(57)【要約】導電性材料から成る第１領域と、該第１領域に対して隆起し、かつ、該第１領域から実質的に電気的に絶縁された導電性材料から成る第２領域とを含んでなり、前記導電性材料が平均８００オーム／スクエア未満の抵抗率を示す物品を開示する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性材料から成る第1領域と、該第1領域に対して隆起し、かつ、該第1領域から実質的に電気的に絶縁された導電性材料から成る第2領域とを含んでなり、前記導電性材料が平均800オーム/スクエア未満の抵抗率を示す物品。
【請求項２】
前記導電性材料が平均300オーム/スクエア未満である、請求項1に記載の物品。
【請求項３】
前記導電性材料が平均10オーム/スクエア未満である、請求項1に記載の物品。
【請求項４】
前記物品の光透過率が85 %を上回る、請求項1に記載の物品。
【請求項５】
前記第1領域と第2隆起領域との間の高さの差が5〜100マイクロメーターである、請求項1に記載の物品。
【請求項６】
前記導電性材料が、置換型又は無置換型アニリン含有ポリマー、置換型又は無置換型ピロール含有ポリマー、置換型又は無置換型チオフェン含有ポリマーから成る群から選択された電子伝導性ポリマーを含む、請求項1に記載の物品。
【請求項７】
前記電子伝導性ポリマーが、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェンスチレンスルホネート)、ポリ(ピロールスチレンスルホネート）及びポリ(3,4-エチレンジオキシピロールスチレンスルホネート)から成る群から選択される、請求項6に記載の物品。
【請求項８】
前記導電性材料のうちの1種以上が金属を含む、請求項1に記載の物品。
【請求項９】
導電性材料から成る第1領域がさらにポリマー保護オーバーコートを含む、請求項1に記載の物品。
【請求項１０】
熱及び/又は圧力を像様に加えることにより所望の導電性パターンを表面に形成するのに適した物品であって、熱可塑性ポリマーピラー上に配置された導電性材料から成る複数の隆起領域を含み、隣接領域間の抵抗率が平均2000オーム/スクエアを上回る、物品。
【請求項１１】
前記ポリマーピラーのTgが80℃未満である、請求項10に記載の物品。
【請求項１２】
前記ポリマーピラーの高さが5〜100マイクロメーターである、請求項10に記載の物品。
【請求項１３】
前記導電性材料が、置換型又は無置換型アニリン含有ポリマー、置換型又は無置換型ピロール含有ポリマー、置換型又は無置換型チオフェン含有ポリマーから成る群から選択された電子伝導性ポリマーを含む、請求項10に記載の物品。
【請求項１４】
前記電子伝導性ポリマーが、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェンスチレンスルホネート)、ポリ(ピロールスチレンスルホネート）及びポリ(3,4-エチレンジオキシピロールスチレンスルホネート)から成る群から選択される、請求項13に記載の物品。
【請求項１５】
前記導電性材料のうちの1種以上が金属を含む、請求項10に記載の物品。
【請求項１６】
導電性材料が前記ポリマーピラー間に存在する、請求項10に記載の物品。
【請求項１７】
前記ポリマーピラーが丸みを帯びており、かつ、1〜100マイクロメーターの直径を有している、請求項10に記載の物品。
【請求項１８】
前記ピラーが三角形の形状を成している、請求項10に記載の物品。
【請求項１９】
前記ピラーの頂部が凹面状又は凸面状である、請求項10に記載の物品。
【請求項２０】
前記物品の光透過率が85 %を上回る、請求項10に記載の物品。
【請求項２１】
前記ピラーのアスペクト比が0.8〜5.0である、請求項10に記載の物品。
【請求項２２】
前記ピラーの側面の勾配が鉛直線に対して70〜90度を成している、請求項10に記載の物品。
【請求項２３】
導電性領域を有する物品を形成する方法であって、熱可塑性ポリマーピラー上に配置された導電性材料から成る複数の隆起領域を含み、該隣接領域間の抵抗率が平均2000オーム/スクエアを上回る物品を準備し、そして所定のパターンで熱及び/又は圧力を加えて、導電率が平均800オーム/スクエア未満の所望の領域を形成することを含む、導電性領域を有する物品を形成する方法。
【請求項２４】
前記加熱がサーマル抵抗性ヘッドを採用する、請求項23に記載の方法。
【請求項２５】
前記加熱がレーザーを採用する、請求項23に記載の方法。
【請求項２６】
前記加熱が、加熱されたエンボシング・ローラ又はプレートを採用する、請求項23に記載の方法。
【請求項２７】
前記パターンが1 cm当たり40本を上回るラインを含む、請求項23に記載の方法。
【請求項２８】
第1領域と第2領域とが、該物品よりも上方の点から見ることができる、請求項1に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱及び/又は圧力を像様に加えることにより、導電性パターンを型押しするのに適したポリマー物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスが小型化するにつれて、極めて微細なピッチで精密な電気的接続を形成することに対する要求がますます高まっている。一例として、半導体、例えば集積回路をウェハー上に形成し、これらのウェハーを次いで切断してダイス又はチップにし、これらのダイス又はチップを基板上に載置することができる。典型的には、基板は微細な導電性回路ラインを有し、そして基板とチップとの間には、電気的且つ熱的なコンタクトを形成しなければならない。電子装置、例えばコンピュータ、テープ・プレーヤー、テレビ受信機、電話機及びその他の装置が小型化し、薄くなり、そしてより携帯しやすくなるにつれて、半導体に対するサイズ要求、及び半導体と基板との間又はフレキシブル回路と剛性プリント回路との間の電気的接続を提供するための手段に対するサイズ要求はますます厳しいものになってくる。
【０００３】
2つの電気的素子の間に導電性を提供する1つの方法は、Z軸導電性シート材料、例えばZ軸接着剤を使用することである。シート材料がエラストマーであれ接着剤であれ、電子産業分野における小型化に対応して努力が続けられている。Z軸導電性は、バインダー・マトリックス全体に導電性粒子を分散することを含む数多くの手段を通して達成することができる。極めて微細なピッチの電気的接続が必要となる場合、導電性素子は、電極が配置された場所にだけ配置することができ、典型的には電極への導電性シートのインデックス送りが必要となる。或いは、導電性素子は電極の間隔に対して閉じたスペースに配置することができ、この場合インデックス送りは必要とならない。米国特許第5,087,494号明細書(Calhoun他)は、微細なピッチで正確な場所に配置された、導電性粒子を有する導電性接着テープの一例である。Calhoun他はまた前記'494号明細書において、導電性接着テープのための数多くの利用可能な選択肢について論じている。
【０００４】
米国特許第4,008,300号明細書(Ponn)及び同第3,680,037号明細書(Nellis他)において教示された誘電体シート材料は、シート面間に延びる圧縮可能な複数の弾性導電性プラグを有している。シートを回路間に配置することにより、その間に電気的接続を形成することができる。Ponn及びNellisの導電性プラグは、バインダー材料中の導電性粒子の分散体である。
【０００５】
米国特許第5,522,962号明細書において教示された導電性シートは、厚さを通して導電性ではあるがしかし横方向では絶縁性である。導電性材料が開示されているが、その光透過率は低い傾向があり、従ってこれらの材料は、透過デバイス、例えば液晶ディスプレイにおいては特に有用とは言えない。さらに、この発明において利用される導電性材料は、バインダー中でコーティングされる導電性強磁性粒子である。
【０００６】
光学ディスプレイ、例えば液晶ディスプレイにおいて、ディスプレイ全体にわたって照明を一様にし、そしてバックライトからの光、又は環境からディスプレイ内に到来した光を拡散反射するために、金属反射体がしばしば使用される。従来技術の反射体は、プレーナー型鏡面反射体及びプレーナー型拡散反射体を含む。鏡面反射体は、反射金属コーティングで覆われた実質的に平らな面を含む。鏡面反射体は、入射角が反射角とほぼ等しいことを特徴とする。拡散反射体は典型的には、大部分が金属反射コーティングで覆われた粗面を有している。拡散反射体は、入射光を反射して散乱させることを特徴とする。従来の拡散反射体は典型的には、粗面化されたポリマーシートの連続的な金属化を含む。
【０００７】
透過型LCDはバックライト、典型的には1つ又は2つの低温蛍光灯を液晶パネルの背面に含む。バックライトは比較的多量の電力を消費する。拡散反射体は、ディスプレイ全体にわたってバックライトの照明を一様にすることにより、高温(より明るい)スポットを排除する。反射体が拡散時に効率的であればあるほど、光はディスプレイ全体にわたって一層一様になる。透過及び吸収が生じない光の量を最小化する上で、反射体が効率的であればあるほど、一層多くの光が液晶を通過し、一層明るいスクリーンとして実現される。このようにより効率的な拡散反射体は、より明るいディスプレイのために、又は、バッテリー寿命を長くするより少ない電気消費量のために使用することができる。
【０００８】
反射型LCDは、LCDの背面で光を反射するための反射体を含む。このLCDの場合、周囲光を反射体上で反射することにより、画像を表示する。拡散反射体は、周囲光を反射して拡散させることにより、ディスプレイ全体にわたる周囲光の差異に基づく高温スポットをマスキングする。反射体の反射及び拡散が効率的であればあるほど、ディスプレイはより明るくなる。このディスプレイは、バックライトを使用しないため所要電力量を低減するが、周囲光反射は、鮮明色画像にとって申し分のない明るさを生成することはできず、計算機やその他の文字表示に用いられる。
【０００９】
米国特許第5,917,567号明細書(Oh他)は、拡散特性を有する反射体に関し、微細なスペーサを均一に堆積することにより、複数の凸面状部分を有するように反射体の表面を形成する。この反射体は、基板を準備し、ビードとポリマーとの溶液から成る薄層を基板上に形成し、そして薄層上に反射層を形成することにより製造される。ビードは本発明において使用される複合レンズと比較して、単一の反射レンズを形成する。複合レンズはレンズ表面の数の多さに基づき、より効率的な拡散を可能にし、ひいては、単レンズ拡散反射体を用いて得られるよりも効率的な拡散を可能にする。
【００１０】
表面テクスチャを備えた樹脂が一方の表面上にコーティングされた高分子フィルムを製造することが知られている。この種の高分子フィルムは熱可塑性エンボシング法によって形成される。この方法において、生(未コーティング)高分子フィルムに溶融樹脂、例えばポリエチレンをコーティングする。溶融樹脂を有する高分子フィルムを、表面パターンを有する冷却ローラと接触させる。冷却された水をポンプによってローラに通し、これにより樹脂から熱を抽出し、この樹脂を凝固させ、そして高分子フィルムと付着させる。このプロセス中に冷却ローラの表面上の表面テクスチャを、樹脂でコーティングされた高分子フィルム中にエンボシングする。こうして冷却ローラ上の表面パターンは、コーティング済高分子フィルム上の樹脂内に生成される表面にとって重要である。
【００１１】
米国特許第6,285,001号明細書(Fleming他)は、基板のエキシマー・レーザー・アブレーションを用いた暴露法により、アブレートされた基板上の反復ミクロ構造の均一性を改善するか、又はアブレートされた基板上に三次元ミクロ構造を形成することに関する。マスター冷却ロールを形成して複雑でランダムな三次元構造を製造するためにこの方法を適用するのは難しく、また莫大なコストがかかる。
【００１２】
米国特許第6,124,974号明細書(Burger)の場合、基板はリソグラフィ法で形成される。このリソグラフィ法を、連続するフォトマスクに対して繰り返すことにより、所望の小型レンズに対応する三次元レリーフ構造を生成する。マスターを形成して三次元構成要件をプラスチック・フィルム内に作成するためのこのような手順は、多くの時間及び莫大なコストがかかる。
【００１３】
米国特許第6,266,476号明細書(Shie他)の場合、モノリシック要素が、基板本体と、表面ミクロ構造によって生み出されるマクロ光学特性とを有する。これらのミクロ構造はレンズ全体にわたって不均一であることにより、或る特定のレンズ収差を最小限に抑えることができる。これらの不均一ミクロ構造はレンズ収差を低減しはするものの、光学本体のマクロ光学特性を有意に変えることはできない。本発明における拡散構造は、拡散フィルム全体にわたるマクロ拡散効率を変化させることに関して、種々様々である。本拡散要素は種々様々であることが可能であり、拡散領域の拡散特性を光のほとんどを拡散させることから光を正透過させることまで変化させることができる。このことは、ミクロ構造では不可能である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、導電性材料から成る第1領域と、該第1領域に対して隆起し、かつ、該第1領域から実質的に電気的に絶縁された導電性材料から成る第2領域とを含む物品であって、前記材料が平均800オーム/スクエア未満の抵抗率を示す物品を提供する。本発明はまた、熱及び/又は圧力を像様に加えることによりこのようなパターンを形成するのに適した物品であって、熱可塑性ポリマーピラー上に配置された導電性材料から成る複数の隆起領域を含み、隣接領域間の抵抗率が平均2000オーム/スクエアを上回る物品、並びに、熱及び/又は圧力を用いて該パターンを形成する方法、の両方を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は従来技術を凌ぐ数多くの利点をもたらす。本発明は、シート平面内で導電性である薄くフレキシブルな導電性ポリマーシートを提供する。本発明の材料は、熱及び/又は圧力をパターン様に加えることにより、導電性パターンがシート表面に適用されるのを可能にする。パターン付き導電性シートは、このシートがフレキシブル回路、薄膜スイッチ、ディスプレイ・デバイス、ラジオ周波数アンテナ及び薄膜トランジスタのために使用されることを可能にするのに十分な導電性を有している。導電性パターンがフレキシブルなポリマー基板上に位置しているので、本発明の材料は、ディスプレイ・デバイス、例えば、振動や機械的衝撃に晒される携帯電話に、理想的に適している。さらに、パターン付き導電性シートはフレキシブルなので、シートはロール間で製造することができ、剛性構造体、例えばガラスやシリコンにパターン付き導電性材料を適用する場合と比較して、コストが著しく下げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図1は、熱によるパターン様印刷前の熱選択的導電性ポリマーシート8を示す断面図である。ベースシート2がポリマーピラー4を備えている。このポリマーピラー4上には、導電性材料6が適用されている。ポリマーピラー4に適用された導電性材料6は、ピラー間のエアギャップによって互いに電気的に絶縁されている。
【００１７】
図2は、熱に対するパターン様暴露後の熱選択的導電性ポリマーシートを示す断面図である。導電性材料6を有するポリマーピラー4は、熱に対してパターン様暴露されておらず、従って実質的に不変のままである。導電性材料10はパターン幅の熱に当てられたものであり、領域10全体が導電性である。導電性材料6と基本的に同じ組成を有する導電性領域10は、互いに電気的に絶縁されており、導電性パターンを提供する。さらに、導電性領域10は、これがポリマーピラー4の下方にあるため、磨耗から保護される。それというのも導電性領域10はポリマーシート12表面よりも下方にあるからである。導電性領域10の見かけ上粗い表面は、溶融したポリマーピラー4によって形成された何らかの低周波粗さの結果である。導電性領域10の表面粗さは、パターン付き導電性領域10の電気性能に著しい影響を与えることはない。
【００１８】
実際には、領域10は、ポリマーシートの基準面又は上面よりも下方に位置するコンジットチャネルを構成する。
【００１９】
導電性パターンは像様に適用されるので、導電性パターンは種々異なる方向及び位置を有することができ、このことは、本質的に線状の従来技術の導電性ポリマー材料と比較して、よく知られているその他の電気的な成分、例えば抵抗器、キャパシタ、ICチップ及びトランジスタと一緒に本発明の材料を使用することを可能にする。導電性パターンは、使用時点でシートに適用することができ、これにより、パターン付き導電性ウェブ材料、例えばスパッタ・コーティングされたITOを注文することに伴う長いリードタイムを著しく短くすることができる。導電性パターンは使用時点で形成することができ、プロトタイプの短時間での製作、及び少数のデバイスの製造にとって特に有益であり、そして工具コスト及び設置コストが回避される。
【００２０】
本発明の興味深い観点は、透明な導電性材料の使用である。これらの材料は、光透過を必要とする用途、例えば背後照明型ディスプレイにおいて本発明の材料を利用可能にする。金属、例えば銀又はニッケルを使用する従来技術のパターン付き導電性材料の光透過率は、本発明において利用される透明ポリマー材料よりも高い。本発明の材料の電気的なパターン形成は、所望の領域を溶融するデジタル印刷技術を用いて達成することができる。所望のパターンでポリマーピラーを溶融するための2種のデジタル技術は、抵抗性サーマル・ヘッド及びレーザーである。これらの技術の両方は、所望の電気的パターンを含有するデジタル設計ファイルを、導電性パターンに変換することができ、このことは、設計者及び技術者が、迅速なプロトタイプ作成のための回路、及び最終設計前の回路設計試験のための回路を製作するのを可能にする。これらの利点及びその他の利点が以下の詳細な説明から明らかになる。
【００２１】
「LCD」という用語は、液晶を利用して画像を形成する任意の背後投影型ディスプレイ・デバイスを意味する。「ディフューザ」という用語は、反射光(一次方向を有する光)を拡散して散光(ランダムな光方向を有する光)にすることができる任意の材料を意味する。「光」という用語は可視光を意味する。「散光透過率」という用語は、光源の500 nmの光の総量と比較した、500 nmの拡散透過光のパーセントを意味する。「総光透過率」という用語は、光源の500 nmの光の総量と比較した、500 nmで試料を透過する光のパーセンテージを意味する。この光透過は、光の正透過及び拡散透過の両方を含む。「散光透過効率」という用語は、500 nmの総透過光%に対する500 nmの拡散透過光%の比に係数100を掛け算したものを意味する。「高分子フィルム」という用語は、ポリマーを含むフィルムを意味する。「ポリマー」という用語はホモポリマー及びコポリマーを意味する。レンズのサイズ及び周波数に関連する「平均」という用語は、フィルム表面積全体にわたる算術的平均を意味する。
【００２２】
「透明」という用語は、総光透過率が500 nmで70 %以上であるシートを意味する。「導電性」という用語は、電流を導くための材料の能力を意味する。導電率は抵抗率の逆数である。抵抗率はオームメーター、又はオーム/スクエアの単位で測定される。本発明において利用される導電性材料の測定抵抗率は、5000オームメーター未満である。
【００２３】
レンズを通る光の発散は「非対称」と呼ぶことができる。「非対称」という用語は、水平方向における発散が鉛直方向における発散とは異なることを意味する。発散曲線は非対称的であり、このことは、ピーク光透過の方向が、方向θ=0°に沿った方向ではなく、表面に対して非垂直の方向にあることを意味する。レンズ拡散フィルムから非対称的に光を分散させるために利用可能な3つ以上のアプローチがある。これらのアプローチはすなわち、直交方向に対する1つの方向においてレンズの寸法を変化させること、レンズ中心からレンズの光軸をオフセットすること、及びアスチグマチック・レンズを使用することである。
【００２４】
導電性パターンを含有するシート材料を提供するために、導電性材料の複数の隆起領域が熱可塑性ポリマーピラー上に配置される。隣接領域間の抵抗率の平均は2000 オーム/スクエアを上回ることが好ましい。本発明の物品は、ピラーの最外面に適用された電気的に絶縁された導電性材料をパターン様に接続するのを可能にする。ピラーに適用された導電性材料を所定のパターンで接続すると、電気信号及び電流を導くことができる導電性パターンを構成するのが可能になる。この電流は、電気的な成分、回路基板、入力/出力デバイス、薄膜スイッチ・パッド、及び例えばコレステリック液晶を含有する画像形成層に共通する電流である。本発明の物品は、パターン付き導電性材料のカスタマイズをも可能にし、これにより、長いリードタイム、高価な導電性パターン前印刷の必要性が著しく低減される。さらに、本発明の材料含量のほとんどがポリマー材料なので、本発明の材料はロール間で製造してコーティングすることができ、これにより、コストを著しく下げることができる。ポリマー含有率が高い本発明の材料は、ガラス又はシリコンに塗布されたパターン付き電気的材料よりも耐久性が高く、より耐久性の高いデバイス、例えばPDA及び携帯電話を可能にする。
【００２５】
本発明のポリマーピラーは好ましくは、ガラス転移温度(Tg)が80℃未満のポリマーを含む。Tgが80℃未満のポリマーは、加熱下及び加圧下でポリマーピラーの効率的な流動を可能にし、しかも導電性材料に電気的な損傷を与えない。Tgが80℃未満の別のポリマーは一般に、本発明の導電性材料に対する優れた付着力を有し、そして一般に、可視光エネルギーを透過させることができる。
【００２６】
本発明のポリマーピラーの高さは5〜100マイクロメーターである。3マイクロメーター未満のポリマーピラーは、導電性材料の「ブリッジング」を可能にし、ピラー間の電気的な絶縁性を低減する。110マイクロメーターを上回るポリマーピラーは、熱及び圧力に暴露されると流動が難しくなり、その結果として、パターン様に熱及び圧力に暴露されると導電性を妨げることが判っている。
【００２７】
熱可塑性ポリマーピラーは好ましくは、ピラー表面上に配置された導電性ポリマーを有する。本発明の導電性ポリマーは、所望の導電性ポリマー特性を提供することが判っており、そして入射可視光を通し、熱及び圧力に対してパターン様暴露されると流動する。さらに、導電性ポリマーは、ピラーの最上面に適用することができる。本発明の導電性ポリマーは、置換型又は無置換型アニリンを含有するポリマー、置換型又は無置換型ピロールを含有するポリマー、置換型又は無置換型チオフェンを含有するポリマーから成る群から選択される。上記ポリマーは、所望の導電性、検証デバイスにおける他の層との付着力を提供し、そして高い光透過率を有する。本発明の導電性材料は、共役ポリマー主鎖成分と高分子ポリアニオン成分とを有する導電性ポリチオフェンを含有するポリチオフェン/ポリアニオン組成物を含むコーティング組成物からコーティングされる。本発明に基づいて使用するのに好ましいポリチオフェン成分は、1つ以上のアルコキシ基、例えばC1-C12アルコキシ基又は--O(CH2H2O)nCH3基(nは1〜4である)と置換されたチオフェン核を含有するか、或いはチオフェン核が2つの酸素原子を介して閉環される場合には、置換型の基を含むアルキレン基と置換されたチオフェン核を含有する。導電性ポリチオフェン/ポリアニオン組成物、及び/又は、ポリアニオンの存在において合成されたポリチオフェンの水性分散系の調製、並びに、このような分散系からの静電防止コーティングの製造は、欧州特許第0440957号明細書(及び対応する米国特許第5,300,575号明細書)、並びに、例えば米国特許第5,312,681号；同第5,312,681号；同第5,354,613号；同第5,370,981号；同第5,372,924号；同第5,391,472号；同第5,403,467号；同第5,443,944号；及び同第5,575,898号の各明細書に記載されており、これらの開示内容を参照により本明細書の一部とする。
【００２８】
一般的な組成物を上述したが、本発明において採用されるポリチオフェン/ポリアニオン組成物はそれ自体は新しいものではなく、商業的に入手可能である。本発明において使用するための好ましい導電性ポリチオフェン/ポリアニオン・ポリマー組成物は、3,4-ジアルコキシ置換型ポリチオフェン/ポリ(スチレンスルホネート)を含み、最も好ましい導電性ポリチオフェン/ポリアニオン・ポリマー組成物は、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホネート)であり、これはBayer Corporation からBaytron Pとして商業的に入手可能である。
【００２９】
水溶性ポリマー、合成ラテックス・ポリマー(例えばアクリル、スチレン、アクリロニトリル、ハロゲン化ビニル、ブタジエン及びその他)、又は水分散性縮合ポリマー(例えばポリウレタン)、ポリエステル、ポリエステルイオノマー、ポリアミド、及びエポキシドなどを含む高分子フィルム形成バインダーを導電性層中に任意に採用することにより、導電性層の完全性を改善し、そして下層及び/又は上層に対する静電防止層の付着力を改善することができる。好ましいバインダーは、米国特許第6,124,083号明細書(参照により本明細書の一部とする)に開示されているような、ポリエステルイオノマー、塩化ビニリデン含有インターポリマー、及びスルホン化ポリウレタンを含む。導電性ポリチオフェン/ポリアニオン組成物と、添加されたバインダーとの重量比は100:0〜0.1:99.9、好ましくは1:1〜1:20、そしてより好ましくは1:2〜1:20であってよい。採用される置換型又は無置換型の導電性チオフェン含有ポリマーの乾燥被覆率は、導電性ポリマーの固有導電率、及び導電性ポリマーとバインダーとの重量比に依存する。ポリチオフェン/ポリアニオン組成物の置換型又は無置換型の導電性チオフェン含有ポリマー成分の乾燥被覆率の好ましい範囲は、約0.5 mg/m2〜約3.5 mg/m2であり、このような乾燥被覆率は、写真処理の前及び後に所望の電気抵抗率を提供する一方、処理済写真要素の色及び光学濃度に対する導電性ポリマーの影響を最小限に抑えるはずである。
【００３０】
導電性物質及び高分子バインダーに加えて、本発明の導電性材料は、架橋剤、コーティング助剤及び界面活性剤、分散助剤、融合助剤、殺生剤、艶消し粒子、ワックス及びその他の滑剤を含んでよい。導電性コーティング配合物中のコーティング助剤の一般的なレベルは、例えば、溶液総重量を基準として、0.01〜0.3重量%の活性コーティング助剤である。これらのコーティング助剤は典型的には、アニオン性又は非イオン性であり、そして水性コーティングに適用される多くのものから選択することができる。混合前のpH調節からコーティング溶液の種々の成分に恩恵を与えることにより、相溶性を保証することができる。一般に使用されるpH調節剤は、水酸化アンモニウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラエチルアミン、硫酸、酢酸などである。
【００３１】
本発明の導電性材料は、周知のコーティング技術のうちのいずれかを用いて、水性溶剤又は有機溶剤コーティング配合物から適用することができる。これらの技術は、例えばローラ・コーティング、グラビア・コーティング、エアナイフ・コーティング、ロッド・コーティング、押出コーティング、ブレード・コーティング、カーテン・コーティング、及びスライド・コーティングなどである。コーティング後、層を一般に単純な蒸発によって乾燥させる。この蒸発は、周知の技術、例えば対流加熱によって促進することができる。Research Disclosure第308119号、1989年12月発行、第1007〜1008頁に、周知のコーティング法及び乾燥法がさらに詳しく記載されている。ピラー表面に対する導電性ポリマーの適用のための好ましいコーティング法は、リバース・ロール・コーティングである。ピラーのリバース・ロール・コーティングは、コーティングの優れた品質及び均一性を提供することが判っており、ポリマー頂部に配置された導電性ポリマーを維持し、この導電性材料は最も効率的である。パターン形成コーティング法、例えばストライプ・コーティング、噴霧コーティング、インクジェット堆積又は熱転写も、これらがピラー表面に正確なパターンを提供するので好ましい。ピラーの最上面の電子写真コーティングは、ポリマー・ピラーの頂部が所望の電荷を受け入れ、対向電荷を有する導電性トナーがポリマー・ピラー頂部に付着するのを可能にするので好ましい。
【００３２】
本発明の別の実施態様の場合、導電性材料は金属を含む。金属の利点は、高い導電性を有することであり、また、ピラー上に堆積された金属の厚さが1000オングストローム未満である場合には、金属を透明にすることができる。金属反射能が金属から得られることが好ましい。金属、例えばアルミニウム、銅、銀、白金、金及び真鍮が、比較的薄い層において高い反射性を有するので好ましい。別の実施態様の場合、金属反射能が合金から得られる。合金を使用することが好ましい理由は、種々異なる特性を有する2種又は3種以上の金属を使用することにより、反射率及び機械特性を調整することができるからである。最も好ましくは、金属反射能が銀又はアルミニウムから得られる。銀及びアルミニウムは、運動中のウェブ上に容易に真空コーティングすることができ、そして薄膜の場合高い反射能を有することができる。さらにシートにはポリマーマスクを塗布することができ、このポリマーマスクはピラー間のスペースを覆う。シートに金属を塗布した後、マスクを取り除き、ピラーの頂部上に金属を残し、そしてピラー間のスペースにはこれを残さない。
【００３３】
好ましくは、金属厚は10〜5,000オングストロームである。厚さが7オングストローム未満の層は極めて半透明である傾向であり、従って拡散・正反射能パターンは見づらく読みづらい。厚さが5,080オングストロームを上回る反射層は、追加された分の量の総反射能をもたらすことはなく、そしてより多くの材料を使用する。さらに、金属で覆われた突起を溶融するとき、金属層が極めて厚い(5,080オングストロームを上回る)と、ピラーを溶融するために熱及び圧力を加えることがより難しくなり、その結果、拡散・正反射能パターンが完全には形成されなくなってしまう。最も好ましくは、金属の厚さは500〜1,000オングストロームである。この範囲は所望の反射能特性を提供する一方、材料コスト及び製造コストを最小限に抑えることが判っている。さらに、導電性金属は、マトリックス、例えばゼラチン又はPVA中に加えられることが好ましい。導電性金属は、導電性ピラーのパターン様印刷時の加熱中に「焼結」される。導電性材料は導電性インク(金属化合物を含有する)であってもよい。導電性インクはピラーの頂面に印刷される。
【００３４】
別の好ましい実施態様の場合、導電性材料はポリマーピラー間に存在する。ピラー間に適用された本発明の導電性材料は、熱及び圧力を加えた後のパターンの導電性を改善する。頂部と頂部間の露出領域との両方に導電性材料を適用することは、ポリマーピラーの側方をコーティングすることが判っているスパッタリングと比較して、指向性コーティングを行うコーティング法又は金属化法によって達成される。パターン様の熱及び圧力を加える前に、ピラー間に適用された導電性材料は、導電性ブリッジがピラー間に形成されない限り、電気抵抗率を変化させることはない。高さが20マイクロメーターを上回る円筒形ピラーが、金属真空蒸着法における望ましくないブリッジングを低減し、ひいては導電性材料がピラー間のスペースに配置されることを可能にすることが判っている。
【００３５】
ポリマーピラーの直径又はシート平面内の厚さは、1〜100マイクロメーターである。1マイクロメーター未満の直径はパターン形成が難しい。100マイクロメーターを上回ると、シートの印刷解像度が低減される。最も好ましい直径は10〜40マイクロメーターである。この直径範囲はパターン形成を容易にし、そして導電性パターンの優れた解像度を提供する。
【００３６】
ポリマーピラーは好ましくは1サイズであってよく、或いは下記のもののうちの1つが変動してよい：長さ、高さ、形状、出現頻度、組成、勾配、アスペクト比及び一次方向。ピラーのサイズを変えることにより、パターン形成効率を改善できることが見いだされた。例えば、或るポリマーシートは2つのポリマーピラー個体群を含有する。一方の個体群の、シート基部からの高さは10マイクロメーターであり、他方の個体群の高さは20マイクロメーターである。パターン様加熱すると2つの個体群が互いに電気的に絶縁される一方、高さ20マイクロメーターの1ポリマーピラー個体群から成る場合と比較すると12 %速く、パターンが形成される。
【００３７】
好ましい実施態様の場合、ピラーは三角形の形状を成している。三角形ピラーは、優れた導電性パターンを提供することが判っており、また、入射可視透過光エネルギーを導くことができる。好ましい別の実施態様の場合、ピラー頂部は凸面状又は凹面状である。凹面状ピラー及び凸面状ピラーの両方は、平らな頂部を有するピラーと比較して、付加的な導電性材料の堆積を可能にする。
【００３８】
ピラーの好ましいアスペクト比は0.8〜5.0である。アスペクト比が0.75未満であると、ピラーへの導電性材料の所望の不連続的な堆積を達成するのが難しいことが判っている。アスペクト比が5.0を上回ると、電気的なパターン形成が難しい。ピラーの側方の勾配は好ましくは70〜90度である。60度未満の勾配は、例えば、金属の真空蒸着後又は導電性ポリマーの溶液コーティング後に導電性材料を含有することが判っている。90度を上回る勾配は、ピラーの形成過程中に達成することが極めて難しい。
【００３９】
好ましい実施態様の場合、物品の光透過率は85%を上回る。光透過率が85 %を上回ると、パターン付き導電性物品は例えば透明薄膜スイッチ回路を可能にする光を通すことができるようになる。
【００４０】
ポリマーピラー上に堆積された導電性材料をパターン様に加熱したあとで結果として生じる物品は、導電性材料の連続領域と、これらの導電性領域から電気的に絶縁された領域とが存在する物品である。平均800オーム/スクエア未満の導電性材料から成る第1領域と、第1領域から実質的に電気的に絶縁されそして互いに実質的に電気的に絶縁された、隆起した導電性材料から成る第2領域とを含む物品が好ましい。ポリマーピラー上の導電性材料は互いに絶縁されており、ひいては、互いに電気的に絶縁されているが、しかしピラー上には十分に導電性の材料が存在し、この導電性材料は、ピラーの溶融後に電気的な接続を形成し、これらの接続はパターン化して回路を形成することができる。
【００４１】
好ましい実施態様の場合、導電性材料は平均300オーム/スクエア未満である。300オーム/スクエア未満の抵抗率において、導電性材料は、過度に多くの抵抗熱を発生させることなく、回路のために効果的に利用することができる。過度に多くの抵抗熱が発生すると、このことは、本発明において利用されるポリマー材料の機械特性に影響を及ぼすおそれがある。300オーム/スクエア未満の電気抵抗率を達成するためには、導電性ポリマー、塩又は金属化合物を含有するマトリックス材料、及び導電性インクが好ましい材料である。
【００４２】
本発明の別の好ましい実施態様の場合、導電性材料は平均10オーム/スクエア未満である。10オーム/スクエア未満の抵抗率において、本発明の材料は、プリント回路基板の透過効率に近付くことができる。10オーム/スクエア未満の電気抵抗率は一般に、高い光透過率を可能にしない厚さの金属を使用することを必要とする。
【００４３】
好ましくは、第1領域及び第2領域の両方を含有する物品の光透過率は85 %を上回る。85 %を上回る光透過率は、導電性及び光透過性の両方を提供し、電気的なパターン形成及び可視光透過を必要とする用途のために利用することができる。その一例としては背後照明される薄膜スイッチ、セキュリティ・カード、及び透過ディスプレイ・デバイス、例えばLCD、OLED及び背後投影スクリーンが挙げられる。
【００４４】
導電性材料はオーバーコートで保護されることが好ましい。導電性材料を保護することによって、導電性材料の引掻き及び層間剥離を回避することにより、起伏のある導電性シートを製造する。さらに、導電性材料を保護することにより、保護層に隣接する二次コーティング面を、補助コーティング又は補助印刷のために利用することができる。コーティング又は印刷の一例としては、画像形成層、プリント薄膜回路デザイン、コレステリック液晶材料のコーティング、及び透過光の出力を管理するためのミクロレンズ・アレイが挙げられる。
【００４５】
保護オーバーコート層の好ましい鉛筆硬度は2Hを上回る。2Hを上回る鉛筆硬度は、デバイス組立て中又は実際の使用中に引き起こされる引掻き力の多くに抵抗する。オーバーコート層の引掻きは、透過光に対する望ましくない妨害を招き、ひいては、本発明の光学的な有用性を低減してしまう。保護オーバーコートの表面粗さは好ましくは、0.18マイクロメーター未満である。0.20マイクロメーターを上回る表面粗さは、透過光を拡散させ、そして例えば薄膜スイッチのバックライト強度を低減することが判っている。加えて、0.18マイクロメーター未満の表面粗さは、補助コーティング又は補助印刷のための優れた表面を提供する。
【００４６】
保護オーバーコートの好ましい抵抗率は5000オーム・メーターを上回る。5000オーム・メーターを上回る抵抗率は、回路内の短絡、カレント・ドレイン又は望ましくない電界を防止するのに十分な電流抵抗を提供する。保護オーバーコートの好ましい表面エネルギーは40ダイン/cm2未満である。40ダイン/cm2未満の表面エネルギーを提供することにより、導電性材料の抵抗率を変化させることになる水及びその他の水性溶剤が、オーバーコート表面上にビードを形成し、そしてこれらの水及びその他の水性溶剤は、容易に除去することができる。
【００４７】
保護オーバーコート層は、環境溶剤から画像を保護し、引掻きに抵抗し、そして光透過品質を損なわない好適な材料から成ることができる。保護オーバーコート層は、好ましくは、均一なコーティング又はパターン様コーティングにおいて導電性材料に塗布されることが好ましい。本発明の好ましい実施態様の場合、保護オーバーコートを電界の存在において最上層に塗布して融合させ、これにより透明ポリマー粒子が連続的な高分子層を形成するようにすることが好ましい。電子写真トナーが塗布されたポリマーが好ましい。それというのもこのようなポリマーを使用することは、パターン様薄層を提供する効果的な方法だからである。
【００４８】
別の実施態様の場合、保護オーバーコート層は、水溶液からパターン様コーティングすることができ、後処理融合工程において連続的な水不透過性保護層を形成する。保護オーバーコート層は、好ましくは平均サイズ0.1〜50 μmのポリマービード又は粒子をポリマーラテックス・バインダーと一緒に、感光済写真製品の乳剤側にコーティングすることにより形成される。任意には、少量の水溶性コーティング助剤(粘度上昇剤、界面活性剤)を、これらが処理中にコーティングから浸出する限りは、層内に含むことができる。コーティング後、コーティングされたポリマービードの融合及び合体を引き起こすように、熱及び/又は圧力(融合)、溶剤処理、又はその他の手段によってシートを処理し、これにより、所望の連続的な水不透過性保護層を形成する。
【００４９】
保護オーバーコート層内に使用されるポリマー粒子の選択肢となる好適なポリマーの一例は、ポリ(塩化ビニル)、ポリ(塩化ビニリデン)、ポリ(塩化ビニル-コ-塩化ビニリデン)、塩素化ポリプロピレン、ポリ(塩化ビニル-コ-酢酸ビニル)、ポリ(塩化ビニル-コ-酢酸ビニル-コ-無水マレイン酸)、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリ(アクリル酸)エステル、アマニ油改質型アルキド樹脂、ロジン改質型アルキド樹脂、フェノール改質型アルキド樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル、ポリ(ビニルブチラール)、ポリイソシアネート樹脂、ポリウレタン、ポリ(酢酸ビニル)、ポリアミド、クロマン樹脂、ダンマル樹脂、ケトン樹脂、マレイン酸樹脂、ビニルポリマー、例えばポリスチレン及びポリビニルトルエン、又はビニルポリマーとメタクリレート又はアクリレートとのコポリマー、ポリ(テトラフルオロエチレン-ヘキサフルオロプロピレン)、低分子量ポリエチレン、フェノール改質型ペンタエリトリトール・エステル、ポリ(スチレン-コ-インデン-コ-アクリロニトリル)、ポリ(スチレン-コ-インデン)、ポリ(スチレン-コ-アクリロニトリル)、ポリ(スチレン-コ-ブタジエン)、ポリ(メチルメタクリレート)とブレンドされたポリ(ステアリルメタクリレート)、シロキサンを含むコポリマー及びポリアルケンを含む。これらのポリマーは単独又は組み合わせで使用することができる。本発明の好ましい実施態様の場合、ポリマーはポリエステル又はポリ(スチレン-コ-ブチルアクリレート)を含む。ポリエステルは、エトキシル化及び/又はプロポキシル化ビスフェノールA、及びテレフタル酸、ドデセニル琥珀酸及びフマル酸のうちの1種又は2種以上を基剤とするのが好ましい。それというのもこれらのポリエステルは、一般にパッケージ・ラベルの過酷な環境を生き延びる、受け入れられ得る保護オーバーコート層を形成するからである。
【００５０】
保護オーバーオート層の耐摩耗性を高めるために、架橋又は分枝されたポリマーを使用することができる。例えば、ポリ(スチレン-コ-インデン-コ-ジビニルベンゼン)、ポリ(スチレン-コ-アクリロニトリル-コ-ジビニルベンゼン)、又はポリ(スチレン-コ-ブタジエン-コ-ジビニルベンゼン)を使用することができる。
【００５１】
保護オーバーコート層のためのポリマー粒子は透明であるべきであり、無色であることが好ましい。しかし具体的には、ポリマー粒子は色補正の目的又は特殊効果の目的で何らかの色を有することができると考えられる。従って、色を付与することになる色素を、ポリマー粒子中に組み入れることができる。加えて、オーバーコートに所望の特性を与える添加剤をポリマー粒子中に組み入れることができる。例えば、ポリマー粒子中にUV吸収剤を組み入れることにより、オーバーコートをUV吸収性にし、ひいてはシートをUV誘発型退色から保護することができ、或いは、青の色合いをポリマー粒子中に組み入れることにより、ゼラチン塩導電性材料中に使用されるゼラチンの不都合な黄色を相殺することができる。
【００５２】
保護オーバーコート層を形成するポリマー粒子に加えて、ポリマー組成物と、要素の表面特性を改質するその他の粒子とを合体させることができる。このような粒子は、ポリマー粒子が融合される条件において固形且つ非可融性であり、そしてシリカのような無機粒子、及びメチルメタクリレート・ビードのような有機粒子を含み、これらの粒子は融合工程中には溶融せず、またオーバーコートに表面粗さを付与する。
【００５３】
保護オーバーコート層の表面特性は主に、トナーを形成するポリマーの物理特性、及び固形の非可融性粒子の存在又は不在に依存する。しかし、オーバーコートの表面特性は、表面が融合される条件によって変えることもできる。例えば、トナーを融合させて連続的なオーバーコート層を形成するのに使用される融合部材の表面特性を、所望の程度の平滑さ、テクスチャ又はパターンを要素表面に付与するように選択することができる。こうして、極めて平滑な融合部材は、画像形成済要素に光沢表面を与え、テクスチャ形成された融合部材は要素に艶消し面又はその他の形式でテクスチャ形成された面をもたらし、パターン形成された融合部材は、物品の表面に所定のパターンを付与する。
【００５４】
ポリマー・ラテックス・バインダーの好適な例は、ブチルアクリレート、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホネート、及びアセトアセトキシエチルメタクリレートのラテックス・コポリマーを含む。有用なその他のラテックス・ポリマーは、コロイド懸濁液として水中に懸濁された、直径20〜10,000 nm及びTg 60℃未満のポリマーを含む。
【００５５】
保護オーバーコート層に適したコーティング助剤の例は、任意の水溶性ポリマー、又はコーティング懸濁液に相当の粘度を付与するその他の材料、例えば高MW多糖誘導体(例えばキサンタン・ガム、グアール・ガム、アラビアゴム、Keltrol(Merck and Co., Inc.によって供給されるアニオン性多糖)高MWポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリアクリル酸及びその塩、ポリアクリルアミドなど)を含む。界面活性剤は、エッジの脱落、剥離及びその他のコーティング欠陥を防止するのに十分にコーティング調製物の表面張力を低くする、任意の界面活性剤を含む。これらは、アルキルオキシ-又はアルキルフェノキシポリエーテル又はポリグリシドール誘導体及びこれらの硫酸塩、例えばOlin Matheson Corporationから入手可能なノニルフェノキシポリ(グリシドル)、又はナトリウムオクチルフェノキシポリ(エチレンオキシド)スルフェート、有機硫酸塩又はスルホン酸塩、例えばナトリウムドデシルスルフェート、ナトリウムドデシルスルホネート、ナトリウムビス(2-エチルヘキシル)スルホスクシネート(Aerosol OT)、及びアルキルカルボキシレート塩、例えばナトリウムデカノエートを含む。
【００５６】
別の実施態様の場合、導電性材料に合成ラテックスを塗布し、これにより保護オーバーコート層を形成することが好ましい。合成ラテックス・コーティングは、受け入れられ得る保護オーバーコート層を提供することが判っており、また、水溶液中でコーティングすることができ、このことは溶剤への暴露を排除する。ラテックス・コーティングは、導電性回路のための受け入れられ得る保護オーバーコート層を提供することが判っている。スチレンブタジエン・コポリマー、アクリレート樹脂、及びポリビニルアセテートから、エマルジョン重合技術によって、保護オーバーコート層のための好ましい合成ラテックスが形成される。合成ラテックスの好ましい粒子サイズの範囲は0.05〜0.15 μmである。合成ラテックスは、ロッド・コーティング、ロール・コーティング及びホッパー・コーティングを含む周知のコーティング法によって、ハロゲン化銀画像形成層の最外層に塗布される。合成ラテックスは塗布後に乾燥させなくてはならず、そして透過光エネルギーの質を妨げないように透明な状態で乾かなければならない。
【００５７】
好ましい実施態様の場合、導電性材料は顔料又は色素を含む。顔料又は色素は導電性材料を着色し、物品の絶縁領域と導電性材料との間にコントラスト差を形成する。白色顔料又はカーボンブラックを用いて透過光コントラストを増大させることにより、コントラスト画像を高めるのを可能にし、又は発光体出力を低くする能力を提供する。
【００５８】
本発明のポリマーピラーは好ましくは熱可塑性ポリマーを含む。熱可塑性ポリマーが好ましいのは、熱可塑性ポリマーは従来技術のガラスと比較して一般に低廉であり、優れた光学特性を有し、そして押出ロール成形法を利用してシート内に効率的に形成することができるからである。この押出ロール成形法の場合、溶融ポリマーはパターン付き精密ロールに対してキャストされ、一体的なコンジットを形成する。複合レンズを形成するための好ましいポリマーは、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、セルロース・エステル、ポリスチレン、ポリビニル樹脂、ポリスルホンアミド、ポリエーテル、ポリイミド、ポリフッ化ビニリデン、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリ乳酸、液晶ポリマー、シクロオレフィン、ポリスルホネート、ポリエステルイオノマー、及びポリオレフィンイオノマーを含む。機械特性又は光学特性を改善するためのこれらのポリマーのコポリマー及び/又は混合物を使用することができる。ポリマーピラーのための好ましいポリアミドは、ナイロン6、ナイロン66、及びこれらの混合物を含む。ポリアミドのコポリマーは好適な連続相ポリマーでもある。有用なポリカーボネートの一例はビスフェノール-Aポリカーボネートである。複合レンズの連続相ポリマーとして使用するのに適したセルロース・エステルは、セルロースニトレート、セルローストリアセテート、セルロースジアセテート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、及びこれらの混合物又はコポリマーを含む。好ましいポリビニル樹脂は、ポリ塩化ビニル、ポリ(ビニルアセタール)、及びこれらの混合物を含む。ビニル樹脂のコポリマーを利用することもできる。本発明の複合レンズのための好ましいポリエステルは、炭素原子数4〜20の芳香族、脂肪族又は脂環式ジカルボン酸、及び炭素原子数2〜24の脂肪族又は脂環式グリコールを含む。好適なジカルボン酸の例は、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、ナフタレンジカルボン酸、琥珀酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、ナトリウムスルホイソフタル酸、及びこれらの混合物を含む。好適なグリコールの例は、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、その他のポリエチレングリコール及びこれらの混合物を含む。
【００５９】
より低い位置に位置するパターン付き導電性領域から電気的に絶縁された隆起領域を含む、電気的にパターン形成された物品を提供する好ましい方法は、熱可塑性ピラー表面に熱及び圧力を加えることである。熱可塑性樹脂のTgを上回る熱を加えることにより、熱可塑性樹脂の流動が可能になり、ピラー上に堆積された導電性材料間の接続が形成される。
【００６０】
好ましくは、抵抗性サーマル・ヘッドが熱及び/又は圧力を加える。抵抗性サーマル・ヘッド、例えばサーマル・プリンター内に見いだされる印刷ヘッドは、ポリマーピラーを溶融するために熱及び圧力を用いる。プリンターが印刷するのに伴って、プリンター・ヘッドはポリマーシートを加熱して圧力を供給することにより、ポリマーピラーを変形又は完全に溶融する。この方法が好ましいのは、この方法は正確な解像度を有しており、透明領域を形成するか、又はレンズを溶融すると同時に色を加えることができ、そして所定の範囲のポリマーを溶融するために熱及び圧力を用いるからである。パターンの解像度は、印刷ヘッドの解像度に依存する。有用な解像度は120ドット/cmのサーマル印刷ヘッドである。別の実施態様の場合、導電性材料表面に有色色素を転写することにより、透過光の色を変化させ、導電性パターンのコントラストを改善し、そして物品の装飾色を加える。
【００６１】
別の実施態様の場合、導電性パターンは、レーザー・エネルギーによって形成される。レーザー・エネルギーは、導電性材料及び/又はポリマーピラーを加熱することにより、ピラーを溶融する。ポリマーピラー及び/又は導電性材料に添加物を添加することにより、レーザー光エネルギーを吸収することができる。レーザーは、抵抗性サーマル・ヘッドと比較したレーザー印刷エンジンの印刷解像度により好ましい。
【００６２】
本発明の別の好ましい実施態様の場合、加熱は、熱エンボシング・ローラ又はプレートの使用を含む。所望のパターンを含有する金属ローラ又はプレートを、シート又はロールの形態で本発明の材料に当て付け、本発明の材料上に所望のパターンを「印刷」する。ローラ又はプレートを利用した加熱は、レーザー又は抵抗性サーマル・ヘッドを利用した加熱と比較した場合のパターン形成の効率及び速度により好ましい。
【００６３】
本発明の物品は光ディフューザ、例えばバルク・ディフューザ、レンズ・ディフューザ、ビード含有層、表面ディフューザ、ホログラフィック・ディフューザ、ミクロ構造ディフューザ、別のレンズ・アレイ、又はこれらの種々の組み合わせとともに使用することもできる。ディフューザ・フィルムは、光を分散又は拡散させ、ひいては規則正しい周期的レンズ・アレイを加えることから生じ得る任意の回折パターンを破壊する。
【００６４】
本発明の物品は、透明ポリマーから形成されたフィルム又はシートとの組み合わせで使用することができる。このようなポリマーの例は、ポリエステル、例えばポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリエチレンナフタレート、アクリルポリマー、例えばポリメチルメタクリレート、及びポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリアクリレート及びトリアセチルセルロースである。本発明の透明高分子フィルムは、別の観点において、1つ又は2つ以上の光学コーティングを含むことにより、1つ又は2つ以上のコンジットを通る光透過を改善することもできる。物品の効率を高めるために、反射防止(AR)コーティング層でディフューザをコーティングすることがしばしば望ましい。
【００６５】
本発明の物品には例えば、入射角とともに光散乱特性を変化させるための光学特性を悪化させることのない範囲内で、フィルムの表面滑り易さを改善するための添加剤又は滑剤、例えばシリカを組み込むことができる。このような添加剤の例は、有機溶剤、例えばキシレン、アルコール又はケトン、アクリル樹脂の微粒子、シリコーン樹脂又はΔ金属酸化物又は充填剤である。
【００６６】
本発明の物品は通常、光学異方性を有している。熱可塑性コンジットを含有するポリマーシートは一般に、延伸方向において光軸を有する光学異方性を示す光学異方性材料である。光学異方性は、フィルム厚dと、フィルム平面内での遅光軸方向における屈折率及び速光軸方向における屈折率の差である複屈折Δnとの積、すなわちΔn * d(遅延)によって表される。配向方向は、本発明のフィルムの延伸軸と一致する。延伸方向は、正の固有複屈折を有する熱可塑性ポリマーの場合には遅光軸方向であり、そして負の固有複屈折を有する熱可塑性ポリマーの場合には速光軸方向である。Δn * dの値の所要レベルはフィルムの用途に依存するので、このレベルに対しては明確な要件はない。
【００６７】
本発明の製造方法において、好ましいコンジット・ポリマーがスリット・ダイから溶融押出しされる。一般にはTダイ又はコートハンガー・ダイが好ましく使用される。この方法は、スリットダイを通してポリマー又はポリマー・ブレンドを押出し、そして好ましいコンジット・ジオメトリを有する冷却されたキャスティング・ドラム上で押出されたウェブを迅速に急冷するので、透明シートのコンジット・ポリマー成分は、ガラス凝固温度未満で急冷され、所望のコンジットの形状を保持する。
【００６８】
ポリマー・コンジットを製作する方法が開発された。好ましいアプローチは、複数のコンジットを有するポジティブ・マスター押出ロールを準備する工程を含む。シートは、押出ロールの面に所望の溶融高分子材料をキャストし、ポリマーのTg未満で所望のポリマーを冷却し、次いでコンジットを含有するポリマー・シートを押出ロールから剥ぎ取ることにより、マスター押出ローラから複製される。パターン付きロールは、精密機械加工技術、例えばイオンビーム・ミリング又はダイヤモンド旋削を用いて、パターンのネガティブをローラ内に機械加工することにより形成される。所望のコンジット・パターンのネガティブを金属シート内に機械加工し、次いでこれをローラに巻き付けることもできる。本発明のピラーは熱間エンボス加工、UV硬化性ポリマー、真空形成又は射出成形によって形成することもできる。
【００６９】
本発明の材料は導電性であり且つ光透過性であることが可能なので、本発明を任意の液晶ディスプレイ・デバイスとともに使用することができる。液晶ディスプレイ・デバイスの典型的な配置関係を以下に説明する。液晶(LC)は電子ディスプレイのために幅広く使用される。これらのディスプレイ・システムの場合、LC層は偏光子層と検光子層との間に配置されており、基準軸に対して層を通して方位角ねじれを示すダイレクターを有する。検光子は、その吸収軸が偏光子の吸収軸に対して垂直になるように配向される。偏光子によって偏光された入射光は液晶セルを通過し、液晶中の分子配向によって影響される。この分子配向はセルを横切って電圧を印加することにより変えることができる。この原理を採用することにより、周囲光を含む外部源からの光の透過を調節することができる。この制御を達成するのに必要とされるエネルギーは一般には、他のディスプレイ・タイプ、例えば陰極線管において使用される発光材料に必要とされるエネルギーよりも著しく少ない。従ってLC技術は、数多くの用途、例えば、軽量、低消費電力及び長い動作寿命が重要な特徴であるデジタル時計、計算機、ポータブル・コンピュータ、電子ゲーム機に使用される。
【００７０】
アクティブ・マトリックス液晶ディスプレイ(LCD)は、各液晶画素を駆動するためのスイッチ・デバイスとして、薄膜トランジスタ(TFT)を使用する。これらのLCDは、クロストークなしでより高い精細度画像を表示することができる。なぜならば、個々の液晶画素を選択的に駆動することができるからである。光学モード干渉(OMI)ディスプレイは、「通常白」、すなわちオフ状態でディスプレイ層を光が透過させられる液晶ディスプレイである。ねじれネマチック液晶を使用するLCDの動作モードはおおざっぱに言って、複屈折モードと旋光モードとに分類される。「膜補償型超ねじれネマチック」(FSTN)LCDは通常黒であり、すなわち電圧が印加されていない場合、オフ状態では光透過が阻害される。OMIディスプレイは報告によれば、より高速の応答時間、及びより幅広い動作温度範囲を有する。
【００７１】
白熱灯又は太陽から放たれる常光はランダムに偏光される。すなわち常光は可能な全ての方向において配向された波を含む。偏光子は、入射光ビームから、2つの垂直平面偏光成分のうちの一方を選択的に除去することにより、ランダムに偏光された(無偏光)光ビームを偏光ビームに変換するように機能する二色性材料である。直線偏光子は液晶ディスプレイ(LCD)デバイスの重要成分である。
【００７２】
LCDデバイスにおいて使用するのに十分な光学性能を有する高二色比偏光子にはいくつかのタイプがある。これらの偏光子は、一方の偏光成分を透過させて互いに直交する他方の成分を吸収する材料(この効果は二色性として知られている)から成る薄いシートから形成されている。最も一般的に使用されるプラスチック・シート偏光子は、薄い一軸延伸ポリビニルアルコール(PVA)フィルムから成っている。このフィルムは、PVAポリマー鎖を多かれ少なかれ平行に整列させる。整列されたPVAに次いでヨウ素分子又は着色された二色性色素の組み合わせ(例えば欧州特許出願公開第0 182 632号明細書、Sumitomo Chemical Company, Limited)を参照されたい)をドープする。これらの分子又は色素はPVAに吸着し、PVAによって一軸延伸されるようになり、これにより無彩色グレー色を有する高異方性マトリックスを製造する。次いで、脆弱なPVAフィルムを機械的に支持するために、トリアセチルセルロース(TAC)の剛性層又は同様の支持体をフィルムの両側に貼り合わせる。
【００７３】
コントラスト、色再現及び安定グレー・スケール強度は、液晶技術を採用する電子ディスプレイにとって重要な品質属性である。液晶ディスプレイのコントラストを制限する一次ファクターは、暗状態又は「黒」画素状態における液晶素子又は液晶セルを通って光が「漏れる」傾向である。さらに、漏れ、ひいては液晶ディスプレイのコントラストはまた、ディスプレイ・スクリーンを見る角度にも依存する。典型的には、最適コントラストは、ディスプレイに対する垂直入射を中心とした狭い視角内でしか観察されず、また、視角が広がるにつれて急速に低下する。カラー・ディスプレイの場合、漏れの問題はコントラストを低下させるだけでなく、色再現の低下に伴う色ずれ又は色相ずれをも招く。黒状態での光漏れに加えて、典型的なねじれネマチック液晶ディスプレイにおける狭い視角の問題は、液晶材料の光学異方性による、視角を関数とする明るさ-電圧曲線の変化によって悪化する。
【００７４】
本発明の物品の透過率を、積分球を備えたHitachi U4001 UV/Vis/NIR分光光度計を用いて測定した。コンジットを有する前面が積分球に向いた状態で、ビームポートに試料を置くことにより、総透過率スペクトルを測定した。較正された99%拡散反射標準(NISTでトレース可能)を、基準試料ポートに置いた。拡散透過率スペクトルを同様に、しかし99パーセンタイルを除去した状態で測定した。コーティングされた側が積分球に向いた状態で、試料ポートに試料を置くことにより、拡散反射能スペクトルを測定した。試料の裏側からの反射を排除するために、試料の背後には何も置かなかった。350〜800 nmで全てのスペクトルを獲得した。拡散反射能の結果は99パーセンタイルに関して引用されるので、これらの値は絶対的なものではなく、99パーセンタイルの較正報告によって補正される必要がある。
【００７５】
総透過光パーセンテージは、全ての角度で試料を透過させられた光のパーセントを意味する。拡散透過率は、入射光角から2.5度の角度を除いて試料を通過する光のパーセントとして定義される。拡散光透過率は、拡散光透過率によって試料を通過させられた光のパーセントである。拡散反射能は、試料によって反射させられた光のパーセントとして定義される。実施例中に引用されたパーセンテージは、500 nmで測定された。これらの値は、試料の吸光度又は測定された試料の僅かな変化のため、合計が100%になってはならない。
【００７６】
本発明の実施態様は、光反射及び拡散反射を改善するだけではなく、厚さが低減された反射フィルムを提供することもできる。
【００７７】
本明細書において言及した特許明細書及びその他の刊行物の内容全体を、参照により本明細書の一部とする。
【実施例】
【００７８】
この実施例において、ポリエチレン20マイクロメーター円形ポリマーピラーを含有するポリマーシートを形成した。ポリマーピラーの頂部には、500オングストロームの金属銀を堆積させた。次いで、金属銀を有するポリマーピラーを含有するポリマーシートを、抵抗性サーマル印刷ヘッドを利用してパターン様印刷した。この実施例は、電気的にパターン形成されたシートの効率及び有用性を実証する。
【００７９】
円形凹部のパターンを有する銅ローラ(所望のパターンのネガティブ)を形成し、次いでローラ上にポリエチレン・ポリマーを押出し、そしてポリカーボネート・ベース材料にこれを移すことにより、ポリマーピラーを含有するポリマーシートを構成した。ポリマーピラーはシート基部から測定して高さ20マイクロメーターであり、そして直径20マイクロメーター、及びシート平面内のスペース10マイクロメーターを有した。次いで、ポリエチレン・ポリマーピラーを備えたポリカーボネート・ベース材料を、厚さ500オングストロームで真空蒸着された金属銀で金属化した。
【００８０】
20マイクロメーター・ピラー・パターン付きローラにおいて、コートハンガー・スロット・ダイからポリオレフィン・ポリマーを使用して、光透過率94.6 %の100マイクロメーター透明ポリカーボネート・ウェブ上に押出コーティングした。ポリオレフィン・ポリマーは、実質的に99.0%のLDPE(Eastman Chemical 等級D4002P)、0.5 %の酸化亜鉛、及び0.5%のステアリン酸カルシウムとを含む。
【００８１】
次いで、金属コーティングされたピラーに熱及び圧力でパターン様印刷を施すことにより、導電性領域を形成した。ピラーには、Kodak モデル8670 PS Resistive Thermal Printerを用いてパターン様印刷を施した。サーマル抵抗性印刷ヘッドは、金属化されたポリマーピラー表面に熱及び圧力をパターン様に加え、ポリエチレン・ピラーを溶融し、銀を接続した。パターンは一連の平行な10cmのラインであり、ライン幅は200マイクロメーター、そしてライン間隔は20 mmであった。
【００８２】
電気的にパターン形成された物品の構造は以下の通りである。
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金属銀
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選択的に改質されたポリエチレン・ピラー
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ポリカーボネート・ベース
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【００８３】
導電性10 cmラインの抵抗率を、2プローブ接触式抵抗率測定法を用いるFLUKEモデル300マルチメーターを使用して測定した。10ラインの抵抗率平均は18.4オームであり、その範囲は2.1オームであった。溶融されていないポリマーピラー(パターン付きライン間の領域)の抵抗率は、10 cmにわたって測定して5000 オームを上回った。この実施例は、導電性パターンを達成するための、本発明の物品の熱及び/又は圧力による印刷能力を明示する。18.4オームという抵抗率は、本発明の材料が回路として機能するのを可能にし、そしてこの回路は、前印刷された回路基板を注文する場合と比較して、使用時点でパターン形成することができる。さらに、本発明の材料は実質的にポリマーを含むので、これらはガラス基板と比較してフレキシブルであり、対衝撃性を有し、そして軽量である。導電性パターンは、ポリマーピラー表面の下方平均6.1マイクロメーターの位置にあるので、導電性パターンは、使用中及びデバイス組立て中に発生するおそれのある磨耗及び引掻きから保護される。
【００８４】
実施例は金属導電性材料を対象にしたものであるが、ピラーの頂部にポリマー導電性材料を塗布して、本発明の材料が導電性且つ透明であることを可能にすることもできる。透明なパターン付き導電性材料は、背後照明ディスプレイ、例えばLCD、エレクトロ・ルミネッセンス、薄膜スイッチ及び投影スクリーンにおいて有用である。さらに、ラインを印刷するサーマル抵抗性ヘッドは、有色色素又は保護を可能にするための保護ポリマー、例えばウレタンを精巧な導電性銀材料に転写して、本発明の材料の耐久性及び信頼性をさらに改善することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】熱によるパターン様印刷前の熱選択的導電性ポリマーシートを示す断面図である。
【図２】熱に対するパターン様暴露後の熱選択的導電性ポリマーシートを示す断面図である。
【符号の説明】
【００８６】
2    ベースシート
4    ポリマーピラー
6    導電性材料
8    熱によるパターン様印刷前の熱選択的導電性ポリマーシート
10    導電性領域
12    パターン付き導電性ポリマーシート
【図１】
2006524900.tif 000002
【図２】
2006524900.tif 000003
【国際調査報告】
2006524900.tif 000004
2006524900.tif 000005