专利名称：使用导电导管的端接导电图案化片的制作方法
技术领域：
本发明涉及透明的图案化导电片，其在标线以下(below grade)包含排成一行形成端接点(termination point)的导电通道(conductivechannel)。
背景技术：
随着电子器件变得越来越小，对极其细间距处的精密电连接的要求持续增加。例如，在晶片上形成半导体，如集成电路，然后将晶片切割成可独立安装在衬底上的小方块或芯片。典型地，衬底具有精细的导电电路线，在衬底和芯片之间必须构成电和热接触。由于电子设备如计算机、磁带放音机、电视、电话和其它设备变得更小、更薄和更轻便，因此对半导体和在半导体和衬底之间或在柔性电路和硬印刷电路之间提供电连接的装置的尺寸要求变得日益苛刻。
在两个电元件之间提供导电性的一个方法是通过使用Z-轴导电片材，如Z-轴粘合剂。不管片材是弹性体还是粘合剂，持续的挑战是与电子工业的小型化保持同步。可通过多种手段获得Z-轴导电性，包括在整个粘合剂基质内分散导电颗粒。在极其细间距上需要电连接时，导电元件可能只能被放在电极位置处，一般需要将导电片指引(indexing)到电极上，或导电元件可被放在相对于电极间隔的这种小间距处，这样就不需要指引。美国专利5087494(Calhoun等人)为具有放在精确位置处、细间距上的导电颗粒的导电带的例子。Calhoun等人的’494专利还讨论了导电带的大量可选方案。
美国专利4008300(Ponn)和3680037(Nellis等人)揭示了一种介电片材料，其具有多个在片的面之间延伸的可压缩弹性导电塞。该片可被放在电路之间以在其间构成电连接。Ponn和Nellis的导电塞为导电颗粒在粘合剂材料中的分散体。
其它专利揭示了通过施加磁场分散在粘合剂中的取向磁性颗粒，例如美国专利4448837(Ikade等人)；4546037(King)；4548862(Hartman)；4644101(Jin等人)；和4838347(Dentinni)。取向并固化后的颗粒分布对某些应用在功能方面是足够均匀的，但对其它应用是不够的。对于较细间距连接，如果这些制品中使用的大量颗粒被增加试图达到更小的间距，则团聚可能发生，从而引起短路。因此，需要细间距手段在极其细间距处以精密方式提供两个表面之间的电互连。
为了提高图案化导电片的效用，需要导电图案的端接或连接。现有技术的图案化导电片的端接方法包括使用含有金属化合物的导电油墨。一般利用喷墨印刷机、热转移或激光转移印刷导电油墨。尽管这些方法确实能提供导电图案的连接，但仍需要有效的端接方法用于位于导电片主体中的导电通道。
US5522962揭示了在厚度上导电而在横向上绝缘的导电片。尽管公开了导电材料，但它们往往具有低的透光率，因此特别不能用于透射器件，如液晶显示器。此外，该发明中使用的导电材料为用粘合剂涂覆的导电铁磁颗粒。
一种已知的现有制备冷却辊的方法包括利用机械雕刻方法形成主表面图案。雕刻方法具有许多限制，包括导致表面中刀具线的未对准、价格高和加工时间长。因此，希望不使用机械雕刻制造冷却辊。
美国专利6285001(Fleming等人)涉及使用激基激光烧蚀衬底以提高烧蚀衬底上重复微结构的均匀性或在烧蚀衬底上形成三维微结构的曝光方法。这种方法难以适用于形成靠模冷却辊(master chill roll)以制造复杂随机三维结构，并且还是成本非常高的。
在美国专利6124974中(Burger)中，利用光刻方法制备衬底。对连续光掩模，重复这种光刻方法以产生相应于所需子透镜的三维立体结构。形成靠模(master)以在塑料薄膜内建立三维特征的这种过程是耗时的和成本非常高的。
使用包含电子导体如共轭导电聚合物、导电碳颗粒、结晶半导体颗粒、非晶态半导体原纤和连续半导体薄膜的导电片可比离子导体更有效地耗散静电荷，因为它们的导电性与相对湿度无关，并只受环境温度轻微影响。
在各种电子导体中，当分散在与聚合物非成膜颗粒结合的合适聚合物成膜粘合剂中时，含导电金属的颗粒如半导体金属氧化物是特别有效的，如美国专利5340676、5466567、5700623中所述。现有技术中已公开了用于光刻元件抗静电层的掺杂有适宜施主杂原子或包含氧缺陷的二元金属氧化物，例如美国专利4275103、4416963、4495276、4394441、4418141、4431764、4495276、4571361、4999276、5122445、5294525、5382494、5459021、5484694和其它。合适的要求保护的导电金属氧化物包括氧化锌、氧化钛、氧化锡、氧化铝、氧化铟、二氧化硅、氧化镁、氧化锆、氧化钡、三氧化钼、三氧化钨和五氧化二钒。优选的掺杂导电金属氧化物粒状颗粒包括锑掺杂的氧化锡、氟掺杂的氧化锡、铝掺杂的氧化锌和铌掺杂的氧化钛。美国专利5368995中公开的其它优选导电三元金属氧化物包括锑酸锌和锑酸铟。日本公开JP04-055492中描述了其它包含导电金属的粒状颗粒，包括金属硼化物、碳化物、氮化物和suicides。
美国专利6077655、6096491、6124083、6162596、6187522和6190846描述了成像元件，包括电影胶片，其包含包括导电聚合物的导电片。一种这类导电聚合物包括导电的3，4-二烷氧基取代的聚噻吩苯乙烯磺酸盐络合物。
本发明要解决的问题存在对方便端接以有利于在电子器件中使用的导电图案化透明片的需要。
发明概述本发明提供一种包括聚合物片的制品，其中该聚合物片包含大量整体聚合物导管通道，该通道包含透明导电材料，两个或多个这种通道在其中端接。
本发明的有益效果本发明提供改进的透光率，同时提供导电导管。本发明提供常用电源或开关处导电图案的端接。本发明还提供保护精密透明导电涂层不受磨损或苛刻环境条件如显示器件通常具有的那些的影响的装置。
附图
简述附图显示了导电导管通道的导电图案的垂直偏移端接(verticaloffset termination)。
发明详述附图显示了导管通道的垂直偏移端接的横截面。聚合物基片2包含具有侧壁8并包含导电材料6的导管通道。导线的垂直偏移部分4从基片2的表面向上位置倾斜。导电通道的垂直偏移部分涂有导电材料6。导管的垂直偏移部分允许表面电连接到导电导管。例如，DC电源可表面连接到垂直偏移的聚合物导管上，电流可通过导电材料6建立的电路流动。
本发明具有超过本领域现有做法的大量优点。本发明提供了在片平面内导电而垂直于片方向的光能量可透过的导电片材料。在横向上被绝缘热塑性塑料隔开的导电导管为从起始点到目标的导电提供了精密路径。被形成图案并可透过可见光的导电片可用于膜开关、射频天线、显示器件、半导体和衬底之间或柔性线路和硬印刷线路之间的连接。由于导电材料是透明的，因此本发明的片还可与成像层如喷墨印刷的图像结合使用。
本发明允许导电图案在逻辑电点如电源、开关或地址点处端接。导电图案的端接通过集成几种电功能显著提高了器件的效用。本发明方法的端接比微端接的现有技术方法有利，因为端接被预先图案化到聚合物基底中，然后通过施加导电材料到导管内进行连接，从而减少了对昂贵和缓慢的图案印刷的需要。此外，由于本发明的材料基本是聚合物基的，因此与施加到硬衬底如玻璃或硅片上的电图案相比，本发明的材料耐用、重量轻、有柔性和结实。
在本发明的另一实施方案中，导电图案化片还用作可见光的平面内波导。可见光可通过导管导向，同时，电信号或电流在通道内被传导，显著增加了在通道内传导的信息量。还可通过提供恰当的光定向透镜使平面内引导的波离开本发明的图案化片，其中光定向透镜能重新定向从图案化片平面内到离开图案化片的方向上的光方向。这能产生利用位于本发明材料周围的光源的多色膜开关或汽车显示面板。
理想地由电绝缘热塑性塑料形成的导管可形成为各种尺寸和形状，以提供所需的输入和输出特性。由于这种导管由热塑性塑料形成，因此该导管还可具有各种取向，如彼此垂直的导管、弯曲的导管、圆形导管或在一些逻辑点处连接的导管。
本发明的导电导管提供对导管中包含的导电材料的保护。通过保护本发明的导电材料，与现有技术衬底表面上存在的导电图案相比，导电材料的划伤、磨损和污染将大大减少。导电材料的划伤可能导致一个或多个导管的导电性不希望有的中断，造成器件失效。由于本发明的导电材料用导管包含，因此进一步用辅助涂层保护涂层，例如为胆甾型液晶形成涂层表面。
尽管热塑性材料能提供良好的耐化学性和耐热性，但向导管中加入纳米复合材料如粘土能进一步提高耐热性、电绝缘性和耐磨性，同时不显著降低导电片的透射性能。通过向导电导管或包含导电材料的绝缘热塑性材料结构中加入颜料或染料，本发明的导电片可提供彩色透射光能量或包含图案如停标志中的词“停”。这些和其它优点从下面的详细描述中将是显而易见的。
术语“LCD”是指使用液晶形成图像的任何背面投影显示器件。术语“漫射体”是指能漫射镜面光(具有原方向的光)至漫射光(具有随机光方向的光)的任何材料。术语“光”是指可见光。术语“漫射透光率”是指500nm处的漫射透射光与光源500nm处光的总量相比的百分比。术语“总透光率”是指500nm处透过样品的光与光源500nm处光的总量相比的百分比。这既包括光的镜面透射又包括光的漫透射。术语“漫射透光效率”是指500nm处漫射透光率％与500nm处总透光率％的比乘以100的因子。术语“聚合物薄膜”是指包含聚合物的薄膜。术语“聚合物”是指均聚物和共聚物。术语“平均”，就透镜尺寸和频率而言，是指在整个薄膜表面面积上的算术平均值。
术语“透明”是指片在500nm处总透光率为70％或更大。术语“导管”是指本发明片中的沟道、沟通道或凹通道。片中的导管包含本发明的导电材料。导管厚度范围在0.5和100微米之间。导管在片的平面中具有常规方向，但导管可在片的深度中变化。片平面中的导管可排成行或列、本质上为随机的、可为直线、曲线、圆形、椭圆形、正方形、三角形、正弦波或正方形波。导管通常以起始点开始，在端接点处结束。导管可为不连续的或可相交。在片中，可有一个或多个导管。任何方向上的导管频率从1个导管/cm到1000个导管/cm。
术语导电是指材料传导电流的能力。电导率为电阻率的倒数。电阻率以单位欧姆-米测得。衬底上所涂导电片的表面电阻的常用方法是利用术语表面电阻或SER表示。SER以欧姆/□(square)为单位测得。本发明中使用的导电材料通常具有小于5000欧姆-米的电阻率。本发明中使用的导电片通常具有小于5000欧姆/□的测量SER。
术语“端接”是指两个或多个电或光传导导管之间的逻辑连接。电或光传导导管的端接可出现在电开关、晶体管、电阻、AC电源、DC电源、二极管、集成芯片、射频发射器或接受器、光接点、光定向透镜、分束镜或滤色镜处。沿片长度具有均匀间隔的平行导电导管未被端接，因为它们没有在逻辑点处汇合。术语“可寻址的”或“地址”是指在特定位置处的端接。目前，液晶显示器件具有可寻址的像素，OLED显示器件具有可寻址的像素，它是可通过同时在垂直和水平方向上定位而激活的特定像素。
为了在片平面中提供其中部分或全部电或光传导导管连接的电或光传导片，优选包括聚合物片的制品，该聚合物片包含大量整体聚合物导管，该导管包含导电材料，其中两个或多个导管端接。导管的端接是优选的，因为通过利用传导路径连接光路或电路中有用的电或光元件可获得较大的电或光效用。导管的连接是优选的，因为连接出现在保护连接材料的片主体中，可被辊对辊图案化，并且光和电效用可存在于提供双重功能材料的同一片中。
在本发明的一种优选实施方案中，导管在交点处端接。交点可以以任何角度出现，并可包括两个或多个导管。交点处的端接提供了从共用源为几个导管提供动力的方式。在本发明的另一优选实施方案中，导管在电或光开关处端接。通过在开关处端接，可根据具体应用打开或关闭传导导管。在本发明的另一优选实施方案中，导管在85和95度之间端接。在85-95度的端接为需要磁场或电场的功率显示系统如液晶显示器提供了连接栅极。在本发明的另一实施方案中，导管在射频发射器或接受器处端接。在接受器或发射器处的端接允许可被连接到电源或信号发生器上的柔性、辊对辊接受器、发射器接受电分量。
在本发明的另一实施方案中，导管集成在集成硅芯片上。在IC处的端接考虑到例如8针、16针或32针IC芯片的柔性连接点，使每个针与逻辑电目的地电传送。在本发明的另一优选实施方案中，导管在可寻址交点处端接。利用2维地址(垂直和水平)的端接使本发明材料用作显示器件中的像素，使用磁场、电场或电流激活像素。
在本发明的另一优选实施方案中，导管在垂直偏移处端接。垂直偏移为大致起源于导电片表面并大致在导管最终深度处结束的斜面。由于垂直偏移包含了本发明的导电材料，因此这使表面连接到在导电片主体中的导电通道。表面连接是优选的，因为它容易地与电引线和表面组装电组件连接。斜度在30和75度之间的垂直偏移是优选的。小于10度的斜度被表明未有效利用间距，因为与60度的斜度相比，垂直偏移将是长的。大于80度的斜度被表明难以均匀施加导电材料，在线路中形成“中断”，从而降低了导电路径的可靠性。
基本等于从聚合物片底部测量的导管高度的垂直偏移是优选的。当导电材料为本发明导管中的最底层时，基本相等的高度允许尤其有用的表面到导管底的连通性。在另一优选实施方案中，垂直位移的高度在导管高度的20和80％之间。在20和80％之间时，垂直位移提供了到导电材料主体内的表面连接，并在导管中存在两个或多个层时尤其有用。
在本发明的另一实施方案中，导电材料或辅助层包含有色染料或颜料。有色染料或颜料是优选的，因为它能增加对白色透射光的着色，提供可视定位导管的手段，并在白光或有色光的平面波导中提供颜色。当使用颜料时，希望降低颜料的粒度以减少不必要的散射。本发明中使用的合适颜料可为几乎不溶于其被掺入进其中的介质的无机或有机有色材料。优选的颜料为有机的，并为W.Herbst和K.Hunger在Industrial Organic PigmentsProduction，Properties，Applications，1993，Wiley Publishers中描述的那些。这些包括偶氮颜料如单偶氮黄和橙、重氮染料、萘酚、萘酚红、偶氮色淀、苯并咪唑酮、重氮缩合物、金属络合物、异吲哚啉酮和异吲哚啉，多环颜料如酞菁、喹吖啶酮、苝、紫环酮(perinone)、二酮基吡咯并吡咯和硫靛，和蒽醌(anthrquinone)颜料如蒽素嘧啶、黄烷士酮、皮蒽酮、蒽嵌蒽醌、二噁嗪、三芳基carbodium和喹酞酮(quinophthalone)。
颜料的水分散体是优选的，因为优选的颜料在大多数(如果不是全部的话)有机溶剂中不溶，因此高质量分散体不可能在溶剂体系中。实际上，能溶解优选颜料PR-122和PB-15的唯一溶剂是浓硫酸，其不是有机溶剂。本发明的优选颜料本性上是不可溶的结晶固体，这是它们能呈现的热力学最稳定形式。在油和水分散体中，它们将为非晶态固体的形式，这是热力学不稳定的。因此，不得不担心颜料因老化而最终转变成晶体形式。我们不妨以结晶固体开始，不用担心防止相变。避免溶剂颜料分散体的另一个原因是用蒸发不能除去高沸点溶剂，如果在涂层中使用它的话，它可能导致涂层熔体中不需要的相互作用，如DOH分散颗粒的熟化，或与其它层的平衡。固体颗粒分散体的使用完全避免了有机溶剂。
在一种优选实施方案中，着色剂以固体颗粒分散体的形式分散在粘合剂中。通过首先使着色剂与包含水溶性或水分散表面活性剂或聚合物的水溶液混合形成粗含水预混合料，并将该预混合料加入到研磨机中来形成这种分散体。水溶性或水分散表面活性剂或聚合物的量可在宽的范围内变化，但聚合物重量通常在0.01％-100％范围内，优选约0.3％-约60％，并更优选0.5％-50％，百分比按聚合物重量算，基于成像中使用的着色剂的重量。
研磨可为例如球磨、介质磨、立式球磨、振动磨等。研磨机装有合适的研磨介质，如二氧化硅、氮化硅、砂、氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆、氧化铝、钛、玻璃、聚苯乙烯等的珠。珠尺寸一般为直径0.25-3.0mm，但如果需要，可使用更小的介质。研磨预混合料直到达到所需的粒度范围。
利用研磨介质使固体着色剂颗粒反复碰撞，导致晶体破坏、解聚和相应的粒度减小。着色剂的固体颗粒分散体应具有小于1微米的最终平均粒度，优选小于0.1微米，最优选在0.01和0.1微米之间。最优选地，固体着色剂颗粒为亚微米平均尺寸。在0.01和0.1之间的固体颗粒尺寸提供了最好的颜料利用，与粒度大于1.2微米的颜料相比，能减少不合需要的光吸收。
根据现有技术固体颗粒粉碎过程，在本文描述的分散过程中还可使用表面活性剂、聚合物和其它辅助常规附加物。着色剂分散过程中的这种表面活性剂、聚合物和其它附加物描述在美国专利5468598、5300394、5278037、4006025、4924916、4294917、4940654、4950586、4927744、5279931、5158863、5135844、5091296、5089380、5103640、4990431、4970139、5256527、5089380、5103640、4990431、4970139、5256527、5015564、5008179、4957857和2870012，上面引用的英国专利说明书1570362和1131179，本文引入它们的公开内容作为参考。
可在形成着色剂分散体后、在随后向用于涂到成像元件载体上的水性涂层介质中加入着色剂分散体前或后加入附加表面活性剂或其它水溶性聚合物。含水介质优选包含其它化合物，如稳定剂和分散剂，例如，附加的阴离子、非离子、两性离子或阳离子表面活性剂，和水溶性粘合剂如成像领域中众所周知的明胶。水性涂层介质还可包含其它成像中所用化合物的分散体或乳液。
在本发明的另一优选实施方案中，含导电端接导管的聚合物层被胶着地粘附，形成多级导电端接片。通过堆叠导电端接片，几个柔性线路可占据相同空间，节约了器件或显示器空间。形成两层或多层的优选方法是使用非导电压敏粘合剂层压制品，和通过超声波焊头(ultra-sonic horn)、激光器或加热的金属源现场层压(spotlamination)。
在本发明的又一优选实施方案中，包含导电材料的端接导管被施加在聚合物片的顶和底上。通过为顶和底提供包含导电材料的端接导管，两个柔性线路可占据相同空间，并可从顶到底构成连接，增加了面积数量。可方便地形成和涂覆顶和底导管，因为本发明的材料非常适合辊对辊生产。已表明，片两个面上的导管可首先涂覆在一面上，干燥，焙烧，在一个机器中涂有导电材料的第二面通过(pass)。
为了提供被图案化导电的并可透过可见光能量的片，优选包括聚合物片的制品，该聚合物片包含大量整体聚合物导管，该导管包含基本透明的导电材料。该聚合物导管在导管之间提供电绝缘，导管中包含的材料是既透明又导电的。由于导管中的材料既导电又透明，因此本发明的制品可用于需要导电性质和可透过可见光的应用中。包含含有透明导电材料的多个导管的片的用途例子包括使用胆甾型液晶涂层的简单显示器，其中通电导管的电场改变了胆甾型液晶的取向，和背面发光表电子设备，其中发光能量通过导电导管和透明的隐蔽式射频天线发射。
优选的导电材料包括导电聚合物。导电聚合物是优选的，是因为它们包含理想的可见光透明性能，与为了涂覆而利用真空沉积方法的现有技术金属导体相比，可容易地在导管中辊对辊涂覆，具有小于5000欧姆-米的电阻率，更典型地在0.01-5000欧姆-米范围内，并可包含附加物如透明染料。另外，已表明本发明中使用的导电聚合物对位于聚合物片深度中的聚合物导管的底具有优异的粘着力。
为了提供具有高可见光透射率的导电导管，方便地使用选自以下的导电聚合物包含取代或未取代苯胺的聚合物、包含取代或未取代吡咯的聚合物、包含取代或未取代噻吩的聚合物。上述聚合物提供了理想的导电性、对导管的粘合性并具有高的透光率。
在上述导电聚合物中，基于聚吡咯和聚噻吩的那些是尤其优选的，因为它们能提供最佳的电和光学性能。用于本发明的尤其优选的导电聚合物基于聚噻吩，主要是因为其在商业上可大量得到。
优选由包括聚噻吩/聚阴离子组合物的的涂料组合物涂覆本发明的导电材料，聚噻吩/聚阴离子组合物包含具有共轭聚合物骨架组分的导电聚噻吩和聚合聚阴离子组分。按照本发明使用的优选聚噻吩组分包含用至少一个烷氧基如C1-C12烷氧基或-O(CH2CH2O)nCH3基团取代的噻吩核，其中n为1至4，或其中噻吩核为用亚烷基包括取代形式的这种基团在两个氧原子上闭合的环。按照本发明使用的优选聚噻吩可由对应于下面通式(I)的结构单元构成 其中，R1和R2中的每一个独立地代表氢或C1-4烷基或共同代表任选取代的C1-4亚烷基，优选亚乙基，任选烷基取代的亚甲基，任选C1-12烷基或苯基取代的1，2-亚乙基、1，3-亚丙基或1，2-亚环己基。导电聚噻吩/聚阴离子组合物和在聚阴离子存在下合成的聚噻吩水分散体的制备以及由这种分散体制备抗静电涂料描述在EP0440957(和相应的美国专利5300575)中，以及例如在美国专利5312681、5354613、5370981、5372924、5391472、5403467、5443944和5575898中，本文引入其公开内容作为参考。
在聚合聚阴离子化合物存在时导电聚噻吩的制备可通过例如以下方法来进行，即用一般用于吡咯氧化聚合的氧化剂和/或在多元酸存在时用氧气或空气，优选在温度为0℃-1000℃，在任选包含一定量有机溶剂的含水介质中氧化聚合符合下面通式(II)的3，4-二烷氧基噻吩或3，4-亚烷基二氧噻吩 其中R1和R2如通式(I)中所定义。聚噻吩通过氧化聚合得到正电荷，所述电荷的位置和数量不是确信可确定的，因此它们在聚噻吩聚合物的重复单元的通式中没有被提及。当使用空气或氧气作为氧化剂时，持续将它们引入到包含噻吩、多元酸和任选催化量的金属盐的溶液中，直到聚合完成。适于吡咯氧化聚合的氧化剂描述在例如J.Am.Soc.85，454(1963)中。廉价和易于处理的氧化剂是优选的，如铁(III)盐，例如FeCl3、Fe(ClO4)3和包含有机残余物的有机酸和无机酸的铁(III)盐，同样有H2O2、K2Cr2O7、碱金属或铵的过硫酸盐、碱金属过硼酸盐、高锰酸钾和铜盐如四氟硼酸铜。理论上，每摩尔噻吩需要2.25当量的氧化剂用于其氧化聚合[参见J.Polym.Sci.PartA，Polymer Chemistry，Vol.26，1287页(1988)]。但是，实际中，使用超过一定量的氧化剂，例如，每摩尔噻吩超过0.1-2当量。
为了聚合，对应于上面通式(II)的噻吩、多元酸和氧化剂可被溶解或乳化在有机溶剂中，或优选在水中，在预计的聚合温度搅拌得到的溶液或乳液，直到聚合反应结束。本发明中使用的聚噻吩/聚阴离子组合物中的聚噻吩聚合物组分对聚合聚阴离子组分的重量比可相当大地变化，例如优选从约50/50到15/85。利用这种技术，得到固体含量为0.5-55wt％并优选1-10wt％的稳定聚噻吩/聚阴离子水分散体。聚合时间可在几分钟和30小时之间，取决于批量大小、聚合温度和氧化剂的种类。可通过在聚合过程中和/或过程后加入分散剂来提高得到的聚噻吩/聚阴离子组合物分散体的稳定性，该分散剂如美国专利3525621中描述的阴离子表面活性剂如十二烷基磺酸盐、烷基芳基聚醚磺酸盐。分散体中聚合物颗粒的尺寸一般在5nm至1μm的范围内，优选在40至400nm的范围内。
这些导电聚合物合成中使用的聚阴离子为聚合羧酸和聚合磺酸的阴离子，聚合羧酸如聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸或聚马来酸，聚合磺酸如聚苯乙烯磺酸和聚乙烯基磺酸，对于本发明，聚合磺酸为优选的那些。这些聚羧酸和聚磺酸也可为乙烯基羧酸和乙烯基磺酸与其它可聚合单体的共聚物，如丙烯酸和苯乙烯的酯。与分散聚噻吩聚合物结合使用的阴离子(酸性)聚合物相对于所述聚合物化合物优选具有超过2wt％的阴离子基团含量以确保分散体的充分稳定性。提供聚阴离子的多元酸的分子量优选为1000-2000000，尤其优选2000-500000。多元酸或它们的碱金属盐通常是可得到的，例如聚苯乙烯磺酸和聚丙烯酸，或可根据已知的方法生产它们。代替导电聚合物和聚阴离子形成所需的游离酸，也可使用多元酸的碱金属盐和适宜量一元酸的混合物。
尽管上面描述了通用合成过程和组合物，但本发明中使用的聚噻吩/聚阴离子组合物本身不是新的，可在商业上得到。用于本发明的优选导电聚噻吩/聚阴离子聚合物组合物包括3，4-二烷氧基取代的聚噻吩/聚(苯乙烯磺酸酯)，最优选的导电聚噻吩/聚阴离子聚合物组合物为聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸酯)，其可在商业上从BayerCorporation以Baytron P得到。
其它优选导电聚合物包括聚(吡咯苯乙烯磺酸盐)和聚(3，4-亚乙基二氧吡咯苯乙烯磺酸盐)，它们分别在美国专利5674654和5665498中公开。
可任选地在导电片中使用任何聚合物成膜粘合剂，包括水溶性聚合物，合成乳胶聚合物如丙烯酸、苯乙烯、丙烯腈、卤乙烯、丁二烯和其它，或可水分散缩合聚合物如聚氨酯、聚酯、聚酯离聚物、聚酰胺、环氧化物等，以提高导电片的完整性和提高抗静电层与下层和/或覆层的粘合。优选的粘合剂包括聚酯离聚物、含偏二氯乙烯的共聚物和磺化聚氨酯，它们在美国专利6124083中公开，本文引入作为参考。导电聚噻吩/聚阴离子组合物与加入的粘合剂的重量比可从100∶0变化到0.1∶99.9，优选从1∶1到1∶20，并更优选从1∶2到1∶20。使用的包含取代或未取代噻吩的导电聚合物的干覆盖率(coverage)取决于导电聚合物的固有导电性和导电聚合物与粘合剂的重量比。聚噻吩/聚阴离子组合物的含取代或未取代噻吩的导电聚合物组分干覆盖率的优选范围为约0.5mg/m2至约3.5g/m2，这种干覆盖率应提供理想的电阻率值，同时最小化导电聚合物对本发明制品颜色和光学性能的影响。
除了导电试剂和聚合物粘合剂外，本发明的导电材料可包括交联剂、有机极性溶剂如N-甲基吡咯烷酮、乙二醇或二甘醇等、涂层助剂和表面活性剂、分散助剂、聚结助剂、生物杀灭剂、冰铜颗粒、染料、颜料、增塑剂、粘合促进剂、尤其是包含硅烷和/或环氧硅烷的那些、蜡和其它润滑剂。导电涂层配方中涂层助剂的常用水平例如为0.01-0.3wt％的活性涂层助剂，以溶液总重量计。这些涂层助剂一般为阴离子或非离子的，并可从为水性涂层施加的多种中选择。涂层溶液的各种成分可受益于混合前的pH调整，以确保相容性。常用的pH调整试剂为氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、四乙胺、硫酸、乙酸等。
可使用任何已知的涂覆技术由水性或有机溶剂涂料配方施加本发明的导电材料，已知的涂覆技术如辊涂、凹版涂覆(gravure coating)、气刀涂覆(air knife coating)、棒涂、挤出涂覆、刮涂、幕涂(curtaincoating)、滑涂(slide coating)等。涂覆后，通常通过简单的蒸发干燥层，蒸发可通过已知的技术如对流加热来加速。涂覆和干燥方法更详细地描述在Research Disclosure No.308119中，1989年12月印刷，1007-1008页。涂覆导电材料到导管中的优选方法是辊涂包含导管的层，然后用刮刀或接触导管高点的逆转辊(reverse roll)除去位于导管高点处的导电材料。
在本发明的一种优选实施方案中，导电材料包括明胶粘合剂和金属盐。明胶粘合剂已被表明能提供高的可见光透明度、具有对聚合物导管的良好粘合性，并包含有助于在金属盐颗粒之间建立盐桥的水分。优选金属盐的例子包括氯化钠、碘化钾、氯化钙、溴化钾、碘化钠、氯化镁、氯化银和碘化银。这种特定实施方案的一个有益方面是明胶的湿度敏感性。当环境相对湿度降到50％以下时，明胶的水分含量降低，因此导电导管的电阻率增加，形成对湿度敏感的导电电路。这种特定实施方案将用作能控制在湿度降低时空气增湿系统的湿度控制器。
导电材料的理想电阻率小于5000欧姆-米。导电材料的优选电阻率小于1000欧姆-米，更优选小于600欧姆-米，最优选在0.01和300欧姆-米之间。就导管内导电片的SER而言，理想的值小于5000欧姆/□，优选小于1000欧姆/□，更优选小于600欧姆/□，最优选小于300欧姆/□。由于本发明的导电材料往往具有一定的着色水平和相应的穿透光密度，因此较低的优选电阻率水平通常增加密度和相应降低光透光率。例如，聚噻吩在1000欧姆-米和100欧姆-米之间的透射差异为大约5％。对于高透明度要求或对于低成本液晶显示器应用，较高的优选电阻率水平是优选的，因为电阻率不再是改变胆甾型液晶取向的主要考虑因素。
本发明比现有技术图案化片明显有利，因为多个聚合物导管与聚合物片是一个整体。整体聚合物导管往往与片具有相同的材料组成，当检查带涂层的结构时，没有预期的轮廓分明的边界。整体导管比紫外线涂覆和固化的通道有利，因为导管是整体的，为聚合物片的一部分而不是被施加到聚合物片上，施加到聚合物片上会产生不想要的界面问题，如分层、由于通道材料和片材料之间热膨胀系数差异引起的破裂。由于导电材料确实具有一定程度的低电阻率水平，因此失去的能量将被转化成热能，其使本发明的制品经受温度变化，伴有可预料到的极端周围温度变化(-20摄氏度到100摄氏度)。整体导管具有相同的热膨胀系数，因此不会面临现有技术的界面问题，不会面临会形成不合需要的Fresnel反射的多光学表面，并可高精度水平地制造。
本发明的导管中包含的导电材料优选用罩面层(overcoat)材料保护。通过保护导管中的导电材料，能避免导管中导电材料的划伤和分层，产生结实导电片。此外，通过保护导管中的导电材料，靠近保护层的第二涂覆表面可用于涂覆或印刷。涂覆或印刷的例子包括成像层、印刷膜电路设计、胆甾型液晶材料的涂层和管理透射光输出的微透镜阵列。
保护罩面层优选具有大于2H的铅笔硬度。大于2H的铅笔硬度能耐许多在器件组装或实际使用过程中引起的划伤力。罩面层的划伤将导致对透射光的有害中断，因此将降低本发明的光学效用。保护罩面层优选具有小于0.18微米的表面粗糙度。大于0.20微米的表面粗糙度被表明会漫射透射光，并降低例如膜开关的背光强度。另外，小于0.18的表面粗糙度能为辅助涂覆或印刷提供良好的表面。
保护罩面层优选具有大于5000欧姆-米的电阻率。大于5000欧姆-米的电阻率能提供足够的电流流动阻力以防止电路短路、电耗或不需要的电场。保护罩面层优选具有小于40达因/cm2的表面能。通过提供小于40达因/cm2的表面能，会改变导电材料电阻率的水和其它水性溶剂在罩面层的表面上形成珠并可被容易地除去。
保护罩面层可由能保护图像不受环境溶剂影响、耐划伤且不会影响光透射质量的合适材料组成。保护罩面层优选以均匀涂层或图案样涂层的形式被施加到导电材料上。在本发明的一种优选实施方案中，在电场存在下施加保护罩面层，并熔合到最顶层上，优选引起透明聚合物颗粒形成连续聚合物片。优选施加有电子照相调色剂的聚合物，因为它是提供薄层的有效方式。
在另一实施方案中，可由水溶液涂覆保护罩面层，并在后处理熔合步骤中形成连续的不透水保护层。优选通过在敏化照相产品的乳剂面上涂覆平均尺寸为0.1-50μm的聚合物珠或颗粒连同聚合物乳胶粘合剂形成保护罩面层。任选地，该层中可包括少量水溶性涂层助剂(增粘剂、表面活性剂)，只要它们在处理过程中能浸出涂层即可。涂覆后，以这种方式处理片，即通过热和/或压力(熔合)、溶剂处理或其它方式以引起涂覆聚合物珠的熔合和聚结，以便形成所需的连续不透水保护层。
保护罩面层中使用的聚合物颗粒可从中选择的合适聚合物的例子包括聚(氯乙烯)、聚(偏二氯乙烯)、聚(氯乙烯-共-偏二氯乙烯)、氯化聚丙烯、聚(氯乙烯-共-乙烯基醋酸酯)、聚(氯乙烯-共-乙烯基醋酸酯-共-马来酐)、乙基纤维素、硝基纤维素、聚(丙烯酸)酯、亚麻子油改性的醇酸树脂、松香改性的醇酸树脂、苯酚改性的醇酸树脂、酚醛树脂、聚酯、聚(乙烯基丁缩醛)、聚异氰酸酯树脂、聚氨酯、聚(乙烯基醋酸酯)、聚酰胺、色满树脂、 玛胶、酮树脂、马来酸树脂、乙烯基聚合物如聚苯乙烯和聚乙烯基甲苯或乙烯基聚合物与甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯的共聚物、聚(四氟乙烯-六氟丙烯)、低分子量聚乙烯、苯酚改性的季戊四醇酯、聚(苯乙烯-共-茚-共-丙烯腈)、聚(苯乙烯-共-茚)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈)、聚(苯乙烯-共-丁二烯)、混有聚(甲基丙烯酸甲酯)的聚(甲基丙烯酸硬脂酸酯)、与硅氧烷和聚烯烃的共聚物。这些聚合物可单独使用或联合使用。在本发明的一种优选实施方案中，该聚合物包括聚酯或聚(苯乙烯-共-丙烯酸丁酯)。优选的聚酯基于乙氧基化和/或丙氧基化双酚A和对苯二酸、十二烯基琥珀酸和富马酸中的一种或多种，因为它们能形成通常幸免于包装标签的僵直的可接受保护罩面层。
为了提高保护罩面层的耐磨性，可使用交联或有支链的聚合物。例如，可使用聚(苯乙烯-共-茚-共-二乙烯基苯)、聚(苯乙烯-共-丙烯腈-共-二乙烯基苯)或聚(苯乙烯-共-丁二烯-共-二乙烯基苯)。
保护罩面层的聚合物颗粒应是透明的，并优选无色的。但特别期待聚合物颗粒可具有一定颜色，用于颜色校正或特殊效果。因此，可向聚合物颗粒中掺入能提供颜色的染料。另外，还可向聚合物颗粒中掺入能给予罩面层所需性能的添加剂。例如，可向聚合物颗粒中掺入UV吸收剂，以使罩面层可吸收UV，从而保护层免受UV引起的褪色，或可向聚合物颗粒中掺入蓝色着色剂，以抵消明胶盐导电材料中使用的明胶的自然黄色。
除了形成保护罩面层的聚合物颗粒外，聚合物组合物还可结合能改进元件表面特性的其它颗粒。这种颗粒在聚合物颗粒熔合的条件下为固体且不熔，包括无机颗粒如二氧化硅和有机颗粒如甲基丙烯酸甲酯珠，它们在熔合步骤中不熔化并将赋予罩面层表面粗糙度。
保护罩面层的表面特征很大程度上取决于形成调色剂的聚合物的物理特性和是否存在固体不熔颗粒。但是，也可通过表面的熔合条件改变罩面层的表面特性。例如，可选择用于熔合调色剂形成连续罩面层的熔合元件的表面特性以为元件表面提供所需程度的光滑度、织构或图案。因此，高度光滑的熔合元件将为成像元件提供光亮表面，织构化的熔合元件将为元件提供不光滑或织构化的表面，图案化的熔合元件将施加图案到制品表面上。
聚合物乳胶粘合剂的合适例子包括丙烯酸丁酯、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸酯和乙酰乙酸乙基甲基丙烯酸酯的乳胶共聚物。有用的其它乳胶聚合物包括悬浮在水中作为胶态悬浮液的具有20-10000nm直径和Tg小于60℃的聚合物。
保护罩面层的合适涂层助剂的例子包括能为涂料悬浮液提供相当大粘度的水溶性聚合物或其它材料，如高MW多糖衍生物(例如黄原胶、瓜耳胶、阿拉伯胶、Keltrol(Merck and Co.Inc.供应的阴离子多糖)高MW聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸和它的盐、聚丙烯酰胺等)。表面活性剂包括任何能充分降低涂层制剂表面张力以防止边拉出、抵抗性和其它涂层缺陷的表面活性材料。这些包括烷氧基-或烷基苯氧基聚醚或聚缩水甘油衍生物和它们的硫酸盐，如可从Olin Matheson Corporation得到的壬基苯氧基聚(缩水甘油)，或辛基苯氧基聚(环氧乙烷)硫酸钠、有机硫酸盐或磺酸盐如十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、双(2-乙基己基)磺基丁二酸钠(AerosolOT)，和烷基羧酸盐如癸酸钠。
在另一实施方案中，优选向导电材料中加入可紫外聚合单体和低聚物。UV固化聚合物是优选的，因为它们可容易地以均匀涂层或图案化涂层的形式施加到导电材料中。优选的UV固化聚合物包括脂肪族氨基甲酸乙酯、甲基丙烯酸烯丙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、聚异氰酸酯和甲基丙烯酸羟乙酯。优选的光引发剂为苯偶酰二甲基缩酮。优选的辐射密度在0.1和1.5毫瓦/cm2之间。低于0.05，发生不充分交联，产生不能为导电材料保护提供足够保护的保护层。
在本发明的另一实施方案中，最优选施加预形成的聚合物层到导管的最外表面上形成保护罩面层。优选施加预成形片，因为预成形片坚硬并耐用，能容易地承受环境溶剂和装卸力。施加预成形聚合物片优选在显像后通过层压进行。在压力挤压前，将粘合剂施加到光刻标签或预成形聚合物片上，压力挤压粘着两个表面并消除任何能降低透射光质量的夹带空气。
预成形片优选为取向聚合物，因为在取向过程中发展强度和韧度。用于柔性衬底的优选聚合物包括聚烯烃、聚酯和尼龙。优选的聚烯烃包括聚丙烯、聚乙烯、聚甲基戊烯、聚苯乙烯、聚丁烯和它们的混合物。聚烯烃共聚物，包括丙烯和乙烯如己烯、丁烯和辛烯的共聚物也是有用的。聚丙烯是最优选的，因为它价格低，并具有压敏标签所需要的理想强度和韧度性质。
在另一实施方案中，优选施加合成乳胶到导电材料上形成保护罩面层。合成乳胶涂料已被表明能提供可接受的保护罩面层，并可以水溶液涂覆，消除了暴露于溶剂。乳胶涂料已被表明能为导电电路提供可接受的保护罩面层。用于保护罩面层的优选合成乳胶由苯乙烯丁二烯共聚物、丙烯酸酯树脂和聚乙烯醋酸酯通过乳液聚合技术制成。合成乳胶的优选粒度为0.05-0.15μm。通过已知的涂覆方法包括棒涂、辊涂和漏斗涂将合成乳胶施加到卤化银成像层的最外层上。合成乳胶在施加后必须被干燥，并必须干至透明，以便不影响透射光能量的质量。
在优选的实施方案中，导电材料包括颜料或染料。颜料或染料为导电材料提供着色，在制品的绝缘区域和导电材料之间形成对比度差异。用白色颜料或碳黑提高透射光对比度能提供更高反差的图像或降低发光输出的能力。
本发明的制品优选具有大于75％的透光率或更优选大于90％的透光率。通过提供高透光率，本发明的制品可用作显示器如膜开关或射频天线，导电材料不会阻碍可见光。
本发明的导管优选包括热塑性聚合物。热塑性聚合物是优选的，因为与现有技术的玻璃相比，它们通常能降低成本，具有优良的光学性能，并可利用挤出辊成型工艺有效地成形为片，并且熔化聚合物可对图案化精密辊浇铸，形成整体导管。用于形成复杂透镜的优选聚合物包括聚烯烃、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、纤维素酯、聚苯乙烯、聚乙烯基树脂、聚磺酰胺、聚醚、聚亚酰胺、聚偏二氟乙烯、聚氨酯、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚缩醛、聚乳酸、液晶聚合物、环烯烃、聚磺酸酯、聚酯离聚物和聚烯烃离聚物。可使用能提高机械或光学性能的这些聚合物的共聚物和/或混合物。用于透明复杂透镜的优选聚酰胺包括尼龙6、尼龙66和它们的混合物。聚酰胺的共聚物也是合适的连续相共聚物。有用聚碳酸酯的一个例子是双酚A聚碳酸酯。适用于作为复杂透镜连续相聚合物的纤维素酯包括硝酸纤维素、三乙酸纤维素、二乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素和它们的混合物或共聚物。优选的聚乙烯基树脂包括聚氯乙烯、聚(乙烯基缩醛)和它们的混合物。也可使用乙烯基树脂的共聚物。用于本发明复杂透镜的优选聚酯包括由具有4-20个碳原子的芳香族、脂肪族或环脂族二羧酸和具有2-24个碳原子的脂肪族或脂环族二醇产生的那些。合适二羧酸的例子包括对苯二酸、间苯二酸、邻苯二甲酸、萘二羧酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、富马酸、马来酸、衣康酸、1，4-环己烷二羧酸、钠代硫代间苯二酸(sodiosulfoisophthalic)和它们的混合物。合适二醇的例子包括乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、1，4-环己烷二甲醇、二甘醇、其它聚乙二醇和它们的混合物。
从导电片最外层上导管顶部表面测量的导管深度优选具有在0.1和100微米之间的深度，更优选在0.1和10微米之间。发现通道的深度应大致等于导电材料的厚度加保护层的厚度。导电材料厚度加上罩面层厚度的大多数预期组合在0.10和100微米之间，并为了导电性而被优化在1和8微米之间。片的优选厚度在20和300微米之间。低于15微米，难以形成导管并用导电材料涂覆。超过300微米，额外厚度成本不合理。
所述聚合物导管的顶部粗糙度平均值在0.25和2.5微米之间。通过为顶部导管提供粗糙表面，形成有支座的层用于取向聚合物片的层压。在另一实施方案中，聚合物导管顶部的粗糙度平均值小于0.20微米。通过提供光滑的导管表面，可增加辅助涂层而不会在透射中产生光漫射。
导管底部的表面粗糙度优选在0.25和2.5微米之间。通过提供在这个范围内的底面粗糙度，与光滑底面相比，增加了表面面积量，这增加了导电量。此外，通过提供粗糙底面，导电材料与导管聚合物的粘合性得到提高，从而提高了导电导管的可靠性，因为涂层中的中断会导致大于5000欧姆-米的电阻率。在另一实施方案中，导管中的底面具有小于0.2微米的粗糙度。通过提供光滑底面，透射光不太可能被漫射，提高了印刷层或成像层的对比度。
在本发明的另一优选实施方案中，聚合物片还包括压敏粘合剂。压敏粘合剂使本发明的制品能被定位在其它衬底或器件上。一个例子是粘着本发明的制品到用作显示器件的玻璃衬底上或粘着本发明的制品到印刷电路板上。压敏粘合剂包括本领域中已知为透明并具有高粘结强度的粘合剂。例子包括丙烯酸和聚氨酯基压敏粘合剂体系。
大多数导管优选具有至少一个交点。通过提供至少一个交点，本发明的导电导管可用单一电源如DC电源提供动力，并可在某些逻辑点如IC芯片、电阻器、电容器、晶体管或电接地处端接。在本发明的另一优选实施方案中，大多数导管相对于导管出发方向具有至少一次方向变化。大于30度的方向变化使本发明的导电导管能更好地用作电路连接。大于30度的方向变化的一个例子是膜开关中的电连接。在膜开关中，导电膜被压下时，完成使开关逻辑与辅助器件如IC芯片联系的电路。改变方向的导电导管能更好地被定位在膜开关接触区域附近，其经常需要几次方向变化以适应开关布线。
为了提高聚合物导管的冲击强度和提高聚合物导管的耐温性，优选向聚合物导管中加入纳米复合材料。纳米复合材料已被表明能提高导管聚合物的热性能，并增加机械模量，因此使它们更适用于聚合物导管和显示器件。
“纳米复合材料”是指其中至少一种组分包括无机相如蒙脱石粘土且至少一个尺寸在0.1-100纳米范围内的复合材料。“板”是指两种尺寸具有相同尺寸标度并显著大于第三尺寸的颗粒。本文中，颗粒的长度和宽度为可比尺寸，但数量级大于颗粒的厚度。
“层状材料”是指为大量相邻边界层的形式的无机材料如蒙脱石粘土。“薄层”是指层状材料的独立层。“插层”是指在层状材料薄层之间插入一个或多个外部分子或部分外部分子，通常用X-射线衍射技术检测，如美国专利5891611(5栏10行-7栏23行)中所述。
“插层剂”是指在上述层状材料薄层之间插入的上述外部分子。“剥离”或“分层”是指独立薄层分离成无序结构而没有任何堆叠次序。“插层的”涉及至少部分经历插层和/或剥离的层状材料。“有机粘土”是指用有机分子改性的粘土材料。
用于本发明的层状材料可包括任何理想地包含具有显著高纵横比的板形状的层状材料的无机相。但是，按照本发明，具有高纵横比的其它形状也是有利的。优选用于本发明的层状材料包括层状硅酸盐，例如蒙脱土，尤其是钠蒙脱土、镁蒙脱土和/或钙蒙脱土，绿脱石、贝得石、铬岭石、锂蒙脱石、皂石、锌皂石、sobockite、斯皂石、svinfordite、蛭石、麦羟硅钠石、水羟硅钠石、滑石、云母、高龄石和它们的混合物。其它有用的层状材料包括伊利石、混合层状伊利石/蒙脱石矿石，如三八面体伊利石和伊利石与上述粘土矿物的混合物。其它有用的层状材料，尤其与阴离子基质聚合物一起使用的，为在层间空间中具有正电荷层和可交换阴离子的层状双氢氧化物或水滑石，如Mg6Al3.4(OH)18.8(CO3)1.7H2O。在层上具有很少或没有电荷的其它层状材料也可使用，只要它们可被能扩大其层间间距的溶胀剂插层即可。这种材料包括氯化物如FeCl3、FeOCl，硫族化物如TiS2、MoS2和MoS3，氰化物如Ni(CN)2和氧化物如H2Si2O5、V6O13、HTiNbO5、Cr0.5V0.5S2、V2O5、Ag掺杂的V2O5、W0.2V2.8O7、Cr3O8、MoO3(OH)2、VOPO4-2H2O、CaPO4CH3-H2O、MnHAsO4-H2O、Ag6Mo10O33等。优选的层状材料为可溶胀的，从而其它试剂，通常为有机离子或分子，可插层和/或剥离层状材料，产生所需的无机相分散体。这些可溶胀层状材料包括2∶1型的层状硅酸盐，其如粘土文献(参见例如H.van Olphen的“Anintroduction to clay colloid chemistry”，John Wiley & Sons出版社)中所定义。优选离子交换能力为50-300毫当量/100克的典型层状硅酸盐。用于本发明的优选层状材料包括蒙脱石粘土如蒙脱石、绿脱石、贝得石、铬岭石、锂蒙脱石、皂石、锌皂石、sobockite、斯皂石、svinfordite、埃洛石、麦羟硅钠石、水羟硅钠石和蛭石以及层状双氢氧化物或水滑石。最优选的蒙脱石粘土包括蒙脱石、锂蒙脱石和水滑石，因为这些材料在商业上可得到。
上述蒙脱石粘土可为天然或合成的。这种区分可影响伴生杂质的粒度和/或含量。典型地，合成粘土在侧向尺寸上较小，并因此具有较小的纵横比。但是，与天然粘土相比，合成粘土较纯，并具有较窄的粒度分布，可不需要任何进一步纯化或分离。对于本发明，蒙脱石粘土颗粒应具有在0.01μm和5μm之间的横向尺寸，并优选在0.05μm和2μm之间，更优选在0.1μm和1μm之间。粘土颗粒的厚度或垂直尺寸可在0.5nm和10nm之间变化，并优选在1nm和5nm之间。纵横比是粘土颗粒的最大和最小尺寸的比，对于本发明，应在10∶1和1000∶1之间，关于颗粒尺寸和形状的上述限制是确保纳米复合材料某些性能的充分提高而不有害地影响其它那些。例如，大的横向尺寸可导致纵横比的增加，纵横比是机械和屏障性能提高的理想标准。但是，非常大的颗粒可由于有害光散射导致光学缺陷，并对加工、运输和精加工设备以及对其它部件有磨损。
本发明的光学部件中蒙脱石粘土的浓度可按照需要变化；但是，优选＜粘合剂的10wt％。明显较高量的粘土由于使光学部件变脆且难以加工而损害它的物理性能。另一方面，太低的粘土浓度可能不能获得所需的光学效果。为了最佳结果，优选粘土浓度应保持在1和10％之间，更优选在1.5和5％之间。
蒙脱石粘土材料通常需要用一种或多种插层剂处理以提供所需的层间溶胀和/或与基质聚合物的相容性。在实施本发明时，得到的层间间距对插层层状材料的性能是至关重要的。本文使用的“层间间距”是指当在任何分层(或剥离)发生前它们被装配在插层材料中时层的面之间的距离。优选的插层剂包括有机和聚合物材料，尤其是如备审案件目录表82056、82857、82858和82859中公开的嵌段共聚物，本文引入作为参考。这种插层剂的例子包括乙氧基化醇、聚醚嵌段聚酰胺、氧化乙烯-己内酯嵌段聚合物等。这些优选的插层剂可被掺入到天然或合成粘土中。这些优选的插层剂还可掺入到已用有机分子改性的有机粘土中。
本发明的制品还可与光漫射器结合使用，例如体漫射器、透镜层、珠状层、表面漫射器、全息漫射器、微结构漫射器、其它透镜阵列或它们的各种组合。漫射器薄膜分散或漫射光，因此破坏了任何由于加入有序周期透镜阵列引起的衍射图案。
本发明的制品可与由透明聚合物制成的薄膜或片结合使用。这种聚合物的例子为聚酯如聚碳酸酯、聚乙烯对苯二酸酯、聚丁烯对苯二酸酯和聚乙烯萘酸酯，丙烯酸聚合物如聚甲基丙烯酸甲酯，和聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯酸酯和三乙酰基纤维素。另一方面，本发明的透明聚合物薄膜还可包括一种或多种光学涂层以提高通过一个或多个导管的透光率。经常希望用一层抗反射(AR)涂层涂覆漫射器以便提高制品效率。
本发明的制品可结合有例如添加剂或润滑剂如二氧化硅以在不会损害光学特性的范围内提高薄膜的表面滑动性，以用入射角改变光散射性质。这种添加剂的例子为有机溶剂如二甲苯、醇或酮，丙烯酸树脂的细颗粒，硅树脂或Δ金属氧化物或填料。
本发明的制品通常具有光学各向异性。包含热塑性导管的聚合物片通常为表现出光学各向异性的光学各向异性材料，光学各向异性在拉伸方向上有光轴。光学各向异性用薄膜厚度d和双折射率Δn的乘积表达，即Δn*d(延迟)，其中Δn为薄膜平面内慢光轴方向上的折射率和快光轴方向上的折射率之间的差。取向方向与本发明的薄膜中的拉伸轴一致。在热塑性聚合物具有正特性双折射时，拉伸轴为慢光轴的方向，对于具有负特性双折射的热塑性聚合物，拉伸轴为快光轴方向。对于Δn*d的值的必需水平没有明确要求，因为该水平取决于薄膜的施加。
在本发明的制造方法中，优选的导管聚合物为从缝模中挤出的熔体。通常，优选使用T型模或衣架模。该方法包括通过缝模挤出聚合物或聚合物混合物，在冷却浇铸滚筒上快速冷却挤出的网具有优选的导管几何形状，从而透明片的导管聚合物部件被冷却至其玻璃固化温度以下并保持所需导管的形状。
开发了制造聚合物导管的方法。优选的方法包括提供具有多个导管的正面靠模挤出辊(positive master extrusion roll)。通过浇注所需的熔化聚合物材料到挤出辊的表面上、冷却所需的聚合物到该聚合物的Tg以下、然后从挤出辊上剥离包含导管的聚合物片来从靠模挤出辊上复制该片。通过利用精密加工技术如离子束研磨或金刚石车削加工图案的反面(negative)到辊上形成图案化的辊。所需导管图案的反面还可被加工到薄金属片内然后卷到辊上。还可通过热模压印浮雕、UV固化聚合物、真空成形或注射成型来形成本发明的导管。
本发明可与任何液晶显示器件结合使用，下面描述其典型布置。液晶(LC)广泛用于电子显示。在这些显示系统中，LC层位于偏振器层和分析器层之间，并具有相对于垂直轴表现出通过层方位扭曲(azimuthal twist)的导向器。定向分析器使得它的吸收轴垂直于偏振器的轴。被偏振器偏振的入射光通过液晶元件，受液晶中分子取向影响，其可通过施加电压到元件上来改变。利用这种原理，可控制来自外部源包括环境光的透光率。实现这种控制需要的能量通常大大低于其它显示类型如阴极射线管中所用发光材料需要的能量。因此，LC技术用于大量应用，包括但不限于数字表、计算器、便携式计算机、电子游戏机，对于它们而言，重量轻、低功率消耗和长工作寿命是重要特征。
有源矩阵液晶显示器(LCD)使用薄膜晶体管(TFT)作为驱动每个液晶像素的开关器件。这些LCD能显示较高清晰度的图像而没有干扰，因为可选择性地驱动单个液晶像素。光模干涉(OMI)显示器为液晶显示器，它们“通常为白色”，即光通过断路状态的显示层透射。使用扭曲向列型液晶的LCD的工作模式大致分为双折射模式和旋光模式。“薄膜补偿超扭曲向列”(FSTN)LCD通常为黑色的，即当不施加电压时光透射被抑制在断路状态。OMI显示器被报道具有较快的响应时间和较宽的工作温度范围。
来自白炽灯泡或来自太阳的普通光是被随机偏振的，即它包括在各个可能方向上定向的光。偏振器为用于通过从入射光束中选择性除去两个垂直平面偏振分量中的一个将随机偏振(“未偏振”)光束转变成偏振光束的二色材料。线性偏振器为液晶显示器(LCD)器件中的关键部件。
有几种具有充分光性能的高二色性比偏振器用于LCD器件。这些偏振器由能透射一个偏振分量并吸收另外一个互相正交分量(这种效应称为二色性)的材料薄片制成。最常用的塑料片偏振器由以或多或少平行方式排列PVA聚合物链的薄单轴拉伸聚乙烯醇(PVA)薄膜构成。排列的PVA然后掺杂有碘分子或有色二色染料的组合(参见例如EP0182632A2，Sumitomo Chemical Company，Limited)，它们被PVA吸收并变得单轴取向，以产生具有中性灰色着色的高度各向异性矩阵。为了机械支撑脆性PVA薄膜，然后用三乙酰基纤维素(TAC)的坚硬层或类似支撑物将它在两个面上层压。
对比度、彩色重现和稳定的灰度强度是使用液晶技术的电子显示器的重要质量属性。限制液晶显示器对比度的首要因素是光通过处于暗或“黑”像素状态的液晶元件或单元“泄漏”的倾向。此外，液晶显示器的泄漏和因此的对比度也依赖于观察显示屏的角度。典型地，只有在集中到显示器垂直入射周围的狭窄观察角度内才观察到最佳对比度，当观察角度增加时，就迅速衰退。在彩色显示器中，泄漏问题不仅损害对比度，而且导致伴有色彩重现降级的彩色或色调偏移。除了黑态光泄漏外，典型扭曲向列型液晶显示器中的狭窄观察角度问题因作为观察角度函数的亮度-电压曲线中的偏移而被加剧，因此液晶材料具有光学各向异性。
用装备有积分球的Hitachi U4001 UV/Vis/NIR分光光度计测量本发明制品的透射率。通过将样品以导管正面向着积分球放置在聚束点处测量总透射率范围。在垂直试样口处放置校准的99％漫反射标准样(NIST-可追踪的)。按同样的方式测量漫透射率范围，但移去99％的瓦片(tile)。通过将样品放在试样口处测量漫反射率范围，带涂层的面向着积分球。为了排除来自样品衬片的反射，在样品后面不放任何东西。所有范围都在350和800nm之间获得。由于漫反射率结果是相对于99％瓦片获得，因此值不是绝对的，而是需要用99％瓦片的校准报告来校正。
总透射光百分比是指以所有角度通过样品透射的光的百分数。漫透射率定义为除入射光角度2.5度角外的光穿过样品的百分数。漫射透光率为通过漫透射通过样品的光的百分数。漫反射率定义为被样品反射的光的百分数。样品中提供的百分比在500nm处测得。这些值由于样品吸收或测量样品的轻微变化而可能合计不达100％。
本发明的实施方案可不仅提供改善的光漫射和透射，而且提供厚度减小的漫射薄膜，其具有降低的光散射趋势。
本文引入本说明书中引用的专利和其它出版物的全部内容作为参考。
已具体参考了某些优选的发明实施方案详细描述本发明，但应认识到，在本发明的范围内可进行改变和变更。
实施例在这个实施例中，形成具有正方形横截面的聚碳酸酯导管通道作为聚碳酸酯100微米片整体的一部分。将导电透明形式的聚噻吩施加到正方形导管通道内，形成透明导电片。将正方形导管端接在公共点处。公共点低于导管通道顶面1微米，这样提供透明导电导管的垂直偏移端接。这个实施例将说明包含导电透明聚合物的聚合物片的导电和透射性质，并说明端接的用途。
通过向包含正方形槽图案反面的加热辊浇铸熔化的聚碳酸酯来制造正方形导管。通过使用线EDM切削工具精密加工正方形槽图案的阴模到光滑钢辊表面内来制造正方形槽图案化辊。
使用正方形槽图案化辊按以下形成整体聚碳酸酯导管，即从衣架缝模中挤出浇铸聚碳酸酯聚合物到加热的正方形槽图案化辊(120℃)上，其中聚碳酸酯聚合物主要包含98.0％的68熔体指数CD级聚碳酸酯(Bayer Chemical)、1.5％的抗氧化剂和0.5％的脱模剂，冷却聚碳酸酯至聚碳酸酯的Tg以下，从加热的辊上剥离包含正方形槽形状的导管的聚碳酸酯网。包含正方形槽的聚合物片的厚度为100微米。正方形槽为10微米深和40微米宽，节距或重复距离为200微米。在垂直于导管原方向的方向上累计有10个正方形槽导管。所有10个导管沿导管的30cm长度大致相互等距。在样品的一端，导管被连接(端接)成具有上述正方形槽图案的公共垂直偏移100微米×100微米正方形。垂直偏移包括20度斜面，斜面始于离片底部8微米处，在正方形导管的底部结束。本发明的浇铸涂覆光漫射片的结构如下，
在形成包含正方形槽形状的导管和垂直偏移的聚碳酸酯片后，对片进行电晕放电处理，并通过漏斗涂覆用导电涂料组合物涂覆。导电涂料组合物由Baytron P和其它附加物组成，Baytron P为市售聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)水分散体，Bayer公司供应，附加物包括表面活性剂和有机极性溶剂。涂覆后马上用一片湿的无棉绒布小心擦掉聚碳酸酯片，以便只有通道和垂直偏移保留涂料组合物，使它们在那干燥。通道内透明导电聚(3，4-亚乙基二氧噻吩)聚(苯乙烯磺酸酯)的标称干覆盖率估计为0.53g/M2。导电涂层存在于正方形槽导管、正方形槽端接线、垂直偏移的斜面和100微米×100微表面接触点中。该涂层产生与垂直偏移电端接的导电导管线图案，这允许对导管中所涂导电材料的表面接触。
使用FLUKE型号300万用表测量导电导管的电阻率，这是测量电阻率的两探针接触方法。测量每个导电导管的电阻率，确定10个导电导管的平均值和每个的范围。一个探针位于表面100微米x100微米表面正方形上，另一个探针位于未端接线处。这种导电透明层的平均SER为580欧姆/□，标准偏差为79欧姆/□。
测量包含导电透明V形导管的聚碳酸酯片的透光率％、漫射透光率％、镜面透光率％和漫反射率％和导电率。
用装备有积分球的Hitachi U4001 UV/Vis/NIR分光光度计测量导电片。通过将样品以复杂透镜正面向着积分球放置在聚束点处测量总透射率范围。在垂直试样口处放置校准的99％漫反射标准样(NIST-可追踪的)。按同样的方式测量漫透射率范围，但移去99％的瓦片。通过将样品放在试样口处测量漫反射率范围，带涂层的面向着积分球。为了排除来自样品衬片的反射，在样品后面不放任何东西。所有范围都在350和800nm之间获得。由于漫反射率结果是相对于99％瓦片获得，因此值不是绝对的，而是需要用99％瓦片的校准报告来校正。
总透射光百分比是指以所有角度通过样品透射的光的百分数。漫透射率定义为除入射光角度2度角外的光穿过样品的百分数。漫射透光率为通过漫透射通过样品的光的百分数。漫反射率定义为被样品反射的光的百分数。样品中提出的百分比在500nm处测得。这些值由于样品吸收或测量样品的轻微变化而可能合计不达100％。总透射率为88.1％，漫射透射率为10.2％，镜面透射率为81.4％和漫反射为5.9％。
上述数据清楚表明了本发明的电和光学效用。施加到平均SER为580欧姆/□的正方形导管上的导电材料能提供优异的导电性，同时提供90.1％的优良透光率。这使得本发明的材料尤其用于既需要导电性又需要透明性的电应用，如设备用膜开关或包含智能芯片的安全卡。另外，本发明的导管提供对精密导电聚合物的保护，通过显著减少因划伤或磨损引起的导电图案中断而提高了导电通道的可靠性。另外，导管的几何形状也允许加入能进一步保护精密导电材料的保护层。
本发明的垂直偏移特征允许表面连接到位于聚碳酸酯片表面以下10微米的导电导管处。导电导管的端接使本发明的材料能用于柔性电路、膜开关、功率分配器等。另外，保护材料如聚氨酯的施加进一步保护了导管，而且由于可获得表面导电连接而允许端接。
部件列表2.基片4.垂直偏移部分46.导电材料68.垂直偏移端接
权利要求
1.一种包括聚合物片的制品，其中该聚合物片包含大量整体聚合物导管通道，该通道包含透明导电材料，两个或多个这种通道在其中端接。
2.权利要求1的制品，其中所述导管在公共交点处端接。
3.权利要求1的制品，其中所述导管在电开关处端接。
4.权利要求1的制品，其中所述导管彼此成90度端接。
5.权利要求1的制品，其中所述导管具有垂直偏移。
6.权利要求4的制品，其中所述垂直偏移包括斜度为30至75度的连续斜面。
7.权利要求4的制品，其中所述垂直偏移为大约所述聚合物导管通道的高度。
8.权利要求1的制品，其中所述导管材料包含有色染料。
9.权利要求1的制品，其中所述导管在射频接受器处端接。
10.权利要求1的制品，其中所述导管在集成芯片处端接。
11.权利要求1的制品，其中所述导管在可寻址交点处端接。
12.权利要求1的制品，还包括两个或多个粘合粘附的所述聚合物片。
13.权利要求1的制品，其中所述聚合物片在所述聚合物片的顶和底上包括所述整体导管。
14.一种包括聚合物片的制品，该聚合物层包含大量整体聚合物导管，该导管包含基本透明的导电材料。
15.权利要求1的制品，其中所述导电材料包括透明聚合物。
16.权利要求15的制品，其中所述导电聚合物选自包含取代或未取代苯胺的聚合物、包含取代或未取代吡咯的聚合物、包含取代或未取代噻吩的聚合物。
17.权利要求16的制品，其中所述导电聚合物选自聚(3，4-亚乙基二氧噻吩苯乙烯磺酸酯)、聚(吡咯苯乙烯磺酸酯)和聚(3，4-亚乙基二氧吡咯苯乙烯磺酸酯)。
18.权利要求1的制品，其中所述导电材料包括明胶粘合剂和金属盐。
19.权利要求1的制品，其中所述导电材料的所述电阻率小于600欧姆-米。
20.权利要求1的制品，其中所述导电材料的所述电阻率在0.1和300欧姆-米之间。
21.权利要求1的制品，其中所述导电材料还包括保护罩面层。
22.权利要求21的制品，其中所述保护罩面层材料具有大于5000欧姆-米的电阻率。
23.权利要求1的制品，其中所述聚合物导管包含至少两层，且至少一个层包含导电材料。
24.权利要求1的制品，其中所述导电材料在通道平面内引导可见光波。
25.权利要求1的制品，其中所述制品具有大于80％的透光率。
26.权利要求1的制品，其中所述导管具有在0.1和100微米之间的深度。
27.权利要求1的制品，其中所述导管具有在0.1和10微米之间的深度。
28.权利要求1的制品，其中所述聚合物片具有在20和120微米之间的厚度。
29.权利要求1的制品，其中所述多个导管具有至少一个大于30度的方向变化。
30.权利要求1的制品，其中所述聚合物导管包含层状纳米复合材料。
31.权利要求1的制品，其中所述聚合物片还包括不连续聚合物特征。
32.权利要求1的制品，还包括靠近所述导管的成像层。
33.权利要求1的制品，还包括位于所述导管中的聚合物光定向透镜。
34.一种形成聚合物片的方法，其中该聚合物片包含大量整体聚合物导管通道，该通道包含透明导电材料，且两个或多个这种通道在其中端接，该方法包括在片中形成大量通道，这些通道垂直偏移形成端接，和在该通道内放置导电材料。
全文摘要
本发明公开了一种包括聚合物片的制品，其中该聚合物片包含大量整体聚合物导管通道，该通道包含透明导电材料，两个或多个这种通道在其中端接。
文档编号H05K3/10GK1781161SQ200480011586
公开日2006年5月31日 申请日期2004年4月21日 优先权日2003年4月28日
发明者R·P·布尔德莱斯, C·J·布里基 申请人:伊斯曼柯达公司