專利名稱：：賦予窗口電磁干擾屏蔽的納米油墨的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及作為傳導(dǎo)填充劑用于電磁干擾(EMI)和無線電干擾(RFI)屏蔽涂料和油墨的納米粒子。將本發(fā)明的光學(xué)透明涂料和油墨施加至電子裝置的窗口(例如用于計(jì)算機(jī)監(jiān)視器或顯示面板的屏幕)的內(nèi)表面。
背景技術(shù)：
：如業(yè)內(nèi)所了解，EMI能是不利地影響電子電路的性能的輻射能或傳導(dǎo)能?？赏ㄟ^使用屏蔽包封物和使用合適的屏蔽材料來消除或減小EMI和/或RFI。電子設(shè)備(例如電視機(jī)、無線電器件、計(jì)算機(jī)、醫(yī)學(xué)儀器、商業(yè)機(jī)器、通信設(shè)備等)的操作通常伴隨在電子系統(tǒng)的電子電路內(nèi)產(chǎn)生射頻和/或電磁輻射。市售電子包封物(例如計(jì)算機(jī)和汽車電子模塊)中的操作頻率增加使得高頻電磁干擾(EMI)的水平提高。手持式電子裝置(例如蜂窩式電話手機(jī))的大小的減小使此問題加劇。如果不適當(dāng)?shù)仄帘?，則所述輻射可對無關(guān)設(shè)備造成相當(dāng)大干擾。因此，需要有效地屏蔽及接地電子系統(tǒng)內(nèi)的所有射頻和電磁輻射源。典型EMI保護(hù)裝置包括傳導(dǎo)涂料、EMI屏蔽墊片、傳導(dǎo)膜和金屬化織物、屏幕和網(wǎng)。配置所述裝置以阻斷不期望的EMI能傳輸至電子設(shè)備中和從電子設(shè)備中傳輸出不期望的EMI能。通常使用含有細(xì)金屬絲網(wǎng)和傳導(dǎo)透明膜的窗口來屏蔽顯示面板，包括用于電子裝置的顯示器。在美國專利第4，910，090號和第5，489，489號以及歐洲專利第810452號中描述所述裝置，所述專利的各自揭示內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中。可自多個(gè)供應(yīng)商購得采用聚合物(例如PET)和傳導(dǎo)粒子(例如ITO(氧化銦錫)、銀和傳導(dǎo)氧化物)的透明EMI屏蔽膜。此類型市售膜的實(shí)例是由派克漢尼芬公司(ParkerHannifinCorporation)(固美麗分部(ChomericsDivision))銷售的AgF8膜。AgF8是基于銀-氧化物的多層傳導(dǎo)聚酯膜，其具有光學(xué)透明度和高電導(dǎo)率。使用這些膜(通常厚度為約175微米)來屏蔽電子設(shè)備(例如電子顯示器和薄膜開關(guān)面板)以使其免于EMI/RFI輻射。盡管當(dāng)前出售的膜產(chǎn)品中許多膜產(chǎn)品具有有利的屏蔽性質(zhì)，但是這些產(chǎn)品通常被證實(shí)過于易碎以致于無法操作并且在安裝后缺乏耐久性。所述膜隨時(shí)間推移往往變得被污染并且失去屏蔽效力。而且，當(dāng)前的窗口屏蔽技術(shù)通常迫使使用者在光學(xué)性能與屏蔽效力之間作出選擇。對于各種應(yīng)用，也已嘗試將導(dǎo)電油墨用于靜電荷耗散和EMI屏蔽。美國專利第5，137，542號描述研磨物品，其具有以重復(fù)或非重復(fù)圖案印刷于所述物品的背表面和/或前表面上的傳導(dǎo)油墨以用于靜電耗散。所述傳導(dǎo)油墨描述為含有溶齊U、樹脂或聚合物以及導(dǎo)電顏料的液體分散物。油墨可固化至小于約4微米的最終厚度。美國專利第6，537，459號針對以經(jīng)界定圖案施加至襯底的可變形導(dǎo)電油墨。所述參考文獻(xiàn)的導(dǎo)電油墨為金屬(銅、鎳、銀等)或碳粒子和適合樹脂在有機(jī)溶劑中的分散物。傳導(dǎo)粒子經(jīng)成形而類似于具有介于約1微米與0.1微米之間的尺寸的板或薄片。可將油墨以一定圖案形式施加至經(jīng)模制部分，當(dāng)干燥時(shí)所述圖案可變得細(xì)長或變形同時(shí)維持導(dǎo)電性。此特性被認(rèn)為是為EMI屏蔽應(yīng)用提供適合性。盡管此項(xiàng)技術(shù)中已知現(xiàn)有產(chǎn)品和所提出的解決方案，但仍意識到需要改進(jìn)的光學(xué)透明且適合于涂覆用于電子設(shè)備的窗口的EMI屏蔽涂料。所述改進(jìn)的經(jīng)涂覆窗口應(yīng)該能夠在不具有先前所提及的缺點(diǎn)的情況下提供至少與現(xiàn)有產(chǎn)品相當(dāng)?shù)钠帘涡ЯΑ?br/>發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供用于電子裝置和顯示器的屏蔽EMI的窗口。所述經(jīng)屏蔽窗口包含塑料或玻璃襯底，所述襯底上具有為透明屏蔽層的涂料，所述涂料包含含有傳導(dǎo)或EMI吸收納米粒子的聚合涂料或油墨。任選地，可將金屬層鍍敷至傳導(dǎo)涂料上用于額外屏蔽保護(hù)?？蓪⒈景l(fā)明的傳導(dǎo)涂料施加至窗口的內(nèi)表面，即窗口的面向電子包封物內(nèi)部的表面，或可將所述涂料施加至通過將相鄰的塑料或玻璃層一起夾在中間而形成的中間表面。所述窗口通常由玻璃或塑料材料形成，其中所述塑料可以是丙烯酸系物、聚氨基甲酸酯、環(huán)氧樹脂、硅酮和其共聚物和摻合物。所述窗口可以是用于電子組件的包封物的一部分，且作為信息和資料、視頻或圖形的視覺顯示。所述窗口也可以是通過將相鄰的玻璃或塑料面板一起夾在中間而形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的納米粒子優(yōu)選地由EMI傳導(dǎo)和吸收材料制備，條件是對于經(jīng)涂覆窗口所述材料具有光學(xué)凈度與屏蔽性質(zhì)兩者。所述材料包括(舉例說明)銀、金、蒙乃爾合金、銅、鋼、鎳、錫、ITO和其組合。所述納米粒子可具有各種形狀和大小，條件是所述粒子的最大尺寸小于約lOOnm，且優(yōu)選地小于約20nm。將納米粒子并入于適合的聚合物和溶劑中以形成涂料或油墨。所述聚合物可以是適合于制備涂料的若干種材料中的任一種材料，例如丙烯酸系物、聚氨基甲酸酯、環(huán)氧樹月旨、硅酮、其共聚物和摻合物、聚乙酸乙烯酯、天然樹膠和樹脂等?？赏ㄟ^使用水性介質(zhì)來制備油墨。存在于施加至窗口的涂料或油墨中的納米粒子的量通常為以干基計(jì)的從約20重量％至約80重量％。將所述涂料或油墨施加至窗口的表面，優(yōu)選地為所述窗口的外表面，以形成透明屏蔽層。施加至窗口的涂料或油墨的厚度取決于所期望的透明度和屏蔽程度。通常，涂料或油墨層有利地具有小于約10微米的厚度。較厚的涂料通常將達(dá)成更佳屏蔽，但代價(jià)是較低透明度。固化或干燥施加至窗口的涂料或油墨將取決于聚合物的固化條件和所使用溶劑的類型(即，例如有機(jī)或水性)。固化將通常發(fā)生在高溫(即大于50°C或更高)下，但在一些應(yīng)用中可使用室溫固化(蒸發(fā))。圖1是涂覆有本發(fā)明的提供EMI屏蔽的圖案化傳導(dǎo)油墨的窗口的透視圖2是圖1的窗口的剖視圖；圖3是圖1的窗口的替代實(shí)施例；且圖4是并入本發(fā)明的經(jīng)屏蔽窗口的計(jì)算機(jī)監(jiān)視器的透視圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明針對具有EMI屏蔽性質(zhì)和光學(xué)凈度的用于電子顯示器的窗口。用含有傳導(dǎo)納米粒子的涂料或油墨層涂覆本發(fā)明的窗口。本發(fā)明的納米粒子是基于光學(xué)透明度和EMI屏蔽特性來選擇。通過用含有傳導(dǎo)納米粒子的聚合物或油墨涂覆窗口襯底來提供EMI/RFI屏蔽效力和光學(xué)凈度。在窗口的面向電子包封物的側(cè)面上進(jìn)行涂覆，且涂覆層任選地夾在兩個(gè)襯底之間。此方法在不損害窗口在其光學(xué)性能方面的功能性的情況下提供有效屏蔽解決方案。已發(fā)現(xiàn)，在涂料或油墨中使用傳導(dǎo)納米粒子準(zhǔn)許使用非常薄的涂料，與實(shí)質(zhì)上較大厚度的常規(guī)涂料和經(jīng)設(shè)計(jì)以覆蓋窗口的可附接EMI屏蔽屏幕部件相比，所述薄涂料具有至少等效的屏蔽性能特性。例如，就屏蔽效力來說，已發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的約10微米的涂料等效于需要量級或量值更大的厚度的常規(guī)涂料，而且同時(shí)具有優(yōu)良的光學(xué)性能，即光學(xué)凈度和光學(xué)透明度。任選地，可利用例如電解電鍍或無電極電鍍技術(shù)為經(jīng)涂覆窗口鍍敷上金屬層。經(jīng)鍍敷的層黏著至涂料上，并為窗口提供額外屏蔽保護(hù)。所鍍敷的金屬可以是(例如)銅、銀或鎳，且鍍敷層宜具有小于10微米的厚度。在將經(jīng)鍍敷的層施加至涂料上之后，可利用硫化物浴將其“黑化”?！昂诨笨煞乐共黄谕墓夥瓷?，并增強(qiáng)窗口的總體光學(xué)和視覺效果?？稍陔娦阅芎凸鈱W(xué)性能兩方面測量經(jīng)屏蔽窗口的性能。可在窗口的光學(xué)透明度方面對光學(xué)性能予以界定。因此，所謂“透明的”或“透明度”在本發(fā)明上下文中是指沿窗口的垂直軸測量，經(jīng)涂覆窗口所傳輸?shù)奈挥诳梢姽庾V內(nèi)的光的量是原來入射光的至少約20%。未經(jīng)屏蔽襯底是玻璃或塑料元件，其可以是帶色彩的或潔凈的。當(dāng)在距窗口一距離(從約0.5米至1米)處通過肉眼檢測不到存在可明顯觀察到的畸變、霾或瑕疵時(shí)，所述窗口是“潔凈”的。窗口可以是實(shí)質(zhì)上平面的或非平面的，意指窗口的表面可以是彎曲的(凸起、凹入或其組合)或?qū)嵸|(zhì)上平坦的。經(jīng)屏蔽窗口的電性能可通過以歐姆/平方為單位的表面電阻率來測量。期望低電阻率，因?yàn)榇艘馕吨砻鎮(zhèn)鲗?dǎo)性為高。EMI屏蔽性能是以分貝為單位在介于從20MHz至18GHz的頻率范圍內(nèi)測量的，其中在此范圍內(nèi)的恒定分貝級為優(yōu)選的。對于大多數(shù)應(yīng)用來說，在從約IOMHz至IOGHz的頻率范圍內(nèi)被視為尤其期望的EMI屏蔽效力為至少約10dB、且通常至少約20dB、且優(yōu)選地至少約60dB或更高。將傳導(dǎo)涂料或油墨層施加至窗口的表面的全部或部分，以實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)用的所期望EMI屏蔽和光學(xué)效應(yīng)。適合的施加技術(shù)為此項(xiàng)技術(shù)中已知，且包括許多涂覆、印刷和噴霧技術(shù)，例如(舉例來說)噴墨印刷、絲網(wǎng)印刷、凹板印刷、柔性版印刷、平版印刷、凹版移印、轉(zhuǎn)移涂覆和噴漆。本發(fā)明的涂料有利地以小于約10微米的厚度施加于選定圖案中。舉例來說，適合的印刷圖案為方格網(wǎng)圖案，其中印刷線寬度為從約30微米至約100微米，且線間距為從約300微米至約900微米。所述傳導(dǎo)涂料或油墨包含聚合物和傳導(dǎo)納米粒子。涂料的厚度與納米粒子的裝填量將界定性能。所述性能還取決于傳導(dǎo)涂料的裝填量，其中較高的裝填量和較厚的涂料提供優(yōu)良的屏蔽性能，但以犧牲光學(xué)透明度為代價(jià)。通常，基于總體積或重量(根據(jù)具體情況而定)，涂料的填充劑比例通常在約10體積％到80體積％或50重量％到90重量％之間，盡管已知可通過使用EMI吸收或“有損耗”的填充劑以較低傳導(dǎo)率水平實(shí)現(xiàn)可觀的EMI屏蔽效力。本文所用的術(shù)語“納米粒子”或“傳導(dǎo)納米粒子”打算用來界定規(guī)則或不規(guī)則形狀的傳導(dǎo)粒子，其至少一個(gè)尺寸小于約100納米(nm)，優(yōu)選其所有尺寸都小于約lOOnm，且最優(yōu)選其至少一個(gè)尺寸或所有尺寸小于約20nm。代表性納米粒子形狀包括球體、橢球體、針狀、薄片狀、小板狀、纖維狀、管狀等。本發(fā)明的傳導(dǎo)納米粒子可由傳導(dǎo)材料或EMI吸收材料制成。可操作的傳導(dǎo)材料包括銀、金、蒙乃爾合金、銅、鋼、鎳、錫和ΙΤ0(氧化銦/錫)、或其任一組合。銀是優(yōu)選的材料。可操作的EMI吸收材料尤其包括鐵氧體。使用已知調(diào)配技術(shù)混合納米粒子與聚合物粘合劑。納米粒子在液態(tài)聚合物中形成懸浮液或膠質(zhì)混合物。在涂料或油墨被施加至窗口襯底并固化形成固體涂料時(shí)，所述粒子在窗口表面上形成傳導(dǎo)路徑或電路，借此提供期望的屏蔽效應(yīng)。本文所用的術(shù)語“油墨”或“傳導(dǎo)油墨”是指具有至少以下組份的液體介質(zhì)聚合物、傳導(dǎo)填充劑和溶劑(優(yōu)選為水性溶劑)。油墨還可包括其它組份，例如潤滑劑、增溶劑、表面活性劑、懸浮劑、染料或顏料、抗靜電添加劑、耐磨添加劑、防眩光添加劑等。當(dāng)提及油墨時(shí)，術(shù)語“聚合物”、“樹脂”和“粘合劑”在本文中通?？苫Q使用。然而，油墨的關(guān)鍵特征在于其通常在水性介質(zhì)中加以調(diào)配且可容易地施加至表面以賦予所述印刷表面期望的EMI/RFI屏蔽性質(zhì)。施加后，除去溶劑(即通過加熱或在室溫下蒸發(fā))，在彈性襯底上留下穩(wěn)定的傳導(dǎo)圖案。水通常用作油墨的精選溶劑，但還可使用例如乙酸丁酯和乙二醇酯等其它溶劑。適合達(dá)成本發(fā)明目的的傳導(dǎo)油墨由PChem聯(lián)合公司以名稱PF1200制造和銷售。在施加至窗口之后便固化涂料或油墨可使用常規(guī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，例如室溫(蒸發(fā))、熱固化、紫外線(UV)輻射固化、化學(xué)固化、電子束(EB)或其它固化機(jī)制，例如厭氧固化?，F(xiàn)在參照圖1，顯示經(jīng)屏蔽窗口1的透視圖。所述經(jīng)屏蔽窗口包括透明襯底2，其上印刷有圖案化傳導(dǎo)油墨涂料3。所形成的圖案是將涂料施加至襯底的印刷過程的結(jié)果。窗口2是由塑料(潔凈的或帶色彩的)或玻璃材料形成。顯示可選鍍敷層4施加于涂料層3上。圖2是圖1的經(jīng)屏蔽窗口1的剖視圖。如圖2中所示，將EMI屏蔽油墨涂料3施加至襯底部件2的內(nèi)表面。油墨層3的厚度通常小于約10微米。將鍍敷層4施加至涂料層3ο圖3是窗口1的替代實(shí)施例。通過用傳導(dǎo)油墨層13涂覆透明襯底11來裝配窗口10。任選地，將經(jīng)鍍敷的層14沉積至油墨層13上，并將第二透明襯底15施加于油墨/鍍敷層上以與另一襯底11形成夾心結(jié)構(gòu)。圖4顯示電子設(shè)備20的典型構(gòu)件，在此情況下計(jì)算機(jī)CRT控制臺18并入本發(fā)明的經(jīng)屏蔽窗口1。計(jì)算機(jī)控制臺18具有對于要觀看的觀看者來說為光學(xué)透明的窗口1，例如，信息或資料的視頻顯示器或圖形顯示器。本文所用的術(shù)語“窗口”打算用來表示用于電子或電信裝置的顯示面板。代表性裝置包括儀器、顯示器(例如等離子體顯示器)、成像設(shè)備(例如磁共振成像設(shè)備)、計(jì)算機(jī)設(shè)備、監(jiān)視器、電信設(shè)備(例如蜂窩式電話)、醫(yī)學(xué)裝置等。窗口襯底可由各種材料形成，包括(但不限于)玻璃或其它上釉材料(經(jīng)回火的、絕緣的、層壓的、經(jīng)退火的或經(jīng)熱硬化的)、和塑料(例如聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等)。以下實(shí)例圖解說明本文中描述的本發(fā)明的實(shí)際和獨(dú)特特征。應(yīng)了解，這些實(shí)例不應(yīng)理解為具有任何限制意義。實(shí)例傳導(dǎo)納米粒子油墨調(diào)配物是從PChem聯(lián)合公司獲得。稱為PF1200的油墨為含有具有約15mm公稱粒徑的球形銀納米粒子的水性調(diào)配物。用油墨以方格網(wǎng)印刷圖案涂覆窗口，其中所述圖案的線寬度介于約30微米至約100微米范圍內(nèi)，且線間距介于約300微米至約900微米范圍內(nèi)。測量屏蔽結(jié)果(與基線相比)，并顯示于表1中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>可能存在多個(gè)其它實(shí)施例且在本發(fā)明和所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)。上述實(shí)施例僅出于解釋性目的，且并不打算以任何方式限制本發(fā)明。本發(fā)明打算涵蓋所有等效實(shí)施例，且僅受所附權(quán)利要求書的限制。本文中所列出的所有專利的相關(guān)揭示內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中。權(quán)利要求一種屏蔽EMI的窗口，其包含窗口襯底，其由玻璃或塑料材料層形成，所述窗口襯底具有外表面和內(nèi)表面；和光學(xué)透明屏蔽層，其施加至所述窗口襯底的內(nèi)表面或中間表面，所述屏蔽層包含具有導(dǎo)電和/或吸收EMI的納米粒子的填充劑。2.如權(quán)利要求1所述的屏蔽EMI的窗口，其中所述窗口襯底的塑料材料是聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。3.如權(quán)利要求1所述的屏蔽EMI的窗口，其中金屬層被鍍敷至所述屏蔽層上，所述金屬選自由銅、銀和鎳組成的群組。4.如權(quán)利要求3所述的屏蔽EMI的窗口，其中所述經(jīng)鍍敷的層是在硫化物浴中加以處理。5.如權(quán)利要求1所述的屏蔽EMI的窗口，其中所述窗口被并入至電子裝置中，所述電子裝置選自由CRT顯示器、平板監(jiān)視器、蜂窩式電話和計(jì)算機(jī)監(jiān)視器組成的群組。6.如權(quán)利要求1所述的屏蔽EMI的窗口，其中所述屏蔽層具有10微米或更小的厚度。7.如權(quán)利要求1所述的屏蔽EMI的窗口，其中所述屏蔽層包含納米粒子填充劑與粘合劑的混合物。8.如權(quán)利要求7所述的屏蔽EMI的窗口，其中所述粘合劑包含例如樹脂或彈性體等聚合材料。9.如權(quán)利要求8所述的屏蔽EMI的窗口，其中所述聚合材料選自由丙烯酸系物、聚氨基甲酸酯、環(huán)氧樹脂、硅酮、其共聚物和摻合物組成的群組。10.如權(quán)利要求1所述的屏蔽EMI的窗口，其中所述屏蔽層是傳導(dǎo)油墨。11.如權(quán)利要求10所述的EMI屏蔽層，其中所述傳導(dǎo)油墨包含水性介質(zhì)中的傳導(dǎo)納米粒子。12.如權(quán)利要求1所述的納米粒子，其具有小于約100納米的最大尺寸。13.如權(quán)利要求12所述的納米粒子，其具有小于約20納米的最大尺寸。14.如權(quán)利要求1所述的納米粒子，其選自由銀、金、蒙乃爾合金(Monel)、銅、鋼、鎳、錫、ITO和其組合組成的群組。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于電子裝置的屏蔽EMI的顯示窗口，其是通過用光學(xué)透明屏蔽層涂覆所述窗口的至少一個(gè)表面制備而成。所述屏蔽層是以10微米或更小的厚度施加至所述窗口的含有傳導(dǎo)納米粒子的涂料或油墨。所述涂料可任選地鍍敷有一層銅、銀或鎳以改良性能。文檔編號H05K9/00GK101816223SQ200880110121公開日2010年8月25日申請日期2008年9月30日優(yōu)先權(quán)日2007年10月2日發(fā)明者克里斯托弗·L·塞弗倫斯,羅納德·麥克布賴德,馬修·芬利申請人:派克漢尼芬公司