專利名稱：水不敏感性場致發(fā)光器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光材料，并特別涉及含有發(fā)光材料的場致發(fā)光器件。
背景技術：
場致發(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。場致發(fā)光器件典型地可在磷光性粒子區(qū)域提供電場，引起該粒子發(fā)光。這類器件可用于多種應用，如廣告、發(fā)光開關板和其它如顯示器、汽車中的重點照明、液晶顯示器的背光、夜燈等。
這類器件典型地含有一種保護層，用來防止水蒸氣進入到該聚合物材料之中。例如US 6207077公開了一種防水的發(fā)光熱固性聚酯混合物；US 6198216公開了一種含有發(fā)光粒子和氟化物樹脂粘結劑以及保護層的聚合物基質。由于這類發(fā)光材料的介電性質和化學性質通常依賴于水蒸氣的排除，所以引入這類發(fā)光材料的器件經常含有水分阻擋層。這種水分阻擋層對于某些器件來說可能是相對昂貴的，并可能限制這類器件的應用。
因此，需要這樣一種場致發(fā)光材料，其性能與該材料中是否存在水蒸氣無關。

發(fā)明內容
公開了一種用于場致發(fā)光器件的復合材料。該復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，對于1mil厚的阻擋層來說，在100°F下持續(xù)24小時時間內，為至少1克/100平方英寸。由于相對匹配的表面能，水蒸氣基本不會在該磷光性材料和該聚合物材料界面處發(fā)生冷凝。因此，水蒸氣就可通過該復合材料，而不會對含有本發(fā)明實施方式的復合材料的場致發(fā)光器件的操作產生不利影響。


比照附圖，下述說明將更易理解。
圖1為本發(fā)明一種實施方式的場致發(fā)光復合材料的示意圖。
圖2為本發(fā)明另一種實施方式的場致發(fā)光復合材料的示意圖。
圖3為本發(fā)明又一種實施方式的場致發(fā)光復合材料的示意圖。
圖4為本發(fā)明又一種實施方式的場致發(fā)光復合材料的示意圖。
圖5為本發(fā)明又一種實施方式的可轉移場致發(fā)光復合材料的示意圖。
圖6為圖5所示可轉移場致發(fā)光復合材料形成的場致發(fā)光復合材料的示意圖。
圖7為本發(fā)明又一種實施方式的可轉移導電復合材料的示意圖。
圖8為由圖7所示可轉移導電復合材料形成的場致發(fā)光復合材料的示意圖。
這些附圖都是為說明目的給出的，而不是按比例給出的。
具體實施例方式
本發(fā)明開發(fā)一種場致發(fā)光材料，它對于水蒸氣的滲透和冷凝是惰性的。這可允許場致發(fā)光復合材料的封裝不需要對水蒸氣是不可滲透的。
按照本發(fā)明的一種實施方式，如圖1所示，場致發(fā)光復合材料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，即使接近該復合材料表面的也是如此。該聚合物材料可允許水蒸氣通過該聚合物材料，如A和B所示。該聚合物和磷光性粒子是經過選擇的，使得每種材料的表面能均在約32至約46dyne/cm范圍之內。因此，水蒸氣就不會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，水蒸氣將不會停留在該復合材料之中，所以當該復合材料應用于場致發(fā)光器件之中時，水蒸氣的存在與否將不會實質性地影響該復合材料的性能。在各種不同的實施方式中，該復合材料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/或有一個或多個粘合層提供在該復合材料的外表面之上。
特別地，使用復合材料10的場致發(fā)光器件也可含有保護涂層16和任選地含一對導體18A和18B，它們各自電連接到交流電源20A和20B上，如圖2所示。在其它實施方式中，在應用或使用該器件時，該復合材料10和涂層16可放置在導體或凸起條(buss bar)上。該保護涂層16和導體18A和18B具有足夠高的濕氣滲透率，即水蒸氣可以也能通過這些材料。而且各保護涂層16和導體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涂層之間表面能的差值保持相對較小，所述保護性涂層和導體之間表面能的差值也保持相對較小。因此，水蒸氣將不會在聚合物材料和保護涂層之間的界面處或聚合物材料和導體之間的界面處發(fā)生冷凝。由于這一點，水蒸氣將不會保留在場致發(fā)光器件之中，所以水蒸氣的存在與否將不會實質性地影響該場致發(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、無定形聚酯樹脂、丙烯酸樹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。已經發(fā)現，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施方式之中。而且連續(xù)聚合物層的性質應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、聚合物和導電層或聚合物和聚合物層的界面處不會發(fā)生冷凝，而且所述層可允許水蒸氣自由地通過復合材料。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。
至于導電材料，氧化錫銦(InTO)可以使用，其表面能約為36dyne/cm。在其它實施方式中，也可采用比表面能約40-42dyne/cm的輕微金屬化的導電層。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的材料在形成場致發(fā)光器件時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可能有利于克服低表面能粘合問題。事實上，使用這類表面處理(例如采用硅烷)可能會引起該復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)。應該指出的是，當電鍍作用需要水起作用時，這種能防止水冷凝的比表面能降低對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的一部分對于本發(fā)明場致發(fā)光器件的性能可能會產生不利影響。這類阻擋層可能會導致放氣作用(例如在粘合層中形成氣泡)。這類“氣泡”一旦形成，就會改變“K”值(介電常數)，并改變導電層間的間距，從而對總電容和場致發(fā)光器件的性能產生不利影響。
優(yōu)選地，本發(fā)明場致發(fā)光器件沒有MVTR小于1gmil/100平方英寸/24小時的層(在38℃和90％相對濕度下的Lyssy試驗)，而且沒有兩個連續(xù)聚合物層相差大于6gmil/100平方英寸/24小時，更優(yōu)選相差不大于3gmil/100平方英寸/24小時。此外，該聚合物材料其介電數值基本不會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低的表面能水平時。例如一種橡膠基粘合劑，在100°F和95％相對濕度條件下經3天后，可顯示出約50％的介電常數降低。介電常數的提高可能會導致結構之中電介質擊穿，致使器件短路。
本發(fā)明器件可根據各種應用需要進行涂敷或印刷，在所述應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，事實上，水蒸氣可自由地通過器件各層是優(yōu)選的。該器件可通過將其放在高濕度環(huán)境中(100°F和約100％相對濕度)而測試其水敏感性。然后該器件應該定期地分析其照度穩(wěn)定性(illumination stability)。
如圖3所示，本發(fā)明另一種實施方式的場致發(fā)光器件包括一對位于該復合材料10的任一側上的導電層22和24、以及保護層26。導電層24優(yōu)選是透明導電層如InTO或輕微金屬化的鋁，其光學密度在約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。在其它實施方式中，該透明導電層可包括導電聚合物或碳納米管。該透明導電層應該包括充足濃度的導電材料，使得導電層的電阻和電容乘積(RC時間常數)限定電阻電容層的頻率，且該頻率應該高于使該器件發(fā)光所需要的頻率。當電子導電材料的電阻降低時，其容抗也降低，使該磷光體發(fā)光所需的總電流也降低。
與前面實施方式相似，保護層26和導電層22和24具有充足高的濕氣滲透率，水蒸氣可通過這些材料。而且保護涂層26和導電層22和24的每一個的表面能都是在約32至約46dyne/cm之間。而且優(yōu)選地，每對相鄰層之間表面能的差值保持相對較小，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發(fā)生冷凝，所以水蒸氣將不會保留在該場致發(fā)光器件之中。
在又一種實施方式中，所述器件還在復合材料和一個或兩個該導電層之間含有一個或兩個附加介電層28和30(例如約0.02-0.5mil)，以保證磷光性粒子不會直接與導電層接觸，如圖4所示。保護膜26還可用來保護人不直接接觸任何導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構完整性。而且透明保護膜可用來防止灰塵和擦傷，并為該場致發(fā)光器件提供另外的結構性支撐。這類膜可包括聚酯、聚烯烴、PVC、PVF、聚碳酸酯等，只要有關粘合、表面能和濕氣滲透率的條件能夠滿足即可。
按照本發(fā)明的另一種實施方式，可以構造一種轉移元件，從而熱轉移印刷機或燙印機就可用來將場致發(fā)光復合材料放到圖形顯示器之上(例如鍵盤、儀表板顯示器上的鍵等)。特別地，轉移元件可包括復合材料10、透明導電層32、保護層34、剝離層36和載體層38、以及位于該復合材料10相對側上的粘合層40，如圖5所示。該轉移元件可以應用到圖形顯示器46上的一個或多個導體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是用來為將被轉移到顯示器46上的易碎元件提供結構性支撐。在某些實施方式中，復合材料10中的聚合物材料可具有粘合性質，這樣單獨的粘合層40就不再需要。相似地，在某些實施方式中，所述導電層32可具有足夠的保護性質，這樣單獨的保護涂層34也就不再需要。而且所述導電層可包括一個介電涂層，以保證磷光性粒子不會接觸所述導電層。在某些實施方式中，所述剝離層或隔離涂層在轉移之后仍保留在所述復合材料上，其自身在最終器件中充當保護層的作用。所述“隔離涂層”也能起“保護涂層”的作用，有時確實起著“保護涂層”作用。
在又一種實施方式中，所述轉移元件可包括導電層50和保護層52以及剝離層54、載體層56和粘合層58，但不包括發(fā)光復合材料10。在這種情形中，包括一個或多個導體62的接受基材60(如顯示器)可能已經包括了發(fā)光復合材料10。這種將導電層轉移到發(fā)光復合材料上的方法可允許分別轉移各種想要的標記或其它圖形，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在接受基材中存在的間隙。在某些實施方式中，所述復合材料10可提供充分的粘合性，例如通過含有(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)而實現。
在本發(fā)明另外實施方式中，鹽也可用作交流電受體材料。例如在將發(fā)光復合材料固定到導電基材上的粘合劑中采用這類材料，可提高所述場致發(fā)光器件的場強。已經發(fā)現，約100-2500伏(優(yōu)選為約400-800伏)范圍內的交流電壓在約60-14000Hz(優(yōu)選為約1000-5000Hz)的頻率下，可有效應用于本發(fā)明的器件。所述電壓和頻率對于不同的應用可以進行改變，例如根據想要的顏色、所述場致發(fā)光器件的尺寸、所述場致發(fā)光材料的總厚度、明度和內部阻抗和電容。
一般地，頻率越高，則最優(yōu)化結果所需要的鹽的分子量越低。已經發(fā)現，如那些可以相當均勻分散在聚合物基質中的鹽，可能有利于傳送交流電信號，它們可完成所述場致發(fā)光器件電路。添加這些帶電元件，可以按其自身使用，也可與其它導電材料組合一起使用，如前述討論的真空沉積輕金屬(光學密度約為0.15-0.40)、銦/錫氧化物(電阻約為25-400歐姆)或其它能夠允許場致發(fā)光器件產生的光通過的導電層。作為所述導電鹽如上述討論的CYSTAT的替代品，其它鹽如導電聚合物也可采用。盡管導電聚合物的一個帶電部分(例如陽離子部分)具有相當大的分子量，但其它電荷中心通常具有低的分子量。
用于產生圖形場致發(fā)光顯示器的其它技術可能涉及采用掩模掩蔽圖形內容，或者從場致發(fā)光復合材料上切除所述圖形。這樣想要的圖形就被固定到導體之上。由于這種器件對于水蒸氣相對不敏感，所以它們可用于以前認為對于場致發(fā)光器件來說是過于不利的環(huán)境之中，如廣告自牌、漁船側面、飛機跑道和零售店地板。
而且這類器件可為防偽目的用于原始文件之上。這類器件可轉移到該原始文件之上。所述器件可設計為僅當設置在特定頻率的交流電源之下時才能會發(fā)光。
本領域技術人員將會理解，在不偏離本發(fā)明精神和范圍時，可以對上述的實施方式作許多改進和變化。
權利要求
1.一種用于場致發(fā)光器件中的復合材料，所述復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，且對于1mil厚的阻擋層來說，在100°F下持續(xù)24小時時間內，所述聚合物材料的濕氣滲透率為至少1克/100平方英寸。
2.權利要求1所述復合材料，其中對于1mil厚的阻擋層來說，在100°F下持續(xù)24小時時間內，所述基材具有的總濕氣滲透率大于1克/100平方英寸。
3.權利要求1所述復合材料，其中所述聚合物材料包括丙烯酸聚合物。
4.權利要求1所述復合材料，其中所述聚合物材料包括無定形聚酯。
5.權利要求1所述復合材料，其中所述聚合物材料包括乙烯基聚合物。
6.權利要求1所述復合材料，其中所述聚合物材料包括乙酸乙烯酯共聚物。
7.權利要求1所述復合材料，其中所述復合材料包括保護層。
8.權利要求7所述復合材料，其中所述保護層是透明的。
9.權利要求7所述復合材料，其中對于1mil厚的阻擋層來說，在100°F下持續(xù)24小時時間內，所述保護層的濕氣滲透率為至少1克/100平方英寸。
10.一種用于場致發(fā)光器件中的復合材料，所述復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，且對于1mil厚的阻擋層來說，在100°F下持續(xù)24小時時間內，所述聚合物材料、所述磷光性材料和所述保護層每一個的濕氣滲透率均為至少1克/100平方英寸。
11.權利要求10所述復合材料，其中所述保護層在其一側包括電子導電材料涂層。
12.權利要求10所述復合材料，其中所述復合材料在所述基材的層之間包括多個表面界面，且對于1mil厚的阻擋層來說，在100°F下持續(xù)24小時時間內，每個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。
13.一種用于場致發(fā)光器件中的復合材料，所述復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；第一和第二導電層；和保護層，其中對于1mil厚的阻擋層來說，在100°F下持續(xù)24小時時間內，所述磷光性材料、所述聚合物涂覆材料、所述第一和第二導電層和所述保護層中每一個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)光基材的操作對水蒸氣的存在實質上不敏感。
14.一種使用場致發(fā)光器件的方法，所述方法包括施加交流電場通過由聚合物材料和磷光性材料組成的復合材料的步驟和允許水蒸氣通過所述場致發(fā)光器件的步驟。
全文摘要
公開了一種用于場致發(fā)光器件中的復合材料。所述復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。對于1mil厚的阻擋層來說，在100°F下持續(xù)24小時時間內，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C09K11/06GK1656193SQ03811455
公開日2005年8月17日 申請日期2003年4月10日 優(yōu)先權日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 申請人:弗萊肯公司