JP6845015B2 - 基材上に形成されたローラーボールペンおよび導電性トレースのための導電性インク - Google Patents
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Description
本特許書類は、2014年5月30日に出願された米国仮特許出願番号第62/005,305号に対し、米国特許法第119条(e)項の下で優先権の利益を主張しており、この仮特許出願は、その全体が参考として本明細書によって援用される。
本開示は、広くは、インク配合物に、より詳細には、紙および他の基材に書かれて導電性トレースを形成し得る導電性インクに関する。
プリンテッドエレクトロニクスは、光起電力技術、トランジスタ、ディスプレイ、バッテリー、アンテナ、およびセンサに潜在的な用途を有する、新興の材料類を成す。最近の注目は、フレキシブルで、軽量で、使い捨てにできるデバイスを可能にする、低コストの基盤材料として、紙基材に集中している。このようなデバイスは導電性電極を必要とし、これらは、今日まで、スパッタコーティング、インクジョット印刷、およびエアーブラシスプレー法によって堆積されている。しかし、これらの堆積法は、多大の費用を要するか、または、紙基材に浸透し易い希薄なインクを使用する可能性がある。
ローラーボール(rollerball)ペンのための導電性インクは、水性溶媒と、少なくとも約30wt%の濃度でその水性溶媒に分散された、1種または複数の金属を含む導電性粒子とを含む。導電性粒子は、導電性フレークおよび導電性ナノ粒子を含む。分散剤が、少なくとも約0.1mg/m2から約0.8mg/m2の担持レベルで、導電性粒子を被覆する。
非常に安定で、速乾性の導電性インク配合物が、広範な基材に導電性トレースを形成するために、ローラーボールペンで使用されるように開発された。導電性トレースは、銀のような金属を含み、金属のバルク導電率の約20%に達する導電率を示し得る。導電性インクは、例えば図1に示されるように、エレクトロニクスデバイスのための配線として使えるトレースを形成するために、紙、プラスチック、および他のフレキシブルまたは堅い基材上に堆積され得る。
導電性インク配合物が、90重量%の銀フレーク(平均サイズ1〜3ミクロン)および10重量%の銀ナノ粒子(平均サイズ50〜500nm)を、0.2mg/m2の担持レベルでポリ(アクリル酸)分散剤を用い、分散させることによって製造される。ナノ粒子の形態は実質的に球状である。溶液における銀の重量パーセント(固形分担持量)は、20wt%であるように調節され、粘度は、増粘剤としてヒドロキシエチルセルロースを、銀の3重量%の濃度で添加することによって増加させられる。導電性銀インクは十分に混合され、最終の粘度は4000cPであると測定される。インクは、基材(紙)上に堆積され、室温で迅速に乾燥して、銀のトレースを形成する。乾燥後、銀トレースの抵抗率は、≦10−4ohm−cmであると測定され、これは、室温でバルク銀導電率(Agの抵抗率は、1.59×−6ohm−cmである)の約1%の導電率に相当し、銀トレースは、金属様外観を有することが認められる。
導電性インク配合物が、90重量%の銀フレーク(平均サイズ1〜3ミクロン)および10重量%の銀ナノ粒子(平均サイズ50〜500nm)を、0.2mg/m2の担持レベルでポリ(アクリル酸)分散剤を用い、分散させることによって製造される。ナノ粒子の形態は実質的に球状である。溶液における銀の重量パーセント(固形分担持量)は、50wt%であるように調節され、粘度は、増粘剤としてヒドロキシエチルセルロースを、銀の3重量%の濃度で添加することによって増加させられる。導電性銀インクは十分に混合され、最終の粘度は4000cPであると測定される。インクは、基材上に堆積され、室温で迅速に乾燥して、銀のトレースを形成する。乾燥後、銀トレースの抵抗率は、≦5×10−5ohm−cmであると測定され、これは、室温でバルク銀導電率の約2%の導電率に相当し、銀トレースは、金属様外観を有することが認められる。
導電性インク配合物が、90重量%の銀フレーク(平均のサイズ1〜3ミクロン)および10重量%の銀ナノ粒子(平均サイズ50〜500nm)を、0.2mg/m2の担持レベルでポリ(アクリル酸)分散剤を用い、分散させることによって製造される。ナノ粒子の形態は実質的に球状である。溶液における銀の重量パーセント(固形分担持量)は、80wt%であるように調節され、粘度は、増粘剤としてヒドロキシエチルセルロースを、銀の3重量%の濃度で添加することによって増加させられる。導電性銀インクは十分に混合され、最終の粘度は4000cPであると測定される。インクは、基材上に堆積され、室温で迅速に乾燥して、銀のトレースを形成する。乾燥後、銀トレースの抵抗率は、≦10−5ohm−cmであると測定され、これは、室温でバルク銀導電率の約10%の導電率に相当し、銀トレースは、金属様外観を有することが認められる。
導電性インク配合物が、90重量%の銀フレーク(平均サイズ1〜3ミクロン)および10重量%の銀ナノ粒子(平均サイズ50〜500nm)を、0.2mg/m2の担持レベルでポリ(アクリル酸)分散剤を用い、分散させることによって製造される。ナノ粒子の形態は実質的に球状である。溶液における銀の重量パーセント(固形分担持量)は、50wt%であるように調節され、粘度は、増粘剤としてヒドロキシエチルセルロースを、銀の3重量%の濃度で添加することによって増加させられる。導電性銀インクは十分に混合され、最終の粘度は4000cPであると測定される。インクは、基材上に堆積され、室温で迅速に乾燥して、銀のトレースを形成する。乾燥後、銀トレースの抵抗率は、≦10−5ohm−cmであると測定され、これは、室温でバルク銀導電率の約4%の導電率に相当し、銀トレースは、金属様外観を有することが認められる。
導電性インク配合物が、50重量%の銀フレーク(平均サイズ1〜3ミクロン)および50重量%の銀ナノ粒子(平均サイズ50〜500nm)を、0.2mg/m2の担持レベルでポリ(アクリル酸)分散剤を用い、分散させることによって製造される。ナノ粒子の形態は実質的に球状である。溶液における銀の重量パーセント(固形分担持量)は、50wt%であるように調節され、粘度は、増粘剤としてヒドロキシエチルセルロースを、銀の3重量%の濃度で添加することによって増加させられる。導電性銀インクは十分に混合され、最終の粘度は4000cPであると測定される。インクは、基材上に堆積され、室温で迅速に乾燥して、銀のトレースを形成する。乾燥後、銀トレースの抵抗率は、≦10−5ohm−cmであると測定され、これは、室温でバルク銀導電率の約5%の導電率に相当し、銀トレースは、金属様外観を有することが認められる。
導電性インク配合物が、10重量%の銀フレーク(平均サイズ1〜3ミクロン)および90重量%の銀ナノ粒子(平均サイズ50〜500nm)を、0.2mg/m2の担持レベルでポリ(アクリル酸)分散剤を用い、分散させることによって製造される。ナノ粒子の形態は実質的に球状である。溶液における銀の重量パーセント(固形分担持量)は、50wt%であるように調節され、粘度は、増粘剤としてヒドロキシエチルセルロースを、銀の3重量%の濃度で添加することによって増加させられる。導電性銀インクは十分に混合され、最終の粘度は4000cPであると測定される。インクは、基材上に堆積され、室温で迅速に乾燥して、銀のトレースを形成する。乾燥後、銀トレースの抵抗率は、≦10−4ohm−cmであると測定され、これは、室温でバルク銀導電率の約5%の導電率に相当し、銀トレースは、金属様外観を有することが認められる。
本発明の好ましい実施形態によれば、例えば、以下が提供される。
(項1)
ローラーボールペンのための導電性インクであって、
水性溶媒;
少なくとも約30wt%の濃度で前記水性溶媒に分散された、1種または複数の金属を含む導電性粒子であって、導電性フレークおよび導電性ナノ粒子を含む導電性粒子;および
約0.1mg/m 2 から約0.8mg/m 2 の担持レベルで前記導電性粒子を被覆する分散剤;
を含む、導電性インク。
(項2)
前記導電性フレークと前記導電性ナノ粒子の重量比が、少なくとも約3:1である、上記項1に記載の導電性インク。
(項3)
前記重量比が、少なくとも約9:1である、上記項2に記載の導電性インク。
(項4)
前記導電性粒子の濃度が、少なくとも約50wt%である、上記項1から3のいずれか一項に記載の導電性インク。
(項5)
前記分散剤の担持レベルが、約0.5mg/m 2 から約0.8mg/m 2 である、上記項1から4のいずれか一項に記載の導電性インク。
(項6)
前記1種または複数の金属が、Ag、Au、Cu、Ni、PtおよびPdからなる群から選択される、上記項1から5のいずれか一項に記載の導電性インク。
(項7)
前記導電性フレークが、約1ミクロンから約4ミクロンの平均横寸法、および約10nmから約100nmの平均厚さを備える、上記項1から6のいずれか一項に記載の導電性インク。
(項8)
前記導電性ナノ粒子が、実質的に球状の形状を有する導電性ナノスフィアを含む、上記項1から7のいずれか一項に記載の導電性インク。
(項9)
前記導電性ナノ粒子が、約500nmまたはそれ未満の平均直線寸法を備える、上記項1から8のいずれか一項に記載の導電性インク。
(項10)
少なくとも約8カ月の貯蔵寿命を備える、上記項1から9のいずれか一項に記載の導電性インク。
(項11)
少なくとも約12カ月の貯蔵寿命を備える、上記項10に記載の導電性インク。
(項12)
約4000センチポアズから約6000センチポアズの粘度を備える、上記項1から11のいずれか一項に記載の導電性インク。
(項13)
前記水性溶媒に増粘剤をさらに含む、上記項1から12のいずれか一項に記載の導電性インク。
(項14)
前記増粘剤が、ヒドロキシエチルセルロール(HEC)、キサンタンガムおよびグアルガムからなる群から選択される、上記項13に記載の導電性インク。
(項15)
表面張力を下げるために、前記水性溶媒に界面活性剤をさらに含む、上記項1から14のいずれか一項に記載の導電性インク。
(項16)
前記界面活性剤が、ポリマーのフッ素系界面活性剤を含む、上記項15に記載の導電性インク。
(項17)
ローラーボールペンから基材上に形成される導電性トレースであって、
1種または複数の金属を含む導電性粒子のパーコレーションネットワークであって、前記導電性粒子が導電性フレークおよび導電性ナノ粒子を含むパーコレーションネットワーク;
を含み、
バルク金属導電率の少なくとも約1%の導電率、および40%を超える反射率を有する、
導電性トレース。
(項18)
前記1種または複数の金属が、Ag、Au、Cu、Ni、PtおよびPdからなる群から選択される、上記項17に記載の導電性トレース。
(項19)
前記導電性フレークと前記導電性粒子の重量比が、少なくとも約3:1である、上記項17または18に記載の導電性トレース。
(項20)
前記重量比が、少なくとも約9:1である、上記項19に記載の導電性トレース。
(項21)
前記導電性フレークが、約1ミクロンから約4ミクロンの平均横寸法、および約10nmから約100nmの平均厚さを備える、上記項17から20のいずれか一項に記載の導電性トレース。
(項22)
前記導電性ナノ粒子が、実質的に球状の形状を有する導電性ナノスフィアを含む、上記項17から21のいずれか一項に記載の導電性トレース。
(項23)
前記導電性ナノ粒子が、約500nmまたはそれ未満の平均直線寸法を備える、上記項17から22のいずれか一項に記載の導電性トレース。
(項24)
前記導電性粒子が、それらを被覆する分散剤を含み、前記分散剤が、約0.5mg/m 2 から約0.8mg/m 2 の量で存在する、上記項17から23のいずれか一項に記載の導電性トレース。
(項25)
約10 −5 ohm−cmまたはそれ未満の電気抵抗率を備える、上記項17から24のいずれか一項に記載の導電性トレース。
(項26)
水性溶媒;少なくとも約30wt%の濃度で前記水性溶媒に分散された、1種または複数の金属を含む導電性粒子であって、導電性フレークおよび導電性ナノ粒子を含む導電性粒子;および、約0.1mg/m 2 から約0.8mg/m 2 の担持レベルで前記導電性粒子を被覆する分散剤;を含む導電性インクをローラーボールペンに供給すること;
表面上で前記ローラーボールペンを動かすことであって、前記表面に前記導電性インクを堆積させること;
前記導電性インクを室温で乾燥することであって、これによって前記1種または複数の金属を含む導電性トレースを形成すること;
によって形成される導電性トレース。
(項27)
バルク金属導電率の少なくとも1%の導電率を備える、上記項26に記載の導電性トレース。
(項28)
前記導電率が前記バルク金属導電率の少なくとも約5%である、上記項26または27に記載の導電性トレース。
(項29)
前記1種または複数の金属が、Ag、Au、Cu、Ni、PtおよびPdからなる群から選択される、上記項26から28のいずれか一項に記載の導電性トレース。
(項30)
少なくとも約40%の反射率を備える、上記項26から29のいずれか一項に記載の導電性トレース。
(項31)
導電性トレースを形成する方法であって、
水性溶媒;少なくとも約30wt%の濃度で前記水性溶媒に分散された、1種または複数の金属を含む導電性粒子であって、導電性フレークおよび導電性ナノ粒子を含む導電性粒子;および、約0.1mg/m 2 から約0.8mg/m 2 の担持レベルで前記導電性粒子を被覆する分散剤;を含む導電性インクをローラーボールペンに供給すること;
表面上で前記ローラーボールペンを動かすことであって、前記表面に前記導電性インクを堆積させること;
前記導電性インクを室温で乾燥することであって、これによって前記導電性トレースを形成すること;
を含む、方法。
(項32)
前記乾燥の時間が、約30秒またはそれ未満である、上記項31に記載の方法。
(項33)
前記乾燥の時間が、約10秒またはそれ未満である、上記項32に記載の方法。
Claims (29)
- ローラーボールペンのための導電性インクであって、
水性溶媒;
少なくとも30wt%の濃度で前記水性溶媒に分散された導電性粒子であって、導電性銀フレークおよび導電性銀ナノ粒子を含む導電性粒子;および
0.1mg/m2から0.8mg/m2の担持レベルで前記導電性粒子を被覆する分散剤;
を含み、
ここで、前記導電性インクが、銀金属を含む導電性トレースを形成するように室温で乾燥可能であり、そしてバルク金属導電率の少なくとも1%の導電率を有する、
導電性インク。 - 前記導電性銀フレークと前記導電性銀ナノ粒子の重量比が、少なくとも3:1である、請求項1に記載の導電性インク。
- 前記重量比が、少なくとも9:1である、請求項2に記載の導電性インク。
- 前記導電性粒子の濃度が、少なくとも50wt%である、請求項1から3のいずれか一項に記載の導電性インク。
- 前記分散剤の担持レベルが、0.5mg/m2から0.8mg/m2である、請求項1から4のいずれか一項に記載の導電性インク。
- 前記導電性銀フレークが、1ミクロンから4ミクロンの平均横寸法、および10nmから100nmの平均厚さを備える、請求項1から5のいずれか一項に記載の導電性インク。
- 前記導電性銀ナノ粒子が、球状の形状を有する導電性ナノスフィアを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の導電性インク。
- 前記導電性銀ナノ粒子が、500nmまたはそれ未満の平均直線寸法を備える、請求項1から7のいずれか一項に記載の導電性インク。
- 少なくとも8カ月の貯蔵寿命を備える、請求項1から8のいずれか一項に記載の導電性インク。
- 少なくとも12カ月の貯蔵寿命を備える、請求項9に記載の導電性インク。
- 室温で4000センチポアズから6000センチポアズの粘度を備える、請求項1から10のいずれか一項に記載の導電性インク。
- 前記水性溶媒に増粘剤をさらに含む、請求項1から11のいずれか一項に記載の導電性インク。
- 前記増粘剤が、ヒドロキシエチルセルロール(HEC)、キサンタンガムおよびグアルガムからなる群から選択される、請求項12に記載の導電性インク。
- 表面張力を下げるために、前記水性溶媒に界面活性剤をさらに含む、請求項1から13のいずれか一項に記載の導電性インク。
- 前記界面活性剤が、ポリマーのフッ素系界面活性剤を含む、請求項14に記載の導電性インク。
- 導電性インクを含むローラーボールペンから基材上に形成される導電性トレースであって、
導電性粒子のパーコレーションネットワークであって、前記導電性粒子が導電性銀フレークおよび導電性銀ナノ粒子を含むパーコレーションネットワーク;
を含み、
ここで、前記導電性トレースが室温で形成され、
ここで、前記導電性トレースがバルク金属導電率の少なくとも1%の導電率、および40%を超える反射率を有し、そして
ここで、前記導電性インクは、水性溶媒と;少なくとも30wt%の濃度で前記水性溶媒に分散された前記導電性粒子であって、前記導電性銀フレークおよび前記導電性銀ナノ粒子を含む、導電性粒子と;0.1mg/m 2 から0.8mg/m 2 の担持レベルで前記導電性粒子を被覆する分散剤とを含む、
導電性トレース。 - 前記導電性銀フレークと前記導電性銀ナノ粒子の重量比が、少なくとも3:1である、請求項16に記載の導電性トレース。
- 前記重量比が、少なくとも9:1である、請求項17に記載の導電性トレース。
- 前記導電性銀フレークが、1ミクロンから4ミクロンの平均横寸法、および10nmから100nmの平均厚さを備える、請求項16から18のいずれか一項に記載の導電性トレース。
- 前記導電性ナノ粒子が、球状の形状を有する導電性銀ナノスフィアを含む、請求項16から19のいずれか一項に記載の導電性トレース。
- 前記導電性銀ナノ粒子が、500nmまたはそれ未満の平均直線寸法を備える、請求項16から20のいずれか一項に記載の導電性トレース。
- 前記導電性粒子が、それらを被覆する分散剤を含み、前記分散剤が、0.5mg/m2から0.8mg/m2の量で存在する、請求項16から21のいずれか一項に記載の導電性トレース。
- 10−5ohm−cmまたはそれ未満の電気抵抗率を備える、請求項16から22のいずれか一項に記載の導電性トレース。
- 水性溶媒;少なくとも30wt%の濃度で前記水性溶媒に分散された導電性粒子であって、導電性銀フレークおよび導電性銀ナノ粒子を含む導電性粒子;および、0.1mg/m2から0.8mg/m2の担持レベルで前記導電性粒子を被覆する分散剤;を含む導電性インクをローラーボールペンに供給すること;
表面上で前記ローラーボールペンを動かすことであって、前記表面に前記導電性インクを堆積させること;
前記導電性インクを室温で乾燥することであって、これによって銀金属を含む導電性トレースを形成すること;
によって形成される導電性トレースであって、
ここで、前記導電性トレースは、バルク金属導電率の少なくとも1%の導電率を備える、
導電性トレース。 - 前記導電率が前記バルク金属導電率の少なくとも5%である、請求項24に記載の導電性トレース。
- 少なくとも40%の反射率を備える、請求項24から25のいずれか一項に記載の導電性トレース。
- 導電性トレースを形成する方法であって、
水性溶媒;少なくとも30wt%の濃度で前記水性溶媒に分散された導電性粒子であって、導電性銀フレークおよび導電性銀ナノ粒子を含む導電性粒子;および、0.1mg/m2から0.8mg/m2の担持レベルで前記導電性粒子を被覆する分散剤;を含む導電性インクをローラーボールペンに供給すること;
表面上で前記ローラーボールペンを動かすことであって、前記表面に前記導電性インクを堆積させること;
前記導電性インクを室温で乾燥することであって、これによって前記導電性トレースを形成すること;
を含む、方法。 - 前記乾燥の時間が、30秒またはそれ未満である、請求項27に記載の方法。
- 前記乾燥の時間が、10秒またはそれ未満である、請求項28に記載の方法。
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