CN1781039A - 使用多层传导通道的图案传导片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制品，所述制品包含含多个集成聚合物导管通道的聚合物层，所述导管通道包含至少两层，其中至少一层包含传导材料，另一层用作除保护以外的功能。

Description

使用多层传导通道的图案传导片

                     发明领域

本发明涉及在传导片平面内排布而形成导管的透明的图案传导片。

                    发明背景

随着电子器件越来越小，不断地要求以极细小的间距进行精确电子连接。例如，半导体器件如集成电路在晶片上形成，其后来可被切割成可单独安装在基片上的芯片。一般来说，基片具有细小的电路导线，在基片和芯片之间必然会发生电和热接触。随着电子设备如计算机、磁带录音机、电视机、电话机和其他设备变得更小、更薄和更易携带，对半导体器件的尺寸以及提供半导体器件和基片间或挠性电路和刚性印刷电路间的电连接手段的要求越来越高。

现有技术中的传导片一般包括用于传导电流或信号的单层材料。所述单层一般包含通道中的单层的导电油墨、金属层或导电材料涂层，因为多层比较昂贵并难以配准(register)。为了提供在传导片平面中兼具图案导电和波导的传导片，仍然需要设置多个图案层。

一种提供两个电子元件间的导电性的方法是使用Z-轴传导片材诸如Z-轴粘合剂。无论这种片材是弹性体或粘合剂，持续的挑战总是与电子行业的微型化行影相随。Z-轴导电性可通过许多手段获得，其中包括在粘合剂基料中散布导电颗粒。当需要在非常小的间距上进行电连接时，传导构件也许只能置于放置电极处，一般来说需要将传导片与电极对准(indexing)，或者传导构件以非常密的间隔(相对于电极的间隔)放置从而无需对准。美国专利5,087,494号(Calhoun等人)公开了一例导电胶带，其中导电颗粒以细小间距置于精确的位置上。Calhoun等人的’494专利还讨论了对导电胶带的各种可用的选择方案。

美国专利4,008,300号(Ponn)和3,680,037号(Nellis等人)描述了一种介电片材，该片材有多个在片的表面之间延伸的可压缩弹性导电塞。该片可置于电路间来实现电连接。Ponn和Nellis的导电塞是在粘合剂材料中导电颗粒的分散体。

其他专利描述了通过施加磁场将分散于粘合剂中的磁性颗粒定向，例如美国专利4,448,837号(Ikade等人)、4,546,037号(King)、4,548,862号(Hartman)、4,644,101号(Jin等人)和4,838,347号(Dentinni)。在定向和固化后，颗粒分布的均匀性足以满足某些应用的要求，但对于另一些应用来说仍然不充分。如果在试图达到更小的间隔以实现更细小间距的连接中提高用于这些制品中颗粒的数目，则可能会发生附聚而引起短路。因此，需要有提供两个表面之间精确地以极细小间距电连接的细间距装置。

美国专利5,522,962描述了在厚度方向导电而在侧向绝缘的传导片。尽管公开了一些传导材料，但它们往往具有低的透光性，因此不特别适用于如液晶显示器等需要透光的装置。此外，用于该发明的传导材料是涂于粘合剂的导电铁磁性颗粒。

一种已知的制备冷却辊的现有方法涉及使用机械刻模法产生主表面图案。所述刻模方法具有许多局限，包括偏移而引起在表面刀痕、高价以及加工时间漫长。因此，最好不使用机械刻模来制作冷却辊。

美国专利6,285,001号(Fleming等人)提出了使用基片的准分子激光烧蚀的曝光方法来改善经烧蚀的基片上重复微结构的均匀性或在经烧蚀的基片上产生三维微结构。该方法难以产生用于制作复杂的无规则三维结构的标准冷却辊，且费用上也不容许。

美国专利6,124,974号(Burger)描述了用光刻法制造的基片。按顺序采用各种光掩模重复进行这种光刻工艺以产生对应于所需小透镜(lenslet)的三维浮雕结构。这种通过形成母型在塑料薄膜内产生三维特征的方法非常耗时且成本上也不允许。

含电子导体如共扼导电聚合物、导电碳颗粒、晶体半导体颗粒、无定形半导体纤丝和连续的半导体薄膜的传导层能比离子导体更有效地用于消除静电荷，因为其导电性不取决于相对湿度，且只受环境温度的轻微影响。

如美国专利5,340,676号、5,466,567号和5,700,623号中所述，各种类型的电子导体中，当连同非成膜聚合物颗粒分散于适合的成膜聚合物粘合剂中时，含金属的导电颗粒如半导体金属氧化物特别有效。现有技术中已经公开了将掺杂有适当给体杂原子或含缺氧的二元金属氧化物用于照相片的抗静电层，例如美国专利4,275,103、4,416,963、4,495,276、4,394,441、4,418,141、4,431,764、4,495,276、4,571,361、4,999,276、5,122,445、5,294,525、5,382,494、5,459,021、5,484,694等。适用的要求保护的导电金属氧化物包括：氧化锌、二氧化钛、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、三氧化钨和氧化钒。优选的掺杂导电金属氧化物颗粒物包括掺锑氧化锡、掺氟氧化锡、掺铝氧化锌、掺铌二氧化钛。公开于美国专利5,368,995中的其他优选导电三元金属氧化物包括锑酸锌和锑酸铟。包括金属硼化物、碳化物、氮化物和硫化物在内的其他含金属导电颗粒已公开于日本公开JP 04-055,492号中。

美国专利6,077,655、6,096,491、6,124,083、6,162,596、6,187,522、6,190,846号等描述了含有包括导电聚合物的导电层的成像元件，包括运动成像胶片。一种这种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(polythiophene styrene sulfonate)络合物。

                 本发明要解决的问题

现在仍然需要用于透光显示器件的透明的并包含起到除保护以外功能的两层或多层的导电片。

                    本发明简述

本发明提供了一种制品，所述制品包含含多个集成聚合物导管通道的聚合物层，所述导管通道包含至少两层，其中至少一层包含传导材料，另一层用作除保护以外的功能。本发明还提供了形成这种制品以及一种含这种制品的透明显示器。

                  本发明的有益作用

本发明在提供传导导管通道的同时提供了改善的透光性。所述通道包含至少两个起到除保护作用以外作用的层。例如，本发明提供了具有在基片平面内导电并在基片平面内导引光波之功能的基片。

                  附图的简要说明

附图例示了能在基片平面内导引光的多层传导导管通道。

                  本发明的详细说明

附图例示了能在基片平面内导引光的多层传导导管通道10。透明聚合物基片2包含U形导管。U形导管包含三个涂层。最底层4是导电透明聚合物。层6是绝缘透明聚合物，具有比用于基片2和导电层4和8的聚合物至少大0.12的折光指数。层8是导电透明聚合物。电信号或电流独立地可在层4和层8流动，因为它们被层6绝缘。可见光的能量可独立于层4和8中的电信号或电流在层6中导引(因为层4和层6/8之间的折光指数差)。入射在多层的透明传导导管10上的光能量透过基片2和传导层4、6和8。

本发明具有众多超越本领域的现有技术的优点。本发明提供了在基片平面内传导并同时在垂直于片材方向透明的导电片材。在侧向被绝缘热塑性材料隔开的传导导管提供了由起点到终点电传导的精确途径。经图案化的对可见光透明的传导片可用于薄膜开关、无线电调频天线、显示器装置、半导体和基片之间或挠性电路和刚性印刷电路之间的连接。因为所述传导材料透明，所以本发明的片材还可与成像层(诸如喷墨印刷的图像)配合使用。

所述导管通道低于聚合物基片的高度或上表面。需要由绝缘热塑性材料形成的导管可以形成为各种尺寸和形状，以提供所要求的输入和输出特征。因为导管通道由热塑性材料形成，导管也可具有各种取向，诸如相互垂直的导管、弯曲的导管、圆形导管或在一些逻辑点(logical point)连接的导管。

本发明的导管包含在导管通道中的两层或多层。导管中所含的两层或多层可让光在基片平面内传导。在基片平面内的波导光顾及了传导片同时导电和导光。背照射薄膜开关是光和电传导导管的一个实例。当环境光照度低时所述开关可因背照射而起作用，并可将光导引到开关区(如开/关按键)，这对于开关的性能具有决定意义。此外，因为波导在基片平面内，开关可沿基片的周边受照射，从而节省开关装置的空间和重量。

位于本发明导管中的两层或多层还允许在同一空间使用多个传导层，各层(由绝缘层分隔)携带电流或电信号。多层可供众多传导通道之用，从而提高传导片的可靠性。对于军用设备和影响公共安全的设备来说，改善可靠性特别重要。

本发明的传导导管提供了对导管中所含导电材料的保护。与现有技术的在基片表面上的传导图案相比，通过保护本发明的传导材料，导电材料的划痕、磨损和污染可极大地降低。传导材料的划痕可导致一个或多个导管导电性的破坏而导致器件故障。因为本发明的传导材料包含于导管中，涂层还受到辅助涂层的保护，例如为胆甾醇液晶形成一个涂层表面。

尽管热塑性材料提供了良好的耐化学性和耐热性，但是还可向导管添加纳米复合材料(如粘土)以进一步提高耐热性、电绝缘性和耐磨性，同时不会显著降低传导片的透光性。通过向传导导管或含传导材料的绝缘热塑性结构加入颜料或染料，本发明的传导片可提供彩色透射光能或包含例如作为停止符号的“结束”字样。以下的详细说明将显示其种种优点。

术语“LCD”意指利用液晶形成图像的背投显示装置。术语“漫射材料”意指能将镜面反射光(具主方向的光)扩散成漫射光(随机方向的光)的材料。术语“光”意指可见光。术语“漫射光透射率”意指透过样品的光在500nm处的光量相对于光源的500nm处的总光量的百分比。这包括光的光谱透射和漫射透射。术语“漫射光透射效率”意指在500nm处透射的漫射光的百分比相对于500nm处的总透射光的百分比乘以100。术语“聚合薄膜”意指含聚合物的薄膜。术语“聚合物”意指均聚物和共聚物。术语“平均”(相对于透镜尺寸和频率)意指整个薄膜表面积的算术平均值。

术语“透明”意指在500nm处具有70％或以上总透光率的基片。术语“导管”意指在本发明的基片中的沟渠、沟槽或凹槽。所述基片中的导管包含本发明的传导材料。导管厚度范围为0.5-100微米。虽然在基片中导管的深度可不同，但是导管在基片平面内有一个总体走向。在基片平面内的导管可排成行或阵列，基本上随机、直线、弯曲、圆形、椭圆、方形、三角形、正弦波或方波。导管通常起始于起点并终止于终点。导管可不连续或可相交。在基片中，可有一条或多条导管。在任何方向上的导管频度范围为1根/厘米到1000根/厘米。

术语“传导的”意指材料传导电流的能力。电导率是电阻率的倒数。电阻率以欧姆米的单位测定。指定基片上涂敷的导电层的表面电阻率的通用方法是采用术语“表面电阻”或SER。SER以欧姆/平方(square)为单位测量。用于本发明的传导材料一般具有低于5000欧姆米的电阻率。用于本发明的传导层一般具有低于5000欧姆/平方的测定SER。

为了提供既导电又导光的基片，包括含多个集成聚合物导管的聚合物层的制品包含至少两层，其中至少一层含有传导材料。优选为两层或多层，因为多层可通过加入富余的传导层来改善该器件的可靠性，让本发明的传导片在基片的平面内有效地导光，并让一个导管具有多种电学功能和/或光学功能。

本发明的传导材料优选包括两个或多个不同层。优选不同的层是由于有区别的层，因为它们相互分隔，且可包含不同的功能性如电阻率、带宽或传热。在本发明的一个优选实施方案中，两种传导材料通过电导率大于5,000欧姆/厘米的绝缘层隔开。通过将两层或多层电绝缘，这些层可具备富余层、各自的功能或者改变所形成磁场或电场的性质。电绝缘材料包括非传导聚合物，例如聚烯烃、聚丙烯酸类和聚氨酯。

在本发明的另一优选实施方案中，所述两层或多层的导电率之差大于200欧姆/厘米。通过产生若大于200欧姆/厘米的电导率差，磁场和电场的性质可作为磁通量和电流的函数变化。已表明图案化的磁场和电场会改变液晶的性质，如改变液晶在聚合物基体中的取向。

在本发明的另一优选实施方案中，所述两层或多层的折光指数之差至少为0.10。通过产生差值至少为0.10的折光指数，光能可在基片平面内导引。在平面内导光对于发光显示部件或作为安全装置特别有用。一个例子是包括折光指数为1.49的烯烃聚合物的聚合物导管。将折光指数为1.59的聚碳酸酯聚合物的第一层涂覆到导管的底部，将折光指数为1.49的烯烃聚合物的第二层涂覆到聚碳酸酯聚合物的表面。与聚碳酸酯层光学接触的来自LED光源的红光被高效率地通过聚合物导管长度方向导引，从而形成透明光导。

光导层在其两侧具有聚合物层用于产生光波导，其中光导层起芯层的作用，光导层两侧的聚合物层起包覆层的作用。光导层由透光材料制成。包覆层围绕着芯层，具有比芯层低的折光指数。这种配置一般会导致光的实质上的内反射而穿过芯部行进。当向芯层下方行进的光遇到包覆层的内表面而反射回芯层中心时，即发生光的内反射。如果包覆层的折光指数比芯层小不到0.03，则光波导的效率下降。包覆层也可以是反射层。围绕光导层的反射层(如金属)起镜子的作用，将大部分光保持在光导层中，从而达到非常有效的光导(也称为波导)。

可用多种材料形成光导层和包覆层。光导层一般由聚合材料形成，包括例如甲基丙烯酸酯，如甲基丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸2-乙基己酯。具体地说，一种适合的芯材料包括甲基丙烯酸正丁酯和甲基丙烯酸2-乙基己酯的1∶1(重量)混合物，其又可含0.05％重量的二甲基丙烯酸三甘醇酯交联剂和0.2％重量的过氧化二碳酸二(4-叔丁基环己酯)(Perkadox 16.TM.，Akzo Nobel Chemicals，Inc.，Chicago，Ill.)热引发剂。其他的材料和例子可参见通过引用并入本文的美国专利5,225,166号。

围绕光导层的层即包覆层可由各种不同的化合物形成。优选使用聚合物，因为它们价格便宜且易加工。例如，已经发现氟聚合物可用作光导层的包覆层。

在另一优选实施方案中，所述两层或多层被粘合剂分隔。优选使用粘合剂层是因为其可让具有差的粘合力的两层或多层在导管中粘合在一起。其中一例是聚丙烯聚合物和聚酯聚合物。当所述层的表面能低于40达因/厘米时，也优选使用粘合剂。优选的无机压敏粘合剂例如有可溶性硅酸盐、陶瓷和热固性粉末玻璃。有机压敏粘合剂可为天然粘合剂或合成粘合剂。优选的天然有机压敏粘合剂例如包括骨胶、大豆淀粉纤维素制品、橡胶胶乳、树胶、萜、植物分泌的粘液和烃类树脂。合成有机压敏粘合剂例如包括弹性体溶剂、聚硫化物密封材料、热塑性树脂诸如异丁烯树脂和聚乙酸乙烯酯、热固性树脂如环氧树脂、酚醛树脂、聚乙烯基丁醛和氰基丙烯酸酯和硅氧烷聚合物。

对于单层或多层压敏粘合体系来说，优选的压敏粘合剂组合物选自天然橡胶、合成橡胶、丙烯酸类、丙烯酸类共聚物、乙烯基聚合物、乙酸乙烯酯、聚氨酯、丙烯酸酯型材料、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物混合物、聚聚亚乙烯基、乙酸乙烯酯-丙烯酸共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、羧化苯乙烯-丁二烯共聚物、乙烯共聚物、聚乙烯醇、聚酯和共聚物、纤维素和改性纤维素、淀粉和改性淀粉化合物、环氧树脂类、聚异氰酸酯、聚亚胺。

在本发明的另一优选实施方案中，导管中的两层或多层中的一层包含介电材料。由介电材料分隔的两个传导层形成电容器。电容器存贮电能且部分地通过介电材料中的颗粒的极化存贮电荷。电容器的电容作为传导材料总面积、传导材料间的距离和介电材料的相对电容率的函数而增加。优选的介电材料包括聚合物，因为它们容易溶液涂布于通道内且介电材料的厚度可高精度控制，从而可制作高精度电容器。

在本发明的另一优选实施方案中，所述两层或多层包括一个斜面(gradient)。在导管中的斜面可在基片平面内，增加或降低导管的宽度；或者斜面也可出现在基片的深度上。优选斜面是因为可改变导管的导电性质，为实现电信号控制、可变电容和可变电阻创造条件。优选本发明的斜面还因为可让源于基片周边的波导光能在垂直于基片的方向上传导。

在本发明的另一优选实施方案中，在导管中的两层或多层被扩散膜分隔。优选扩散膜是因为所述膜可让材料受控地从导管的一层扩散到相邻层。一例有用的做法是应用干燥层、水扩散膜和水敏化学物。不想要的水会通过膜扩散而进入干燥层，从而改善水敏层的性能。经包装的电子器件(如MEMS器件、CCD传感器或OLED)内的环境控制，一般通过将器件封装或将器件连同干燥剂密封在包装盒内来获得。干燥剂诸如像分子筛、硅胶材料、和常称为燥石膏的材料被用于将湿度水平保持在上述范围内。将装置密封在包装内前，干燥剂的选择和将所选干燥剂施加到包装内部方法的选择由要防潮的器件的类型确定。例如，高度湿敏的有机发光器件或聚合物发光器件需要选择特定的干燥剂和施用方法，因为有机材料或有机层是这些器件的主要构成部分。有机材料或有机层的存在，例如会在将分散于流体的干燥剂加到有机基器件的过程中妨碍某些溶剂或流体的使用。目前优选的固体干燥剂选自碱金属氧化物、碱土金属氧化物、硫酸盐、金属氯化物和高氯酸盐。目前优选的透湿粘合剂选自乙酸纤维素、环氧树脂、酚氧树脂、硅氧烷、甲基丙烯酸酯、砜、邻苯二甲酸酯和酰胺。

为了提供图案化的导电的且对可见光透明的基片，优选包括含多个集成聚合物导管的聚合物层的制品，所述导管包含基本透明的传导材料。所述聚合物导管提供了导管间的电绝缘，导管中所含的材料均透明又导电。因为导管中的材料导电又透明，本发明的制品可用于需要导电并透射可见光的用途。含多个包含透光传导材料的导管的基片的用途的实例包括使用胆甾醇液晶涂层的简单显示器(其中通电导管的电场改变胆甾醇液晶的取向)、背照射观察的电子产品(其中照明光透过传导导管和透明的隐藏射频天线)。

一种优选的传导材料包括导电聚合物。优选导电聚合物是因为它们具有所需的可见光透过性、与利用真空沉积法涂覆的现有技术的金属导体相比可容易地辊涂到导管上、具有不到5000并通常为0.01-5000欧姆·米的电阻率以及可包含附加物如透明染料。另外，业已证明本发明的传导聚合物对聚合物基片深处的聚合物导管底部具有优异的粘合。

为了提供具有高可见光透射率的导电导管，传导聚合物选自含取代或未取代苯胺聚合物、含取代或未取代吡咯聚合物、含取代或未取代噻吩聚合物。上述聚合物提供了所需的导电性、对导管的粘合并具有高透光性。

在前述的导电聚合物中，特别优选基于聚吡咯和聚噻吩的聚合物，因为它们提供了最佳的电性能和光性能。本发明特别优选的导电聚合物是聚噻吩基聚合物，主要因为其可从商业渠道大量获得。

本发明的导电材料优选用包含如下成分的涂料组合物涂布：聚噻吩/聚阴离子组合物，包括具共扼聚合物骨架组分的导电聚噻吩和聚合聚阴离子组分。用于本发明的一种优选的聚噻吩组分包含被至少一个烷氧基取代的噻吩核，所述烷氧基的例子为C₁-C₁₂烷氧基和-O(CH₂CH₂O)_nCH₃，其中n为1到4，或者所述噻吩核用亚烷基将两个氧原子密封成环，所述亚烷基包括取代形式的这种基团。

优选用于本发明的聚噻吩由具有下面通式(I)的结构单元构成：

式中：R¹和R²各自独立代表氢或C_1-4烷基，或一起代表任选取代的C_1-4亚烷基，优选亚乙基、任选烷基取代的亚甲基、任选C_1-12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/聚阴离子组合物的制备和在聚阴离子存在下合成的聚噻吩的水分散体的制备以及由这种分散体制备抗静电涂层描述于EP 0 440957(和相应的美国专利5,300,575号)以及例如美国专利5,312,681、5,354,613、5,370,981、5,372,924、5,391,472、5,403,467、5,443,944和5,575,898号中，所有这些专利公开均通过引用并入本文。

在聚合多阴离子聚合物的存在下导电聚噻吩的制备例如可通过符合下列通式(II)的3，4-二烷氧基噻吩或3，4-亚烷二氧基噻吩的氧化聚合来进行：

式中：R¹和R²与通式(I)中的定义相同，该聚合使用通常用于吡咯的氧化聚合的氧化剂和/或在多元酸存在下使用氧气或空气，优选在任选含一定量有机溶剂的水介质中进行，温度为0-1000℃。通过氧化聚合，聚噻吩得到正电荷，不能肯定地确定所述电荷的位置和数目，因此它们在聚噻吩聚合物的重复单元的通式中并未述及。当使用空气和氧气作为氧化剂时，将其导入到含噻吩、多元酸和任选催化量的金属盐的溶液中直到聚合完成。适合于吡咯氧化聚合的氧化剂描述于例如J.Am.Soc.85，454(1963)。优选便宜和易处理的氧化剂如铁(III)盐如FeCl₃、Fe(ClO₄)₃和有机酸的铁(III)盐和含有机残基的无机酸，如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，对于噻吩的氧化聚合来说，每摩尔噻吩需要2.25当量的氧化剂[参见J.Polym.Sci.Part A，Polymer Chemistry，第26卷，第1287页(1988)]。但是，实践中使用一定程度过量的氧化剂，如每摩尔噻吩过量0.1-2当量。

对于聚合来说，符合上面通式(II)的噻吩、多元酸和氧化剂可在有机溶剂或优选在水中溶解或乳化，得到的溶液或乳液在设计的聚合温度搅拌到聚合反应完成。用于本发明的聚噻吩/聚阴离子组合物中的聚噻吩聚合物组分与一种或多种聚合聚阴离子组分的重量比率可在较大范围内变化，例如优选从约50/50到15/85。通过该技术，可获得稳定的聚噻吩/聚阴离子水分散体，其固含量为0.5-55％重量，优选为1-10％重量。根据批量大小、聚合温度和氧化剂种类的不同，聚合时间可从几分钟到30小时。可在聚合过程中和/或聚合后通过加入分散剂改善获得的聚噻吩/聚阴离子组合物分散体的稳定性，分散剂的例子有阴离子表面活性剂如描述于美国专利3,525,621号中的十二烷基磺酸盐和烷芳基聚醚磺酸盐。在分散体中的聚合物颗粒尺寸一般为5nm到1μm，优选40-400nm。

用于这些导电聚合物合成的聚阴离子是聚羧酸的阴离子，聚羧酸的例子有聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、聚马来酸和聚合磺酸如聚苯乙烯磺酸、聚乙烯基磺酸，对本发明来说优选聚合磺酸。这些聚羧酸和聚磺酸也可以是乙烯基羧酸和乙烯基磺酸与其他可聚合单体(如丙烯酸酯和苯乙烯)的共聚物。相对于所述聚合物化合物来说，连同分散的聚噻吩聚合物一起使用的阴离子(酸性)聚合物优选具有大于2％重量的阴离子基含量以确保分散体足够的稳定性。提供聚阴离子的多元酸的分子量优选为1,000到2,000,000，特别优选2,000到500,000。所述多元酸(例如聚苯乙烯磺酸和聚丙烯酸)或其碱金属盐均可常规购置，或者它们可基于已知方法制备。多酸和适量的一元酸的碱金属盐的混合物也可替代形成导电聚合物所需的游离酸使用。

虽然上面描述了通用的合成方法和组合物，用于本发明的聚噻吩/聚阴离子组合物本身并不是新物质，它们均可由商业途经购置。优选用于本发明的导电聚噻吩/聚阴离子聚合物组合物包括3，4-二烷氧基取代的聚噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(poly(styrene sulfonate))，最优选的导电聚噻吩/聚阴离子聚合物组合物是聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)/聚苯乙烯磺酸盐，其可以Baytron P的商品名购自Bayer Corporation。

其他优选的导电聚合物包括分别公开于美国专利5,674,654号和5,665,498号中的聚(吡咯苯乙烯磺酸盐)(poly(porrole styrene sulfonate))和聚(3，4-亚乙二氧基吡咯苯乙烯磺酸盐)(poly(3，4-ethylenedioxypyrrole styrene))。

任何聚合成膜粘合剂，包括水溶性聚合物、合成胶乳聚合物如丙烯酸类、苯乙烯类、丙烯腈类、卤乙烯类、丁二烯类等，或水分散性缩聚物如聚氨酯、聚酯、聚酯离聚物、聚酰胺、环氧衍生物等，可任选用于传导层中以改善传导层的整体性。优选的粘合剂包括例如公开于美国专利6,124,083中的聚酯离聚物、含1，1-二氯乙烯的共聚体和磺化聚氨酯，所述专利通过引用并入本文。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到0.1∶99.9，优选1∶1到1∶20，更优选1∶2到1∶20。所用导电的含取代或未取代噻吩聚合物的干覆盖率取决于导电聚合物的固有电导率和导电聚合物与粘合剂的重量比。聚噻吩/聚阴离子组合物的导电的含取代或未取代噻吩聚合物组分的优选干覆盖率范围为约0.5mg/m²到约3.5g/m²，这种干覆盖率应提供所要求的电阻率值，同时最大程度地降低导电聚合物对本发明制品的颜色和光学性质的影响。

除了导电剂和聚合粘合剂外，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；涂料助剂和表明活性剂、分散助剂、聚结助剂、杀虫剂、遮光(matte)颗粒物、染料、颜料、增塑剂、粘合促进剂、特别是包含硅烷和/或环氧硅烷的助剂、蜡和其他润滑剂。在传导涂料配方中涂料助剂的通常用量例如活性涂料助剂占溶液总重量0.01-0.3％重量。这些涂料助剂通常是阴离子助剂或非离子助剂，可选自适用于含水涂料的众多这类助剂。涂料溶液的各成分可在混合前进行pH调节以确保相容性。常用的pH调节剂是氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾、三乙胺、硫酸、乙酸等。

本发明的导电材料可配制成水性或有机溶剂涂料制剂用已知涂布技术施用，所述涂布技术的例子包括辊涂、凹版涂布、气刀涂布、棒涂、喷墨涂布、静电涂布、滑动料斗涂布、挤出涂布、刮涂、幕涂、滑涂等。涂布后，各层通常通过简单蒸发干燥，干燥过程可通过已知技术如对流加热来加速。已知的涂布和干燥方法更详细地描述于1989年12月公开的Research Disclosure No.308119的1007-1008页。一种将导电材料涂到导管内的优选方法是对含导管的基片进行辊涂，然后用刮刀去除导管高峰处的导电材料或用辊逆向接触导管高峰处。

施加两层或多层的优选方法是幕涂。幕涂可让相互为邻的几层在施加到基片前位于涂模中。随后刮除施加到导管顶部表面的过量材料而让所需材料基本施加到导管内。幕涂可在一次涂布中施加两层或多层，从而减少生产费用。

在本发明的一种优选实施方案中，传导材料包括明胶粘合剂和金属盐。已证明明胶粘合剂能提供高的可见光透过率，具有对聚合物导管的优异粘合性并且包含湿气而有助于在金属盐颗粒间建立盐桥。优选的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。本实施方案的令人感兴趣地方面在于明胶的湿度敏感性。当环境相对湿度低于50％时，明胶的湿度含量降低，因此传导导管的电阻率升高，从而产生对湿度敏感的传导电路。该特别的实施方案可用作湿度传感器，用以控制当湿度下降时增加空气中的湿度的系统。

要求导电材料的电阻率低于5000欧姆·米。优选导电材料的电阻率低于1000欧姆·米，更优选低于600欧姆·米，最优选0.01-300欧姆·米。就导管内传导层的SER来说，要求值低于5000欧姆/平方，优选低于1000欧姆/平方，更优选低于600欧姆/平方，最优选低于300欧姆/平方。因为本发明的导电材料往往会有某种程度的着色和透射光不透明度，所优选的较低的电阻率通常会提高不透明度，从而降低光透射率。例如，1000欧姆·米和100欧姆·米间聚噻吩的透射率差约为5％。对于高透光性要求来说，优选较高的优选电阻率，或者对于低价液晶显示器用途来说，电阻率并不是改变胆甾醇液晶取向的主要关注点。

本发明明显优于现有技术的图案基片之处是，多个聚合物导管集成于聚合物片。集成聚合物导管往往具有与基片相同的材料组成，在检查已涂布的结构时并没有人们预想的明显分界线。集成导管优于紫外光涂布和固化的通道之处在于导管是被集成的，是聚合物基片的一部分，而不是被加到聚合物基片上的，后一种聚合物基片会产生不希望出现的界面问题，如由于通道材料和基片材料热膨胀系数的不同产生的脱层和龟裂。因为导电材料确实具有一定程度的低电阻率，能耗将转变成热能而使本发明的制品改变温度，而可预期的极端环境温度变化(-20℃到100℃)会使问题变得更加严重。而集成导管具有相同的热膨胀系数，因此不会有现有技术中存在的界面问题，不会遇到产生不想要的菲涅耳反射的多个光学表面现象，并且可以高度精密地制造。

本发明导管中所含的传导材料最好用外涂层材料保护。通过将传导材料保护在导管中，可避免出现导管中传导材料的划痕和脱层而造成传导片粗糙的情况。此外，通过保护导管中的传导材料，与保护层相邻的第二涂层表面可用于涂布或印刷。涂布或印刷的例子包括成像层、印刷膜电路设计、胆甾醇液晶材料涂层和控制透射光输出的微透镜阵列。

外保护涂层优选具有大于2H的铅笔硬度。大于2H的铅笔硬度可耐在组装器件或实际使用时产生的多种划伤力。外涂层的划痕会导致对透射光的有害干扰，并因此会降低本发明的光学效用。保护外涂层优选具有低于0.18微米的表面粗糙度。已经表明大于0.20微米的表面粗糙度例如会漫射透射光并降低薄膜开关的背光强度。还有，低于0.18的表面粗糙度为辅助涂层或印刷提供了极优良的表面。

所述外保护涂层优选具有大于5000欧姆·米的电阻率。大于5000欧姆·米的电阻率提供了防止线路短路、漏电或有害电场的足够电流阻力。外保护涂层最好具有低于40达因/平方厘米的表面能。通过提供低于40达因/平方厘米的表面能，会使传导材料电阻率改变的水和其他含水溶剂会在保护外涂层表面形成液滴，从而可被容易地去除。

外保护涂层可由适当的材料组成，所述材料保护图像不受环境溶剂的破坏、耐划痕且不影响光透射质量。外保护涂层优选以均匀涂层方式或图案涂层方式涂覆在传导材料上。在本发明的一个优选实施方案中，优选在电场存在下将外保护涂层涂覆并熔合到顶层上，使得透明聚合物颗粒形成连续的聚合物层。优选施加了静电复印调色剂(electrophotographic toner)的聚合物，因为它是提供薄层的有效途径。

在另一实施方案中，外保护涂层可由水溶液涂成，并且在后处理熔合步骤中形成连续、不透水的保护层。外保护涂层优选通过涂覆平均粒径为0.1-50微米的涂料聚合物珠粒或颗粒连同聚合物胶乳粘合剂在敏化照像产品的乳剂侧涂布来形成。任选在层中包括少量水溶性涂料助剂(稠化剂、表明活性剂)，条件是它们在加工过程中从涂料沥滤出来。涂布后，对基片作这样的处理：通过热和/或压力(熔合)、溶剂处理或其他方式引起所涂聚合物珠粒的熔合和聚结，从而形成所需的连续的不透水保护层。

可从中选择用于外保护涂层的聚合物颗粒的适合聚合物例如包括：聚氯乙烯、聚1，1-二氯乙烯、氯乙烯-1，1-二氯乙烯共聚物、氯化聚丙烯、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、氯乙烯-乙酸乙烯酯-马来酸酐共聚物、乙基纤维素、硝基纤维素、聚丙烯酸酯、亚麻油改性的醇酸树脂、松香改性的醇酸树脂、苯酚改性的醇酸树脂、酚醛树脂、聚酯、聚乙烯丁醛、聚异氰酸酯树脂、聚氨酯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、色满树脂、哒玛树脂、酮树脂、马来酸树脂、乙烯基聚合物诸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、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、低分子量聚乙烯、苯酚改性的季戊四醇酯、苯乙烯-茚-丙烯腈共聚物、苯乙烯-茚共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚甲基丙烯酸十八烷基酯与聚甲基丙烯酸甲酯的共混物、与硅氧烷和聚烯烃的共聚物。

这些聚合物可单独使用或组合使用。在本发明的一个优选实施方案中，所述聚合物包括聚酯或苯乙烯-丙烯酸丁酯共聚物。优选的聚酯是基于乙氧基化和/或丙氧基化的双酚A和一种或多种对苯二甲酸、十二碳烯基琥珀酸和富马酸的聚酯，因为它们形成一种可接受的外保护涂层，通常能抵御包装标签所承受的恶劣环境。

为了提高外保护涂层的耐磨性，可使用交联或支化的聚合物。例如可使用苯乙烯-茚-二乙烯基苯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-二乙烯基苯共聚物或苯乙烯-丁二烯-二乙烯基苯共聚物。

外保护涂层的聚合物颗粒应透明，优选为无色。但是为了色彩校正或为了特殊效果，要具体考虑聚合物颗粒具有某种颜色。因此，可向聚合物颗粒混入赋予色彩的染料。此外，可将添加剂混入到聚合物颗粒中而赋予外保护涂层以所要求的性质。例如，可将紫外光吸收剂混入聚合物颗粒中而使得外保护涂层可吸收紫外光，从而保护基片出现紫外光诱导的褪色；或者可将蓝调色剂混入到聚合物颗粒中，以抵消用于明胶盐传导材料中明胶本身的黄色。

除了形成外保护涂层的聚合物颗粒外，可在聚合物组分中混入改变元件表面特征的其他颗粒。这种颗粒为固体颗粒并且在聚合物颗粒熔合的条件下不熔合，其包括无机颗粒(如二氧化硅)和有机颗粒如(甲基丙烯酸甲酯珠粒)，它们在熔合步骤中不熔融，并且会给保护涂层表面赋予粗糙度。

外保护涂层的表面特征大多取决于形成调色剂(toner)的聚合物的物理特征以及是否存在固体的非熔合颗粒。但是，外涂层的表面特征也会由于其表面被熔合的条件而改变。例如，可选择用于熔合调色剂而形成连续外保护涂层的熔合件(member)的表面特征而赋予元件表面以所需的光滑度、纹理或图案。这样，高度平滑的熔合件可赋予成像元件以光滑的表面，带纹理的熔合件将给予元件无光或有纹理的表面，图案化的熔合件将向制品表面施加图案。

适合的聚合物胶乳粘合剂的例子包括丙烯酸丁酯、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸酯(2-acrylamido-2-methylpropanesulfonate)和乙酰乙酰氧乙基甲基丙烯酸酯(acetoacetoxyethylmethacrylate)的乳胶共聚物。其他可用的胶乳聚合物包括作为胶体悬浮体悬浮于水中的具有20-10,000nm直径和低于60℃的Tg的聚合物。

适用于外保护涂层的涂料助剂的例子包括任何水溶性聚合物或其他赋予涂料悬浮液适合粘度的材料，诸如高分子量多糖衍生物(例如黄原胶、瓜耳胶、金合欢胶、Keltrol(一种Merck and Co.，Inc.供应的阴离子多糖)、高分子量聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚丙烯酸和其盐、聚丙烯酰胺等。表面活性剂包括足以将涂料制剂的表面张力降低到防止边缘缩回(withdrawal))、拒斥和其他涂料缺陷的表面活性材料。它们包括烷氧基-或烷基苯氧基聚醚或聚缩水甘油衍生物和它们的硫酸盐，诸如可购自Olin Matheson Corporation的壬基苯氧基聚缩水甘油或辛基苯氧基聚氧乙烯硫酸钠、有机硫酸盐或磺酸盐(诸如十二烷基硫酸钠、十二烷基磺酸钠、二(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠(Aerosol OT))和烷基羧酸盐(诸如癸酸钠)。

在另一实施方案中，优选在传导材料应用可紫外光聚合的单体和低聚物。优选紫外光固化聚合物，因为在均匀涂敷或图案涂敷中它们容易被涂覆到传导材料上。优选的紫外光固化聚合物包括脂族氨基甲酸酯、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。一种优选的光敏引发剂是苯偶酰二甲基酮。优选的辐照强度为0.1-1.5毫瓦/平方厘米。若在0.05毫瓦/平方厘米以下，则会发生不充分交联，导致保护层不能对传导材料提供足够的保护。

在本发明的另一实施方案中，最优选在导管的最外层表面施加预成聚合物层来形成外保护涂层。优选施加预成片是因为预成片坚韧和耐久，容易承受环境溶剂和搬运力。预成聚合物基片的施加优选在显像后通过层合进行。在粘合两个表面的压轧前，将粘合剂施加到照像标签(photographic label)或预成聚合物基片上，并且除去会降低透射光质量的任何带入空气。

预成片优选为取向聚合物，因为取向工序中会加强强度和韧性。用于挠性基片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。也可使用聚烯烃共聚物，包括丙烯与诸如乙烯、己烯、丁烯和辛烯的共聚物。最优选聚丙烯，因为便宜且具有压敏标签所需的强度和韧性。

在另一实施方案中，优选向传导材料施加合成胶乳来形成外保护涂层。已证明合成乳胶的涂料能提供可接受的外保护涂层，并且可用水溶液涂布，从而不暴露于溶剂。已证明胶乳涂料能为导电线路提供可接受的外保护涂层。用于外保护涂层的优选合成胶乳通过乳液聚合技术从苯乙烯-丁二烯共聚物、丙烯酸酯树脂和聚乙酸乙烯酯制备。合成胶乳的优选粒径为0.05-0.15微米。合成胶乳通过已知的涂布方法施加到卤化银成像层的最外层，所述涂布方法包括棒涂、辊涂和料斗涂布。合成胶乳在施加后必需干燥，并且必须干燥透明，从而不会影响透光质量。

在一优选实施方案中，传导材料包括颜料或染料。颜料或染料给传导材料上色，在制品的绝缘区和传导材料间产生对比度差异。用白颜料或炭黑增加透射光对比度可为更高对比度的图像或降低照明输出的能力创造条件。

在本发明的另一实施方案中，传导材料或辅助层含有有色染料或颜料。优选有色染料或颜料，是因为可向白色透射光加入颜色，提供目视确定导管位置的手段，并且提供白色平面波导中的彩色或彩色光。使用颜料时，需要降低颜料的粒度以降低不想要的散射。适用于本发明的颜料可以是实际不溶于其加入介质中的无机或有机有色物质。优选的颜料是有机颜料，其可参见1993年W.Herbst和K.Hunger的Industrial Organic Pigments：Production，Properties，Applications，Wiley Publishers。它们包括偶氮颜料如单偶氮黄或单偶氮橙、重氮化合物、萘酚、萘酚红、偶氮色淀、苯并咪唑酮、二重氮缩合物、金属络合物、异吲哚啉酮和异二氢吲哚；多环颜料诸如酞菁、喹吖啶酮、苝、索兰士林(perinone)、二酮基吡咯并吡咯和硫靛；和蒽醌颜料如蒽素嘧啶、黄烷士酮、皮蒽酮染料、三苯并芘-5，10-二酮、二噁嗪、三芳基碳鎓和奎酞酮。

优选颜料的水分散体，因为优选的颜料大多数(如果不是全部)不溶于有机溶剂，并且因此在溶剂系统中不可能获得高质量分散体。事实上，可溶解优选的颜料PR-122和PB-15的唯一溶剂是浓硫酸，它并非有机溶剂。优选的本发明的颜料本身是不溶性的结晶固体，这是它们可取的热动力学上最稳定的形式。在油和水分散体中，它们会以无定形固体的形式存在，而这种形式是热动力学上不稳定的。所以，人们会不得不担心颜料会随时间逐渐转变成结晶形式。我们也可开始就以结晶固体为原料，不用担心防止相转变。避免溶剂颜料分散体的另一原因是高沸点溶剂不能随蒸发去除，这可能引起涂料熔体中不想要的反应诸如DOH分散颗粒的熟化，或会与其他层平衡化，若该溶剂用于涂料。固体颗粒分散体的使用完全避免了有机溶剂。

在优选的实施方案中，着色剂以固体颗粒分散体的形式分散于粘合剂中。如下形成这种分散体：首先将着色剂与含水溶性或水分散性的表面活性剂或聚合物混合形成粗含水预混物，然后将预混物加入到磨中。水溶性和水分散性表面活性剂或聚合物的量可有大的不同，但是根据用于成像的着色剂重量，其通常为聚合物重量的0.01-100％重量，优选约0.3-约60％重量，更优选0.5-50％重量。

所述磨可以是例如球磨、介质磨、立式球磨、振动磨等。所述磨装有适当的研磨介质诸如二氧化硅、氮化硅、沙、氧化锆、氧化钇稳定的氧化锆、氧化铝、二氧化钛、玻璃、聚苯乙烯等珠粒。珠粒粒径一般为0.25-3.0毫米，但如果需要，也可使用更小的介质。预混物研磨到所需的粒度。

固体着色剂颗粒被重复与研磨介质碰撞，导致晶体破碎、解聚并从而降低粒度。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0.01-0.1微米。最优选所述固体着色剂颗粒的粒度在亚微米量级。0.01-0.1微米的固体粒度可提供最佳的颜料功效，并且与大于1.2微米的粒度的颜料相比，降低了不想要的光吸收。

按照现有技术的固体颗粒分散方法，表面活性剂、聚合物和其他另外的常规添加剂也可用于这里所述的分散方法中。在着色剂的分散过程中，这种表面活性剂、聚合物和其他添加剂公开于美国专利5,468,598、5,300,394、5,278,037、4,006,025、4,924,916、4,294,917、4,940,654、4,950,586、4,927,744、5,279,931、5,158,863、5,135,844、5,091,296、5,089,380、5,103,640、4,990,431、4,970,139、5,256,527、5,089,380、5,103,640、4,990,431、4,970,139、5,256,527、5,015,564、5,008,179、4,957,857和2,870,012号、英国专利说明书1,570,362号和1,131,179号，所有这些专利公开均通过引用并入本文。

加入的表面活性剂或其他水溶性聚合物可在形成着色剂分散体之后，在将着色剂分散体加入到含水涂料介质之前或之后加入，供涂布在成像元素的载体上。正如成像行业人士所公知，所述含水介质优选包含其他化合物如稳定剂和分散剂，例如其他的阴离子、非离子、两性离子或阳离子表面活性剂，以及水溶性粘合剂如明胶。含水涂料介质可进一步包含可用于成像的化合物的其他分散体或乳液。

本发明的制品优选具有大于75％或以上的光透射率，更优选具有大于90％的光透射率。通过提供高的光透射率，本发明的制品可用作显示器如薄膜开关或射频天线，使导电材料不阻挡可见光。

本发明的导管优选包含热塑性聚合物。优选热塑性聚合物是因为它与现有技术的玻璃相比比较便宜，具有优异的光学性质，并且可使用挤出辊成型方法有效地制成片，用精密图案化的辊对熔融聚合物进行压铸而形成集成导管。用于形成复合透镜(lense)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、聚酰亚胺、聚1，1-二氟乙烯、聚氨酯、聚苯硫、聚四氟乙烯、聚缩醛、聚乳酸、液晶聚合物、环烯烃类、聚磺酸酯、聚酯离聚物和聚烯烃离聚物。也可使用能用于改善机械性能和光学性能的这些聚合物的共聚物和/或混合物。用于透明复合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适合的连续相聚合物。可用的聚碳酸酯的一个例子是双酚A聚碳酸酯。适用于复合透镜的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、乙酸丁酸纤维素及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、聚乙烯基乙缩醛和它们的混合物。也可使用乙烯基树脂的共聚物。优选用于本发明的复合透镜的聚酯包括由4-20个碳原子的芳族、脂族或脂环族二羧酸和2-24个碳原子的脂族或脂环族二醇制备的聚酯。适合的二羧酸的例子包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、邻苯二甲酸、萘二甲酸、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-环己烷二甲酸、钠代磺基间苯二甲酸和它们的混合物。适合的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、其他聚乙二醇和它们的混合物。

在传导片最外层上从导管的上表面测量导管的深度优选为0.1-100微米，更优选0.1-10微米。已经发现通道的深度应大致等于传导材料的厚度加保护层的厚度。传导材料厚度加保护涂层厚度的最优选组合是0.10-100微米，对于导电性来说最佳为1-8微米。优选的片料厚度为20-300微米。如果不到15微米，将难以形成导管和涂布传导材料。若为300微米以上，则多余的厚度会导致成本增加。

所述聚合物导管顶部的平均粗糙度为0.25-2.5微米。通过提供顶部导管以粗糙表面，产生取向聚合物基片层合用的支持层。在另一实施方案中，聚合物导管顶部的平均粗糙度低于0.20微米。通过提供光滑导管表面，可添加附加涂层而不会在透射时有光漫射。

导管底部的表面粗糙度优选为0.25-2.5微米。通过提供该范围内的底部表面粗糙度，表面积可比光滑顶部表面增加，从而增加导电量。此外，通过提供粗糙底部表面，可以改善传导材料对导管聚合物的粘合，从而改善传导导管的可靠性，因为涂层的破坏会导致大于5000欧姆·米的电阻率。在另一实施方案中，导管的底部表面具有低于0.20微米的粗糙度。通过提供光滑底部表面，透射光不太会扩散，从而改善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，聚合物层还包括压敏粘合剂。压敏粘合剂可让本发明的制品固定在其他基片或器件中。一个例子是将本发明的制品粘合在玻璃基片上用作显示装置，或将本发明的制品粘合在印刷线路板上。所述压敏粘合剂包括透明并且具有高粘合强度的本领域人们熟悉的粘合剂。例子包括丙烯酸基和聚氨酯基压敏粘合剂体系。

多个导管优选具有至少一个交点。通过设置至少一个交点，本发明的传导导管可由单个电源如直流电源供电，并且在某个逻辑点诸如IC片、电阻器、电容器、晶体管端接或接地。在本发明的另一优选实施方案中，多个导管相对于初始方向有至少一个变向。大于30度的变向让本发明的传导导管更好地用于连接电路。大于30度变向的一个例子是在薄膜开关中的电连接。在薄膜开关中，传导膜在受压时形成将开关逻辑电路与辅助装置如IC片连接的电路。变向的传导导管更能适合设于薄膜开关接触区附近，而这种开关接触区通常需要几次变向来适应开关的设计布局。

为了改善聚合物导管的冲击强度并改善聚合物导管的耐温性，优选向聚合物导管加入纳米复合材料。已经表明纳米复合材料可改善导管聚合物的热性质并且提高机械模量，从而使它们更适合于聚合物线路和显示器件。

“纳米复合材料”意指其中至少一种组分包括具至少一维尺寸在0.1-100纳米范围的无机相如绿土的复合材料。“片”意指具二维同量级的并显著大于第三维的尺寸的颗粒。这里，颗粒的长度和宽度尺寸相当，但量级上大于颗粒的厚度。

“层状材料”意指多个相邻结合层形式的无机材料如绿土。“小片”意指层状材料的各层。“插层”意指在层状材料的小片间嵌入一个或多个外来分子或外来分子的部分，通常用X-射线衍射技术测定，如美国专利5,891,611号(第5栏10行到第7栏23行)中所述。

“插层剂(intercalant)”意指前述嵌入在前述层状材料的小片间的外来分子。“剥落”或“脱层”意指各小片分离成没有层叠次序的无序结构。“插层的”意指至少部分经插层和/或剥落的层状材料。“有机粘土”意指经有机分子改性的粘土材料。

本发明的层状材料可包含要求包括长宽比相当高的片状层状材料的任何无机相。但是，按照本发明，长宽比高的其他形状也是有利的。本发明优选的层状材料包括层状硅酸盐，例如蒙脱石，特别是钠蒙脱石、镁蒙脱石和/或钙蒙脱石，绿脱石，贝得石，铬岭石，锂蒙脱石，皂石，锌蒙脱石，镁蒙脱石，富镁蒙脱石，svinfordite，蛭石、麦羟硅钠石，水羟硅钠石，滑石，云母，高岭石和它们的混合物。其他有用的层状材料包括伊利石，混合层状伊利石/绿土矿物，诸如伊利石(ledikite)和伊利石与上述粘土矿物的混合物。其他有用的层状材料，特别是可与阴离子基材聚合物一起使用的层状材料有层状的双氢氧化物(double hydroxide)或水滑石，诸如Mg6Al_3.4(OH)_18.8(CO₃)_1.7H₂O，它具有正电荷层和在层间的可交换阴离子。其他在层上基本或完全没有电荷的层状材料也可使用，条件是它们可插层膨胀剂以膨胀它们的层间空间。这种材料包括氯化物(如FeCl₃、FeOCl)、硫属元素化物(如TiS₂、MoS₂和MoS₃)、氰化物(如Ni(CN)₂)和氧化物(如H₂Si₂O₅、V₆O₁₃、HTiNbO₅、Cr_0.5V_0.5S₂、V₂O₅、掺Ag的V₂O₅、W_0.2V_2.8O₇、Cr₃O₈、MoO₃(OH)₂、VOPO₄-2H₂O、CaPO₄CH₃-H₂O、MnHAsO₄-H₂O、Ag₆Mo₁₀O₃₃)等。优选的层状材料是可膨胀材料，从而其他试剂(通常是有机离子或分子)可插层和/或剥落层状材料，导致所要求的无机相分散。这些可膨胀层状材料包括2∶1型层状硅酸盐，如在关于粘土的文献(参见例如H.van Olphen的“Anintroduction to clay colloid chemistry”，John Wiley & Sons Publishers)。优选离子交换容量为50-300毫当量/100克的层状硅酸盐。优选的本发明的层状材料包括绿土粘土诸如蒙脱石、绿脱石、贝得石、铬岭石、锂蒙脱石、皂石、锌蒙脱石、镁蒙脱石、富镁蒙脱石、svinfordite、多水高岭土、麦羟硅钠石、水羟硅钠石、蛭石和层状双氢氧化物或水滑石。最优选的绿土粘土包括蒙脱石、锂蒙脱石和水滑石，因为它们容易从商品渠道获得。

前述绿土粘土可以是天然矿物，也可以是合成矿物。这种区别可影响粒径和/或伴生杂质的量级。一般来说，合成粘土横向尺寸较小，所以具有较小的长宽比。但是，与天然粘土相比，合成粘土较纯且具有较窄的粒径分布，并且可能不需要进一步纯化或分离。对于本发明来说，绿土粘土颗粒应具有0.01-5微米的横向尺寸，优选0.05-2微米，更优选0.1-1微米。粘土颗粒垂直尺寸的厚度在0.5-10纳米间，优选1-5纳米。对本发明来说，粘土颗粒的最大和最小尺寸的比率，即长宽比应为10∶1到1000∶1之间。对颗粒尺寸和形状的前述限定用以确保纳米复合材料的一些性质的足够改善而不会在其他方面带来负面影响。例如，大的横向尺寸可能导致作为改善机械性质和阻隔性质的所需标准——长宽比的提高。但是，非常大的颗粒可能因为不想要的光散射引起光学缺陷，并且可能给加工、传送和精整设备以及其他部件造成磨损。

在本发明的光学部件中绿土的浓度可按需要而不同，但优选低于粘合剂重量的10％。相当大量的粘土会因为使其松脆而可能损害光学部件的物理性质，也难以加工。另一方面，粘土浓度太低可能不能获得所需的光学效果。优选将粘土浓度维持在1-10％之间，更优选维持在1.5-5％之间，以获得最佳效果。

绿土粘土材料通常需要用一种或多种插层剂作处理以提供间层膨胀性和/或与基体聚合物的相容性。在本发明的实施中，所得到的间层空间对于经插层的层状材料的性能非常重要。这里所用的术语“间层空间”意指发生分层(或剥落)前插入插层材料的层面间的距离。优选的插层剂包括有机和聚合材料，特别是公开于通过引用并入本文的提要(docket)82056、82857、82858和82859中公开的嵌段共聚物。这种插层剂的例子包括乙氧基化醇、聚醚聚酰胺嵌段共聚物、环氧乙烷-己内酯嵌段聚合物等。这些优选的插层剂可掺入到天然或合成粘土中。这些优选的插层剂也可混入到已经被有机分子改性的有机粘土中。

为了在基片平面内提供一些或全部导电或导光导管相连的导电片或导光片，优选端接两个或多个导管的含聚合物层的制品，所述聚合物层包含多个含传导材料的集成聚合物导管。优选端接导管，原因是可通过在光路或电路中使用连接有用的电部件或光部件的传导通道获得更大的电或光功效。优选导管的连接，因为所述连接出现在保护连接材料的基片本体(bulk)中，可辊对辊地制作图案，光和电效能可在设有双功能材料的同一基片上存在。

本发明的制品也可连同光漫射器一起使用，所述光漫射器的例子有本体漫射器(bulk diffuser)、透镜层、珠状层(beaded layer)、表面漫射器、全息漫射器、微结构漫射器、另一透镜阵列，或它们的各种组合。漫射器膜分散或漫射光，从而破坏可源于加入有序周期透镜阵列(ordered periodic lens array)的衍射图形。

本发明的制品可连同由透明聚合物制成的薄膜或基片一起使用。这种聚合物的例子有聚酯(如聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯和聚萘二甲酸乙二酯)、丙烯酸聚合物(诸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膜还可包括一种或多种光学涂层以改善通过一条或多条导管的透光率。也经常需要用抗反射(AR)涂料涂布漫射层来提高制品的效能。

本发明的制品可掺入例如添加剂或润滑剂如二氧化硅，在不损害光学特征的程度内来改善膜的表面光滑性，以随入射角而改变光散射性质。这种添加剂例如有有机溶剂如二甲苯、醇或酮、细颗粒的丙烯酸树脂、硅氧烷树脂或Δ金属氧化物或填充剂。

本发明的制品通常具有光学有向性。含热塑性导管的聚合物基片通常是展现出在拉伸方向具有一光轴得光学有向性的光学各向异性材料。光学有向性由膜厚d和双折射Δn(在膜平面中慢光轴方向和快光轴方向的折光指数之差)的积表示，即Δn×d(光程差(retardation))。在本发明的膜中取向方向与拉伸轴一致。在具有正特性双折射的热塑性聚合物情况下，拉伸轴在慢光轴方向，在具有负特性双折射的热塑性聚合物情况下，拉伸轴在快光轴方向。对Δn×d值的必要量级没有确定要求，因为该量级取决于膜的用途。

在本发明的制造方法中，优选的导管聚合物从缝形模熔融挤出。一般来说，优选使用T型模或衣架模(coat hanger die)。所述方法包括通过缝形模挤出聚合物或聚合物共混物并在具优选的导管几何形状的冷却流延鼓上急冷挤压出的片料，从而使透明基片的导管聚合物组分骤冷到其玻璃化凝固温度以下并保持所需的导管形状。

已经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阳母模(positive master)挤压辊。如下从母模挤压辊复制基片，将所需的熔融聚合物材料浇铸到挤压辊表面，将所需聚合物冷却到聚合物的Tg以下，从挤压辊脱模出含导管的聚合物基片。图案辊通过利用精密机械加工技术(如离子束铣削或钻石铣刀)将图案阴图刻在辊上。所需导管图案的阴图也可机制到薄金属片上然后包裹在辊上。本发明的导管也可通过热压花、紫外光固化聚合物、真空成形或注模来产生。

本发明可同任何液晶显示装置一起使用，其典型配置描述如下。液晶(LC)广泛被用于电子显示器。在这些显示系统中，LC层位于起偏器层和检偏器层之间，并且具有一个表示法向通过液晶层的水平扭转的导向偶极子。检偏器定向为其吸收轴垂直于起偏器的吸收轴。由起偏器偏振的入射光通过液晶单元，并受液晶分子的定向作用，这可通过加在液晶单元两端的电压来改变。通过利用该原理，可控制来自外部光源(包括环境光)的光的透射。获得这种控制所需的能量通常比用于其他显示器类型的发光材料如阴极射线管低得多。因此，LC技术有着各种用途，包括但不限于数字手表、计算器、便携式计算机、电子游戏机等，重量轻、能耗低和使用寿命长是其重要特性。

有源矩阵液晶显示器(LCD)使用薄膜晶体管(TFT)作为驱动各液晶像素的开关装置。这些LCD可无串扰地显示高分辩率的图像，因为各个液晶像素可被有选择地驱动。光学模式干涉(OMI)显示器是一种液晶显示器，其为“常白”，即光在关状态透过显示层。使用超扭曲向列液晶的LCD工作模式被粗分为双折射模式和光旋转模式。“膜-补偿超扭曲型向列”(FSTN)LCD是常黑方式，即在不施加电压时为关状态，光透射被抑制。OMI显示器据报道具有更快的响应时间和更宽的工作温度范围。

来自白炽灯泡或来自太阳的普通光是随机偏振的，就是说，它包括在所有可能方向上取向的波。起偏器是通过选择性去除入射光束的两个正交的偏振分量之一来将随机偏振(非偏振)光束转变成偏振光束的二向色性材料。线性起偏器是液晶显示(LCD)装置的关键部件。

有几种类型的拥有足够用于LCD装置的光学性能的高二向色比起偏器。这些起偏器由透射一种偏振分量并吸收与其相互正交的分量(这种作用被称为二向色性)的材料的薄片组成。最常用的塑料片起偏器由薄的单向拉伸聚乙烯醇(PVA)薄膜组成，所述薄膜以多多少少平行的方式将PVA聚合物链排列。将经所述排列的PVA熔合掺以碘分子或有色二向色性染料的组合物(参见例如EP0182632A2，Sumitomo Chemical Company，Limited)，它们被吸附到PVA并由PVA单轴定向，而形成具中灰色的高度各向异性的基质。为了给易碎的PVA膜以机械上的支承，然后在膜两侧用三乙酰基纤维素(TAC)的刚性层或类似支持物层合。

对于使用液晶技术的电子显示器来说，对比度、色再现和稳定的灰度是重要的质量特性。限制液晶显示器对比度的主要因素是光“漏”过处于暗或“黑”像素状态的液晶元件或液晶单元的倾向。此外，液晶显示器的漏光和相应的对比度也取决于观察显示屏的角度。一般来说最佳对比度只是在相对于显示器的法向入射角的中心附近的窄观看角内观察到，随着观看角增大，对比度快速下降。在彩色显示器中，漏光问题不仅降低对比度，而且引起色差或色移并伴以色再现的变差。除了黑态光泄漏外，在一般扭曲向列液晶显示器中观看角也因为液晶材料的光各向异性，窄的观看角问题被作为观看角函数的亮度-电压曲线的偏移而恶化。

本发明的制品用配有积分球(integrating sphere)的日立U4001UV/Vis/NIR分光光度计测量透射率。通过将样品置于光束口处测量总透射光谱，将具导管一面对着积分球。将经校准的99％漫反射标准物(NIST-可示踪)置于标准样品口。以同样方式测量漫透射光谱，但移除99％平铺光(tile)。将样品置于样品口，涂层侧对着积分球，测量漫反射光谱。为了排除样品背景的反射，在样品后没有放置任何东西。所有光谱均在350-800纳米间获得。因为列出的漫反射结果相对于99％平铺光，因此其值并非确定的，而需要通过99％平铺光的校准报告修正。

总透光百分率意指在所有角度透过样品的光的百分比。漫透光率被定义为排除偏离入射光角度2.5度角的通过样品的光的百分比。漫射光透射率是通过漫透射通过样品的光的百分比。漫反射率被定义为样品反射的光的百分比。在实施例中列出的百分比值在500nm处测得。由于样品的吸收或测量样品的轻微差异，这些值总计可不到100％。

本发明的实施方案不仅可提供改善的光漫射和透射，而且可提供降低了光散射倾向的厚度降低的扩散膜。

在本专利说明书中引用的专利和其他文献的全部内容均通过引用并入本文。

前面已具体参考某些优选的实施方案对本发明进行了详细说明，但应理解在本发明的宗旨和范围内可进行各种变形和修改。

                     实施例

在本实施例中，在100微米的聚碳酸酯基片中整体形成聚碳酸酯V形导管。被聚乙烯醇层隔开的两个聚噻吩透明导电层被施加到V形导管中形成透明传导片。本发明将验证含两个透明导电聚合物层的聚合物基片的导电性和透光性。

通过将熔融聚碳酸酯浇铸在含V形凹槽阴模图案的加热辊上制备V形导管。V-凹槽图案辊使用EDM线切割工具精密机械加工制得，V-凹槽图案的阴模刻入光滑的钢辊表面。

V-凹槽图案辊用于产生集成聚碳酸酯导管，通过从涂料衣架型缝形模将基本上含98.9％熔融指数68的CD级聚碳酸酯(BayerChemical)、1.5％的抗氧化剂和0.5％的脱模剂的聚碳酸酯聚合物挤铸在加热的V-凹槽图案辊(120℃)上，将聚碳酸酯冷却到其Tg以下温度并从加热辊剥离含V-凹槽形导管的聚碳酸酯片料。含V-凹槽的聚合物基片的厚度为100微米。V-凹槽10微米深，底部1微米宽，间距200微米。在与导管主方向垂直的方向计有20条导管。在沿30厘米长的导管上，所有20根导管均基本上等距。本发明的流延涂布光漫射片的结构如下：

形成的集成聚碳酸酯V-凹槽
	透明聚碳酸酯基材

在形成了含V凹槽形导管的聚碳酸酯基片后，将基片进行电晕放电处理并通过料斗涂布涂以传导涂料组合物。传导涂料组合物包括由Bayer Corporation提供的商品聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸盐)水分散体——Baytron P和包括表面活性剂的其他添加剂和有机极性溶剂。涂布后立即用无绒布小心擦拭聚碳酸酯片，只让凹槽保留涂料组合物，并让其干燥。然后在第一层的Baytron P涂上含水的聚乙烯醇透明涂料，小心擦拭聚碳酸酯片而从聚碳酸酯导管的最上表面除去聚乙烯醇。以与施加聚乙烯醇相同的方式施加第二层的Baytron P。在凹槽各层内的透明、导电的聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)聚(苯乙烯磺酸盐)的额定干覆盖率为0.33g/m²。透明聚乙烯醇的干覆盖率估计为1.47g/m²。

显示出由绝缘层隔开的导电聚合物交替层的本实施例基片的横截面如下所示：

Bayron P
	PVA
Bayron P
	聚碳酸酯基片

使用FLUKE 300型万用表以测量电阻率的双探头接触法测量传导导管的电阻率。测量各传导导管的电阻率，测定每20根传导导管的平均值和范围。测量最上层Baytron P的电阻率通过表面与测量探头接触来进行。测量最底层Baytron P的电阻率通过用精密刮刀在基片各端去除第一层Baytron P和PVA来测定。第一导电透明层的平均SER为790欧姆/平方，变动范围为91欧姆/平方。第二导电透明层的平均SER为823欧姆/平方，变动范围为84欧姆/平方米。PVA层的电阻率大于5,000欧姆/平方。

测定含传导透明V形导管的聚碳酸酯基片的百分透光率、百分漫射光透射率、百分镜面反射光透光率和百分漫反射率和电导率。

用配有积分球的日立U4001 UV/Vis/NIR分光光度计测定传导片。将样品置于光束口，使带有复合透镜的前表面对着积分球，测定总透射光谱。将经校准的99％漫反射标准物(NIST-可示踪)置于标准样品口。以同样方式测量漫透射光谱，但移除99％平铺光。将样品置于样品口，以涂层侧对着积分球，测量漫反射光谱。为了排除样品背景的反射，在样品后未放置任何东西。所有光谱均在350-800纳米间获得。因为列出的漫反射结果相对于99％平铺光，因此其值并非确定值，而需要经该99％平铺光的校准报告修正。

百分总光透射率意指在所有角度透过样品的光的百分比。漫透光率被定义为排除偏离入射光角度2度的通过样品的光的百分比。漫射光透射率是以漫透射通过样品的光的百分比。漫反射率被定义为由样品反射的光的百分比。在这些实施例中列出的百分比在500nm处测得。由于样品的吸收或测量样品的轻微差异，这些值总计可不到100％。总透光率为87.7％，漫透射率为10.8％，镜面透射比为80.5％，漫反射率为8.1％。

以上的数据清楚地表明本发明的电学和光学功效。具有约800欧姆/平方电阻率的施加于V形导管的传导材料提供了优异的导电性，同时提供了87.7％的优异透光率。这让本发明材料特别可用于既要求导电性又要求透明性的电学应用，例如用于含智能芯片的装置或安全卡的薄膜开关上。因为聚碳酸酯中缺乏结晶性，所述聚碳酸酯基片和导管高度透光。同时导管的V形凹槽几何形状会将透射光从加到通道中的各层以波导方式传输出去。

此外，本发明的导管设有对易受损伤的传导聚合物的保护，通过显著降低由划痕或刮擦带来的导电线路图案的破坏，改善了传导通道的可靠性。另外，导管的几何形状也允许加入保护层，进一步保护易受损伤的传导材料不受来自摩擦或湿气的影响。

因为在第一和第二导电Baytron P层间加入绝缘的PVA层，两个导电层不会短路，并且让两个导电层占据基本上相同的空间。其中一个导电层可用于通过电流，而第二个导电层可用于电信号。

施加于精密挠性导管的挠性传导材料具体可用于要求轻量耐用的部件的电子设备，如移动电话和液晶显示器。所述传导导管可用于连接电子部件如电阻器或IC芯片。此外，因为可改变导管中多个层的折光指数，本发明也可进行光的波导，而可让被照射的薄膜开关利用诸如LED光、激光源或CCFL光源等的周边光源。

                     部件清单

2.基片

4.透明导电层

6.透明电绝缘层

8.透明导电层

10.多层透明传导导管

Claims (36)

1.一种制品，所述制品包含含多个集成聚合物导管通道的聚合物层，所述导管通道包含至少两层，其中至少一层包含传导材料，另一层用作除保护以外的功能。

2.权利要求1的制品，所述制品包含两个或多个不同的传导层。

3.权利要求1的制品，其中所述两个或多个传导层被电导率大于5,000欧姆/厘米的绝缘层分隔。

4.权利要求1的制品，其中所述两个或多个层的电导率之差大于200欧姆/厘米。

5.权利要求1的制品，其中所述两个或多个层的折光指数之差至少为0.10。

6.权利要求1的制品，其中所述两个或多个层被粘合层分隔。

7.权利要求1的制品，其中所述两个或多个层包含介电材料。

8.权利要求1的制品，其中所述两个或多个层包含电梯度。

9.权利要求1的制品，其中所述两个或多个层被扩散膜分隔。

10.权利要求1的制品，其中所述通道还包含保护层。

11.权利要求1的制品，其中所述制品还包含与所述两个或多个层相邻的取向聚合物基片。

12.权利要求1的制品，其中所述两个或多个层的至少一层包含有色染料。

13.权利要求1的制品，其中所述传导材料包括基本透明的传导聚合物材料。

14.权利要求13的制品，其中所述传导聚合物包括导电聚合物。

15.权利要求13的制品，其中所述导电聚合物材料选自含取代或未取代苯胺的聚合物、含取代或未取代吡咯的聚合物、含取代或未取代噻吩的聚合物。

16.权利要求13的制品，其中所述导电聚合物选自聚(3，4-亚乙二氧基噻吩苯乙烯磺酸盐)、聚(吡咯苯乙烯磺酸盐)和聚(3，4-亚乙二氧基吡咯苯乙烯磺酸盐)。

17.权利要求1的制品，其中所述传导材料包括明胶粘合剂和金属盐。

18.权利要求1的制品，其中所述传导材料的所述电阻率低于600欧姆·米。

19.权利要求1的制品，其中所述传导材料的所述电阻率为0.1-300欧姆·米。

20.权利要求1的制品，其中所述传导材料在所述导管平面内波导可见光。

21.权利要求1的制品，其中所述制品的透光率大于80％。

22.权利要求1的制品，其中所述导管的深度为0.1-100微米。

23.权利要求1的制品，其中所述导管的深度为0.1-10微米。

24.权利要求1的制品，其中所述导管的间距为10-1000微米。

25.权利要求1的制品，其中所述导管的间距为50-250微米。

26.权利要求1的制品，其中所述聚合物基片的厚度为20-120微米。

27.权利要求1的制品，其中所述多个导管在至少一个相交点上相交。

28.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度的变向。

29.权利要求1的制品，其中所述导管包括纳米复合材料层状颗粒。

30.权利要求29的制品，其中所述层状颗粒包含绿土粘土。

31.权利要求30的制品，其中所述绿土粘土包含选自乙氧基化醇、聚醚-聚酰胺嵌段共聚物和环氧乙烷-己内酯嵌段共聚物的插层剂。

32.权利要求1的制品，其中所述聚合物层还包括不连续的聚合物部件。

33.权利要求1的制品，所述制品还包含与所述导管相邻的图像层。

34.一种用于形成权利要求1的制品的方法，所述方法包括形成具有所需导管图案的聚合物层，然后在所述所需导管内嵌入两个或多个层而形成权利要求1的制品。

35.权利要求34的方法，其中在所述两个嵌入层之间存在光滑层。

36.一种透射显示器，所述显示器包含权利要求1的制品。