专利名称：：用于形成导电图案的银有机溶胶墨水的制作方法
技术领域：
：本发明涉及银有机溶胶墨水，更具体而言，涉及用于形成导电图案的含银前体的墨水。
背景技术：
：在半导体和显示器行业中，图案形成技术可分为三类。一类是减法，主要用于诸如CVD、PVD以及溅射等薄膜技术，其中将功能层沉积在基体上，通过光刻在所述功能层上使光刻胶层图案化，然后将功能层刻蚀成图案。另一类是用于诸如丝网印刷等厚膜技术的加法。第三类是组合使用加法和减法的加减法。通过加法形成图案是一种比较经济的方法，其可以节约材料并且减少步骤数，但诸如丝网印刷等厚膜技术的加法不像薄膜技术那样精细，因此将其用于不同的工艺。如果加法能实现更精细的图案，则从环境和降低成本方面而言加法更为有利。在此背景下，通过喷墨印刷形成图案近来受到关注。例如，已经尝试将加法应用于原先通过薄膜技术形成的滤色镜用图案形成。自从VestR.W.测试了由MOD(金属有机分解材料)材料制成的墨水(IEEETransactionsonComponents,HybridsandManufacturingTechnology,12(4)，545-549，1987)以来，人们已对MOD材料进行了研究。Kydd等在W098/37133中公开了由MOD材料和金属颗粒组成的喷墨印刷墨水。KovioInc.所拥有的美国专利第6878184号公开了由MOD和还原剂(例如，醛类)制得的纳米级颗粒的金属墨水。已进行了利用含有分散的细金属颗粒(特别是银颗粒)的墨水来形成导电图案的许多尝试。对于分散有细金属颗粒(即细银颗粒)的墨水，应当设计包括喷嘴的新型喷墨印刷系统，这是由于这些墨水的表现与普通墨水不同。此外，为维持悬浮而加入的添加剂会损害所形成的图案的物性。在上述方面中，如果包含MOD(金属有机分解材料)的墨水完全是溶液，则可将其用于传统的喷墨印刷设备中而无需对系统进行大的改造。此外，包含MOD的溶液墨水可降低金属化温度，因而可用在诸如塑料等柔性基体上。Haeuncomtec申请的韩国专利公开号2004-85470公开了一种喷墨印刷用金属墨水，所述金属墨水由5重量％40重量％的氧化银；10重量％20重量％的内酰胺、内酯或碳酸酯以及20重量％85重量％的胺组成。考虑到墨水的深色，实施例中所制备的墨水可能是悬浮液而不是溶液。应当在墨水中加入乳化剂(可能会损害所形成的图案的物性)以维持悬浮。此外，会产生与由颗粒造成的喷嘴阻塞有关的维护问题。至今所公开的现有技术列于如下。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2非专利文献<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>(Kwangchun-Jung)Organicsilvercomposition,preparingmethodtherefor,inkspreparedtherefromandmethodforformingconductivecircuitwithusethereof2003.03.28(公开号2004-84570)
发明内容技术问题本发明的目的是提供用于形成具有良好物性的导电图案的银有机溶胶墨水。本发明的另一个目的是提供可用于包括喷墨印刷在内的传统印刷方法的银有机溶胶墨水。本发明的再一个目的是提供可在相对较低的温度下被还原和金属化的银有机溶胶墨水。技术方案本发明提供用于形成导电图案的溶液型银有机溶胶墨水，所述银有机溶胶墨水包含有效量的饱和的或不饱和的、直链的或支化的、未取代的或取代有一个或多个氨基、硝基和/或羟基的具有13个羧基的C0C16脂肪族羧酸银，或者如式1所定义的芳香族羧酸银；和有机溶剂，式1其中R!、R2、R3、R4和Rs各自是COCTAg+、H、OH、氨基、硝基或C1C9垸基。此时，"有机溶胶"表示银以与有机材料结合的溶液状态存在。本发明的墨水中的羧酸银可作为通过热处理或还原而形成金属银的前体。所述有机溶剂优选由能与银形成螯合物或络合物的反应性有机溶剂和用于控制黏度的极性或非极性有机溶剂组成。所述能与银形成螯合物或络合物的反应性有机溶剂是例如具有酮、巯基、羧基、苯胺基或含硫官能团的、取代或未取代的有机溶剂。所述脂肪族羧酸银或芳香族羧酸银通常占全部墨水组合物的5重量％70重量％。作为一个优选实施方式，本发明提供下述溶液型银有机溶胶墨水，所述溶液型银有机溶胶墨水包含10重量％50重量％的饱和的或不饱和的、直链的或支化的、未取代的或取代有一个或多个氨基、硝基和/或羟基的具有13个羧基的C0C16脂肪族羧酸银；10重量％60重量％的反应性有机溶剂，所述反应性有机溶剂选自由直链的或支化的取代有一个以上的C1C6羟烷基的胺和直链的或支化的C1C16脂肪族硫醇组成的组；以及余量的极性或非极性有机溶剂。所述饱和的或不饱和的C0C16脂肪族羧酸银优选为饱和的或者具有一个或两个双键。所述脂肪族羧酸银可以是，例如苹果酸银、马来酸银、琥珀酸银、乙酸银、丙二酸银、甲基丙烯酸银、丙酸银、山梨酸银、柠檬酸银、十一碳烯酸银、新十二酸银、油酸银、草酸银、甲酸银或葡萄糖酸银。作为另一个优选实施方式，本发明提供下述溶液型银有机溶胶墨水，所述溶液型银有机溶胶墨水包含10重量％50重量％的如式la所定义的芳香族羧酸银；10重量％60重量％的反应性有机溶剂，所述反应性有机溶剂选自由直链的或支化的取代有一个以上的C1C6羟烷基的胺和直链的或支化的C1C16脂肪族硫醇组成的组；以及余量的极性或非极性有机溶剂，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中RhR2、R3、R4和R5各自是H、OH、硝基或C1C9烷基。所述如式la所定义的芳香族羧酸银是，例如，苯甲酸银或4-氨基苯甲酸银。作为另一个优选实施方式，本发明提供下述溶液型银有机溶胶墨水，所述溶液型银有机溶胶墨水包含10重量％50重量％的如式lb所定义的芳香族羧酸银；10重量％60重量％的反应性有机溶剂，所述反应性有机溶剂选自由直链的或支化的取代有一个以上的C1C6羟烷基的胺和直链的或支化的C1C16脂肪族硫醇组成的组；以及余量的极性或非极性有机溶剂，式lb<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>其中R卜R2、R3、R4和Rs中的一个是COCTAg+，其余的各自是H、OH、氨基、硝基或C1C9垸基，但优选的是，R3为COO'Ag+，其余的各自是H、OH或ClC9烷基。所述如式lb所定义的芳香族羧酸银是，例如，苯二甲酸银。具有两个羧基的芳香族羧酸银具有银含量较高的优点。作为另一个优选实施方式，本发明提供下述溶液型银有机溶胶墨水，所述溶液型银有机溶胶墨水包含10重量％50重量％的如式lc所定义的芳香族羧酸银；10重量％60重量％的反应性有机溶剂，所述反应性有机溶剂选自由直链的或支化的取代有一个以上的C1C6羟烷基的胺和直链的或支化的C1C16脂肪族硫醇组成的组；以及余量的极性或非极性有机溶剂，式lc其中R,、R2、R3、R4和Rs中的两个以上是CO(TAg+，其余的各自是H、OH或ClC9垸基，但优选的是，R2和R4为COCTAg+。所述如式lc所定义的芳香族羧酸银是，例如，均苯三酸银。如式lc所定义的芳香族羧酸银与如式la和式lb所定义的那些芳香族羧酸银相比具有更高的银含量。本发明的有机溶胶墨水可进一步包含表面活性剂和/或黏度控制剂。此外，还可进一步包含作为基质的绝缘的聚合材料或玻璃状材料，或银导体用助熔材料。本发明的有机溶胶墨水不仅可用于诸如PDP和Rfid等显示器的制造过程中，还可用于诸如太阳能电池等需要导电图案的其他工艺。如式1所定义的芳香族羧酸银的银含量较高，特别是苯甲酸银，每摩尔该化合物具有约47重量％的银。即使只用少量，它也具有金属化银的含量较高的优点。在本发明的有机溶胶墨水中，如式1所定义的芳香族羧酸银优选占全部墨水组合物的5重量％70重量％，因为低于5重量％时银含量变小，而高于70重量％时变得难以用其制备溶液。优选的范围是10重量％50重量％。最优选的范围是20重量％40重量％。通过使诸如硝酸银等无机酸银盐与式1中的银被碱金属替代所对应的碱金属盐反应来制备如式1所定义的芳香族羧酸银。宽泛地说，所述反应性有机溶剂是能通过杂原子N、O和S与银形成螯合物或络合物的有机溶剂，更优选的是具有酮、巯基、羧基、苯胺基或含硫官能团的取代烃类或未取代的烃类。最优选的是单乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺。本发明的有机溶胶墨水具有较浅的颜色，但基本上是透明的。通过将有机银盐溶解在诸如乙醇胺等反应性有机溶剂中所制得的初始溶液的黏度为约10,000100,000cp，因而可将其用于丝网印刷、胶印和压印。也可根据使用目的将其用乙醇或水等稀释剂进行稀释。通过将芳香族羧酸银溶解在反应性溶剂(例如，取代有一个以上乙醇基的胺)中所制得的银有机溶胶可以用乙二醇或水进一步稀释，以便将其沉积在亲水性基体上。另一方面，可以用乙醇等短链醇来稀释所述银有机溶胶，以便将其沉积在具有疏水性金属氧化物膜的基体上。据推测，由于反应性有机溶剂通过螯合或配位共价键与芳香族羧酸银形成络合物，所以溶解性大大增加。优选的非极性有机溶剂是脂肪烃或芳香烃或其混合物。优选的极性有机溶剂是水，或C1C12、饱和的或不饱和的、具有一个到三个官能团的脂肪醇。所述有机溶剂是例如2-甲氧基乙醇、1,2-己二醇、苯、甲苯、二甲苯、二乙二醇二甲醚、煤油、乙醇、甲醇、2-丙醇、氯仿或乙二醇。有益效通过本发明获得了基本上具有更高银含量的溶液型银有机溶胶墨水。本发明的溶液型墨水可用于在诸如等离子显示面板(PDP)等平板显示器中形成导电图案，从而减少图案形成所用的步骤数。本发明的一些溶液型墨水可用于在较低的还原温度下在诸如热固性塑料等较软的基体上形成导电图案。图1图3表示在实施例1实施例19(不包括实施例12)中所制备的合成的有机银前体的FT-IR光谱图。图4图7是在实施例1实施例19中所制备的合成的有机银前体的TGA(热重分析)图。图8图IO表示在实施例1实施例19(不包括实施例16)中所制备的样品在各自的还原温度下热处理10分钟后的SEM图(1000倍放大)。图11表示采用实施例1所制备的有机溶胶墨水在玻璃面板上形成的经煅烧的图案的显微图像。具体实施例方式下面通过实施例阐述本发明。然而，列举这些实施例的目的在于描述而不是作为决定发明范围的基础。实施例1将50mmol的4-氨基苯甲酸溶解在50ml甲醇中。在搅拌的同时将溶解在50ml水中的50mmolNaOH缓慢添加到制备的4-氨基苯甲酸溶液中，从而得到4-氨基苯甲酸钠乳液。将溶解在50ml水中的50mmol硝酸银添加到控制在一5'C的4-氨基苯甲酸钠乳液中，然后快速形成白色沉淀。用水洗涤所述沉淀以除去未反应的硝酸银和NaOH，过滤，并用甲醇洗涤数次以除去未反应的4-氨基苯甲酸。在室温干燥滤出物，最终制得4-氨基苯甲酸银。通过TGA图(TAinstrument制造，SDAQ600)的特征峰测量银含量。还通过采用FT-IR(PerkinElmer制造，SpectrumGX)观察到C-O键的特征峰从1700cm"偏移到约1500cm—1，以及观察到-COOH中的羟基特有的位于35004000cm"间的宽峰的消失，确认了形成4-氨基苯甲酸银的反应进程。推测该偏移是由羧基的共振效应引起的。羧酸银粉末的产率为93%。将0.1mol制得的4-氨基苯甲酸银粉末溶解在0.12mol三乙醇胺中，添加乙醇，并搅拌30分钟以将25。C时的黏度控制为10cp。用棒涂器将1g这样制得的有机溶胶墨水涂布在玻璃基体上，在室温干燥，然后在372"热处理10分钟。通过所涂布的溶液的重量和热处理后剩余的固体的重量来判定最终的银含量。用四探针装置测量面电阻。以SEM(Hitachi制造,S-4300)分析银层的微观结构。图像示于图8。试剂的量和所测得的数值列于表3。通过将SE-128头与LitrexCorp.制造的喷墨打印机一起使用，将(a)多个72.2pm的点绘制在玻璃面板上。通过将SX-128头与上述喷墨打印机一起使用，将(b)多个56pm的点、(c)一条60pm的线和(d)多个更复杂的电路图案分别绘制在玻璃面板上。绘制时的喷嘴头的条件是弯月面压力为-20mmHg，频率为1.2kHz，所施加的电压为119.5V，压电工作时间为9.8ps。绘制速度为20mm/秒。在室温干燥面板，并在372'C热处理10分钟。经煅烧的图案的显微图像示于图11。实施例2以与实施例1相同的方式进行实施例2，不同之处在于用苹果酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为93%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图8。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例3以与实施例1相同的方式进行实施例3，不同之处在于用马来酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为89°/。。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图8。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例4以与实施例1相同的方式进行实施例4,不同之处在于用琥珀酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为46.5%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图8。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例5以与实施例1相同的方式进行实施例5，不同之处在于用乙酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为87.7%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图8。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例6以与实施例1相同的方式进行实施例6，不同之处在于用丙二酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为87.5%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图8。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例7以与实施例1相同的方式进行实施例7，不同之处在于用甲基丙烯酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为74.3%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图9。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例8以与实施例1相同的方式进行实施例8，不同之处在于用丙酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为63%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图9。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例9以与实施例1相同的方式进行实施例9，不同之处在于用山梨酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为82%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图9。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例10以与实施例1相同的方式进行实施例10，不同之处在于用柠檬酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为88%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图9。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例11以与实施例1相同的方式进行实施例11，不同之处在于用(E)-十一-2-烯酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为93%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图9。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例12以与实施例1相同的方式进行实施例12，不同之处在于用新十二酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为98%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图9。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例13以与实施例1相同的方式进行实施例13，不同之处在于用油酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为95.3%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图10。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例14以与实施例1相同的方式进行实施例14，不同之处在于用草酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为96%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图10。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例15以与实施例1相同的方式进行实施例15，不同之处在于用甲酸代替4-氨基苯甲酸，并且在添加溶解在50mL水中的硝酸银时将甲酸钠乳液的温度控制在一15'C。羧酸银粉末的产率为77%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图10。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例16以与实施例1相同的方式进行实施例16，不同之处在于用葡萄糖酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为80%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图10。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例17以与实施例1相同的方式进行实施例17，不同之处在于用苯甲酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为87.7%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图10。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例18以与实施例1相同的方式进行实施例18，不同之处在于用对苯二甲酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为98%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图10。试剂的量和所测得的数值列于表3。实施例19以与实施例1相同的方式进行实施例19，不同之处在于用均苯三酸代替4-氨基苯甲酸。羧酸银粉末的产率为87.7%。SEM分析出的银层的微观结构图像示于图10。试剂的量和所测得的数值列于表3。<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>工业实用性本发明的溶液型墨水可用于在诸如等离子显示面板(PDP)等平板显示器中通过传统印刷技术(特别是通过喷墨印刷)形成导电图案，从而减少图案形成所用的步骤数。权利要求1.用于形成导电图案的溶液型银有机溶胶墨水，所述溶液型银有机溶胶墨水包含有效量的饱和的或不饱和的、直链的或支化的、未取代的或取代有一个或多个氨基、硝基和/或羟基的具有1～3个羧基的C0～C16脂肪族羧酸银，或者如式1所定义的芳香族羧酸银；和有机溶剂；式1其中R1、R2、R3、R4和R5各自是COO-Ag+、H、OH、氨基、硝基或C1～C9烷基。2.如权利要求1所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述溶剂由能与银形成螯合物或络合物的反应性有机溶剂和用于控制黏度的极性或非极性有机溶剂组成。3.如权利要求2所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述反应性有机溶剂是具有酮、巯基、羧基、苯胺基或含硫官能团的烃。4.如权利要求3所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述非极性有机溶剂是脂肪烃或芳香烃，所述极性有机溶剂是水，或C1C12、饱和的或不饱和的、具有一个到三个官能团的脂肪醇。5.如权利要求4所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述芳香族羧酸银占全部银有丰几溶胶墨水的5重量％70重量％。6.如权利要求2所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述墨水包含10重量％50重量Q/^的如式la所定义的芳香族羧酸银；10重量％60重量％的反应性有机溶剂，所述反应性有机溶剂选自由直链的或支化的取代有一个以上的C1C6羟烷基的胺和直链的或支化的C1C16脂肪族硫醇组成的组；以及余量的极性或非极性有机溶剂;式la<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中R!、R2、R3、R4和Rs各自是H、OH、硝基或C1C9烷基。7.如权利要求6所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述如式la所定义的芳香族羧酸银是苯甲酸银或4-氨基苯甲酸银。8.如权利要求2所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述墨水包含10重量％50重量％的如式lb所定义的芳香族羧酸银；10重量％60重量％的反应性有机溶剂，所述反应性有机溶剂选自由直链的或支化的取代有一个以上的C1C6羟烷基的胺和直链的或支化的C1C16脂肪族硫醇组成的组；以及余量的极性或非极性有机溶剂，式lb<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中Ri、R2、R3、R4和R5中的一个是COO—Ag+，其余的各自是H、OH、氨基、硝基或C1C9烷基。9.如权利要求8所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中R3为COO—Ag+，R,、R2、R4和Rs各自是H、OH或ClC9垸基。10.如权利要求9所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述如式lb所定义的芳香族羧酸银是苯二甲酸银。11.如权利要求2所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述墨水包含10重量％50重量％的如式lc所定义的芳香族羧酸银；10重量％60重量％的反应性有机溶剂，所述反应性有机溶剂选自由直链的或支化的取代有一个以上的C1C6羟烷基的胺和直链的或支化的C1C16脂肪族硫醇组成的组；以及余量的极性或非极性有机溶剂，其中R,、R2、R3、R4和Rs中的两个以上是COCTAg+，其余的各自是H、OH或ClC9烷基。12.如权利要求ll所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中R2和R4为COCTAg+，Ri、R3和Rs各自是H、OH或ClC9烷基。13.如权利要求12所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述如式lc所定义的芳香族羧酸银是均苯三酸银。14.如权利要求1权利要求13任一项所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述银有机溶胶墨水通过喷墨印刷用于导电图案。15.如权利要求14所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述芳香族羧酸银占全部银有机溶胶墨水的20重量％40重量％。16.如权利要求15所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述反应性溶剂是乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺。17.如权利要求1所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述墨水包含有效量的饱和的或不饱和的、直链的或支化的、未取代的或取代有一个或多个氨基、硝基和域羟基的C0C8脂肪族羧酸银。18.如权利要求17所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述脂肪族羧酸盐具有13个羧基。19.如权利要求18所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述墨水包含10重量％50重量％的所述脂肪族羧酸银；10重量％60重量％的反应性有机溶剂，所述反应性有机溶剂选自由直链的或支化的取代有一个以上的C1C6羟烷基的胺和直链的或支化的C1C16脂肪族硫醇组成的组；以及余量的极性或非极性有机溶剂。20.如权利要求19所述的溶液型银有机溶胶墨水，其中所述脂肪族羧酸银是柠檬酸银、草酸银或甲酸银。全文摘要本发明涉及用于形成导电图案的溶液型银有机溶胶墨水。本发明提供用于形成导电图案的溶液型银有机溶胶墨水，所述银有机溶胶墨水包含有效量的饱和的或不饱和的、直链的或支化的、未取代的或取代有一个或多个氨基、硝基和/或羟基的具有1～3个羧基的C0～C16脂肪族羧酸银，或者芳香族羧酸银；和有机溶剂。通过本发明获得了用于各种还原或金属化温度的基本上具有较高银含量的溶液型银有机溶胶墨水。本发明的溶液型墨水可用于在诸如等离子显示面板(PDP)等平板显示器中形成导电图案，从而减少图案形成所用的步骤数。本发明的一些溶液型墨水可用于在较低的还原温度下在诸如热固性塑料等较软的基体上形成导电图案。文档编号G03G5/00GK101384438SQ200780005243公开日2009年3月11日申请日期2007年1月11日优先权日2006年2月13日发明者张铉明,徐东晟,李垠枝,许顺永,金光燮,韩承准申请人:Exax株式会社