專(zhuān)利名稱(chēng)：水不敏感性場(chǎng)致發(fā)光器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光材料，并特別涉及含有發(fā)光材料的場(chǎng)致發(fā)光器件。
背景技術(shù)：
場(chǎng)致發(fā)光材料通常含有磷光性粒子，它們懸浮在聚合物材料之中或被聚合物材料所覆蓋。場(chǎng)致發(fā)光器件典型地可在磷光性粒子區(qū)域提供電場(chǎng)，引起該粒子發(fā)光。這類(lèi)器件可用于多種應(yīng)用，如廣告、發(fā)光開(kāi)關(guān)板和其它如顯示器、汽車(chē)中的重點(diǎn)照明、液晶顯示器的背光、夜燈等。
這類(lèi)器件典型地含有一種保護(hù)層，用來(lái)防止水蒸氣進(jìn)入到該聚合物材料之中。例如US 6207077公開(kāi)了一種防水的發(fā)光熱固性聚酯混合物；US 6198216公開(kāi)了一種含有發(fā)光粒子和氟化物樹(shù)脂粘結(jié)劑以及保護(hù)層的聚合物基質(zhì)。由于這類(lèi)發(fā)光材料的介電性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)通常依賴于水蒸氣的排除，所以引入這類(lèi)發(fā)光材料的器件經(jīng)常含有水分阻擋層。這種水分阻擋層對(duì)于某些器件來(lái)說(shuō)可能是相對(duì)昂貴的，并可能限制這類(lèi)器件的應(yīng)用。
因此，需要這樣一種場(chǎng)致發(fā)光材料，其性能與該材料中是否存在水蒸氣無(wú)關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
公開(kāi)了一種用于場(chǎng)致發(fā)光器件的復(fù)合材料。該復(fù)合材料包括具有第一表面能的聚合物材料和分散于所述聚合物材料之中的磷光性材料。該磷光性材料具有第二表面能，且第一表面能和第二表面能均在約32至約46 dyne/cm之間。該聚合物材料的濕氣滲透率，對(duì)于1mil厚的阻擋層來(lái)說(shuō)，在100°F下持續(xù)24小時(shí)時(shí)間內(nèi)，為至少1克/100平方英寸。由于相對(duì)匹配的表面能，水蒸氣基本不會(huì)在該磷光性材料和該聚合物材料界面處發(fā)生冷凝。因此，水蒸氣就可通過(guò)該復(fù)合材料，而不會(huì)對(duì)含有本發(fā)明實(shí)施方式的復(fù)合材料的場(chǎng)致發(fā)光器件的操作產(chǎn)生不利影響。


比照附圖，下述說(shuō)明將更易理解。
圖1為本發(fā)明一種實(shí)施方式的場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料的示意圖。
圖2為本發(fā)明另一種實(shí)施方式的場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料的示意圖。
圖3為本發(fā)明又一種實(shí)施方式的場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料的示意圖。
圖4為本發(fā)明又一種實(shí)施方式的場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料的示意圖。
圖5為本發(fā)明又一種實(shí)施方式的可轉(zhuǎn)移場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料的示意圖。
圖6為圖5所示可轉(zhuǎn)移場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料形成的場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料的示意圖。
圖7為本發(fā)明又一種實(shí)施方式的可轉(zhuǎn)移導(dǎo)電復(fù)合材料的示意圖。
圖8為由圖7所示可轉(zhuǎn)移導(dǎo)電復(fù)合材料形成的場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料的示意圖。
這些附圖都是為說(shuō)明目的給出的，而不是按比例給出的。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明開(kāi)發(fā)一種場(chǎng)致發(fā)光材料，它對(duì)于水蒸氣的滲透和冷凝是惰性的。這可允許場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料的封裝不需要對(duì)水蒸氣是不可滲透的。
按照本發(fā)明的一種實(shí)施方式，如圖1所示，場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料10可含有磷光性粒子12，它們分散在聚合物材料14之中。優(yōu)選地，所有磷光性粒子都被該聚合物材料所覆蓋，即使接近該復(fù)合材料表面的也是如此。該聚合物材料可允許水蒸氣通過(guò)該聚合物材料，如A和B所示。該聚合物和磷光性粒子是經(jīng)過(guò)選擇的，使得每種材料的表面能均在約32至約46dyne/cm范圍之內(nèi)。因此，水蒸氣就不會(huì)在該聚合物材料和該磷光性粒子的界面處發(fā)生冷凝。由于這一點(diǎn)，水蒸氣將不會(huì)停留在該復(fù)合材料之中，所以當(dāng)該復(fù)合材料應(yīng)用于場(chǎng)致發(fā)光器件之中時(shí)，水蒸氣的存在與否將不會(huì)實(shí)質(zhì)性地影響該復(fù)合材料的性能。在各種不同的實(shí)施方式中，該復(fù)合材料10可以其本身或與載體(它可以是可拆除的或不可拆除的)一起提供和/或有一個(gè)或多個(gè)粘合層提供在該復(fù)合材料的外表面之上。
特別地，使用復(fù)合材料10的場(chǎng)致發(fā)光器件也可含有保護(hù)涂層16和任選地含一對(duì)導(dǎo)體18A和18B，它們各自電連接到交流電源20A和20B上，如圖2所示。在其它實(shí)施方式中，在應(yīng)用或使用該器件時(shí)，該復(fù)合材料10和涂層16可放置在導(dǎo)體或凸起條(buss bar)上。該保護(hù)涂層16和導(dǎo)體18A和18B具有足夠高的濕氣滲透率，即水蒸氣可以也能通過(guò)這些材料。而且各保護(hù)涂層16和導(dǎo)體18A和18B的表面能是在約32至約46dyne/cm之間。而且優(yōu)選地，所述聚合物材料和保護(hù)涂層之間表面能的差值保持相對(duì)較小，所述保護(hù)性涂層和導(dǎo)體之間表面能的差值也保持相對(duì)較小。因此，水蒸氣將不會(huì)在聚合物材料和保護(hù)涂層之間的界面處或聚合物材料和導(dǎo)體之間的界面處發(fā)生冷凝。由于這一點(diǎn)，水蒸氣將不會(huì)保留在場(chǎng)致發(fā)光器件之中，所以水蒸氣的存在與否將不會(huì)實(shí)質(zhì)性地影響該場(chǎng)致發(fā)光器件的性能。
該聚合物材料可包括壓敏丙烯酸粘合膜如聚酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、熱塑性涂層、聚酰胺、無(wú)定形聚酯樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂或能夠提供充足濕氣滲透并具有合適表面能的任何其它材料。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，約為25/75至約74/26的磷光體與聚合物比值可用于各種不同的實(shí)施方式之中。例如55/45的磷光體與聚合物比值可用于某些實(shí)施方式之中。而且連續(xù)聚合物層的性質(zhì)應(yīng)該使得該聚合物材料具有足夠低的比表面能，能夠保證水蒸氣在磷光體和聚合物、聚合物和導(dǎo)電層或聚合物和聚合物層的界面處不會(huì)發(fā)生冷凝，而且所述層可允許水蒸氣自由地通過(guò)復(fù)合材料。該聚合物材料優(yōu)選可包括未處理的聚氯乙烯或滑動(dòng)處理的聚酯，它們具有低于46dyne/cm的比表面能，優(yōu)選地其比表面能低于46dyne/cm。
至于導(dǎo)電材料，氧化錫銦(InTO)可以使用，其表面能約為36dyne/cm。在其它實(shí)施方式中，也可采用比表面能約40-42dyne/cm的輕微金屬化的導(dǎo)電層。但優(yōu)選其表面能在約32至約40之間。
下表給出了可用于本發(fā)明各種不同實(shí)施方式中的各種不同材料的表面能和濕氣滲透率。
表1

表面能低于約32的材料在形成場(chǎng)致發(fā)光器件時(shí)可能難以粘合到其它材料之上，雖然使用硅烷或其它粘合促進(jìn)可能有利于克服低表面能粘合問(wèn)題。事實(shí)上，使用這類(lèi)表面處理(例如采用硅烷)可能會(huì)引起該復(fù)合材料的比表面能或臨界表面能降低。例如在一種比表面能更高的材料如鋁的表面上的一種溶于干燥(不含水)溶劑中重量濃度為0.1-5.0％的活性硅烷涂層，如3/1的γ-縮水甘油氧丙基三甲氧基硅烷/丙基氨基硅烷，可降低其表面能到非冷凝水平(下降到低于中等30dyne/cm)。應(yīng)該指出的是，當(dāng)電鍍作用需要水起作用時(shí)，這種能防止水冷凝的比表面能降低對(duì)于防止電解液腐蝕金屬也是有用的。而且含有高濕氣阻擋層作為介電基質(zhì)的一部分對(duì)于本發(fā)明場(chǎng)致發(fā)光器件的性能可能會(huì)產(chǎn)生不利影響。這類(lèi)阻擋層可能會(huì)導(dǎo)致放氣作用(例如在粘合層中形成氣泡)。這類(lèi)“氣泡”一旦形成，就會(huì)改變“K”值(介電常數(shù))，并改變導(dǎo)電層間的間距，從而對(duì)總電容和場(chǎng)致發(fā)光器件的性能產(chǎn)生不利影響。
優(yōu)選地，本發(fā)明場(chǎng)致發(fā)光器件沒(méi)有MVTR小于1gmil/100平方英寸/24小時(shí)的層(在38℃和90％相對(duì)濕度下的Lyssy試驗(yàn))，而且沒(méi)有兩個(gè)連續(xù)聚合物層相差大于6gmil/100平方英寸/24小時(shí)，更優(yōu)選相差不大于3gmil/100平方英寸/24小時(shí)。此外，該聚合物材料其介電數(shù)值基本不會(huì)由于水蒸氣的存在而發(fā)生改變，特別是如果聚合物材料具有相對(duì)低的表面能水平時(shí)。例如一種橡膠基粘合劑，在100°F和95％相對(duì)濕度條件下經(jīng)3天后，可顯示出約50％的介電常數(shù)降低。介電常數(shù)的提高可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)之中電介質(zhì)擊穿，致使器件短路。
本發(fā)明器件可根據(jù)各種應(yīng)用需要進(jìn)行涂敷或印刷，在所述應(yīng)用中該器件將被連接到電源之上。而且不需要從該器件中除去水分，事實(shí)上，水蒸氣可自由地通過(guò)器件各層是優(yōu)選的。該器件可通過(guò)將其放在高濕度環(huán)境中(100°F和約100％相對(duì)濕度)而測(cè)試其水敏感性。然后該器件應(yīng)該定期地分析其照度穩(wěn)定性(illumination stability)。
如圖3所示，本發(fā)明另一種實(shí)施方式的場(chǎng)致發(fā)光器件包括一對(duì)位于該復(fù)合材料10的任一側(cè)上的導(dǎo)電層22和24、以及保護(hù)層26。導(dǎo)電層24優(yōu)選是透明導(dǎo)電層如InTO或輕微金屬化的鋁，其光學(xué)密度在約0.07至約1.0之間的水平，優(yōu)選是在約0.15至約0.30之間。在其它實(shí)施方式中，該透明導(dǎo)電層可包括導(dǎo)電聚合物或碳納米管。該透明導(dǎo)電層應(yīng)該包括充足濃度的導(dǎo)電材料，使得導(dǎo)電層的電阻和電容乘積(RC時(shí)間常數(shù))限定電阻電容層的頻率，且該頻率應(yīng)該高于使該器件發(fā)光所需要的頻率。當(dāng)電子導(dǎo)電材料的電阻降低時(shí)，其容抗也降低，使該磷光體發(fā)光所需的總電流也降低。
與前面實(shí)施方式相似，保護(hù)層26和導(dǎo)電層22和24具有充足高的濕氣滲透率，水蒸氣可通過(guò)這些材料。而且保護(hù)涂層26和導(dǎo)電層22和24的每一個(gè)的表面能都是在約32至約46dyne/cm之間。而且優(yōu)選地，每對(duì)相鄰層之間表面能的差值保持相對(duì)較小，優(yōu)選小于6dyne/cm。因此，水蒸氣在該器件的任何界面處都不會(huì)發(fā)生冷凝，所以水蒸氣將不會(huì)保留在該場(chǎng)致發(fā)光器件之中。
在又一種實(shí)施方式中，所述器件還在復(fù)合材料和一個(gè)或兩個(gè)該導(dǎo)電層之間含有一個(gè)或兩個(gè)附加介電層28和30(例如約0.02-0.5mil)，以保證磷光性粒子不會(huì)直接與導(dǎo)電層接觸，如圖4所示。保護(hù)膜26還可用來(lái)保護(hù)人不直接接觸任何導(dǎo)體或底層凸起條或其它交流電源，也可為器件提供附加的結(jié)構(gòu)完整性。而且透明保護(hù)膜可用來(lái)防止灰塵和擦傷，并為該場(chǎng)致發(fā)光器件提供另外的結(jié)構(gòu)性支撐。這類(lèi)膜可包括聚酯、聚烯烴、PVC、PVF、聚碳酸酯等，只要有關(guān)粘合、表面能和濕氣滲透率的條件能夠滿足即可。
按照本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，可以構(gòu)造一種轉(zhuǎn)移元件，從而熱轉(zhuǎn)移印刷機(jī)或燙印機(jī)就可用來(lái)將場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料放到圖形顯示器之上(例如鍵盤(pán)、儀表板顯示器上的鍵等)。特別地，轉(zhuǎn)移元件可包括復(fù)合材料10、透明導(dǎo)電層32、保護(hù)層34、剝離層36和載體層38、以及位于該復(fù)合材料10相對(duì)側(cè)上的粘合層40，如圖5所示。該轉(zhuǎn)移元件可以應(yīng)用到圖形顯示器46上的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體42和44之上，之后除去載體層38和剝離層36，如圖6所示。在這種方法中，載體層38是用來(lái)為將被轉(zhuǎn)移到顯示器46上的易碎元件提供結(jié)構(gòu)性支撐。在某些實(shí)施方式中，復(fù)合材料10中的聚合物材料可具有粘合性質(zhì)，這樣單獨(dú)的粘合層40就不再需要。相似地，在某些實(shí)施方式中，所述導(dǎo)電層32可具有足夠的保護(hù)性質(zhì)，這樣單獨(dú)的保護(hù)涂層34也就不再需要。而且所述導(dǎo)電層可包括一個(gè)介電涂層，以保證磷光性粒子不會(huì)接觸所述導(dǎo)電層。在某些實(shí)施方式中，所述剝離層或隔離涂層在轉(zhuǎn)移之后仍保留在所述復(fù)合材料上，其自身在最終器件中充當(dāng)保護(hù)層的作用。所述“隔離涂層”也能起“保護(hù)涂層”的作用，有時(shí)確實(shí)起著“保護(hù)涂層”作用。
在又一種實(shí)施方式中，所述轉(zhuǎn)移元件可包括導(dǎo)電層50和保護(hù)層52以及剝離層54、載體層56和粘合層58，但不包括發(fā)光復(fù)合材料10。在這種情形中，包括一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體62的接受基材60(如顯示器)可能已經(jīng)包括了發(fā)光復(fù)合材料10。這種將導(dǎo)電層轉(zhuǎn)移到發(fā)光復(fù)合材料上的方法可允許分別轉(zhuǎn)移各種想要的標(biāo)記或其它圖形，它們不需要直接連接到交流電源上，這是由于它們的作用是橋聯(lián)在接受基材中存在的間隙。在某些實(shí)施方式中，所述復(fù)合材料10可提供充分的粘合性，例如通過(guò)含有(約1-45％，優(yōu)選約2-6％)抗靜電劑如CYASTAT(由Cytec Industries，Inc.of West Paterson，NJ出售)而實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明另外實(shí)施方式中，鹽也可用作交流電受體材料。例如在將發(fā)光復(fù)合材料固定到導(dǎo)電基材上的粘合劑中采用這類(lèi)材料，可提高所述場(chǎng)致發(fā)光器件的場(chǎng)強(qiáng)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，約100-2500伏(優(yōu)選為約400-800伏)范圍內(nèi)的交流電壓在約60-14000Hz(優(yōu)選為約1000-5000Hz)的頻率下，可有效應(yīng)用于本發(fā)明的器件。所述電壓和頻率對(duì)于不同的應(yīng)用可以進(jìn)行改變，例如根據(jù)想要的顏色、所述場(chǎng)致發(fā)光器件的尺寸、所述場(chǎng)致發(fā)光材料的總厚度、明度和內(nèi)部阻抗和電容。
一般地，頻率越高，則最優(yōu)化結(jié)果所需要的鹽的分子量越低。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如那些可以相當(dāng)均勻分散在聚合物基質(zhì)中的鹽，可能有利于傳送交流電信號(hào)，它們可完成所述場(chǎng)致發(fā)光器件電路。添加這些帶電元件，可以按其自身使用，也可與其它導(dǎo)電材料組合一起使用，如前述討論的真空沉積輕金屬(光學(xué)密度約為0.15-0.40)、銦/錫氧化物(電阻約為25-400歐姆)或其它能夠允許場(chǎng)致發(fā)光器件產(chǎn)生的光通過(guò)的導(dǎo)電層。作為所述導(dǎo)電鹽如上述討論的CYSTAT的替代品，其它鹽如導(dǎo)電聚合物也可采用。盡管導(dǎo)電聚合物的一個(gè)帶電部分(例如陽(yáng)離子部分)具有相當(dāng)大的分子量，但其它電荷中心通常具有低的分子量。
用于產(chǎn)生圖形場(chǎng)致發(fā)光顯示器的其它技術(shù)可能涉及采用掩模掩蔽圖形內(nèi)容，或者從場(chǎng)致發(fā)光復(fù)合材料上切除所述圖形。這樣想要的圖形就被固定到導(dǎo)體之上。由于這種器件對(duì)于水蒸氣相對(duì)不敏感，所以它們可用于以前認(rèn)為對(duì)于場(chǎng)致發(fā)光器件來(lái)說(shuō)是過(guò)于不利的環(huán)境之中，如廣告自牌、漁船側(cè)面、飛機(jī)跑道和零售店地板。
而且這類(lèi)器件可為防偽目的用于原始文件之上。這類(lèi)器件可轉(zhuǎn)移到該原始文件之上。所述器件可設(shè)計(jì)為僅當(dāng)設(shè)置在特定頻率的交流電源之下時(shí)才能會(huì)發(fā)光。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，在不偏離本發(fā)明精神和范圍時(shí)，可以對(duì)上述的實(shí)施方式作許多改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于場(chǎng)致發(fā)光器件中的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括具有第一表面能的聚合物材料；和分散于所述聚合物材料之中的磷光性材料，所述磷光性材料具有第二表面能，所述第一表面能和第二表面能均在約32至約46dyne/cm之間，且對(duì)于1mil厚的阻擋層來(lái)說(shuō)，在100°F下持續(xù)24小時(shí)時(shí)間內(nèi)，所述聚合物材料的濕氣滲透率為至少1克/100平方英寸。
2.權(quán)利要求1所述復(fù)合材料，其中對(duì)于1mil厚的阻擋層來(lái)說(shuō)，在100°F下持續(xù)24小時(shí)時(shí)間內(nèi)，所述基材具有的總濕氣滲透率大于1克/100平方英寸。
3.權(quán)利要求1所述復(fù)合材料，其中所述聚合物材料包括丙烯酸聚合物。
4.權(quán)利要求1所述復(fù)合材料，其中所述聚合物材料包括無(wú)定形聚酯。
5.權(quán)利要求1所述復(fù)合材料，其中所述聚合物材料包括乙烯基聚合物。
6.權(quán)利要求1所述復(fù)合材料，其中所述聚合物材料包括乙酸乙烯酯共聚物。
7.權(quán)利要求1所述復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料包括保護(hù)層。
8.權(quán)利要求7所述復(fù)合材料，其中所述保護(hù)層是透明的。
9.權(quán)利要求7所述復(fù)合材料，其中對(duì)于1mil厚的阻擋層來(lái)說(shuō)，在100°F下持續(xù)24小時(shí)時(shí)間內(nèi)，所述保護(hù)層的濕氣滲透率為至少1克/100平方英寸。
10.一種用于場(chǎng)致發(fā)光器件中的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括具有第一表面能的聚合物材料；具有第二表面能的呈顆粒形式的磷光性材料，所述磷光性材料分散在所述聚合物材料之中；和具有第三表面能的保護(hù)層，所述第一、第二和第三表面能均在約32至約46dyne/cm之間，且對(duì)于1mil厚的阻擋層來(lái)說(shuō)，在100°F下持續(xù)24小時(shí)時(shí)間內(nèi)，所述聚合物材料、所述磷光性材料和所述保護(hù)層每一個(gè)的濕氣滲透率均為至少1克/100平方英寸。
11.權(quán)利要求10所述復(fù)合材料，其中所述保護(hù)層在其一側(cè)包括電子導(dǎo)電材料涂層。
12.權(quán)利要求10所述復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料在所述基材的層之間包括多個(gè)表面界面，且對(duì)于1mil厚的阻擋層來(lái)說(shuō)，在100°F下持續(xù)24小時(shí)時(shí)間內(nèi)，每個(gè)所述表面界面的特征均在于其各相鄰所述界面層之間濕氣滲透率的差值小于約6克/100平方英寸。
13.一種用于場(chǎng)致發(fā)光器件中的復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包括磷光性材料；包覆所述磷光性材料的聚合物涂覆材料；第一和第二導(dǎo)電層；和保護(hù)層，其中對(duì)于1mil厚的阻擋層來(lái)說(shuō)，在100°F下持續(xù)24小時(shí)時(shí)間內(nèi)，所述磷光性材料、所述聚合物涂覆材料、所述第一和第二導(dǎo)電層和所述保護(hù)層中每一個(gè)的濕氣滲透率均為至少1克/100平方英寸，從而使得所述發(fā)光基材的操作對(duì)水蒸氣的存在實(shí)質(zhì)上不敏感。
14.一種使用場(chǎng)致發(fā)光器件的方法，所述方法包括施加交流電場(chǎng)通過(guò)由聚合物材料和磷光性材料組成的復(fù)合材料的步驟和允許水蒸氣通過(guò)所述場(chǎng)致發(fā)光器件的步驟。
全文摘要
公開(kāi)了一種用于場(chǎng)致發(fā)光器件中的復(fù)合材料。所述復(fù)合材料包括具有第一表面能的聚合物材料；和分散于所述聚合物材料之中的磷光性材料。所述磷光性材料具有第二表面能，所述第一表面能和第二表面能均在約32至約46dyne/cm之間。對(duì)于1mil厚的阻擋層來(lái)說(shuō)，在100°F下持續(xù)24小時(shí)時(shí)間內(nèi)，所述聚合物材料的濕氣滲透率為至少1克/100平方英寸。
文檔編號(hào)C09K11/06GK1656193SQ03811455
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2003年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月10日
發(fā)明者N·麥克多諾, D·P·西格爾, I·E·希爾頓, J·R·彭納斯 申請(qǐng)人:弗萊肯公司