JP5881676B2 - ディスプレイ用の電子物品、及びその製造方法 - Google Patents
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Description
「隣接した」とは、間に3つ以下の層が挟まれた互いに近接した層のことを指す。
「結合剤」とは、連続的又は非連続的であり、架橋されているか又は架橋されていない、間隙及び/又は気体を含みうる、ポリマー材料の網目構造のことを指す。
「セラミック」とは、非金属鉱物に熱を加えることによって製造される、硬質かつ脆性の材料のことを指す。
「電気活性層」とは、近くの電場と直接的接触又は電界効果によって相互作用することが可能な1乃至複数の材料の層のことを指す。
「導電性」とは、約10−6〜1ω・cmの抵抗率を有する材料のことを指す。
「〜と電気的に導通している」とは、第1の材料が、第2の電場を発生する材料の電場内にあることにより、第2の材料によって発生させられたエネルギーが、第1の材料に直接、又は電荷効果によって伝達されることを指す。
「充填剤」とは、中空又は中実であってよい、コーティングされているか又はされていない粒子であって、ガラス若しくはセラミックスなどの無機材料又はポリマーなどの有機材料で形成することができる、球、長球、繊維、及び/又は薄片などの様々な形状であってよい粒子のことを指す。
「積層」又は「積層する」とは、2つの層を加えられた力によって合わせることを指し、積層後の2つの層は互いに直接接触又は互いに隣接する。
「実質的に中空」とは、いくらかの空間又は気体を含むことを意味する。
「非導電性」とは、導電性ではない材料のことを指す。
「長球」とは、球に似ているが、完全には丸くない粒子のことを指す。
アクリル感圧性接着剤前駆体に使用される多官能性アクリレートモノマーは、約0.05〜約1重量部の前駆体を含みうる。
実施例において高誘電率充填剤として使用されるコーティングされた粒子は、最初に高導電性金属層でコーティングし、外側を導電層でコーティングしたグラスバブルズ/繊維/セラミックマイクロスフェアである。これらのコーティングを、それぞれの金属の物理的蒸着によって調製した。金属粒子及び炭素粒子などの他の充填剤を、物理的蒸着によって酸化アルミニウムなどの電気絶縁外層でコーティングすることによって、高誘電率充填剤を得た。
コーティングされた粒子の体積電気抵抗率を、社内製の試験セルを使用して測定した。試験セルは、断面積が1.0cm2の円筒状の空洞を有するDERLINブロックからなるものを用いた。空洞の底を真鍮電極で覆った。他方の電極は、断面積が1.0cm2の真鍮円筒体とし、これを空洞内に嵌め込んだ。試験するコーティングされた粒子を、底部電極から1.0cmの高さにまで空洞内に満たした。次に、真鍮円筒体を挿入し、粉末に作用する全体の圧力が18psi(124kPa)となるように真鍮円筒体の上に重りを載せた。電極をデジタルマルチメータに接続して抵抗を測定した。この構成によれば、測定される抵抗は粒子の体積抵抗率に相当することになる。
コーティングされた粒子を、160℃の温度に維持したBrabenderバッチミキサー中でポリマー溶融物(ポリエチレン、ENGAGE 8200、ダウ社(Dow))に加えた。2種類の材料を、約15〜20分間、65rpmでブレードを回転させることによって互いに混合することによって、複合材料を形成した。溶融した複合材料を、最初に2枚のポリエステルライナーの間に置いて3層のサンドウィッチ構造とすることによって、複合材料の平板なフィルムを形成した。次に、このサンドウィッチ構造を2枚のアルミニウムプレートの間に置いた。次にこのアセンブリ全体を、加熱したCarver labプレス(モデル2518、フレッド・エス・カーバー社(Fred S.Carver Co.)(インディアナ州ワバシュ))に挿入し、1000psi(6900kPa)の圧力及び150℃の温度で平板なフィルムに成形した。アルミニウムプレート間にシムを挿入して各試料の厚さを調節した。複合材料の各フィルムは、直径約18cm及び厚さ1.0〜1.5mmであった。
2液型DEVCON 5 Minuteエポキシ(デブコン社(Devcon)、マサチューセッツ州ダンバース)を使用して、エポキシ複合材料を調製した。既知の重量のコーティングされた粒子と2液型エポキシとを、プラスチックビーカー中でスパチュラでよく混合した。2分後、アルミニウムプレート上に置かれた剥離ライナー上に混合物を注いだ。この混合物及びアルミニウムプレートの上に別の剥離ライナーを置いた。シムを挿入して所望の厚さとした。次にこのサンドウィッチアセンブリを、室温に維持したCarver labプレスに挿入した。5000psi(35MPa)の圧力を加え、最低で1時間維持した。
各複合材料の誘電特性を、1kHz以下の低周波数でLCRメーター(モデル72−960、テンマ社(TENMA)、オハイオ州センタービル)を用いて、室温(23℃)で測定した。底部電極は、直径10cmのアルミニウムプレートとした。上部電極は、直径4cmのアルミニウムプレートとした。プレートの厚さは1.4cmであった。底部電極をLCRメーターのマイナス端子に接続し、上部電極をプラス端子に接続した。平板な各複合材料試料を電極間に置いた。18psi(124kPa)の力に相当する重りを上部電極の上に載せて、各電極と試料表面とを密着させた。測定された静電容量(ピコファラデー(pF))を用い、下式を用いて複合材料の誘電率(k)を計算した。
K=C×d/e0×A
式中、Cは、静電容量をpFで測定した値であり、dは、スラブの厚さをmで測定した値であり、Aは、上部電極の断面積=50cm2=5×10−3m2であり、e0=8.85×10−12F/mである。
市販の高誘電率(k)充填剤を比較例において使用した。BaTiO3は、約1200の極めて高い誘電率を示す。BaTiO3は、フェロ社(Ferro Corporation)(オハイオ州クリーブランド)より購入した。638.46gのスリー・エム社(3M)製SCOTCHLITE S60グラスバブルズを粒子攪拌器に装填し、スパッター蒸着によってグラスバブルズをアルミニウムでコーティングした。標的には3kWの出力を加えて、コーティングを24時間行った。チャンバを空気でベントし、試料の小部分(10cm3)を取り出して粉末抵抗率を測定した。3.5ω・cmの抵抗率が得られた。チャンバを通じた3.0sccmの流れを用い、部分酸素雰囲気下でアルミニウムの反応性スパッター蒸着によって外側絶縁層を塗布した。3kWの出力を8時間加えて、絶縁層を形成した。チャンバをベントし、粒子を取り出した。測定された粉末抵抗率は30メガオーム/cmであった。
異なるサイズのスリー・エム社(3M)製グラスバブルズ上に金属及び金属酸化物コーティングを物理的蒸着することによって、以下の充填剤を調製した。各複合材料はポリエチレン基質中で調製し、誘電率の値を下記表2に示した。
RCF 600ガラス薄片を、エヌ・ジー・エフ・カナダ社(NGF Canada)より購入した。ガラス薄片にタングステンをコーティングした後、酸化アルミニウム絶縁層をコーティングして高誘電率充填剤を調製した。409.64gのRCF−600ガラス薄片を粒子攪拌器に装填し、タングステン金属ターゲットを使用して最初にタングステンでコーティングした。3.00kWの陰極出力を9時間加えた。コーティングの後、上記の粉末抵抗率装置を使用して、充填剤の抵抗率を確認した。抵抗率を測定したところ1.0ω・cmであった。アルミニウムスパッター標的を使用して、外側絶縁AlOx層を蒸着した。スパッターチャンバ内において部分酸素雰囲気下で、2.00kWの陰極出力を7時間加えた。5.0sccmの酸素流をアルゴンとともにチャンバに導入した。スパッタープロセスの圧力は、10mtorr(1.33Pa)に維持した。充填剤は、Mω・cm(メガオーム・センチメートル)の範囲の粉末抵抗率を示した。各複合材料はポリエチレン中で調製し、誘電率の値を下記表3に示した。
AlOx絶縁層を、キャボット社(Cabot)のVulcanカーボンブラック(XC72R)上にスパッター蒸着した。誘電率の値を測定し、コーティングしていないカーボンブラックとの比較を表4に示した。高い損失正接の値は、コーティングしていないカーボンブラックが損失を生じやすい材料であることを示している(高い誘電損失)。
アルミニウム粉末(1〜3マイクロメートル)をアトランティック・イクイップメント・エンジニアズ社(Atlantic Equipment Engineers)(ニュージャージー州バーゲンフィールド)より購入した。絶縁AlOx層を反応性スパッタリングによって蒸着した。誘電率及び損失正接(括弧内)の値を表5に示す。
剥離力試験
接着フィルムの試料を、1インチ(2.54cm)のゴムローラー及び約0.35kg/平方cmの手の圧力で、厚さ45μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムに積層した。この接着フィルム/PETの積層体から、幅1インチ(2.54cm)のストリップを切り取った。この試験ストリップの接着フィルム側を、アセトンで1回、ヘプタンで3回拭くことによって予めきれいにしたステンレス鋼プレートに、2kgのゴムローラーで積層した。積層した試験試料を周囲条件下に1時間置いた。接着フィルム試料/PET試験試料を、180°の角度で毎分30.5cmの速度でステンレス鋼の表面から剥離した。その力を、ImassモデルSP−2000試験機(アイマス社(Imass Inc.)、バージニア州アコード)によって測定した。
試料の形態:厚さ約1mm、直径40mmのフィルム又は薄いシート液体材料については、特殊な液体セル、スペーサーで隔離された金属電極又はくし形電極が利用可能である。
誘電性充填剤Aの調製
詳細な説明において述べられ、図1及び2に示される装置を以下のように使用して、誘電性充填剤Aを調製した。スリー・エム社(3M)製S60グラスバブルズの粒径は15〜65マイクロメートルの範囲であり、中央値は30マイクロメートルである。1400cc(430g)のS60 SCOTCHLITEグラスバブルズ粒子を、対流式オーブン中、150℃で6時間乾燥させた。乾燥した粒子を粒子攪拌装置10に入れ、チャンバ14を脱気した。チャンバ圧が10−5torr(1.33mPa)の範囲となった時点で、アルゴンスパッタリングガスをチャンバ14に約10mtorr(1.33Pa)の圧力で導入した。金属アルミニウムをスパッターターゲットとして使用した。次に、2.50kWの陰極出力を加えることによって蒸着プロセスを開始した。アルミニウム蒸着プロセスの間、粒子攪拌器のシャフト40を約4rpmで回転させた。20時間後に出力を停止した。アルゴンスパッターガスに加えて、酸素ガスを5sccm(1分当たりの標準立方cm)の速度で導入することにより、AlOx層をその上にコーティングした。全体の圧力を10mtorr(1.33Pa)に維持した。4rpmで粒子を攪拌しながら、2.00kWの陰極出力を18時間加えた。18時間の終了時点でチャンバを周囲条件にまでベントし、攪拌器から粒子を取り出した。アルミニウムコーティングしたS60グラスバブルズの粉末抵抗率は2ω・cmよりも低く、最終的なコーティングの粉末抵抗率は、Mω・cm(メガオーム・cm)の範囲であった。
誘電性充填剤Bの調製法
詳細な説明において述べられ、図1及び2に示される装置を以下のように使用して、以下の手順に従って誘電性充填剤Bを調製した。iM30K SCOTCHLITEグラスバブルズ(スリー・エム社(3M Company)、ミネソタ州セントポール)は、18マイクロメートルの平均粒径を有する。503.95gのiM30K SCOTCHLITEグラスバブルズ粒子を、対流式オーブン中、150℃で6時間乾燥させた。乾燥した粒子を粒子攪拌装置10に入れ、チャンバ14を脱気した。チャンバ圧が10−5torr(1.33mPa)の範囲となった時点で、アルゴンスパッタリングガスをチャンバ14に約10mtorr(1.33Pa)の圧力で導入した。四角形の金属タングステンをスパッターターゲットとして使用した。次に、3.00kWの陰極出力を加えることによって蒸着プロセスを開始した。タングステン蒸着プロセスの間、粒子攪拌器のシャフト40を約4rpmで回転させた。13時間後に出力を停止した。タングステンコーティングしたグラスバブルズの粉末抵抗率は0.6ω・cmであった。アルゴンスパッターガスに加えて、酸素ガスを5sccm(1分当たりの標準立方cm)の速度で導入することにより、AlOx層をその上にコーティングした。全体の圧力を10mtorr(1.33Pa)に維持した。4rpmで粒子を攪拌しながら、2.00kWの陰極出力を7時間加えた。7時間の終了時点でチャンバを周囲条件にまでベントし、攪拌器から粒子を取り出した。最終的なコーティングの粉末抵抗率は、Mω・cm(メガオーム・cm)の範囲であった。
実施例6A−誘電性充填剤A(充填率20重量%)を含む複合材料。
500mLのプラスチック製ビーカーに、240gのシロップAと60gの誘電性充填剤Aとを入れた。次に材料を標準的な実験用ブレードミキサーを用いて混合した後、減圧下で5分間脱気した。次に材料を、1.5ミル(38μm)のシー・ピー・フィルムズ社(CPFilms)製T−10ライナーと、2ミル(50.8μm)のシー・ピー・フィルムズ社(CPFilms)製T−30ライナーとの間に、13フィート/分(4m/分)の速度で、2ミル(50.8μm)の厚さにコーティングした。接着剤コーティングの表面において受容されるエネルギーが約270mJ/cm2となるように、コーティングに蛍光ブラックライトランプを照射した。この材料の誘電率は、1kHzにおいて7.19であった。2.0ミル(50.8μm)の接着剤同士を積層して厚さ2mmの試料を形成することにより、誘電率試験試料を調製した。
500mLのプラスチック製ビーカーに、210gのシロップAと90gの誘電性充填剤Aとを入れた。次に材料を標準的な実験用ブレードミキサーを用いて混合した後、5分間脱気した。次に、材料を13フィート/分(4m/分)の速度で、2.0ミル(50.8μm)の厚さに、間にコーティングした。接着剤コーティングの表面において受容されるエネルギーが約270mJ/cm2となるように、コーティングに蛍光ブラックライトランプを照射した。この材料の誘電率は、1kHzにおいて15.71であった。2.0ミル(50.8μm)の接着剤同士を積層して厚さ2mmの試料を形成することにより、誘電率試験試料を調製した。
1ガロン(3.78リットル)の容器に、487.5gのシロップA、368.55gのイソオクチルアクリレート、118.95gのN−ビニルピロリドン、及び325gの誘電性充填剤Bを入れた。材料を標準的な実験用ブレードミキサーを用いて混合した後、減圧下で15分間脱気した。次にこの溶液を、1.5ミル(38μm)のシー・ピー・フィルムズ社(CPFilms)製T−10ライナーと、2ミル(50.8μm)のシー・ピー・フィルムズ社(CPFilms)製T−30ライナーとの間に、15フィート/分(4.5m/分)の速度で、0.9ミル(23μm)の厚さにコーティングした。次に接着剤コーティングの表面において受容されるエネルギーが約270mJ/cm2となるように、コーティングに蛍光ブラックライトランプを照射した。この材料の誘電率は、1kHzにおいて9.68であった。0.9ミル(23μm)の接着剤同士を積層して厚さ1mmの試料を形成することにより、誘電率試験試料を調製した。
1リットルの容器に、92.87gのシロップA、70.20gのイソオクチルアクリレート、22.66gのN−ビニルピロリドン、及び100gの誘電性充填剤Bを入れた。材料を標準的な実験用ブレードミキサーを用いて混合した後、減圧下で15分間脱気した。次にこの溶液を、1.5ミル(38μm)のシー・ピー・フィルムズ社(CPFilms)製T−10ライナーと、2ミル(50.8μm)のシー・ピー・フィルムズ社(CPFilms)製T−30ライナーとの間に、15フィート/分(4.5m/分)の速度で、0.9ミル(23μm)の厚さにコーティングした。次に接着剤コーティングの表面において受容されるエネルギーが約270mJ/cm2となるように、コーティングに蛍光ブラックライトランプを照射した。この材料の誘電率は、1kHzにおいて15.00であった。0.9ミル(23μm)の接着剤同士を積層して厚さ1mmの試料を形成することにより、誘電率試験試料を調製した。
剥離接着力(180°)を、実施例6A〜6Dで調製した接着剤で測定し、このデータを下記表に示す。幅1インチ(2.54cm)の接着剤試料を、幅1インチ(2.54cm)/厚さ2ミル(51μm)のアルミニウム箔と、幅2インチ(5.08cm)/厚さ1.23mmのステンレス鋼試験プレートとの間に接着した。試験試料の調製後、試料の調製と180°剥離試験との間に1時間のドウェル時間をおいた。180°剥離試験を、12インチ(30.5cm)/分で、2秒間のデータ収集遅延時間の後に10秒間のデータ収集時間を取って行った。「フェース面」(FS)及び「裏面」(BS)の両方の接着力試験を行った。接着剤の「フェース面」は、「最も容易に剥離できる」ライナーを剥離した際に露出する接着剤の面とした。接着剤の「裏面」は、「フェース面」に対して反対側の面とした。180°剥離試験は、「フェース面」(FS)及び「裏面」(BS)の両方がステンレス鋼プレートに接着した状態で行った。最後に、180°剥離試験後にステンレス鋼プレートに接着したまま残留した接着剤の比率(%)として「転写率(%)」を記録した。結果を下記表6に示す。
Claims (3)
- 電子物品であって、
基板と、
前記基板に隣接した導電性素子と、
第1の表面及び第2の表面を有し、前記第1の表面が前記導電性素子の少なくとも一部に隣接した、高誘電率複合材料と、
前記高誘電率複合材料の前記第2の表面の少なくとも一部に隣接する蛍光体層と、を備え、
前記高誘電率複合材料が、
ポリマー結合剤と、
前記結合剤中に保持された1〜80体積%の粒子状充填剤と、を含み、
前記充填剤が、
中空のコア本体と、
前記中空のコア本体を実質的に包囲する導電層と、
前記導電層を実質的に包囲する絶縁層と、を含む粒子を含み、
前記絶縁層が、酸化アルミニウムからなり、
前記蛍光体層が、前記導電性素子と電気的に導通している、電子物品。 - 前記高誘電率複合材料が、4〜50の誘電率を有する、請求項1に記載の電子物品。
- ディスプレイ装置を組み立てる方法であって、
導電性素子を基板に隣接して配置することにより導電性基板を形成する工程と、
透明基板に隣接して透明導体を配置する工程と、
蛍光体層を前記透明導体に隣接して配置することにより透明電気活性基板を形成する工程と、
前記導電性基板上の前記導電性素子、前記透明電気活性基板上の前記蛍光体層、又はその両方に隣接して高誘電率複合材料を塗布する工程であって、
前記高誘電率複合材料が、
ポリマー結合剤と、
前記結合剤中に保持された1〜80体積%の粒子状充填剤と、を含み、
前記充填剤が、
中空のコア本体と、
前記中空のコア本体を実質的に包囲する導電層と、
前記導電層を実質的に包囲する絶縁層と、を含む粒子を含み、
前記絶縁層が、酸化アルミニウムからなる、工程と、
前記高誘電率複合材料が、前記導電性基板上の前記導電性素子及び前記透明電気活性基板上の前記蛍光体層の両方に隣接して前記ディスプレイ装置を形成するように、前記導電性基板を前記透明電気活性基板に積層する工程と、を含む、方法。
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