专利名称：可印刷的绝缘组合物和可印刷的制品的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及可印刷的绝缘材料和固化的印刷绝缘材料，所述可印刷的绝缘材料包括用于触摸屏显示器的可喷墨印刷的绝缘材料。
背景技术：
可将绝缘材料(包括介电材料)以图案形成到触摸屏显示器上，以在显示器的电路上形成保护涂层或掩模。绝缘材料还可用来使导电特征件电隔绝，并且可以被涂敷在整个显示器上，用作硬涂层。这些绝缘材料通常通过如下方法来涂敷丝网印刷液态或糊状组合物，该组合物随后在高温下固化，或者用紫外光或别的辐射源对其进行固化。丝网印刷通常需要印刷丝网接触显示器，这样可能会污染并刮伤显示器的其它部件。丝网印刷的其它缺点包括需要定期清洗丝网，需要随时手头保留有丝网的存货，而且使用丝网印刷工艺通常涉及相对较慢的加工步骤。
因此，人们需要一种无需丝网印刷就可以涂敷到基板上的经改进的绝缘材料。
发明概述人们需要一种改进的绝缘材料；还需要将绝缘材料(包括介电材料)涂敷到基板上的方法；还需要包含所述改进的绝缘材料的制品。
本发明的一部分涉及一种用于在基板上形成绝缘层的可印刷的组合物以及由所述可印刷的组合物形成的绝缘层。所述绝缘层可以是(例如)涂敷到基板上的介电层，所述基板构成触摸屏面板的一部分。所述可印刷的组合物通常包含聚合物组分，所述聚合物组分含有硅原子和氧原子。合适的聚合物组分包括聚有机硅倍半氧烷(例如聚甲基硅倍半氧烷)，所述聚有机硅倍半氧烷的氧与硅的比值通常为1.5∶1。在涂敷和固化时，可印刷的组合物通常含有至少20重量％的聚有机硅倍半氧烷(“PSQ”)，但是某些配方可以含有少于20％的PSQ。在本发明的某些实施例中，在涂敷和固化时，可印刷的组合物包含5至95重量％的聚甲基硅倍半氧烷和5至95重量％的无机纳米级微粒。所述可印刷的组合物通常在高温下固化，以形成固化的绝缘材料，本文也称为经印刷的绝缘材料。
在一些实施方式中，将无机纳米级微粒和其它成分添加到该组合物中，以改善其物理性质(包括改善的硬度、所需的粘度和其它流动性能)，并且控制折射率。当添加纳米级微粒时，这些纳米级微粒可以包括(例如)二氧化硅、氧化锆和氧化铝微粒中的一种或多种。在一些实施方式中，纳米级微粒的平均尺寸是1至500纳米，在另一些实施方式中，纳米级微粒的平均尺寸是5至250纳米，在又一些实施方式中，纳米级微粒的平均尺寸是5至125纳米。在大多数实施方式中，可印刷的组合物中纳米级微粒的含量为至少1％，更通常的情况是，所述组合物中的纳米级微粒的含量大于5％。在本发明的一些实施方式中，所述纳米级微粒是表面改性过的。
在一个实施方式中，所述可印刷的组合物具有这样的粘度，其允许通过数字印刷技术例如喷墨印刷来涂敷，从而可以非常精确地布置该组合物，而不损坏上面沉积有该组合物的基板。适用于数字印刷技术的粘度可以在1至100,000厘泊的范围内，该粘度是在1s-1至1000s-1的剪切速率下使用连续应力扫描法(continuous stress sweep)测量的。为了喷墨印刷，所述组合物的粘度通常大于1厘泊，但通常小于40厘泊，该粘度是在1s-1至1000s-1的剪切速率下使用连续应力扫描法测量的。在一些实施方式中，所述组合物的粘度为10至14厘泊，该粘度是在1s-1至1000s-1的剪切速率下使用连续应力扫描法测量的。在另一实施方案中，可以调节粘度，以将组合物的粘度调节到如丝网印刷所需的剪切稀化程度。在该实施方案中，PSQ纳米级复合材料提供了高于普通印刷绝缘材料的热稳定性。
所述可印刷的组合物尤其适用于触摸激励式用户输入装置中。在这些实施方式中，所述触摸激励式用户输入装置具有基板和绝缘层，所述绝缘层沉积在所述基板的至少一部分上，所述绝缘层包含聚硅倍半氧烷，并且通常还包含无机纳米级微粒。合适的基板包括玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。这些基板还可以被导电涂料(例如导电氧化物或聚合物)部分地涂覆。
本发明还涉及用于制造触摸激励式用户输入装置的方法，该方法包括提供基板；将含聚硅倍半氧烷的组合物印刷到所述基板上；以及固化所述组合物以形成绝缘层。该固化步骤通常在例如低于150℃下进行，更通常在低于200℃下进行。在一些实施方式中，所述印刷步骤包括喷墨印刷，在其它实施方式中，所述印刷步骤包括丝网印刷。
用于描述本发明的术语对应于如下的定义。
术语“纳米级微粒”表示平均粒径在纳米级范围内的微粒。在一些实施方式中，所述纳米级微粒的平均尺寸是1至500纳米，在另一些实施方式中，纳米级微粒的平均尺寸是5至250纳米，在又一些实施方式中，纳米级微粒的平均尺寸是5至125纳米或5至75纳米。微粒尺寸是指数均微粒尺寸，并且使用一种仪器来测量该微粒尺寸，所述仪器使用透射电子显微镜法或扫描电子显微镜法。测量微粒尺寸的另一方法是动态光散射，其测量重均微粒尺寸。合适的仪器实例是可从位于美国加利福尼亚州富勒敦市的Beckman Coulter公司得到的N4 PLUS SUB-MICRON PARTICLE ANALYZER。
诸如“纳米级复合材料涂料”或“纳米级复合材料涂料分散体”等术语是指包含流体分散相的流体涂料分散体，所述流体分散相包括含有纳米级微粒粉末的分散相。
诸如“硅倍半氧烷”或“有机硅倍半氧烷”或“聚有机硅倍半氧烷”等的术语是指纳米级复合材料涂料分散体的流体分散相。该分散相可以包含流体的混合物或能提供溶液分散相的附加溶剂。
诸如“导电聚合物”的术语是指导电性的聚合物。导电聚合物的部分实例是聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔、聚噻吩、聚对苯乙烯撑、聚苯硫醚、聚苯、聚杂环乙烯撑(polyheterocycle vinylene)以及在欧洲专利出版物EP-1-172-831-A2中所公开的材料。
除非另有说明，本文中的所有百分数、份数和比值都是按重量计，例如重量百分比(重量％)。
根据下面对本发明说明书及权利要求书的详细描述，本发明的其它特征和优点将是显而易见的。对本发明原理的以上概述并不意味着描述了本发明的每一个示例性的实施例或每一种实施方式。
参照附图，结合对本发明各种实施例的以下详细描述，可更加全面地理解本发明，其中图1是根据本发明实施方式构造和布置的包含绝缘层的基板的简化侧向剖视图；图2是根据本发明实施方式构造和布置的触摸面板显示器的简化侧向剖视图；图3是根据本发明实施方式构造和布置的触摸面板显示器的简化侧向剖视图；图4是根据本发明实施方式构造和布置的触摸面板显示器的简化侧向剖视图；图5是根据本发明实施方式构造和布置的触摸面板显示器的简化侧向剖视图；图6是根据本发明实施方式构造和布置的触摸面板显示器的简化侧向剖视图，此时该显示器在被加热到高温之前；图7是根据本发明实施方式构造和布置的触摸面板显示器的简化侧向剖视图，此时该显示器在被加热到高温之后；图8是根据本发明实施方式构造和布置的电阻触摸面板的简化侧向剖视图；以及图9是根据本发明实施方式构造和布置的四线电阻触摸面板的简化侧向剖视图。
虽然本发明适用于各种修改和替换形式，但是其细节已经通过附图中的例子被示出并将被详细地描述。然而，应该明白，本发明并不局限于所述的这些具体实施例。相反，本发明覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同形式及替换形式。
详细描述本发明的一部分一种用于形成绝缘层的可印刷的组合物以及沉积所述组合物的方法。所述可印刷的组合物特别适用于在触摸屏上形成绝缘掩模，而且也适用于其它各种应用。在某些实施方案中，该组合物适用于使用喷墨印刷技术来沉积在基板上，以精确地涂敷所述可印刷的组合物。在另一些实施方案中，该组合物适用于使用其它印刷或图案形成技术例如丝网印刷来沉积在基板上。另外，本发明涉及使用所述组合物制成的绝缘层、以及涂敷所述组合物的方法和包含使用所述组合物制成的绝缘介电层的制品。
更具体地讲，本发明提供一种可印刷的组合物，该组合物包含聚有机硅倍半氧烷聚合物和分散于所述聚有机硅倍半氧烷中的氧化物微粒。加热固化所述可印刷的组合物，以提供经固化的绝缘层。该固化的组合物特别适合用来提供绝缘层，而且可以起到保护层和/或硬涂层的作用。因此，在某些实施方式中，该经印刷并固化的组合物起到使基板上的导电迹线隔离(或绝缘)的作用。例如，该固化组合物还可以起到保护各种基板(例如触摸面板显示器)上的导电迹线和线性化图案的作用。
所述可印刷的组合物可以包含高度分散的纳米级微粒，这些纳米级微粒可以使用这样一种方法来制备，该方法包括用表面改性剂对微粒进行表面处理。表面处理可以提高纳米级微粒和有机硅倍半氧烷分散相之间的相容性。表面处理还可以防止微粒结块，这可有益于喷墨印刷。在示例性的实施方案中，表面改性剂可以是羧酸、羧酸衍生物、硅烷或其混合物以及其它类型的分散剂或混合物。例如，所述羧酸衍生物可以包括(但不限于)己酸或2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸。例如，表面改性用硅烷可以包括(但不限于)甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷或其混合物。
根据本发明特别适用于喷墨印刷的纳米级复合材料涂料分散体包含分散在有机硅倍半氧烷组合物中的氧化物溶胶微粒，所述微粒几乎不显现触变性倾向。
适用于本发明的纳米级微粒通常包括金属、氧化物、氮化物、碳化物、氯化物等的微粒。合适的无机氧化物包括氧化硅、氧化锆、氧化铝、氧化钒以及其混合物。可以根据其物理性质、光学性质或其它感兴趣的性质来选择这些微粒。例如，在需要透明的情况下，可以优选选择这样一种纳米级微粒，所述纳米级微粒是透明的，具有与基质材料相配的折射率，并且/或者该微粒足够小以使光散射最小。可以选择对紫外辐射线没有吸收的微粒(在某些实施方案中)，来制备本发明的纳米级复合材料涂料分散体。
在本发明的可印刷的组合物中使用氧化物纳米级微粒的一个优点是改善所得的固化涂层的硬度和抗磨性。另一个优点是保持固化涂层的透明性。此外，对无机氧化物或氧化物混合物的适当选择，使得能够根据分散体中纳米级微粒的折射率和浓度，来控制可印刷的绝缘组合物的折射率特性。随着所选择的其折射率较聚有机硅倍半氧烷的折射率高的那些无机氧化物的浓度的提高，聚有机硅倍半氧烷的折射率也会升高。控制折射率变化的另一种方法是保持无机氧化物混合物的总浓度不变，所述无机氧化物混合物包含两种或多种折射率特性不同的氧化物。调节氧化物的比率，会改变纳米级复合材料涂料分散体及由该涂料分散体制得的固化涂层的折射率。合适的氧化物微粒的折射率通常为约1.0至3.0，更通常为1.2至约2.7，并且微粒尺寸小于约500纳米，通常小于250纳米，更通常小于125纳米。
本发明的可印刷的组合物特别适用于触摸激励式用户输入装置中。在这些实施方式中，用户输入装置具有基板和绝缘层，所述绝缘层沉积在所述基板的至少一部分上，所述绝缘层包含聚有机硅倍半氧烷，通常包含聚甲基硅倍半氧烷。该绝缘层通常还包含无机纳米级微粒。合适的基板包含(例如)玻璃或PET，其可由导电涂料例如导电氧化物或聚合物涂覆。
现在参照图1，图1示出根据本发明实施方式构造和布置的包含绝缘层8的基板6的简化侧向剖视图。基板6可以是(例如)玻璃基板、塑料基板、金属基板、或者导电或不导电的其它基板。绝缘层8是根据本发明制备的固化组合物。在该简视图中，仅示出绝缘层8和基板6。但是，应当明白，在大多数本发明实施方式中，可能还有附加层，如下面通过例子所讨论的。
现在参照图2至图7，这些图示出了根据本发明制备的制品的各种示例性实施方式。图2示出具有玻璃基板12的电容触摸屏10的横截面，导电层14(例如，氧化铟锡、氧化锡锑、导电聚合物或其它合适的透明导电氧化物)已经沉积在该玻璃基板12上。绝缘层16沉积在导电层14的一部分上，电极图案或线性化图案18也沉积在导电层14上。迹线(wire trace)20沉积在绝缘层16上。最后，保护层22沉积于绝缘层、迹线和电极图案上，另外，硬涂层24沉积在导电层上。
绝缘层16、保护层22和硬涂层24都可以使用本发明的绝缘组合物制成。或者，仅这些层中的部分层使用本发明的绝缘组合物制成。例如，绝缘层16和保护层22可以通过使用本发明的材料喷墨印刷到合适的位置而制成，而硬涂层24可以通过蘸涂(dip coating)而沉积到基板上。在一些实施方式中，使用相似或相同的材料，同时或依次地沉积这些层中的一个或多个。例如，保护层22和硬涂层24可以同时或依次地沉积。还应该明白，可以沉积比图2中所示的更多或更少层的绝缘材料，并且可以将这些层沉积成不同的厚度。在某些具体实施方案中，保护层22可以比绝缘层16厚。在某些实施方式中，绝缘层16和保护层22可以由相同的材料形成，但是可能需要额外步骤或独立的步骤来形成较厚的保护层22。
图3表示本发明的另一实施方案。在图3中示出的各种层包括基板12、导电层14、绝缘层16和电极图案或线性化图案18。迹线20沉积在绝缘层16上，保护层22位于迹线20和绝缘层16的上方。保护层22可以覆盖迹线和绝缘层的全部或仅覆盖部分。最后，硬涂层24沉积在导电层14的上方。图3所示的实施方案类似于图2所示的实施方案，但是电极图案或线性化图案18在绝缘层16之前沉积。在本实施方案中，绝缘层16使迹线20与电极图案18电隔绝，从而使得在电极图案周围的边界更窄。
图4示出又一实施方案，除了导电层14是不连续的(例如，具有通过激光烧蚀连续的导电层而分离的第一部分14A和第二部分14B)外，该实施方案具有与图2和图3所示实施方案相似的功能性，从而在主导电层14A和迹线20之间不需要附加的绝缘层。
图5示出另一实施方案，其示出没有迹线(可被设置在远离基板侧)的触摸面板显示器的一部分。该触摸面板包括基板12、导电层14和电极图案或线性化图案18。保护层22和硬涂层24位于电极图案或线性化图案18和导电层14的上方。此外，保护层22和硬涂层24都可以使用本发明的绝缘材料制成。或者，仅这些层中的部分层使用本发明的绝缘材料制成。
图6和图7示出另一实施方案，这次示出了这样的实施方案，其中线性化图案18沉积到硬涂层24(也是绝缘层)的一部分上，并随后被加热到高温，以与下面的导电层形成电连接，该硬涂层24沉积在导电层14的上面。图6示出在被加热到高温之前的带涂层的基板10，而图7示出加热之后的带涂层的基板10。在加热过程中，导电部分26形成以在线性化图案18和导电层14之间建立电连接。
图8示出根据本发明实施方式构造和布置的电阻触摸面板30。该触摸面板30包括底基板32，透明导体(例如导电氧化物)34已经被沉积在该底基板32上。分隔点42位于透明导体34的上面，这些分隔点起到将顶基板(也包括导电层46)与透明导体34隔开的作用，从而防止透明导体34和导电层46之间的无意接触。分隔点可以位于底基板上、顶基板上、或二者上，但是为了简单起见，同时具有一般性，分隔点仅被示为位于底基板上。这样，电阻触摸面板30可以被视为包括顶元件50A(包括顶基板44和透明导电层46)和底元件50B(包括底基板32和透明导体34)。顶元件50A和/或底元件50B可以被构造成像图2至图7所示的触摸面板，不包括硬涂层，但可任选地包括分隔点。
图9示出在触摸屏30是四线电阻触摸面板的情况下，用作顶元件50A或底元件50B的基板元件50。根据本发明，元件50包括基板52和导电层54。迹线56置于基板52的两个相对边缘上，并且被根据本发明制备的绝缘材料58覆盖。
本发明允许绝缘层被精确地沉积，而不会像丝网印刷那样可能破坏或污染基板。本发明的绝缘涂料提供另一好处是它能够在相对低的温度下固化，通常低于200℃，甚至通常低于150℃；而且该绝缘材料能够耐高温(在一些实施方案中，超过520℃)。对于在后续处理步骤中(例如，在制造触摸屏显示器的过程中)需要较高温度的实施方式来说，耐高温的能力是重要的。在应用于导电层是PEDOT或其它导电聚合物(不能耐受有时用来使透明导电无机氧化物上方的绝缘层固化的极高温度(＞500℃))的触摸屏时，低固化温度使得PSQ纳米级复合材料特别引人关注。当绝缘涂料作为硬涂层涂敷在输入装置的整个触摸敏感表面时，在高温下固化该涂料会较为有利，从而可确保最高的抗刮性。
印刷本发明组合物的一个方法是喷墨印刷。相对于将绝缘层涂敷到基板上的传统方法，喷墨印刷该组合物可以提供很多优点。喷墨印刷是非接触印刷方法，从而允许绝缘材料被直接印刷到基板上，并且不会像在传统印刷过程中使用丝网或掩模和/或湿法加工时所发生的那样由于接触而导致对基板表面的破坏和/或污染。喷墨印刷还是一种高度可控的印刷方法，该方法可以生产精确而均匀被涂敷的材料。在很多应用中，例如在触摸面板上的应用中，希望可以控制绝缘层的尺寸，从而可以选择触摸面板的物理性质。
喷墨印刷还可以提供更高的把握来对表面进行准确印刷。如果确定表面的一部分尚未准确印刷，那么喷墨印刷允许能够返回去，并印刷适当位置上的漏印区域。相反，用于丝网印刷的丝网可能被堵塞，从而导致不完全的掩模覆盖，这一点通过丝网印刷是不易修补的。或者，可以将喷墨印刷与其它印刷技术结合使用，从而，例如，以修补或填充起初丝网印刷步骤中遗漏的地方。
喷墨印刷也是高度一种功能多样的技术，因为它可以很容易地改变印刷图案，然而丝网印刷和其它基于掩模的技术对于每个独立的图案都需要使用不同的丝网或掩模。因此，喷墨印刷不需要保存大量的需要清洁和维修的丝网或掩模的存货。此外，附加的可印刷的组合物可以被喷墨印刷到前面已形成的绝缘层上，以形成较大的(例如，较高的)层。由于喷墨印刷具有更高程度的控制性，所以喷墨印刷还可得到小于丝网印刷所能实际得到的印刷尺寸的印刷尺寸。
本发明的可印刷的组合物通常具有这样的粘度适于数字印刷技术，例如喷墨印刷，来涂敷或将图案形成到基板上。对于喷墨印刷，所述组合物的粘度可以是1至40厘泊，该粘度是在1s-1至1000s-1的剪切速率下使用连续应力扫描法测量的；并且所述组合物的粘度通常为10至14厘泊，该粘度是在1s-1至1000s-1的剪切速率下使用连续应力扫描法测量的。1至100,000厘泊的粘度可适用于各种其它数字印刷技术，例如气溶胶印刷(aerosol printing)或针筒式印刷(syringeprinting)。数字印刷是快速变化的领域，应当明白，本发明预期用于现在已知的或以后开发的任何合适的数字印刷技术。
本发明的可印刷的组合物通常在印刷之后硬化，例如通过暴露于辐射、暴露于热等来固化。在很多情况下，可能希望通过将绝缘材料从用于印刷的粘性较低的状态冷却到保持尺寸和形状的粘性较高的状态，来固定喷墨印刷绝缘材料的位置和形状。
现在将更加详细地描述本发明的其它各个方面。
A.含硅和氧的聚合物根据本发明制备的组合物包含氧与硅配位的聚合物，通常为聚硅倍半氧烷的形式。聚硅倍半氧烷中的硅与三个桥氧原子以[RSiO3/2]的形式配位，并且聚硅倍半氧烷可以形成各种复杂的三维形状。可以使用各种聚硅倍半氧烷，例如聚甲基硅倍半氧烷。合适的具体聚硅倍半氧烷包括(但不限于)得自位于美国俄亥俄州哥伦布市的Techneglas公司以GR653L、GR654L和GR650F商标销售的聚甲基硅倍半氧烷。其它合适的基质聚合物包括有机硅倍半氧烷(特别是甲基硅倍半氧烷树脂)，其分子量为约2,300至约15,000，所述分子量是使用凝胶渗透色谱法测定的。
一般而言，该经印刷并固化的组合物包含(例如)至少10重量％的聚硅倍半氧烷，但可能包括5至95重量％的聚硅倍半氧烷。如上所述，该聚硅倍半氧烷通常是聚甲基硅倍半氧烷，但是可以是其他聚有机硅倍半氧烷或几种聚有机硅倍半氧烷的混合物。
B.纳米级微粒在本发明的某些实施方案中，该组合物包含纳米大小的微粒(也称为纳米级微粒)和含硅及氧的聚合物。合适的纳米级微粒包括无机氧化物微粒(例如二氧化硅)、金属氧化物(例如氧化铝、氧化锡、氧化锑、氧化锆、氧化钒和氧化钛)、及其组合等。
将纳米级胶体微粒分散在有机硅倍半氧烷流体树脂中生产涂料，与无填料的涂料组合物相比，这种涂料在固化过程中不易收缩。在固化过程中涂料收缩越多，其就越有可能破裂。将预缩合过的(precondensed)纳米级微粒引入到该硅倍半氧烷涂料中制备一种收缩减少的涂料。绝缘层的破裂或微裂使得电流从该层流过，从而导致在触摸屏中发生电短路。该减少的收缩还允许涂料涂敷成比其它高温固化的溶胶-凝胶涂料(例如那些基于TEOS的涂料)所能涂敷成的层厚的层，所述高温固化的溶胶-凝胶涂料在固化过程中如果涂敷得太厚就会破裂。氧化物纳米级微粒包括氧化硅和氧化锆，其折射率为约1.2至约2.7，这些纳米级微粒可以分散在液态聚合物基质中，以提供本发明的纳米级复合材料涂料分散体，该分散体所含微粒的平均尺寸低于约500纳米(0.5μm)，优选为约5nm至约75nm。示例性的涂料包含分散在聚甲基硅倍半氧烷中的二氧化硅或二氧化锆纳米级微粒。
虽然不希望受限于任何理论，但是我们认为出现收缩减少这一现象是因为，预缩合过的纳米级微粒占据了涂料组合物的一些体积，降低了需要固化的有机硅倍半氧烷的量，从而减少了由于分散相所引起的收缩。另外，分散的微粒可以充当“能量吸收体”，限制微裂缝的延伸或者甚至限制其形成。为此，被涂敷的分散体表现出尺寸稳定性，并且当涂料固化时不易于形成裂缝。纳米级微粒的存在也提高了绝缘涂料的耐用性和耐磨性。
在本发明的实施中，可以用任何合适的技术测定微粒尺寸。用于形成绝缘材料的可印刷的组合物通常含有至少1％的纳米级微粒，更通常含有大于3％的纳米级微粒，甚至更通常含有大于5％的纳米级微粒。在一些实施方式中，经印刷并固化的组合物含有5至95重量％的聚硅倍半氧烷和5至95重量％的无机纳米级微粒。本领域的技术人员应该明白，由于不同的无机氧化物纳米级微粒组合物的密度不同，所以用重量百分数描述的组合物的范围必须是宽的。
一般而言，纳米级复合材料涂料分散体可以被限定为含有良好分散的纳米级微粒的聚合物基质。纳米级微粒在聚合物基质中的最适分散效果可取决于纳米级微粒的表面处理，用选自于羧酸、硅烷和分散剂的表面改性剂对所述纳米级微粒进行表面处理。合适的酸类表面改性剂包括(但不限于)2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸和己酸。硅烷类表面改性剂包括(但不限于)甲基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、以及异辛基三甲氧基硅烷。根据所用的具体表面处理剂，无机微粒的表面改性可以在水中或者在水与一种或多种共溶剂的混合物中进行，并且可以使用碱性和酸性无机氧化物溶胶。
C.其它成分如上所述，在固化过程中涂料收缩越多，其就越有可能破裂。将预缩合过的纳米级微粒引入硅倍半氧烷涂料中，制成一种收缩减轻的涂料。用于提高本发明涂料柔韧性的可任选的添加剂包括可以较小的量(占经印刷并固化的组合物约1重量％至约40重量％或以上)添加到涂料制剂中的那些材料。增韧剂包括一些反应成分，这些反应成分在固化时被并入交联的硅倍半氧烷网中，并且有效地增大交键之间的线性距离，从而降低交联密度。增韧剂包括二烷基二烷氧基硅烷和三烷基单烷氧基硅烷，例如二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷和三甲基甲氧基硅烷等。
可以添加某些反应成分，例如四烷氧基硅烷和烷基三烷氧基硅烷来改变固化涂料的物理性质，并且这些反应成分可以与该组合物中非反应性溶剂结合使用或者用来替代该非反应性溶剂。这些成分的含量可以是约0至50重量％。其例子包括(但不限于)四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷。
各种溶剂可以适用于本发明的组合物中，包括醇、酮、醚、醋酸酯等。示例性的溶剂包括甲醇、乙醇、丁醇和1-甲氧基-2-丙醇。
用于增强对基板附着力的可任选的添加剂或用于改善在基板上流动性的润湿剂，可以少量(按约0重量％至约10重量％或更高)地添加到涂料制剂中。示例性的助粘剂是聚乙基唑啉。
其它可任选的成分可以包括有机酸，有机酸可以起到催化缩合反应的作用。示例性的有机酸可以包括乙酸、甲氧基乙氧基乙酸或己酸。在基本上所有的溶剂被蒸发之后，所述有机酸在所述组合物中的含量可以优选为0至3重量％。
D.方法本发明还提供这样一种方法，将材料喷墨印刷到包含导电涂料的基板元件上，从而可以使该喷墨印刷的材料硬化，以形成适用于触摸面板的绝缘材料。各种因素可以影响喷墨印刷的材料是否适合形成绝缘材料及其适于形成绝缘材料的程度。如上所讨论的，喷墨印刷材料的光学性质会很重要。例如，如果材料散射可见光，则用作整个触摸屏上的硬涂层的绝缘材料对用户来说可能是显眼的，并且会降低触摸面板应用中的显示质量。或者，控制光散射可能有助于提供反眩光性。此外，可能希望印刷这样的绝缘材料，其在印刷之后表现出相对低的扩展性。
本发明还涉及用于制造触摸激励式用户输入装置的方法，该方法包括提供基板；将含有聚甲基硅倍半氧烷的组合物印刷到所述基板上；以及在低于150℃的温度下固化所述含有聚甲基硅倍半氧烷的组合物，以形成绝缘层。在一些实施方式中，印刷步骤包括喷墨印刷，而在另一些实施方式中，印刷步骤包括丝网印刷。
E.实施例现在参照下面实施例来更加详细地说明本发明。
实施例1对于本实施例，具有氧化锆纳米级微粒的聚硅倍半氧烷被喷墨印刷到基板上，该基板包含丝网印刷上去的导电迹线。
印刷用组合物中的聚硅倍半氧烷如下配制。将23克Nalco氧化锆溶胶00SSOO8(得自位于美国伊利诺斯州Bedford Park的NalcoChemical公司)与0.97克2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸(得自位于美国威斯康星州密尔沃基市的Aldrich Chemical公司)混合，以形成均质的溶胶，来制备组合物1A。通过混合，将该溶胶加入到100克聚甲基硅倍半氧烷(GR653L，得自位于美国俄亥俄州哥伦布市的Techneglas公司)的丁醇溶液中。用Gelman Glass Acrodisc(1微米玻璃纤维膜)25mm针筒式过滤器过滤该混合物。
将48克Nalco氧化锆溶胶00SSOO8(得自位于美国伊利诺斯州Bedford Park的Nalco Chemical公司)与2.0克2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸(得自位于美国威斯康星州密尔沃基市的AldrichChemical公司)混合，以形成均质的溶胶，来制备组合物1B。通过混合将该溶胶加入到100克聚甲基硅倍半氧烷(GR653L，得自位于美国俄亥俄州哥伦布市的Techneglas公司)的丁醇溶液与5.0克二甲基二乙氧基硅烷(得自位于美国威斯康星州密尔沃基市的AldrichChemical公司)的混合物中。用Gelman Glass Acrodisc(1微米玻璃纤维膜)25mm针筒式过滤器过滤该混合物。
将67.2克Nalco氧化锆溶胶00SSOO8(得自位于美国伊利诺斯州Bedford Park的Nalco Chemical公司)与2.8克2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸(得自位于美国威斯康星州密尔沃基市的AldrichChemical公司)混合，以形成均质的溶胶，来制备组合物1C。通过混合将该溶胶加入到140克聚甲基硅倍半氧烷(GR653L，得自位于美国俄亥俄州哥伦布市的Techneglas公司)的丁醇溶液与7.0克甲醇基甲基硅氧烷-二甲基硅酮共聚物(得自位于美国宾夕法尼亚州Tullytown的Gelest公司)的混合物中。用Gelman Glass Acrodisc(1微米玻璃纤维膜)25mm针筒式过滤器过滤该混合物。
使用C25杯在Bohlin Instruments CVO高分辨率流变计上测量每种组合物的流变特性。这些组合物在1s-1的剪切速率下的粘度如下。组合物1A11.4cP，组合物1B10.6cP，组合物1C11cP。
使用Xaariet 128 70pL印刷头，在35伏特下，将这三种组合物中的每一种喷墨印刷到在玻璃上的被丝网印刷上去的导电迹线上。将每一种图案都喷墨印刷三次，然后在130℃的烘箱放置15分钟。这些样品产生清楚的通道(vias)，显示出了精确印刷复杂结构的能力。在显微镜下，所产生的通道不具有可见针孔。通道的边缘成扇形。所述材料使其下面的导电迹线绝缘，并且绝缘层是透明的。在Wyko干涉仪光学断面仪上测量样品高度。丝网印刷的导电迹线的厚度与介电掩模的厚度大致相同。介电掩模厚度为大约10微米，而导电迹线厚度为大约10至14μm。
实施例2对于本实施例，聚硅倍半氧烷被喷墨印刷用作硬涂层。
将23克Nalco氧化锆溶胶00SSOO8(得自位于美国伊利诺斯州Bedford Park的Nalco Chemical公司)与0.97克2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸(得自位于美国威斯康星州密尔沃基市的AldrichChemical公司)混合，以形成均质的溶胶，来制备组合物2A。通过混合将该溶胶加入到100克聚甲基硅倍半氧烷(GR653L，得自位于美国俄亥俄州哥伦布市的Techneglas公司)的丁醇溶液中。用GelmanGlass Acrodisc(1微米玻璃纤维膜)25mm针筒式过滤器过滤该混合物。使用Xaarjet 128 70pL印刷头，在35伏特下，按3英寸×3英寸的正方形，将该溶液喷墨印刷到涂有氧化铟锡的PET上。将该图案喷墨印刷三次，然后在130℃的烘箱放15分钟。
随后使用半径1/8英寸的Delrin针头以650g的重力研磨样品20,000圈。研磨之后，被聚硅倍半氧烷涂覆的一侧没有显示出划痕，而未被涂覆的那侧(仅氧化铟锡)显示出显著的划痕。
对每一个样品进行UV可见光光谱分析。在配备有PELA-1000积分球配件的Perkin Elmer Lambda 900分光光度计上进行测量。该球体的直径是150mm(6英寸)，并且遵循ASTM方法E903、D1003、E308等，如1991年ASTM第三版的“ASTM Standards on Color andApprearance Measurement”中所公布的。在200-850nm的光谱范围内测量总发光透射率(TLT)和漫射发光透射率(DLT)。
如下在380-780nm的范围内计算雾度。按照一式两份地对基板材料和硬涂层进行分析。
雾度＝100(Tt/Td*w)Tt＝总发光透射率Td＝总漫射透射率(校正了的)w＝CIE C权重因子如下面表1所示，对于带涂层的区域，TLT和DLT都增大，而雾度增加极少。
表1
实施例3本实施例测试具有纳米级二氧化硅微粒的聚硅倍半氧烷的喷墨印刷。
首先，制备经甲基三乙氧基硅烷处理的NALCO 2327 20nm二氧化硅微粒。将125.0g NALCO 2327(大约20nm二氧化硅微粒在水中的41.45％水分散体)加入到具有搅拌棒的1升的反应容器中。在30分钟内向该被搅拌着的溶胶中缓慢地加入溶于143.75 g1-甲氧基-2-丙醇中的5.7277g甲基三乙氧基硅烷(MTEOS)(0.62mmol硅烷/g二氧化硅)。将密封的反应容器放入90℃的烘箱中，持续20个小时。从烘箱中移走反应容器，水和甲氧基丙醇在真空中作为共沸混合物被除去，留下经甲基三乙氧基硅烷处理的NALCO 2327微粒的1-甲氧基-2-丙醇溶液。然后用粗过滤器过滤该溶液以除去微粒物质，并且通过重量分析法确定该溶液是22.3％MTEOS-2327的1-甲氧基-2-丙醇溶液。
接下来，在不同的容器中，制备Techneglas GR-650F聚甲基硅氧烷的丁醇溶液。将214.72g Techneglas GR-650F玻璃树脂(批号为#55830)和501g丁醇(得自Aldrich公司)加入到1升的玻璃瓶。使用高架搅拌器(overhead stirrer)搅拌该溶液6个小时，以形成均质的GR650F丁醇溶液。该溶液是30重量％GR-650F的丁醇溶液。
MTEOS-2327填充的用于喷墨的GR650F树脂将17.0g 30％Techneglas GR-650F树脂的丁醇溶液和10.0g 22.3％MTEOS-2327微粒的1-甲氧基-2-丙醇溶液加入到大瓶中。将该瓶密封，然后摇晃该瓶进行混合，以得到浅蓝色的均质溶液。加入由1份氢氧化铵(25％的甲醇溶液)和2份甲酸组成的催化剂，并且混合，使在溶液中达到3重量％(0.1530g)。
使用C25杯在Bohlin Instruments CVO高分辨率流变计上测量该溶液的流变特性。该溶液在1s-1的剪切速率下的粘度为12cP。使用Xaariet 128 70pL印刷头在35伏特下将该溶液喷墨印刷到玻璃上。将该样品放在130℃的烘箱中，持续15分钟。这样就生成了硬的、连续的薄膜。
实施例4在本实施例中，喷墨印刷mq树脂。
按如下制备聚硅倍半氧烷制剂将得自GE Silicones公司(位于美国纽约州的Waterford市)的35重量％SR 1000mq树脂聚氢硅基硅酸三甲酯(polytrimethyl hydrosilylsilicate)混合到得自AldrichChemical公司(位于美国威斯康星州密尔沃基市)65重量％丁醇中，使用磁力搅拌棒搅拌20分钟。使用C25杯在Bohlin Instruments CVO高分辨率流变计上测量该溶液的流变特性。该溶液在1s-1的剪切速率下的粘度为8.2cP。
使用Xaarjet 128 70pL印刷头在35伏特下将该溶液喷墨印刷到玻璃上。将该样品放在130℃的烘箱中，持续1个小时。这样就生成了硬的、连续的薄膜。
实施例5在本实施例中，生产了用于耐高温条形编码的有色聚硅倍半氧烷。
将23克Nalco氧化锆溶胶00SSOO8(得自位于美国伊利诺斯州Bedford Park的Nalco Chemical公司)与0.97克2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸(得自位于美国威斯康星州密尔沃基市的AldrichChemical公司)混合，以形成均质的溶胶，来制备组合物5A。通过混合将该溶胶加入到100克聚甲基硅倍半氧烷(GR653L，得自位于美国俄亥俄州哥伦布市的Techneglas公司)的丁醇溶液。用GelmanGlass Acrodisc(1微米玻璃纤维膜)25mm针筒式过滤器过滤该混合物。将8g丁醇和1.526g Ciba Microlith C-A黑色颜料加入到该制剂中。
将该样品放在滚筒上，并使其滚动15个小时。样品看起来分散很好，并且15天后没有出现沉淀物。使用C25杯和铅锤(bobgeometry)，在Bohlin Instruments CVO高分辨率流变计上测量此溶液的流变特性。该溶液在1s-1的剪切速率下的粘度为15.0cP。使用Xaarjet 128 70pL印刷头在35伏特下将该溶液喷墨印刷到玻璃上。将该样品放在130℃的烘箱中，持续15分钟。这样就生成了固化的、耐高温的条形码图案。
本发明不应该被认为只局限于上述的具体例子，相反，应该这样理解，本发明覆盖附属权利要求书中所确切指明的本发明的所有方面。本发明所属领域的技术人员对本说明书进行研究后，对他们来说，可应用本发明的各种改变、等效处理和多种结构将是显而易见的。
上面所引用的专利、专利文献及出版物均以引用的方式并入本文，好像在此完全再现一样。
权利要求
1.一种用于形成绝缘层的组合物，该组合物包含含有分散于聚甲基硅倍半氧烷中的无机纳米级微粒的混合物，所述无机纳米级微粒在所述混合物中的含量为5至95重量％，所述聚甲基硅倍半氧烷在所述混合物中的含量为5至95重量％；溶剂；以及一种或多种可任选的添加剂，其中，该组合物的粘度适用于使用数字印刷技术涂敷所述组合物。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物的粘度为1至100,000厘泊，该粘度是在1s-1至1000s-1的剪切速率下使用连续应力扫描法测量的。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述组合物的粘度适用于喷墨印刷。
4.根据权利要求3所述的组合物，其中，所述组合物的粘度为1至40厘泊，该粘度是在1s-1至1000s-1的剪切速率下使用连续应力扫描法测量的。
5.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述纳米级微粒包含二氧化硅、氧化锆和氧化铝微粒中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述无机纳米级微粒是经表面改性过的。
7.根据权利要求6所述的组合物，其中，所述表面改性剂包括羧酸、羧酸衍生物、硅烷、或其混合物。
8.根据权利要求7所述的组合物，其中，所述羧酸衍生物包括己酸或2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基]乙酸。
9.根据权利要求7所述的组合物，其中，所述硅烷包括甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、或其混合物。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述纳米级微粒的平均尺寸为1至500纳米。
11.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述纳米级微粒的平均尺寸为5至125纳米。
12.根据权利要求1所述的组合物，其中，在基本上所有的溶剂被蒸发之后，所述一种或多种可任选的添加剂在所述组合物中的含量为0至60重量％。
13.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述一种或多种可任选的添加剂包括助粘剂。
14.根据权利要求13所述的组合物，其中，所述助粘剂包括聚乙基唑啉。
15.根据权利要求13所述的组合物，其中，在基本上所有的溶剂被蒸发之后，所述助粘剂在所述组合物中的含量为0至5重量％。
16.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述一种或多种可任选的添加剂包括一种或多种四烷氧基硅烷和烷基三烷氧基硅烷。
17.根据权利要求16所述的组合物，其中，所述烷氧基硅烷选自主要由四乙氧基硅烷、四甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷组成的组。
18.根据权利要求16所述的组合物，其中，在基本上所有的溶剂被蒸发之后，所述一种或多种四烷氧基硅烷和烷基三烷氧基硅烷在所述组合物中的含量为0至50重量％。
19.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述一种或多种可任选的添加剂包括增韧剂。
20.根据权利要求19所述的组合物，其中，所述增韧剂包括一种或多种二烷基二烷氧基硅烷和三烷基单烷氧基硅烷。
21.根据权利要求20所述的组合物，其中，所述一种或多种二烷基二烷氧基硅烷和三烷基单烷氧基硅烷选自主要由二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷和三甲基甲氧基硅烷组成的组。
22.根据权利要求19所述的组合物，其中，在基本上所有的溶剂被蒸发之后，所述增韧剂在所述组合物中的含量为0至40重量％。
23.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述一种或多种可任选的添加剂包括有机酸。
24.根据权利要求23所述的组合物，其中，所述有机酸包括乙酸、甲氧基乙氧基乙酸、己酸、或其混合物。
25.根据权利要求23所述的组合物，其中，在基本上所有的溶剂被蒸发之后，所述有机酸在所述组合物中的含量为0至3重量％。
26.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述溶剂包括醇、酮、醚、醋酸酯、或其混合物。
27.一种印刷绝缘层的方法，该方法包括提供用于形成绝缘层的组合物，所述组合物包含(i)含有分散于聚甲基硅倍半氧烷中的表面改性无机纳米级微粒的混合物，所述无机纳米级微粒在所述混合物中的含量为5至95重量％，所述聚甲基硅倍半氧烷在所述混合物中的含量为5至95重量％，(ii)溶剂，和(iii)一种或多种可任选的添加剂；以及使用数字印刷技术将所述组合物印刷到基板上。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述数字印刷技术包括喷墨印刷。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述数字印刷技术包括气溶胶印刷或针筒式印刷。
30.根据权利要求27所述的方法，所述方法还包括在印刷步骤之后干燥所述组合物以基本上除去所述溶剂的步骤。
31.根据权利要求27所述的方法，所述方法还包括将所述基板装设到触摸激励式用户输入装置中。
32.一种触摸激励式用户输入装置，该装置包括基板；以及绝缘层，所述绝缘层沉积在所述基板的至少一部分上，所述绝缘层包含聚有机硅倍半氧烷。
33.根据权利要求32所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述绝缘层还包含无机纳米级微粒。
34.根据权利要求32所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述基板包括玻璃或塑料。
35.根据权利要求32所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述塑料基板包含聚对苯二甲酸乙二醇酯。
36.根据权利要求32所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述基板在非导电的表面上包含导电迹线。
37.根据权利要求32所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述绝缘层作为保护涂层沉积在导电迹线上。
38.根据权利要求32所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述绝缘层作为保护涂层沉积在线性化层上。
39.根据权利要求32所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述基板具有主表面，并且，其中所述绝缘层作为硬涂层沉积在所述主表面的大部分上。
40.根据权利要求36所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述导电迹线包含导电聚合物。
41.根据权利要求36所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述绝缘层至少部分地覆盖所述导电迹线，并且，其中所述绝缘组合物基本上没有针孔。
42.根据权利要求32所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述绝缘层是位于设置在所述触摸装置激励区中的电阻层上方的保护涂层，所述激励区载有用于显示触摸输入的信号。
43.根据权利要求32所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述绝缘层含有至少10重量％的聚甲基硅倍半氧烷。
44.根据权利要求32所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述绝缘层包含10至95重量％的聚甲基硅倍半氧烷和5至90重量％的无机纳米级微粒。
45.根据权利要求32所述的触摸激励式用户输入装置，其中，所述绝缘层在500℃基本上是稳定的。
46.一种用于制造触摸激励式用户输入装置的方法，该方法包括提供基板；将含聚有机硅倍半氧烷的组合物印刷到所述基板上；在低于150℃的温度下，使所述含聚有机硅倍半氧烷的组合物固化，以形成绝缘层。
47.根据权利要求46所述的方法，其中，所述印刷步骤包括喷墨印刷。
48.根据权利要求46所述的方法，其中，所述印刷步骤包括丝网印刷。
49.根据权利要求46所述的方法，其中，所述绝缘层在500℃基本上是稳定的。
50.根据权利要求46所述的方法，其中，所述含聚甲基硅倍半氧烷的组合物还包含无机纳米级微粒。
51.根据权利要求50所述的方法，其中，所述无机纳米级微粒包含二氧化硅、氧化锆和氧化铝微粒中的一种或多种。
52.根据权利要求50所述的方法，其中，所述纳米级微粒是经表面改性过的。
53.根据权利要求46所述的方法，其中，所述含聚甲基硅倍半氧烷的组合物包含至少10重量％的聚甲基硅倍半氧烷。
54.根据权利要求46所述的方法，其中，在所述固化步骤之后，所述组合物包含10至95重量％的聚甲基硅倍半氧烷和5至90重量％的无机纳米级微粒。
全文摘要
本发明公开一种用于形成绝缘层的可印刷的组合物，所述绝缘层通常是介电层。所述可印刷的组合物特别适用于在触摸屏上形成固化的绝缘层，而且也适用于其它各种应用。在某些实施方案中，该组合物适用于使用数字印刷技术的应用，例如喷墨印刷，以将所述可印刷的组合物精确地涂敷到基板上。另外，本发明涉及使用所述组合物制成的绝缘层、以及涂敷所述组合物的方法和包含使用所述组合物制成的绝缘层的制品。
文档编号B41J2/01GK1860024SQ200480028386
公开日2006年11月8日 申请日期2004年8月2日 优先权日2003年9月30日
发明者杰西卡·L·福斯凯尔, 约翰·T·布雷迪, 斯科特·D·汤普森, 布鲁斯·A·内拉德, 弗兰克·J·博塔里 申请人:3M创新有限公司