and thermally stable. As demonstrated in Example 12, the optical and electrical properties of the conductive film were substantially unchanged after prolonged exposure to heat and chemicals. When a conductive film is exposed to external factors such as heat or chemicals, its resistivity does not vary by more than 30%, or more than 5%, or more preferably, more than 1% In addition, the conductive film is considered to be stable. Thus, certain embodiments provide a transparent conductor film comprising a hollow nanostructure, the transparent conductor film having a light transmission higher than 85%, a haze lower than 1%, and a resistivity lower than 1500Ω / □. And resistivity does not change more than 1% upon exposure to heat or chemical agents.
(ITO膜)
本発明においては、透明導電性膜をなす材料として、ITO粒子を用いることも好ましい。ITO(錫ドープ酸化インジウム)粒子としては、当該技術分野において通常用いられているものと同様のものを特に制限なく用いることができる。ITO粒子は、例えばインジウム塩及び錫塩を含む酸性水溶液にアルカリ水溶液を添加することにより共沈水酸化物を析出させ、洗浄し、固液分離した後、微還元性雰囲気下、300〜1000℃で該共沈水酸化物の一次焼成を行い、引き続き微還元性雰囲気又は不活性雰囲気下、600〜1000℃で二次焼成することで得ることができる。このような方法で製造されたITO粒子は、その製造方法に起因して酸素欠損が生じている。この酸素欠損は、ITOナノ粒子の導電性を高めることに寄与している。
上記、ITOナノ粒子は、一次平均粒径100nm以下が好ましい。ITO粉末の平均粒径が100nm以下であるのはITO粉末が膜中に分散した場合、膜を通過する光の散乱はほとんどがいわゆるRayleigh散乱又はMie散乱のモードとなり、物体の透明性は極めて高くなり、ヘイズ値も実用的レベルの3%以下に下がるからである。ITO粉末は電界シールド処理液中に1〜15重量%含有することが好ましい。
また、極性溶媒としては、焼成温度以下の適当な沸点をもち、ITO粒子を効率良く分散し得るものであればよく、N−メチル−2−ピロリジノンと例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ジメチルフォルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド、メチルセロソルブ、ジアセトンアルコール、アセトン、テトラヒドロキシフラン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどとの混液を好ましい例として挙げることができる。N−メチル−2−ピロリジノンは、ITO粉末の分散を助長するために使用され、電界シールド処理液中に1〜20重量%含有することが好ましい。
(ITO film)
In the present invention, it is also preferable to use ITO particles as a material for forming the transparent conductive film. As the ITO (tin-doped indium oxide) particles, the same particles as those usually used in the technical field can be used without particular limitation. For example, ITO particles are precipitated by adding an alkaline aqueous solution to an acidic aqueous solution containing an indium salt and a tin salt to precipitate a coprecipitated hydroxide, washing, solid-liquid separation, and then in a slightly reducing atmosphere at 300 to 1000 ° C. It can be obtained by performing primary firing of the coprecipitated hydroxide, followed by secondary firing at 600 to 1000 ° C. in a slightly reducing atmosphere or inert atmosphere. The ITO particles produced by such a method have oxygen deficiency due to the production method. This oxygen deficiency contributes to increasing the conductivity of the ITO nanoparticles.
The ITO nanoparticles preferably have a primary average particle size of 100 nm or less. The average particle size of the ITO powder is 100 nm or less. When the ITO powder is dispersed in the film, most of the light scattered through the film is in the so-called Rayleigh scattering or Mie scattering mode, and the transparency of the object is extremely high. This is because the haze value also falls to 3% or less of the practical level. It is preferable to contain 1 to 15% by weight of ITO powder in the electric field shielding treatment liquid.
The polar solvent may be any one having an appropriate boiling point below the firing temperature and capable of efficiently dispersing the ITO particles. For example, N-methyl-2-pyrrolidinone and methanol, ethanol, isopropyl alcohol, dimethylform, and the like. Preferred examples include a mixed solution with amide (DMF), dimethylacetamide, methyl cellosolve, diacetone alcohol, acetone, tetrahydroxyfuran, propylene glycol monomethyl ether acetate and the like. N-methyl-2-pyrrolidinone is used for promoting dispersion of the ITO powder, and is preferably contained in the electric field shielding treatment liquid in an amount of 1 to 20% by weight.
本発明においては、透明導電性膜をなす材料として、導電性ポリマーを用いることも好ましい。例えば、共役系である、ポリアセチレン系高分子、ポリフェニレン系高分子、複素環系高分子及びイオン性ポリマー系高分子等が使用できる。ポリアセチレン系高分子としては、例えば、ポリアセチレン、ポリフェニルアセチレン等が挙げられる。ポリフェニレン系高分子としては、例えば、ポリパラフェニレン、ポリフェニレンビニレン等が挙げられる。複素環系高分子としては、例えば、ポリピロール、PEDOT(ポリエチレンジオキシチオフェン)等が挙げられる。イオン性ポリマー系高分子としては、例えば、ポリアニリンが挙げられる。 In the present invention, it is also preferable to use a conductive polymer as a material for forming the transparent conductive film. For example, a conjugated polymer such as polyacetylene polymer, polyphenylene polymer, heterocyclic polymer, and ionic polymer polymer can be used. Examples of the polyacetylene polymer include polyacetylene and polyphenylacetylene. Examples of the polyphenylene polymer include polyparaphenylene and polyphenylene vinylene. Examples of the heterocyclic polymer include polypyrrole, PEDOT (polyethylenedioxythiophene), and the like. Examples of the ionic polymer polymer include polyaniline.
本発明においては、透明導電膜を開口部を有する金属メッシュを利用する手法を用いて形成しても良い。材料、手法としては、導電性繊維、無電解メッキ加工メッシュ、フォトリソグラフィー法を利用したエッチング加工メッシュ、銀塩を用いた導電性金属銀パターン、銀ペーストを印刷したメッシュ、不規則網目状の銀メッシュなどの手法などがある。 In the present invention, the transparent conductive film may be formed using a technique using a metal mesh having an opening. Materials and methods include conductive fiber, electroless plating mesh, etching mesh using photolithography method, conductive metal silver pattern using silver salt, mesh printed with silver paste, irregular mesh silver There are methods such as mesh.
以下に実施例に基づき本発明についてさらに詳細に説明するが本発明がこれに限定して解釈されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not construed as being limited thereto.
(実施例1)
表1に示す材料を基板であるガラスウエハ(Corning 1737、Corning社製)にスピンコート法で塗布し、透明導電性膜を得た。得られた膜を、分光光度計U−4100(商品名、日立(株)製)を用いて、透明パターンの透過率測定を行った。表面抵抗は、ロレスタHP MCP-T410(商品名、三菱化学アナリテック製)で測定を行った。
<塗布性評価>
上記で得られた透明導電性膜の外観を目視で評価した結果を表1に示す。評価の点数として、下記を用いた。
5: 膜ムラ無し
4: 膜ムラがほぼ無し
3: 膜ムラはあるが、評価可能
2: 膜ムラあり、評価困難
1: 膜ムラがあり評価不能
Example 1
The material shown in Table 1 was applied to a glass wafer as a substrate (Corning 1737, manufactured by Corning) by a spin coating method to obtain a transparent conductive film. The transmittance | permeability measurement of the transparent pattern was performed for the obtained film | membrane using the spectrophotometer U-4100 (brand name, Hitachi Ltd. make). The surface resistance was measured by Loresta HP MCP-T410 (trade name, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech).
<Applicability evaluation>
The results of visual evaluation of the appearance of the transparent conductive film obtained above are shown in Table 1. The following was used as the evaluation score.
5: No film unevenness 4: Almost no film unevenness 3: There is film unevenness but can be evaluated 2: There is film unevenness and evaluation is difficult 1: There is film unevenness and cannot be evaluated
比較例に比べ、透明性と導電性を両立した良好な膜が得られていることが確認でき、電磁波シールド材料として好適な材料である。 Compared with the comparative example, it can be confirmed that a good film having both transparency and conductivity is obtained, and is a material suitable as an electromagnetic shielding material.
前記表中の各試料は下記のものをそれぞれ使用した。
・ITOナノ粒子A:SIGMA−Aldrich社製、商品名:700460、一次粒径 100nm
・ITOナノ粒子B:一次粒径 25nm、Snドープ比率 10%
・ITOナノ粒子C:一次粒径 5nm、Snドープ比率 10%
・銀(Ag)ナノワイヤは,ポリビニルピロリドン(PVP)の存在下でエチレングリコール中に溶解された硝酸銀の還元によって、銀ナノワイヤを合成した。平均短軸長さ30nm、平均長軸長さ10μmであった。それぞれの銀ナノワイヤおよびPVP(ポリビニルピロリドン)、IPA(イソプロピルアルコール)の量(質量%)は下記のとおりである。
Ag−NW PVP IPA
104 0.76% 0.76% 99.24%
105 0.30% 0.30% 99.39%
・
PEDOT/PSS:SIGMA−Aldrich社製、商品名:483095、
PVP:ポリビニルピロリドン
IPA:イソプロピルアルコール
The following samples were used for each sample in the table.
ITO nanoparticles A: manufactured by SIGMA-Aldrich, trade name: 700460, primary particle size 100 nm
ITO nanoparticle B: primary particle size 25 nm, Sn
ITO nanoparticle C:
Silver (Ag) nanowires were synthesized by reduction of silver nitrate dissolved in ethylene glycol in the presence of polyvinylpyrrolidone (PVP). The average minor axis length was 30 nm, and the average major axis length was 10 μm. The amount (mass%) of each silver nanowire, PVP (polyvinylpyrrolidone), and IPA (isopropyl alcohol) is as follows.
Ag-NW PVP IPA
104 0.76% 0.76% 99.24%
105 0.30% 0.30% 99.39%
・
PEDOT / PSS: SIGMA-Aldrich, trade name: 483095,
PVP: Polyvinylpyrrolidone IPA: Isopropyl alcohol
(実施例2)
上記で得られた透明導電性膜を、ホットプレートにて耐熱試験を行った結果を表2に示す。評価の点数として、下記を用いた。
(Example 2)
Table 2 shows the results of a heat resistance test performed on the transparent conductive film obtained above using a hot plate. The following was used as the evaluation score.
<耐熱性評価>
4 260℃の熱で、導電性の変化が5%以内
3 200℃の熱で、導電性の変化が5%以内
2 150℃の熱で、導電性の変化が5%以内
1 100℃の熱で、導電性の変化が5%以内
<Heat resistance evaluation>
4 With heat of 260 ° C, change in conductivity within 5% 3 With heat at 200 ° C, change in conductivity within 5% 2 With heat at 150 ° C, change in conductivity within 5% 1 Heat at 100 ° C And within 5% change in conductivity
実用的な耐熱性に優れる透明導電膜を作製できていることが確認された。 It was confirmed that a transparent conductive film excellent in practical heat resistance could be produced.
1a 第1レンズ体
1b 第2レンズ体
2 外枠
3 受光層
4 基材(ウェハ)
5 透明導電性膜
9 遮光性塗料の塗布膜
10 固体撮像素子
10a 固体撮像素子前駆体
11 レンズユニット(比較例)
13 受光層(比較例)
14 ウェハ(比較例)
19 遮光樹脂(比較例)
B WLL遮光材
w ダイシング幅(比較例)
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
13 Light-receiving layer (Comparative example)
14 Wafer (Comparative example)
19 Shading resin (comparative example)
B WLL shading material w Dicing width (comparative example)
Claims (13)
導電性金属粒子、導電性金属ナノワイヤ、導電性酸化物粒子、及び導電性ポリマーのいずれか一種を少なくとも含有する透明導電性膜。 A transparent conductive film formed on the surface of the internal member of the solid-state imaging device by the manufacturing method according to claim 1,
A transparent conductive film containing at least one of conductive metal particles, conductive metal nanowires, conductive oxide particles, and a conductive polymer.
導電性金属粒子、導電性金属ナノワイヤ、導電性酸化物粒子、及び導電性ポリマーのいずれか一種を少なくとも含有する固体撮像素子用の透明導電性塗料。 A transparent conductive paint disposed on the surface of an internal member of a solid-state imaging device to form a transparent conductive film,
A transparent conductive paint for a solid-state imaging device, containing at least one of conductive metal particles, conductive metal nanowires, conductive oxide particles, and a conductive polymer.
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