用于实现孔版印刷液态光学透明粘合剂的非真空层合的异形涂层的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种孔版印刷方法，该孔版印刷方法包括将无松垂粘合剂层印刷到第一基底上、将形貌添加到无松垂粘合剂层、以及使该无松垂粘合剂层与第二基底接触。该第二基底起初仅接触无松垂粘合剂层的暴露表面积的约5％或更小。
【专利说明】
用于实现孔版印刷液态光学透明粘合剂的非真空层合的异形涂层
技术领域
[0001]本发明整体涉及孔版印刷。具体地，本发明是一种具有非真空层合的孔版印刷方法。
【背景技术】
[0002]液态光学透明粘合剂(LOCA)在显示器行业中变得越来越普及，以填充显示器模块的层或基底之间的气隙。例如，LOCA常常用在盖玻片和氧化铟锡(ITO)触摸传感器之间(图la)、IT0触摸传感器和液晶模块之间(图lb)、或盖玻片和液晶模块之间(图lc)。图1a的显示器构造2中的层包括玻璃镜片或塑料镜片10、第一液态光学透明粘合剂(LOCA) 12、第一 ITO图案化电路14a、双面ITO(DITO)玻璃板16、第二 ITO图案化电路14b、第二 LOCA 18、前偏光器20、玻璃板22和后偏光器24。图1b的显示器构造4中的层包括玻璃镜片或塑料镜片26、抗裂(AS)或抗反射(AR)涂层28、L0CA 30、前偏光器32、玻璃板34和后偏光器36。图1c的显示器构造6中的层包括玻璃镜片或塑料镜片38、L0CA 40、前偏光器42、具有ITO电路的滤色器44、玻璃板46和后偏光器48。
[0003]当前使用可分配的流体或通过使用孔版或筛网将粘稠的潜在触变性材料图案化来施用LOCA ο对可分配流体的使用包括像牛顿流体一样起作用的可流动LOCA。为阻止流动超出所需的印刷区域，通常需要使用预固化围堤材料。当光学透明粘合剂是LOCA时，预固化围堤材料的折射率必须匹配LOCA的折射率。对预固化围堤材料的使用还涉及附加工艺步骤，并且如果未分配精确的量和/或利用LOCA粘接的两个基底之间的共面性不完全对准，则仍可导致LOCA的溢流。
[0004]对用于印刷LOCA的丝网的使用例如已由Kobayashi等人在美国专利申请公布号./0215351中描述。对用于印刷LOCA的孔版的使用已在例如PCT公布号WO 2012/136980中描述。两种方法需要使LOCA通过丝网或孔版，以在基底上的所需区域中正确施用粘合剂涂层。
[0005]上述方法需要每次印刷和层合一个装置。对于使用可分配流体的传统堤围和填充方法，层合必须在印刷后立即完成(或在印刷后的受控量的时间内完成)，因为LOCA随着时间推移而流动。用于LOCA的当前孔版印刷和层合工艺还需要真空层合，以从可视区域移除气泡。
[0006]孔版印刷/层合LOCA设备是昂贵的并且通常具有约60秒至90秒的节拍(循环)时间。为了降低成本，每个显示器的设备成本必须降低和/或节拍时间必须减小。在节拍时间中的限制因素是真空层合步骤，其时长通常比工艺中的任何其它步骤长2倍到3倍。此外，显著量的设备成本可归因于与其相关联的真空室和栗。
【发明内容】
[0007]在一个实施方案中，本发明是一种孔版印刷方法。该方法包括将无松垂粘合剂层印刷到第一基底上、将形貌添加到无松垂粘合剂层、以及使该无松垂粘合剂层与第二基底接触。第二基底起初仅接触粘合剂层的暴露表面积的约5 %或更小。
[0008]在另一个实施方案中，本发明是一种孔版印刷方法。该方法包括将无松垂液态光学透明粘合剂层印刷到第一基底上、将形貌添加到无松垂液态光学透明粘合剂层、以及使无松垂液态光学透明粘合剂层与第二基底接触。该形貌包括无松垂液态光学透明粘合剂层的暴露表面积的约5 %或更小。
【附图说明】
[0009]图1a是包括至少一个液态光学透明粘合剂层的显示器构造的第一实施方案的剖视图。
[0010]图1b是包括至少一个液态光学透明粘合剂层的显示器构造的第二实施方案的剖视图。
[0011]图1c是包括至少一个液态光学透明粘合剂层的显示器构造的第三实施方案的剖视图。
[0012]图2是根据本发明的孔版的透视图，该孔版具有在分配液态光学透明粘合剂的第一方法中使用的引导件。
[0013]图3a是根据本发明的分配液态光学透明粘合剂的第二方法的第一次涂布特征图。
[0014]图3b是根据本发明的分配液态光学透明粘合剂的第二方法的第二次涂布特征图。
[0015]图4是根据本发明的分配液态光学透明粘合剂的第三方法的第二次涂布特征图。
[0016]这些图不是按比例绘制的，并且仅旨在为了进行示意性的说明。
【具体实施方式】
[0017]本发明的方法允许粘合剂组合物在不使用真空的情况下进行孔版印刷。通过孔版，印刷具有形貌的异形涂层。异形涂层在层合过程中使第一接触面积最小化，并且有利于在印刷工艺和/或层合工艺中排出气泡，从而实现非真空层合。通过使用本发明的方法，优化涂层保真性、加工速度和最佳材料使用。指定量的粘合剂组合物被涂布在基底的所需区域内，并且该印刷区域的保真性通过粘合剂组合物的层合和固化而被保持。在一个实施方案中，在层合和固化之后，在侧向尺寸方面，保真性在小于约1.0mm内，具体地小于约0.5mm内，并且更具体地小于约0.1mm内被保持。可在初始孔版印刷步骤期间和/或在后续柱印步骤期间制作异形涂层。在一个实施方案中，本发明实现用于显示器应用的孔版印刷的液态光学透明粘合剂的非真空层合。
[0018]
[0019]以类似于在PCT申请W02012/036980中描述的工艺，粘合剂组合物被孔版印刷，该申请以引用方式并入本文。一般来讲，粘合剂组合物首先被印刷到第一基底的表面上。在孔版印刷中，孔版被放置在第一基底上并且粘合剂组合物通过刷涂、喷涂或橡皮扫帚扫过孔版的开口而被印刷。孔版框架可由薄金属、塑料或液态粘合剂不可渗透的任何其它材料制造。橡皮扫帚扫刷可用于获得平滑并且均一的厚粘合剂液态涂层，但在一些实施方案中不需要橡皮扫帚。在一个实施方案中，孔版只有由金属、塑料或纸板限定的外部边界或周边，从而使孔版的内部完全无金属、塑料或纸板。任选地，金属、塑料或纸板的内部肋或窄条可从一侧向另一侧跨越孔版的内部，以用于强化孔版或防止孔版内部中的橡皮扫帚松垂。可将粘合剂组合物分配于孔版上，并且然后通过橡皮扫帚扩散于整个孔版上；或可在不使用橡皮扫帚的情况下，通过将粘合剂组合物分配于切口棒之前并使切口棒与基底相对于彼此移动以使粘合剂作为层扩散于基底上而使粘合剂组合物沉积。在印刷期间，孔版可被直接放置到基底上，同时橡皮扫帚在孔版上移动以使粘合剂扩散。随着橡皮扫帚在孔版上移动，液体粘合剂在孔版中的开口上移动并沉积于下方的基底上。此后，从基底提起孔版，从而留下液体粘合剂。
[0020]存在可利用以实现非真空层合的用于印刷工艺的各种实施方案。在全部实施方案中，粘合剂组合物具有变化的形貌，以形成在层合过程中使第一接触面积最小化并且有利于在层合工艺期间排出气泡的异形涂层。在本发明的第一实施方案中，在第一次印刷(上述)可孔版印刷的粘合剂组合物期间，粘合剂组合物在印刷区域上方借助在Z-方向上高度的变化而印刷，从而创建轮廓。如在图2中所示，例如，通过在引导件50上将槽凹模带到邻接印刷区域52或印刷区域52之外，可以产生轮廓。在另一个实施方案中，轮廓可通过增加高度和/或减小孔版速率以在特定区域中施用更多粘合剂组合物而产生。
[0021]在本发明的第二个实施方案中，初始量的粘合剂组合物54在第一次经过过程中被孔版印刷(图3a)，其中后续量的粘合剂组合物56在第二次经过过程中添加到印刷粘合剂组合物上的特定位置(图3b)，以便添加形貌方面的变化。虽然图3b示出了后续量的粘合剂组合物为在层合期间初始接触将发生的点或峰，但只要在涂层的形貌中存在变化，便可印刷任何变化。例如，后续量可为从分配针分配的单滴粘合剂组合物，或者为从槽凹模或不脱离本发明的预期范围的类似装置分配的粘合剂组合物的线。
[0022]在本发明的第三实施方案中，粘合剂组合物在第一次经过过程中被孔版印刷，该第三实施方案类似于其中初始量的粘合剂组合物54被印刷的本发明第二实施方案(和图3a)。然后，具有限定轮廓的拉引棒然后在涂层上方经过。图4示出粘合剂组合物的所得涂层的剖视图。限定轮廓将在粘合剂组合物中放置排出通道或沟槽58，以将形貌添加到涂层。通道或沟槽58使得气泡能够在层合工艺期间排出。虽然在图4中通道的横截面轮廓被示出为三角形，但棒和所得通道或沟槽的形状不具体地受限制并且可包括任何形状，包括但不限于:三角形、正方形、矩形、半圆形轮廓等。此外，也可使用不同轮廓形状的组合。
[0023]在全部三个所述实施方案中，粘合剂组合物的形貌变化经优化以在层合期间与第二基底初始接触期间使与粘合剂组合物的接触面积最小化。在一个实施方案中，初始接触面积可小于粘合剂组合物的暴露表面积的约5%，并且具体地小于约2%。
[0024]在粘合剂组合物已借助形貌被印刷到第一基底上之后，使粘合剂组合物然后与第二基底的表面接触。如上所述，在粘合剂组合物和第二基底的表面之间的接触初始小于粘合剂组合物的暴露表面积的约5%，并更具体地小于粘合剂组合物的暴露表面积的约2%。在初始接触后，第一基底和第二基底移动更靠近彼此。形貌的变化使得能够排出在印刷过程期间存在的任何气泡。一旦第一基底和第二基底根据需要相对于彼此定位(其中粘合剂组合物定位在其间)，粘合剂组合物便被固化以产生粘合剂层。由于在第一基底和第二基底达到它们所需位置时粘合剂组合物形貌的变化导致排出空气，所以粘合剂组合物和第一基底以及第二基底可在不使用真空的情况下被层合。
[0025]在全部三个实施方案中，层合步骤可在空气中(如，在大气压下)发生。如果真空是所需的，则真空压力大于约5，OOOPa、大于约10，OOOPa或甚至大于约20，OOOPa。此外，虽然实施方案被独立描述，但它们可被组合以提供附加功能。
_6] 粘合剂组合物
[0027]与本发明的方法一起使用的合适粘合剂组合物是液态组合物，其在自然状态下是无松垂的并且在小或没有剪切下表现出类似固体的特性，而当施加适当量的剪切时在涂布工艺期间是可流动的。在本文中，无松垂是指粘合剂组合物在为零或接近零的剪切应力条件下表现出不流动或极少流动的性质。在一个实施方案中，无松垂粘合剂组合物具有高粘度(例如16000cpS到50000cpS(或mPa.s))，并且具有触变特性。在一个实施方案中，粘合剂组合物在0.01s—1时具有至少10Pa-S的粘度并且在Is—1和10s—1之间时具有小于约50Pa_s的粘度。在一些实施方案中，粘合剂层可由具有触变性质的粘合剂组合物形成。触变粘合剂的特征在于它们在经受剪切应力超过给定时段时粘度减小(剪切力变小)，随后当减小或去除剪切应力时，粘度恢复或部分恢复。触变性质的优点在于由于在高剪切速率条件下粘度迅速减小，因此粘合剂组合物可通过针分配的此类工艺而被容易地分配。表现出触变特性的粘合剂与表现出高粘度的粘合剂相比的优点在于高粘度粘合剂难以分配并且在橡皮扫帚扫刷或乳制工艺期间引起流动，然而表现出触变特性的粘合剂可被分配并且将在剪切力下流动。在一个实施方案中，粘合剂组合物具有大于约2，具体地大于约3，并且更具体地大于约4的触变指数(在0.01s—1时的粘度与在10s—1时的粘度的比率)。可通过将颗粒添加到组合物中来制备触变性的粘合剂组合物。在一些实施方案中，添加以约2重量％到约10重量％或约3.5重量％到约7重量％的量的热解法二氧化硅，以将触变性质赋予液态粘合剂。
[0028]在一些实施方案中，可将在lsec—1到lOsec—1的剪切速率下的粘度不超过30Pa.s，具体地介于约2Pa.s与约30Pa.s之间，并且更具体地介于约5Pa.s与约20Pa.s之间的任何粘合剂组合物与触变剂组合，以形成适用于孔版印刷的具有触变性质的光学透明粘合剂。触变剂的效率以及光学性质取决于液态光学透明粘合剂的组成以及其与触变剂的交互。例如，就缔合型触变胶或亲水性二氧化硅而言，高极性单体(例如丙烯酸)、含酸或羟基的单体或低聚物的存在可破坏触变性能或光学性能。
[0029]在一些实施方案中，可在两种或更多种不同的剪切速率下控制粘合剂组合物的粘度。
[°03°] 本文所用的粘合剂组合物在印刷工艺期间经历如J.Kevra在“Estimat1n ofShear Rates During Rolling in the Screening and Stenciling Process，，(对丝网工艺和刻版工艺中的乳制期间剪切速率的估计)(Thelnternat1nal Journal for HybridMicroelectronics (混合微电子学国际期刊)，第12卷，第4期，第188-194页(1989))中模拟的剪切速率的演变。例如，在粘合剂组合物被首先施用到孔版时，粘合剂组合物可经历零到几sec—1的剪切速率。当迫使粘合剂组合物在橡皮扫帚扫刷或乳制工艺期间通过孔版时，发生几百到约lOOOsec—1的最大剪切速率。在这些高剪切速率下，粘合剂组合物的粘度低并且易于流动。当粘合剂组合物离开孔版到第一基底上时，它经历剪切速率的迅速减小并且最终达到零剪切速率条件，此时粘度已再次迅速增大以允许粘合剂组合物处于无松垂条件下。
[0031]已发现，可通过控制至少两个不同剪切速率下的粘合剂组合物的粘度来获得无松垂粘合剂。更具体地，例如粘合剂组合物的特征在于其在lsec—1的剪切速率下具有18Pa.s到140Pa.s的粘度，并且在0.0lsec—1下具有200Pa.s到4200Pa.s的粘度。当粘合剂组合物在I sec—1的剪切速率下具有18Pa.s到140Pa.s的粘度时，粘合剂组合物可被沉积在孔版上，并且用橡皮扫帚如上所述扫过孔版的开口。
[0032]此外，因为本公开的粘合剂组合物在0.0lsec—1的剪切速率下具有200Pa.s到4200Pa.s的粘度，所以粘合剂组合物在离开孔版的开口到第一基底上之后保持其无松垂特性。
[0033]上述粘度值是在25°C下使用配备有40mm直径X 1°圆锥的AR2000流变仪(由TA仪器公司(TA Instruments)制造)来确定并且在0.00lec—1到lOOsec—1的剪切速率范围内进行扫描。
[0034]在一个实施方案中，在25°C和lOsec—1的剪切速率下粘合剂层具有介于约2Pa.s与约30Pa.s之间并且具体地介于约5Pa.s与约20Pa.s之间的粘度。在一个实施方案中，在25°C和0.0lsec1的剪切速率下粘合剂层具有介于约700Pa.s与约10，000Pa.s之间并且具体地介于约I，000Pa.s与约8，000Pa.s之间的粘度。在一个实施方案中，在25°C和lsec—1的剪切速率下粘合剂层具有介于约18Pa.s与约140Pa.s之间并且具体地介于约30Pa.s与约10Pa.s之间的粘度。
[0035]在一些实施方案中，当将1Pa的应力施加到粘合剂2分钟时，粘合剂层具有约0.1弧度或更小的位移蠕变。通常，位移蠕变是使用TA仪器公司(TA Instruments)制造的AR2000流变仪和40mm直径X 1°圆锥在25°C下确定的值，并被定义为当向该粘合剂施加1Pa的应力时该圆锥的旋转角。位移蠕变与在极低应力条件(诸如重力和表面张力)下触变粘合剂层抗流动或松垂的能力相关。
[0036]在一些实施方案中，当在锥板流变仪中在IHz的频率下施加80μΝ.m的扭矩时，液态光学透明粘合剂具有45度或更小、具体地42度或更小、具体地35度或更小并且更具体地30度或更小的是指向材料施加振荡力(应力)并测量所产生的位移(张力)时介于应力与张力之间的相位滞后。S是指定的度单位。S与极低振荡应力下触变粘合剂层的“固体”特性或其无松垂性质相关。
[0037]粘合剂层还能够在从设备(诸如孔版印刷应用中的橡皮扫帚)下方经过之后在短时间内重新获得其无松垂结构。在一个实施方案中，粘合剂层的恢复时间小于约5分钟，具体地小于约2分钟，具体地小于约60秒、具体地小于约30秒并且更具体地小于约10秒，以在IHz的频率下施加约1000μΝ.m的扭矩约60秒，并且紧接着在IHz的频率下施加80μΝ.m的扭矩后，δ达到35度。在涂布工艺之后粘合剂组合物在特定时间范围内恢复其无松垂结构的能力确保涂布面积的尺寸公差得以保持。
[0038]无松垂粘合剂组合物可包括已知产生触变特性的填料颗粒。根据本公开的合适的填料包括粘土、取决于颗粒尺寸和表面处理的各种形式的二氧化硅和氧化铝以及有机填料(诸如纤维素、蓖麻油蜡和含有聚酰胺的填料)。赋予触变性的颗粒填料包括但不限于热解法二氧化硅、热解法氧化铝和粘土。合适的热解法二氧化硅的示例包括但不限于:AER0SIL200;和AER0SIL R805(均购自赢创工业集团(Evonic Industries)) ；CAB-0-SIL TS 610;和CAB-O-SIL T 5720(均购自卡博特公司(Cabot Corp.))，以及购自瓦克化学公司(WackerChemie AG)的HDKH20RH。合适的热解氧化铝的示例包括但不限于AER0XIDE ALU 130(购自新泽西州帕西帕尼的赢创公司(Evonik，Parsippany，NJ))。合适的粘土的示例包括但不限于购自南方粘土产品公司(Southern Clay ProductsW^GARAMITE 1958。热解法二氧化娃一般代表最优选的填料，但这在一定程度上取决于配方。粘合剂组合物可包含约2重量％到约1重量%并且具体地约3.5重量%到约7重量%的触变材料。
[0039]当使用非触变液体时，通过基底的框架固化或完全预固化可阻止流动。框架固化涉及使高功率LED快速经过被涂布在基底上的粘合剂的周边附近。在一个实施方案中，LED具有大于约25mW/cm2，具体地大于约300mW/cm2，并且更具体地大于约4，000mW/cm2的峰值照明功率。使用框架固化将允许LOCA变得胶凝，从而增加粘度且抑制流动。
[0040]在本发明中使用的粘合剂组合物是光学透明的。如本文所用，当参照第一基底或第二基底或参照粘合剂层使用时，“光学透明的”通常是指制品在约400nm到约720nm的范围内具有至少85%、具体地至少90%的透射，并且更具体地在约400nm到约720nm的范围内具有至少92%的透射。在一个实施方案中，如通过分光光度计或能够测量透射百分比的其它装置所测量的，粘合剂层的透射在460nm下大于约85%，在530nm下大于约90%，并且在670nm下大于90%。这些透射特征在整个电磁波谱的可见区域内提供了均匀的光透射，这对于维持全彩显示器中的色点而言是重要的。
[0041]粘合剂层的透明特性的雾度部分通过粘合剂层的雾度百分比值进一步限定，该雾度百分比值通过雾度计(例如得自毕克-加特纳公司(BykGardner)的HazeGard Plus或得自猎人实验室(Hunter Labs)的UltraScanPro)测量。例如，粘合剂组合物的雾度百分比应当小于约5%，具体地小于约2%，并且更具体地小于约1%。这些雾度特性提供低光散射，这对于维持全彩显示器中的输出质量是重要的。
[0042]虽然已经参照优选实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可作出形式上和细节上的改变。
【主权项】
1.一种孔版印刷方法，包括: 将无松垂粘合剂层印刷到第一基底上； 将形貌添加到所述无松垂粘合剂层；以及 使所述无松垂粘合剂层与第二基底接触，其中所述第二基底起初仅接触所述无松垂粘合剂层的暴露表面积的约5%或更小。2.根据权利要求1所述的方法，其中使所述无松垂粘合剂层与所述第二基底接触在大气压下发生。3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述无松垂粘合剂层印刷到所述第一基底上包括印刷具有变化高度的所述层。4.根据权利要求1所述的方法，其中添加形貌包括在离散的位置添加第二量的无松垂粘合剂。5.根据权利要求1所述的方法，其中添加形貌包括使拉引棒在所述无松垂粘合剂层上方经过，从而在所述无松垂粘合剂层中形成通道或沟槽。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述无松垂粘合剂在0.01s—1时具有至少10Pa.s的粘度并且在Is—1和10s—1之间时具有小于约50Pa.s的粘度。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二基底起初仅接触所述无松垂粘合剂层的所述暴露表面积的约2 %或更小。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述无松垂粘合剂为触变型的。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述无松垂粘合剂为液态光学透明粘合剂。10.—种孔版印刷方法，包括: 将无松垂液态光学透明粘合剂层印刷到第一基底上； 将形貌添加到所述无松垂液态光学透明粘合剂层，其中所述形貌包括所述无松垂液态光学透明粘合剂层的暴露表面积的约5%或更小；以及 使所述无松垂液态光学透明粘合剂层与第二基底接触。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第二基底起初仅接触所述无松垂液态光学透明粘合剂层的所述暴露表面积的约2%或更小。12.根据权利要求10所述的方法，其中所述无松垂液态光学透明粘合剂在0.01s—1时具有至少10Pa.s的粘度并且在Is—1和10s—1之间时具有小于约50Pa.s的粘度。13.根据权利要求10所述的方法，其中所述无松垂液态光学透明粘合剂为触变型的。14.根据权利要求10所述的方法，其中将所述无松垂液态光学透明粘合剂层印刷到所述第一基底上包括印刷具有变化高度的所述层。15.根据权利要求10所述的方法，其中添加形貌包括在离散的位置添加第二量的无松垂液态光学透明粘合剂。16.根据权利要求10所述的方法，其中添加形貌包括使拉引棒在所述无松垂液态光学透明粘合剂层上方经过，以在所述粘合剂层中形成通道或沟槽。
【文档编号】H05K3/12GK105829475SQ201480069811
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年12月11日
【发明人】克里斯托夫·J·坎贝尔, 卡尔·K·斯滕斯瓦德, 乔纳森·J·奥黑尔, 丹尼尔·H·卡尔森, 格伦·A·杰里
【申请人】3M创新有限公司