WO2014054748A1 - 微細塗布可能な無機酸化物被膜形成用塗布液及び微細無機酸化物被膜の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a coating liquid for forming a metal oxide film used for coating by a fine droplet discharge device, a metal oxide film obtained by using the coating liquid, and a method for producing the metal oxide film.
- the touch panel which can perform input operation using the display of a display is performed actively.
- an input unit such as a push-down switch is not necessary, and the display screen can be enlarged.
- the touch panel detects a contact position of an operation area touched by a finger or a pen. Using this function, the touch panel is used as an input device.
- the contact position detection method includes a resistance film method and a capacitance method.
- the resistive film method uses two opposing substrates, whereas the capacitive method allows a single substrate to be used. For this reason, according to the electrostatic capacity method, a thin touch panel can be configured and is suitable for a portable device or the like, so that development has been actively promoted in recent years.
- the touch panel is incorporated in a display device such as a liquid crystal display device and is used as a display device with a touch panel function capable of detecting a touch position. Since a person who operates the touch panel visually recognizes the display device through the touch panel, a member having excellent light transmission characteristics is used for the transparent electrode. For example, inorganic materials such as ITO (Indium Tin Oxide) are used. As the interlayer insulating film, patterning is possible, and an insulating acrylic material or the like is used.
- a capacitive touch panel In the case of a capacitive touch panel, electrodes in two directions, the X axis direction and the Y direction perpendicular to it, are required, and the coordinates are detected by detecting the change in capacitance when a finger touches it. The touch position and touch operation are recognized. At that time, in order to prevent position detection malfunction at the place where the electrode in the X-axis direction and the electrode in the Y-axis direction overlap, a bridge structure that insulates the electrode in the X-axis direction from the electrode in the Y-axis direction is adopted. It is crossed by.
- an organic acrylic resin is generally used as an insulating film used for the bridge structure (hereinafter, the insulating film used here is also referred to as an electrode crossing fine insulating layer (OC1)).
- the insulating film used here is also referred to as an electrode crossing fine insulating layer (OC1)).
- OC1 electrode crossing fine insulating layer
- an organic resin is used for the insulating film in the bridge structure portion and an interlayer insulating film made of an inorganic material is used for the upper layer, a crack occurs in the inorganic interlayer insulating film due to the thermal stretchability of the organic resin.
- a bridge structure is formed with an organic resin, there is a problem in terms of manufacturing efficiency because it includes a step of removing a large part of the coating after forming the film once on the entire surface of the substrate.
- metal oxide coatings composed of inorganic materials are being studied.
- the hardness is generally high, and high reliability can be expected as an electrode protective film for a touch panel.
- an insulating material for the bridging portion of the insulating film the occurrence of cracks can be prevented even when an inorganic material is applied to the upper layer.
- a metal oxide film containing an inorganic material as a component is difficult to form by the above patterning.
- Dot coating using a fine droplet discharge device such as an ink jet coating device or a jet dispense coating device has been proposed and studied in order to form a metal oxide film only on the bridge between transparent electrodes.
- a fine droplet discharge device such as an ink jet coating device or a jet dispense coating device
- an object of the present invention is to provide a coating liquid for forming a metal oxide film suitable for forming a fine metal oxide film using a fine droplet discharge device.
- Another object of the present invention is to provide a metal oxide film that is formed by such a method and has excellent reliability and a method for forming a metal oxide film using a jet dispenser.
- the present invention is for achieving the above-mentioned object, and the gist thereof is as follows.
- M 1 (OR 1 ) n (I) M 1 represents at least one metal selected from the group consisting of silicon, titanium, tantalum, zirconium, boron, aluminum, magnesium and zinc.
- R 1 represents an alkyl group or acetoxy group having 1 to 5 carbon atoms.
- N represents an integer of 2 to 5.
- M 2 (X) k (II) M 2 represents at least one metal selected from the group consisting of aluminum, indium, zinc, zirconium, bismuth, lanthanum, tantalum, yttrium and cerium.
- X represents hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, acetic acid, oxalic acid, Sufamin acid, sulfonic acid, acetoacetic acid or residue of acetyl acetonate, or .k representing these basic salts, represents the valence of M 2.
- R 2 represents a hydrogen atom, a fluorine atom, a halogen atom, A halogen atom, a vinyl group, a glycidoxy group, a mercapto group, a methacryloxy group, an acryloxy group, an isocyanate group, an amino group, or a ureido group, and may have a hetero atom;
- R 3 represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, m represents an integer of 2 to 5, l represents 1 or 2 when m is 3, and m represents 4 is an integer from 1 to 3, and m is 5 is an integer from 1 to 4.
- the precipitation inhibitor is at least one substance selected from the group consisting of N-methyl-pyrrolidone, ethylene glycol, dimethylformamide, dimethylacetamide, diethylene glycol, propylene glycol, hexylene glycol and derivatives thereof.
- the metal salt is metal nitrate, metal sulfate, metal acetate, metal chloride, metal oxalate, metal sphamate, metal sulfonate, metal acetoacetate, metal acetylacetonate or their basicity
- (9) A metal oxide film obtained by applying the coating liquid for forming a metal oxide film described in any one of (1) to (8) above with a fine droplet discharge device.
- a coating solution for forming a metal oxide film according to any one of the above (1) to (8) is used to form an electrode intersection fine insulating layer using a jet dispenser. Forming method.
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention By using the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention, a metal oxide film having a fine pattern with a small Dot diameter can be formed. Moreover, the obtained metal oxide film has a feature with high reliability.
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention comprises a first metal alkoxide represented by the above general formula (I), a metal salt represented by the above general formula (II), an organic solvent, moisture, and precipitation. And an inhibitor.
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention contains a first metal alkoxide having a structure represented by the following general formula (I).
- M 1 (OR 1 ) n (I) M 1 , R 1 and n are as defined above.
- M 1 is preferably silicon, titanium, zirconium, or aluminum, and particularly preferably silicon or titanium.
- N is preferably 3 or 4.
- R ′ represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, preferably 1 to 3 carbon atoms, or an acetoxy group.
- silicon alkoxide for example, tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, and tetraacetoxysilane are used.
- titanium alkoxide or a partial condensate is used as the metal alkoxide represented by the formula (I)
- one or a mixture or a partial condensate (preferably 5 amounts) of the compound represented by the general formula (V) Body or less) is used.
- R ′′ represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
- titanium alkoxide As the metal alkoxide represented by the formula (I), specifically, as the titanium alkoxide, a titanium tetraalkoxide compound such as titanium tetraethoxide, titanium tetrapropoxide, titanium tetrabutoxide, or a moiety such as titanium tetra-n-butoxide tetramer A condensate or the like is used.
- a titanium tetraalkoxide compound such as titanium tetraethoxide, titanium tetrapropoxide, titanium tetrabutoxide, or a moiety such as titanium tetra-n-butoxide tetramer A condensate or the like is used.
- metal alkoxide represented by the formula (I) include zirconium tetraalkoxide compounds such as zirconium tetraethoxide, zirconium tetrapropoxide, zirconium tetrabutoxide; aluminum tributoxide, aluminum triisopropoxide, aluminum triethoxide And aluminum trialkoxide compounds such as tantalum pentapropoxide and tantalum pentaalkoxide compounds such as tantalum pentataboxide.
- zirconium tetraalkoxide compounds such as zirconium tetraethoxide, zirconium tetrapropoxide, zirconium tetrabutoxide
- aluminum tributoxide aluminum triisopropoxide
- aluminum trialkoxide compounds such as tantalum pentapropoxide and tantalum pentaalkoxide compounds such as tantalum pentataboxide.
- a second metal alkoxide represented by the following formula (III) can be used together with the first metal alkoxide.
- M 3 , R 2 , R 3 and m are as defined above.
- M 3 is preferably silicon (Si), titanium (Ti), zirconium (Zr), or aluminum (Al), and particularly preferably silicon (Si) or titanium (Ti).
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention when the metal oxide film is formed on a film made of an organic material such as an acrylic material by including the second metal alkoxide, the coating film and the organic film The difference in thermal stretchability between is relaxed. As a result, even if a metal oxide film is formed on the organic film, it is possible to prevent the metal oxide film from cracking.
- an organic film made of an acrylic material is used for the above-described interlayer insulating film, and a metal oxide film may be formed thereon. Can be prevented.
- the content of the first metal alkoxide is equal to the total amount of metal alkoxides contained in the coating solution for forming a metal oxide film.
- the content is preferably 20 mol% to 85 mol%, more preferably 30 mol% to 70 mol%.
- the content of the second metal alkoxide is equal to the total amount of metal alkoxides contained in the coating solution for forming a metal oxide film.
- it is preferably 80 to 15 mol%, more preferably 70 to 30 mol%.
- the content of the metal alkoxide represented by the formula (III) is 30% or more, and when the carbon number of R 2 is 4 or more, or a mercapto group is contained in R 2
- the content of the second metal alkoxide is more preferably 15% or more, and more preferably 75 mol% or less.
- the content of the second metal alkoxide is less than 15 mol%, a crack may occur in the coating film obtained on the above-described organic film. Moreover, when it is 80 mol% or more, although a crack does not arise, the phenomenon that a uniform metal oxide film cannot be obtained may occur. By setting it as such content, generation
- the total content of metal alkoxides contained in the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention is preferably 0.00. 5 to 20% by weight, more preferably 1 to 15% by weight.
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention contains other metal alkoxides as long as the effects of the present invention are not impaired. Is also possible.
- the metal salt contained in the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention is represented by the following general formula (II).
- M 2 (X) k (II) are as defined above.
- M 2 is preferably aluminum, indium, cerium, or zirconium.
- X is preferably a residue of hydrochloric acid, nitric acid, acetic acid, sulfonic acid, acetoacetic acid or acetylacetonate, or a basic salt thereof.
- Residues of the acid in the above X for example, nitric acid nitrate, sulfate also known as the sulfate, the amount is included such that the valence equivalent of M 2.
- a basic salt means the case where OH group is contained in the residue of said each acid.
- metal salts represented by the formula (II) nitrates, chloride salts, oxalates or basic salts thereof are particularly preferable.
- aluminum, indium, or cerium nitrate is more preferable from the viewpoint of availability and storage stability of the coating solution for forming a metal oxide film.
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention contains an organic solvent.
- the organic solvent is used to improve the coating property by adjusting the viscosity of the coating solution for forming a metal oxide film when the coating film is formed from the coating solution for forming a metal oxide film to obtain a metal oxide film.
- the content of the organic solvent in the coating solution for forming a metal oxide film is preferably 80% by weight to 99.5% by weight with respect to the total metal alkoxide contained in the coating solution for forming a metal oxide film. 85 wt% to 99 wt% is more preferable.
- the content of the organic solvent is small, the thickness of the obtained metal oxide film becomes thin, and many coatings are required to obtain a predetermined film thickness.
- the amount is large, the storage stability of the coating liquid for forming a metal oxide film is deteriorated, and it is difficult to control the film thickness of the metal oxide film.
- Examples of the organic solvent used in the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention include methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, and 2-methyl.
- -Alcohols such as 2-propanol; esters such as ethyl acetate; glycols such as ethylene glycol, or ester derivatives thereof; ethers such as diethyl ether; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone; benzene, toluene Aromatic hydrocarbons and the like. These are used alone or in combination.
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention includes ethylene glycol, propylene glycol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, 1,2-pentanediol, 1, Consists of 3-pentanediol, 1,4-pentanediol, 1,5-pentanediol, 2,4-pentanediol, 2,5-hexanediol, diethylene glycol, dipropylene glycol, triethylene glycol, and N-methylpyrrolidone At least one selected from the group (hereinafter also referred to as a specific organic solvent) is contained in the organic solvent by 30% by mass or more.
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention has a surface tension of 28 mN / m or more. As a result, a fine pattern can be applied by a jet dispenser.
- examples of alkylene glycols or monoethers contained in an organic solvent include ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, hexylene glycol, or the like. Monomethyl, monoethyl, monopropyl, monobutyl or monophenyl ether.
- the molar ratio of the glycols or monoethers contained in the organic solvent used in the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention is less than 1 with respect to the titanium alkoxide, the stability of the titanium alkoxide is small. The storage stability of the coating liquid for forming a metal oxide film is deteriorated.
- glycols or monoethers thereof it is not a problem to use a large amount of glycols or monoethers thereof.
- all of the organic solvents used in the coating solution for forming a metal oxide film may be the above-described glycols or monoethers thereof.
- the coating liquid for forming a metal oxide film does not contain titanium alkoxide, it is not necessary to contain the glycol and / or its monoether described above.
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention contains a precipitation inhibitor.
- the precipitation inhibitor in the present invention refers to an organic solvent having a function of preventing the metal salt from being precipitated in the coating film when the coating film is formed from the coating solution for forming a metal oxide film.
- the precipitation inhibitor is preferably at least one selected from the group consisting of N-methyl-pyrrolidone, ethylene glycol, dimethylformamide, dimethylacetamide, diethylene glycol, propylene glycol, hexylene glycol and derivatives thereof. Of these, N-methyl-pyrrolidone, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, hexylene glycol or derivatives thereof are more preferable.
- At least one kind of precipitation inhibitor can be used.
- the content of the precipitation inhibitor in the coating solution for forming a metal oxide film is preferably used in a ratio (weight ratio) satisfying the following when the metal of the metal salt is converted into a metal oxide. (Precipitation inhibitor / metal oxide) ⁇ 1
- the ratio is less than 1, the effect of preventing precipitation of the metal salt at the time of film formation is reduced.
- the use of a large amount of a precipitation inhibitor does not affect the coating solution for forming a metal oxide film, but is preferably 200 or less.
- a metal alkoxide particularly silicon alkoxide, titanium alkoxide, or silicon alkoxide and titanium alkoxide may be added during hydrolysis / condensation reaction in the presence of a metal salt. It may be added after completion of the condensation reaction.
- the content of the metal salt contained in the coating solution for forming a metal oxide film is the total number of moles of metal atoms (M) constituting the metal alkoxide and the number of moles of metal atoms (M 2 ) of the metal salt.
- the total content ratio is preferably a ratio (molar ratio) that satisfies the following. 0.01 ⁇ M 2 /M ⁇ 0.7 If this ratio is less than 0.01, the mechanical strength of the resulting coating is not sufficient, which is not preferable. On the other hand, when it exceeds 0.7, the adhesion of the coating film to a substrate such as a glass substrate or a transparent electrode is lowered. Furthermore, when fired at a low temperature of 450 ° C. or lower, the chemical resistance of the resulting metal oxide film tends to be lowered. In particular, this ratio is more preferably 0.01 to 0.6.
- inorganic fine particles for example, inorganic fine particles, metalloxane oligomers, metalloxane polymers, leveling agents, interfaces, as long as the effects of the present invention are not impaired.
- Components such as an activator may be included.
- the inorganic fine particles fine particles such as silica fine particles, alumina fine particles, titania fine particles, and magnesium fluoride fine particles are preferable, and a colloid solution of these inorganic fine particles is particularly preferable.
- This colloidal solution may be a dispersion of inorganic fine particle powder in a dispersion medium or a commercially available colloidal solution.
- the inclusion of inorganic fine particles makes it possible to impart the surface shape of the formed cured film and other functions.
- the inorganic fine particles preferably have an average particle size of 0.001 to 0.2 ⁇ m, more preferably 0.001 to 0.1 ⁇ m. When the average particle diameter of the inorganic fine particles exceeds 0.2 ⁇ m, the transparency of the cured film formed using the prepared coating liquid may be lowered.
- the dispersion medium for the inorganic fine particles include water and organic solvents.
- the pH or pKa is preferably adjusted to 1 to 10, more preferably 2 to 7, from the viewpoint of the stability of the coating solution for film formation.
- Organic solvents used for the dispersion medium of the colloidal solution include methanol, ethanol, propanol, butanol, ethylene glycol, propylene glycol, butanediol, pentanediol, 2-methyl-2,4-pentanediol, diethylene glycol, dipropylene glycol, ethylene Alcohols such as glycol monopropyl ether; ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene; amides such as dimethylformamide, dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone; ethyl acetate and butyl acetate And esters such as ⁇ -butyrolactone; ethers such as tetrahydrofuran and 1,4-dioxane. Of these, alcohols or ketones are preferred. These organic solvents can be used alone or in admixture of two or more as
- the solid content concentration in the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention is preferably in the range of 0.5 wt% to 20 wt% when the above metal alkoxide and metal salt are converted as metal oxide. .
- the solid content exceeds 20% by weight, the storage stability of the coating liquid for forming a metal oxide film is deteriorated, and the film thickness control of the metal oxide film becomes difficult.
- the solid content is less than 0.5% by weight, the resulting metal oxide film is thin, and many coatings are necessary to obtain a predetermined film thickness.
- the solid content concentration is more preferably 1% by weight to 15% by weight.
- the coating solution for forming a metal oxide film of the present invention contains water in order to obtain a condensate by hydrolyzing the metal alkoxide containing the first and second metal alkoxides in the presence of the metal salt. Is done.
- the amount of water is preferably 2 to 24 moles relative to the total moles of the first and second metal alkoxides.
- hydrolysis of the metal alkoxide becomes insufficient, resulting in a decrease in film formability or a coat obtained. It is not preferable because the strength of the film is decreased, and when the ratio is more than 24, polycondensation continues to proceed, so that storage stability is decreased. More preferably, it is ⁇ 20.
- the metal salt contained in the coating solution for forming a metal oxide film is a hydrate salt
- the amount of water contained in the coating solution for forming a metal oxide film because the moisture content is involved in the hydrolysis reaction. Therefore, it is necessary to consider the moisture content of this metal salt.
- the coexisting metal salt is a hydrated salt of an aluminum salt
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention can form a metal oxide film suitable for a touch panel.
- This metal oxide film is a metal oxide film containing a metal oxide that is an inorganic substance as a main component, and has a higher strength than a film of an organic material such as an acrylic material. Moreover, since this metal oxide film has almost no heat stretchability, even when an inorganic material is applied to the upper electrode protective layer, cracks do not occur.
- Control of the refractive index of the metal oxide film can be realized by controlling the composition of the coating solution for forming the metal oxide film. That is, the metal oxide film in the present invention is produced by hydrolyzing and condensing the metal alkoxide contained in the coating solution for forming the metal oxide film, and by selecting the composition of the metal alkoxide.
- the refractive index of the metal oxide film to be formed can be adjusted within a predetermined range. For example, when silicon alkoxide and titanium alkoxide are selected as the metal alkoxide, by adjusting the mixing ratio thereof, within a predetermined range described below, specifically within a range of about 1.45 to 2.1, It is possible to adjust the refractive index of the resulting metal oxide film.
- the refractive when a required refractive index is determined for a metal oxide film formed by applying a metal oxide film-forming coating solution, preferably after drying and firing, the refractive It is possible to determine the composition molar ratio of metal alkoxide, for example, silicon alkoxide and titanium alkoxide, to achieve the rate.
- the refractive index of the metal oxide film from the coating liquid for forming a metal oxide film obtained by hydrolyzing only silicon alkoxide is a value of about 1.45.
- the refractive index of the metal oxide film from the coating liquid for metal oxide film formation obtained by hydrolyzing only a titanium alkoxide is a value of about 2.1.
- the refractive index of the metal oxide film when it is desired to set the refractive index of the metal oxide film to a specific value between about 1.45 and 2.1, silicon alkoxide and titanium alkoxide are used at a predetermined ratio so as to realize the refractive index value.
- a coating solution for forming a metal oxide film can be produced.
- the refractive index of the obtained metal oxide film can be adjusted by using other metal alkoxides.
- the refractive index of the metal oxide film in the present invention can be adjusted by selecting film forming conditions in addition to the composition conditions. By doing so, it is possible to realize a high hardness of the metal oxide film and a desired refractive index value.
- the coating film of the coating liquid for forming a metal oxide film is preferably dried and then baked as described above. Drying is preferably performed at room temperature to 150 ° C, more preferably at 40 to 120 ° C. The drying time is preferably about 30 seconds to 10 minutes, more preferably about 1 to 8 minutes.
- a drying method it is preferable to use a hot plate, a hot air circulating oven, or the like.
- the firing is preferably performed at 100 ° C. to 300 ° C., more preferably 150 ° C. to 250 ° C., in consideration of the heat resistance of other components of the touch panel.
- the firing time is preferably 5 minutes or more, and more preferably 15 minutes or more.
- a baking method it is preferable to use a hot plate, a thermal circulation oven, an infrared oven, or the like.
- the refractive index of the metal oxide film obtained varies depending on the baking temperature.
- the higher the firing temperature the higher the refractive index of the metal oxide film. Therefore, the refractive index of the resulting metal oxide film can be adjusted by selecting an appropriate value for the firing temperature.
- the refractive index of the resulting metal oxide film varies when the coating film is irradiated with ultraviolet rays (UV) before firing. Specifically, the refractive index of the metal oxide film can be increased as the amount of ultraviolet irradiation is increased.
- the coating of the metal oxide film to be obtained is irradiated by ultraviolet (UV) irradiation to the coating film before firing.
- UV ultraviolet
- the refractive index of the metal oxide film can be increased as the refractive index varies and the amount of ultraviolet irradiation increases.
- a desired refractive index can be realized by selecting conditions such as composition, ultraviolet irradiation is not necessary.
- the refractive index of the metal oxide film can be adjusted by selecting the irradiation amount.
- a high-pressure mercury lamp can be used.
- the total light irradiation 1000 mJ / cm 2 or more dose are preferred and the dose of 3000mJ / cm 2 ⁇ 10000mJ / cm 2 is more preferable.
- an ultraviolet light source in addition to a high-pressure mercury lamp, a low-pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, an excimer lamp, or the like can be used.
- a light source other than the case of using a high-pressure mercury lamp it is only necessary to irradiate the same amount of integrated light as in the case of using the high-pressure mercury lamp.
- an ultraviolet irradiation process can also be performed between a drying process and a baking process.
- the coating solution for forming a metal oxide film contains a titanium alkoxide component
- it has a property that the viscosity gradually increases under storage at room temperature.
- careful control over temperature and the like is preferable when the thickness of the metal oxide film is precisely controlled.
- Such an increase in viscosity becomes more significant as the composition ratio of titanium alkoxide in the coating solution for forming a metal oxide film increases. This is presumably because titanium alkoxide has a higher hydrolysis rate than silicon alkoxide and the like, and the condensation reaction is fast.
- the coating solution for forming a metal oxide film contains a titanium alkoxide component
- the following two production methods (1) or (2) are preferred in order to reduce the viscosity change.
- a silicon alkoxide is preliminarily hydrolyzed in the presence of a metal salt, and then mixed with a titanium alkoxide solution mixed with glycols to perform a condensation reaction to obtain a coating solution for forming a metal oxide film.
- a coating solution for forming a metal oxide film having a small viscosity change can be obtained.
- This production method is effective because of the following reasons. That is, the hydrolysis reaction of silicon alkoxide is performed at a high rate, but the subsequent condensation reaction is slower than titanium alkoxide. Therefore, when titanium alkoxide is added quickly after finishing the hydrolysis reaction, the silanol group of the hydrolyzed silicon alkoxide and the titanium alkoxide react uniformly.
- the hydrolyzed silicon alkoxide stabilizes the condensation reactivity of titanium alkoxide. Attempts have already been made to mix pre-hydrolyzed silicon alkoxide and titanium alkoxide. However, when the organic solvent used for the reaction does not contain glycols, a coating solution for forming a metal oxide film excellent in storage stability cannot be obtained.
- the method shown in (2) is also useful when obtaining a coating solution for forming a metal oxide film from another metal alkoxide having a high hydrolysis rate and silicon alkoxide.
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention is applied and formed into a metal oxide film by applying a fine droplet coating apparatus.
- the fine droplet coating apparatus includes an inkjet coating method and a dispenser coating method, and the metal oxide coating liquid according to the present invention is preferably used for coating by a fine droplet coating apparatus using a dispenser coating method. I can do it.
- the dispenser application method includes an air method, a valve method, a screw method, a volume method, and a jet method dispenser. From the viewpoint of applying a fine pattern, a jet dispenser is preferable.
- the jet dispenser includes an air valve method, a solenoid method, and a piezo method, and among them, the piezo method is preferable from the viewpoint of applying a fine pattern.
- the size of the droplet of the coating liquid for forming a metal oxide film discharged by the fine droplet discharge device is preferably 250 ⁇ m or less because of the relationship between the distance between the X-axis direction electrode and the Y-axis direction electrode of the touch panel. . More preferably, it is 230 ⁇ m or less.
- TEOS Tetraethoxysilane
- MPS ⁇ -Mercaptopropyltrimethoxysilane
- UPS ⁇ -ureidopropyltriethoxysilane
- ACPS Acryloxypropyltrimethoxysilane
- TIPT Tetraisopropoxytitanium
- AN Aluminum nitrate nonahydrate
- EG Ethylene glycol
- HG 2-methyl-2,4-pentanediol (also known as hexylene glycol)
- NMP N-methyl-2-pyrrolidone
- 1,3BDO 1,3-butanediol
- BCS 2-butoxyethanol (also known as butyl cellosolve) EtOH: ethanol
- ⁇ Synthesis Example 1> ⁇ A1 liquid> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. EG73.1g, HG14.6g, BCS36.6g, TEOS15.5g, ACPS10.5g, MPS1.5g, and UPS5.9g were put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ A2 liquid> In a 300 mL flask, 4.7 g of TIPT and 21.9 g of HG were added and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ A1 liquid> and ⁇ A2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K1).
- ⁇ Synthesis Example 2> ⁇ B1 liquid> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. EG73.1g, BCS29.2g, 1,3BDO29.2g, TEOS15.5g, ACPS10.5g, MPS1.5g, and UPS5.9g were put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ B2 liquid> In a 300 mL flask, 4.7 g of TIPT and 14.6 g of HG were added and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ B1 liquid> and ⁇ B2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K2).
- ⁇ Synthesis Example 3> ⁇ C1 liquid> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. EG7.3g, HG32.2g, NMP58.5g, TEOS15.5g, ACPS10.5g, MPS1.5g, and UPS5.9g were put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ C2 liquid> In a 300 mL flask, 4.7 g of TIPT and 48.3 g of HG were added and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ C1 liquid> and ⁇ C2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K3).
- ⁇ Synthesis Example 4> ⁇ D1 liquid> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. EG73.1g, HG17.6g, NMP29.2g, TEOS15.5g, ACPS10.5g, MPS1.5g, and UPS5.9g were put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ D2 liquid> TIPT 4.7 g and HG 26.3 g were placed in a 300 mL flask and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ D1 liquid> and ⁇ D2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K4).
- ⁇ Synthesis Example 5> ⁇ E1 liquid> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. HG29.2g, BCS73.1g, TEOS15.5g, ACPS10.5g, MPS1.5g and UPS5.9g were put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ E2 liquid> In a 300 mL flask, 4.7 g of TIPT and 43.9 g of HG were added and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ E1 liquid> and ⁇ E2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K5).
- ⁇ Synthesis Example 6> ⁇ F1 liquid> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. EG29.2g, EtOH73.1g, TEOS15.5g, ACPS10.5g, MPS1.5g, UPS5.9g was put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ F2 liquid> In a 300 mL flask, 4.7 g of TIPT and 43.9 g of EG were added and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ F1 liquid> and ⁇ F2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K6).
- ⁇ Synthesis Example 7> ⁇ G1 solution> In a 200 mL flask, 12.7 g of AN and 3.0 g of water were added and stirred to dissolve AN. EG7.3g, HG43.9g, NMP29.2g, TEOS15.5g, ACPS10.5g, MPS1.5g, and UPS5.9g were put there, and it stirred under room temperature for 30 minutes.
- ⁇ G2 liquid> In a 300 mL flask, 4.7 g of TIPT and 65.8 g of HG were put and stirred at room temperature for 30 minutes.
- ⁇ G1 liquid> and ⁇ G2 liquid> were mixed and stirred at room temperature for 30 minutes to obtain a solution (K7).
- the coating liquid for forming a metal oxide film of the present invention can be used for forming a metal oxide film having a small Dot diameter and a fine pattern.
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Abstract
Description
タッチパネルは、指やペンなどが触れた操作領域の接触位置を検出する。この機能を利用して、タッチパネルは入力装置として用いられる。接触位置の検出方式には、抵抗膜方式や静電容量方式などがある。抵抗膜方式は、対向する2枚の基板を用いるのに対して、静電容量方式では、使用する基板を1枚にすることができる。このため、静電容量方式によれば、薄型のタッチパネルを構成することができ、携帯機器などに好適であることから、近年盛んに開発が進められている。
この橋掛け構造の部分に用いられる絶縁膜(以下、ここに用いる絶縁膜を電極交差部微細絶縁層(OC1)とも称する)としては、有機のアクリル樹脂が一般的に用いられている。しかし、橋掛け構造の部分の絶縁膜に有機樹脂を用い、上層に無機材料の層間絶縁膜を用いた場合、有機樹脂の熱伸縮性により、無機の層間絶縁膜にクラックが発生してしまう。また、有機樹脂によって橋掛け構造を作成する場合、一度基板全面に製膜した後、その被膜の大部分を除去する工程を有するため、製造効率の点で問題がある。
(1)下記一般式(I)で示される金属アルコキシドと、下記一般式(II)で示される金属塩と、有機溶媒と、水と、析出防止剤と、を含有し、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2‐ブタンジオール、1,3‐ブタンジオール、1,4‐ブタンジオール、1,2‐ペンタンジオール、1,3‐ペンタンジオール、1,4‐ペンタンジオール、1,5‐ペンタンジオール、2,4‐ペンタンジオール、2,5‐ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、及びN‐メチルピロリドンからなる群から選ばれる少なくとも1種が、全有機溶媒中に30質量%以上含有され、かつ表面張力が28mN/m以上であることを特徴とする、微細液滴吐出装置による塗布に用いる金属酸化物被膜形成用塗布液。
M1(OR1)n (I)
(M1は、珪素、チタン、タンタル、ジルコニウム、ホウ素、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を表す。R1は、炭素数1~5のアルキル基又はアセトキシ基を表す。nは、2~5の整数を表す。)
M2(X)k (II)
(M2は、アルミニウム、インジウム、亜鉛、ジルコニウム、ビスマス、ランタン、タンタル、イットリウム及びセリウムからなる群から選択される少なくとも1種の金属を表す。Xは、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、蓚酸、スファミン酸、スルホン酸、アセト酢酸若しくはアセチルアセトナートの残基、又はこれらの塩基性塩を表す。kは、M2の価数を表す。)
R2 lM3(OR3)m-l (III)
(M3は、珪素、チタン、タンタル、ジルコニウム、ホウ素、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を表す。R2は、水素原子又はフッ素原子、又は、ハロゲン原子、ハロゲン原子、ビニル基、グリシドキシ基、メルカプト基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、イオシアネート基、アミノ基又はウレイド基で置換されていてもよく、且つ、ヘテロ原子を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基を表す。R3は、炭素数1~5のアルキル基を表す。mは、2~5の整数を表し、lは、mが3の場合1又は2であり、mが4の場合1~3の整数であり、mが5の場合1~4の整数である。)
(4)前記析出防止剤が、N-メチル-ピロリドン、エチレングリコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール及びこれらの誘導体よりなる群から選択された少なくとも1種以上の物質である、上記(1)~(3)のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
(5)金属塩の金属原子(M2)と、金属アルコキシドの金属原子の合計(M)とのモル比が、 0.01≦M2/M ≦0.7である、上記(1)~(4)のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
(6)第1の金属アルコキシドは、シリコンアルコキシド又はその部分縮合物と、チタンアルコキシドとの混合物である、上記(1)~(5)のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
(8)第1の金属アルコキシドが、シリコンアルコキシド又はその部分縮合物と、チタンアルコキシドとの混合物であり、有機溶媒は、アルキレングリコール類又はそのモノエーテル誘導体を含む、上記(1)~(7)のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
(9)上記(1)~(8)のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を、微細液滴吐出装置にて塗布して得られる金属酸化物被膜。
(11)上記(1)~(8)のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を、ピエゾ方式ジェットディスペンサーによって塗布して得られる金属酸化物被膜。
(12)上記(1)~(8)のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を、ジェットディスペンサーを用いて、電極交差部微細絶縁層を形成する、金属酸化物被膜の形成方法。
(13)上記(1)~(8)のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を、ピエゾ方式ジェットディスペンサーを用いて、電極交差部微細絶縁層を形成する、金属酸化物被膜の形成方法。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液は、上記一般式(I)で示される第1の金属アルコキシドと、上記一般式(II)で示される金属塩と、有機溶媒と、水分と、析出防止剤と、を含有する。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液は、下記一般式(I)で示される構造の第1の金属アルコキシドを含有する。
M1(OR1)n (I)
式(I)中、M1、R1、nは、上記に定義したとおりである。なかでも、M1は、珪素、チタン、ジルコニウム、又はアルミニウムが好ましく、特には、珪素、又はチタンが好ましい。また、nは3又は4が好ましい。
Si(OR’)4 (IV)
式(IV)中、R’は、炭素数1~5、好ましくは、1~3のアルキル基、又はアセトキシ基を表す。
より具体的には、シリコンアルコキシドとして、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラアセトキシシランなどのテトラアルコキシシラン類などが用いられる。
Ti(OR”)4 (V)
式(V)中、R”は、炭素数1~5のアルキル基を表す。
式(I)で示される金属アルコキシドとして、具体的には、チタンアルコキシドとして、チタニウムテトラエトキシド、チタニウムテトラプロポキシド、チタニウムテトラブトキシドなどのチタニウムテトラアルコキシド化合物又はチタニウムテトラ-n-ブトキシドテトラマーなどの部分縮合物などが用いられる。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液には、さらに、下記式(III)で示される第2の金属アルコキシドを、上記第1の金属アルコキシドとともに用いることが出来る。
R2 lM3(OR3)m-l (III)
式(III)中、M3、R2、R3、mは、上記に定義したとおりである。なかでも、M3は、珪素(Si)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、又はアルミニウム(Al)が好ましく、特には、珪素(Si)、又はチタン(Ti)が好ましい。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液では、第2の金属アルコキシドを含むことにより、金属酸化物被膜がアクリル材などの有機材料からなる膜上に形成される場合に、コート膜と有機膜との間の熱伸縮性の違いが緩和される。その結果、有機膜上に、金属酸化物被膜が形成されることがあっても、金属酸化物被膜にクラックが発生することが防止される。例えば、タッチパネルにおいて、上述した層間絶縁膜などにアクリル材料からなる有機膜が用いられ、その上に金属酸化物被膜が形成されることがあっても、層間絶縁膜上の金属酸化物被膜にクラックが発生することを防止できる。
第2の金属アルコキシドが、本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液に用いられる場合、第2の金属アルコキシドの含有量は、金属酸化物被膜形成用塗布液に含まれる金属アルコキシドの合計量に対し、80モル%~15モル%好ましく、70%~30モル%がより好ましい。R2の炭素数が3以下の場合、式(III)で示される金属アルコキシドの含有量を30%以上とし、R2の炭素数が4以上の場合、又は、R2中にメルカプト基が含まれる場合、第2の金属アルコキシドの含有量が15%以上であることがより好ましく、また、75モル%以下がより好ましい。
第2の金属アルコキシドが、本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液に用いられる場合、本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液に含まれる金属アルコキシドの合計の含有量は、好ましくは0.5重量%~20重量%であり、より好ましくは1重量%~15重量%ある。この比率が大きい場合には、金属酸化物被膜形成用塗布液の貯蔵安定性が悪くなるうえ、コート膜の膜厚制御が困難になる。一方、小さい場合には、得られるコート膜の厚みが薄くなり、所定の膜厚を得るために多数回の塗布が必要となる。
例えば、メチルトリメトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリアセトキシシラン、メチルトリブトキシシラン、メチルトリペントキシシラン、メチルトリアミロキシシラン、メチルトリフェノキシシラン、メチルトリベンジルオキシシラン、メチルトリフェネチルオキシシラン、グリシドキシメチルトリメトキシシラン、グリシドキシメチルトリエトキシシラン、αーグリシドキシエチルトリメトキシシラン、α-グリシドキシエチルトリエトキシシラン、β-グリシドキシエチルトリメトキシシラン、β-グリシドキシエチルトリエトキシシラン、α-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、α-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリプロポキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリフェノキシシラン、α-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、α-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、β-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、δ-グリシドキシブチルトリメトキシシラン、δ-グリシドキシブチルトリエトキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルトリメトキシシラン、(3,4-エポキシシクロヘキシル)メチルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリプロポキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリブトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリフェノキシシラン、γ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリメトキシシラン、γ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)プロピルトリエトキシシラン、δ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)ブチルトリメトキシシラン、δ-(3,4-エポキシシクロヘキシル)ブチルトリエトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジメトキシシラン、グリシドキシメチルメチルジエトキシシラン、α-グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、α-グリシドキシエチルメチルジエトキシシラン、β-グリシドキシエチルメチルジメトキシシラン、β-グリシドキシエチルエチルジメトキシシラン、α-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、α-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、β-グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジプロポキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジブトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジフェノキシシラン、γ-グリシドキシプロピルエチルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルエチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルビニルジメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルビニルジエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリアセトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシラン、γ-クロロプロピルトリエトキシシラン、γ-クロロプロピルトリアセトキシシラン、3,3,3-トリフロロプロピルトリメトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、β-シアノエチルトリエトキシシラン、クロロメチルトリメトキシシラン、クロロメチルトリエトキシシラン、N-(β-アミノエチル)γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(β-アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-(β-アミノエチル)γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(β-アミノエチル)γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、γ-クロロプロピルメチルジメトキシシラン、γ-クロロプロピルメチルジエトキシシラン、ジメチルジアセトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メタクリルオキシプロピルメチルジエトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトメチルジエトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、メチルビニルジエトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリエトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリメトキシシラン、γ-ウレイドプロピルトリプロポキシシラン、(R)-N-1-フェニルエチル-N’-トリエトキシシリルプロピルウレア、(R)-N-1-フェニルエチル-N’-トリメトキシシリルプロピルウレア、アリルトリエトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-アクリロキシプロピルトリエトキシシラン、3-イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ブロモプロピルトリエトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチルメトキシシラン、p-スチリルトリメトキシシラン、p-スチリルトリエトキシシラン、p-スチリルトリプロポキシシランなどを挙げることができる。これらは、単独で、又は、2種以上組み合わせて使用することができる。
また、本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液には、第1の金属アルコキシド、第2の金属アルコキシドの他にも、本発明の効果を損なわない限りにおいて、その他の金属アルコキシドを含有させることも可能である。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液に含有される金属塩は、下記一般式(II)で示される。
M2(X)k (II)
式(II)中、M2、X、kは、上記に定義したとおりである。なかでも、M2は、アルミニウム、インジウム、セリウム、又はジルコニウムが好ましい。また、Xは、塩酸、硝酸、酢酸、スルホン酸、アセト酢酸若しくはアセチルアセトナートの残基、又はそれらの塩基性塩が好ましい。上記Xにおける各酸の残基は、例えば、硝酸は硝酸根、硫酸は硫酸根とも呼ばれ、その量は、M2の価数と等価になるように含まれる。また、塩基性塩とは、上記各酸の残基中にOH基を含む場合を意味する。
式(II)で示される金属塩のうち、特に、硝酸塩、塩化物塩、蓚酸塩又はその塩基性塩が好ましい。この内、入手の容易性と、金属酸化物被膜形成用塗布液の貯蔵安定性の点から、アルミニウム、インジウム、又はセリウムの硝酸塩がより好ましい。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液には、有機溶媒が含有される。該有機溶媒は、金属酸化物被膜形成用塗布液からその塗膜を形成し金属酸化物被膜を得る場合、金属酸化物被膜形成用塗布液の粘度を調整し、塗布性を改善するためのもので、金属酸化物被膜形成用塗布液中の有機溶媒の含有量は、金属酸化物被膜形成用塗布液に含まれる全金属アルコキシドに対し、80重量%~99.5重量%であることが好ましく、85重量%~99重量%がより好ましい。有機溶媒の含有量が少ない場合には、得られる金属酸化物被膜の厚みが薄くなり、所定の膜厚を得るために多数回の塗布が必要となる。一方、多い場合には、金属酸化物被膜形成用塗布液の貯蔵安定性が悪くなるうえ、金属酸化物被膜の膜厚の制御が困難になる。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液には、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2‐ブタンジオール、1,3‐ブタンジオール、1,4‐ブタンジオール、1,2‐ペンタンジオール、1,3‐ペンタンジオール、1,4‐ペンタンジオール、1,5‐ペンタンジオール、2,4‐ペンタンジオール、2,5‐ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、及びN‐メチルピロリドンからなる群から選ばれる少なくとも1種(以下、特定有機溶媒とも言う)が、前記有機溶媒中に30質量%以上含有される。かつ、本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液は、表面張力が28mN/m以上である。これにより、ジェットディスペンサーによる微細なパターンの塗布が可能となる。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液に用いられる有機溶媒に含まれるグリコール類又はそのモノエーテルは、チタンアルコキシドに対してモル比が1未満であると、チタンアルコキシドの安定性に効果が少なく、金属酸化物被膜形成用塗布液の貯蔵安定性が悪くなる。一方、グリコール類又はそのモノエーテルを多量に用いることは何ら問題でない。例えば、金属酸化物被膜形成用塗布液に用いられる有機溶媒の全てが、上述のグリコール類又はそのモノエーテルであっても差支えない。しかし、金属酸化物被膜形成用塗布液がチタンアルコキシドを含まない場合には、上述したグリコール及び/又はそのモノエーテルを特に含む必要はない。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液は、析出防止剤を含有する。本発明における析出防止剤とは、金属酸化物被膜形成用塗布液から塗布被膜を形成する際に、塗膜中に金属塩が析出するのを防止する働きを持つ有機溶媒を指す。析出防止剤としては、N-メチル-ピロリドン、エチレングリコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール及びこれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種であるのが好ましい。なかでも、N-メチル-ピロリドン、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール又はそれらの誘導体がより好ましい。析出防止剤は、少なくとも1種以上使用できる。
金属酸化物被膜形成用塗布液中における析出防止剤の含有量は、上記金属塩の金属を金属酸化物に換算して、下記を満足する比率(重量比)で用いられるのが好ましい。
(析出防止剤/金属酸化物)≧1
上記比率が1未満であると、被膜形成時における金属塩の析出防止効果が小さくなる。一方、析出防止剤を多量に用いることは、金属酸化物被膜形成用塗布液に何ら影響を与えないが、200以下であるのが好ましい。
析出防止剤には、金属アルコキシド、特に、シリコンアルコキシド、チタンアルコキシド、又は、シリコンアルコキシドとチタンアルコキシドが、金属塩の存在下で加水分解・縮合反応する際に添加されていてもよく、加水分解・縮合反応の終了後に添加されていてもよい。
0.01≦M2/ M ≦0.7
この比率が0.01より小さいと、得られる被膜の機械的強度が十分でないため好ましくない。一方、0.7を越えると、ガラス基板や透明電極などの基材に対するコート膜の密着性が低下する。さらに、450℃以下の低温で焼成した場合、得られる金属酸化物被膜の耐薬品性が低下する傾向にもある。なかでも、この比率は、0.01~0.6であるのがより好ましい。
無機微粒子としては、シリカ微粒子、アルミナ微粒子、チタニア微粒子、フッ化マグネシウム微粒子等の微粒子が好ましく、これらの無機微粒子のコロイド溶液が特に好ましい。このコロイド溶液は、無機微粒子粉を分散媒に分散したものでもよいし、市販品のコロイド溶液であってもよい。
本発明においては、無機微粒子を含有させることにより、形成される硬化被膜の表面形状やその他の機能を付与することが可能となる。無機微粒子としては、その平均粒子径が0.001~0.2μmであることが好ましく、更に好ましくは0.001~0.1μmである。無機微粒子の平均粒子径が0.2μmを超える場合には、調製される塗布液を用いて形成される硬化被膜の透明性が低下する場合がある。
無機微粒子の分散媒としては、水及び有機溶剤を挙げることができる。コロイド溶液としては、被膜形成用塗布液の安定性の観点から、pH又はpKaが1~10に調整されていることが好ましく、より好ましくは2~7である。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液には、上記の第1及び第2の金属アルコキシドを含有する金属アルコキシドを上記金属塩の存在下で加水分解し、縮合物を得るために水が含有される。かかる水の量は、上記の第1及び第2の金属アルコキシドの総モルに対して、2~24モルにするのが好ましい。この(水の量(モル)/(金属アルコキシドの総モル数)の比率が2以下の場合には、金属アルコキシドの加水分解が不十分となって、成膜性を低下させたり、得られるコート膜の強度を低下させたりするので好ましくない。また、上記比率が24より多い場合は、重縮合が進行し続けるため、貯蔵安定性を低下させるので好ましくない。なかでも、このモル比は、2~20であるのがより好ましい。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液は、タッチパネルに好適な金属酸化物被膜を形成することができる。この金属酸化物被膜は、無機物である金属酸化物を主な成分とする金属酸化物被膜であり、アクリル材料などの有機材料の膜に比べて高い強度を有する。
また、この金属酸化物被膜は熱伸縮性はほとんど存在しないため、上層の電極保護層に無機材料を適用した場合であっても、クラックは発生しない。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液から金属酸化物被膜を得る場合、上記のように、金属酸化物被膜形成用塗布液の塗膜を、好ましくは乾燥し、次いで、焼成される。乾燥は、室温~150℃で行うことが好ましく、40~120℃で行うことがより好ましい。また、乾燥時間は30秒~10分程度が好ましく、1~8分程度がより好ましい。乾燥方法としては、ホットプレートや熱風循環式オーブンなどを用いることが好ましい。
焼成は、タッチパネルの他の構成部材の耐熱性を考慮して、100℃~300℃で行うのが好ましく、150℃~250℃で行うのがより好ましい。また、焼成時間は5分以上が好ましく、15分以上がより好ましい。焼成方法としては、ホットプレート、熱循環式オーブン、赤外線オーブンなどを用いるのが好ましい。
また、金属酸化物被膜形成用塗布液から金属酸化物被膜を得る場合、焼成前に塗膜に紫外線(UV)を照射すると、得られる金属酸化物被膜の屈折率が変動する。具体的には、紫外線照射量を多くするほど、金属酸化物被膜の屈折率を高くすることができる。したがって、所望の屈折率を実現するため紫外線照射の有無を選択することが可能である。特に、金属酸化物被膜形成用塗布液に含有され金属アルコキシドが、チタンアルコキシド、ジルコニウムアルコキシド又はタンタルアルコキシドを含む場合、焼成前の塗膜への紫外線(UV)照射により、得られる金属酸化物被膜の屈折率が変動し、紫外線照射量を多くするほど、金属酸化物被膜の屈折率を高くすることができる。尚、金属酸化物被膜において、組成等の条件選択により所望の屈折率が実現できる場合は、紫外線照射は行わなくてもよい。
金属酸化物被膜形成用塗布液が、チタンアルコキシド成分を含む場合において、粘度変化を少なくするためには、次の2つの製法(1)又は製法(2)が好ましい。
(2)予めシリコンアルコキシドを金属塩の存在下で加水分解反応させた後、グリコール類と混合したチタンアルコキシド溶液に混合して縮合反応を行い、金属酸化物被膜形成用塗布液を得る。こうすることにより、粘度変化の小さい金属酸化物被膜形成用塗布液が得られる。
この製法が有効なのは、次の理由によると考えられる。すなわち、シリコンアルコキシドの加水分解反応は速い速度で行われるが、その後の縮合反応はチタンアルコキシドに比較して遅い。そのため、加水分解反応を終えた後、速やかにチタンアルコキシドを加えると、加水分解反応したシリコンアルコキシドのシラノール基と、チタンアルコキシドとが均一に反応する。これにより、チタンアルコキシドの縮合反応性を、加水分解されたシリコンアルコキシドが安定化させると考えられる。
予め加水分解されたシリコンアルコキシドと、チタンアルコキシドとを混合する方法は、既に試みられている。しかし、反応に用いられる有機溶媒にグリコール類が含まれていない場合には、貯蔵安定性に優れた金属酸化物被膜形成用塗布液が得られない。また、(2)に示した方法は、大きな加水分解速度を有する他の金属アルコキシドとシリコンアルコキシドとから金属酸化物被膜形成用塗布液を得る場合にも有用である。
本発明の金属酸化物被膜形成用塗布液は、微細液滴塗布装置を適用して、塗布、製膜し、金属酸化物被膜とされる。微細液滴塗布装置としては、インクジェット塗布方式や、ディスペンサー塗布方式によるものがあるが、本発明の金属酸化物被膜用塗布液は、ディスペンサー塗布方式による微細液滴塗布装置による塗布に好ましく用いることが出来る。
ディスペンサー塗布方法には、エアー方式、バルブ方式、スクリュー方式、容積方式、ジェット方式のディスペンサーがあるが、微細パターン塗布の観点から、ジェットディスペンサーが好ましい。
さらに、ジェットディスペンサーには、エアーバルブ方式、ソレノイド方式、ピエゾ方式があり、そのうちより微細パターン塗布の観点から、ピエゾ方式が好ましい。
微細液滴吐出装置で吐出する金属酸化物被膜形成用塗布液の液滴の大きさとしては、タッチパネルのX軸方向の電極とY軸方向の電極間の距離との関係から、250μm以下が好ましい。より好ましくは230μm以下である。
本実施例で用いた化合物における略語は以下のとおりである。
TEOS:テトラエトキシシラン
MPS:γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン
UPS:γ-ウレイドプロピルトリエトキシシラン
ACPS:アクリロキシプロピルトリメトキシシラン
TIPT:テトライソプロポキシチタン
AN:硝酸アルミニウム九水和物
EG:エチレングリコール
HG:2-メチル-2,4-ペンタンジオール(別称:へキシレングリコール)
NMP:N-メチル-2-ピロリドン
1,3BDO:1,3-ブタンジオール
BCS:2-ブトキシエタノール(別称:ブチルセロソルブ)
EtOH:エタノール
<A1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG73.1g、HG14.6g、BCS36.6g、TEOS15.5g、ACPS10.5g、MPS1.5g、及びUPS5.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<A2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG21.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。<A1液>と<A2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K1)を得た。
<B1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG73.1g、BCS29.2g、1,3BDO29.2g、TEOS15.5g、ACPS10.5g、MPS1.5g、及びUPS5.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<B2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG14.6gを入れ、室温下で30分攪拌した。<B1液>と<B2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K2)を得た。
<C1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG7.3g、HG32.2g、NMP58.5g、TEOS15.5g、ACPS10.5g、MPS1.5g、及びUPS5.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<C2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG48.3gを入れ、室温下で30分攪拌した。<C1液>と<C2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K3)を得た。
<D1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG73.1g、HG17.6g、NMP29.2g、TEOS15.5g、ACPS10.5g、MPS1.5g、及びUPS5.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<D2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG26.3gを入れ、室温下で30分攪拌した。<D1液>と<D2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K4)を得た。
<E1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、HG29.2g、BCS73.1g、TEOS15.5g、ACPS10.5g、MPS1.5g、及びUPS5.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<E2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG43.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。<E1液>と<E2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K5)を得た。
<F1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG29.2g、EtOH73.1g、TEOS15.5g、ACPS10.5g、MPS1.5g、UPS5.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<F2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びEG43.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。<F1液>と<F2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K6)を得た。
<G1液>
200mLフラスコ中にAN12.7g、及び水3.0gを加えて攪拌し、ANを溶解した。そこに、EG7.3g、HG43.9g、NMP29.2g、TEOS15.5g、ACPS10.5g、MPS1.5g、及びUPS5.9gを入れ、室温下で30分攪拌した。
<G2液>
300mLフラスコ中にTIPT4.7g、及びHG65.8gを入れ、室温下で30分攪拌した。<G1液>と<G2液>を混合し、室温下で30分攪拌して溶液(K7)を得た。
協和界面科学株式会社製のAUTO DISPENCER AD―3を用いて溶液温度25℃にて測定した。
ジェットディスペンサー塗布装置Quspa-JET(株式会社 進和製)を用いて吐出試験を行った。吐出条件は以下の表1に示す。
想定される液量が安定的に吐出された場合は○、想定される液量よりも少ない、もしくは全く吐出されない場合を×とした。
上記液滴を無アルカリガラス上に塗布、その後熱風循環式オーブンで80℃、5分間乾燥した後、別の熱風循環式オーブンにて230℃、30分間焼成した。出来た被膜の径を測定した。
得られた溶液K1~K4をそれぞれ実施例1~4、溶液K5~K7をそれぞれ比較例1~3とし、上記項目を評価した。
得られた結果を表2に示す。
比較例1においては、特定有機溶媒を含んでいないため、吐出性も得られず、Dot径も制御できていない。
比較例2においては、特定有機溶媒を30質量%以上含んでいるものの、表面張力が28mN/m未満であるため、吐出性も得られず、Dot径も制御できていない。
比較例3においては、表面張力が28mN/m以上であるものの、特定有機溶媒を30質量%以上含んでいないため、吐出性は得られるが、Dot径を制御できなかった。
これにより、金属酸化物被膜用塗布液の溶媒組成が特定有機溶媒を30質量%以上含み、かつ表面張力が28mN/mであることで、吐出性が得られ、かつ微細なパターンが塗布できることがわかった。
なお、2012年10月3日に出願された日本特許出願2012-221607号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (13)
- 下記一般式(I)で示される第1の金属アルコキシドと、下記一般式(II)で示される金属塩と、有機溶媒と、水と、析出防止剤と、を含有し、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,2‐ブタンジオール、1,3‐ブタンジオール、1,4‐ブタンジオール、1,2‐ペンタンジオール、1,3‐ペンタンジオール、1,4‐ペンタンジオール、1,5‐ペンタンジオール、2,4‐ペンタンジオール、2,5‐ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、及びN‐メチルピロリドンからなる群から選ばれる少なくとも1種が、全有機溶媒中に30質量%以上含有され、かつ表面張力が28mN/m以上であることを特徴とする、微細液滴吐出装置による塗布に用いる金属酸化物被膜形成用塗布液。
M1(OR1)n (I)
(M1は、珪素、チタン、タンタル、ジルコニウム、ホウ素、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を表す。R1は、炭素数1~5のアルキル基又はアセトキシ基を表す。nは、2~5の整数を表す。)
M2(X)k (II)
(M2は、アルミニウム、インジウム、亜鉛、ジルコニウム、ビスマス、ランタン、タンタル、イットリウム及びセリウムからなる群から選択される少なくとも1種の金属を表す。Xは、塩酸、硝酸、硫酸、酢酸、蓚酸、スファミン酸、スルホン酸、アセト酢酸若しくはアセチルアセトナートの残基、又はこれらの塩基性塩を表す。kは、M2の価数を表す。) - さらに、下記一般式(III)で示される第2の金属アルコキシドを含有する、請求項1に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
R2 lM3(OR3)m-l (III)
(M3は、珪素、チタン、タンタル、ジルコニウム、ホウ素、アルミニウム、マグネシウム及び亜鉛からなる群から選択される少なくとも1種の金属を表す。R2は、水素原子又はフッ素原子、又はハロゲン原子、ビニル基、グリシドキシ基、メルカプト基、メタクリロキシ基、アクリロキシ基、イオシアネート基、アミノ基又はウレイド基で置換されていてもよく、且つ、ヘテロ原子を有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基を表す。R3は、炭素数1~5のアルキル基を表す。mは、2~5の整数を表し、lは、mが3の場合1又は2であり、mが4の場合1~3の整数であり、mが5の場合1~4の整数である。) - 前記第2の金属アルコキシドの含有量が、全金属アルコキシドに対して、15モル%以上である、請求項2に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 前記析出防止剤が、N-メチル-ピロリドン、エチレングリコール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ヘキシレングリコール及びこれらの誘導体からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 金属塩の金属原子のモル数(M2)と、金属アルコキシドの金属原子の合計のモル数(M)とのモル比が、0.01≦M2/M ≦0.7である、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 第1の金属アルコキシドが、シリコンアルコキシド又はその部分縮合物と、チタンアルコキシドとの混合物である、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 金属塩が、金属硝酸塩、金属硫酸塩、金属酢酸塩、金属塩化物、金属蓚酸塩、金属スファミン酸塩、金属スルホン酸塩、金属アセト酢酸塩、金属アセチルアセトナート又はこれらの塩基性塩である、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 第1の金属アルコキシドが、シリコンアルコキシド又はその部分縮合物と、チタンアルコキシドとの混合物であり、有機溶媒が、アルキレングリコール類又はそのモノエーテル誘導体を含む、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液。
- 請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を、微細液滴吐出装置にて塗布して得られる金属酸化物被膜。
- 請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を、ジェットディスペンサーによって塗布して得られる金属酸化物被膜。
- 請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を、ピエゾ方式ジェットディスペンサーによって塗布して得られる金属酸化物被膜。
- 請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を、ジェットディスペンサーを用いて、電極交差部微細絶縁層を形成する、金属酸化物被膜の形成方法。
- 請求項1~請求項8のいずれか1項に記載の金属酸化物被膜形成用塗布液を、ピエゾ方式ジェットディスペンサーを用いて、電極交差部微細絶縁層を形成する、金属酸化物被膜の形成方法。
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