JP6540698B2 - パターン形成方法、透明導電膜付き基材、デバイス及び電子機器 - Google Patents

パターン形成方法、透明導電膜付き基材、デバイス及び電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、パターン形成方法、透明導電膜付き基材、デバイス及び電子機器に関し、より詳しくは、乾燥により液体の縁に機能性材料を選択的に堆積させてパターニングを行う工程を有するパターン形成方法並びに該方法により得られる透明導電膜付き基材、デバイス及び電子機器に関する。
機能性材料を含む細線パターンを形成する方法として、従来はフォトリソグラフィーを利用する方法が広く用いられてきた。しかしながら、フォトリソグラフィー技術は材料のロスが多く、工程が複雑になるため、これらを改善できる方法が検討されている。
例えば、インクジェット法などにより機能性材料を含む液滴を基材に連続的に付与して、細線パターンを形成する方法がある。しかしながら、通常のインクジェット法では、細線の幅を、吐出された液滴の直径以下にすることができず、数μmの線幅の細線パターンを形成することはできなかった。
インクジェット法による細線形成のアプローチとして、あらかじめ基材の全面に撥液剤を塗布しておき、レーザーを照射して撥液剤の一部を親水化して、撥液部分と親水部分からなるパターンを形成し、その親水部分にインクジェットで液滴を付与して細線を形成する方法がある。しかしながら、この方法は撥液剤を塗布したり、レーザーでパターニングしたりするので工程が複雑になってしまうという課題があった。
これに対して、液滴内部の対流を利用して液滴中の固形分である機能性材料を液滴の周辺部に堆積させて、液滴より微細な幅のパターンを形成する方法が知られている(特許文献1)。この方法によれば、特別な工程を必要とせずに、液滴の直径以下の数μmの幅の細線を形成することが可能になる。
また、この方法を用いて、導電性微粒子の微細な幅のリングを形成しこれを複数連結して透明導電膜を形成することが特許文献2に記載されている。
しかしながら、これらの方法では、導電パスをつくるためにリングの交点が多くなり、透明性が低下するという課題があった。
これに対して、本出願人は、ライン状に付与した液体中の導電性材料を該液体の動きにより縁部に分離して1対の細線からなる平行線パターンを形成すること、更には該平行線パターンからなる透明導電膜を形成することを提案してきた(特許文献3)。
特開2005−95787号公報 WO2011/051952 特開2014−38992号公報
平行線パターンからなる透明導電膜を、例えば画像表示装置のための透明電極として用いる場合、該パターン自体が視認され難く、透明性に優れるものであったとしても、これを画像表示装置に組み込んだときに、モアレ(干渉縞)が視認される場合があることがわかった。
これに対して、画像表示装置が有するパターン(例えば、画素アレイのパターン)の形成方向に対して、平行線パターンの形成方向が同じ方向とならないようにすることで、モアレが防止できることがわかった。
これを具体的に実現するために、平行線パターンからなる透明導電膜が形成された基材の切り出しの向きを変更することが考えられるが、この場合は、面取の効率が損なわれ易い。
一方、基材に対する平行線パターンの形成方向を変更することも考えられるが、特許文献3が記載するようにインクジェットヘッドの移動方向に沿ってライン状液体を形成する場合は、基材に対するインクジェットヘッドの配置角度を変更する等の工程が必要になり、生産性を向上する観点で課題が見出された。
平行線パターンを含むパターンを形成する際に、生産性を損なうことなく、基材に対するパターン形成方向の自由度を向上できれば、上記したモアレのような問題も好適に防止することができる。
そこで本発明の課題は、生産性を損なうことなく、基材に対するパターン形成方向の自由度を向上できるパターン形成方法並びに該方法により得られる透明導電膜付き基材、デバイス及び電子機器を提供することにある。
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
1.
液滴吐出装置を基材に対して相対移動させながら該液滴吐出装置の複数のノズルから前記基材上に機能性材料を含む液体からなる液滴を吐出する際に、基材上において合一の対象となる互いに隣接する少なくとも1組の液滴は、相対移動方向及び該相対移動方向に直交する方向の何れにも間隔をおいて配置され、これらの液滴を合一するように、該液滴の液滴容量及び前記間隔の一方又は両方を調整し、
前記液滴を合一して形成されたライン状液体を乾燥させることによって該ライン状液体の縁に前記機能性材料を堆積させて該機能性材料を含むパターンを形成するパターン形成方法。
2.
前記ライン状液体の形成において、前記液滴吐出装置のノズル列に対して平行に配置される画素組に対して複数のノズルから付与される液滴組を、ノズル列と交差する方向に複数組付与し、複数組の前記液滴組を合一させて、ノズル列と交差する方向に伸びる前記ライン状液体を形成する前記1記載のパターン形成方法。
3.
前記液滴を合一して形成される前記ライン状液体の縁の直線性を高めるように、前記液滴容量及び前記間隔の一方又は両方を調整する前記1又は2記載のパターン形成方法。
4.
1つの前記ライン状液体を形成するために1つの前記ノズルから吐出される総液滴容量V[pL]と、前記複数のノズルの前記相対移動方向に直交する方向におけるノズル列解像度R[npi]との積V・R[pL・npi]を、4.32×104[pL・npi]以上5.18×105[pL・npi]以下の範囲に調整する前記1〜3の何れかに記載のパターン形成方法。
5.
前記液滴容量を、階調数の調整により調整する前記1〜4の何れかに記載のパターン形成方法。
6.
前記液滴吐出装置から吐出される前記液滴の前記基材上における接触角が10[°]以上30[°]以下の範囲である前記1〜5の何れかに記載のパターン形成方法。
7.
前記相対移動による1回のパスで1つ又は複数の前記ライン状液体を形成する前記1〜6の何れかに記載のパターン形成方法。
8.
前記相対移動による1回のパスで互いに平行な複数の前記ライン状液体を形成する際に、該ライン状液体の付与間隔を調整することにより、隣り合う前記ライン状液体を乾燥させる際の相互干渉を抑制する前記1〜7の何れかに記載のパターン形成方法。
9.
前記相対移動による1回のパスで互いに平行な複数の前記ライン状液体を形成する際に、該ライン状液体の付与間隔の調整を、各々の前記ノズルから前記液滴を吐出する時間間隔、及び、前記液滴吐出装置の基材に対する相対移動速度の一方又は両方を調整することによって行う前記1〜8の何れかに記載のパターン形成方法。
10.
前記相対移動による1回のパスで互いに平行な複数の前記ライン状液体を形成する際に、該ライン状液体の付与間隔を、400[μm]以上に調整する前記1〜9の何れかに記載のパターン形成方法。
11.
前記液滴の合一を促進するように、1つの前記ライン状液体を形成するために互いに隣接する前記ノズルからそれぞれ吐出される前記機能性材料を含む液体の最大吐出時間差Δtmaxを、200[ms]以下に調整する前記1〜10の何れかに記載のパターン形成方法。
12.
前記基材上に第1の前記ライン状液体を付与し、該第1のライン状液体を乾燥させる過程で該機能性材料を縁部に選択的に堆積させて、該機能性材料を含む2本の線分により構成された第1の平行線パターンを形成し、
次いで、前記基材上に前記第1の平行線パターンの形成領域と交差させるように第2の前記ライン状液体を付与し、該第2のライン状液体を乾燥させる過程で該機能性材料を縁部に選択的に堆積させて、該機能性材料を含む2本の線分により構成された第2の平行線パターンを形成することによって、
前記第1の平行線パターンと前記第2の平行線パターンとが少なくとも1つの交点で交わるパターンを形成する前記1〜11の何れかに記載のパターン形成方法。
13.
前記第2の平行線パターンを構成する前記2本の線分間の間隔について、前記第1の平行線パターンの形成領域内における平均間隔Aと、前記第1の平行線パターンの形成領域外における平均間隔Bとが下記式(1)を満たすように調整する前記12記載のパターン形成方法。
0.9≦B/A≦1.1 ・・・式(1)
14.
前記式(1)を満たすための調整として、前記第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギーと、前記第1の平行線パターンの形成領域外の表面エネルギーとの差を、5mN/m以下にする前記13記載のパターン形成方法。
15.
前記式(1)を満たすための調整として、前記第1のライン状液体に含まれる機能性材料を塗布して乾燥させたベタ面の表面エネルギーと、前記第1の平行線パターンの形成領域外の表面エネルギーとの差を、5mN/m以下にする前記13記載のパターン形成方法。
16.
前記式(1)を満たすための調整として、前記第1の平行線パターンの形成領域内における前記第2のライン状液体の接触角と、前記第1の平行線パターンの形成領域外における前記第2のライン状液体の接触角との差を、10°以下にする前記13記載のパターン形成方法。
17.
前記式(1)を満たすための調整として、前記第1のライン状液体に含まれる機能性材料を塗布して乾燥させたベタ面における前記第2のライン状液体の接触角と、前記第1の平行線パターンの形成領域外における前記第2のライン状液体の接触角との差を、10°以下にする前記13記載のパターン形成方法。
18.
前記式(1)を満たすための調整として、前記第1の平行線パターンの形成領域外における前記第2のライン状液体中の溶剤のうち最も沸点が高い溶剤の接触角を6°以下にする前記13記載のメッシュ状の機能性パターンの形成方法。
19.
前記式(1)を満たすための調整として、前記第1の平行線パターンの形成領域内における前記第2のライン状液体の長さあたりの液体付与量と、前記第1の平行線パターンの形成領域外における前記第2のライン状液体の長さあたりの液体付与量とを異ならせる前記13記載のパターン形成方法。
20.
前記式(1)を満たすための調整として、前記第1の平行線パターンを形成した後に、前記第2のライン状液体を付与する前に、前記第1の平行線パターンの形成領域内を含む領域を洗浄する前記13に記載のパターン形成方法。
21.
前記洗浄として、加熱による洗浄、電磁波による洗浄、溶剤による洗浄、ガスによる洗浄及びプラズマによる洗浄から選ばれた1種又は2種以上を組み合わせた洗浄を行う前記20記載のパターン形成方法。
22.
前記ライン状液体の乾燥に際して、乾燥を促進させる処理を施す前記1〜21の何れかに記載のパターン形成方法。
23.
前記液滴吐出装置から吐出される前記液体の機能性材料含有率が、0.01重量%以上1重量%以下の範囲である前記1〜22の何れかに記載のパターン形成方法。
24.
前記機能性材料は、導電性材料または導電性材料前駆体である前記1〜23の何れかに記載のパターン形成方法。
25.
前記1〜24の何れかに記載のパターン形成方法により形成されたパターンを含む透明導電膜を基材表面に有する透明導電膜付き基材の製造方法
26.
前記25記載の透明導電膜付き基材を有するデバイスの製造方法
27.
前記26記載のデバイスを備えた電子機器の製造方法
ライン状液体から平行線パターンが形成される様子を概念的に説明する斜視断面図 ライン状液体を形成する方法の一例(比較例)を概念的に説明する平面図 メッシュ状のパターンを形成する方法の一例(比較例)を概念的に説明する平面図 図3に示した方法によりパターンが形成された基材からの面取を概念的に説明する平面図 メッシュ状のパターンを形成する方法の他の例(比較例)を概念的に説明する平面図 図5に示した方法によりパターンが形成された基材からの面取を概念的に説明する平面図 本発明のパターン形成方法の一例を概念的に説明する平面図 液滴吐出装置からの液滴吐出条件の一例を概念的に説明する平面図 液滴吐出装置からの液滴吐出条件の他の例を概念的に説明する平面図 液滴吐出装置からの液滴吐出条件の更なる他の例を概念的に説明する平面図 図10における(xi)で示した部分の拡大図 複数回のパスで複数のライン状液体を形成する一例を概念的に説明する平面図 本発明のパターン形成方法を用いてメッシュ状のパターンを形成する場合の一例を概念的に説明する平面図 本発明のパターン形成方法を用いてメッシュ状のパターンを形成する場合の他の例を概念的に説明する平面図 乾燥装置の構成例を概念的に説明する平面図 本発明のパターン形成方法の他の例を概念的に説明する平面図 ライン状液体を形成するための液滴付与の他の態様を概念的に説明する平面図 図17の態様により形成されるライン状液体を概念的に説明する平面図 図18に示したライン状液体から形成される平行線パターンを概念的に説明する平面図 ノズル列を説明する図 メッシュ状の機能性パターンの形成方法の一例を説明する説明図 メッシュ状の機能性パターンの形成方法の他の例を説明する説明図 メッシュ状の機能性パターンの形成方法の更なる他の例を説明する説明図 交差部Xの形成例を示す要部拡大図 メッシュ状の機能性パターンの光学顕微鏡写真 平均間隔A及び平均間隔Bの測定方法の一例を説明する図 基材上に形成された平行線パターンの一例を示す部分拡大平面図 図27における(a)−(a)線断面を説明する説明図 基材上に形成された平行線パターンの一例を示す一部切欠斜視図
以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
図1は、ライン状液体から平行線パターンが形成される様子を概念的に説明する斜視断面図であり、断面は、ライン状液体の形成方向に対して直交する方向で切断した縦断面に対応する。
図1において、1は、基材であり、2は、機能性材料を含むライン状液体であり、3は、ライン状液体2の縁に機能性材料を選択的に堆積させることにより形成される塗膜(以下、平行線パターンという場合もある。)である。
図1(a)において、基材1上には、機能性材料を含むライン状液体2が付与されている。
図1(b)に示すように、機能性材料を含むライン状液体2を蒸発させ、乾燥させる際に、コーヒーステイン現象を利用して、ライン状液体2の縁に機能性材料を選択的に堆積させる。
コーヒーステイン現象は、ライン状液体2を乾燥させる際の条件設定により生起させることができる。
即ち、基材1上に配置されたライン状液体2の乾燥は中央部と比べ縁において速く、乾燥の進行と共に固形分濃度が飽和濃度に達し、ライン状液体2の縁に固形分の局所的な析出が起こる。この析出した固形分によりライン状液体2の縁が固定化された状態となり、それ以降の乾燥に伴うライン状液体2の幅方向の収縮が抑制される。ライン状液体2の液体は、縁で蒸発により失った分の液体を補う様に中央部から縁に向かう対流を形成する。この対流は、乾燥に伴うライン状液体2の接触線の固定化とライン状液体2中央部と縁の蒸発量の差に起因するため、固形分濃度、ライン状液体2と基材1の接触角、ライン状液体2の量、基材1の加熱温度、ライン状液体2の配置密度、または温度、湿度、気圧の環境因子に応じて変化し、これらを調整することにより制御することができる。
その結果、図1(c)に示すように、基材1上に、機能性材料を含む細線からなる平行線パターン3が形成される。1本のライン状液体2から形成された平行線パターン3は、1組2本の線分31、32により構成されている。
基材上へのライン状液体の付与は、液滴吐出装置を用いて行うことができる。具体的には、液滴吐出装置を基材に対して相対移動させながら、液滴吐出装置のノズルから機能性材料を含む液体を吐出し、吐出された液滴が基材上で合一することで、機能性材料を含むライン状液体を形成することができる。液滴吐出装置は、例えば、インクジェット記録装置が備えるインクジェットヘッドにより構成することができる。
ここで、本発明者が見出した課題について、比較例を例示しながら、詳しく説明する。
図2は、ライン状液体を形成する方法の一例(比較例)を概念的に説明する平面図である。
図2において、7は液滴吐出装置であり、インクジェットヘッド71により構成されている。72a〜72fはインクジェットヘッド71が備えるノズルである。
液体をライン状に付与するという観点では、図2に示すように、液滴吐出装置7の相対移動方向Dに沿ってライン状液体2を形成する方法が考えられる。
1本のライン状液体2を形成するに際して、液滴吐出装置7を基材1に対して相対移動させながらインクジェットヘッド71の1つのノズル72aから機能性材料を含む液体を連続的に吐出する。吐出された液滴が基材1上で合一することで、液滴吐出装置7の相対移動方向に沿う1本のライン状液体2を形成できる。
他のノズル72b〜72fについても同様に作動させることによって、複数本のライン状液体2を形成することができる。
このようにして形成されたライン状液体2を、図1に示したように乾燥させることによって、ライン状液体2から平行線パターン3を形成することができる。平行線パターン3は、液滴吐出装置7の相対移動方向に沿うように形成される。即ち、平行線パターンを構成する線分31、32は、液滴吐出装置7の相対移動方向に沿うように形成される。
このような方法を用いて、平行線パターンを交差させてなるメッシュ状のパターンを形成することができる。
図3は、メッシュ状のパターンを形成する方法の一例(比較例)を概念的に説明する平面図である。
まず、図3(a)に示すように、基材1に対する相対移動方向Dに沿って液滴吐出装置(図3中、不図示)を移動して、該方向Dに複数の第1のライン状液体2を形成する。ここで、相対移動方向Dは、矩形状の基材1の1つの辺に沿う方向(図面上、左右方向)に沿っている。
これら第1のライン状液体2を乾燥させることにより、図3(b)に示すように、各々の第1のライン状液体2から第1の平行線パターン3を形成することができる。第1の平行線パターン3は、線分31、32により構成されている。
次いで、液滴吐出装置を基材に対して90°回転させて、基材1に対する相対移動方向Dを、第1のライン状液体2の形成時の方向に対して90°回転させる。このようにして、相対移動方向Dを変更する。
次いで、図3(c)に示すように、変更された相対移動方向Dに沿って液滴吐出装置を移動して、該方向Dに複数の第2のライン状液体4を形成する。ここで、相対移動方向Dは、矩形状の基材1の前記1つの辺に対して直交する他の辺に沿う方向(図面上、上下方向)に沿っている。
これら第2のライン状液体4を乾燥させることにより、図3(d)に示すように、各々の第2のライン状液体4から第2の平行線パターン5を形成することができる。第2の平行線パターン5は、線分51、52により構成されている。
このようにして、第1の平行線パターン3と第2の平行線パターン5とを交差させてなるメッシュ状のパターン6を形成することができる。第1の平行線パターン3は矩形状の基材1の1つの辺に沿う方向に形成され、第2の平行線パターン5は、前記1つの辺と直交する他の辺に沿う方向に形成されている。
図3に示したパターン形成方法には、以下のような課題を見出すことができる。
図4は、図3に示した方法によりパターンが形成された基材からの面取を概念的に説明する平面図である。
パターン6が形成された基材1は、それが組み込まれるデバイスに適合する所定の大きさに面取して用いられる。図中、面取時の切り出し線を破線Cで示した。
まず、図4(a)に示すように、基材1の辺に沿うように基材1を切り出して用いることが考えられる。この場合、4片の面取が可能であることがわかる。
しかしながら、この場合は、切り出し線Cに沿って切り出された基材1(以下、「基材片」という場合がある。)のパターン6自体が視認できないものであっても、この基材片をデバイス中に組み込んだときには、基材片のパターン6の形成方向と、デバイスが備えるパターンの形成方向とが重なり易く、モアレが視認され易くなることがわかった。
ここで、「パターン6の形成方向」とは、パターンを構成する線分(例えば、上述した線分31、32、51及び52)の形成方向であり、複数の方向を含み得る。図4(a)の例では、パターン6の形成方向は、基材片の辺に沿う方向に対応する。
また、上記「デバイスが備えるパターン」としては、例えば、画像表示装置における画素アレイのような格子状のパターンを好ましく例示できる。
これに対して、図4(b)に示すように、基材1の辺に対して傾斜する方向に沿うように基材1を切り出す。即ち、切り出し線Cは、基材1の辺に対して傾斜する方向に沿うように設定される。ここで、傾斜角度は45°に設定されている。
切り出される基材片において、パターン6の形成方向は、基材片の辺に沿う方向から傾斜している。これにより、基材片をデバイス中に組み込んだときのモアレを防止できる。
しかしながら、基材片の切り出しの方向が、基材1の辺に沿うものでないため、面取の効率を損ない易い。例えば同じ面積の基材1を想定した場合に、図4(a)の例では4片の面取が可能であるのに対して、図4(b)の例では2片の面取りが限界となる。
従って、図3に示したパターン形成方法では、モアレ防止と面取の効率を両立する観点で課題が見出される。
更に、図3に示したパターン形成方法では、第1のライン状液体を付与するときと、第2のライン状液体を付与するときとで、基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向Dを変更する必要がある。例えば、基材の配置方向を変えたり、液滴吐出装置の配置方向を変えたりする工程などが必要になり、生産性の観点においても課題が見出される。
図5は、メッシュ状のパターンを形成する方法の他の例(比較例)を概念的に説明する平面図である。
図5の例では、モアレを防止する観点で、液滴吐出装置(図5中、不図示)の相対移動方向Dを、基材1の辺に対して傾斜する方向に設定している。
まず、図5(a)に示すように、基材1の辺に対して45°で傾斜する相対移動方向Dに沿って液滴吐出装置を移動して、該方向Dに複数の第1のライン状液体2を形成する。
これら第1のライン状液体2を乾燥させることにより、図5(b)に示すように、各々の第1のライン状液体2から第1の平行線パターン3を形成することができる。第1の平行線パターン3は、線分31、32により構成されている。
次いで、液滴吐出装置を基材に対して90°回転させて、基材1に対する相対移動方向Dを、第1のライン状液体2の形成時の方向に対して90°回転させる。このようにして、相対移動方向Dを変更する。
次いで、図5(c)に示すように、基材1の辺に対して傾斜する変更された相対移動方向Dに沿って液滴吐出装置を移動して、該方向Dに複数の第2のライン状液体4を形成する。
これら第2のライン状液体4を乾燥させることにより、図5(d)に示すように、各々の第2のライン状液体4から第2の平行線パターン5を形成することができる。第2の平行線パターン5は、線分51、52により構成されている。
このようにして、第1の平行線パターン3と第2の平行線パターン5とを交差させてなるメッシュ状のパターン6を形成することができる。第1の平行線パターン3及び第2の平行線パターン5は、矩形状の基材1の辺に対して傾斜する方向に形成されている。
図6は、図5に示した方法によりパターンが形成された基材からの面取を概念的に説明する平面図である。図4と同様に、面取時の切り出し線を、図中、破線Cで示した。
図6に示されるように、面取の向上のために基材1の辺に沿うように基材1を切り出しても、基材1の辺に対して傾斜する方向にパターン6が形成されているため、モアレ防止を図ることができる。
このように、基材1の辺に対して傾斜する方向にパターン6を形成することで、モアレ防止と面取の効率を両立することができる。
しかしながら、図5に示したパターン形成方法においても、図3に示した方法と同様に、第1のライン状液体2を付与するときと、第2のライン状液体4を付与するときとで、基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向Dを変更する必要がある。そのため、生産性を向上する観点で、更なる改善の余地が見出される。
以下に、本発明のパターン形成方法について詳しく説明する。
図7は、本発明のパターン形成方法の一例を概念的に説明する平面図である。
図7において、7は液滴吐出装置であり、インクジェットヘッド71により構成されている。72a〜72fはインクジェットヘッド71が備えるノズルである。
液滴吐出装置7を基材1に対して相対移動させながら該液滴吐出装置7の複数のノズル72a〜72fから基材1上に機能性材料を含む液体からなる液滴を吐出する。互いに異なるノズルから吐出された液滴を基材1上において合一させて、相対移動方向Dに対して傾斜する方向にライン状液体2を形成する。図示の例では、相対移動による1回のパスで1つのライン状液体2を形成する場合を示しているが、相対移動による1回のパスで複数のライン状液体2を形成することも好ましいことである。
以下の説明において、相対移動方向Dに対するライン状液体2の形成方向の角度(傾斜角度)θは、相対移動方向Dから時計回り(右回り)の角度を指す。以下の説明において角度が負の値をとるときは、反時計回り(左回り)の正の値の角度に換算することができる。図示の例において、傾斜角度θは45°である。
次に、上記した基材1上における液滴の合一について詳しく説明する。
図8は、液滴吐出装置からの液滴吐出条件の一例を概念的に説明する平面図である。
図示の例において、2a〜2fは、それぞれ、液滴吐出装置7が備えるインクジェットヘッド71のノズル72a〜72fから吐出される液滴の着弾位置を示している。
着弾位置2a〜2fは、相対移動方向D及び該相対移動方向Dに直交する方向の何れにも間隔をおいて配置されている。即ち、液滴吐出装置7が備えるインクジェットヘッド71のノズル72a〜72fからの液滴の吐出によって、基材1上において合一の対象となる互いに隣接する液滴を、相対移動方向D及び該相対移動方向Dに直交する方向の何れにも間隔をおいて配置する。ここで、間隔とは、液滴の中心間の距離のことである。また、「互いに隣接する液滴」は、少なくとも1組の互いに隣接する液滴が、相対移動方向D及び該相対移動方向Dに直交する方向の何れにも間隔を有していればよい。また、「相対移動方向及び該相対移動方向に直交する方向の何れにも間隔をおいて配置される」というのは、該相対移動方向に対して傾斜する方向に配置されることを意味する。
図示の例では、液滴吐出装置7の移動過程において、一端側のノズル72aから他端側のノズル72fに向けて、配列順に各ノズル72a、72b、72c、72d、72e、72fから時間差を設けて液滴を吐出することによって、上述した配置状態を形成している。
これらの着弾位置2a〜2fに着弾した各液滴が、その後、基材1上において隣接する液滴同士で合一されるように、液滴の液滴容量及び液滴の間隔の一方又は両方を調整する。
このような調整の結果、基材1に対する液滴吐出装置7の相対移動方向Dに対して傾斜する方向に沿ってライン状液体2を形成することができる。かかるライン状液体2を乾燥させることによって、ライン状液体2の縁に機能性材料を堆積させて機能性材料を含むパターン、例えば上述した平行線パターンを形成することができる。パターンの形成方向は、相対移動方向Dに対して傾斜する方向とすることができる。
本発明によれば、例えばライン状液体の形成方向を設定するに際して、液滴吐出装置の配置角度を変更する等の工程が不要となるため、生産性を損なうことなく、基材に対するパターン形成方向の自由度を向上できる効果が得られる。
更に、上述した液滴の合一だけでなく、液滴を合一して形成されるライン状液体2の縁の直線性を高めるように、液滴の液滴容量及び液滴の間隔の一方又は両方を調整することも好ましいことである。これにより、ライン状液体2の縁に堆積される機能性材料を含むパターンの直線性を高めることができる。
好ましい調整例として、1つのライン状液体2を形成するために1つのノズルから付与される総液滴容量V[pL]と、ノズル列解像度R[npi]との積V・R[pL・npi]を、4.32×10[pL・npi]以上5.18×10[pL・npi]以下の範囲に調整することが好ましい。
ここで、1つのライン状液体2を形成するために1つのノズルから付与される総液滴容量V[pL]は、各ノズル72a〜72fから、1つのライン状液体2を形成するための各着弾位置2a〜2fにそれぞれ付与される各々の総液滴容量のことを指す。従って、総液滴容量は、例えば、1つの着弾位置2aに対して、1つのノズル72aから複数の液滴を着弾させる場合は、これら複数の液滴の合計の容量を指し、1つの着弾位置2aに対して、1つのノズル72aから1つの液滴を着弾させる場合は、1つの液滴の容量を指す。
総液適量を調整する方法としては、1つの液滴あたりの容量を調整する方法や、1つの着弾位置に着弾させる液滴の数を調整する方法等を好ましく例示できる。これら方法の1又は2以上を組み合わせて用いることも好ましいことである。
1つの着弾位置に着弾させる液滴の数を調整する際には、階調数変更手段を備えた液滴吐出装置を好適に用いることができる。即ち、液滴容量は、階調数の調整により調整することができる。階調数とは、1ドットあたりに着弾させる液滴の数(単位は、「dpd」(drops per dot)が用いられる。)のことであり、上述した1つの着弾位置に着弾させる液滴の数に対応する数値として用いることができる。
従って、上記総液滴容量V[pL]は、1液滴あたりの液滴容量をV[pL]、階調数をN[dpd]とした場合に、V=V・Nで表すことができる。
また、ノズル列解像度R[npi]は、相対移動方向と直交する方向における1インチあたりのノズル数である。相対移動方向と直交する方向におけるノズル間隔(ノズルの中心間の距離(ピッチともいう))が一定であれば、ノズル間隔[inch]の逆数を、ノズル列解像度R[npi]に対応する数値として用いることができる。
積V・R[pL・npi]が、4.32×10[pL・npi]以上5.18×10[pL・npi]以下の範囲であれば、ライン状液体がより直線的に形成され易くなり、バルジを好適に防止することができる。その結果、形成される平行線パターンを構成する線分がより直線的に形成され易くなり、断線の発生なども好適に防止できる。そのため、機能性材料として導電性材料を用いる場合は、得られるパターンのシート抵抗や、端子抵抗を更に改善できる効果が得られる。
液滴吐出装置から吐出される機能性材料を含む液滴は、基材上における接触角が、10[°]以上30[°]以下の範囲であることが好ましい。
なお、接触角は、静的接触角であり、例えば、協和界面科学株式会社製DM−500を用いて、25℃、50%RH環境下で、測定しようとする液滴(5μl程度)をシリンジから基材1上に乗せ、液滴端部の接線と基材面がなす角度を測定することで求めることができる。
接触角は、例えば、機能性材料を含む液滴の組成や、基材の表面エネルギーの設定などにより適宜調整できる。
接触角が、10[°]以上30[°]以下の範囲であれば、形成される平行線パターンの透明性を更に向上できる効果が得られる。
また、接触角が、10[°]以上30[°]以下の範囲であれば、ライン状液体がより直線的に形成され易くなり、バルジを好適に防止することができる。その結果、形成される平行線パターンを構成する線分がより直線的に形成され易くなり、断線の発生なども好適に防止できる。そのため、機能性材料として導電性材料を用いる場合は、得られるパターンのシート抵抗や、端子抵抗を更に改善できる効果が得られる。
図8において、各ノズル72a〜72fは、ライン状液体2の形成のための吐出を行った後、所定の間隔を置いて、これに隣接する更なるライン状液体2’の形成のための吐出を行うことができる。図中、2a’〜2f’は、更なるライン状液体2’を形成するためにノズル72a〜72fから吐出される液滴の着弾位置を指している。このように、液滴吐出装置7は、相対移動による1回のパスにおいて、所定の間隔をおいて、複数のライン状液体を形成することができる。
本発明の1つの側面においては、ライン状液体を、液滴吐出装置と基材の相対移動方向Dに対して斜めに形成することにより、1回のパスにより付与される互いに平行なライン状液体の付与間隔Mを、容易に所望の値に調整できるようになる。
即ち、図2を参照して説明した比較例のように、ライン状液体を、液滴吐出装置と基材の相対移動方向Dに沿って形成する場合は、1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mを、液滴吐出装置のノズル間隔の単位でしか調整できない。このとき、選択可能な付与間隔Mは、ノズル間隔の単位での段階的な(不連続な)値となる。
これに対して、ライン状液体を、液滴吐出装置と基材の相対移動方向Dに対して斜めに形成することにより、付与間隔Mの調整に際してノズル間隔の制約から解放される。つまり、付与間隔Mを、連続的な範囲から自由に選択できるようになる。
1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mは、図8に示すように、ライン状液体2、2’の形成方向に対して直交する方向の距離(ピッチともいう)であり、ライン状液体2、2’の幅方向の中心間の距離に相当する。
ライン状液体を、液滴吐出装置と基材の相対移動方向Dに対して斜めに形成することにより、付与間隔Mは、各々のノズル72a〜72fから液滴を吐出する時間間隔、及び、液滴吐出装置7の基材1に対する相対移動速度の一方又は両方を調整することによって、適宜調整できるようになる。
例えば、各々のノズル72a〜72fから液滴を吐出する時間差を小さくすることによって、付与間隔Mを小さくすることができる。また、この時間差を大きくすることによって、付与間隔Mを大きくすることができる。
更に、例えば、基材1に対する液滴吐出装置7の相対移動速度を小さくすることによって、付与間隔Mを小さくすることができる。この相対移動速度を大きくすることによって、付与間隔Mを大きくすることができる。
このようにして、付与間隔Mを、容易に所望の値に調整できるようになる。これによりパターニングの自由度を向上することができ、種々のデバイス、種々の電子機器への適合性を高めることが可能になる。
付与間隔Mの調整により、隣り合うライン状液体2、2’を乾燥させる際の相互干渉を抑制することも好ましいことである。相互干渉としては、例えば、蒸気による干渉や、気化熱を奪われた基材の温度低下による干渉などが挙げられる。このような相互干渉を抑制することにより、ライン状液体の縁における機能性材料の堆積を安定化することができ、バルジ防止性、透明性を更に向上する効果が得られる。更に、機能性材料が導電性材料であれば、得られるパターンのシート抵抗、端子抵抗を更に改善できる効果が得られる。
付与間隔Mの値は、格別限定されないが、400[μm]以上とすることが好ましい。これにより、隣り合うライン状液体2、2’を乾燥させる際の相互干渉を好適に抑制できる。
1つのライン状液体2を形成するために互いに隣接するノズルからそれぞれ吐出される機能性材料を含む液体の最大吐出時間差Δtmaxは、200[ms]以下に調整することが好ましい。これにより、液滴の合一を促進して、平行線パターンの形成を更に安定化できる効果が得られる。特に、機能性材料として導電性材料を用いる場合には、得られるパターンにおける端子抵抗を好適に改善できる効果が得られる。
かかる最大吐出時間差Δtmaxについて、まず、図8の例を参照して詳しく説明する。
図8において、液滴吐出装置7は、1つのインクジェットヘッド71により構成されている。インクジェットヘッド71において、ノズル72a〜72fは、液滴吐出装置7の相対移動方向に直交する方向に、一直線上に配列されている。
液滴吐出装置は、相対移動方向Dに移動しながら、ノズル72aから着弾位置2aに向けて液体を吐出する。次いで、液滴吐出装置は、相対移動方向Dに更に移動し、ノズル72aに隣接するノズル72bから着弾位置2bに向けて液体を吐出する。従って、互いに隣接するノズル72aとノズル72bは、液体を吐出するタイミングに時間差(吐出時間差)が存在する。
図示の例では、ノズル72a〜72fは、液滴吐出装置7の相対移動方向に直交する方向に、一直線上に配列されており、互いに隣接するノズルの吐出時間差は、何れの2組の隣接ノズルを抽出しても同じである。このような条件下では、かかる吐出時間差を、最大吐出時間差Δtmaxとすることができる。
最大吐出時間差Δtmaxについて、他の条件の例を挙げて、更に詳しく説明する。
図9は、液滴吐出装置からの液滴吐出条件の他の例を概念的に説明する平面図である。
図9において、液滴吐出装置7は、2つのインクジェットヘッド71により構成されている(以下、2列ヘッドという場合がある。)。
これら2つのインクジェットヘッド7は、各々のインクジェットヘッド7の、相対移動方向Dと直交する方向におけるノズル間隔の半分に相当する距離だけずらして配列されている。このように、2列ヘッドとすることで、液滴吐出装置7全体としてのノズル解像度Rを大きくしている。ヘッドを3列以上に配列して、更にノズル解像度Rを大きくすることもできる。
また、図面上、右側のインクジェットヘッド71において、ノズル72a、72c、72eは、相対移動方向Dに直交する方向に、一直線上に配列されていない。図面上、左側のインクジェットヘッド71のノズル72b、72d、72fも同様である。
このような条件においては、互いに隣接するノズルの吐出時間差は、2組の隣接ノズルの抽出の仕方によって異なる。このような条件下では、最も吐出時間差が大きくなるように2組の隣接ノズルを抽出したときの吐出時間差を、最大吐出時間差Δtmaxとすることができる。
図10及び図11は、液滴吐出装置からの液滴吐出条件の更なる他の例を概念的に説明する平面図である。図11は、図10における(xi)で示した部分の拡大図である。
基材1上におけるパターン形成領域の相対移動方向Dに直交する方向の幅が、1つのインクジェットヘッド71の幅よりも広い場合は、図示したように、複数のインクジェットヘッド71を、相対移動方向Dに直交する方向に千鳥状に並べて用いることができる。図示の例では、2つのインクジェットヘッド71からなる2列ヘッドを、相対移動方向Dに直交する方向に千鳥状に並べている。
このような条件においても、互いに隣接するノズルの吐出時間差は、2組の隣接ノズルの抽出の仕方によって異なる。特に、互いに隣接するノズルが、異なる2列ヘッドに存在していることによる影響は大きい。このような条件下においても、最も吐出時間差が大きくなるように2組の隣接ノズルを抽出したときの吐出時間差を、最大吐出時間差Δtmaxとすることができる。
図示の例では、図面上、右側の2列ヘッドの末端のノズル72fと、図面上、左側の2列ヘッドの末端のノズル72gを隣接ノズルとして抽出したときに、最も吐出時間差が大きくなるため、これを最大吐出時間差Δtmaxとすることができる。
図12は、複数回のパスで複数のライン状液体を形成する一例を概念的に説明する平面図である。
図示の例では、2回のパスによって、複数のライン状液体2A及び2Bを形成する例を示している。1回目のパスにおいてライン状液体2Aを形成し、2回目のパスにおいてライン状液体2Aと同方向のライン状液体2Bを形成している。
各回のパス間には、先のパスで形成されたライン状液体を乾燥して平行線パターンを形成する乾燥工程が設けられることが好ましい。ここでは、1回目のパスと2回目のパスの間に乾燥工程が設けられ、該乾燥工程において、1回目のパスで形成されたライン状液体2Aを乾燥させて、平行線パターン3を形成している。
このように、あるパスにおいてライン状液体を形成する際には、先のパスで形成されたライン状液体を乾燥させておくことが好ましい。このことは、図示のように各パスにおいて同方向のライン状液体を形成する場合においても、あるいは各パスにおいて異なる方向のライン状液体を形成する場合においても共通のことである。
1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mは、最終的に付与されるライン状液体の付与間隔Mよりも大きいことが好ましい。最終的に付与されるライン状液体とは、同方向のライン状液体を形成するための全てのパス(図示の例では2回のパス)により付与される同方向のライン状液体を指す。図示したように、最終的に付与されるライン状液体の付与間隔の測定時において、一部又は全部のライン状液体は既に乾燥された状態、即ち平行線パターンになった状態であってもよい。ライン状液体を乾燥させた状態のものも、最終的に付与されるライン状液体として、付与間隔Mの測定対象に含めることができる。
図示したように、同じ形成方向のライン状液体を、あえて複数回のパスにより形成することが好ましい。同じ形成方向のライン状液体を複数回のパスで形成する場合、2回目以降のパスでは、先のパスで付与された隣り合う2本のライン状液体(既に乾燥されていてもよい)の間の間隙に、新たなライン状液体を付与することが好ましい。各パス間に乾燥工程を設けることで、同時に乾燥されるライン状液体の数を減らし、更に、ライン状液体間の間隔も確保し易くなるので、乾燥に伴って生じる影響を軽減して、平行線パターンの形成をより安定化できる効果が得られる。
図示の例では、2回のパスによって、複数のライン状液体を形成する例を示したが、3回以上のパスの場合においても、上記の説明を援用することができる。
同じ形成方向の複数のライン状液体をn回(nは2以上の整数)のパスで形成する場合、1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mは、最終的に付与されるライン状液体の付与間隔Mのn倍であることが好ましい。
本発明では、ライン状液体を、液滴吐出装置と基材の相対移動方向Dに対して斜めに形成することにより、ライン状液体の伸長速度を、液滴吐出装置の基材に対する相対移動速度よりも大きくすることができる。
ライン状液体の伸長速度とは、ライン状液体が当該ライン状液体の形成方向に伸長する単位時間あたりの長さである。ライン状液体の伸長速度V[μm/s]は、液滴吐出装置の基材に対する相対移動速度をV[μm/s]、ライン状液体の基材に対する傾斜角度をθ[°]とした場合に、V=V/|cosθ|で表すことができる。
ライン状液体を、液滴吐出装置の基材に対する相対移動方向に対して傾斜する方向に形成することにより、cosθの絶対値を1以下とすることができる。これにより、ライン状液体の伸長速度Vを、液滴吐出装置の基材に対する相対移動速度Vよりも大きくする、即ちV>Vを満たすようにすることができる。
これによって、ライン状液体の形成を高速化して、合一の対象となる液滴が液滴単位で乾燥されるのを抑制して、該液滴の合一を促進することができる。
以上に説明した本発明のパターン形成方法を用いれば、上述したようなモアレ防止と面取の効率を両立する課題や、生産性の課題を好適に解決できる。即ち、モアレ防止と面取の効率を両立する効果や、生産性を向上できる効果が得られる。この点について、以下に具体例を挙げて説明する。
図13は、本発明のパターン形成方法を用いてメッシュ状のパターンを形成する場合の一例を概念的に説明する平面図である。
まず、図13(a)に示すように、矩形状の基材1の1つの辺に沿う方向(図面上、左右方向)に沿うように、基材1に対する液滴吐出装置(図13中、不図示)の相対移動方向Dを設定する。相対移動方向Dに沿って液滴吐出装置を移動して、該方向Dに対して傾斜する方向に複数の第1のライン状液体2を所定の間隔で形成する。ここでは、傾斜角度θを45°に設定している。
これら第1のライン状液体2を乾燥させることにより、図13(b)に示すように、各々の第1のライン状液体2から第1の平行線パターン3を形成することができる。第1の平行線パターン3は、線分31、32により構成されている。
次いで、第1のライン状液体2の形成時の相対移動方向Dを変更することなく、図13(c)に示すように、相対移動方向Dに沿って液滴吐出装置を移動して、該方向Dに対して傾斜する方向に複数の第2のライン状液体4を所定の間隔で形成する。ここでは、傾斜角度θを−45°に設定している。
これら第2のライン状液体4を乾燥させることにより、図13(d)に示すように、各々の第2のライン状液体4から第2の平行線パターン5を形成することができる。第2の平行線パターン5は、線分51、52により構成されている。
このようにして、第1の平行線パターン3と第2の平行線パターン5とを交差させてなるメッシュ状のパターン6を形成することができる。
第1の平行線パターン3及び第2の平行線パターン5は、矩形状の基材1の辺に対して傾斜する方向に形成されている。
従って、面取の向上のために基材1の辺に沿うように基材1を切り出しても、基材1の辺に対して傾斜する方向にパターン6が形成されているため、モアレ防止を図ることができる。従って、モアレ防止と面取の効率を両立することができる。
更に、基材1に対する液滴吐出装置7の相対移動方向Dに対して傾斜する方向に沿ってライン状液体2を形成することにより、第1のライン状液体2を付与するときと、第2のライン状液体4を付与するときとで、基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向Dを変更する必要がないため、生産性を向上することができる。基材に対するヘッドの向きを変える必要がなくなるため、設備の複雑化や制御の複雑化を防止することもできる。
図14は、本発明のパターン形成方法を用いてメッシュ状のパターンを形成する場合の他の例を概念的に説明する平面図である。図14中、図13と同符号により示される構成については、図13についてした説明を援用することができる。
まず、相対移動方向Dに対して傾斜する方向に第1のライン状液体2を形成する(図14(a))。ここで、傾斜角度θは45°に設定している。
次いで、第1のライン状液体2を乾燥させることにより、第1の平行線パターン3を形成する(図14(b))。
次いで、第1のライン状液体2の形成時における相対移動方向Dに対して逆の方向に相対移動方向Dを設定する。
この状態で、かかる相対移動方向Dに対して傾斜する方向に第2のライン状液体4を形成する(図14(c))。ここで、傾斜角度θは−45°に設定している。
次いで、第2のライン状液体4を乾燥させることにより、第2の平行線パターン5を形成する(図14(d))。
このようにして、第1の平行線パターン3と第2の平行線パターン5とを交差させてなるメッシュ状のパターン6を形成することができる。
上記のように、基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向Dに対して傾斜する方向に沿ってライン状液体を形成することにより、第1のライン状液体2を付与するときと、第2のライン状液体4を付与するときとで、基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向Dを逆向きに設定することも可能になる。
これにより、基材1上で液滴吐出装置を一回往復移動させる際に、往路と復路で、第1のライン状液体と第2のライン状液体をそれぞれ形成することができる。
液滴吐出装置において、上記のように相対移動方向Dを逆向きに設定して液滴を吐出することは比較的容易であり、基材に対する液滴吐出装置の配置角度を再設定する等の工程を必要とすることなく容易に実施することができる。
ライン状液体の乾燥に際しては、乾燥を促進させる処理を施すことが好ましい。これにより、平行線パターンの形成をより安定化できる効果が得られる。
乾燥を促進させる処理としては、例えば、加熱、送風、エネルギー線の照射などの処理を例示でき、これらの1又は2以上を組み合わせて用いてもよい。
ライン状液体の乾燥を促進させる乾燥装置(乾燥機ともいう)を用いることが好ましい。乾燥装置は、上述した乾燥処理を実行可能に構成されたものであればよく、例えば、ヒーター、送風機、エネルギー線照射装置などを例示でき、これらの1又は2以上を組み合わせて構成してもよい。
図15は、乾燥装置の構成例を概念的に説明する平面図である。
乾燥装置8は、液滴吐出装置7と共に、基材に対して相対移動するように設置されることが好ましい。図示するように、液滴吐出装置7の移動のために用いられるキャリッジ9に、液滴吐出装置7と共に乾燥装置8を搭載することも好ましいことである。
図示の構成例は、液滴吐出装置7を往復移動させる際に、往路のみにおいてライン状液体を形成することを想定しているため、液滴吐出装置7の相対移動方向Dの後方に乾燥装置8を設けているが、往路と復路の両方でライン状液体を形成する場合は、液滴吐出装置7の移動方向の両側に乾燥装置8を設けてもよい。
また、乾燥装置は、基材側に設けられてもよい。例えば、基材を載置するステージに、ヒーター等の乾燥装置を設けることも好ましいことである。更に、液滴吐出装置側と、基材側にそれぞれ乾燥装置を設けることも好ましいことである。
以上の説明では、基材に対して液滴吐出装置を相対移動させる例として、主に、基材を固定し、液滴吐出装置を移動する場合について示した。本発明は、この例に限定されるものではなく、基材を移動し、液滴吐出装置を固定するようにしてもよい。
更に、相対移動を実現するために、基材を移動し、液滴吐出装置も移動することもできるが、制御が複雑になる場合がある。制御を容易にする観点では、基材と液滴吐出装置の一方を固定し、他方を移動することが好ましい。
以下に、基材を移動し、液滴吐出装置を固定する場合の例について説明する。
図16は、本発明のパターン形成方法の他の例を概念的に説明する平面図である。
この例では、液滴吐出装置7として、複数のインクジェットヘッドを幅方向に複数並設してなるラインヘッドを用いている。ラインヘッドは、基材におけるパターン形成領域の幅以上の幅に亘ってノズルが形成されている。
この例では、ラインヘッドからなる液滴吐出装置7を2台用いている。
これら液滴吐出装置7を固定し、長尺状の基材1を、これら液滴吐出装置7に順に供するように搬送する。基材1は不図示の搬送手段により所定方向に搬送される。搬送手段は、格別限定されず、例えば、ベルトコンベヤ等により構成することができる。基材1の搬送方向を図中、矢印Eで示した。このとき、基材1に対する液滴吐出装置7の相対移動方向Dは、基材1の搬送方向Eとは逆向きになる。
各々の液滴吐出装置7は、基材1の搬送方向Eの下流側に、それぞれ乾燥装置8を備えている。基材1は、上流側の液滴吐出装置7、上流側の乾燥装置8、下流側の液滴吐出装置7、下流側の乾燥装置8の順に搬送される。
まず、搬送される基材1には、上流側の液滴吐出装置7に供される。ここで、該液滴吐出装置7の相対移動方向Dに対して傾斜する方向に第1のライン状液体2が形成される。第1のライン状液体2傾斜角度θは45°に設定している。
次いで、第1のライン状液体2が形成された領域は、上流側の乾燥装置8に供される。ここで第1のライン状液体2を乾燥させることにより、第1の平行線パターン3が形成される。
次いで、平行線パターン3が形成された領域は、下流側の液滴吐出装置7に供される。ここで、該液滴吐出装置7の相対移動方向Dに対して傾斜する方向に第2のライン状液体4が形成される。第2のライン状液体2の傾斜角度θは−45°に設定している。
次いで、第2のライン状液体4が形成された領域は、下流側の乾燥装置8に供される。ここで第2のライン状液体4を乾燥させることにより、第2の平行線パターン5が形成される。
このように、基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向Dに対して傾斜する方向に沿ってライン状液体を形成することにより、基材を移動し、液滴吐出装置を固定する条件でパターンを形成する方法(例えば、上記のようなラインヘッドを用いたパターン形成方法)も好適に適用できるようになる。
以上の説明では、液滴吐出装置を用いてライン状液体を形成する際に、1画素に対して1つのノズルから付与される液滴を、ノズル列と交差する方向に複数付与し、複数の前記液滴を合一させて、ノズル列と交差する方向に伸びるライン状液体を形成する場合について主に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、液滴吐出装置を用いてライン状液体を形成する際に、液滴吐出装置のノズル列に対して平行に配置される画素組に対して複数のノズルから付与される液滴組を、ノズル列と交差する方向に複数組付与し、複数組の前記液滴組を合一させて、ノズル列と交差する方向に伸びるライン状液体を形成することも好ましいことである。この態様について図17〜図19を参照して説明する。
図17に示すように、ここでもライン状液体2は、液滴吐出装置7の相対移動方向Dに対して斜めに形成される。
即ち、基材1に対して液滴吐出装置7を相対移動させながら、液滴吐出装置7から基材1上に、機能性材料を含む液滴20を吐出する。相対移動方向Dは、ノズル72a〜72jからなるノズル列73の方向Nに対して直交する方向に設定されている。
かかる相対移動の過程で、ノズル列73の方向Nに対して平行に配置された複数の画素(a1、b1、c1)からなる画素組に対して、複数のノズル72a、72b、72cの各々から液滴20、即ち液滴組を付与する。
次に、液滴吐出装置7を1画素分だけ相対移動方向αに相対移動させたところで、ノズル列73の方向Nに対して平行に配置された複数の画素(b2、c2、d2)からなる次の画素組に対して、複数のノズル72b、72c、72dの各々から次の液滴20、即ち次の液滴組を付与する。これを繰り返すことで、液滴組を、ノズル列73の方向Nに対して斜め方向に複数組付与している。
即ち、図示の例では、液滴20の付与対象となる画素組を選択する際に、先に選択された画素組を構成する各画素に対して、ノズル列の方向Nに所定画素数(図示の例では1画素)ずれるように、次の行を構成する画素の中から、次の画素組を選択している。
これら複数の液滴組を構成する液滴20同士が合一されることによって、図18に示すように、ノズル列73の方向Nに対して斜め方向、即ち液滴吐出装置7の相対移動方向Dに対して斜め方向に伸びるライン状液体2を形成することができる。
更に、ライン状液体2を乾燥させる際に、ライン状液体2の縁に機能性材料を堆積させることによって、図19に示すように、該機能性材料を含む平行線パターン3を形成することができる。1本のライン状液体2から形成された平行線パターン3は、1組2本の線分(細線)31、32により構成されている。平行線パターン3は、液滴吐出装置7の相対移動方向Dに対して斜めに形成されている。
以上のように、ライン状液体2を、液滴吐出装置7の相対移動方向Dに対して斜めに形成する場合において、ノズル列73に対して平行に配置された複数の画素からなる画素組に対して、複数のノズルから液滴組を付与することにより、ライン状液体2の形成幅を自在に大きくすることができる。更に、ライン状液体2から生成される細線31、32の配置間隔Iを大きくする場合においても、バルジが発生することを好適に防止できる。即ち、機能性材料を含む細線31、32の形成を不安定化させることなく、該細線31、32の配置間隔Iの設定の自由度を向上できる。
以上の説明では、画素組を構成する画素数を3画素に設定する場合について示したが、これに限定されるものではなく、細線31、32が所望の配置間隔Iとなるように適宜設定することができる。そのため、配置間隔Iの設定の自由度が高い効果が得られる。画素組を構成する画素数は、例えば、2画素〜20画素の範囲に設定されることが好ましく、2画素〜10画素の範囲に設定されることが更に好ましい。
図17〜図19の例では、平行線パターン3を形成するためのライン状液体2を形成する場合について画素組を用いる態様を説明したが、この説明は、該平行線パターン3と交差する平行線パターン5を形成するためのライン状液体4を形成する場合にも援用することができる。
以上の説明では、液滴吐出装置が、一列に配置された複数のノズルを有する場合について示したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、図20に示すように、液滴吐出装置7は、複数列に配置された複数のノズルを有するものであってもよい。この場合、ノズル列73の方向は、これら複数のノズルの全体的な配列方向Nに対応する。
次に、平行線パターンを交差させてなるパターン(メッシュ状の機能性パターン)における細線の直線性を高めるための調整について説明する。
メッシュ状の機能性パターンとすることは、低視認性を保持した状態で、基材上に機能性材料を分布させることを実現する上で有利である。
特に、上記のようにして形成される平行線パターンを構成する線分は、数μmの線幅を実現できるため、その微細な線幅により、メッシュ状の機能性パターンは、機能性材料自体が透明でなくても、人間の目には認識されず、あたかも透明のように見える。
機能性材料の細線パターンの形状については、その機能性材料を使うデバイスによって設定することができる。デバイスの一例として、タッチパネルに使用されるタッチセンサーは、指などによる位置を検出するために、透明な面電極が用いられる。
メッシュ状の機能性パターンにおいて、機能性材料として導電性材料を用いれば、タッチパネル等のための透明な面電極等に好ましく適用できる。面電極等を構成する観点では、互いに形成方向の異なる複数の平行線パターンによりメッシュ状にすることが、導電パスを増やす点で非常に有効になる。
このようなメッシュ状の機能性パターンの形成方法として、図21に示す方法が挙げられる。
まず、図21(a)に示すように、基材1上に、ライン状液体2をメッシュ状に塗布する。即ち、交差部Xにおいて交差するように、ライン状液体2を塗布する。
次いで、ライン状液体2を乾燥させることで、図21(b)に示すように、平行線パターン3によるメッシュ状パターンを形成することができる。
このとき、ライン状液体2に含まれる機能性材料が縁に堆積する結果、方向の異なる平行線が交わる交差部Xにおいて、線分31、32が断絶されることになる。
交差部Xにおける線分31、32の断絶を防止する方法として、図22に示す方法が挙げられる。
この例では、図21で説明した方法において、図22(a)に示すように、ライン状液体2により形成される交点の部分のインク量を、他の部分よりも大きく設定する。
この方法によれば、図22(b)に示すように、平行線パターン3によるメッシュ状パターンにおいて、交差部Xにおける線分31、32の断絶を防止することができる。
このとき、交差部Xへのインク量を増やしているため、図22(b)に示すように、交差部Xが、線分31、32の間隔よりも大きい直径を有するリング状になる。
このようなリング状の部分の生成は、線分31、32の断絶を防止して、例えば導電性を確保し易くする等の観点では有利であるが、かかるリング状の部分が周期的に視認されてしまうときがあり、低視認性を更に改善する観点では限界があることがわかった。
また、交差部Xにおいて、線分31、32の断絶を防止する方法としては、図23に示す方法も挙げられる。
まず、図23(a)に示すように、第1の方向(図中、左右方向)にライン状液体2を塗布する。
このライン状液体2を乾燥させる過程において、機能性材料を縁に選択的に堆積させて、図23(b)に示すように、第1の平行線パターン3を形成する。
次いで、図23(c)に示すように、第1の方向とは異なる第2の方向(この例では、第1の方向と直交する方向であり、図中、上下方向である。)に第2のライン状液体4を塗布する。即ち、第1の平行線パターン3の形成領域に対して交差するように、第2のライン状液体4を塗布する。
このライン状液体4を乾燥させる過程において、機能性材料を縁に選択的に堆積させて、図23(d)に示すように、第2の平行線パターン5を形成する。51、52は、第2の平行線パターン5を構成する線分である。
以上のようにして、互いに形成方向の異なる第1の平行線パターン3と第2の平行線パターン5とによるメッシュ状の機能性パターンが形成される。
この方法によれば、方向の異なる平行線が交わる交差部Xにおいて、線分31、32、及び、線分51、52の断絶をそれぞれ防止できる。
図24は、交差部Xの形成例を示す要部拡大図である。
図23を用いて説明した例では、図24(a)及び図24(b)に示すように、交差部Xにおいて、第2の平行線パターンを構成する線分51、52間に、膨らみ(図24(a))や狭まり(図24(b))が生じる。膨らみを生じたメッシュ状の機能性パターンの光学顕微鏡写真を図25(a)に示した。
かかる線分51、52間の膨らみや狭まりが、低視認性の向上に限界をもたらす原因になることがわかった。
また、特に機能性材料が導電性材料である場合は、かかる膨らみや狭まりにより、導電パスの長さが第1の平行線パターン3に沿う方向(第1の方向)と、第2の平行線パターン5に沿う方向(第2の方向)とで異なってしまい、抵抗のばらつきを防止する観点でも、更なる改善の余地があることがわかった。
これらを改善するために、図23を用いて説明した例において、図24(c)に示すように、第2の平行線パターン5を構成する2本の線分51、52間の間隔について、第1の平行線パターン3の形成領域内における平均間隔Aと、第1の平行線パターン3の形成領域外における平均間隔Bとが下記式(1)を満たすように調整する。
0.9≦B/A≦1.1 ・・・式(1)
これにより、得られるメッシュ状の機能性パターンにおいて、線分の断線を防止できると共に、低視認性を向上することができ、特に機能性材料が導電性材料の場合は、導電パスの長さを、前記第1の方向と前記第2の方向で高精度に同じにでき、抵抗のばらつきを好適に抑制できる効果が得られる。上記のような調整を行って得られたメッシュ状の機能性パターンの光学顕微鏡写真を図25(b)に示した。
第1の平行線パターン3の形成領域とは、第1の平行線パターンを構成する一方の線分31から他方の線分32までの領域ということができ、別の観点では、第1の平行線パターン3を形成するために付与された第1のライン状液体2の付与領域ということもできる。
第2の平行線パターン5を構成する線分51、52間の間隔について、第1の平行線パターン3の形成領域内における平均間隔Aと、第1の平行線パターン3の形成領域外における平均間隔Bは、それぞれ複数個所において測定された間隔の平均値とすることができる。
平均間隔Aを測定するために設定される複数個所(n箇所)の測定箇所は、第1の平行線パターン3の形成領域内において、第2の方向に沿って等間隔で配置されることが好ましい。また、平均間隔Bを測定するために設定される複数(m箇所)の測定箇所は、第1の平行線パターン3の形成領域外において、第2の方向に沿って等間隔で配置されることが好ましい。
平均間隔A及び平均間隔Bは、具体的には、以下のようにして測定することが好ましい。
図26は、平均間隔A及び平均間隔Bの測定方法の一例を説明する図である。
まず、平均間隔Aは、図26に示すように、第2の平行線パターン5を構成する線分51、52間の間隔について、第1の平行線パターンを構成する線分31、32に沿う2箇所A1、A2と、線分31、32よりも内側の5箇所A3〜A7の計7箇所A1〜A7において測定された間隔の平均として求めることができる。このとき、これら計7箇所の測定箇所A1〜A7は、第2の平行線パターンの形成方向(第2の方向)に沿って等間隔で位置づけられる。
一方、平均間隔Bは、図26に示すように、第2の平行線パターン5を構成する線分51、52間の間隔について、上述した平均間隔Aに係る計7箇所の測定箇所A1〜A7に隣接する計5箇所の測定箇所B1〜B5において測定された間隔の平均として求めることができる。このとき、これら計5箇所の測定箇所B1〜B5は、第2の平行線パターンの形成方向(第2の方向)に沿って、上述した平均間隔Aに係る計7箇所の測定箇所A1〜A7と同じ等間隔で位置づけることができる。平均間隔Aの測定に係る計7箇所の測定箇所A1〜A7と、平均間隔Bの測定に係る計5箇所の測定箇所B1〜B5は、第2の方向に沿って互いに等間隔で位置づけることができる。
図示の例では、平均間隔Bの測定箇所B1〜B5を、平均間隔Aの測定箇所A1〜A7に対して、図中、下側に隣接して設定した例を示したが、図中、上側に隣接して設定することもできる。このとき、平均間隔Aと平均間隔Bの差がより大きくなるように、上側(一方の側)、下側(他方の側)の何れかに平均間隔Bの測定箇所B1〜B5を設定することが好ましい。
図26の例において、平均間隔Aのための測定箇所として、第1の平行線パターンを構成する線分31、32に沿う2箇所A1、A2を含む場合について説明したが、線分31、32の何れか一方に沿う1箇所を含むようにしてもよい。また、線分31、32に沿う箇所を含まないようにしてもよい。
図26の例において、平均間隔Aのための測定箇所として、第1の平行線パターンを構成する線分31、32よりも内側の5箇所A3〜A7を含む場合について説明したが、必ずしも5箇所である必要はなく、2以上の複数箇所であることが好ましい。
図26の例において、平均間隔Bのための測定箇所として、第1の平行線パターンを構成する線分31、32よりも外側の5箇所B1〜B5を含む場合について説明したが、必ずしも5箇所である必要はなく、2以上の複数箇所であることが好ましい。
平均間隔A及び平均間隔Bを求めるために各測定箇所において測定される第2の平行線パターン5を構成する線分51、52間の間隔は、以下のように定義することができる。
図27は、基材上に形成された平行線パターンの一例を示す部分拡大平面図である。図28は、図27における(a)−(a)線断面を説明する説明図であり、パターンに含まれる1組2本の細線を線分方向に対して直交する方向で切断した断面(縦断面)を説明している。
第2の平行線パターン5を構成する線分51、52間の間隔Iは、図28に示されるように、線分51、52の各最大突出部間の距離と定義することができる。従って、上述した各測定箇所において間隔Iを測定することによって、平均間隔A及び平均間隔Bをそれぞれ求めることができる。
上述した式(1)を満たすための調整は、平均間隔Aと平均間隔Bの比率B/Aに影響を及ぼしうる因子の1つ又は複数を調整するものであるということもできる。このような因子は、格別限定されるものではなく、適宜選択することができる。
上述した式(1)を満たすための調整の好ましい態様として、以下のものを例示できる。
第1態様では、上述した式(1)を満たすための調整として、第1の平行線パターン3の形成領域内の表面エネルギーと、第1の平行線パターン3の形成領域外の表面エネルギーとの差を、5mN/m以下にする。
ここで、第1の平行線パターン3の形成領域内の表面エネルギーは、第1の平行線パターンを構成する線分31、32間の中心領域において測定される表面エネルギーとすることができる。あるいは、代わりの方法として、第1の平行線パターン3の形成領域内の表面エネルギーは、基材1と同様の基材を別途用意し、該基材上に、第1のライン状液体2と同様の液体を20μL滴下し、第1のライン状液体2の乾燥時と同様の条件で乾燥させた後、乾燥された膜の中心領域において測定される表面エネルギーとすることもできる。
一方、第1の平行線パターン3の形成領域外の表面エネルギーは、第1の平行線パターン3を形成するための第1のライン状液体2が付与されなかった領域における基材1の表面エネルギーとすることができる。
表面エネルギーは、Young−Fowkes式より算出することができる。
かかる表面エネルギーの差を、5mN/m以下に設定することで、第1の平行線パターン3の形成領域の内外で、第2のライン状液体4に対する濡れ性の変化を少なくすることができ、上述した式(1)を好適に満たすことができる。
第1の平行線パターン3の形成領域内の表面エネルギーが、形成領域外よりも大きい場合、表面エネルギーの差が5mN/mを超えると、第2のライン状液体4の濡れ拡がりにより、第2の平行線パターン5において、線分51、52間の膨らみの原因になる。
一方、第1の平行線パターン3の形成領域内の表面エネルギーが、形成領域外よりも小さい場合、表面エネルギーの差が5mN/mを超えると、第2の平行線パターン5において、線分51、52間の狭まりの原因になる。
第1の平行線パターン3の形成領域の内外の表面エネルギー差を調整する手段は、格別限定されないが、例えば、第1の平行線パターン3の形成領域外を含む領域に表面処理をする方法、第1のライン状液体2の液体組成を変更する方法などが好ましい。
第1の平行線パターン3の形成領域外を含む領域に表面処理をする方法としては、第1の平行線パターン3を形成する前に、基材1に対して表面エネルギーを変更する表面処理を施しておく方法を挙げることができる。表面処理は、第1の平行線パターン3の形成領域外となる領域のみに行ってもよいし、形成領域外と形成領域内を含む領域に行ってもよい。基材1の全面に対して表面処理を行うことも好ましいことである。
第1のライン状液体2の液体組成を変更する場合は、配合成分(機能性材料、添加剤及び溶剤など)の選択や、各成分の配合量の調整などにより行うことができる。
第2態様では、上述した式(1)を満たすための調整として、第1のライン状液体2に含まれる機能性材料を塗布して乾燥させたベタ面の表面エネルギーと、第1の平行線パターン3の形成領域外の表面エネルギーとの差を、5mN/m以下にする。
「ベタ面」とは、任意の基材上に、第1のライン状液体2に含まれる機能性材料を塗布して乾燥させたベタ膜の表面であって、該基材自体の表面エネルギー及び接触角が該ベタ膜の表面における表面エネルギー及び接触角に影響しないように該基材を被覆したベタ膜の表面を指す。機能性材料の塗布は、例えば、該機能性材料を含む塗布液を塗布することにより行うことができる。ベタ面を形成する際の塗布液として、第1のライン状液体2と同一組成の液体を用いてもよい。
第1の平行線パターン3の形成領域内のうち、線分31、32間の領域には、コーヒーステイン現象により線分31、32の位置まで運ばれなかった第1のライン状液体2中の何らかの成分が僅かに残留することがある。このような残留成分が、第2の平行線パターン5を構成する線分51、52間の間隔を不均一にする原因になる場合がある。
このとき、第1のライン状液体2に含まれる機能性材料を塗布して乾燥させたベタ面の表面エネルギーは、上述した式(1)を満たすためのより確実な調整を実現する指標になり得る。即ち、線分31、32間の領域に残留成分が多量に存在したとしても、ベタ面による影響を超えて線分51、52間の間隔に影響することは起こり難い。よって、ベタ面の表面エネルギーと、第1の平行線パターン3の形成領域外の表面エネルギーとの差に基づいて調整することで、確実性を更に向上することができる。
ベタ面の表面エネルギーが、第1の平行線パターン3の形成領域外よりも大きい場合、表面エネルギーの差が5mN/mを超えると、第2のライン状液体4の濡れ拡がりにより、第2の平行線パターン5において、線分51、52間の膨らみの原因になる。
一方、ベタ面の表面エネルギーが、第1の平行線パターン3の形成領域外よりも小さい場合、表面エネルギーの差が5mN/mを超えると、第2の平行線パターン5において、線分51、52間の狭まりの原因になる。
ベタ面の表面エネルギーと、第1の平行線パターン3の形成領域外の表面エネルギー差を調整する手段としては、格別限定されず、第1態様に関して説明した手段を好ましく用いることができる。
第3態様では、上述した式(1)を満たすための調整として、第1の平行線パターン3の形成領域内における第2のライン状液体4の接触角と、第1の平行線パターン3の形成領域外における第2のライン状液体4の接触角との差を、10°以下にする。
ここで、第1の平行線パターン3の形成領域内における接触角は、第1の平行線パターンを構成する線分31、32間の中心領域において測定される接触角とすることができる。あるいは、代わりの方法として、第1の平行線パターン3の形成領域内における接触角は、基材1と同様の基材を別途用意し、該基材上に、第1のライン状液体2と同様の液体を20μL滴下し、第1のライン状液体2の乾燥時と同様の条件で乾燥させた後、乾燥された膜の中心領域において測定される接触角とすることもできる。
一方、第1の平行線パターン3の形成領域外における接触角は、第1の平行線パターン3を形成するための第1のライン状液体2が付与されなかった領域における基材1上での接触角とすることができる。
接触角の測定は、協和界面化学社製接触角測定装置DM−501を用いて行うことができる。第3態様では、接触角は、第2のライン状液体4と同じ組成の液体を滴下後5秒後の値とする。
かかる接触角の差を10°以下にすることで、第1の平行線パターン3の形成領域の内外で、第2のライン状液体4に対する濡れ性の変化を少なくすることができ、第2の平行線パターン5において、線分51、52間の間隔を、上述した式(1)を満たすものにできる。
第1の平行線パターンの形成領域内における接触角が、形成領域外の接触角よりも大きい場合、接触角の差が10°を超えると、第2のライン状液体4の濡れ拡がりにより、第1の平行線パターン3の形成領域内において、第2の平行線パターン5の線分51、52間の間隔が、形成領域外よりも大きくなり、膨らんだ形状になってしまう。
一方、第1の平行線パターンの形成領域内における接触角が、形成領域外の接触角よりも小さい場合、接触角の差が10°を超えると、第1の平行線パターン3の形成領域内において、第2の平行線パターン5の線分51、52間の間隔が、形成領域外よりも小さくなり、狭まった形状になってしまう。
接触角の差を調整する手段は、格別限定されず、第1態様において表面エネルギー差を調整する手段として説明した手段を好ましく用いることができる。更に、接触角の差を調整する手段として、第2のライン状液体4の液体組成を変更することもできる。第2のライン状液体4の液体組成を変更する場合は、配合成分(機能性材料、添加剤及び溶剤など)の選択や、各成分の配合量の調整などにより行うことができる。第2のライン状液体4の液体を、第1のライン状液体2の液体と異ならせることも好ましいことである。
第4態様では、上述した式(1)を満たすための調整として、第1のライン状液体2に含まれる機能性材料を塗布して乾燥させたベタ面における第2のライン状液体4の接触角と、第1の平行線パターン3の形成領域外における第2のライン状液体4の接触角との差を、10°以下にする。ここで、「ベタ面」については、第2態様での説明が援用される。
かかる接触角の差を10°以下にすることで、第1の平行線パターン3の形成領域の内外で、第2のライン状液体4に対する濡れ性の変化を少なくすることができ、第2の平行線パターン5において、線分51、52間の間隔を、上述した式(1)を満たすものにできる。
第2態様において表面エネルギーについて上述したのと同じように、ベタ面における接触角を指標として調整することで、確実性を更に向上することができる。
ベタ面における接触角が、第1の平行線パターン3の形成領域外の接触角よりも大きい場合、接触角の差が10°を超えると、第2のライン状液体4の濡れ拡がりにより、第1の平行線パターン3の形成領域内において、第2の平行線パターン5の線分51、52間の間隔が、形成領域外よりも大きくなり、膨らんだ形状になってしまう。
一方、ベタ面における接触角が、第1の平行線パターン3の形成領域外の接触角よりも小さい場合、接触角の差が10°を超えると、第1の平行線パターン3の形成領域内において、第2の平行線パターン5の線分51、52間の間隔が、形成領域外よりも小さくなり、狭まった形状になってしまう。
ベタ面における接触角と、第1の平行線パターン3の形成領域外における接触角の差を調整する手段としては、格別限定されず、第3態様に関して説明した手段を好ましく用いることができる。
第5態様では、上述した式(1)を満たすための調整として、第1の平行線パターン3の形成領域外における第2のライン状液体4中の溶剤のうち最も沸点が高い溶剤の接触角を6°以下にする。
ここで、第1の平行線パターン3の形成領域外における接触角は、第1の平行線パターン3を形成するための第1のライン状液体2が付与されなかった領域における基材1上での接触角とすることができる。
接触角の測定は、協和界面化学社製接触角測定装置DM−501を用いて行うことができる。第5態様では、接触角は、第2のライン状液体4中の溶剤のうち最も沸点が高い溶剤を滴下後5秒後の値とする。
かかる接触角を6°以下にすることで、第1の平行線パターン3の形成領域の内外で、第2のライン状液体4に対する濡れ性の変化を少なくすることができ、第2の平行線パターン5において、線分51、52間の間隔を、上述した式(1)を満たすものにできる。
接触角を調整する手段は、格別限定されず、第1態様において表面エネルギー差を調整する手段として説明した手段を好ましく用いることができる。
第6態様では、上述した式(1)を満たすための調整として、第1の平行線パターン3の形成領域内における第2のライン状液体4の長さあたりの液体付与量と、第1の平行線パターン3の形成領域外における第2のライン状液体4の長さあたりの液体付与量とを異ならせる。
例えば、第1の平行線パターン3の形成領域外よりも形成領域内において第2のライン状液体4の濡れ性がよい場合は、形成領域内における第2のライン状液体4の長さあたりの液体付与量を、形成領域外に対して相対的に少なくする。
また、例えば、第1の平行線パターン3の形成領域内よりも形成領域外において第2のライン状液体4の濡れ性がよい場合は、形成領域内における第2のライン状液体4の長さあたりの液体付与量を、形成領域外に対して相対的に多くする。
このようにして、第1の平行線パターン3の形成領域内において、第2の平行線パターン5の線分51、52間の間隔が、形成領域外よりも膨らんだり狭まったりすることが防止される。
第1の平行線パターン3の形成領域の内外における液体付与量の差は、式(1)を満たすように適宜調整することができる。例えば、第2のライン状液体4の形成にインクジェット法を用いる場合は、第2のライン状液体4の単位長さあたりに吐出する液滴数や、1滴あたりの液滴容量を、第1の平行線パターン3の形成領域の内外で異ならせることで、液体付与量の差を設定できる。
第7態様では、上述した式(1)を満たすための調整として、第1の平行線パターン3を形成した後に、第2のライン状液体4を付与する前に、第1の平行線パターン3の形成領域内を含む領域を洗浄する。
上述したが、第1の平行線パターン3の形成領域内のうち、線分31、32間の領域には、コーヒーステイン現象により線分31、32の位置まで運ばれなかった第1のライン状液体2中の何らかの成分が僅かに残留することがある。このような残留成分が、第2の平行線パターン5を構成する線分51、52間の間隔を不均一にする原因になる場合がある。
洗浄とは、このような残留成分を除去することであるということもできる。このとき、洗浄条件、例えば洗浄の種類や強度の設定などによって、残留成分がどの程度除去されるかが影響を受ける。この関係を利用して、第1の平行線パターン3の形成領域の内外における第2のライン状液体4の濡れ性の違いを解消できる。ある側面において、洗浄は、少なくとも、第2の平行線パターン5を構成する線分51、52間の間隔が、上述した式(1)を満たすことを達成できるように残留成分を除去することであり得る。このような意味において、洗浄は、上述した式(1)を満たすための調整の一例として位置づけることができる。
洗浄は、第1の平行線パターンの形成領域内のみに対して行ってもよいし、第1の平行線パターンの形成領域内と形成領域外を含む領域に対して行ってもよい。基材1の全面に対して洗浄を行うことも好ましいことである。
第1の平行線パターンの形成領域内のみに対して洗浄を行う場合は、例えば、形成領域外をマスキングした状態で電磁波などの照射を行ったり、インクジェット法を利用して洗浄溶剤を選択的に形成領域内に付与したりすることで可能になる。
洗浄の方法は格別限定されず、例えば通常に工業製品で使用されている洗浄方法を使用することができる。例えば、加熱による洗浄、電磁波による洗浄、溶剤による洗浄、ガスによる洗浄及びプラズマによる洗浄から選ばれた1種又は2種以上を組み合わせた洗浄を行うことが好ましい。
加熱による洗浄方法としては、赤外ヒーター、オーブン、ホットプレートなどによる持続的な加熱方法や、キセノンフラッシュランプなどによる瞬間的な加熱方法がある。加熱条件(温度、時間)などは、平行線パターン5を構成する線分51、52間の間隔が、上述した式(1)を満たすような範囲に適宜設定される。基材1がフィルムなどの場合は、基材1が変形しない条件の範囲で設定することが好ましい。この観点では、瞬時に加熱し、特にフィルムのような基材へのダメージが少ないキセノンフラッシュランプによる方法が好ましい。
電磁波によるものとしては、電子線、ガンマ線、紫外線などを照射する方法が使用できる。電磁波の照射条件は、平行線パターン5を構成する線分51、52間の間隔が、上述した式(1)を満たすような範囲に適宜設定される。
溶剤による洗浄に使用する溶剤は、上述した式(1)を満たすことができる溶剤であれば限定されないが、機能性材料が堆積して形成した平行線パターンに影響の少ないものを選択することが好ましい。機能性材料の種類に合わせて洗浄に適した溶剤を適宜選択することができる。例えば、水分散系の銀ナノ粒子の場合であれば、アルコール系の溶剤などが好適である。
プラズマによる洗浄の条件は、平行線パターン5を構成する線分51、52間の間隔が、上述した式(1)を満たすような範囲に適宜設定することができる。
次に、液滴吐出装置から吐出される機能性材料を含む液体について詳しく説明する。
液滴吐出装置から吐出される機能性材料を含む液体は、機能性材料の含有率が、0.01重量%以上1重量%以下の範囲であることが好ましい。上記「液滴吐出装置から吐出される機能性材料を含む液体」は、基材上に付与された直後の乾燥される前の機能性材料を含む液体ということもできる。機能性材料の含有率が、0.01重量%以上1重量%以下の範囲であることにより、平行線パターンの形成が更に安定化される効果が得られる。
液体に含有される機能性材料は、基材に特定の機能を付与するための材料であれば格別限定されない。特定の機能を付与するとは、例えば、基材に導電性を付与する場合、導電性材料を機能性材料として用いることをいい、また、絶縁性を付与する場合には、絶縁性材料を機能性材料として用いることをいう。機能性材料として、例えば導電性微粒子、導電性ポリマー等の導電性材料、絶縁性材料、半導体材料、光学フィルター材料、誘電体材料等を好ましく例示できる。特に機能性材料は導電性材料または導電性材料前駆体であることが好ましい。導電性材料前駆体は、適宜処理を施すことによって導電性材料に変化させることができるものを指す。
即ち、本発明のパターン形成方法は、導電性材料を含む細線(線分)により構成されたパターンを形成する際に特に好適に用いられる。
導電性材料としては、例えば、導電性微粒子、導電性ポリマー等を好ましく例示できる。
導電性微粒子としては、格別限定されないが、Au、Pt、Ag、Cu、Ni、Cr、Rh、Pd、Zn、Co、Mo、Ru、W、Os、Ir、Fe、Mn、Ge、Sn、Ga、In等の微粒子を好ましく例示でき、中でも、Au、Ag、Cuのような金属微粒子を用いると、電気抵抗が低く、且つ腐食に強い回路パターンを形成することができるので、より好ましい。コスト及び安定性の観点から、Agを含む金属微粒子が最も好ましい。これらの金属微粒子の平均粒子径は、好ましくは1〜100nmの範囲、より好ましくは3〜50nmの範囲とされる。
また、導電性微粒子として、カーボン微粒子を用いることも好ましい。カーボン微粒子としては、グラファイト微粒子、カーボンナノチューブ、フラーレン等を好ましく例示できる。
導電性ポリマーとしては、格別限定されないが、π共役系導電性高分子を好ましく挙げることができる。
π共役系導電性高分子としては、特に限定されず、ポリチオフェン類、ポリピロール類、ポリインドール類、ポリカルバゾール類、ポリアニリン類、ポリアセチレン類、ポリフラン類、ポリパラフェニレン類、ポリパラフェニレンビニレン類、ポリパラフェニレンサルファイド類、ポリアズレン類、ポリイソチアナフテン類、ポリチアジル類等の鎖状導電性ポリマーを利用することができる。中でも、高い導電性が得られる点で、ポリチオフェン類やポリアニリン類が好ましい。ポリエチレンジオキシチオフェンであることが最も好ましい。
本発明に用いられる導電性ポリマーは、より好ましくは、上述したπ共役系導電性高分子とポリアニオンとを含んで成ることである。こうした導電性ポリマーは、π共役系導電性高分子を形成する前駆体モノマーを、適切な酸化剤と酸化触媒と、ポリアニオンの存在下で化学酸化重合することによって容易に製造できる。
ポリアニオンは、置換若しくは未置換のポリアルキレン、置換若しくは未置換のポリアルケニレン、置換若しくは未置換のポリイミド、置換若しくは未置換のポリアミド、置換若しくは未置換のポリエステル及びこれらの共重合体であって、アニオン基を有する構成単位とアニオン基を有さない構成単位とからなるものである。
このポリアニオンは、π共役系導電性高分子を溶媒に可溶化させる可溶化高分子である。また、ポリアニオンのアニオン基は、π共役系導電性高分子に対するドーパントとして機能して、π共役系導電性高分子の導電性と耐熱性を向上させる。
ポリアニオンのアニオン基としては、π共役系導電性高分子への化学酸化ドープが起こりうる官能基であればよいが、中でも、製造の容易さ及び安定性の観点からは、一置換硫酸エステル基、一置換リン酸エステル基、リン酸基、カルボキシ基、スルホ基等が好ましい。さらに、官能基のπ共役系導電性高分子へのドープ効果の観点より、スルホ基、一置換硫酸エステル基、カルボキシ基がより好ましい。
ポリアニオンの具体例としては、ポリビニルスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸、ポリアリルスルホン酸、ポリアクリル酸エチルスルホン酸、ポリアクリル酸ブチルスルホン酸、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸、ポリビニルカルボン酸、ポリスチレンカルボン酸、ポリアリルカルボン酸、ポリアクリルカルボン酸、ポリメタクリルカルボン酸、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンカルボン酸、ポリイソプレンカルボン酸、ポリアクリル酸等が挙げられる。これらの単独重合体であってもよいし、2種以上の共重合体であってもよい。
また、化合物内にF(フッ素原子)を有するポリアニオンであってもよい。具体的には、パーフルオロスルホン酸基を含有するナフィオン(Dupont社製)、カルボン酸基を含有するパーフルオロ型ビニルエーテルからなるフレミオン(旭硝子社製)等を挙げることができる。
これらのうち、スルホン酸を有する化合物であると、インクジェット印刷方式を用いた際にインク射出安定性が特に良好であり、かつ高い導電性が得られることから、より好ましい。
さらに、これらの中でも、ポリスチレンスルホン酸、ポリイソプレンスルホン酸、ポリアクリル酸エチルスルホン酸、ポリアクリル酸ブチルスルホン酸が好ましい。これらのポリアニオンは、導電性に優れるという効果を奏する。
ポリアニオンの重合度は、モノマー単位が10〜100000個の範囲であることが好ましく、溶媒溶解性及び導電性の点からは、50〜10000個の範囲がより好ましい。
導電性ポリマーは市販の材料も好ましく利用できる。例えば、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)とポリスチレンスルホン酸からなる導電性ポリマー(PEDOT/PSSと略す)が、H.C.Starck社からCLEVIOSシリーズとして、Aldrich社からPEDOT−PASS483095、560598として、Nagase Chemtex社からDenatronシリーズとして市販されている。また、ポリアニリンが、日産化学社からORMECONシリーズとして市販されている。
機能性材料を含有させる液体としては、水や、有機溶剤等の1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
有機溶剤は、格別限定されないが、例えば、1,2−ヘキサンジオール、2−メチル−2,4−ペンタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、プロピレングリコールなどのアルコール類、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルなどのエーテル類等を例示できる。
また、機能性材料を含有させる液体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、界面活性剤など種々の添加剤を含んでもよい。
界面活性剤を用いることで、例えば、液滴吐出装置を用いてライン状液体2を形成するような場合などに、表面張力等を調整して吐出の安定化を図ること等が可能になる。界面活性剤としては、格別限定されないが、シリコン系界面活性剤等を用いることができる。シリコン系界面活性剤とはジメチルポリシロキ酸の側鎖または末端をポリエーテル変性したものであり、例えば、信越化学工業製のKF−351A、KF−642やビッグケミー製のBYK347、BYK348などが市販されている。界面活性剤の添加量は、ライン状液体2を形成する液体の全量に対して、1重量%以下であることが好ましい。
基材は、格別限定されないが、例えば、ガラス、プラスチック(ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル、ポリエステル、ポリアミド等)、金属(銅、ニッケル、アルミ、鉄等や、あるいは合金)、セラミックなどを挙げることができ、これらは単独で用いてもよいし、貼り合せた状態で用いてもよい。中でも、プラスチックが好ましく、ポリエチレンテレフタレートや、ポリエチレン、ポリプロピレンのようなポリオレフィンなどが好適である。
図29は、基材上に形成された平行線パターンの一例を示す一部切り欠き斜視図であり、断面は、平行線パターンの形成方向に対して直交する方向で切断した縦断面に対応する。
1本のライン状液体から生成される平行線パターン3の1組2本の細線(線分)31、32は、必ずしも互いに完全に独立した島状である必要はない。図示したように、2本の線分31、32は、該線分31、32間に亘って、該線分31、32の高さよりも低い高さで形成された薄膜部30によって接続された連続体として形成されることも好ましいことである。
平行線パターン3の線分31、32の線幅W1、W2は、各々10μm以下であることが好ましい。10μm以下であれば、通常視認できないレベルとなるので、透明性を向上する観点からより好ましい。各線分31、32の安定性も考慮すると、各線分31、32の線幅W1、W2は、各々2μm以上10μm以下の範囲であることが好ましい。
なお、線分31、32の幅W1、W2とは、該線分31、32間において機能性材料の厚みが最薄となる最薄部分の高さをZとし、更に該Zからの線分31、32の突出高さをY1、Y2としたときに、Y1、Y2の半分の高さにおける線分31、32の幅として定義される。例えば、パターン3が上述した薄膜部30を有する場合は、該薄膜部30における最薄部分の高さをZとすることができる。なお、各線分31、32間における機能性材料の最薄部分の高さが0であるときは、線分31、32の線幅W1、W2は、基材1表面からの線分31、32の高さH1、H2の半分の高さにおける線分31、32の幅と定義される。
平行線パターン3を構成する線分31、32の線幅W1、W2は、上述した通り極めて細いものであるため、断面積を確保して低抵抗化を図る観点で、基材1表面からの線分31、32の高さH1、H2は高い方が望ましい。具体的には、線分31、32の高さH1、H2は、50nm以上5μm以下の範囲であることが好ましい。
更に、平行線パターン3の安定性を向上する観点から、H1/W1比、H2/W2比は、各々0.01以上1以下の範囲であることが好ましい。
また、平行線パターン3の細線化を更に向上する観点から、線分31、32間において機能性材料の厚みが最薄となる最薄部分の高さZ、具体的には薄膜部30の最薄部分の高さZが10nm以下の範囲であることが好ましい。最も好ましいのは、透明性と安定性のバランスの両立を図るために、0<Z≦10nmの範囲で、薄膜部30を備えることである。
更に、平行線パターン3の更なる細線化向上のために、H1/Z比、H2/Z比は、各々5以上であることが好ましく、10以上であることがより好ましく、20以上であることが特に好ましい。
線分31、32の配置間隔Iの範囲は、格別限定されない。図17〜図19を参照して説明したように、ライン状液体を形成する際に、液滴吐出装置のノズル列に対して平行に配置される画素組に対して複数のノズルから付与される液滴組を、ノズル列と交差する方向に複数組付与し、複数組の前記液滴組を合一させて、ノズル列と交差する方向に伸びるライン状液体を形成することで、配置間隔Iを自由度高く適宜設定することができ、特に配置間隔Iを大きくする場合においてもバルジを好適に防止することができる。具体的には、配置間隔Iを、例えば、50μm以上、100μm以上、200μm以上、300μm以上、400μm以上、更には500μm以上という大きい値に設定する場合においても、バルジを好適に防止でき、線分31、32の形成を安定化できる。バルジを好適に防止した状態で、配置間隔Iを、用途に応じて最適な値に適宜設定できる。透明導電膜等を形成する場合などにおいては、配置間隔Iは、例えば、10μm以上〜1000μm以下の範囲とすることが好ましく、10μm以上〜500μm以下の範囲とすることが更に好ましい。更に、配置間隔Iは、10μm以上300μm以下の範囲に調整されていることも好ましいことである。
なお、線分31、32の配置間隔Iとは、線分31、32の各最大突出部間の距離とする。
更にまた、線分31と線分32とに同様の形状(同程度の断面積)を付与することが好ましく、具体的には、線分31と線分32の高さH1とH2とを実質的に等しい値とすることが好ましい。これと同様に、線分31と線分32の線幅W1とW2とについても実質的に等しい値とすることが好ましい。
線分31、32は、必ずしも平行である必要性はなく、少なくとも線分方向のある長さLに亘って、線分31、32が結合していなければ良い。好ましくは、少なくとも線分方向のある長さLに亘って、線分31、32が実質的に平行であることである。
線分31、32の線分方向の長さLは、線分31、32の配置間隔Iの5倍以上であることが好ましく、10倍以上であることがより好ましい。長さL及び配置間隔Iは、パターン(ライン状液体)2の形成長さ及び形成幅に対応して設定することができる。
ライン状液体の形成始点と終点(線分方向のある長さLに亘った始点と終点)では、線分31、32が接続し、連続体として形成されてもよい。
また、線分31、32は、その線幅W1、W2がほぼ等しく、且つ、線幅W1、W2が2本線間距離(配置間隔I)に比して、十分に細いものであることが好ましい。
更に、1本のライン状液体から生成されるパターン3を構成する線分31と線分32とは、同時に形成されたものであることが好ましい。
平行線パターン3は、各線分31、32が、下記(ア)〜(ウ)の条件を全て満たすことが特に好ましい。これにより、パターンが視認されにくくなり、透明性を向上できると共に、線分が安定化され、特に機能性材料が導電性材料である場合には、パターンの抵抗値を低下できる効果に優れる。
(ア)各線分31、32の高さをH1、H2とし、該各線分間における最薄部分の高さをZとしたときに、5≦H1/Z、且つ5≦H2/Zであること。
(イ)各線分31、32の幅をW1、W2としたときに、W1≦10μm、且つW2≦10μmであること。
(ウ)各線分31、32の高さをH1、H2としたときに、50nm<H1<5μm、且つ50nm<H2<5μmであること。
以上、平行線パターン3についてした説明は、平行線パターン5にも援用することができる。
以上の説明では、基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向Dに対するライン状液体の形成方向の傾斜角度θについて、主に、45°の場合及び−45°の場合について示したが、これに限定されるものではない。ライン状液体の形成方向は、相対移動方向Dと平行な方向でなく、且つ相対移動方向Dと直交する方向でなければ、任意の傾斜角度を設定できる。
以上の説明では、最終的に形成されるパターンとして、主に平行線パターンからなるメッシュ状のパターンを形成する例について説明したが、これに限定されるものではない。本発明によれば、基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向Dに対して傾斜する方向に沿ってライン状液体を形成することにより、平行線パターンを含む種々のパターンを形成する際のパターニングの自由度が向上する。従って、種々のパターンを形成する際において、柔軟なパターニングを可能とし、モアレ防止や、面取効率の向上を図ることができる。更に、インクジェットヘッドと基材の配置角度を再設定する負担を軽減でき、生産性を向上することができる。
透明導電膜付き基材は、以上に説明したパターン形成方法により形成されたパターンを含む透明導電膜を、基材表面に有する。透明導電膜は、含有する機能性材料(導電性材料)自体が透明でない場合であっても、ライン状液体を平行線パターンに変化させて細線化することによって、パターンを視認し難くしたものということもできる。
透明導電膜付き基材の用途は、格別限定されず、種々の電子機器が備える種々のデバイスに用いることができる。
本発明に係る透明導電膜付き基材の好ましい用途は、本発明の効果を顕著に奏する観点で、例えば、液晶、プラズマ、有機エレクトロルミネッセンス、フィールドエミッション等、各種方式のディスプレイ用透明電極として、あるいは、タッチパネルや携帯電話、電子ペーパー、各種太陽電池、各種エレクトロルミネッセンス調光素子等に用いられる透明電極として好適に用いることができる。
より具体的には、本発明に係る透明導電膜付き基材は、デバイスの透明電極として好適に用いられる。デバイスとしては、格別限定されるものではないが、例えば、タッチパネルセンサー等を好ましく例示できる。また、これらデバイスを備えた電子機器としては、格別限定されるものではないが、例えばスマートフォン、タブレット端末等を好ましく例示できる。
以上の説明において、1つの態様について説明された構成は、他の態様に適宜適用することができる。
以下に、本発明の実施例について説明するが、本発明はかかる実施例により限定されない。
1.パターン形成方法
(実施例1)
<基材>
基材として、機能性材料を含む液体の接触角が20.3°となるように表面処理が施されたPET基材を用意した。表面処理としては、信光電気計装社製「PS−1M」を用いてコロナ放電処理を行った。
<液滴吐出装置>
液滴吐出装置として、コニカミノルタ社製「KM1024iLHE−30」(標準液滴容量30pL)のインクジェットヘッドを用意した。
<インクの組成>
インク(機能性材料を含む液体)として、以下の組成のものを調製した。
・銀ナノ粒子(平均粒子径:20nm):0.16wt%
・界面活性剤(ビッグケミー社製「BYK348」):0.05wt%
・ジエチレングリコールモノブチルエーテル(略称:DEGBE)(分散媒):20wt%
・水(分散媒):残量
<パターンの形成>
液滴吐出装置を基材に対して相対移動させながら該液滴吐出装置の複数のノズルからインクを吐出し、相対移動方向Dに対して45°傾斜するX軸方向に沿って、ライン状液体を形成した。このとき、相対移動方向Dは、基材の幅方向に沿う方向である。
X軸方向に沿うライン状液体を蒸発させ、乾燥させることにより、該ライン状液体の縁に機能性材料を選択的に堆積させて、X軸方向に沿う平行線パターンを形成した。ここでは、70℃に加熱されたステージ上に配置した基材にパターン形成することにより、ライン状液体の乾燥を促進させている。
次いで、液滴吐出装置を基材に対して相対移動させながら該液滴吐出装置の複数のノズルからインクを吐出し、相対移動方向Dに対して−45°傾斜するY軸方向に沿って、ライン状液体を形成した。ここで、Y軸方向は、上述したX軸方向と直交する方向である。
Y軸方向に沿うライン状液体を蒸発させ、乾燥させることにより、該ライン状液体の縁に機能性材料を選択的に堆積させて、Y軸方向に沿う平行線パターンを形成した。ここでは、70℃に加熱されたステージ上に配置した基材にパターン形成することにより、ライン状液体の乾燥を促進させている。
上記パターン形成において、X軸方向に沿うライン状液体の付与時と、Y軸方向に沿うライン状液体の付与時とで、基材に対する液滴吐出装置の相対的な配置角度は変更していない。即ち、X軸方向に沿うライン状液体の付与時と、Y軸方向に沿うライン状液体の付与時とで、基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向Dは同一であり、基材の幅方向に沿う方向である。
以上のようにして、X軸方向に沿う平行線パターンと、Y軸方向に沿う平行線パターンとが交差するメッシュ状のパターンを得た。
以上のパターン形成において、X軸方向に沿うライン状液体及びY軸方向に沿うライン状液体をそれぞれ形成する際の液滴吐出装置によるインク吐出は、以下のように制御された。
<インク吐出制御>
・1液滴あたりの液滴容量V=30[pL]
・階調数N=8[dpd]
・1つのライン状液体を形成するために1つのノズルから付与される総液滴容量V(=V[pL]×N[dpd])=240[pL]
・ノズル列解像度R=360[npi]
・積V・R=8.64×10[pL・npi]
・1つのライン状液体を形成するために互いに隣接するノズルからそれぞれ吐出される機能性材料を含む液体の最大吐出時間差Δtmax=81.0[ms]
・1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔M=797.6[μm]
・最終的に付与されるライン状液体の付与間隔M=398.8[μm]
・総パス数
X軸方向に沿うライン状液体を形成する際のパス数を2回とし、Y軸方向に沿うライン状液体を形成する際のパス数も2回とした。これらパス数の合計である総パス数は4回である。1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mと、最終的に付与されるライン状液体の付与間隔Mを考慮して、パス数を設定している。
(実施例2)
実施例1において、基材として、機能性材料を含む液体の接触角が8.7°となるように表面処理が施されたPET基材を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。表面処理は、実施例1と同様に信光電気計装社製「PS−1M」を用いたコロナ放電処理であるが、上記接触角となるように処理強度を調整した。
(実施例3)
実施例1において、基材として、機能性材料を含む液体の接触角が10.4°となるように表面処理が施されたPET基材を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。表面処理は、実施例1と同様に信光電気計装社製「PS−1M」を用いたコロナ放電処理であるが、上記接触角となるように処理強度を調整した。
(実施例4)
実施例1において、基材として、機能性材料を含む液体の接触角が29.7°となるように表面処理が施されたPET基材を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。表面処理は、実施例1と同様に信光電気計装社製「PS−1M」を用いたコロナ放電処理であるが、上記接触角となるように処理強度を調整した。
(実施例5)
実施例1において、基材として、機能性材料を含む液体の接触角が32.3°となるように表面処理が施されたPET基材を用いたこと以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。表面処理は、実施例1と同様に信光電気計装社製「PS−1M」を用いたコロナ放電処理であるが、上記接触角となるように処理強度を調整した。
(実施例6)
実施例1において、階調数Nを3[dpd]に変更し、積V・Rを3.24×10[pL・npi]とした。
更に、インク中の銀ナノ粒子の濃度を0.42wt%に調節した。これにより、ライン状液体の単位長さ当たりに付与される銀ナノ粒子の付与量が、実施例1と近い値になるようにした。
以上の点以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。
(実施例7)
実施例1において、階調数Nを4[dpd]に変更し、積V・Rを4.32×10[pL・npi]とした。
更に、インク中の銀ナノ粒子の濃度を0.32wt%に調節した。これにより、ライン状液体の単位長さ当たりに付与される銀ナノ粒子の付与量が、実施例1と近い値になるようにした。
以上の点以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。
(実施例8)
実施例1において、階調数Nを12[dpd]に変更し、積V・Rを1.30×10[pL・npi]とした。
更に、インク中の銀ナノ粒子の濃度を0.11wt%に調節した。これにより、ライン状液体の単位長さ当たりに付与される銀ナノ粒子の付与量が、実施例1と近い値になるようにした。
以上の点以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。
(実施例9)
実施例1において、階調数Nを16[dpd]に変更し、積V・Rを1.73×10[pL・npi]とした。
更に、インク中の銀ナノ粒子の濃度を0.08wt%に調節した。これにより、ライン状液体の単位長さ当たりに付与される銀ナノ粒子の付与量が、実施例1と近い値になるようにした。
以上の点以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。
(実施例10)
実施例1において、インクジェットヘッドの移動速度を変更して最大吐出時間差Δtmaxを101.3[ms]としたこと以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。
(実施例11)
実施例1において、インクジェットヘッドの移動速度を変更して最大吐出時間差Δtmaxを192.4[ms]としたこと以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。
(実施例12)
実施例1において、インクジェットヘッドの移動速度を変更して最大吐出時間差Δtmaxを222.8[ms]としたこと以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。
(実施例13)
実施例1において、1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mを398.8[ms]とし、総パス数を2回としたこと以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。
ここでは、X軸方向に沿うライン状液体を形成する際のパス数を1回とし、Y軸方向に沿うライン状液体を形成する際のパス数も1回とすることで、総パス数を2回とした。
(実施例14)
実施例1において、1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mを1196.4[ms]とし、総パス数を6回としたこと以外は、実施例1と同様にしてパターンを形成した。
ここでは、X軸方向に沿うライン状液体を形成する際のパス数を3回とし、Y軸方向に沿うライン状液体を形成する際のパス数も3回とすることで、総パス数を6回とした。
(実施例15)
実施例1において、階調数Nを32[dpd]に変更し、積V・Rを3.45×10[pL・npi]とした。また、2本線幅の拡大に伴って、1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mを1595.2[μm]に、最終的に付与されるライン状液体の付与間隔Mを797.6[μm]に、それぞれ変更した。
更に、インク中の銀ナノ粒子の濃度を0.04wt%に調節した。これにより、ライン状液体の単位長さ当たりに付与される銀ナノ粒子の付与量が、実施例1と近い値になるようにした。
(実施例16)
実施例1において、階調数Nを48[dpd]に変更し、積V・Rを5.18×10[pL・npi]とした。また、2本線幅の拡大に伴って、1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mを1595.2[μm]に、最終的に付与されるライン状液体の付与間隔Mを797.6[μm]に、それぞれ変更した。
更に、インク中の銀ナノ粒子の濃度を0.027wt%に調節した。これにより、ライン状液体の単位長さ当たりに付与される銀ナノ粒子の付与量が、実施例1と近い値になるようにした。
(実施例17)
実施例1において、階調数Nを54[dpd]に変更し、積V・Rを5.83×10[pL・npi]とした。また、2本線幅の拡大に伴って、1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mを1595.2[μm]に、最終的に付与されるライン状液体の付与間隔Mを797.6[μm]に、それぞれ変更した。
更に、インク中の銀ナノ粒子の濃度を0.024wt%に調節した。これにより、ライン状液体の単位長さ当たりに付与される銀ナノ粒子の付与量が、実施例1と近い値になるようにした。
(実施例18)
実施例1において、ライン状液体を形成する際に、図17〜図19を参照して説明したように、液滴吐出装置のノズル列に対して平行に配置される画素組に対して複数のノズルから付与される液滴組を、ノズル列と交差する方向に複数組付与し、複数組の前記液滴組を合一させて、ノズル列と交差する方向に伸びるライン状液体を形成するようにした。具体的には、ノズル列方向の画素組を構成する画素数(隣接画素数)を2とした。また、階調数Nは4[dpd]に設定した。積V・Rは8.64×10[pL・npi]とした。
(実施例19)
実施例18において、ノズル列方向の画素組を構成する画素数を8とした。また、階調数Nは6[dpd]に設定した。積V・Rは5.18×10[pL・npi]とした。また、2本線幅の拡大に伴って、1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mを1595.2[μm]に、最終的に付与されるライン状液体の付与間隔Mを797.6[μm]に、それぞれ変更した。
更に、インク中の銀ナノ粒子の濃度を0.027wt%に調節した。これにより、ライン状液体の単位長さ当たりに付与される銀ナノ粒子の付与量が、実施例18と近い値になるようにした。
(比較例1)
比較例1で用いた基材、液滴吐出装置及びインクの組成は、実施例1と同様である。
比較例1では、以下のようにして、パターン形成を行った。
<パターンの形成>
液滴吐出装置を基材に対して相対移動させながら該液滴吐出装置のノズルから連続的にインクを吐出し、相対移動方向Dと同方向であるX軸方向に沿って、ライン状液体を形成した。このとき、相対移動方向Dは、基材の幅方向に沿う方向である。
X軸方向に沿うライン状液体を蒸発させ、乾燥させることにより、該ライン状液体の縁に機能性材料を選択的に堆積させて、X軸方向に沿う平行線パターンを形成した。ここでは、70℃に加熱されたステージ上に配置した基材にパターン形成することにより、ライン状液体の乾燥を促進させている。
次いで、基材を液滴吐出装置に対して90°回転させて、基材に対する液滴吐出装置の相対的な配置角度を変更した。即ち、基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向を変更した。従って、変更後の液滴吐出装置の相対移動方向Dは、先に形成された平行線パターンの形成方向、即ちX軸方向に対して直交する方向、即ちY軸方向に対応する。配置を変更した後の相対移動方向Dは、基材の長手方向に沿う方向である。
上記の通り配置を変更した後、液滴吐出装置を基材に対して相対移動させながら該液滴吐出装置のノズルからインクを吐出し、相対移動方向Dと同方向であるY軸方向に沿って、ライン状液体を形成した。
Y軸方向に沿うライン状液体を蒸発させ、乾燥させることにより、該ライン状液体の縁に機能性材料を選択的に堆積させて、Y軸方向に沿う平行線パターンを形成した。ここでは、70℃に加熱されたステージ上に配置した基材にパターン形成することにより、ライン状液体の乾燥を促進させている。
以上のようにして、X軸方向に沿う平行線パターンと、Y軸方向に沿う平行線パターンとが交差するメッシュ状のパターンを得た。
以上のパターン形成において、X軸方向に沿うライン状液体及びY軸方向に沿うライン状液体をそれぞれ形成する際の液滴吐出装置によるインク吐出は、以下のように制御された。
<インク吐出制御>
・1液滴あたりの液滴容量V=30[pL]
・階調数N=8[dpd]
・1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔M=797.6[μm]
・最終的に付与されるライン状液体の付与間隔M=398.8[μm]
・総パス数
X軸方向に沿うライン状液体を形成する際のパス数を2回とし、Y軸方向に沿うライン状液体を形成する際のパス数も2回とした。これらパス数の合計である総パス数は4回である。
2.評価方法
各実施例及び比較例で形成されたパターンについて、パターン性状及び物性値を評価した。
(1)パターン性状
パターン性状として、以下の項目(バルジ防止性、2本線幅及び細線幅)について評価した。
・バルジ防止性
表1〜5に示す2本線性状は、光学顕微鏡観察により1組2本の細線を細線形成方向に50mmに渡り観察し、バルジ防止性を下記評価基準で評価した。
<評価基準>
A:バルジが生じなかった
B:バルジが生じた(3ヶ所以下)
C:バルジが生じた(4ヶ所以上)
・2本線幅
2本線幅(μm)は、光学顕微鏡観察により1組2本の細線間の間隔を測定したものである。測定値は、上述した間隔Iに相当する。
・細線幅
細線幅(μm)は、光学顕微鏡観察により1組2本の細線の幅を測定したものである。測定値は、上述した幅W1、W2に相当する。なお、2本の細線の幅は実質的に同じであったため、一方の細線の測定値をもって細線幅(μm)とした。
(2)物性値
物性値として、以下の項目(透過率、シート抵抗及び端子抵抗)について評価した。
・透過率(全光線透過率)
透過率(全光線透過率)(%T)は、東京電色社製AUTOMATICHAZEMETER(MODEL TC−HIIIDP)を用いて測定した全光線透過率である。なお、パターンのない基材を用いて補正を行い、作成したパターンの全光線透過率として測定した。
・シート抵抗
シート抵抗(Ω/□)は、ダイアインスツルメンツ社製ロレスタEP(MODEL MCP―T360型)直列4探針プローブ(ESP)を用いて、シート抵抗値を測定した。
上記測定の前に、120℃で1時間、ホットプレート上で基材を加熱することによって、パターンに加熱焼成処理を施している。
・端子抵抗
端子抵抗(Ω)は、100mm×5mmの短冊状の領域にパターンを形成し、端子間(即ち、短冊状領域の長手方向の両端間)の抵抗値を測定した値である。
上記測定の前に、120℃で1時間、ホットプレート上で基材を加熱することによって、パターンに加熱焼成処理を施している。
3.評価
(1)接触角の影響
表1に実施例1〜5の結果を示す。実施例1〜5は、機能性材料を含む液体の接触角を異ならせたものである。
Figure 0006540698
表1より、接触角が、10[°]以上30[°]以下の範囲であれば、形成される平行線パターンの透明性を更に向上できる効果が得られることがわかる。
また、接触角が、10[°]以上30[°]以下の範囲であれば、ライン状液体がより直線的に形成され易くなり、バルジを好適に防止することができることがわかる。その結果、形成される平行線パターンを構成する線分がより直線的に形成され易くなり、断線の発生なども好適に防止できることがわかる。そのため、機能性材料として導電性材料を用いる場合は、得られるパターンのシート抵抗や、端子抵抗を更に改善できる効果が得られることがわかる。
(2)積V・Rの影響
表2に実施例1、6〜9及び15〜17の結果を示す。実施例1、6〜9及び15〜17は、1つのライン状液体を形成するために1つのノズルから付与される総液滴容量Vと、ノズル列解像度Rの積V・Rを異ならせたものである。具体的には、階調数Nの調整によって、積V・Rを変化させている。なお、インク中の銀ナノ粒子濃度の調整により、ライン状液体の単位長さ当たりに付与される銀ナノ粒子の付与量が、実施例1と近い値になるようにしている。
Figure 0006540698
表2より、積V・R[pL・npi]が、4.32×10[pL・npi]以上5.18×10[pL・npi]以下の範囲であれば、ライン状液体がより直線的に形成され易くなり、バルジを好適に防止することができることがわかる。その結果、形成される平行線パターンを構成する線分がより直線的に形成され易くなり、断線の発生なども好適に防止できることがわかる。そのため、機能性材料として導電性材料を用いる場合は、得られるパターンのシート抵抗や、端子抵抗を更に改善できる効果が得られることがわかる。
(3)最大吐出時間差Δtmaxの影響
表3に実施例1、10〜12の結果を示す。実施例1、10〜12は、1つのライン状液体を形成するために互いに隣接するノズルからそれぞれ吐出される機能性材料を含む液体の最大吐出時間差Δtmaxを異ならせたものである。
Figure 0006540698
表3より、最大吐出時間差Δtmaxを、200[ms]以下に制御することにより、端子抵抗を好適に改善できる効果が得られることがわかる。
(4)ライン状液体の付与間隔Mの影響
表4に実施例1、13及び14の結果を示す。実施例1、13及び14は、1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mを異ならせたものである。1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mに応じて、最終的に付与されるライン状液体の付与間隔Mを実現できるように、パス数を設定している。
Figure 0006540698
表4より、1回のパスにより付与されるライン状液体の付与間隔Mを400[μm]以上とすることにより、ライン状液体の乾燥に際して、隣接するライン状液体の乾燥に伴って生じる蒸気の影響を軽減して、平行線パターンの形成をより安定化できる効果が得られることがわかる。その結果、バルジ防止性、透明性を更に向上する効果が得られることがわかる。更に、機能性材料が導電性材料であれば、得られるパターンのシート抵抗、端子抵抗を更に改善できる効果が得られることがわかる。
(5)隣接画素数の影響
表5に実施例1、18及び19の結果を示す。実施例1では、ライン状液体を形成する際に、1画素に対して1つのノズルから付与される液滴を、ノズル列と交差する方向に複数付与し、複数の前記液滴を合一させて、ノズル列と交差する方向に伸びるライン状液体を形成した。これに対して、実施例18及び19では、ライン状液体を形成する際に、液滴吐出装置のノズル列に対して平行に配置される画素組に対して複数のノズルから付与される液滴組を、ノズル列と交差する方向に複数組付与し、複数組の前記液滴組を合一させて、ノズル列と交差する方向に伸びるライン状液体を形成した。ノズル列方向の画素組を構成する画素数(隣接画素数)は、実施例1では1、実施例18では2、実施例19では8としている。
Figure 0006540698
表5より、隣接画素数を複数にした場合においても本発明の効果が奏されることがわかる。更に、実施例19の結果に示されるように、ライン状液体の長さあたりの液滴付与量が大きい場合、即ち階調数N[dpd]と隣接画素数の積が大きい場合においても、最大吐出時間差Δtmax[ms]の増大を好適に抑制できることがわかる。実施例19における最大吐出時間差Δtmax[ms]は、同等の液滴付与量である実施例16の最大吐出時間差Δtmax[ms]と比較して大幅に短縮され、これによりバルジ防止性が更に改善される。その結果、得られるパターンのシート抵抗、端子抵抗を更に改善できる効果が得られることがわかる。
(6)実施例と比較例の対比
更に、表6に実施例1及び比較例1の結果を示す。
Figure 0006540698
表6より、ライン状液体を、前記液滴吐出装置と前記基材の相対移動方向に対して斜めに形成する実施例1では、比較例1のようなX軸、Y軸パターン形成での基材配置変更が不要であり、生産性を向上できることがわかる。
また、比較例1では、液滴吐出装置の相対移動方向Dを、基材の辺に沿う方向に設定しているため、モアレの防止と、面取効率の向上を両立することができなかった。
更に、実施例1は、比較例1との対比で、バルジ防止性にも優れることがわかる。更に、機能性材料が導電性材料であれば、得られるパターンのシート抵抗、端子抵抗を改善できる効果が得られることがわかる。
(実施例20)
1.インクの調製
下記組成からなるインク1を調製した。
・銀ナノ粒子の水分散液1(銀ナノ粒子:40重量%):1.75重量%
・シリコン系界面活性剤(ビックケミー製「BYK−348」):0.01重量%
・純水:残部
2.基材の調製
基材として、易接着加工(表面処理)により基材の表面エネルギーEを52mN/mとしたPET基材からなる基材1を用いた。
3.表面エネルギー及び接触角の測定
メッシュ状の機能性パターンを形成する前に、インク1で形成される第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギー及び第2のライン状液体の接触角について、代用の方法により測定を行った。
(1)表面エネルギーの測定
基材1に、インク1を20μL滴下し、乾燥させて、液滴の周囲にコーヒーリング現象によるリング状細線を形成した。その後、このリング状細線の内部の中心領域に対する、水、炭酸プロピレン、ジヨードメタンの接触角を測定し、Young−Fowkes式より、表面エネルギーを算出した。ここで、水、炭酸プロピレン、ジヨードメタンの接触角の測定は、協和界面化学社製接触角測定装置「DM−501」を用いて行った(以下に説明する接触角の測定にも同装置を用いた。)。算出された表面エネルギーの値は56mN/mであった。この値を、第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギーCとした。
(2)第2のライン状液体の接触角の測定
ア.第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の接触角の測定 インク1に対する接触角が22°となる易接着加工付ポリエチレンテレフタレート(PET)基材に、インク1を20μL滴下し、乾燥させて、液滴の周囲にコーヒーリング現象によるリング状細線を形成した。その後、このリング状細線の内部の中心領域に対する、インク1(第2のライン状液体と同組成)の接触角を測定した。測定された接触角は、17°であった。この値を、第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の接触角Fとした。
イ.第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体の接触角の測定
基材表面にインク1を3μL滴下して、基材表面における第2のライン状液体の接触角を測定した。測定された接触角は、20°であった。この値を、第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体の接触角Gとした。
4.パターンの形成
<液滴吐出装置>
液滴吐出装置として、コニカミノルタ社製「KM1024iLHE−30」(標準液滴容量30pL)のインクジェットヘッドを用意した。
<パターンの形成>
液滴吐出装置を基材に対して相対移動させながら該液滴吐出装置の複数のノズルからインクを吐出し、相対移動方向Dに対して45°傾斜するX軸方向に沿って、ライン状液体を形成した。このとき、相対移動方向Dは、基材の幅方向に沿う方向である。
X軸方向に沿うライン状液体を蒸発させ、乾燥させることにより、該ライン状液体の縁に機能性材料を選択的に堆積させて、X軸方向に沿う平行線パターンを形成した。ここでは、70℃に加熱されたステージ上に配置した基材にパターン形成することにより、ライン状液体の乾燥を促進させている。
次いで、液滴吐出装置を基材に対して相対移動させながら該液滴吐出装置の複数のノズルからインクを吐出し、相対移動方向Dに対して−45°傾斜するY軸方向に沿って、ライン状液体を形成した。ここで、Y軸方向は、上述したX軸方向と直交する方向である。
Y軸方向に沿うライン状液体を蒸発させ、乾燥させることにより、該ライン状液体の縁に機能性材料を選択的に堆積させて、Y軸方向に沿う平行線パターンを形成した。ここでは、70℃に加熱されたステージ上に配置した基材にパターン形成することにより、ライン状液体の乾燥を促進させている。
上記パターン形成において、X軸方向に沿うライン状液体の付与時と、Y軸方向に沿うライン状液体の付与時とで、基材に対する液滴吐出装置の相対的な配置角度は変更していない。即ち、X軸方向に沿うライン状液体の付与時と、Y軸方向に沿うライン状液体の付与時とで、基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向Dは同一であり、基材の幅方向に沿う方向である。
以上のようにして、X軸方向に沿う平行線パターンと、Y軸方向に沿う平行線パターンとが交差するメッシュ状のパターンを得た。
以上のパターン形成において、X軸方向に沿うライン状液体及びY軸方向に沿うライン状液体をそれぞれ形成する際の液滴吐出装置によるインク吐出は、以下のように制御された。
<インク吐出制御>
・1液滴あたりの液滴容量V=30[pL]
・階調数N=3[dpd]
・1つのライン状液体を形成するために1つのノズルから付与される総液滴容量V(=V[pL]×N[dpd])=90[pL]
・ノズル列解像度R=360[npi]
・積V・R=3.24×10[pL・npi]
・ライン状液体の塗布間隔=282[μm]
・総パス数
X軸方向に沿うライン状液体を形成する際のパス数を1回とし、Y軸方向に沿うライン状液体を形成する際のパス数も1回とした。
このようにして、第1の平行線パターンと第2の平行線パターンとが直角に交差するメッシュ状の機能性パターンを形成した。メッシュ状の機能性パターン全体のサイズは、50mm×50mmである。
(実施例21)
1.インクの調製
下記組成からなるインク2を調製した。
・銀ナノ粒子の水分散液2(銀ナノ粒子:40重量%):1.75重量%
・シリコン系界面活性剤(ビックケミー製「BYK−348」):0.01重量%
・純水:残部
なお、銀ナノ粒子の水分散液2は、実施例20で用いた銀ナノ粒子の水分散液1とは分散剤が異なる。
2.基材の調製
基材として、基材1(表面エネルギーE=52mN/m)を用いた。
3.表面エネルギー及び接触角の測定
実施例20のインク1をインク2に代えて、実施例20と同様に測定した結果、第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギーCは49mN/mであり、第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の接触角Fは25°であり、第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体の接触角Gは、21°であった。
4.パターンの形成
インク1をインク2に変えた以外は実施例20と同様にして、メッシュ状の機能性パターンを形成した。
(実施例22)
1.インクの調製
インクとして、インク1を用いた。
2.基材の調製
基材として、易接着加工(表面処理)により基材の表面エネルギーを48mN/mとしたPET基材からなる基材2を用いた。
3.表面エネルギー及び接触角の測定
実施例20の基材1を基材2に代えて、実施例20と同様に測定した結果、第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギーCは56mN/mであり、第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の接触角Fは17°であり、第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体の接触角Gは、28°であった。
4.パターンの形成
実施例20において、第1の平行線パターンを形成した基材を120℃のホットプレートの上に置いて、1時間、加熱による洗浄を行った。
加熱による洗浄の後、実施例20と同様に、第2のライン状液体を塗布し、乾燥して、第2の平行線パターンを形成した。
このようにして、第1の平行線パターンと第2の平行線パターンとが直角に交差するメッシュ状の機能性パターンを形成した。メッシュ状の機能性パターン全体のサイズは、50mm×50mmである。
(実施例23)
実施例22において、加熱による洗浄を、下記電磁波による洗浄に変更した以外は実施例22と同様にして、メッシュ状のパターンを形成した。
<電磁波による洗浄>
電磁波による洗浄として、キセノンフラッシュランプによる洗浄を行った。
Xenon社製キセノンフラッシュランプ装置「SINTERON 2000」を用いて、パルス幅500μ秒、印加電圧3.8kVでキセノンフラッシュを1回照射して、第1の平行線パターンの形成領域内を含む領域を洗浄した。
(実施例24)
実施例22において、加熱による洗浄を、下記溶剤による洗浄に変更した以外は実施例22と同様にして、メッシュ状のパターンを形成した。
<溶剤による洗浄>
2プロパノールに10分間浸漬させることにより、第1の平行線パターンの形成領域内を含む領域を洗浄した。
(実施例25)
1.インクの調製
インクとして、インク1を用いた。
2.基材の調製
基材として、基材2(表面エネルギーE=48mN/m)を用いた。
3.表面エネルギー及び接触角の測定
実施例20の基材1を基材2に代えて、実施例20と同様に測定した結果、第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギーCは56mN/mであり、第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の接触角Fは17°であり、第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体の接触角Gは、28°であった。
4.パターンの形成
実施例20において、インクの塗布に際して、第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の長さあたりの液体付与量を、第1の平行線パターンの形成領域外における液体付与量の70%に調整して塗布したこと以外は、実施例20と同様にした。
このようにして、第1の平行線パターンと第2の平行線パターンとが直角に交差するメッシュ状の機能性パターンを形成した。メッシュ状の機能性パターン全体のサイズは、50mm×50mmである。
(実施例26)
1.インクの調製
インクとして、インク1を用いた。
2.基材の調製
基材として、易接着加工(表面処理)により基材の表面エネルギーEを56mN/mとしたPET基材からなる基材3を用いた。
3.表面エネルギー及び接触角の測定
まず、銀ナノ粒子の水分散液1(銀ナノ粒子:40重量%)を、基材3に、ワイヤーバー#7にて塗布し、乾燥させて機能性材料(銀ナノ粒子)のベタ面を作製した。このベタ面の表面エネルギーを測定したところ、61mN/mであった。この値を、第1のライン状液体と同一組成の液体を塗布して乾燥させてなるベタ面の表面エネルギーDとした。
また、実施例20の基材1を基材3に代えて、実施例20と同様に測定した結果、第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギーCは56mN/mであり、第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の接触角Fは15°であり、第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体の接触角Gは、19°であった。
4.パターンの形成
実施例20において、基材1を基材3に代えたこと以外は実施例20と同様にして、メッシュ状の機能性パターンを形成した。
(実施例27)
1.インクの調製
下記組成からなるインク4を調製した。
・銀ナノ粒子の水分散液1(銀ナノ粒子:40重量%):1.75重量%
・ジエチレングリコールモノブチルエーテル:20重量%
・純水:残部
2.基材の調製
基材として、基材1(表面エネルギーE=52mN/m)を用いた。
3.接触角の測定
協和界面化学社製接触角測定装置「DM−501」を用いて、第1の平行線パターンの形成領域外におけるジエチレングリコールモノブチルエーテル(沸点231℃)の接触角を測定したところ、接触角Hは5°であった。なお、ジエチレングリコールモノブチルエーテルを滴下後5秒後の値とした。
4.パターンの形成
実施例20において、インク1をインク4に代えたこと以外は実施例20と同様にして、メッシュ状の機能性パターンを形成した。
(実施例28)
1.インクの調製
インクとして、インク1を用いた。
2.基材の調製
基材として、基材2(表面エネルギーE=48mN/m)を用いた。
3.表面エネルギー及び接触角の測定
実施例20の基材1を基材2に代えて、実施例20と同様に測定した結果、第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギーCは56mN/mであり、第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の接触角Fは17°であり、第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体の接触角Gは、28°であった。
4.パターンの形成
実施例20において、基材1を基材2に代えたこと以外は実施例20と同様にして、メッシュ状の機能性パターンを形成した。
(比較例2)
1.インクの調製
下記組成からなるインク3を調製した。
・銀ナノ粒子の水分散液3(銀ナノ粒子:40重量%):1.75重量%
・シリコン系界面活性剤(ビックケミー製「BYK−348」):0.01重量%
・純水:残部
なお、銀ナノ粒子の水分散液3は、銀ナノ粒子の水分散液1及び2とは分散剤が異なる。
2.基材の調製
基材として、基材2(表面エネルギーE=48mN/m)を用いた。
3.表面エネルギー及び接触角の測定
実施例20のインク1をインク3に代え、更に基材1を基材2に代えて、実施例20と同様に測定した結果、第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギーCは61mN/mであり、第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の接触角Fは12°であり、第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体の接触角Gは、29°であった。
4.パターンの形成
実施例20において、インク1をインク3に代え、更に基材1を基材2に代えたこと以外は実施例20と同様にして、メッシュ状の機能性パターンを形成した。
(実施例29)
1.インクの調製
インクとして、インク4を用いた。
2.基材の調製
基材として、基材2(表面エネルギーE=48mN/m)を用いた。
3.接触角の測定
協和界面化学社製接触角測定装置「DM−501」を用いて、第1の平行線パターンの形成領域外におけるジエチレングリコールモノブチルエーテル(沸点231℃)の接触角を測定したところ、接触角Hは8°であった。なお、ジエチレングリコールモノブチルエーテルを滴下後5秒後の値とした。
4.パターンの形成
実施例27において、基材1を基材2に代えたこと以外は実施例27と同様にして、メッシュ状の機能性パターンを形成した。
<平均間隔A及び平均間隔Bの測定>
実施例20〜30で得られたメッシュ状の機能性パターンにおいて、第2の平行線パターンを構成する2本の線分間の間隔について、第1の平行線パターンの形成領域内における平均間隔Aを、図6で説明した計7箇所の測定箇所A〜Aにおいて測定した間隔の平均値として求めた。また、第2の平行線パターンを構成する2本の線分間の間隔について、第1の平行線パターンの形成領域外における平均間隔Bを、図6で説明した計5箇所の測定箇所B〜Bにおいて測定した間隔の平均値として求めた。更に、これら平均間隔A及び平均間隔Bの値から、上述した式(1)におけるB/Aの値を求めた。
かかるB/Aの値を求めることにより、上述した式(1)を満たすか否かを判定することができる。即ち、上述した式(1)を満たすための調整が達成されたか否かを判定することができる、ということもできる。
<評価方法>
・低視認性の評価方法
実施例20〜30で得られたメッシュ状の機能性パターンを目視し、下記の評価基準で評価した。
[評価基準]
A:周期的なパターンのようなものが視認できず、全体に亘って均一に見える
B:周期的なパターンのようなものが視認できる
・抵抗値の方向むらの評価方法
実施例20〜30で得られたメッシュ状の機能性パターンについて、以下の方法で抵抗値の方向むらを評価した。
第1の平行線パターンの方向(第1の方向)と平行に長さ50mm幅10mmの短冊を切り出し、長辺の両端(すなわち短辺)に銀ペーストによる測定用電極をつけ、短冊の端子間の抵抗をテスターにて測定した。同様にして、第2の平行線パターンの方向(第2の方向)と平行に長さ50mm幅10mmの短冊でも端子間抵抗をテスターで測定し、第1の方向と第2の方向での抵抗の比率を評価した。抵抗の比率は、具体的には、「第2の方向での抵抗」と「第1の方向での抵抗」の差の絶対値を「第1の方向での抵抗」で除した値を100分率で示したものである。
ある基準として、抵抗の比率が10%以下であることが実用上好ましく、抵抗の比率が10%を超えると実用上好ましくないと評価することができる。
以上の結果を表7に示す。
Figure 0006540698
<評価>
表7より、平均間隔A及び平均間隔Bが式(1)「0.9≦B/A≦1.1」を満たすように調整を行った実施例20〜27では、低視認性に優れ、抵抗値の方向むらを防止できることがわかる。一方、かかる調整を行わなかった実施例28〜30では、低視認性に劣り、抵抗値の方向むらを十分に防止できないことがわかる。
更に、実施例22のメッシュ状の機能性パターンと、実施例29のメッシュ状の機能性パターンについて、それぞれ、図25(b)及び図25(a)に、光学顕微鏡写真を示した。各写真において、左上から右下に向かう方向が第1の方向(第1の平行線パターンの方向)であり、左下から右上に向かう方向が第2の方向(第2の平行線パターンの方向)である。これらの写真の対比からも、本発明によれば、低視認性に優れることがわかる。更に、第1の方向と第2の方向とで導電パスの長さの差が見られず、抵抗値の方向むらを防止できることがわかる。
以上の結果から、平均間隔A及び平均間隔Bが式(1)「0.9≦B/A≦1.1」を満たすように調整することの有効性がわかる。
実施例20、21においては、「第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギーCと、第1の平行線パターンの形成領域外の表面エネルギーEとの差(|C−E|)を、5mN/m以下にする」調整、あるいは、「第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の接触角Fと、第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体の接触角Gとの差を、10°以下にする」調整により、平均間隔A及び平均間隔Bが式(1)「0.9≦B/A≦1.1」を満たすようにした。ここでは、一例として、基材の表面処理やインク組成の設定により、表面エネルギーや接触角を調整する例を示した。
実施例22〜24においては、「第1の平行線パターンを形成した後に、第2のライン状液体を付与する前に、第1の平行線パターンの形成領域内を含む領域を洗浄する」調整により、平均間隔A及び平均間隔Bが式(1)「0.9≦B/A≦1.1」を満たすようにした。実施例22では加熱による洗浄を、実施例23では電磁波による洗浄を、実施例24では溶剤による洗浄を、それぞれ用いた。
実施例25においては、「第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の長さあたりの液体付与量と、第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体の長さあたりの液体付与量とを異ならせる」調整により、平均間隔A及び平均間隔Bが式(1)「0.9≦B/A≦1.1」を満たすようにした。
実施例26においては、「第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギーCと、第1の平行線パターンの形成領域外の表面エネルギーEとの差(|C−E|)を、5mN/m以下にする」調整、「第1の平行線パターンの形成領域内における第2のライン状液体の接触角Fと、第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体の接触角Gとの差を、10°以下にする」調整、あるいは、「第1のライン状液体と同一組成の液体を塗布して乾燥させてなるベタ面の表面エネルギーDと、第1の平行線パターンの形成領域外の表面エネルギーEとの差(|D−E|)を、5mN/m以下にする」調整により、平均間隔A及び平均間隔Bが式(1)「0.9≦B/A≦1.1」を満たすようにした。
実施例27においては、「第1の平行線パターンの形成領域外における第2のライン状液体中の溶剤のうち最も沸点が高い溶剤の接触角を6°以下にする」調整により、平均間隔A及び平均間隔Bが式(1)「0.9≦B/A≦1.1」を満たすようにした。
1:基材
2:第1のライン状液体
20:液滴
3:第1の平行線パターン
31、32:線分(細線)
4:第2のライン状液体
5:第2の平行線パターン
51、52:線分(細線)
6:パターン
7:液滴吐出装置
71:インクジェットヘッド
72:ノズル
8:乾燥装置
9:キャリッジ
D:基材に対する液滴吐出装置の相対移動方向
E:基材の搬送方向
X:交差部

Claims (27)

  1. 液滴吐出装置を基材に対して相対移動させながら該液滴吐出装置の複数のノズルから前記基材上に機能性材料を含む液体からなる液滴を吐出する際に、基材上において合一の対象となる互いに隣接する少なくとも1組の液滴は、相対移動方向及び該相対移動方向に直交する方向の何れにも間隔をおいて配置され、これらの液滴を合一するように、該液滴の液滴容量及び前記間隔の一方又は両方を調整し、
    前記液滴を合一して形成されたライン状液体を乾燥させることによって該ライン状液体の縁に前記機能性材料を堆積させて該機能性材料を含むパターンを形成するパターン形成方法。
  2. 前記ライン状液体の形成において、前記液滴吐出装置のノズル列に対して平行に配置される画素組に対して複数のノズルから付与される液滴組を、ノズル列と交差する方向に複数組付与し、複数組の前記液滴組を合一させて、ノズル列と交差する方向に伸びる前記ライン状液体を形成する請求項1記載のパターン形成方法。
  3. 前記液滴を合一して形成される前記ライン状液体の縁の直線性を高めるように、前記液滴容量及び前記間隔の一方又は両方を調整する請求項1又は2記載のパターン形成方法。
  4. 1つの前記ライン状液体を形成するために1つの前記ノズルから吐出される総液滴容量V[pL]と、前記複数のノズルの前記相対移動方向に直交する方向におけるノズル列解像度R[npi]との積V・R[pL・npi]を、4.32×104[pL・npi]以上5.18×105[pL・npi]以下の範囲に調整する請求項1〜3の何れかに記載のパターン形成方法。
  5. 前記液滴容量を、階調数の調整により調整する請求項1〜4の何れかに記載のパターン形成方法。
  6. 前記液滴吐出装置から吐出される前記液滴の前記基材上における接触角が10[°]以上30[°]以下の範囲である請求項1〜5の何れかに記載のパターン形成方法。
  7. 前記相対移動による1回のパスで1つ又は複数の前記ライン状液体を形成する請求項1〜6の何れかに記載のパターン形成方法。
  8. 前記相対移動による1回のパスで互いに平行な複数の前記ライン状液体を形成する際に、該ライン状液体の付与間隔を調整することにより、隣り合う前記ライン状液体を乾燥させる際の相互干渉を抑制する請求項1〜7の何れかに記載のパターン形成方法。
  9. 前記相対移動による1回のパスで互いに平行な複数の前記ライン状液体を形成する際に、該ライン状液体の付与間隔の調整を、各々の前記ノズルから前記液滴を吐出する時間間隔、及び、前記液滴吐出装置の基材に対する相対移動速度の一方又は両方を調整することによって行う請求項1〜8の何れかに記載のパターン形成方法。
  10. 前記相対移動による1回のパスで互いに平行な複数の前記ライン状液体を形成する際に、該ライン状液体の付与間隔を、400[μm]以上に調整する請求項1〜9の何れかに記載のパターン形成方法。
  11. 前記液滴の合一を促進するように、1つの前記ライン状液体を形成するために互いに隣接する前記ノズルからそれぞれ吐出される前記機能性材料を含む液体の最大吐出時間差Δtmaxを、200[ms]以下に調整する請求項1〜10の何れかに記載のパターン形成方法。
  12. 前記基材上に第1の前記ライン状液体を付与し、該第1のライン状液体を乾燥させる過程で該機能性材料を縁部に選択的に堆積させて、該機能性材料を含む2本の線分により構成された第1の平行線パターンを形成し、
    次いで、前記基材上に前記第1の平行線パターンの形成領域と交差させるように第2の前記ライン状液体を付与し、該第2のライン状液体を乾燥させる過程で該機能性材料を縁部に選択的に堆積させて、該機能性材料を含む2本の線分により構成された第2の平行線パターンを形成することによって、
    前記第1の平行線パターンと前記第2の平行線パターンとが少なくとも1つの交点で交わるパターンを形成する請求項1〜11の何れかに記載のパターン形成方法。
  13. 前記第2の平行線パターンを構成する前記2本の線分間の間隔について、前記第1の平行線パターンの形成領域内における平均間隔Aと、前記第1の平行線パターンの形成領域外における平均間隔Bとが下記式(1)を満たすように調整する請求項12記載のパターン形成方法。
    0.9≦B/A≦1.1 ・・・式(1)
  14. 前記式(1)を満たすための調整として、前記第1の平行線パターンの形成領域内の表面エネルギーと、前記第1の平行線パターンの形成領域外の表面エネルギーとの差を、5mN/m以下にする請求項13記載のパターン形成方法。
  15. 前記式(1)を満たすための調整として、前記第1のライン状液体に含まれる機能性材料を塗布して乾燥させたベタ面の表面エネルギーと、前記第1の平行線パターンの形成領域外の表面エネルギーとの差を、5mN/m以下にする請求項13記載のパターン形成方法。
  16. 前記式(1)を満たすための調整として、前記第1の平行線パターンの形成領域内における前記第2のライン状液体の接触角と、前記第1の平行線パターンの形成領域外における前記第2のライン状液体の接触角との差を、10°以下にする請求項13記載のパターン形成方法。
  17. 前記式(1)を満たすための調整として、前記第1のライン状液体に含まれる機能性材料を塗布して乾燥させたベタ面における前記第2のライン状液体の接触角と、前記第1の平行線パターンの形成領域外における前記第2のライン状液体の接触角との差を、10°以下にする請求項13記載のパターン形成方法。
  18. 前記式(1)を満たすための調整として、前記第1の平行線パターンの形成領域外における前記第2のライン状液体中の溶剤のうち最も沸点が高い溶剤の接触角を6°以下にする請求項13記載のメッシュ状の機能性パターンの形成方法。
  19. 前記式(1)を満たすための調整として、前記第1の平行線パターンの形成領域内における前記第2のライン状液体の長さあたりの液体付与量と、前記第1の平行線パターンの形成領域外における前記第2のライン状液体の長さあたりの液体付与量とを異ならせる請求項13記載のパターン形成方法。
  20. 前記式(1)を満たすための調整として、前記第1の平行線パターンを形成した後に、前記第2のライン状液体を付与する前に、前記第1の平行線パターンの形成領域内を含む領域を洗浄する請求項13に記載のパターン形成方法。
  21. 前記洗浄として、加熱による洗浄、電磁波による洗浄、溶剤による洗浄、ガスによる洗浄及びプラズマによる洗浄から選ばれた1種又は2種以上を組み合わせた洗浄を行う請求項20記載のパターン形成方法。
  22. 前記ライン状液体の乾燥に際して、乾燥を促進させる処理を施す請求項1〜21の何れかに記載のパターン形成方法。
  23. 前記液滴吐出装置から吐出される前記液体の機能性材料含有率が、0.01重量%以上1重量%以下の範囲である請求項1〜22の何れかに記載のパターン形成方法。
  24. 前記機能性材料は、導電性材料または導電性材料前駆体である請求項1〜23の何れかに記載のパターン形成方法。
  25. 請求項1〜24の何れかに記載のパターン形成方法により形成されたパターンを含む透明導電膜を基材表面に有する透明導電膜付き基材の製造方法
  26. 請求項25記載の透明導電膜付き基材を有するデバイスの製造方法
  27. 請求項26記載のデバイスを備えた電子機器の製造方法
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