TWI449763B - 導電性塗料組合物 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種導電塗料組合物,其可塗覆於基材上,使基材表面具有電磁波遮蔽效果。本發明亦關於具有由該導電塗料組合物所形成之導電薄膜。
由於所有電子設備在操作時均會產生一定程度之電磁場,而設備所產生之電磁場可能會相互干擾、阻隔或是破壞鄰近設備之正常運作,於是電路流動產生之電磁場,若無將其適當的屏障,彼此磁場間會干擾、破壞訊號傳輸之品質,導致設備無法正常運作。
電子設備抗電磁干擾的方式,主要是利用電磁干擾遮蔽材料(Electromagnetic Interference(EMI) Shielding Material),來作為防電磁干擾之遮蔽罩。電磁干擾遮蔽的原理是採用低電阻(表面電阻率小於105
Ω/sq)的導電材料,因為導體材料對電磁波具有反射與導引作用,根據金屬材料的電磁波遮蔽理論,金屬材料的電磁屏蔽效果為電磁波的反射損耗、電磁波的吸收損耗與電磁波在遮蔽材料中的損耗三者之總和。
最普遍是採用導電膠帶或導電泡綿形成的完整金屬防護網,使得電子線路處於一完全隔絕的空間,不受外界電磁波干擾,也不會去干擾其他的電子元件。市面上常見的產品有:導電鋁箔膠帶(Aluminum Tape)、導電銅箔膠帶(Copper Foil Tape)、導電布膠帶(EMI Conductive Tape)、導電泡綿(EMI Gasket)、鈹銅彈片(Becu finger)、導電雙面膠等,其簡單操作,易撕易貼,在液晶電視、筆記電腦、手機、電腦等都常常見到。
在觸控顯示器領域,為了避免顯示器與觸控面板的電磁場相互干擾而影響正常的顯示功能,一般會在顯示器與觸控面板之間加入電磁波遮蔽材料。如圖1所示簡圖,一般觸控顯示器包括觸控面板(10)、電磁干擾遮蔽材料(11)及顯示器(12),其中電磁干擾遮蔽材料係位於觸控面板與顯示器之間。由於觸控面板係設置於顯示器之前端面,故電磁波遮蔽材料必需具有良好的全光線透過率,技術領域中常用氧化銦錫(Indium Tin Oxide,簡稱ITO)作為電磁干擾遮蔽材料,其為透明導電材料,然而此種材料昂貴,需要在真空下以濺鍍(sputtering)或蒸鍍(deposition)之方式進行,製成費用高,此外,ITO材料亦非具可撓曲性,在部分電子產品之應用上有所限制。
台灣專利公告號I353471揭示利用金屬網作為觸控顯示器電磁干擾遮蔽材料,以不影響肉眼視覺之線寬的金屬線材編織而成,其具有電磁遮蔽效果,然而,此種材料需以黃光蝕刻製程製備,製程費用昂貴。
另有台灣專利公開號TW 201035996採用奈米碳管作為觸控顯示器電磁干擾遮蔽材料之方式,然而,奈米碳管之合成步驟複雜,成本高昂,且外觀為黑色,在為了不影響穿透度的情況下,無法整面塗布,電磁遮蔽效果有限制。
因此,尋求一種能有效進行電磁波的隔離,並同時具可撓曲性、抗化性之透明材料,並且具有製備成本低,可應用在各式各樣之電子產品之功能,仍為現今工業所期盼之目標。
有鑑於此,本發明提供一種可解決上述問題之導電性塗料組合物。具體言之,本發明之導電性塗料組合物可用於製備電磁干擾遮蔽材料,其可有效克服上述先前技術材料所述之缺點及限制,具有低表面電阻率、高全光線透過率、可撓曲性、穩定性及耐化性等優點,此外,其製作成本低廉,適合應用於各種電子設備中。再者,將本發明之導電性塗料組合物透過一般的塗布方式,塗覆於基材上以供利用,其製作過程相對於習知技術更為簡易、便宜。
本發明主要目的為提供一種導電性塗料組合物,其係包含導電性有機高分子、非導電性有機化合物、溶劑及視需要之硬化劑;其中該導電性有機高分子之含量以固含量總重量計為約10%至約50%。
本發明之另一目的,係提供一種導電薄膜,其包含:基材及導電層;其中該導電層係由上述之導電性塗料組合物經乾燥固化而得,且其中該導電薄膜具有低於1000 Ω/sq之表面電阻率及大於80%之全光線透過率。
本發明組合物所使用之導電性有機高分子係選自由以下所組成之群组:聚噻吩系化合物、聚苯胺系化合物、聚吡咯系化合物及其組合;其較佳係聚噻吩系化合物,上述聚噻吩系化合物係為聚(3-己基噻吩)(Poly(3-hexylthiophene))、聚二氧乙基噻吩(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene,PEDOT)、以聚陰離子摻雜之聚二氧乙基噻吩衍生物(例如聚二氧乙基噻吩:聚苯乙烯磺酸(簡稱PEDOT:PSS)或聚二氧乙基噻吩:聚乙烯磺酸(簡稱PEDOT:PVS))或其組合。
根據本發明,該導電性有機高分子之含量以組合物固形份總重量計為約10重量%至約50重量%,較佳為約25重量%至約45%。
市售聚噻吩系化合物之實例包含Clevios P、Clevios PH500、Clevios PH1000、Clevios P HCV4(Heraeus公司製)或Orgacon ICP 1050(Agfa公司製);市售聚苯胺系化合物之實例包含650013(Aldrich公司製);市售聚吡咯系化合物之實例包含482552(Aldrich公司製)。
本發明組合物所使用之非導電性有機化合物,一般係為單體、寡聚物、高分子或其組合,主要係作為黏著劑(binder),幫助導電性有機高分子均勻分散與之後的成膜,上述非導電性有機化合物係選自由以下所組成之群组:聚酯樹脂、環氧樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、聚丙烯酸酯樹脂、矽氧烷樹脂、聚醚多元醇樹脂、多元醇樹脂及其組合;其較佳為選自聚酯樹脂、聚丙烯酸酯樹脂、矽氧烷樹脂或多元醇樹脂所組成之群組。
根據本發明,該非導電性有機化合物之含量以組合物固形份總重量計為約10重量%至約90重量%,較佳為約15重量%至約75%。
本發明非導電性有機化合物之高分子之重量平均分子量,其介於7000至25000之間,較佳係介於10000至20000之間。
市售聚酯之實例包含ETERKYD 5032-W25、ETERKYD 5035-W33或ETERKYD 5036-W33(長興化學公司製);市售環氧樹脂之實例包含1030CP(虹牌公司製)或EPR-401(慶泰樹脂公司製);市售聚胺基甲酸酯之實例包含ETERCURE DR-W401、ETERCURE DR-W402或ETERCURE DR-W403等(長興化學公司製)或L-3935(產協公司製);市售聚丙烯酸酯之實例包含CN2716、CN2717、CN132或SB500K60等(Sartomer公司製)、P-60(產協公司製)或ETERSOL 1122-2B(長興化學公司製)。
本發明組合物所使用之溶劑較佳為極性溶劑,例如但不限於水、醇類、醇醚類、酮類或其組合等極性溶劑。
適用於本發明之醇類溶劑例如但不限於:甲醇、乙醇、乙二醇、丙醇、異丙醇、正丁醇、第三丁醇、異戊醇或其混合物。
適用於本發明之醇醚類溶劑例如但不限於:乙二醇丁醚(BCS)、乙二醇乙醚乙酸酯(CAC)、乙二醇乙醚(ECS)、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚乙酸酯(PMA)、丙二醇單甲醚丙酸酯(PMP)、丁二醇甲醚(DBE)或其混合物。
適用於本發明之酮類溶劑例如但不限於:甲基乙基酮(MEK)、丙酮、甲基異丁基酮、環己酮、4-羥基-4-甲基-2-戊酮或其混合物。
適用於本發明之極性溶劑也可使用非質子性溶劑例如但不限於:N-甲基吡咯酮(NMP)、二甲基乙醯胺(DMAC)、二甲基甲醯胺(DMF)、二甲基亞碸(DMSO)、四氫呋喃(THF)、甲苯(toluene)、二甲苯(xylene)或其混合物。
根據本發明,該溶劑之含量以組合物總重量計為約80重量%至約99.5重量%,較佳為約90重量%至約99%,更佳為約95重量%至約99%。
為使分子與分子間產生化學接合而形成交聯(crosslinking),視需要,本發明之組合物可進一步包含硬化劑,上述之硬化劑係熟習此項技術之人士所熟知者,例如可選自由以下所組成之群组:三聚氰胺類、異氰酸酯類及環氧類硬化劑;較佳為三聚氰胺類或異氰酸酯類硬化劑。本發明之三聚氰胺類硬化劑例如但不限於:三聚氰胺或經醚化之三聚氰胺衍生物;本發明之異氰酸酯類硬化劑例如但不限於:二異氰酸酯(diisocyanate)或聚異氰酸酯(polyisocyanate)。
根據本發明,該硬化劑之含量以本發明組合物固形份總重量計為約0重量%至約60重量%,較佳為約20重量%至約50%,更佳為約30重量%至約40%。
此外,視需要,亦可透過添加其他添加劑來獲得所欲之導電塗料組合物的特性。適用於本發明之添加劑可選自例如但不限於以下所組成之群:分散劑、整平劑、濕潤劑、安定劑、密著促進劑、紫外線吸收劑及其混合物。
可用於本發明之分散劑可以選自含不飽和聚胺酸、胺類、高分子量不飽和聚羧酸類或離子型或非離子型有機表面活性劑。此外,當存在時,所添加分散劑用量以組合物固形份總重量計為約1%至約15%,較佳為約3%至約10%。
此外,在元件製造過程中可能需要經過紫外光照射製程,而紫外光的照射會破壞導電性有機高分子的π鍵結構,使導電性及光穿透度下降;再者,當基材為塑膠基材時,紫外光的照射也會使塑膠基材黃化;為避免導電性及光穿透度下降,以及塑膠基材黃化等問題,可視需要於導電塗料組合物中添加紫外線吸收劑或具吸收紫外線能力之無機微粒或其組合。可用於本發明之紫外線吸收劑,係本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知者,其例如可為苯并三唑類(benzotriazoles)、苯并三嗪類(benzotriazines)、二苯甲酮類(benzophenones)、水楊酸衍生物(salicylic acid derivatives)。
可用於本發明之具吸收紫外線能力之無機微粒,係本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知者,例如但不限於氧化鋅、氧化鋯、氧化鋁、鈦酸鍶、二氧化鈦或其混合物,較佳為二氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁、氧化鋅或其混合物。上述無機微粒之粒徑一般為約1至約100奈米(nanometer,nm),較佳為約20奈米至約50奈米。
此外,當存在時,所添加紫外線吸收劑或/及無機微粒用量,以組合物之固形份總重量計為約1%至約10%,較佳為約3%至約8%。
根據本發明之較佳具體實施例,本發明導電性塗料組合物之製造方法,包含以下步驟:
(a)將導電性有機高分子、非導電性有機化合物、視需要之分散劑及溶劑混合,以高功率分散設備,如超音波震盪器震盪均勻,形成一均勻混合液;
(b)於步驟(a)所得之組合物中加入硬化劑及其他視需之添加劑,混合攪拌均勻。
上述步驟所述之導電性有機高分子、非導電性有機化合物、溶劑及添加劑,其組分之選用如前所述。
本發明另提供一種導電薄膜,其包含一基材,且該基材之至少一面具有至少一層導電層;其中該導電層係由本發明導電性塗料組合物經乾燥固化而得;本發明之導電薄膜具有低於1000 Ω/sq(Ω/sq代表歐姆/米平方)之表面電阻率及大於80%之全光線透過率,較佳為具有低於400 Ω/sq之表面電阻率及大於85%之全光線透過率。
本發明導電薄膜之基材,選擇上並無特殊限制,係熟習此項技術之人士所熟之者,端視所應用之電子產品之設計而定,其例如而不限於:玻璃、金屬、塑膠、碳纖、玻纖或上述所形成之複合材料。
適用於本發明之塑膠基材例如但不限於:聚酯樹脂(polyester resin),如聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)或聚萘二甲酸乙二酯(polyethylene naphthalate,PEN);聚丙烯酸酯樹脂(polyacrylate resin),如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA);聚烯烴樹脂(polyolefin resin),如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP);聚環烯烴樹脂(polycycloolefin resin);聚醯胺樹脂,如尼龍6、尼龍66或MXD尼龍(間二甲苯二胺/己二酸共聚物);聚醯亞胺樹脂(polyimide resin);聚碳酸酯樹脂(polycarbonate resin);聚胺基甲酸酯樹脂(polyurethane resin);聚氯乙烯(PVC);三醋酸纖維素(triacetyl cellulose,TAC);聚乳酸(polylactic acid);或有取代基的烯烴類聚合物,如聚醋酸乙烯酯或聚乙烯醇。較佳為聚酯樹脂、聚丙烯酸酯樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚碳酸酯樹脂或其組合;更佳為聚對苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醯亞胺樹脂或聚碳酸酯樹脂。基材之厚度並無特殊限制,通常取決於所欲製得之產品的需求,一般為約15微米(μm)至約300微米(μm)。
舉例而言,可將本發明之導電性塗料組合物披覆於基材至少一表面上以形成至少一塗層,再經加熱乾燥後形成一導電薄膜;根據本發明之一實施態樣,本發明之導電性塗料組合物披覆於塑膠基材或玻璃基材。根據本發明之另一實施態樣,亦可以電子元件為基材將本發明之導電性塗料組合物直接披覆於電子元件上;根據本發明之另一實施態樣,本發明之導電性塗料組合物披覆於觸控面板上。上述披覆方法可為任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者所習知的施工方法,如塗布(coating)、噴灑(spray)、網印(screen printing)、印刷(printing)或含浸(dipping)等方式。
上述塗布方法例如但不限於:刮刀式塗布(knife coating)、滾輪塗布(roller coating)、柔版塗覆(flexographic coating)、熱傳遞塗覆(thermal transfer coat)、微凹版印刷塗布(micro gravure coating)、流塗(flow coating)、簾塗(curtain coating)、旋塗(spin coating)、噴霧式塗布(spray coating)、線杆塗布(bar coating)、狹縫式模壓塗布(slot die coating)、凸版印刷塗布(gravure coating)、斜板式塗布(slide coating)或其它習知方法、或上述方法之組合。
上述印刷方法例如但不限於:凹版印刷(gravure printing)、微凹版印刷(micro gravure printing)、凸版印刷(letterpress printing)、噴墨式印刷(ink-jet printing)或上述方法之組合。
本發明之導電性塗料組合物在用於製作導電薄膜時,可塗布約5微米至約30微米之塗層,經乾燥固化後可形成約100至約600奈米,較佳為約150至約400奈米之均質導電層。
根據本發明之較佳具體實施例,本發明導電薄膜之製造方法,包含以下步驟:
(I)將本發明導電性塗料組合物塗布於玻璃或塑膠基材上,塗層厚度約5微米至約30微米;
(II)加熱以使其乾燥固化,形成一導電層。
若需要,可重複進行上述各步驟,以獲得複數層之導電層。
上述步驟(II)之加熱條件並無特殊限制,可為任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知者,例如可於約100℃至約150℃下加熱約30秒至約10分鐘。
另外,在紫外光照射或溫度高於70℃的有氧環境下,導電性有機高分子將會被氧化進而使導電薄膜的導電性逐漸下降。為求將導電層與氧氣隔離,以維持長時間良好的導電性,可視需要於本發明之導電薄膜的導電層表面塗一保護層,或是利用披覆方法於導電薄膜的導電層上形成一穩定層,防止導電性有機高分子氧化,上述披覆方法如前所述。
本發明之導電薄膜具良好之導電率及光穿透效果,並且與基材密著性佳、又有良好的抗化性,可作為電磁干擾遮蔽材料(EMI Shielding Material)、導電性材料、電洞傳導層材料或電極材料,尤其是電磁干擾遮蔽材料。電磁干擾遮蔽效果係指電磁波的反射損耗、電磁波的吸收損耗與電磁波在遮蔽材料中的損耗三者之總和,整體而言,本發明之導電薄膜為低電阻的導電材料,對電磁波具有反射與導引作用,且有優異的導電性,所以EMI遮蔽效果佳。根據本發明之一具體實施例,本發明之導電薄膜可取代傳統ITO或金屬網,作為觸控面板之電磁干擾遮蔽材料。
本發明另提供一種抗電磁干擾(anti-electromagnetic interference)之觸控面板,其包含一透明基材;及一抗電磁干擾層。本發明之抗電磁干擾層可藉由黏著層,將本發明之導電薄膜貼合至透明基材表面而形成,根據本發明之一實施例該黏著層為一光學膠所構成;本發明之抗電磁干擾層也可藉由將本發明之導電性塗料組合物披覆於透明基材表面,利用加熱或照光方式固化而得。上述透明基材相對於抗電磁干擾層之另一表面包含至少一感測電路層,上述感測電路層之材料可為任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知者,例如ITO。上述之透明基材,可為任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知者,例如玻璃或塑膠。上述塑膠基材並無特殊限制,透明度高及可抗刮者為佳。透明基材之厚度通常取決於所欲得光學產品的需求,其較佳介於約25 μm至約2000 μm之間。
圖2及圖3分別為該抗電磁干擾之觸控面板之實施態樣之一。如圖2所示,圖2為一種抗電磁干擾之觸控面板,係包含:一透明基材(20);及一抗電磁干擾層(21);其中該抗電磁干擾層係藉由黏著層(22),將本發明之導電薄膜(23)貼合至透明基材之表面而形成;如圖3所示,圖3亦為一種抗電磁干擾之觸控面板,係包含:一透明基材(30);及一抗電磁干擾層(31);其中該抗電磁干擾層係由本發明導電性塗料組合物經乾燥固化而得。
本發明之觸控面板可使用任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者所熟知之方法與顯示器貼合,形成一觸控顯示器。
以下將以具體實施態樣以進一步說明本發明,惟需說明者,此等例示態樣僅用於例示本發明,非用以限制本發明之範圍。任何於此領域中具有通常知識者可輕易達成之修飾及改變均包括於本案說明書揭示內容及所附申請專利範圍之範圍內。
根據以下描述之方式製備實施例1至10及比較例1至2之導電塗料組合物之膠液,其組成係如表1所列。
首先,將(a)、(b)、(c)、(d)及(f)組份以表1所列之固形份重量(%)與溶劑混合,於超音波震盪機中震盪10分鐘,接著加入(e)、(g)及(h)進行攪拌至混合均勻,並以溶劑稀釋固形份至固形份為導電塗料組合物之2重量%。上述之溶劑以水:異丙醇:乙二醇:二甲基亞碸為15:1:1:1之重量比配製。
(a):導電有機高分子(Clevios PH1000,Heraeus公司製)
(b):聚酯樹脂(ETERKYD 5035-W-33,長興化學公司製)
(c):多元醇(G140;中日合成公司製)
(d):矽氧烷樹脂:3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基矽烷(3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane;KBM-403;崇越公司製)
(e):硬化劑:三聚氰胺(CYMEL 303;氰特公司製)
(f):非離子型有機表面活性劑:聚乙二醇辛基苯基醚(X-100;Triton公司製)
(g):紫外線吸收劑:N,N’-二甲醯基-N,N’-雙-(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)-六次甲基二胺(N,N’-bisformyl-N,N’-bis-(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)-hexamethylendiamine;LS4050;欣晃科技公司製)
(h):無機紫外線吸收劑:二氧化鈦(780T;Tayca公司製)
將實施例1~8所配製之導電塗料組合物以RDS塗布棒#7將組合物塗在PET膜上(U48;Toray公司製,膜厚100 μm,聚對苯二甲酸乙二酯),塗膜厚度約10微米,經130℃乾燥3分鐘後可得本發明之導電薄膜,導電層厚約200奈米。另將實施例9、10所配製之導電塗料組合物以RDS塗布棒#7將組合物塗在玻璃上(厚0.5mm,霧度0.5%,全光線透過率92.45%),塗膜厚度約10微米,經130℃乾燥3分鐘後可得本發明之導電薄膜,導電層厚約200奈米。
霧度
:使用NDH 5000W霧度計(Nippon Denshoku公司)量測導電薄膜之霧度。
全光線透過率
:使用NDH 5000W霧度計(Nippon Denshoku公司)量測導電薄膜之穿透度。
表面電阻率(面阻值)
:使用LORESIA-GP MCP-T600低阻抗率計(MITSUBISHI公司)量測固化後之表面電阻率。
密著性
:以百格刮刀刮於塗膜表面,後以膠帶黏緊後,90°撕起,判定剝落格數。
耐醇性
:以95%酒精擦拭導電薄膜之導電層表面20次,觀察表面狀態。
上述所得之測試結果紀錄於表2。
由表2可知,本發明之導電薄膜於乾燥固化後全光線透過率大於85%、表面電阻率小於1000(Ω/sq)、與基材的密著性佳且具有優異耐醇性,符合業界需求,相較於比較例1,本發明之導電薄膜具有較小的表面電阻率;另相較於比較例2,本發明之導電薄膜具有較佳之耐醇性,可不需再於導電薄膜之導電層表面覆蓋保護膜。
此外,本發明可視需要添加紫外光吸收劑(實施例7及8),可增加導電薄膜之抗UV性能,在有紫外光的照射後下,依然維持良好的表面電阻率。
10...觸控面板
11...電磁干擾遮蔽材料
12...顯示器
20...透明基材
21...抗電磁干擾層
22...黏著層
23...導電薄膜
30...透明基材
31...抗電磁干擾層
圖1為觸控顯示器中電磁干擾遮蔽材料位置示意圖。
圖2為一種具電磁干擾遮蔽材料之觸控面板示意圖。
圖3為一種具電磁干擾遮蔽材料之觸控面板示意圖。
10...觸控面板
11...電磁干擾遮蔽材料
12...顯示器
Claims (8)
- 一種導電性塗料組合物,其包含:(a)導電性有機高分子;(b)非導電性有機化合物;(c)溶劑;及(d)視需要之硬化劑;其中該導電性有機高分子之含量以組合物固形份總重量計,係介於25%至50%。
- 如請求項1之導電性塗料組合物,其中該導電性有機高分子之含量以組合物固形份總重量計,係介於25%至45%。
- 如請求項1之導電性塗料組合物,其中該導電性有機高分子係選自由聚噻吩系化合物、聚苯胺系化合物、聚吡咯系化合物及其組合所組成的群組。
- 如請求項3之導電性塗料組合物,其中該導電性有機高分子係為聚(3-己基噻吩)、聚二氧乙基噻吩、以聚陰離子摻雜之聚二氧乙基噻吩衍生物或其組合。
- 如請求項1之導電性塗料組合物,其中該非導電性有機化合物係選自由聚酯樹脂、環氧樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、聚丙烯酸酯樹脂、矽氧烷樹脂、聚醚多元醇樹脂、多元醇樹脂及其組合所組成的群組。
- 如請求項1之導電性塗料組合物,其中該溶劑為極性溶劑。
- 如請求項1之導電性塗料組合物,其中該硬化劑係包含三 聚氰胺類、異氰酸酯或環氧類硬化劑。
- 一種導電薄膜,其包含一基材,且該基材之至少一面具有至少一層由如請求項1之導電性塗料組合物所形成之導電層;且其中該導電薄膜具有低於400Ω/sq之表面電阻率及大於85%之全光線透過率。
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