JP2010541285A - ウィンドウにｅｍｉ遮蔽を与えるためのナノ・インク - Google Patents

Abstract

電子装置用のＥＭＩ遮蔽ディスプレイ・ウィンドウが、ウィンドウの少なくとも１つの表面に光学的に透明な遮蔽層を付着することによって作成される。この遮蔽層は、１０ミクロン以下の厚さでウィンドウに付着される導電性ナノ粒子を含む被膜又はインクである。この被膜は、性能を改良するために、任意選択で銅、銀又はニッケルの層でメッキすることができる。

Description

本願は、２００７年１０月２日出願の米国仮特許出願第６０／９７６，９０５号の利益を主張し、その開示が参照により本明細書に組み込まれる。

本発明は、電磁干渉（ＥＭＩ）又は電波干渉（ＲＦＩ）の遮蔽被膜及び遮蔽インク用の導電性充填剤として使用されるナノ粒子に関する。本発明の光学的に透明な被膜及びインクは、コンピュータ・モニタ用の画面又はディスプレイ・パネルなどの電子装置のウィンドウの内部又は内側表面に付着される。

当技術分野で知られているように、ＥＭＩエネルギーは、電子回路の性能に悪影響を与える放射又は伝導エネルギーである。ＥＭＩ及び／又はＲＦＩは、遮蔽された筐体の使用及び適切な遮蔽材料の使用によって除去又は低減することができる。

テレビ、ラジオ、コンピュータ、医療器具、事務機器、通信機器などの電子機器の動作には、一般に、電子システムの電子回路内の無線周波数放射及び／又は電磁放射の発生が伴う。コンピュータ及び自動車用の電子モジュールなどの市販の電子筐体における動作周波数の増大により、高周波電磁干渉（ＥＭＩ）の程度が高くなる。携帯電話ハンドセットなどの手持ち式電子装置のサイズの縮小によってこの問題は悪化した。このような放射が適切に遮蔽されない場合、無関係な機器に対して多大な干渉を引き起こし得る。したがって、電子システム内の無線周波数放射及び電磁放射のすべての発生源を効果的に遮蔽し、接地することが必要である。

典型的ＥＭＩ防護装置は、導電性被膜、ＥＭＩ遮蔽ガスケット、導電性フィルム、並びに金属織物、スクリーン及びメッシュを含む。これらの装置は、電子機器に出入する望ましくないＥＭＩエネルギーの伝播を遮断するように配置される。細いワイヤメッシュ及び導電性透明フィルムを含むウィンドウが、一般に、電子装置用のディスプレイを含むディスプレイ・パネルを遮蔽するために使用されてきた。このような装置は、米国特許第４，９１０，０９０号及び第５，４８９，４８９号、並びに欧州第８１０４５２号に記載されており、これらのそれぞれの開示の全体が、参照により本明細書に組み込まれる。

ＰＥＴなどのポリマー、並びにＩＴＯ（インジウム酸化スズ）、銀及び導電性酸化物などの導電性粒子を利用するＥＭＩ遮蔽透明フィルムは、様々な供給者から市販されている。この種の市販のフィルムの一例は、Ｐａｒｋｅｒ Ｈａｎｎｉｆｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｃｈｏｍｅｒｉｃｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ）によって販売されているＡｇＦ８フィルムである。ＡｇＦ８は、光学的透明性及び高い電気伝導率を有する多層導電性の銀酸化物ベースのポリエステル・フィルムである。一般に、厚さが１７５ミクロン程度のこれらのフィルムは、電子ディスプレイ及びメンブレン・スイッチ・パネルなどの電子機器をＥＭＩ／ＲＦＩ放射から遮蔽するために使用される。

現在市場に出ている多くのフィルム製品の好ましい遮蔽特性にもかかわらず、これらの製品は、一般に、取り付けられた場合、取り扱うにはあまりに脆弱であり、耐久性に欠けることが実証されている。フィルムは時間とともに汚染され、遮蔽有効性が弱まる傾向を有する。その上、ウィンドウ用の現在の遮蔽技術では、ユーザは、光学性能か遮蔽有効性かのいずれかを選ばざるを得ないことがしばしばである。

静電気消散及びＥＭＩ遮蔽のための電気伝導性インクの使用もまた、様々な用途に対して試みられてきた。

米国特許第５，１３７，５４２号には、静電消散のために反復又は非反復パターンで、その裏面及び／又はおもて面に導電性インクが印刷された研磨物が記載されている。導電性インクは、溶剤、樹脂又はポリマー及び電気伝導性色素を含む液体分散として記載されている。このインクは、約４ミクロン未満の最終的な厚さに硬化させることができる。

米国特許第６，５３７，４５９号は、定められたパターンで、基板に付着される変形可能な、電気伝導性インクを対象とする。この参考文献の電気伝導性インクは、有機溶剤中に金属（銅、ニッケル、銀など）又は炭素粒子及び好適な樹脂を分散したものである。導電性粒子は、約１ミクロンと０．１ミクロンとの間の寸法を有するプレート又はフレーク様の形状である。このインクは、あるパターンの形状で成型部分に付着することができ、このパターンは、乾燥したときに、電気伝導率を保持しながら引き延し又は変形させることができる。この特性は、ＥＭＩ遮蔽の用途に対する適性をもたらすと言われている。

当技術分野で知られる既存の製品及び提案された解決法があるにもかかわらず、光学的透明性であり、電子機器に使用されるウィンドウを付着するのに適した、改良されたＥＭＩ遮蔽被膜が求められていることがわかっている。改良された被膜ウィンドウは、先に指摘した欠点なしに、少なくとも既存製品に相当する遮蔽有効性を提供することが可能であるべきである。

本発明は、電子装置及びディスプレイに使用する、ＥＭＩ遮蔽ウィンドウを提供する。この遮蔽ウィンドウは、導電性又はＥＭＩ吸収性ナノ粒子を含むポリマー被膜又はインクを含む透明遮蔽層の被膜をその上に有するプラスチック又はガラスの基板を備える。任意選択で、更なる遮蔽保護のために導電性被膜上に金属層をメッキすることができる。本発明の導電性被膜は、ウィンドウの内部又は内側表面、即ち、電子筐体の内部に面するウィンドウの表面に付着することができ、或いは被膜は、隣接するプラスチック又はガラスの層を挟むことによって形成される中間表面に付着することができる。

ウィンドウは、一般に、ガラス又はプラスチックの材料から形成される。ここで、プラスチックは、アクリル、ポリウレタン、エポキシ、シリコーン及び共重合体並びにそれらの混合物であってよい。ウィンドウは、電子構成要素の筐体の一部とすることができ、情報及びデータ、ビデオ又はグラフィック向けの視覚ディスプレイとして機能する。ウィンドウは、ガラス又はプラスチックの隣接パネルを一緒に挟むことによって形成される複合構造とすることができる。

本発明のナノ粒子は、ＥＭＩ導電性且つ吸収性の材料から調製されることが好ましい。但し、当該材料は、被膜ウィンドウに関して光学的明瞭性（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｌａｒｉｔｙ）及び遮蔽特性を共に有するものとする。これらの材料は、例示として、銀、金、モネル、銅、鋼、ニッケル、スズ、ＩＴＯ、及びそれらの組合せを含む。ナノ粒子は、様々な形状及びサイズであってよい。但し、当該粒子の最大の寸法は約１００ｎｍ未満であり、約２０ｎｍ未満が好ましい。

ナノ粒子は、被膜又はインクを形成するために適切なポリマー及び溶剤に組み入れられる。ポリマーは、アクリル、ポリウレタン、エポキシ、シリコーン、共重合体及びそれらの混合物、ポリ酢酸ビニル、天然ゴム及び樹脂などの被膜の調製に適したいくつかの材料のいずれであってもよい。インクは、水性媒質を使用することによって調製することができる。ウィンドウに付着される被膜又はインク中に存在するナノ粒子の量は、一般に、無水ベースで約２０〜約８０重量％である。

被膜又はインクは、ウィンドウの表面、好ましくはウィンドウの外側表面に付着され、透明遮蔽層を形成する。ウィンドウに付着される被膜又はインクの厚さは、所望される透明性及び遮蔽の程度に依存する。一般に、被膜又はインクの層は、有利には約１０ミクロン未満の厚さを有する。被膜がより厚いと、一般に遮蔽性は増すが、透明性が下がる代償を伴う。

ウィンドウに付着される被膜又はインクの硬化又は乾燥は、ポリマーの硬化条件及び使用される溶剤の種類、即ち、例えば有機性又は水性に依存する。硬化は、一般に高温、即ち５０℃以上で行われるが、一部の用途では室温硬化（蒸発）を用いることができる。

本発明によるＥＭＩ遮蔽を提供するパターン付きの導電性インクで被膜されたウィンドウの斜視図である。 図１のウィンドウの断面図である。 図１のウィンドウの代替実施例である。 本発明による遮蔽ウィンドウを組み込んだコンピュータ・モニタの斜視図である。

本発明は、ＥＭＩ遮蔽特性及び光学的明瞭性を有する電子ディスプレイ用のウィンドウを対象とする。本発明のウィンドウは、導電性ナノ粒子を含む被膜又はインク層で被膜される。本発明のナノ粒子は、光学的透明性及びＥＭＩ遮蔽特性に基づいて選択される。

ＥＭＩ／ＲＦＩ遮蔽有効性及び光学的明瞭性は、ウィンドウ基板に、導電性ナノ粒子を含むポリマー又はインクを付着することによってもたらされる。ウィンドウは、電子筐体に面する側に被膜され、被膜層は、任意選択で２つの基板の間に挟まれる。この手法は、その光学的性能の点に関してウィンドウの機能を損なうことなく有効な遮蔽解決法を提供する。被膜又はインク中の導電性ナノ粒子を用いることにより、極めて薄い被膜を使用することが可能になり、この薄い被膜は、実質的により厚さがある従来の被膜、及びウィンドウを被覆するように設計された取り付け可能なＥＭＩ遮蔽スクリーン部材と比較して、少なくとも同等の遮蔽性能特性を有することが判明した。例えば、本発明による約１０ミクロンの被膜は、遮蔽有効性の点に関して、１桁大きい厚さを必要とする従来の被膜と同等であり、一方でより優れた光学性能、即ち光学的明瞭性及び透明性も有することが判明した。

任意選択で、被膜されたウィンドウは、例えば、電解メッキ又は無電解メッキ技術を使用して金属層でメッキすることができる。メッキ層は被膜に固着し、ウィンドウに更なる遮蔽保護をもたらす。メッキする金属は、例えば、銅、銀又はニッケルとすることが可能で、メッキ層は、有利には厚さ１０ミクロン未満とすることができる。メッキ層は、被膜に付着された後に、硫化物浴を使用して「黒変」させることができる。「黒変」は、望ましくない光の反射を防止し、ウィンドウの全体的な光学的及び視覚的効果を高める。

遮蔽ウィンドウの性能は、その電気的及び光学的性能の双方の点に関して測定することができる。光学的性能は、ウィンドウの光学的透明性で表して定義することができる。したがって、本発明の文脈において、「透明な」又は「透明性」が意味するのは、被膜されたウィンドウが、ウィンドウの法線軸に沿って測定して、元の入射光線の少なくとも約２０％の可視スペクトル中の光量を透過させることである。

遮蔽されない基板は、ガラス要素又は着色することも透明とすることもできるプラスチック要素である。ウィンドウから約０．５〜１メートルの距離で肉眼で検出して、目にみえて目立つ歪み、曇り、又は瑕疵がない場合に、ウィンドウは「透明」である。ウィンドウが、実質的に平面でも非平面でもよいとは、ウィンドウの表面が、湾曲（凸状、凹状、若しくはその組合せ）していても実質的に平坦であってもよいことを意味する。

遮蔽ウィンドウの電気的性能は、オーム／平方単位で表面抵抗率により測定することができる。低い抵抗率は、表面伝導率が高いことを意味するので望ましい。ＥＭＩ遮蔽性能は、２０ＭＨｚから１８ＧＨｚに及ぶ周波数の範囲にわたってデシベルで測定されるが、この範囲にわたって一定のデシベル・レベルが好ましい。ほとんどの用途に対して、約１０ＭＨｚから１０ＧＨｚの周波数範囲にわたって、ＥＭＩ遮蔽有効性が、少なくとも約１０ｄＢ、通常は少なくとも約２０ｄＢ、好ましくは少なくとも約６０ｄＢ以上であることが特に望ましいものと見なされる。

導電性被膜又はインク層が、ウィンドウの表面の全部又は一部に付着され、特定の用途向けに所望されるＥＭＩ遮蔽効果及び光学的効果を達成する。適切な付着技術が、当技術分野で知られており、一例として、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、リソグラフィ印刷、パッド印刷、転写コーティング及びスプレー・ペインティングなど任意の数のコーティング、印刷及びスプレー技法を含む。本発明の被膜は、有利には、約１０ミクロン未満の厚さで、選択されたパターンで付着される。適切な印刷パターンは、一例として、ライン幅が約３０ミクロン〜約１００ミクロンで、ライン間スペースが約３００ミクロン〜約９００ミクロンの正方形の格子パターンである。

導電性被膜又はインクは、ポリマー及び導電性ナノ粒子を含む。被膜の厚さ及びナノ粒子の充填量が性能を規定する。この性能は、導電性被膜の充填量にも依存し、より高い充填量及びより厚い被膜は優れた遮蔽性能をもたらすが、光学的透明性が下がる代償を伴う。一般に、被膜の充填剤割合は、全容積又は全重量基準で、場合により、約１０〜８０体積％又は５０〜９０重量％の間に通常あるが、ＥＭＩ吸収性又は「減衰性」充填剤を用いることによって、より低い伝導率レベルで、同等のＥＭＩ遮蔽有効性を達成できることが知られている。

本明細書で使用されるように、用語「ナノ粒子」又は「導電性ナノ粒子」は、少なくとも１つの寸法が約１００ナノ・メートル（ｎｍ）未満であり、好ましくはすべての寸法が約１００ｎｍ未満であり、最も好ましくは、少なくとも１つの寸法又はすべての寸法が約２０ｎｍ未満である規則的又は不規則的形状の導電性粒子を定義するものである。代表的なナノ粒子形状には、球、回転楕円体、針状、フレーク状、血小板状、繊維状、管状などが含まれる。

本発明の導電性ナノ粒子は、導電性又はＥＭＩ吸収性の材料から作製することができる。動作可能な導電性材料には、銀、金、モネル、銅、鋼、ニッケル、スズ及びＩＴＯ（インジウム／酸化スズ）、又はその任意の組合せが含まれる。銀は好ましい材料である。動作可能なＥＭＩ吸収性材料は、とりわけフェライトを含む。

ナノ粒子は、既知の配合技術を使用してポリマー結合剤で混合される。ナノ粒子は、液体状態のポリマー中に懸濁又はコロイド状混合物を形成する。被膜又はインクがウィンドウ基板に付着され、硬化して強固な被膜を形成したとき、粒子は、ウィンドウの表面上に導電性の経路又は回路を形成し、これにより、望ましい遮蔽効果をもたらす。

本明細書で使用されるように、用語「インク」又は「導電性インク」は、少なくとも以下の構成要素、即ちポリマー、導電性の充填剤及び溶剤、好ましくは水性溶剤を有する液体媒質を指す。このインクは、潤滑油、可溶化剤、界面活性剤、懸濁剤、染料又は色素、帯電防止剤、耐摩耗性添加剤、反射防止添加剤などの他の構成要素も含むことができる。インクに言及する場合、用語「ポリマー」、「樹脂」及び「結合剤」は、本明細書において頻繁に区別なく使用される。しかし、インクの重要な特徴は、一般に、インクは水性媒質中で配合され、表面に容易に付着して、印刷された表面に所望のＥＭＩ／ＲＦＩ遮蔽特性を与えることができることである。付着後、溶剤は除去され、即ち加熱又は室温での蒸発によって除去され、弾性基板上に安定した導電性パターンを残す。水は、一般に、インク向けの溶剤選択肢として使用されるが、酢酸ブチル及びグリコールエステルなどの他の溶剤も使用することができる。本発明の目的に適する導電性インクは、ＰＦ１２００の名称でＰＣｈｅｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓによって製造、販売される。

ウィンドウへの付着後、被膜又はインクの硬化を、室温（蒸発）、熱硬化、紫外線（ＵＶ）放射硬化、化学的硬化、電子ビーム（ＥＢ）、又は嫌気性硬化など他の硬化機構などの従来技術を使用して行うことができる。

次に図１を参照すると、遮蔽ウィンドウ１が斜視図で示されている。遮蔽ウィンドウは、その上に印刷されたパターン付きの導電性インク被膜３を有する透明基板２を含む。形成されたパターンは、基板に被膜を付着する印刷プロセスの結果である。ウィンドウ２は、（透明若しくは着色された）プラスチック、又はガラスの材料から形成される。任意選択のメッキ層４が、被膜層３上に付着されたものが示されている。

図２は、図１の遮蔽ウィンドウ１の断面図である。図２に示すように、ＥＭＩ遮蔽インク被膜３が、基板部材２の内部表面に付着される。インク層３は、一般に、厚さが約１０ミクロン未満である。メッキ層４が被膜層３に付着される。

図３は、ウィンドウ１の代替実施例である。ウィンドウ１０は、透明な基板１１に導電性インク層１３を付着することによって組み立てられる。任意選択で、メッキ層１４が、インク層１３上に堆積され、第２の透明な基板１５が、インク／メッキ層上に付着され、他の基板１１とサンドイッチを形成する。

図４は、電子機器２０の典型的な１台を示し、この場合、コンピュータＣＲＴコンソール１８は、本発明による遮蔽ウィンドウ１を組み込んでいる。コンピュータ・コンソール１８はウィンドウ１を有し、これは視聴者が見るのに光学的に透明な、例えば、情報又はデータのビデオ・ディスプレイ又はグラフィック・ディスプレイである。

本明細書に使用される用語「ウィンドウ」は、電子装置又は通信装置用のディスプレイ・パネルを示すものである。代表的な装置は、計器、ディスプレイ（例えば、プラズマ・ディスプレイ）、画像形成機器（例えば、磁気共鳴画像機器）、コンピュータ機器、モニタ、通信機器（例えば、携帯電話）、医療装置などを含む。ウィンドウ基板は、ガラス又は（焼き入れ（ｔｅｍｐｅｒｅｄ）、絶縁、積層、焼鈍、若しくは熱強化された）他のグレージング材料、及びプラスチック（例えば、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルなど）を含む様々な材料から形成することができるが、これらに限定されるものではない。

以下の実施例は、本明細書に記載された本発明の実用的且つ独特な特徴を示す。これらの実施例は、いかなる限定的な意味にも解釈すべきではないことを理解されたい。

導電性ナノ粒子インクの配合は、ＰＣｈｅｍ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓから入手された。名称ＰＦ１２００のインクは、約１５ｍｍの公称粒径を有する球状の銀のナノ粒子を含む水性配合物である。

ウィンドウは、ライン幅が約３０ミクロン〜約１００ミクロンの範囲で、ライン間スペースが約３００ミクロン〜約９００ミクロンの範囲の正方形の格子印刷パターンのインクで被膜された。遮蔽結果が、基準と比較され、測定され、表１に示されている。

他の様々な実施例が可能であり、本発明の趣旨及び範囲並びに添付の特許請求の範囲内である。上述の実施例は、説明の目的のためだけであり、いかなる形でも本発明を限定するものではない。本発明は、すべての均等な実施例を包含し、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。本明細書に載せられたすべての特許の関連開示は、その全体が参照によって組み込まれる。

Claims (14)

1. 外側表面及び内側表面を有する、ガラス又はプラスチックの材料の層から形成されるウィンドウ基板と、
   前記ウィンドウ基板の内部又は中間表面に付着され、電気伝導性及び／又はＥＭＩ吸収性のナノ粒子の充填剤を含む光学的に透明な遮蔽層と
   を備えたＥＭＩ遮蔽ウィンドウ。
2. 前記ウィンドウ基板のプラスチック材料が、ポリカーボネート又はポリメタクリル酸メチルである、請求項１に記載のＥＭＩ遮蔽ウィンドウ。
3. 金属層が、前記遮蔽層上にメッキされ、前記金属が、銅、銀及びニッケルからなる群から選択された、請求項１に記載のＥＭＩ遮蔽ウィンドウ。
4. 前記メッキ層が、硫化物浴で処理される、請求項３に記載のＥＭＩ遮蔽ウィンドウ。
5. 前記ウィンドウが、ＣＲＴディスプレイ、フラット・パネル・モニタ、携帯電話及びコンピュータ・モニタからなる群から選択される電子装置に組み込まれた、請求項１に記載のＥＭＩ遮蔽ウィンドウ。
6. 前記遮蔽層が、１０ミクロン以下の厚さを有する、請求項１に記載のＥＭＩ遮蔽ウィンドウ。
7. 前記遮蔽層が、ナノ粒子充填剤と結合剤との混合剤を含む、請求項１に記載のＥＭＩ遮蔽ウィンドウ。
8. 前記結合剤が、樹脂又はエラストマーなどのポリマー材料を含む、請求項７に記載のＥＭＩ遮蔽ウィンドウ。
9. 前記ポリマー材料が、アクリル、ポリウレタン、エポキシ、シリコーン、共重合体及びそれらの混合物からなる群から選択された、請求項８に記載のＥＭＩ遮蔽ウィンドウ。
10. 前記遮蔽層が導電性インクである、請求項１に記載のＥＭＩ遮蔽ウィンドウ。
11. 前記導電性インクが、水性媒質中に導電性ナノ粒子を含む、請求項１０に記載のＥＭＩ遮蔽層。
12. 約１００ナノ・メートル未満の最大寸法を有する、請求項１に記載のナノ粒子。
13. 約２０ナノ・メートル未満の最大寸法を有する、請求項１２に記載のナノ粒子。
14. 銀、金、モネル、銅、鋼、ニッケル、スズ、ＩＴＯ及びそれらの組合せからなる群から選択された、請求項１に記載のナノ粒子。

Images