(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）  酸化インジウムスズ粉末、酸化アンチモンスズ粉末、およびそれらの混合物からなる群から選択される導電性酸化物粉末１０〜７０重量％と、
（ｂ）  トリエチルホスフェートに溶解された熱可塑性ウレタン樹脂および熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂を含む有機媒体３０〜９０重量％と
を含むポリマー厚膜透明導体組成物であって、
前記有機媒体は、前記有機媒体の全重量に基づいて、１〜５０重量％の前記熱可塑性ウレタン樹脂および１０〜５０重量％の前記熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂を含み、
前記導電性酸化物粉末および前記有機媒体の重量パーセントがポリマー厚膜透明導体組成物の全重量に基づく
ことを特徴とするポリマー厚膜透明導体組成物。
【請求項２】
基材と、ポリマー厚膜透明導体組成物から形成される透明導体とを含む容量性スイッチ回路であって、前記ポリマー厚膜透明導体組成物は、
（ａ）  酸化インジウムスズ粉末、酸化アンチモンスズ粉末およびそれらの混合物からなる群から選択される導電性酸化物粉末１０〜７０重量％と、
（ｂ）  トリエチルホスフェートに溶解された熱可塑性ウレタン樹脂および熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂を含む有機媒体３０〜９０重量％と
を含み、
前記有機媒体は、前記有機媒体の全重量に基づいて、１〜５０重量％の前記熱可塑性ウレタン樹脂および１０〜５０重量％の前記熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂を含み、
前記導電性酸化物粉末および前記有機媒体の重量パーセントがポリマー厚膜透明導体組成物の全重量に基づくことを特徴とする容量性スイッチ回路。
【請求項３】
基材と、乾燥された封入剤層と、乾燥されたポリマー厚膜透明導体組成物から形成される透明導体とを含む容量性スイッチ回路であって、前記ポリマー厚膜透明導体組成物が、
（ａ）  酸化インジウムスズ粉末、酸化アンチモンスズ粉末およびそれらの混合物からなる群から選択される導電性酸化物粉末１０〜７０重量％と、
（ｂ）  トリエチルホスフェートに溶解された熱可塑性ウレタン樹脂および熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂を含む有機媒体３０〜９０重量％と
を含み、
前記有機媒体は、前記有機媒体の全重量に基づいて、１〜５０重量％の前記熱可塑性ウレタン樹脂および１０〜５０重量％の前記熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂を含み、
前記導電性酸化物粉末および前記有機媒体の重量パーセントが前記ポリマー厚膜透明導体組成物の全重量に基づく
ことを特徴とする容量性スイッチ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎基材の熱成形が行なわれる適用において使用されてもよいポリマー厚膜透明導電性組成物に関する。ポリカーボネート基材がしばしば使用され、全くバリア層を使用せずに導体が使用されてもよい。
【背景技術】
【０００２】
以前から導電性ＰＴＦ回路が電気素子として使用されている。それらはこれらの種類の用途において多年にわたって使用されてきたが、熱成形法においてＰＴＦ銀導体を使用することは一般的ではない。これは、過酷な熱成形プロセスの後に高導電性銀組成物が必要とされる回路において特に重要である。さらに、熱成形のために使用される典型的な基材はポリカーボネートであり、非常にしばしば導体はこの基材に適合しない。本発明の目的の１つは、これらの問題を軽減することと、印刷された透明導体をポリカーボネートなどの好ましい基材上で使用することができるかまたはそれを銀の下または上で印刷することができる容量性回路積層体の一部として使用することができる導電性熱成形可能構造物を製造することである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は、
（ａ）酸化インジウムスズ粉末、酸化アンチモンスズ粉末およびそれらの混合物からなる群から選択される導電性酸化物粉末１０〜７０重量％と、
（ｂ）１〜５０重量％の熱可塑性ウレタン樹脂および１０〜５０重量％の熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂を含む有機媒体３０〜９０重量％と
を含むポリマー厚膜透明導体組成物に関し、そこで熱可塑性ウレタン樹脂および熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂が両方ともトリエチルホスフェートに溶解され、
（ｃ）熱可塑性ウレタン樹脂および熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂の重量パーセントが有機媒体の全重量に基づいており、導電性酸化物粉末および有機媒体の重量パーセントがポリマー厚膜透明導体組成物の全重量に基づいている。
【０００４】
一実施形態において、導電性酸化物粉末粒子は、フレークの形態である。
【０００５】
本発明はさらに、熱成形可能なポリマー厚膜透明導体組成物を使用して容量性スイッチのための導電性電気回路を形成することに関し、特に、構造物全体の熱成形においての使用に関する。一実施形態において封入層は、乾燥されたＰＴＦ透明導体組成物の上に堆積される。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明は、電気回路、特に、容量性スイッチ回路を熱成形するのに使用するためのポリマー厚膜透明導体組成物に関する。導体の層を基材上に印刷し、乾燥させて機能回路を製造し、次に、回路全体を、回路をその所望の三次元特性に変形する圧力および熱、すなわち、熱成形に供する。
【０００７】
ポリマー厚膜で熱成形された回路において一般に使用される基材は、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等である。ＰＣは、比較的高い温度において熱成形され得るので、一般的に好ましい。しかしながら、ＰＣは、その上に堆積される層において使用される溶剤に非常に影響されやすい。
【０００８】
ポリマー厚膜（ＰＴＦ）透明導体組成物は、（ｉ）酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）粉末、酸化アンチモンスズ（ＡＴＯ）粉末およびそれらの混合物からなる群から選択される導電性酸化物粉末と、（ｉｉ）トリエチルホスフェートに溶解された熱可塑性ウレタン樹脂および熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂の両方を含む有機媒体とからなる。
【０００９】
さらに、粉末および印刷助剤を添加して組成物を改良してもよい。
【００１０】
透明という用語の使用は、相対的な使用である。ここにおいて、透明は、印刷された／乾燥された導体を通る少なくとも３０％の光の透過率を意味することが意図される。
【００１１】
本発明のＰＴＦ透明導体組成物の各成分を以下に詳細に検討する。
【００１２】
Ａ．透明導電性粉末
当該厚膜組成物中の導体は、ＩＴＯ粉末、ＡＴＯ粉末、またはそれらの混合物である。粉末粒子の様々な粒径および形状が考えられる。実施形態において、導電性粉末粒子は、球状粒子、フレーク（棒状体、円錐体、板状体）、およびそれらの混合物など、任意の形状を包含してもよい。一実施形態において、ＩＴＯはフレークの形態である。
【００１３】
実施形態において、ＩＴＯおよびＡＴＯ粉末の粒度分布は０．３〜５０ミクロンであり、さらなる実施形態において、０．５〜１５ミクロンである。
【００１４】
実施形態において、導電性酸化物粉末粒子の表面積／重量比は、１．０〜１００ｍ2／ｇの範囲である。
【００１５】
ＩＴＯは、スズがドープされた酸化インジウム、Ｓｎ：Ｉｎ2Ｏ3、すなわち、典型的に９０重量％のＩｎ2Ｏ3および１０重量％のＳｎＯ2を有するＩｎ2Ｏ3およびＳｎＯ2の固溶体である。ＡＴＯは、アンチモンがドープされた酸化スズ、Ｓｂ：ＳｎＯ2、すなわち、典型的に１０重量％のＳｂ2Ｏ3および９０重量％のＳｎＯ2を有するＳｂ2Ｏ3およびＳｎＯ2の固溶体である。
【００１６】
さらに、少量の他の金属をＰＴＦ透明導体組成物に添加して導体の電気的性質を改良してもよいことは公知である。このような金属のいくつかの例には、金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、白金、パラジウム、モリブデン、タングステン、タンタル、スズ、インジウム、ランタン、ガドリニウム、ホウ素、ルテニウム、コバルト、チタン、イットリウム、ユウロピウム、ガリウム、硫黄、亜鉛、シリコン、マグネシウム、バリウム、セリウム、ストロンチウム、鉛、アンチモン、導電性炭素、およびそれらの組合せの他、厚膜組成物の技術分野において一般的なその他の金属が含まれる。付加的な金属は全組成物の約１．０重量パーセントまで占めてもよい。しかしながら、これらの金属が加えられる時に透明度が損なわれる場合がある。
【００１７】
一実施形態において、導電性酸化物粉末は、ＰＴＦ透明導体組成物の全重量に基づいて１０〜７０重量％で存在している。別の実施形態において、それは、またＰＴＦ透明導体組成物の全重量に基づいて２０〜６０重量％で存在しており、さらに別の実施形態において、それは２５〜５５重量％で存在している。
【００１８】
Ｂ．有機媒体
有機媒体は、トリエチルホスフェートに溶解された熱可塑性ウレタン樹脂および熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂の両方からなる。
【００１９】
ウレタン樹脂は、下地基材に対する十分な接着性を達成しなければならない。それは、熱成形後に回路の性能に適合しなければならず、それに悪影響を与えてはならない。一実施形態において熱可塑性ウレタン樹脂は有機媒体の全重量の１〜５０重量％である。別の実施形態において熱可塑性ウレタン樹脂は有機媒体の全重量の１〜２５重量％であり、さらに別の実施形態において熱可塑性ウレタン樹脂は有機媒体の全重量の３〜１５重量％である。一実施形態において熱可塑性ウレタン樹脂はウレタンホモポリマーである。別の実施形態において熱可塑性ウレタン樹脂はポリエステル系コポリマーである。
【００２０】
一実施形態において熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂は有機媒体の全重量の１０〜５０重量％である。別の実施形態において熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂は有機媒体の全重量の１０〜２５重量％であり、さらに別の実施形態において熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂は、有機媒体の全重量の１０〜２０重量％である。
【００２１】
ポリマー樹脂を典型的に機械混合によってトリエチルホスフェート溶剤に添加して、媒体を形成する。トリエチルホスフェートを有機溶剤として使用することによって、組成物に有益な性質が与えられることにここで留意すべきである。
【００２２】
付加的な粉末
様々な粉末をＰＴＦ導体組成物に添加して接着性を改良し、レオロジーを変え、低剪断粘度を増加させ、それによって印刷適性を改良してもよい。
【００２３】
ＰＴＦ導体組成物の適用
「ペースト」とも称される、ＰＴＦ透明導体組成物は典型的に、ガスおよび湿気に対して不透質である、ポリカーボネートなどの基材上に堆積される。また、基材は、プラスチックシートとその上に堆積される任意選択の金属または誘電体層との組合せから構成される複合材料のシートであり得る。また、透明導体が、例えばＤｕＰｏｎｔ（登録商標）５０４２または５０４３（本件特許出願人）を使用することにより形成される熱成形可能なＡｇ導体の上に、または熱成形可能な誘電体層の上に堆積されてもよい。あるいは、熱成形可能なＡｇ導体が、透明導体の上に形成されてもよい。
【００２４】
ＰＴＦ透明導体組成物の堆積は典型的にスクリーン印刷によって行なわれるが、スクリーン印刷、ステンシル印刷、シリンジ分注またはコーティング技術などの他の堆積技術を利用することができる。スクリーン印刷の場合、スクリーンメッシュの大きさが、堆積された厚膜の厚さを制御する。
【００２５】
一般的に、厚膜組成物は、適切な電気的機能性を組成物に与える機能相を含む。機能相は、機能相のためのキャリアとして作用する有機媒体中に分散された電気的機能性粉末を含む。一般的に、組成物を焼成してポリマーと有機媒体の溶剤との両方を燃焼消失させ、電気的機能性を付与する。しかしながら、ポリマー厚膜の場合、有機媒体のポリマー部分は、乾燥後に組成物の一体部分のまま存在し、したがって、得られた導体の一体部分である。
【００２６】
ＰＴＦ透明導体組成物は、全ての溶剤を除去するために必要な時間および温度で加工される。例えば、堆積された厚膜は典型的に１０〜１５分間にわたって１３０℃の熱暴露によって乾燥される。
【００２７】
回路構成
使用される基礎基材は典型的に、厚さ１０ミルのポリカーボネートである。ＰＴＦ透明導体組成物を上に記載された条件の通りに印刷し、乾燥させた。いくつかの層を印刷して乾燥させることができる。後続の工程は、ユニット全体を熱成形（１９０℃、７５０ｐｓｉ）する工程を包含してもよく、それは３Ｄ容量性スイッチ回路の製造において典型的である。一実施形態において、乾燥されたＰＴＦ導電性組成物、すなわち、透明導体の上に封入層が堆積され、次に、乾燥される。
【００２８】
一実施形態において、封入剤は、ＰＴＦ透明導体組成物に含有されるのと同じ樹脂、すなわち、ＰＴＦ導電性組成物中に存在しているのと同じ比率の同じ樹脂からなる。別のこのような実施形態において、封入剤は、ＰＴＦ透明導体組成物に含有されるのと同じ樹脂、すなわち、ＰＴＦ透明導体組成物中に存在しているのと異なった比率だが同じ樹脂からなる。
【００２９】
別の実施形態において、封入剤層は、乾燥されたＰＴＦ透明導体組成物の上に堆積され、次に紫外線硬化される。この実施形態において封入剤は、１つまたは複数の紫外線硬化性ポリマー、例えば、アクリレート系ポリマーからなる。封入剤層を形成するために適した１つのＰＴＦ紫外線硬化性組成物は、高伸長ウレタンオリゴマー、アクリレートモノマー、アクリル化アミンおよび無機粉末からなる。
【００３０】
封入剤の使用によって、熱成形された回路の歩留りが改善される（すなわち破損率を減少させる）ことが見出された。
【００３１】
３次元容量性回路を製造する間、熱成形工程の後に、最終工程はしばしば、ポリカーボネートなどの樹脂を使用して射出成形によって完成回路が形成される成形工程である。このプロセスはイン・モールディングとも称され、より高い温度を必要とする。選択される樹脂に応じて、これらの温度は典型的に、１０〜３０秒間にわたって２５０℃を超える。このようにＰＴＦ組成物に使用される樹脂の選択は重要である。本ＰＴＦ組成物に使用される樹脂の組合せは金型内プロセスに耐え、完全に機能回路部品を製造することが示されているのに対して、ＰＴＦ組成物に典型的に使用される大抵の樹脂はそうではない。
以下に、本発明の好ましい態様を示す。
［１］  （ａ）  酸化インジウムスズ粉末、酸化アンチモンスズ粉末、およびそれらの混合物からなる群から選択される導電性酸化物粉末１０〜７０重量％と、
（ｂ）  １〜５０重量％の熱可塑性ウレタン樹脂および１０〜５０重量％の熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂を含む有機媒体３０〜９０重量％と
を含むポリマー厚膜透明導体組成物であって、
前記熱可塑性ウレタン樹脂および前記熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂が両方ともトリエチルホスフェートに溶解され、
前記熱可塑性ウレタン樹脂および前記熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂の重量パーセントが前記有機媒体の全重量に基づき、
前記導電性酸化物粉末および前記有機媒体の重量パーセントがポリマー厚膜透明導体組成物の全重量に基づく
ことを特徴とするポリマー厚膜透明導体組成物。
［２］  前記熱可塑性ウレタン樹脂がウレタンホモポリマーまたはポリエステル系コポリマーであり、前記熱可塑性ウレタン樹脂がポリエステル系コポリマーであることを特徴とする［１］に記載のポリマー厚膜透明導体組成物。
［３］  基材と、ポリマー厚膜透明導体組成物から形成される透明導体とを含む容量性スイッチ回路であって、前記ポリマー厚膜透明導体組成物は、
（ａ）  酸化インジウムスズ粉末、酸化アンチモンスズ粉末およびそれらの混合物からなる群から選択される導電性酸化物粉末１０〜７０重量％と、
（ｂ）  １〜５０重量％の熱可塑性ウレタン樹脂および１０〜５０重量％の熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂を含む有機媒体３０〜９０重量％と
を含み、
前記熱可塑性ウレタン樹脂および前記熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂が両方ともトリエチルホスフェートに溶解され、
前記熱可塑性ウレタン樹脂および前記熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂の重量パーセントが前記有機媒体の全重量に基づき、
前記導電性酸化物粉末および前記有機媒体の重量パーセントがポリマー厚膜透明導体組成物の全重量に基づくことを特徴とする容量性スイッチ回路。
［４］  前記容量性スイッチ回路が熱成形されていることを特徴とする［３］に記載の容量性スイッチ回路。
［５］  熱成形可能な銀導体をさらに含み、前記容量性スイッチ回路が熱成形される前に、前記透明導体が前記熱成形可能な銀導体上に形成されていることを特徴とする［４］に記載の容量性スイッチ回路。
［６］  熱成形可能な銀導体をさらに含み、前記ポリマー厚膜透明導体組成物を乾燥させて前記透明導体を形成した後、前記容量性スイッチ回路が熱成形される前に、前記熱成形可能な銀導体が前記透明導体の頂面上に形成されていることを特徴とする［４］に記載の容量性スイッチ回路。
［７］  前記容量性スイッチ回路が、引き続いて射出成形プロセスに供せられることを特徴とする［４］に記載の容量性スイッチ回路。
［８］  基材と、乾燥された封入剤層と、乾燥されたポリマー厚膜透明導体組成物から形成される透明導体とを含む容量性スイッチ回路であって、前記ポリマー厚膜透明導体組成物が、
（ａ）  酸化インジウムスズ粉末、酸化アンチモンスズ粉末およびそれらの混合物からなる群から選択される導電性酸化物粉末１０〜７０重量％と、
（ｂ）  １〜５０重量％の熱可塑性ウレタン樹脂および１０〜５０重量％の熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂を含む有機媒体３０〜９０重量％と
を含み、
前記熱可塑性ウレタン樹脂および前記熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂が両方ともトリエチルホスフェートに溶解され、
前記熱可塑性ウレタン樹脂および前記熱可塑性ポリヒドロキシエーテル樹脂の重量パーセントが前記有機媒体の全重量に基づき、
前記導電性酸化物粉末および前記有機媒体の重量パーセントが前記ポリマー厚膜透明導体組成物の全重量に基づく
ことを特徴とする容量性スイッチ回路。
［９］  前記容量性スイッチ回路が熱成形されていることを特徴とする［８］に記載の容量性スイッチ回路。
［１０］  前記容量性スイッチ回路が、引き続いて射出成形プロセスに供せられることを特徴とする［９］に記載の容量性スイッチ回路。
【実施例】
【００３２】
実施例、比較実験
実施例１
ＰＴＦ透明導体組成物を以下の方法で調製した。有機媒体６９重量％が使用され、５．０重量％のＤｅｓｍｏｃｏｌｌ  ４０６  ポリウレタン（Bayer Material Science LLC, Pittsburgh, PA）および１５．０重量％のＰＫＨＨポリヒドロキシエーテル樹脂（Phenoxy Associates, Rock Hill, SC）を８０．０重量％のトリエチルホスフェート（Eastman Chemical, Kingsport, TN）有機溶剤と混合することによって調製された。樹脂の分子量は約２０，０００であった。この混合物を９０℃で１〜２時間加熱して樹脂を溶解した。約０．５ミクロンの平均粒度を有するＺｅｌｅｃ  ３０１０−ＸＣ  ＡＴＯ粉末（Milliken Chemical, Spartanburg, SC）３１重量％を有機媒体に添加した。有機媒体およびＡＴＯ粉末の重量％は、ＰＴＦ透明導体組成物の全重量に基づいていた。
【００３３】
この組成物を３０分間にわたって遊星形ミキサーで混合し、次に、三本ロールミルに数回供した。
【００３４】
次に、回路を以下のように製造した。厚さ１０ミルのポリカーボネート基材上に、一連の相互にかみ合せた線のパターンを３２５メッシュステンレス鋼スクリーンを使用して印刷した。パターン化された線を強制空気箱形炉内で１０分間１３０℃において乾燥させた。部品が検査され、下地基材の歪みはごくわずかであった。１９０℃において熱成形後、導電線は導電性のままであり、基材に十分に付着していた。１９００Ω／□／ミルの抵抗率の値が約５ミクロンの乾燥厚さにおいて得られた。
【００３５】
比較実験Ａ
ＰＴＦ透明導体組成物を以下の方法で調製した。ＤｉＢａｓｉｃ  Ｅｓｔｅｒｓ−９（本件特許出願人）をトリエチルホスフェートの代わりに溶剤として使用したこと以外は、実施例１の組成物と全く同様に組成物を調製した。
【００３６】
９２００Ω／□／ミルの抵抗率の値が約６ミクロンの乾燥厚さにおいて得られた。
【００３７】
トリエチルホスフェートを溶剤として使用する利点は著しい。ポリカーボネートは大抵の熱成形および射出成形された回路のために好ましい基材であるので、抵抗率を低減するものは何れも重要である。両方がポリカーボネート基材上に形成されるとき、実施例１の透明導体の抵抗率の値は、比較実験Ａの透明導体の抵抗率の値の約２０％である。
【００３８】
また、透明導体をポリエステル基材上に形成した。ポリエステル基材上の実施例１および比較実験Ａの透明導体を８５℃の温度および８５％の相対湿度に５００時間供したが、これは長期老化をシミュレートするものである。抵抗率が低下し、調製されただけの透明導体の場合よりもさらに大きい差を示す。
【００３９】
全ての結果を第１表に示す。
【００４０】
【表１】
0006592080.tif 000002