JPWO2016093050A1 - 銀微粒子分散物、インク組成物、銀電極、及び薄膜トランジスタ - Google Patents

銀微粒子分散物、インク組成物、銀電極、及び薄膜トランジスタ Download PDF

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Abstract

水性媒体と、この水性媒体中に分散してなる有機微粒子と銀微粒子とを含有する銀微粒子分散物であって、上記銀微粒子はノニオン性分散剤により上記水性媒体中に分散しており、上記銀微粒子分散物を用いて形成した膜に対する水の接触角が60°以上である銀微粒子分散物;この銀微粒子分散物を用いたインク組成物;このインク組成物を用いた銀電極;及びこの銀電極を有する薄膜トランジスタ。

Description

本発明は、銀微粒子分散物、インク組成物、銀電極、及び薄膜トランジスタに関する。
導体配線や電極(以下「導体配線等」という。)を形成する材料として銀微粒子が広く用いられている。銀微粒子を水性媒体中に分散させた状態で基材上に塗布し、これを焼き付け(焼結)、必要によりエッチング処理を施すことにより、所望の形状の導体配線等を形成することができる。
上記銀微粒子分散物を基材上に塗布する方法として、各種印刷方法による塗布、スピンコートによる塗布、ディスペンサーによる塗布等が知られている。銀微粒子分散物を印刷により塗布する場合には、銀微粒子分散物をインクとして用い、このインクが各種印刷方法により基板等に塗布される。なかでも、微細なパターンを精度良く形成することができ、工程が簡素でインクを無駄なく使用できることから、インクジェット印刷の利用が広がっている。
インクジェット印刷に用いる銀微粒子分散物からなるインクには、吐出安定性を高めるために、銀微粒子の良好な分散安定性が求められる。
例えば特許文献1には、アニオン性基を表面に有する銀粒子がカチオン性基を有する特定構造のポリマーにより被覆されたマイクロカプセル化銀粒子が記載され、この銀粒子を含む水性分散物を用いたインクジェット用インクが良好な分散性と分散安定性を示すことが記載されている。
また、通常の画像形成においても銀微粒子分散物からなるインクを用いる場合がある。例えば特許文献2には、インクを用いて形成した画像の光輝性と耐擦性を高めるために、銀微粒子とワックスを分散させたインクを用いることが記載されている。
特許第4207161号公報 特開2012−131881号公報
近年、電子部品の小型化により、導体配線等の微細化が進んでいる。例えば薄膜トランジスタにおいては、小型化に伴いソース電極とドレイン電極の距離が狭小化しており、電極の一部がイオン化して両電極間を移動し、両電極間が導通してしまうイオンマイグレーション(以下、単に「マイグレーション」ともいう。)が生じやすくなっている。かかる状況下、インクジェット印刷に用いる銀微粒子分散物には、良好な分散安定性に加え、形成した導体配線等のマイグレーションも抑えることが求められる。
本発明は、水性媒体中に銀微粒子が分散してなる銀微粒子分散物であって、銀微粒子の分散安定性に優れ、さらにこの分散物を用いて形成した導体配線等の導電性にも優れ、且つこの分散物を用いて形成した導体配線等のマイグレーションをも効果的に抑えることができる銀微粒子分散物を提供することを課題とする。また本発明は、この銀微粒子分散物を用いたインク組成物、このインク組成物を用いた銀電極、及びこの銀電極を有する薄膜トランジスタを提供することを課題とする。
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、銀微粒子をノニオン性分散剤により水性媒体中に分散させ、さらに特定の有機微粒子を分散状態で共存させることにより、銀微粒子の分散安定性が高まり、さらにこの銀微粒子分散物を用いて形成した導体配線等が優れた導電性を示すと共にマイグレーションも生じにくいことを見い出した。さらに、この銀微粒子分散物を用いて薄膜トランジスタ(TFT)の電極を形成した際には良好なキャリア移動度を示し、TFTの電極として良好に機能することを見い出した。
本発明はこれらの知見に基づきさらに検討を重ね、完成されるに至ったものである。
本発明の上記課題は以下の手段により解決された。
〔1〕
水性媒体と、この水性媒体中に分散してなる有機微粒子と銀微粒子とを含有する銀微粒子分散物であって、
上記銀微粒子はノニオン性分散剤により上記水性媒体中に分散しており、
上記銀微粒子分散物を用いて形成した膜に対する水の接触角が60°以上である、銀微粒子分散物。
〔2〕
上記有機微粒子が、少なくとも表面にノニオン性基を有する、〔1〕に記載の銀微粒子分散物。
〔3〕
上記有機微粒子の平均粒径が200nm以下である、〔1〕又は〔2〕に記載の銀微粒子分散物。
〔4〕
上記有機微粒子の融点が60〜200℃である、〔1〕〜〔3〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔5〕
上記有機微粒子が、上記有機微粒子を用いて形成した膜に対する水の接触角が60°以上となる有機微粒子である、〔1〕〜〔4〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔6〕
上記有機微粒子が、ポリエチレン化合物、ポリプロピレン化合物、カルナバワックス、パラフィン化合物、ポリシロキサン化合物、又はエチレン酢酸ビニル共重合体化合物からなる、〔1〕〜〔5〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔7〕
上記銀微粒子の平均粒径が10〜200nmである、〔1〕〜〔6〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔8〕
上記銀微粒子分散物中、銀微粒子の含有量と有機微粒子の含有量の質量比が、銀微粒子/有機微粒子=100/1〜5/1である、〔1〕〜〔7〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔9〕
銀電極の形成に用いる、〔1〕〜〔8〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔10〕
〔1〕〜〔9〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物を用いたインク組成物。
〔11〕
インクジェット印刷に用いる、〔10〕に記載のインク組成物。
〔12〕
銀電極の形成に用いる、〔10〕又は〔11〕に記載のインク組成物。
〔13〕
〔1〕〜〔9〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物又は〔10〕〜〔12〕のいずれか1つに記載のインク組成物を用いて形成した銀電極。
〔14〕
〔13〕に記載の銀電極を有する薄膜トランジスタ。
本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本発明の銀微粒子分散物ないしインク組成物は、分散性及び分散安定性のいずれにも優れる。また、この銀微粒子分散物を用いて形成した導体配線等は導電性に優れ、マイグレーションの発生も効果的に抑えられる。
本発明の銀電極は、マイグレーションの発生が効果的に抑えられ、例えばTFTの電極として好適に用いることができる。さらに本発明の薄膜トランジスタは本発明の電極を有してなり、電極のマイグレーションが抑えられて電極間の絶縁信頼性に優れると共に優れたキャリア移動度を示す。
本発明の上記及び他の特徴及び利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
本発明の薄膜トランジスタの好ましい構造を模式的に示す図である。
[銀微粒子分散物]
本発明の銀微粒子分散物の好ましい実施形態について説明する。
本発明の銀微粒子分散物は、水性媒体と、この水性媒体中に分散してなる有機微粒子と、ノニオン性分散剤により上記水性媒体中に分散してなる銀微粒子とを含有する。本明細書において、水性媒体中に「分散」しているとは、微粒子状となって水性媒体中に一様に(均質に)散在している状態をいう。
本発明の銀微粒子分散物中において銀微粒子は、その少なくとも一部が上記ノニオン性分散剤に覆われ、水性媒体中に分散している。すなわち本発明における銀微粒子は、アニオン性基を有する分散剤やカチオン性基を有する分散剤で水性媒体中に分散した銀微粒子ではない。また、本発明の銀微粒子分散物は、通常は各成分が均質に混じり合った組成物の形態である。
本発明の銀微粒子分散物は、さらに界面活性剤、乾燥防止剤(膨潤剤)、浸透促進剤、防腐剤、消泡剤、粘度調整剤、pH調整剤、キレート剤、銀以外の金属粒子等を含有してもよい。
本発明の銀微粒子分散物は、イオン性の成分を含まないことが好ましい。イオン性の成分とは、銀微粒子分散物中において、イオン化して帯電した基を有する成分を意味する。
本発明の銀微粒子分散物がイオン性の成分を含まないことにより、銀微粒子分散物を用いて形成した導体配線等の導電性をより高めることができ、さらに、マイグレーションの発生もより抑えて絶縁信頼性を高めることができる。
<水性媒体>
本発明の銀微粒子分散物に用いる水性媒体(以下、「水性媒体(a)」ということもある。)は、水、又は、水と水溶性有機溶媒との混合液である。銀微粒子分散物に含まれる水性媒体中、水の含有量は10質量%以上が好ましく、20〜100質量%がより好ましく、30〜100質量%がさらに好ましく、50〜90質量%がさらに好ましい。
水としては、例えば蒸留水、イオン交換水、純水、超純水等が挙げられる。
水性媒体に含有されうる上記水溶性有機溶媒は、20℃において水に対する溶解度が10質量%以上であるものが好ましい。この水溶性有機溶媒として、例えば、アルコール、ケトン、エーテル化合物、アミド化合物、ニトリル化合物、スルホン化合物が挙げられる。
これらのうちアルコールとしては、例えば、エタノール、イソプロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、イソブタノール、ジアセトンアルコール、ジエチレングリコール、エチレングリコール、ジプロピレングリコール、プロピレングリコール、グリセリンが挙げられる。
また、ケトンとしては、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトンが挙げられる。
エーテル化合物としては、例えば、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンが挙げられる。
アミド化合物としては、例えば、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミドが挙げられる。
ニトリル化合物としては、例えば、アセトニトリルが挙げられる。
スルホン化合物としては、例えば、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、スルホランが挙げられる。
本発明の銀微粒子分散物中の水性媒体の含有量は、10〜90質量%が好ましく、20〜85質量%がより好ましく、30〜70質量%がさらに好ましい。
<銀微粒子>
本発明の銀微粒子分散物に含有される銀微粒子は、常法により調製することができる。
例えば、硝酸銀(I)(AgNO)やメタンスルホン酸銀(CHSOAg)等の銀化合物と、後述するノニオン性分散剤とを水中に溶解し、還元剤を添加し、撹拌しながら一定時間、銀イオンを還元することにより、銀微粒子を分散物として得ることができる。
上記還元剤に特に制限はなく、銀化合物を還元して銀微粒子を得るために用いられる従来公知の還元剤を用いることができる。なかでも、粒径が小さく且つ粒径の揃った銀微粒子を得る観点から、還元剤として、アルコール(好ましくはメタノール、エタノール、2−プロパノール、エチレングリコール、トリメチロールプロパン、N,N−ジエチルヒドロキシルアミン、又は3−アミノ−1−プロパノール)、ヒドロキシ基を有しないアミン(好ましくは、ヒドラジン、又はフェニルヒドラジン)、アスコルビン酸、ホルムアルデヒド、糖類等を用いることが好ましい。
銀微粒子の粒径は、使用する銀化合物、分散剤、還元剤の種類と配合比を適宜に調整し、さらに撹拌速度、温度、時間等を適宜に調整することにより調節することができる。
本発明の銀微粒子分散物中において、銀微粒子の平均粒径は水性媒体中に安定的に分散できれば特に制限はないが、低温融着性と印刷適性の観点から10〜200nmであることが好ましく、10〜100nmであることがより好ましく、20〜100nmであることがさらに好ましく、20〜80nmであることがさらに好ましく、25〜70nmであることがさらに好ましく、30〜60nmであることがさらに好ましく、30〜50nmであることがさらに好ましい。銀微粒子の平均粒径を上記好ましい範囲内とすることにより、膜、配線、電極等を形成した際に、十分に低い体積抵抗値とすることができる。
本明細書における銀微粒子の平均粒径は、濃厚系粒径アナライザーFPAR−1000(製品名、大塚電子(株)製)を用いて測定される。具体的には、上記装置(FPAR−1000)を用いて標準測定条件で測定し、キュムラント解析により平均粒径を求める。
また、銀微粒子分散物中の銀微粒子の粒径分布に関しては、特に制限はなく、広い粒径分布又は単分散性の粒径分布のいずれであってもよい。
本発明の銀微粒子分散物中の銀微粒子の含有量は、10〜80質量%であるのが好ましく、より好ましくは20〜70質量%、さらに好ましくは20〜50質量%、さらに好ましくは20〜40質量%である。上記の範囲内であれば、十分な厚みと導電性とを有する導体配線や導電膜を形成でき、また、各種の印刷方法に適した流動性の銀微粒子分散物を得ることができる。
<ノニオン性分散剤>
本発明の銀微粒子分散物において、銀微粒子はその表面の一部がノニオン性分散剤により覆われ、水性媒体中に分散している。本明細書においてノニオン性分散剤とは、親水性基としてノニオン性基(非イオン性基)を有し、イオン性の基を有さない分散剤を意味する。
上述した、銀化合物を還元して銀微粒子を得る際に、ノニオン性分散剤を共存させておくことにより、得られた銀微粒子を安定的に分散させることができる。
本発明に用いうるノニオン性分散剤は、水に対して溶解性を示すものであれば特に制限はないが、銀微粒子の分散性をより高める観点から、高分子化合物であることが好ましい。好ましいノニオン性分散剤の例として、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリエチレングリコール−ポリプロピレングリコール共重合体、ポリ(メトキシポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート)、ポリ(ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート)またはそれらの共重合体を挙げることができる。
その重量平均分子量は、2000〜50000であることが好ましく、3000〜50000であることがより好ましく、3000〜30000であることがより好ましく、5000〜30000であってもよい。
本明細書において、重量平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフ(GPC)で測定される。GPCは、HLC−8220GPC(東ソー(株)製)を用い、カラムとして、TSKgeL Super HZM−H、TSKgeL Super HZ4000、TSKgeL Super HZ2000(東ソー(株)製、4.6mmID×15cm)の3本を直列に接続し、溶離液としてTHF(テトラヒドロフラン)を用いる。また、条件としては、試料濃度を0.35質量%、流速を0.35ml/min、サンプル注入量を10μl、測定温度を40℃とし、IR検出器を用いて行なう。また、検量線は、東ソー(株)製「標準試料TSK standard,polystyrene」:「F−40」、「F−20」、「F−4」、「F−1」、「A−5000」、「A−2500」、「A−1000」、「n−プロピルベンゼン」の8サンプルから作製する。
本発明の銀微粒子分散物中、銀微粒子の含有量とノニオン性分散剤の含有量との比は、分散安定性の観点から、[銀微粒子の含有量]/[ノニオン性分散剤の含有量]=50/1〜10/1(質量比)が好ましく、[銀微粒子の含有量]/[ノニオン性分散剤の含有量]=50/1〜20/1がより好ましい。銀微粒子分散物中のノニオン性分散剤の含有量は下記方法で測定される。
銀微粒子分散物を遠心分離やクロスフローろ過等により銀微粒子と有機微粒子を分離した後、銀微粒子をTG測定用アルミパンに5mgとり、ホットプレートにて150℃、5分間加熱して水溶性溶剤を揮発させる。次いで、示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA)(STA7000シリーズ、日立ハイテク社製)を用いて、20℃/分の昇温速度にて500℃まで昇温し、重量減少した割合をノニオン性分散剤の含有率とし、銀微粒子分散物中のノニオン性分散剤の含有量を算出する。
<有機微粒子>
本発明の銀微粒子分散物中には、銀微粒子に加えて、さらに有機微粒子が分散している。本発明の銀微粒子分散物が有機微粒子を含有することにより、銀微粒子の分散性をより高めることができる。また、銀微粒子分散物を用いて膜、配線ないし電極を形成した際には、これらの疎水性を高めて水分に対するバリア性を付与し、マイグレーションが効果的に抑制されるものと推定される。しかもこの有機微粒子は、銀微粒子分散物を用いて形成した膜、配線ないし電極の導電性にはほとんど影響しない。
有機微粒子は、少なくともその表面にノニオン性基を有することが好ましく、このノニオン性基により水性媒体中に分散していることが好ましい。このノニオン性基中には、例えば、ポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基、ポリオキシブチレン基、ポリ(オキシエチレン−オキシプロピレン)基、及びポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレン基等のポリオキシアルキレン基、水酸基、アミド基、アミド結合、エステル結合、カーボネート基、ウレア基、及びウレタン基から選ばれる構造が含まれることが好ましく、なかでもポリオキシアルキレン基が含まれることが好ましい。
有機微粒子がノニオン性基を有することは、有機微粒子を乾燥した膜を熱分解GC−MSにより分析し、上記ノニオン性基由来のフラグメントを検出することにより確認することができる。
上記有機微粒子の物性としては、上記有機微粒子を用いて形成した膜に対する水(純水)の接触角が、60°以上であることが好ましく、60〜110°であることがより好ましく、70〜110°であることがさらに好ましく、75〜110°であることがさらに好ましく、80〜110°であることがさらに好ましい。「有機微粒子を用いて形成した膜に対する水の接触角」とは、より具体的には、有機微粒子の濃度が20質量%となるように水中に分散させた有機微粒子分散物を、清浄な50mm角のガラス基板に、塗布後の有機微粒子の量が30g/mとなるようにスピンコート(500rpm、30秒)により塗布し、次いでオーブンにて200℃、2時間加熱し、その後放冷して得た膜に対する純水(1μL)の接触角を意味する。接触角は、全自動接触角計 DM−901(協和界面化学)を用いて25℃の温度下で測定される。
本発明に用いる有機微粒子は、融点が60〜200℃であることが好ましく、80〜160℃であることがより好ましい。
有機微粒子を構成する有機化合物としては、例えば、ポリエチレン化合物、ポリプロピレン化合物、カルナバワックス、パラフィン化合物、ポリシロキサン化合物、及びエチレン酢酸ビニル共重合体化合物から選ばれる化合物が挙げられ、なかでもポリエチレン化合物、ポリプロピレン化合物及びポリシロキサン化合物から選ばれる化合物であることがより好ましい。有機微粒子を構成する上記有機化合物は、ノニオン性基で修飾されたものであることが好ましい。
このような有機微粒子として市販品を用いることもできる。例えば、ケミパール(三井化学社製)、AQUACER(商品名、BYK社製)、Poligen(商品名、BASF社製)、ザイクセン(商品名、住友精化社製)、TEGO GLIDE(商品名、EVONIK社製)、ULTRALUBE(商品名、keim additec Surface GmbH社製)等が商業的に入手可能であり、本発明の銀微粒子分散物に好適に用いることができる。上記で挙げた市販の有機微粒子を用いて形成した膜の水(純水)に対する接触角は60〜110°の範囲内にある。
本発明に用いる有機微粒子の平均粒径は、500nm以下であることが好ましく、より好ましくは10〜500nm、さらに好ましくは50〜200nm、さらに好ましくは70〜170nm、さらに好ましくは80〜150nmである。
本明細書において有機微粒子の平均粒径は、上述の銀微粒子の平均粒径の測定方法と同様にして測定される値とする。
本発明の銀微粒子分散物中、有機微粒子の含有量は0.5〜30質量%であることが好ましく、より好ましくは2〜20質量%、さらに好ましくは3〜20質量%であり、さらに好ましくは4〜15質量%であり、さらに好ましくは5〜10質量%である。
また、本発明の銀微粒子分散物中、銀微粒子の含有量と有機微粒子の含有量との比は、[銀微粒子の含有量]/[有機微粒子の含有量]=100/1〜5/1(質量比)が好ましく、[銀微粒子の含有量]/[有機微粒子の含有量]=50/1〜20/1(質量比)がより好ましい。
<銀微粒子分散物の物性>
本発明の銀微粒子分散物の粘度は、銀微粒子や有機微粒子等の含有量にもよるが、通常は1〜200mPa・sであり、2.5〜100mPa・sであることがより好ましく、5〜50mPa・sであることがさらに好ましく、5〜20mPa・sであることがさらに好ましい。銀微粒子分散物の粘度はTV−22型粘度計(東機産業(株)社製)を用い、25℃で測定したものである。
本発明の銀微粒子分散物のpHは、分散安定性の観点から、25℃においてpH5〜10が好ましく、pH6〜10がより好ましく、pH6〜8がさらに好ましい。
本発明の銀微粒子分散物は、銀微粒子分散物を用いて形成した膜に対する水(純水)の接触角が60°以上であり、好ましくは60〜110°、より好ましくは65〜105°、さらに好ましくは70〜100°である。上記接触角を60°以上とすることにより、形成した導体配線等のマイグレーションをより効果的に抑えることができる。「銀微粒子分散物を用いて形成した膜に対する水の接触角」とは、より具体的には、清浄な50mm角のガラス基板に、銀微粒子の濃度を30質量%に調整した銀微粒子分散物を、塗布後の銀微粒子の量が30g/mとなるようにスピンコート(500rpm、30秒)により塗布し、次いでオーブンにて200℃、2時間加熱し、その後放冷して得た膜に対する純水(1μL)の接触角を意味する。この接触角は、全自動接触角計 DM−901(協和界面化学)を用いて25℃の温度下で測定した値とする。銀微粒子分散物の濃度の調製は、純水による希釈、あるいは限外ろ過による濃縮により行う。
[インク組成物]
本発明のインク組成物は、本発明の銀微粒子分散物そのものでもよい。また、本発明の銀微粒子分散物を原料として用いて調製されるものであってもよい。より詳細には、少なくとも本発明の銀微粒子分散物と、水性媒体(以下、「水性媒体(b)」という。)とを混合することにより、本発明のインク組成物を調製してもよい。また、場合によっては本発明の銀微粒子分散物を濃縮して本発明のインク組成物とすることもできる。本発明のインク組成物には、必要に応じて、界面活性剤、乾燥防止剤(膨潤剤)、浸透促進剤、紫外線吸収剤、防腐剤、防錆剤、消泡剤、粘度調整剤、pH調整剤、キレート剤等の添加剤を混合してもよい。また、銀微粒子100質量部に対して10質量部以下の量で、銀微粒子以外の金属微粒子を含んでもよい。銀微粒子以外の金属微粒子としては、例えば、銅、金、パラジウム、ニッケル、亜鉛、チタン、及びクロムから選ばれる金属の微粒子が挙げられる。インク組成物を得る際の各成分の混合方法に特に制限はなく、通常用いられる混合方法を適宜に選択し、本発明のインク組成物を得ることができる。
水性媒体(b)は水性媒体(a)と同義であり、好ましい範囲も同じである。本発明のインク組成物中、水性媒体の含有量(水性媒体(a)と(b)の含有量の合計)は、分散安定性と印刷適性の観点から、10〜90質量%が好ましく、20〜85質量%がより好ましく、30〜70質量%がさらに好ましい。
本発明のインク組成物中、銀微粒子の含有量は、印刷適性等の観点から、10〜80質量%であるのが好ましく、より好ましくは20〜70質量%、さらに好ましくは20〜50質量%、さらに好ましくは20〜40質量%である。
また、本発明のインク組成物中に分散している銀微粒子の平均粒径は、10〜200nmであることが好ましく、10〜100nmであることがより好ましく、20〜100nmであることがさらに好ましく、20〜80nmであることがさらに好ましく、25〜70nmであることがさらに好ましく、30〜60nmであることがさらに好ましく、30〜50nmであることがさらに好ましい。インク組成物中の銀微粒子の平均粒径は、上述した、銀微粒子分散物中の銀微粒子の平均粒径の測定方法と同じ方法で測定される値とする。
本発明のインク組成物中に分散している有機微粒子の含有量は、0.5〜30質量であることが好ましく、より好ましくは2〜20質量%、さらに好ましくは3〜20質量%であり、さらに好ましくは4〜15質量%であり、さらに好ましくは5〜10質量%である。
また、本発明のインク組成物中に分散している有機微粒子の平均粒径は、500nm以下であることが好ましく、より好ましくは10〜500nm、さらに好ましくは50〜200nm、さらに好ましくは70〜170nm、さらに好ましくは80〜150nmである。
上記インク組成物が含有しうる上記界面活性剤は、例えば表面張力調整剤として用いることができる。
上記界面活性剤としては、形成した導体配線の導電性やマイグレーション抑制の観点から、ノニオン性界面活性剤が好ましく、中でもアセチレングリコール誘導体(アセチレングリコール系界面活性剤)がより好ましい。
上記アセチレングリコール系界面活性剤としては、例えば、2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオール及び2,4,7,9−テトラメチル−5−デシン−4,7−ジオールのアルキレンオキシド付加物等を挙げることができ、これから選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。これらの化合物の市販品としては例えば、日信化学工業社のオルフィンE1010などのEシリーズを挙げることができる。
上記界面活性剤は、インクジェット方式によりインク組成物の吐出を良好に行う観点から、インク組成物の表面張力を20〜60mN/mに調整できる範囲の量で含有させるのが好ましく、より好ましくはインク組成物の表面張力を20〜45mN/m、更に好ましくは25〜40mN/mに調整できる範囲の量で含有させる。
表面張力は、Automatic Surface Tensiometer CBVP−Z(協和界面科学株式会社製)を用いて25℃の条件下で測定される。
本発明のインク組成物が界面活性剤を含む場合、界面活性剤の含有量は特に限定されないが、インク組成物中、0.1質量%以上が好ましく、より好ましくは0.1〜10質量%であり、更に好ましくは0.2〜3質量%である。
本発明のインク組成物の粘度には特に限定はないが、25℃での粘度が、1.2mPa・s以上15.0mPa・s以下であることが好ましく、より好ましくは2mPa・s以上13mPa・s未満であり、更に好ましくは2.5mPa・s以上10mPa・s未満である。インク組成物の粘度は、上述した、銀微粒子分散物の粘度の測定方法と同じ方法で得られる値とする。
本発明のインク組成物のpHは、分散安定性の観点から、25℃においてpH6〜11が好ましく、pH7〜10がより好ましく、pH7〜9がさらに好ましい。
本発明のインク組成物は、これを基材上に塗布し、大気中、通常は100℃〜250℃、好ましくは120℃〜200℃で、通常は1分〜4時間、好ましくは5分〜2時間加熱して焼結することにより、導体配線、導電膜、銀電極などを形成することができる。本発明のインク組成物の塗布方法に特に制限はなく、公知のインク付与方法を用いることができる。例えば、スクリーン印刷法、ディップコーティング法、スプレー塗布法、スピンコーティング法、インクジェット法などの塗布法が挙げられる。中でも、インクの効率的使用、記録装置のコンパクト化、高速記録性の観点から、インク組成物をインクジェット方式によって付与することが好ましい。
インクジェット方式には、特に制限はなく、公知の方式、例えば、静電誘引力を利用してインクを吐出させる電荷制御方式、ピエゾ素子の振動圧力を利用するドロップオンデマンド方式(圧力パルス方式)、電気信号を音響ビームに変えインクに照射して放射圧を利用してインクを吐出させる音響インクジェット方式、インクを加熱して気泡を形成し、生じた圧力を利用するサーマルインクジェット方式等のいずれであってもよい。
また、インクジェット方式で用いるインクジェットヘッドは、オンデマンド方式でもコンティニュアス方式でも構わない。さらに上記インクジェット方式により記録を行う際に使用するインクノズル等についても特に制限はなく、目的に応じて、適宜選択することができる。
インクの塗布をインクジェット方式で実施する場合、高精細なパターンを形成する観点から、インクジェット方式により吐出されるインク組成物の液滴量が1.0〜20pLであることが好ましく、2.5〜10pLであることより好ましい。吐出されるインク組成物の液滴量は、吐出条件を適宜に調整して調節することができる。
[銀電極]
本発明の銀電極は、本発明の銀微粒子分散物ないしインク組成物を用いて形成される。より詳細には、上述した銀微粒子分散物ないしインク組成物を基板上に塗布して、大気中で加熱処理を施す(焼結する)ことにより本発明の銀電極を形成することができる。上記加熱処理を施すことにより、銀微粒子同士が互いに融着してグレインを形成し、さらにグレイン同士が接着・融着して銀層を形成する。また、上記加熱処理により有機微粒子が銀微粒子の間に適度に存在する状態で層が形成されるため、水分をほどよく弾き、銀のイオンマイグレーションが効果的に抑制されるものと推定される。
上記加熱処理の温度は、100℃〜250℃が好ましく、120℃〜200℃がより好ましい。また、上記加熱時間は、1分〜4時間が好ましく、5分〜2時間がより好ましい。
加熱処理の温度と時間を上記好ましい範囲内とすることにより、銀微粒子が十分に焼結され、所望の導電性(体積抵抗値)が得られやすい。
本発明の銀電極の体積抵抗値は、好ましくは2×10−6〜5×10−4Ωcm、より好ましくは2×10−6〜5×10−5Ωcmである。
[薄膜トランジスタ(TFT)]
本発明のTFTは、本発明の銀電極を有する。本発明のTFTにおいて、本発明の銀電極は、ゲート電極、ソース電極及び/又はドレイン電極として用いられ、少なくともソース電極及びドレイン電極として用いられることが好ましい。
本発明のTFTの好ましい実施形態を以下に説明するが、本発明のTFTはこれらの態様に限定されるものではなく、少なくとも1つの電極が、本発明の銀微粒子分散物ないしインク組成物を用いて形成されていれば特に制限はない。
本発明のTFTは、基板上に、ゲート電極と、半導体層と、上記ゲート電極と上記半導体層との間に設けられたゲート絶縁層と、上記半導体層に接して設けられ、上記半導体を介して連結されたソース電極及びドレイン電極とを有する。ゲート電極に電圧が印加されると、ソース電極−ドレイン電極間の半導体層と隣接する層との界面に電流の流路(チャネル)が形成される。すなわち、ゲート電極に印加される入力電圧に応じて、ソース電極とドレイン電極との間を流れる電流が制御される。
本発明のTFTの好ましい構造を図面に基づいて説明する。各図面に示されるTFTは、本発明の理解を容易にするための模式図であり、各部材のサイズないし相対的な大小関係等は説明の便宜上大小を変えている場合があり、実際の関係をそのまま示すものではない。また、本発明で規定する事項以外はこれらの図面に示された外形、形状に限定されるものでもない。例えば、図1(A)及び(B)において、ゲート電極は必ずしも基板のすべてを覆っている必要はなく、基板の中央部分に設けられた形態も、本発明のTFTの形態として好ましい。
図1(A)〜(D)は、各々、本発明のTFTの代表的な好ましい構造を模式的に表わす縦断面図である。図1(A)〜(D)において、1は半導体層、2はゲート絶縁層、3はソース電極、4はドレイン電極、5はゲート電極、6は基板を示す。
また、図1(A)は、ボトムゲート・ボトムコンタクト型、図1(B)は、ボトムゲート・トップコンタクト型、図1(C)はトップゲート・ボトムコンタクト型、図1(D)はトップゲート・トップコンタクト型のTFTを示している。本発明のTFTには上記4つの形態のすべてが包含される。図示を省略するが、各TFTの図面最上部(基板6に対して反対側)には、オーバーコート層が形成されている場合もある。
<基板>
基板は、TFT及びその上に作製される表示パネル等を支持できるものであればよい。基板は、表面に絶縁性があり、シート状で、表面が平坦であれば特に限定されない。
基板の材料として、無機材料を用いてもよい。無機材料からなる基板として、例えば、ソーダライムガラス、石英ガラス等の各種ガラス基板や、表面に絶縁膜が形成された各種ガラス基板、表面に絶縁膜が形成された石英基板、表面に絶縁膜が形成されたシリコン基板、サファイヤ基板、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル等の各種合金や各種金属からなる金属基板、金属箔、紙等を挙げることができる。
基板がステンレスシート、アルミ箔、銅箔又はシリコンウェハ等の導電性あるいは半導体性の材料で形成されている場合、通常は、表面に絶縁性の高分子材料あるいは金属酸化物等を塗布又は積層して用いられる。
また、基板の材料として、有機材料を用いてもよい。例えば、ポリメチルメタクリレート(ポリメタクリル酸メチル、PMMA)やポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチルエーテルケトン、ポリオレフィン、ポリシクロオレフィンに例示される有機ポリマーから構成された可撓性を有するプラスチック基板(プラスチックフィルム、プラスチックシートともいう)を挙げることができる。また雲母で形成したものも挙げることができる。
基板の厚みは、10mm以下であるのが好ましく、2mm以下であるのがさらに好ましく、1mm以下であるのが特に好ましい。また、一方で、0.01mm以上であるのが好ましく、0.05mm以上であるのがさらに好ましい。
<ゲート電極>
ゲート電極は、TFTのゲート電極として用いられている従来公知の電極を用いることができる。また本発明の銀微粒子分散物ないしインク組成物を用いて形成することもできる。
ゲート電極を構成する導電性材料(電極材料ともいう)としては、特に限定されない。例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、モリブデン、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム、パラジウム、鉄、マンガン等の金属;InO、SnO、インジウム・錫酸化物(ITO)、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)等の導電性金属酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸(PEDOT/PSS)等の導電性高分子;塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、PF、AsF、FeCl等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子等のドーパントを添加した上記導電性高分子、並びに、カーボンブラック、グラファイト粉、金属微粒子等を分散した導電性の複合材料等が挙げられる。これらの材料は、1種のみを用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
ゲート電極の形成方法に制限は無い。例えば、真空蒸着法等の物理蒸着法(PVD)、化学蒸着法(CVD法)、スパッタ法、印刷法(塗布法)、転写法、ゾルゲル法、メッキ法等により形成された膜を、必要に応じて所望の形状にパターンニングする方法が挙げられる。
また、ゲート電極を塗布法により形成することもできる。塗布法では、上記材料の溶液、ペースト又は分散液を調製、塗布し、乾燥、焼成、光硬化又はエージング等により、膜を形成し、又は直接電極を形成できる。
また、インクジェット印刷、スクリーン印刷、(反転)オフセット印刷、凸版印刷、凹版印刷、平版印刷、熱転写印刷、マイクロコンタクトプリンティング法等は、所望のパターニングが可能であり、工程の簡素化、コスト低減、高速化の点で好ましい。
スピンコート法、ダイコート法、マイクログラビアコート法、ディップコート法を採用する場合も、下記フォトリソグラフィー法等と組み合わせてパターニングすることができる。
ゲート電極の厚みは、任意であるが、1nm以上が好ましく、10nm以上が特に好ましい。また、500nm以下が好ましく、200nm以下がより好ましい。
<ゲート絶縁層>
ゲート絶縁層は、絶縁性を有する層であれば特に限定されず、単層であってもよいし、多層であってもよい。
ゲート絶縁層は、絶縁性の材料で形成されるのが好ましく、絶縁性の材料として、例えば、有機高分子、無機酸化物等が好ましく挙げられる。
有機高分子及び無機酸化物等は、絶縁性を有するものであれば特に限定されず、薄膜、例えば厚み1μm以下の薄膜を形成できるものが好ましい。
有機高分子及び無機酸化物は、ぞれぞれ、1種を用いても、2種以上を併用してもよく、また、有機高分子と無機酸化物を併用してもよい。
有機高分子としては、特に限定されるものではないが、例えば、ポリビニルフェノール、ポリスチレン(PS)、ポリメチルメタクリレートに代表されるポリ(メタ)アクリレート、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、CYTOPに代表される環状フルオロアルキルポリマー、ポリシクロオレフィン、ポリエステル、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリイミド、エポキシ樹脂、ポリジメチルシロキサン(PDMS)に代表されるポリオルガノシロキサン、ポリシルセスキオキサン又はブタジエンゴム等が挙げられる。また、上記の他にも、フェノール樹脂、ノボラック樹脂、シンナメート樹脂、アクリル樹脂、ポリパラキシリレン樹脂等の熱硬化性樹脂も挙げられる。
上記無機酸化物としては、特に限定されるものではないが、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素(SiN)、酸化ハフニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化ニッケル等の酸化物、また、SrTiO、CaTiO、BaTiO、MgTiO、SrNbのようなペロブスカイト、あるいはこれらの複合酸化物又は混合物等が挙げられる。ここで、酸化ケイ素としては、酸化シリコン(SiO)の他に、BPSG、PSG、BSG、AsSG、PbSG、酸化窒化シリコン(SiON)、SOG(スピンオングラス)、低誘電率SiO系材料(例えば、ポリアリールエーテル、シクロパーフルオロカーボンポリマー及びベンゾシクロブテン、環状フッ素樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化アリールエーテル、フッ化ポリイミド、アモルファスカーボン、有機SOG)を含む。
ゲート絶縁層を無機酸化物で形成する方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング又はCVD法等の真空成膜法を用いることができ、また成膜中に任意のガスを用いたプラズマやイオン銃、ラジカル銃等でアシストを行ってもよい。
<半導体層>
半導体層は、半導体性を示し、キャリアを蓄積可能な層である。半導体層には従来公知の有機又は無機の半導体化合物を広く用いることができる。
有機半導体としては、特に限定されず、有機ポリマー及びその誘導体、低分子化合物等が挙げられる。
本発明において、低分子化合物は、有機ポリマー及びその誘導体以外の化合物を意味する。すなわち、繰り返し単位を有さない化合物をいう。低分子化合物は、このような化合物である限り、分子量は特に限定されるものではない。
低分子化合物としては、例えば、縮合多環芳香族化合物が挙げられる。例えば、ナフタセン、ペンタセン(2,3,6,7−ジベンゾアントラセン)、ヘキサセン、ヘプタセン、ジベンゾペンタセン、テトラベンゾペンタセン等のアセン、アントラジチオフェン、ピレン、ベンゾピレン、ジベンゾピレン、クリセン、ペリレン、コロネン、テリレン、オバレン、クオテリレン、サーカムアントラセン、及び、これらの炭素原子の一部をN、S、O等の原子で置換した誘導体又は上記炭素原子に結合している少なくとも1つの水素原子をカルボニル基等の官能基で置換した誘導体(ペリキサンテノキサンテン及びその誘導体を含むジオキサアンタントレン系化合物、トリフェノジオキサジン、トリフェノジチアジン、ヘキサセン−6,15−キノン等)、並びに、上記水素原子を他の官能基で置換した誘導体を挙げることができる。
また、銅フタロシアニンで代表される金属フタロシアニン、テトラチアペンタレン及びその誘導体、ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(4−トリフルオロメチルベンジル)ナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロオクチル)、N,N’−ビス(1H,1H−ペルフルオロブチル)、N,N’−ジオクチルナフタレン−1,4,5,8−テトラカルボン酸ジイミド誘導体、ナフタレン−2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミド等のナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、アントラセン−2,3,6,7−テトラカルボン酸ジイミド等のアントラセンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド、C60、C70、C76、C78、C84等のフラーレン及びこれらの誘導体、SWNT等のカーボンナノチューブ、メロシアニン色素、ヘミシアニン色素等の色素とこれらの誘導体等を挙げることもできる。
さらに、ポリアントラセン、トリフェニレン、キナクリドンを挙げることができる。
また、低分子化合物としては、例えば、4,4’−ビフェニルジチオール(BPDT)、4,4’−ジイソシアノビフェニル、4,4’−ジイソシアノ−p−テルフェニル、2,5−ビス(5’−チオアセチル−2’−チオフェニル)チオフェン、2,5−ビス(5’−チオアセトキシル−2’−チオフェニル)チオフェン、4,4’−ジイソシアノフェニル、ベンジジン(ビフェニル−4,4’−ジアミン)、TCNQ(テトラシアノキノジメタン)、テトラチアフルバレン(TTF)及びその誘導体、テトラチアフルバレン(TTF)−TCNQ錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン(BEDTTTF)−過塩素酸錯体、BEDTTTF−ヨウ素錯体、TCNQ−ヨウ素錯体に代表される電荷移動錯体、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、1,4−ジ(4−チオフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼン、1,4−ジ(4−イソシアノフェニルアセチリニル)−2−エチルベンゼン、1,4−ジ(4−チオフェニルエチニル)−2−エチルベンゼン、2,2”−ジヒドロキシ−1,1’:4’,1”−テルフェニル、4,4’−ビフェニルジエタナール、4,4’−ビフェニルジオール、4,4’−ビフェニルジイソシアネート、1,4−ジアセチニルベンゼン、ジエチルビフェニル−4,4’−ジカルボキシレート、ベンゾ[1,2−c;3,4−c’;5,6−c”]トリス[1,2]ジチオール−1,4,7−トリチオン、α−セキシチオフェン、テトラチアテトラセン、テトラセレノテトラセン、テトラテルルテトラセン、ポリ(3−アルキルチオフェン)、ポリ(3−チオフェン−β−エタンスルホン酸)、ポリ(N−アルキルピロール)ポリ(3−アルキルピロール)、ポリ(3,4−ジアルキルピロール)、ポリ(2,2’−チエニルピロール)、ポリ(ジベンゾチオフェンスルフィド)を例示することができる。
半導体層を形成する無機半導体材料としては、特に限定されないが、その好ましい例として酸化物半導体が挙げられる。
酸化物半導体としては、金属酸化物からなるものであれば特に限定されない。酸化物半導体からなる半導体層は、酸化物半導体前駆体、すなわち熱酸化等の変換処理によって金属酸化物からなる半導体材料に変換される材料を用いて形成するのが好ましい。
酸化物半導体は特に限定されるものではないが、例えば、酸化インジウムガリウム亜鉛、酸化インジウムガリウム、酸化インジウムスズ亜鉛、酸化ガリウム亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化インジウム亜鉛、酸化スズ亜鉛、酸化亜鉛、酸化スズ、例えば、InGaZnO、InGaO、InSnZnO、GaZnO、InSnO、InZnO、SnZnO(いずれもx>0)、ZnO、SnOが挙げられる。
上記酸化物半導体前駆体としては、例えば、金属の硝酸塩、金属のハロゲン化物、アルコキシドが挙げられる。上記酸化物半導体前駆体が含有する金属は、例えば、Li、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Cd、In、Ir、Sn、Sb、Cs、Ba、La、Hf、Ta、W、Tl、Pb、Bi、Ce、Pr、Nd、Pm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Luからなる群から選ばれる少なくとも1種が挙げられる。
酸化物半導体前駆体の具体例としては、例えば、硝酸インジウム、硝酸亜鉛、硝酸ガリウム、硝酸スズ、硝酸アルミニウム、塩化インジウム、塩化亜鉛、塩化スズ(2価)、塩化スズ(4価)、塩化ガリウム、塩化アルミニウム、トリ−i−プロポキシインジウム、ジエトキシ亜鉛、ビス(ジピバロイルメタナト)亜鉛、テトラエトキシスズ、テトラ−i−プロポキシスズ、トリ−i−プロポキシガリウム、トリ−i−プロポキシアルミニウムが挙げられる。
<ソース電極、ドレイン電極>
本発明のTFTにおいて、ソース電極及びドレイン電極は、本発明の銀微粒子分散物ないしインク組成物を用いて形成されていることが好ましい。ソース電極及びドレイン電極が本発明の銀微粒子分散物ないしインク組成物を用いて形成されていない場合は、従来公知のソース電極、ドレイン電極を採用することできる。例えば、上記ゲート電極で説明した導電性材料等を用いることができる。
ソース電極及びドレイン電極は、それぞれ、上記ゲート電極の形成方法と同様の方法により形成することができる。
以下に実施例に基づき、本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明がこれに限定して解釈されるものではない。
[参考例1] 銀微粒子の調製(ノニオン性分散剤による分散)
分散剤としてポリビニルピロリドン(重量平均分子量3000、シグマアルドリッチ社製)(7.36g)を水(100mL)に溶解させた溶液aを調製した。また、硝酸銀50.00g(294.3mmol)を水(200mL)に溶解させた溶液bを調製した。溶液aと溶液bとを混合し、攪拌した。得られた混合液に、N,N−ジエチルヒドロキシルアミン濃度が85質量%の水溶液(78.71g)(N,N−ジエチルヒドロキシルアミンとして750.5mmol)を室温でゆっくり滴下し、さらに、ポリビニルピロリドン(7.36g)を水(1000mL)に溶解させた溶液を室温でゆっくり滴下した。得られた懸濁液を限外濾過ユニット(ザルトリウス・ステディム社製ビバフロー50、分画分子量:10万、ユニット数:4個)に通し、限外濾過ユニットから約5Lの滲出液がでるまで精製水を通過させて精製した。精製水の供給を止め、濃縮し、銀微粒子の分散液30gを得た。この分散液中の固形分の含有量は50質量%であった。また、固形分中の銀の含有量をTG−DTA(示差熱熱重量同時測定)(日立ハイテク社製、モデル:STA7000シリーズ)により測定したところ、96.0質量%であった。
[参考例2] 銀微粒子の調製(イオン性分散剤による分散)
20℃の温度下において、硫酸第一鉄を0.25mol/L、クエン酸ソーダを0.5mol/Lの濃度で含む水溶液500mLに、濃度0.83mol/Lの硝酸銀溶液100mLを3秒間かけて添加した。混合後、300rpmで30秒間攪拌した。この反応で生成した銀コロイド液を3000rpmで遠心分離を行い、固形分を回収してこれを水に再分散させ、固形分濃度50質量%の銀微粒子の分散液を得た。
なお、参考例2で得られた銀微粒子分散物において、クエン酸ソーダは銀微粒子の表面に存在し、イオン性分散剤として機能している。
[参考例3] 銀微粒子の調製(イオン性高分子分散剤による分散)
硝酸銀66.8g、酢酸(和光純薬工業(株)製)10g、イオン性高分子分散剤(COOH含有高分子)(ビックケミー・ジャパン(株)製、商品名:ディスパービック190、酸価10mgKOH/g、有効成分40%、主溶剤:水)0.7gを、純水100gに投入し、激しく撹拌した。これに2−ジメチルアミノエタノール(和光純薬工業(株)製)100gを徐々に加えた。75℃で1.5時間撹拌後、球状銀粉が黒色沈殿物として生じた。デカンテーションによる上澄みの除去と水による希釈操作を繰り返し行い、吸引ろ過により沈殿物を回収し、純水により希釈して、カルボキシ基含有保護コロイドで保護された固形分濃度50質量%の銀微粒子の分散液を得た。
[参考例4] ノニオン性高分子分散剤の合成と銀微粒子の調製
100mLの三口フラスコに、ブレンマーPME−1000を7g(日油社製)、N,N−ジメチルアミノエチルメタクリレート(1g)、2−ブタノン20gを入れ、窒素気流下、80℃まで加熱した。そこへ、パーブチルO(商品名、日油(株)製)49.3mg、2−ブタノン1.0gを加え、40時間攪拌した。反応終了後、室温まで冷却し、2−ブタノン18.0gで希釈した。ヘキサンで再沈を行った後、分取クロマトグラフィーで分子量分画分取を行い、ノニオン性分散剤Z(Mw=12000、Mn=10000)を7.9g得た。
上記参考例1において、ポリビニルピロリドンに代えて上記ノニオン性分散剤Zを用いたこと以外は、上記参考例1と同様にして、固形分濃度50質量%の銀微粒子の分散液を得た。
[参考例5]
上記参考例1において、ポリビニルピロリドン(重量平均分子量3000、シグマアルドリッチ社製)をポリビニルピロリドン(重量平均分子量6000、シグマアルドリッチ社製)に代えたこと以外は、上記参考例1と同様にして固形分濃度50質量%の銀微粒子の分散液を得た。
[参考例6]
上記参考例1において、ポリビニルピロリドン(重量平均分子量3000、シグマアルドリッチ社製)をポリビニルピロリドン(重量平均分子量15000、シグマアルドリッチ社製)に代えたこと以外は、上記参考例1と同様にして固形分濃度50質量%の銀微粒子の分散液を得た。
[調製例1] 銀微粒子分散物(インク組成物)の調製
上記参考例1で得られた銀微粒子の分散液1gに、2−プロパノール0.2g、界面活性剤としてオルフィンE−1010(商品名、日信化学工業社製)を0.01g、有機微粒子としてAQUACER539(BYK社製)0.1g(固形分として)を添加し、イオン交換水を適量添加し、銀濃度が30質量%となるように銀微粒子分散物(インク組成物)を調製した。この銀微粒子分散物の表面張力は30mN/m、25℃における粘度は8mPa・sであった。また、この銀微粒子分散物中、銀微粒子の含有量は30質量%、有機微粒子の含有量は6質量%である。
[調製例2〜13] 銀微粒子分散物(インク組成物)の調製
上記調製例1において、AQUACER539に代えて、下記表2に示す有機微粒子を用いたこと以外は、上記調製例1と同様にして銀微粒子分散物(インク組成物)を得た。
[調製例14]
上記調製例1において、参考例1で得られた銀微粒子の分散液に代えて、参考例5で得られた銀微粒子を用いたこと以外は、上記調製例1と同様にして銀微粒子分散物(インク組成物)を得た。
[調製例15]
上記調製例1において、参考例1で得られた銀微粒子の分散液に代えて、参考例6で得られた銀微粒子を用いたこと以外は、上記調製例1と同様にして銀微粒子分散物(インク組成物)を得た。
[調製例16]
上記調製例1において、上記参考例1の銀微粒子の分散液に代えて、参考例4の銀微粒子を用いたこと以外は、上記調製例1と同様にして銀微粒子分散物(インク組成物)を得た。
[比較調製例1] 銀微粒子分散物(インク組成物)の調製
上記調製例1において、AQUACER539を添加しなかったこと以外は、上記調製例1と同様にして銀微粒子分散物(インク組成物)を得た。
[比較調製例2]
上記調製例1において、上記参考例1で得られた銀微粒子の分散液1gに代えて、上記参考例2で得られた銀微粒子の分散液1gを用いたこと以外は、上記調製例1と同様にして銀微粒子分散物(インク組成物)を得た。
[比較調製例3]
上記調製例1において、上記参考例1で得られた銀微粒子の分散液1gに代えて、上記参考例3で得られた銀微粒子の分散液1gを用いたこと以外は、上記調製例1と同様にして銀微粒子分散物(インク組成物)を得た。
なお、上記調製例2〜16、比較調製例1〜3で得られた各銀微粒子分散物は、いずれも表面張力が25〜40mN/mの範囲内にあり、25℃における粘度は2.5〜10mPa・sの範囲内にあった。
<銀微粒子分散物を用いて形成した膜に対する水の接触角の測定>
50mm角のガラス基板(コーニング社製、商品名:EAGLE XG)に、銀微粒子の濃度を30質量%に調整した銀微粒子分散物を、塗布後の銀微粒子の量が30g/mとなるようにスピンコート(500rpm、30秒)により塗布し、次いでオーブンにて200℃、2時間加熱し、その後放冷した後、得られた膜に対する純水(1μL)の接触角を、全自動接触角計 DM−901(商品名、協和界面科学社製)を用いて25℃の温度下で測定した。結果を下記表1に示す。
Figure 2016093050
<有機微粒子を用いて形成した膜に対する水の接触角の測定>
50mm角のガラス基板(コーニング社製、商品名:EAGLE XG)に、下記表2に示す有機微粒子を有機微粒子の濃度が20質量%となるように水中に分散させた有機微粒子分散物を、塗布後の有機微粒子の量が30g/mとなるようにスピンコート(500rpm、30秒)により塗布した。次いでオーブンにて200℃、2時間加熱し、その後放冷し、得られた膜に対する純水(1μL)の接触角を測定した。接触角は、全自動接触角計 DM−901(商品名、協和界面化学)を用いて25℃の温度下で測定した。結果を下記表2に示す。
Figure 2016093050
<銀微粒子及び有機微粒子の平均粒径の測定>
粒径アナライザーFPAR−1000(商品名、大塚電子社製)を用いて、銀微粒子及び有機微粒子の各々について、キュムラント法により平均粒子径を求めた。
[試験例1] 銀微粒子の分散安定性の評価
上記各調製例及び比較調製例で調製した銀微粒子分散物について、銀微粒子分散物の調製直後における銀微粒子の平均粒径D1と、25℃で2週間静置した後における銀微粒子の平均粒径D2を求め、平均粒径の変動率を下記式により求めた。得られた変動率に基づき、分散安定性を下記評価基準により評価した。

平均粒径の変動率(%)=100×(D2−D1)/D1
− 評価基準 −
A:変動率が10%未満
B:変動率が10%以上20%未満
C:変動率が20%以上
[試験例2] 体積抵抗値の評価
導電性の指標として、体積抵抗値を測定した。
清浄な50mm角のガラス基板(コーニング社製、商品名:EAGLE XG)に、上記各調製例及び比較調製例で調製した各銀微粒子分散物をスピンコート法により塗布し(500rpm、30秒)、オーブンにて200℃、2時間加熱した。得られた各塗布膜について、触針式膜厚計により求めた平均膜厚は320nmであった。各塗布膜を放冷した後、ロレスタGP MCP−T610型(商品名、三菱マテリアル製)にて体積抵抗値を測定した。
[試験例4] 絶縁信頼性の評価
FR4FR−4グレードのガラスエポキシ基板NIKAPLEX(商品名、ニッカン工業社製)にABF−GX13(商品名、味の素ファインテクノ社製、層間絶縁材料)をラミネートした基板上に、上記調製例1で調製した銀微粒子分散物を、焼結後の膜厚が200nmになるようにSTS−200(商品名、ワイディーメカトロソリューションズ社製)を用いてスプレーコーティング法により塗布した。その後、オーブンを用いて焼結し(210℃、1時間)、基板上に銀膜を形成した。形成された銀膜をフォトリソグラフィー法によりL(ライン)/S(スペース)=50/50μmの櫛形にエッチングし、櫛形状の銀膜(銀配線)を形成した。この時ドライフィルムレジストにはフォテックH−7025(商品名、日立化成社製)、銀エッチング液にはアグリップ940(商品名、メルテックス社製)を用いた。さらに、銀配線上にCytop CTL107MK(商品名、AGC社製)を乾燥後の膜厚が1μmになる様にスピンコートし、その後オーブンで140℃、20分間乾燥させ、封止層を形成して、絶縁信頼性評価用の配線基板を作製した。
上記配線基板の調製において、上記調製例1で調製した銀微粒子分散物を、上記調製例2〜16、比較調製例1〜3の各々で調製した銀微粒子分散物に代えたこと以外は、上記配線基板の調製と同様にして18種類の配線基板を調製した。
得られた各配線基板について、湿度85%、温度85℃、圧力1.0atm、電圧60Vの条件で寿命試験(使用装置:エスペック社製、EHS−221MD)を行った。具体的には、上記環境下で、隣り合った銀配線に上記電圧を印加した。そして、マイグレーションによって銀配線間が短絡するまでの時間(銀配線間の抵抗値が1×10Ωになるまでの時間T)を測定した。上記比較調製例1で調製した銀微粒子分散物を用いた場合の時間TをT1(基準)とし、下記評価基準により絶縁信頼性を相対評価した。
− 評価基準 −
A:時間TがT1の5倍以上
B:時間TがT1の2倍以上5倍未満
C:時間TがT1より長くT1の2倍未満
D:時間TがT1より短い
結果を下記表3に示す。
Figure 2016093050
上記表3に示されるように、銀微粒子分散物ないしインク組成物が有機微粒子を含有しない場合、これを用いて形成した膜に対する水の接触角が本発明の規定よりも小さく、絶縁信頼性試験における評価に劣る結果となった(比較例1)。
また、銀微粒子の分散剤としてイオン性の分散剤を用いた銀微粒子分散物ないしインク組成物においても、これを用いて形成した膜に対する水の接触角が本発明の規定よりも小さく、絶縁信頼性試験の評価に劣る結果となった。さらに、イオン性の分散剤を用いた銀微粒子分散物ないしインク組成物を用いて形成した膜の体積抵抗値は高かった、すなわち、イオン性の分散剤を用いた銀微粒子分散物ないしインク組成物を用いて形成した膜や導体配線等は導電性に劣るものとなることがわかった(比較例2、3)。
これに対し本発明の銀微粒子分散物ないしインク組成物はいずれも分散安定性に優れ、且つ、これを用いて形成した膜に対する水の接触角は60°以上となり、絶縁信頼性試験においても良好な結果を示した。さらに、本発明の銀微粒子分散物ないしインク組成物を用いて形成した膜の体積抵抗値は低く抑えられていることから、本発明の銀微粒子分散物ないしインク組成物を用いることで、導電性の高い膜や導体配線等を形成することができることもわかった。
[試験例4] TFTの製造と移動度の評価
図1(A)に示されるTFT(ボトムゲート・ボトムコンタクト型)を製造し、移動度を測定した。
ガラス基板(イーグルXG:コーニング社製)6上に、ゲート電極となるアルミニウムを蒸着した(厚み:50nm)。その上にゲート絶縁膜形成用組成物(ポリビニルフェノール/メラミン=1質量部/1質量部のPGMEA(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)溶液(固形分濃度:2質量%))をスピンコートし、その後、150℃で60分間ベークし、膜厚400nmのゲート絶縁層2を形成した。その上に、上記調製例1で調製した銀微粒子分散物を、インクジェット装置DMP−2831(富士フイルムダイマティクス社製)を用いてソース電極及びドレイン電極のパターン(チャネル長40μm、チャネル幅200μm)に描画した。その後オーブンにて180℃、30分ベークして焼結し、ソース電極3及びドレイン電極4を形成した。その上に2,8−ジフルオロ−5,11−ビス(トリエチルシリルエチニル)アントラジチオフェン(ALDRICH社製)のトルエン溶液をスピンコートし、140℃で15分間ベークを行い、厚み100nmの半導体層1を形成した。その上にCytop CTL−107MK(AGC社製)をスピンコートし、140℃で20分間ベークし、厚み2μmの封止層(最上層、図1において図示しない。)を形成した。このようにして、図1(A)に示されるTFT(ボトムゲート・ボトムコンタクト型)を5サンプル製造した。
上記TFTの作製において、上記調製例1で調製した銀微粒子分散物を、上記調製例2〜16に代えたこと以外は、上記有機薄膜トランジスタの調製と同様にして、計16種類の有機薄膜トランジスタを調製した。
得られた有機薄膜トランジスタの各電極と、半導体パラメータ・アナライザ(4155C、Agilent Technologies社製)に接続されたマニュアルプローバの各端子とを接続して、電界効果トランジスタ(FET)の評価を行なった。具体的には、ドレイン電流−ゲート電圧(Id‐Vg)特性を測定することにより電界効果移動度(cm/V・sec)を算出した。その結果、すべてのTFTにおいて電界効果移動度が0.01〜1の範囲内となり、TFTとして良好に機能することがわかった。
本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。
本願は、2014年12月10日に日本国で特許出願された特願2014−249662に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。
本発明の上記課題は以下の手段により解決された。
〔1〕
水性媒体と、この水性媒体中に分散してなる有機微粒子と銀微粒子とを含有する銀微粒子分散物であって、
上記銀微粒子はノニオン性分散剤により上記水性媒体中に分散しており、
上記銀微粒子分散物を用いて形成した膜に対する水の接触角が60°以上であ上記銀微粒子分散物中の前記有機微粒子の含有量が2〜20質量%である、銀微粒子分散物。
〔2〕
上記有機微粒子が、少なくとも表面にノニオン性基を有する、〔1〕に記載の銀微粒子分散物。
〔3〕
上記有機微粒子の平均粒径が200nm以下である、〔1〕又は〔2〕に記載の銀微粒子分散物。
〔4〕
上記有機微粒子の融点が60〜200℃である、〔1〕〜〔3〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔5〕
上記有機微粒子が、上記有機微粒子を用いて形成した膜に対する水の接触角が60°以上となる有機微粒子である、〔1〕〜〔4〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔6〕
上記有機微粒子が、ポリエチレン化合物、ポリプロピレン化合物、カルナバワックス、パラフィン化合物、ポリシロキサン化合物、又はエチレン酢酸ビニル共重合体化合物からなる、〔1〕〜〔5〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔7〕
上記銀微粒子の平均粒径が10〜200nmである、〔1〕〜〔6〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔8〕
上記銀微粒子分散物中、銀微粒子の含有量と有機微粒子の含有量の質量比が、銀微粒子/有機微粒子=100/1〜5/1である、〔1〕〜〔7〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔9〕
銀電極の形成に用いる、〔1〕〜〔8〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物。
〔10〕
〔1〕〜〔9〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物を用いたインク組成物であって、上記インク組成物中の上記有機微粒子の含有量が2〜20質量%である、インク組成物
〔11〕
インクジェット印刷に用いる、〔10〕に記載のインク組成物。
〔12〕
銀電極の形成に用いる、〔10〕又は〔11〕に記載のインク組成物。
〔13〕
〔1〕〜〔9〕のいずれか1つに記載の銀微粒子分散物又は〔10〕〜〔12〕のいずれか1つに記載のインク組成物を用いて形成した銀電極。
〔14〕
〔13〕に記載の銀電極を有する薄膜トランジスタ。

Claims (14)

  1. 水性媒体と、該水性媒体中に分散してなる有機微粒子と銀微粒子とを含有する銀微粒子分散物であって、
    前記銀微粒子はノニオン性分散剤により前記水性媒体中に分散しており、
    前記銀微粒子分散物を用いて形成した膜に対する水の接触角が60°以上である、銀微粒子分散物。
  2. 前記有機微粒子が、少なくとも表面にノニオン性基を有する、請求項1に記載の銀微粒子分散物。
  3. 前記有機微粒子の平均粒径が200nm以下である、請求項1又は2に記載の銀微粒子分散物。
  4. 前記有機微粒子の融点が60〜200℃である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の銀微粒子分散物。
  5. 前記有機微粒子が、該有機微粒子を用いて形成した膜に対する水の接触角が60°以上となる有機微粒子である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の銀微粒子分散物。
  6. 前記有機微粒子が、ポリエチレン化合物、ポリプロピレン化合物、カルナバワックス、パラフィン化合物、ポリシロキサン化合物、又はエチレン酢酸ビニル共重合体化合物からなる、請求項1〜5のいずれか1項に記載の銀微粒子分散物。
  7. 前記銀微粒子の平均粒径が10〜200nmである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の銀微粒子分散物。
  8. 前記銀微粒子分散物中、銀微粒子の含有量と有機微粒子の含有量の質量比が、銀微粒子/有機微粒子=100/1〜5/1である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の銀微粒子分散物。
  9. 銀電極の形成に用いる、請求項1〜8のいずれか1項に記載の銀微粒子分散物。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の銀微粒子分散物を用いたインク組成物。
  11. インクジェット印刷に用いる、請求項10に記載のインク組成物。
  12. 銀電極の形成に用いる、請求項10又は11に記載のインク組成物。
  13. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の銀微粒子分散物又は請求項10〜12のいずれか1項に記載のインク組成物を用いて形成した銀電極。
  14. 請求項13に記載の銀電極を有する薄膜トランジスタ。
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