JP5611602B2 - サブミリメートルの格子を製造するためにサブミリメートルの開口部を有するマスクを製造するためのプロセス、およびサブミリメートルの格子 - Google Patents

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Description

本発明の一つの課題は、特に可変光学的および/またはエネルギー特性を有するグレージングタイプの電気化学的および/または電気的に制御可能な装置、または光電池装置、または発光装置、または加熱装置、または場合によってはフラットランプ装置のための、場合により導電性格子を製造するための視野を備えるサブミリメートルの開口部を有するマスクを製造するためのプロセスである。
ミクロンサイズの金属格子を入手することを可能にする製造技術は公知である。これらは、およそ75から85%の光透過率(T)を保持しながら1Ω/スクエア未満の表面抵抗を達成するという利点を有する。しかし、これらの格子は、以下の欠点の所定数を有している。
これらの製造プロセスは、液体経路による化学的浸食のプロセスと結合したフォトリソグラフィープロセスまたはレーザーアブレーション技術のいずれかによって金属層をエッチングする技術に基づいている。いずれのプロセスが使用されても、想定された用途とは適合しない高額の製造コストが生じる、および
一般には規則的および周期的形状(正方形、長方形)であるこれらの格子に特徴的な寸法は、例えば300μmの間隔をあけた幅20から30μmの金属ストランドの網状組織を形成するが、これらは点光源によって照明された場合の回折図形の原因である。
これらの先行技術の製造技術は、さらにおよそ数十μmの解像限界を有し、審美的に視認できる図形を残す。
文献US 7172822は、亀裂の入ったシリカゾル−ゲルマスクの使用に基づく不規則な網状導体の製造について記載している。実施された実施例では、水、アルコールおよびシリカ前駆体(TEOS)をベースとするゾルが蒸着させられ、溶媒は蒸発させられ、厚さ0.4μmの亀裂入りゾル−ゲルマスクを形成するために30分間にわたり120℃でアニーリングされた。
この文献US 7172822からの図3は、シリカゾル−ゲルマスクの形態を明らかにしている。これは、弾性材料の破壊現象に特徴的な分岐点を備える、好ましい方向に沿って方向付けられた微細な亀裂線の形状で現れている。これらの主要な亀裂線は、時には分岐点によって一緒に結合されている。
亀裂線間の領域は、非対称性であり、二つの特徴的な寸法を備える。一つは亀裂伝播方向に平行な0.8から1mmであり、もう一つは水平な100から200μmである。
さらに、溶液中の粒子をベースとすると思われるマスクは、大まかに言及されており、明確な例示的実施形態は提供されていない。
ゾル−ゲルマスクに亀裂を入れる工程によって電極を製造するためのこのプロセスは、例えばフォトリソグラフィ(放射線/光線への樹脂の曝露および現像)に依存することを排除することによって網状導体を製造するための進歩を構成するが、それでもまだ、特に工業的要件(信頼性、単純性および/または製造工程の減少、費用の減少など)に適合するために改良することができる。
さらに、この不規則な網状電極の電気的および/または光学的特性は改良することができる。
本製造プロセスは、さらにまた(例えば金属コロイドの)好ましい接着を許容する、または金属後成長のための触媒移植を許容するいずれかのために間隙での(化学的もしくは物理的に)修飾可能な下層の堆積を不可避的に必要とすることも観察できるので、このためこの下層は網状組織の成長プロセスにおいて機能的役割を有する。
さらに、亀裂の断面は弾性材料の破壊力学に起因してV形であり、これは金属網状組織をVの底部に位置するコロイド粒子から出発して成長させるためのポストマスクプロセスの使用を含んでいる。
米国特許第7,172,822号明細書
従って本発明は、不規則である、詳細には導電性の経済的、再現可能な、および制御された、およびこの光学特性および/または伝導特性が先行技術の特性と少なくとも匹敵するサブミリメートルの網状組織を製造するためのプロセスを提供することによって、先行技術のプロセスの欠点を克服することを目的としている。
このため、本発明の第1の課題は、一つの基板、詳細にはガラス機能を有する基板の表面部分上にサブミリメートルの開口部を有するマスクを製造するためのプロセスであって、以下の
マスク層は、溶媒中で安定化して分散しているコロイド粒子の溶液から基板自体もしくは下層上に堆積させられる工程、および
マスク層の乾燥は、少なくとも一つの方向にランダムで非周期的な間隙の網目を備える、マスクを形成する実質的に直線状のエッジの間隙の二次元網状組織が得られるまで実施される工程を含むプロセスである。
平均幅Aは、サブミリメートルである。
間隙の網状組織は、亀裂の入ったシリカゾル−ゲルマスクより実質的に多い相互連結部を有する。本発明によるプロセスによって、表面全体にわたって分散していてよい開口部の網目は、そこで等方特性を入手することを可能にするように形成される。
このようにしてマスクは、少なくとも一つの方向に、または二つの(全)方向にさえランダムな非周期的構造を有する。
この特定のプロセスのおかげで、より低いコストで、(形状および/またはサイズが)ランダムな、以下の適切な特徴的寸法の非周期的ユニットから構成されるマスクを入手することが可能である。
網状組織Aの(平均)幅はミクロンサイズ、もしくはナノスケールでさえあり、詳細には数百ナノメートルから数十ミクロン、特に200nmから50μmである;
ユニットBの(平均)サイズは、ミリメートルもしくはサブミリメートル、詳細には5から500μm、または100から250μmでさえある;
B/A比は、詳細には、特に7から20または40さえの粒子の性質の関数として調節可能である;
開口部の最大幅と開口部の最小幅との差は、マスクの所与領域内、もしくは表面の大部分もしくは全体にわたってさえ4未満、または2以下でさえある;
最大網目(ユニット)寸法と最小網目寸法との差は、マスクの所与領域内、もしくは表面の大部分もしくは全体にわたってさえ4未満、または2以下でさえある;
目の粗い網目(「固定」の開口部のない間隙)の量は、マスクの所与領域内、または表面の大部分もしくは全体にわたってさえ5%未満、または2%以下でさえあり、このために場合により減少させられ、網状組織破断は網状組織のエッチングによって抑制できる、限定される、またはほぼゼロにさえ抑えられる;
所与の網目、表面の所与領域内もしくは全体にわたって網目の大部分もしくは全部についてさえ、網目に特徴的である最大寸法と網目に特徴的である最小寸法との差は、等方性を強化するために2未満である;
網状組織の区分の大部分もしくは全部についてさえ、エッジは、特に(例えば倍率200倍の光学顕微鏡を用いて観察される。)10nmのスケール上で平行な一定の間隔をあけている。
幅Aは、例えば1から20μm、または1から10μmでさえあってよく、およびBは50から200μmであってよい。
これは、その後に実質的に開口部の幅と同一である平均ストランド幅および(網目の)開口部間の間隔と実質的に同一のストランド間の(平均)間隔によって規定される格子を製造することを可能にする。特に、ストランドのサイズは、好ましくは数十ミクロンから数百ナノメートルであってよい。B/A比は、7から20の間、または30から40の間でさえ選択されてよい。
開口部によって範囲が限定される網目は、典型的には三、四もしくは五つの辺、例えば主として四つの辺を備える様々な形状の、および/またはランダムおよび不規則に分布した様々なサイズの網目である。
網目の大部分もしくは全部について、一つの網目の二つの隣辺間の角度は60°から110°、詳細には80°から100°であってよい。
一つの構成では、間隙(場合によりほぼ平行)を備える主網状組織、および(場合により平行網状組織に対してほぼ垂直な)間隙の第2網状組織が入手されるが、これらの場所および間隔はランダムである。第2間隙は、例えば主間隙より小さい幅を有する。
乾燥は、表面でのマスク層の収縮およびナノ粒子の摩擦を引き起こし、結果として層内の引張応力を生じさせ、弛緩によって間隙を形成する。
シリカゾル−ゲルとは相違して、この溶液は既に形成されているナノ粒子とともに当然ながら安定性であり、好ましくはポリマー前駆体タイプの反応性素子を含有していない(または、ほんの微量しか含有していない。)。
乾燥は、1工程で溶媒の除去および間隙の形成を生じさせる。
そこで乾燥後には、様々なサイズの、これ自体が可変サイズの間隙によって分離される群である、ナノ粒子の群が入手される。
全厚を通る開口部を得るためには、
これらの分散を促進するために、好ましくは10から300nm、もしくは50から150nmさえの特徴的な(平均)サイズを備える、限定されたサイズの粒子(ナノ粒子)を選択すること、および
これらが一緒に凝集すること、重力に起因する沈降および/または落下を防止するために、溶媒中で(特に表面電荷による処置によって、例えば界面活性剤、pHの制御によって)粒子を安定化させることの両方が必要である。
さらに、粒子の濃度は、好ましくは5重量%から、もしくは10重量%さえから60重量%、より好ましくは20重量%から40重量%さえに調節される。結合剤の添加は回避される。
溶媒は、好ましくは水をベースとする、または完全に水性でさえある。
第1実施形態では、コロイド溶液は、ポリマーナノ粒子(および好ましくは水をベースとする、または完全に水性でさえある溶媒)を含んでいる。
例えばアクリルコポリマー、スチレン、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリレート、ポリエステルもしくはこれらの混合物が選択される。
第2実施形態では、溶液は、好ましくはシリカ、アルミナもしくは酸化鉄のミネラルナノ粒子を含んでいる。
粒子は所与のガラス転移温度Tを有するので、堆積および乾燥は、格子マスクの形態をより明確に制御するために前記温度Tを下回る温度で実施することができる。
本プロセスの堆積および乾燥する工程は、詳細には(実質的に)周囲温度で、典型的には20℃から25℃で実施することができる。アニーリングは必要とされない。
粒子の所与のガラス転移温度Tと乾燥温度との差は、好ましくは10℃超、または20℃超でさえある。
本プロセスの堆積および乾燥する工程は、例えば真空下で乾燥させるより、むしろ実質的に大気圧下で実施することができる。
コロイドの(水性もしくは非水性)溶液は、標準液体経路技術によって堆積させることが可能である。
湿性経路技術としては、スピンコーティング、カーテンコーティング、浸漬コーティング、スプレーコーティングおよびフローコーティングがある。
B、A、および/またはB/A比を調節するために、乾燥パラメータ(制御パラメータ)、特に含水量および乾燥速度を修飾することが可能である。
水分量が高いほど(その他全ては同等である。)、Aは低くなる。
温度が高いほど(その他全ては同等である。)、Bは高くなる。
詳細には基板のナノ構造化による圧縮コロイド間の摩擦係数、および基板の表面、ナノ粒子のサイズおよび初期粒子濃度、溶媒の性質ならびに堆積技術に依存する厚さから選択された他の制御パラメータは、B、Aおよび/またはB/A比を調節するために修飾することが可能である。
マスクの厚さは、数十ミクロンまでのサブミクロンサイズであってよい。マスク層が厚いほど、A(各々B)が大きくなる。
濃度が高いほど(その他全ては同等である。)、B/Aは低くなる。
マスクのエッジは実質的に直線状であり、即ち表面に対して中間点に沿って80°から100°、または85°から95°でさえある。
直線状のエッジであるために、堆積された層が中断するので(エッジに沿った堆積が全く、またはほとんど生じない。)、格子を損傷させずにコーティング済みマスクを取り外すことが可能である。単純性のために、格子材料を堆積させる指向性技術が好ましい可能性がある。堆積は、間隙を通して、およびマスクの上方の両方で実施することができる。
大気圧プラズマ源を用いて間隙の網状組織をクリーニングすることが可能である。
さらに、以下を実施することができる。
乾燥後、Tを超える温度、特にTの3倍から5倍、および自然には溶融温度Tでの熱処理(局所的であっても局所的でなくてもよい。)、
または、例えば含水量および/または温度を局所的に修飾することによる、マスクの分別乾燥。
このマスクは、局所的もしくは表面全体にわたって、ユニットの形状および/または開口部のサイズを修飾することを可能にする。
スタッドは、一群のナノ粒子から構成される。温度の作用下では、これらのスタッドは圧縮することができる。圧縮後、スタッド(B)のサイズが減少する。これらの表面およびさらに厚さが減少する。このようにして、この熱処理によって、マスクの特徴的な寸法である網目開口部対網目幅の比の修飾が生じる。
第2の利点としてマスクの圧縮は、このマスクの基板への接着の改良を引き起こすが、これは可能性のあるリフトオフ工程(コロイドが水溶液から堆積させられている場合は水を用いた単純な洗浄)を維持しながらより操作可能にさせる(これがチッピングすることを防止する。)。
このためコロイドマスクを圧縮するための熱処理によって、局所的もしくは表面全体にわたって、新規マスクを頼ることなくこの特徴的な寸法を修飾することが可能である(フォトリソグラフィもしくはエッチングの場合のように)。次に、網目の形状(幅、高さ)を局所的に修飾することが、および導電性網状組織の場合には導電率勾配を有するゾーンを作り出すことが可能である。残りを低温で維持しながら、局所的に加熱することができる。
好ましくは加熱時間は、処置温度の関数として調節される。典型的には、時間は1時間未満、好ましくは1分間から20分間である。
修飾されたゾーンは、辺縁もしくは中心、および任意の形状であってよい。
マスク層を堆積するための表面は、フィルム形成表面であり、特に溶媒が水性である場合は親水性表面である。これは基板:ガラス、プラスチック(例えばポリカーボネート)または場合により機能的に加えられた下層:親水性層(シリカ層、例えばプラスチック上)および/またはアルカリ金属障壁層および/または格子材料の接着を促進するための層、および/または(透明な)導電層、および/または修飾的な着色もしくは不透明層の表面である。
この下層は、必ずしも格子材料を電解性堆積するための成長層ではない。
マスク層間には、幾つかの下層があってよい。
このようにして本発明による基板は、連続的であり、アルカリ金属への障壁となり得る下層(特に、基板に最も近い基層)を含むことができる。
基板は、任意の汚染(層間剥離などの機械的欠陥を引き起こす可能性がある汚染)から格子材料を保護し、(詳細には電極を形成するための)導電性堆積の場合には、追加してこの導電性を保存する。
基層は、頑丈であり、様々な技術によって迅速および容易に堆積させることができる。基層は、特に気相内で、例えば熱分解技術(「化学蒸着」についての略称CVDによって表示されることが多い技術)によって蒸着させることができる。この技術は、蒸着パラメータの適切な調節は強化された障壁のための超緻密層を入手することを可能にするので、本発明のために有益である。
基層は、真空下でこの蒸着をより安定性にさせるために、アルミニウムおよび/またはホウ素で場合によりドープすることができる。基層(場合によりドープされた、単層もしくは多層)は、10から150nm、より好ましくは15から50nmさえの厚さを有していてよい。
基層は、好ましくは、
シリコンオキシド、シリコンオキシカーバイドをベースとする、一般式SiOCの層であってよい、
シリコンニトリド、シリコンオキシニトリド、シリコンオキシカーボニトリドをベースとする、一般式SiNOC、詳細にはSiN、特にSiの層であってよい。
最も特に、(主として)ドープもしくは非ドープシリコンニトリドSiから製造された基層が好ましい可能性がある。シリコンニトリドは、極めて迅速に堆積され、アルカリ金属への極めて優れた障壁を形成する。
金属格子材料(銀、金)の特にガラス上への接着を促進する層として、例えば5nm以下の厚さを有する層である、NiCr、Ti、Nb、Alをベースとする、単一もしくは混合金属酸化物(ITOなど)のドープもしくは非ドープの層を選択することが可能である。
基板が疎水性である場合は、例えばシリカ層などの親水性層を加えることが可能である。
このため本発明によるマスクは、より安価なコストで、既に公知ではあるが格子を形成しない導電性網状組織の不規則な性質を保持しながら、幾何学的図形を有する規則的格子とは相違する格子の形状およびサイズを想定することを可能にする。
例えば以前に規定されたようなマスクから格子を製造するためには、格子材料として公知の材料の堆積が、(特に)間隙の深さの画分が充填されるまで前記マスクの間隙を通して実施される。
マスキング層(場合により第1層)は、前記格子材料(一つ以上の層)をベースとする格子を曝露させるために除去される。
次にストランドの配列は、実質的に開口部の網状組織の配列の複製であってよい。
好ましくは除去は液体経路を通して、格子に対しては不活性である溶媒によって、例えば水、アセトンもしくはアルコール(場合により、高温の場合、および/または超音波によって支援して)を用いて実施される。格子材料の堆積が実施される前に間隙の網状組織をクリーニングすることが可能である。
本発明の好ましい実施形態では、さらに、以下の処理、
格子材料の堆積は、マスク開口部の画分を満たし、さらにマスクの表面を被覆する、および
格子材料の堆積は、特にプラズマ、真空下での堆積、スパッタリング、蒸発による大気圧堆積である、の一つおよび/またはその他を場合により頼ることが可能である。
従って、次に周囲温度で実施できる、および/または単純である(特に、不可避的に触媒を必要とする触媒堆積よりはるかに単純である。)および/または高密度沈着物を生じさせる技術のうちの一つ以上の堆積技術を選択することが可能である。
間隙内に堆積された材料は、導電性材料から選択されてよい。
格子材料は導電性であってよく、導電性材料は電気分解によって格子材料上に堆積させられる。
従って堆積は、Ag、Cu、Auまたは高導電性を備えるまた別の使用可能な金属から製造された電極を用いて電解性再充電によって場合により完了しなければならない。
基板が絶縁性である場合は、電解性堆積は、マスクの除去の前後のいずれかに実施されてよい。
B/A比(ストランド(B)からストランド(A)の幅の間隔(ストランドのサイズ))を変化させることによって、格子については1から20%のヘイズ値が入手される。
本発明は、不規則格子を有する、即ちランダムな不規則網目(閉鎖されたユニット)を備える二次元のストランドの網状組織を有する基板にさらに関する。
この格子は、特に、既に上記で規定されているマスクから形成することができる。
格子は、以下の特徴、
ストランド(B)間の(平均)間隔対ストランド(A)のサブミリメートル(平均)幅の比率は7から40である、
格子のユニットはランダム(不規則)であり、様々な形状および/またはサイズである、
ストランドによって境界が定められた網目は、三つおよび/または四つおよび/または五つの辺、例えば大部分は四つの辺を有している、
格子は、少なくとも一つの方向、好ましくは二つの方向に不規則(もしくはランダム)構造を有する、
所与の領域内もしくは表面の全体の上方での網目の大部分もしくは全部についてさえ、網目に特徴的である最大寸法と網目に特徴的である最小寸法との差は、2未満である、
網目の大部分もしくは全部についてさえ、一つの網目の二つの隣辺間の角度は60°から110°、詳細には80°から100°である、
ストランドの最大幅とストランドの最小幅との差は、所与領域内、もしくは表面の大部分もしくは全体にわたってさえ4未満、または2以下でさえある、
最大網目寸法(網目を形成するストランド間の間隔)と最小網目寸法との差は、所与の格子領域内、もしくは表面の大部分もしくは全体にわたってさえ4未満、または2以下でさえある、
閉鎖されていない網目および/またはカットストランド(「ブラインド」)区分の含量は、所与格子領域内、または表面の大部分もしくは全体にわたってさえ5%未満、または2%以下であり、即ち網状組織破断は限定される、またはほぼゼロでさえある、
大部分について、ストランドのエッジは、詳細には実質的に直線状の、10μmの規模で平行に一定の間隔をあけている(例えば倍率200倍を備える光学顕微鏡を用いて観察される。)、のうちの一つ以上を有していてよい。
本発明による格子は、等方性電気特性を有していてよい。
好都合の方向を備える網状組織導体とは相違して、本発明による不規則な格子は、点光源を回折しない可能性がある。
ストランドの厚さは、実質的に一定でよい、または基部ではより広くなってよい。
格子は、ストランド(場合によりほぼ平行である。)を備える主網状組織およびストランド(場合により平行網状組織に対してほぼ垂直である。)の第2網状組織を含んでいてよい。
格子は、基板の少なくとも一つの表面部分、特に既に言及したように、プラスチックもしくは無機材料から製造されたガラス機能を有する基板の上方に堆積させることができる。
格子は、既に言及したように、親水性層である下層および/または接着を促進する層および/または障壁層および/または修飾層上に堆積させることができる。
導電性格子は、0.1から30Ω/スクエアのシート抵抗を有していてよい。有利には、本発明による導電性格子は、詳細には1μm以上、および好ましくは10μm未満もしくは5μm以下さえの格子厚に対して5Ω/スクエア以下、または1Ω/スクエア以下さえ、または0.5Ω/スクエアさえのシート抵抗を有していてよい。
格子でコーティングされた基板の光透過率は、50%以上、より好ましくは70%以上、特に70%から86%である。
B/A比は、第1格子領域および第2格子領域では、例えば少なくとも2倍相違してよい。
第1および第2領域は、相違する、もしくは同等の形状であってよい、および/または相違する、もしくは同等のサイズであってよい。
このため可変性の網目開口部/ストランドサイズ比を用いると、
光透過率勾配、および
電力勾配(熱の適用、除氷、非長方形表面上方での均質な熱流量の産生)を備えるゾーンを作り出すことが可能である。
網状組織の光透過率は、ストランドB間の平均間隔対ストランドAの平均幅のB/A比に左右される。
好ましくはB/A比は、透明性を容易に保持して製造を促進するためには、5から15であり、より好ましくはさらにほぼ10である。例えばBおよびAは、各々ほぼ50μmおよび5μmと同等である。
詳細には、平均ストランド幅Aは、これらの視認性を制限するためには100nmから30μm、好ましくは10μm以下、または5μm以下でさえ、および製造を促進するため、および高い導電性および透明性を容易に保持するためには1μm以上で選択される。
詳細には、透明性を容易に保持するためには、5μmから300μm、または20から100μmさえのAより大きいストランドB間の平均間隔を選択することもさらに可能である。
ストランドの厚さは、透明性および高導電性を容易に維持するためには、100nmから5μm、特にミクロンサイズ、より好ましくはさらに0.5から3μmであってよい。
本発明による格子は、大きな表面積、例えば0.02m以上、または0.5mから1m以上さえの表面積の上方にあってよい。
基板は、平面もしくは湾曲していてよく、さらに剛性、屈曲性もしくは半屈曲性であってよい。
この主面は、長方形、正方形または任意の他の形状(円形、楕円形、多角形など)でさえあってよい。この基板は、例えば0.02m超、または0.5mもしくは1mさえの表面積を有し、(構造化ゾーンから離れて)この表面を実質的に占める下方電極を備える大きなサイズの基板であってよい。
基板は、実質的に透明で、無機、または例えばポリカーボネートPCもしくはポリメチルメタクリレートPMMA、またはPET、ポリビニルブチラールPVB、ポリウレタンPU、ポリテトラフルオロエチレンPTFEなどのプラスチックから製造されてよい。
基板は、好ましくは詳細にはソーダ−ライム−シリカガラスから製造されたガラスである。
本発明の意味の中では、基板は、これが実質的に透明である場合、これが鉱物(例えばソーダ−ライム−シリカガラス)をベースとする場合、またはこれがプラスチック(例えばポリカーボネートPCもしくはポリメチルメタクリレートPMMA)をベースとする場合にはガラス機能を有している。
本発明による格子は、詳細には、有機発光デバイス(OLED)、特に下面発光OLEDもしくは下面および上面発光OLEDのための下方電極(基板の最も近くにある。)として使用できる。
複数の積層ガラスユニット(EVA、PU、PVBなどのタイプの積層中間層)は、本発明による格子を有する基板を組み込むことができる。
本発明のさらにまた別の態様によると、
可変性光学および/またはエネルギー特性を有する電気化学的および/または電気的に制御可能な装置、例えば液晶装置もしくは太陽光発電装置、または有機発光装置、フラットランプ装置における能動層(単層もしくは多層電極)、
加熱装置の能動(加熱)層、
電磁遮蔽装置、または
(場合により(半)透明の)導電層を必要とする任意の他の装置として、上記に記載したような格子の使用を目的とする。
以下では、非限定的実施例および図面を用いて本発明をより詳細に説明する。
本発明によるプロセスによって入手されるマスクの実施例を示す。 本発明によるプロセスによって入手されるマスクの実施例を示す。 本発明によるプロセスによって入手されるマスクの実施例を示す。 本発明によるプロセスによって入手されるマスクの実施例を示す。 本発明によるプロセスによって入手されるマスクの実施例を示す。 本発明によるプロセスによって入手されるマスクの実施例を示す。 本発明によるプロセスによって入手されるマスクの実施例を示す。 亀裂の断面を示しているSEM画像である。 格子の上面図である。 相違する乾燥正面を備えるマスクを示す。 相違する乾燥正面を備えるマスクを示す。 格子の部分SEM画像を示す。 格子の部分SEM画像を示す。 格子の上面図である。 格子の上面図である。
ガラス機能を有する基板の一部分の上には、湿性経路技術、スピンコーティングによって、濃度40重量%、5.1のpH、および15mPa.sに等しい粘度を有する水中で安定化させたアクリルコポリマーをベースとするコロイド粒子の単純エマルジョンが堆積させられた。コロイド粒子は、80から100nmの特徴的な寸法を有しており、名称NEOCRYL XK52(登録商標)を付けてDSM社によって販売され、115℃に等しいTを有していた。
次に、コロイド粒子を組み込んでいる層の乾燥は、溶媒を蒸発させて間隙を形成できるように実施した。この乾燥は、任意の適切なプロセスによって、好ましくはT未満の温度(温風中での乾燥など)、例えば周囲温度で実施することができる。
この乾燥する工程中には、本システムは自然に配列されて図形を形成するが、この例示的実施形態は図1および2(400μm×500μmの画像)に示されている。
後にA(実際にはストランドのサイズ)と呼ばれる(平均)ストランド幅および後にBと呼ばれるストランド間の(平均)間隔を特徴とする構造を有する安定性マスクは、アニーリングに頼らずに入手される。その後にこの安定化されたマスクは、B/A比によって規定される。
網目の破断をほとんど伴わずに網目状にされた間隙の二次元網状組織が入手される。
乾燥に温度が及ぼす影響を評価した。20% RH下の10℃での乾燥は80μmの網目を生じさせたが(図2a)、20% RH下での30℃での乾燥は130μmの網目を生じさせた(図2b)。
乾燥条件、特に湿度が及ぼす影響を評価した。XK52をベースとする層は、今度はフローコーティングによって堆積させられ、これはサンプルの底部と上部との間の厚さの変動(10μmから20μm)を生じさせ、これは網目サイズの変動を生じさせた。湿度が高いほど、Bは小さかった。
Figure 0005611602
このB/A比は、例えば高密度コロイドと基板の表面との間の摩擦係数、またはナノ粒子のサイズさえ、または蒸発率さえ、または初期粒子濃度、または溶媒の性質、または堆積技術に依存した厚さなどを調節することによっても修飾された。
これらの様々な可能性を例示するために、コロイド溶液の二つの濃度(Cおよび0.5×C)ならびにディップコーターの上昇速度を調節することによって堆積させられる様々な厚さを備える実験設計を以下に示す。濃度および/または乾燥速度を変化させることによってB/A比を変化させることも可能であることが観察されている。結果は以下の表に示した。
Figure 0005611602
コロイド溶液は、様々な厚さのフィルムドローワー(film−drawer)を使用することによってC=40%の濃度で堆積させた。これらの実験は、ストランドのサイズおよびストランド間の間隔が、コロイド層の初期厚さを調節することによって変化させられることを示している。
Figure 0005611602
最後に、基板の表面粗さは、Ag粒のマスクを通してガラスの表面を大気プラズマを用いるエッチングによって修飾した。この粗さは、コロイドとの接触ゾーンのサイズの指標であり、これはこれらのコロイドと基板との摩擦係数を増加させた。下記の表は、B/A比およびマスクの形態に摩擦係数の変化が及ぼす作用を示している。初期の厚さが同一の場合には網目のサイズが小さいほど増大するB/A比が得られると思われる。
Figure 0005611602
また別の例示的実施形態では、一つおよび上記に記載したコロイド粒子を含有する同一エマルジョンのスピンコーティングによって得られる間隙の網状組織の寸法パラメータを以下に示す。スピンコーティング装置の様々な回転速度は、マスクの構造を修飾する。
Figure 0005611602
マスクの形態に乾燥正面の伝播が及ぼす作用(例、図5および6)について試験した。乾燥正面の存在は、ほぼ平行の間隙の網状組織を作り出すことを可能にしたが、この方向はこの乾燥正面に対して垂直であった。他方、この平行網状組織にほぼ垂直な間隙の第2網状組織が存在し、これについての位置およびストランド間の間隔はランダムであった。
本プロセスのこの実行段階で、マスクが入手された。
マスクについての形態学的試験は、間隙が直線状の亀裂断面を有することを示した。SEMを用いて入手されたマスクの横断面図である図3を参照されたい。
図3に示した亀裂断面は、
詳細には単一工程で、大きな厚さの材料を堆積させる工程、および
マスクを取り外した後に、マスクに適合する特に大きな厚さの図形を保持する、といった特定の利点を有する。
このようにして得られたマスクは、そのままで使用できる、または様々な後処理によって修飾することができる。例えばこの構成によると、亀裂の底部にはコロイド粒子は存在しない;このために亀裂(これは本文書において後に詳細に記載する。)を充填するために導入される材料とガラス機能を有する基板との最大接着が生じる。
本発明者らはさらに、亀裂の底部に位置する有機粒子をクリーニングするための起源としてのプラズマ源の使用が、その後に格子として使用される材料の接着を改良することを可能にしたことを見出した。
例示的実施形態として、酸素およびヘリウムの混合液をベースとするプラズマスプレーを有する大気圧でプラズマ源を使用するクリーニングは、間隙の底部に堆積させた材料の接着の改善および間隙の拡大の両方を可能にした。Surfx社によって販売される商標ATOMFLOWのプラズマ源が使用できる。
また別の実施形態では、50重量%の濃度、3のpHおよび200mPa.sに等しい粘度で水中で安定化させたアクリルコポリマーをベースとするコロイド粒子の単純なエマルジョンを堆積させた。コロイド粒子は、およそ118nmの特徴的な寸法を有しており、商標NEOCRYL XK38(登録商標)でDSM社によって販売され、71℃に等しいTを有していた。入手した網状組織は図2cに示されている。
網状組織パラメータにアニーリングが及ぼす作用は、以下の表にまとめたように評価した。
Figure 0005611602
圧縮によって、ストランドの幅は、2倍、または図2dに示したように3倍にさえなる(100℃で15分間にわたり処置したサンプル)。
局所的に、例えば中央で集束IRランプを用いてマスクを修飾することが可能である。従って、LT勾配を備える格子を入手することが可能である。
また別の実施形態では、およそ10から20nmの特徴的な寸法を有するコロイドシリカの40%溶液、例えばSigma Aldrich社によって販売された製品LUDOX(登録商標)AS40を堆積させた。B/A比は、図2eに示したように、約30であった。
典型的には、有機(特に水性)溶媒中にコロイドシリカの15%から50%を堆積させることが可能である。
本発明によるマスクから出発して、格子が製造される。これを行うために、材料は、間隙が充填されるまで、マスクを通して堆積させられる。材料は、好ましくはアルミニウム、銀、銅、ニッケル、クロミウム、これらの金属の合金などの導電性材料、ITO、IZO、ZnO:Al;ZnO:Ga;ZnO:B;SnO:F;SnO:Sb;チタニウムニトリドなどのニトリド類、例えばシリコンカーバイドなどのカーバイド類から特別に選択された導電性酸化物から選択される。
この堆積相は、例えばマグネトロンスパッタリングまたは堆積によって実施できる。材料は、亀裂を充填できるように間隙の網状組織の内側に堆積させられるが、充填は、例えばマスクの高さのほぼ半分の厚さへ実施される。
マスクからの格子構造を曝露させるために、「リフトオフ」作業が実施される。この作業は、コロイドの凝集が弱いファンデルワールス(van der Waals)タイプの力(結合剤なし、またはアニーリングによる結合が生じない。)の結果として生じるという事実によって促進される。次にコロイドマスクは、水およびアセトンを含有する溶液中に浸漬させられ(クリーニング溶液は、コロイド粒子の性質の関数として選択される。)、次にコロイドが塗布された全ての部分を除去できるように洗い流される。この現象は、コロイド粒子のマスクを分解させ、および格子を形成する補完的パーツ(材料によって充填された間隙の網状組織)を出現させるための超音波の使用に起因して加速することができる。
図4に示したのは、このようにして得られた格子の、SEMを用いて入手された写真である。
以下に示すのは、アルミニウムをベースとする格子について得られた電気的および光学的特性である。
Figure 0005611602
この特定の格子構造のために、より低コストで、高い導電特性を有しながら電気的に制御可能なシステムと適合する電極を入手することが可能である。
図7および8は、上記からのSEM画像(透視図)および詳細にはアルミニウム格子のストランドを示している。ストランドが比較的に平滑で平行なエッジを有することが観察されている。
本発明による格子を組み込んでいる電極は、0.1から30Ω/スクエアの電気抵抗および70から86%のLTを有しており、これは透明な電極としてのこの使用を完全に満足できるものにする。
好ましくは詳細にはこの抵抗性のレベルを達成するために、金属格子は100nmから5μmの全厚を有する。
これらの厚さ範囲では、電極は透明なままである、つまり可視範囲内で、格子(この網状組織は、この寸法のためにほとんど目に見えない。)の存在下でさえ低い吸光率を有する。
格子は、少なくとも一つの方向において不規則もしくはランダムな構造を有しており、回折現象を回避することを可能にして15から25%の光掩蔽を生じさせる。
例えば10μmの間隔をあけた幅700nmの金属ストランドを有する図4に示した網状組織は、被覆されていない場合は92%の光透過率と比較した80%の光透過率を基板に与える。
この実施形態のまた別の利点は、格子の反射におけるヘイズ値を調節することが可能であることからなる。
例えば15μm未満のストランド間の間隔(寸法B)については、ヘイズ値はおよそ4から5%である。
100μmの間隔に対しては、ヘイズ値は1%未満であり、B/Aは一定である。
およそ5μmのストランド間隔(B)および0.3μmのストランドサイズに対しては、およそ20%のヘイズ値が入手される。5%のヘイズ値を越えて、界面での光線を除去する手段または光線を捕捉する手段としてこの現象を使用することが可能である。
マスク材料を堆積させる前に、特に真空堆積によって格子材料の接着を促進する下層を堆積させることが可能である。
例えばニッケル、および格子材料としてアルミニウムが堆積させられる。この格子は、図9に示されている。
例えばITO、NiCrまたはTi、および格子材料として銀が堆積させられる。
金属層の厚さを増加させるため、従って格子の電気抵抗を減少させるために、堆積は、銀格子上の銅のカバー層の電気分解(可溶性陽極法)によって実施した。
マグネトロンスパッタリングによる接着促進下層および銀格子を用いて被覆したガラスは、実験装置の陰極を構成する;陽極は、銅板によって形成される。陽極は、溶解されることによって、Cu2+イオンの濃度、および従って全容着プロセス中は一定である堆積率を維持するという役割を有する。
電解液(浴)は、これに硫酸(10N HSO)50mLが加えられた硫酸銅の水溶液(CuSO.5HO=70g/l)から形成された。電気分解中の溶液の温度は、23±2℃であった。
堆積条件は、次の通りであった。電圧≦1.5Vおよび電流≦1A。
3から5cmの間隔をあけており、同一サイズを有する陽極および陰極は、垂直力線を得るために平行に配置した。
銅層は、銀格子上で均質であった。堆積の厚さは、電気分解時間および電流密度およびさらに堆積の形態に伴って増加した。これらの結果は、下記の表および図10に示す。
Figure 0005611602
これらの格子上で実施されたSEM観察所見は、網目のサイズが30μm±10μmであり、ストランドのサイズが2から5μmであったことを示している。
上記で言及したように、本発明は、この中で格子を能動層(例えば電極として)として統合できる様々なタイプの電気化学的または電気的に制御可能なシステムに適用することができる。本発明は、より特に、エレクトロクロミックシステム、特に「全固体」システム(用語「全固体」は、本発明の状況内では、これのための全層が無機性である多層スタックに関して規定されている。)または「全ポリマー」システム(用語「全ポリマー」は、本発明の状況内では、これのための全層が有機性である多層スタックに関して規定されている。)、または混合もしくはハイブリッドエレクトロクロミックシステム(この中ではスタックの層が有機性および無機性である。)、または液晶もしくはビオロゲンシステム、または発光システムおよびフラットランプに関する。このようにして製造された金属格子は、さらにまた風防内、または電磁遮蔽内で加熱素子を形成できる。
本発明は、透過において機能する、グレージングにおいて以前に記載したマスクの製造から得られるような格子の組込みにもさらに関する。用語「グレージング」は、広義に理解すべきであり、ガラス機能を有する、ガラスおよび/またはポリマー材料(例えばポリカーボネートPCまたはポリメチルメタクリレートPMMA)から製造される任意の本質的に透明な材料を含んでいる。キャリア基板および/またはカウンター基板、即ち能動システムの側面に位置する基板は、剛性、屈曲性もしくは半屈曲性であってよい。
本発明は、主としてグレージングもしくは鏡としての、これらの装置のために見出すことのできる様々な用途にも関する。これらは、建築用グレージング、特に屋外グレージング、屋内仕切りもしくはガラス張りのドアを製造するために使用できる。これらはさらにまた、電車、航空機、自動車、船舶および工事車両などの輸送手段の窓、屋根または内部仕切りのためにも使用できる。これらは、映写スクリーン、テレビ画面もしくはコンピュータモニタ、タッチパネル、照明面および加熱グレージングなどのディスプレイ画面のためにも使用できる。

Claims (32)

  1. 不規則なサブミリメートルの格子を製造するためのプロセスであって、格子材料の堆積はマスクの間隙を通して該間隙の深さ当たり少なくとも1部が充填されるまで実施され、
    マスク層は、溶媒中で安定化して分散しているコロイド粒子の溶液から堆積させられ、
    該コロイド溶液は、ポリマーナノ粒子および/または鉱物ナノ粒子を含み、
    該マスクはマスク層の堆積および乾燥によりガラス機能を有する基板の表面部分上にサブミリメートルの開口部を有しており、
    マスク層を乾燥する工程は、少なくとも一つの方向に間隙のランダムな網目を備える、マスクを形成する実質的に直線状のエッジの間隙の二次元網状組織が得られるまで実施され
    該網目の大部分は該表面の全体に亘り、網目に特徴的である最大寸法と網目に特徴的である最小寸法との比は2より小さく、
    該粒子は所与のガラス転移温度Tを有しており、堆積および乾燥が前記ガラス転移温度Tより低い温度で実施され、
    該堆積および乾燥は周囲温度で実施され、粒子の所与のガラス転移温度Tおよび乾燥温度との差は10℃より大きく、
    該堆積および乾燥は、実質的に大気圧で実施される、該プロセス。
  2. コロイド溶液は、アクリルコポリマー、スチレン、ポリスチレン、ポリ(メタ)アクリレート、ポリエステルまたはこれらの混合物のポリマーナノ粒子を含むことを特徴とする、請求項1に記載のプロセス。
  3. 溶液は、シリカ、アルミナ、もしくは酸化鉄の鉱物ナノ粒子を含むことを特徴とする、請求項1または2の一項に記載のプロセス。
  4. 溶液は水性であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載のプロセス。
  5. 基板のナノ構造化による圧縮コロイドと基板の表面との間の摩擦係数、ナノ粒子のサイズ、蒸発率、初期粒子濃度、溶媒の性質、堆積技術に依存する厚さ、および含水量から選択される制御パラメータを修飾することによって、格子の幅であるA、網目の寸法であるBおよび/またはB/A比が調節されることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載のプロセス。
  6. 乾燥する工程後、マスクは、Tを上回り、溶融温度Tを下回る温度で少なくとも局所的に加熱されることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載のプロセス。
  7. 堆積は、基板上で直接的に実施されることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載のプロセス。
  8. 前記基板はガラスから製造されている基板である、請求項1から7のいずれか一項に記載のプロセス。
  9. マスク層の堆積前に、基板上には親水性層、障壁層、格子材料を接着させるための層、または修飾層から選択される下層が堆積させられることを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載のプロセス。
  10. マスク層は、前記格子材料をベースとする格子を曝露させるために除去されることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載のプロセス。
  11. マスク層は、液体経路によって除去されることを特徴とする、請求項1から10に記載のプロセス。
  12. 該液体経路は溶媒である、請求項11に記載のプロセス。
  13. 間隙の網状組織は、格子材料の堆積が実施される前にクリーニングされることを特徴とする、請求項1から12に記載のプロセス。
  14. 間隙の網状組織は、大気圧プラズマ源を用いてクリーニングされることを特徴とする、請求項1から13の一項に記載のプロセス。
  15. 格子材料の堆積は、プラズマによる、または真空下で、スパッタリングによる、蒸発による大気圧堆積であることを特徴とする、請求項1から14の一項に記載のプロセス。
  16. 間隙内に蒸着された格子材料は、導電性材料から選択されることを特徴とする、請求項1から15の一項に記載のプロセス。
  17. 格子材料は導電性であり、導電性材料は電気分解によって格子材料上へ堆積させられることを特徴とする、請求項1から16の一項に記載の格子を製造するためのプロセス。
  18. 請求項1から17の一項に記載の製造プロセスによって入手される不規則なサブミリメートルの格子を有する基板。
  19. 少なくとも一方向にランダムである不規則なサブミリメートルの格子を有する基板であって、サブミリメートル幅を有する第1ストランドを備える主網状組織および第1ストランドより小さな幅を有する第2ストランドの第2網状組織を含む基板。
  20. 請求項18または19の一項に記載の不規則な格子を有する基板であって、格子はストランド(B)間の間隔対ストランド(A)のサブミリメートル幅の7から40の比を有することを特徴とする基板。
  21. 請求項18から20の一項に記載の格子を有する基板であって、格子のユニットはランダム、非周期的、および様々な形状および/またはサイズであることを特徴とする基板。
  22. 請求項18から21の一項に記載の格子を有する基板であって、格子は、少なくとも一方向に非周期的またはランダムな構造を有することを特徴とする基板。
  23. 請求項18から21の一項に記載の格子を有する基板であって、格子は、二方向に非周期的またはランダムな構造を有することを特徴とする基板。
  24. 請求項18から23の一項に記載の格子を有する基板であって、網目の大部分について、網目に特徴的な最大寸法と網目に特徴的な最小寸法との差は2以下であることを特徴とする基板。
  25. 請求項18から24の一項に記載の格子を有する基板であって、最大ストランド幅と最小ストランド幅との差は、所与の格子領域内では4未満であること、および/または最大網目寸法と最小網目寸法との差は所与の格子領域内では4未満であることを特徴とする基板。
  26. 請求項18から25の一項に記載の格子を有する基板であって、網目の大部分について、網目および/またはカットストランドの破断度は、5%未満、または2%以下でさえあることを特徴とする基板。
  27. 請求項18から26のいずれか一項に記載の格子を有する基板であって、導電性格子は、0.1から30Ω/スクエアのシート抵抗を有することを特徴とする基板。
  28. 請求項18から27のいずれか一項に記載の格子を有する基板であって、格子は、プラスチックもしくは無機材料から製造されたガラス機能を有する基板の少なくとも一つの表面部分上に直接的もしくは間接的に蒸着させられることを特徴とする基板。
  29. 請求項18から28のいずれか一項に記載の格子を有する基板であって、格子は、親水性シリカ層である下層、および/または、格子材料の接着を促進するためのNiCr、Ti、ITO、Al若しくはNb層および/またはSi 若しくはSiO の障壁層、および/または修飾層上に蒸着させられることを特徴とする基板。
  30. 請求項18から29の一項に記載の格子を有する基板であって、格子で被覆された基板の光透過率は70%から86%であることを特徴とする基板。
  31. 請求項18から30の一項に記載の格子基板を含む多重積層グレージングユニット。
  32. 可変性光学的および/またはエネルギー特性を有する電気化学および/または電気的に調節可能な装置、液晶を有する電気的に調節可能な装置、太陽光発電装置、発光装置、有機発光装置、加熱装置、フラットランプ装置、電磁遮蔽装置、または任意の他の導電性の透明な層を必要とする装置における、能動層、加熱層もしくは電極としての請求項18から31のいずれか一項に記載の導電性格子の使用。
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