JP2016060129A - ガラス積層体 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、厚み100μm以下のガラスシートに、該ガラスシートよりも薄い厚みを有する透明樹脂を積層した基板が開示されている。透明樹脂としてはポリウレタンが開示され、ポリLED素子やエレクトロクロミック素子の基板として使用されることが記載されている。
特許文献2には、500μm以下の厚さを有するガラスフィルムの少なくとも一方に、200μm以下のポリマー層が直接貼付され、且つ、その表面の少なくとも一方の側が低いうねりと低い粗さを有する、ガラス−プラスチック複合フィルムが開示されており、電子デバイス基板に用いることが記載されている。
特許文献3には、特定の弾性率及び破壊靱性値を有し、高いガラス転移温度を示す透明樹脂層をガラスの片側、または両側に備えた透明基板が開示されており、樹脂層の膜厚がガラスの膜厚に対して特定の値であること、熱可塑性樹脂が好ましいことが記載されている。
特許文献4には、ガラスに対する収縮応力が5MPa以上であり、高いガラス転移温度を示す透明樹脂層を、ガラスの片側、または両側に備えた透明基板が開示されて、用いられる樹脂としては熱可塑性樹脂が好ましいことが記載されている。
特許文献5には、特定の構造を有するポリイミドフィルムを、ガラスに貼り合せた積層体の製造方法が開示されており、ガラスと樹脂層との平均線膨張率の差が一定であることで、加熱冷却時の反りや剥離を抑制できることが記載されている。
また、特許文献2において実施例で使用された樹脂では、積層体を電子デバイス基板として用いた場合に耐熱性に問題があった。
さらに、特許文献3および4で開示されている透明樹脂においても、積層体を電子デバイスの基板として用いる場合には、なお耐熱性に問題があった。また、ガラスの厚みに対して樹脂層が厚いため、電子デバイス基板として用いた際に、アウトガスが多く放出され、電子デバイスに不良が生じる懸念もあった。
耐熱性樹脂として、ポリイミドが挙げられるが、耐熱性に優れたポリイミドは、一般的に主鎖に芳香環および/またはヘテロ環を含むため、着色することが知られている。
公知文献5には、ポリイミドフィルムをガラスに積層する方法が開示されているが、ポリイミドフィルムを単体として取り扱うには、ある程度の厚みが必要となるため、その積層体は可視光透過性が損なわれていた。
すなわち本発明は以下のとおりである。
前記ポリイミド樹脂組成物は、引張破断伸度が10%以上、500%以下であり、樹脂層の合計厚みとガラスフィルムの厚みの比(樹脂層の合計厚み/ガラスフィルムの厚み)が0.01以上、0.4以下であるガラス積層体。
[2]前記ポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層の厚みが1μm以上、25μm以下である[1]に記載のガラス積層体。
[3]前記ガラスフィルムの厚みが20μm以上、100μm以下である[1]又は[2]に記載のガラス積層体。
[4]前記樹脂層の耐熱温度が400℃以上である、[1]〜[3]のいずれかに記載のガラス積層体。
[5]ガラスフィルムの両面に、ポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層を積層させた[1]〜[4]のいずれかに記載のガラス積層体。
[6]積層体表面の少なくとも一方の平均面粗さSaが10nm以下である[5]に記載のガラス積層体。
[7]少なくとも以下の(1)〜(3)工程を含む[1]〜[6]のいずれかに記載のガラス積層体の製造方法。
(1)ポリイミド前駆体を含む層を支持フィルム上に形成する工程 (2)前工程で形成したポリイミド前駆体を含む層をガラスフィルム表面に転写し、支持フィルムを剥離する工程
(3)前工程で転写したポリイミド前駆体を含む層を焼成し、ポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層を形成する工程
本発明のガラス積層体はガラスフィルムの片面もしくは両面に樹脂層が積層されて形成される。ガラス積層体の厚みは、可撓性の観点から200μm以下が好ましく、より好ましくは150μm以下であり、更に好ましくは100μm以下である。また、通常10μm以上であり、30μm以上であることが好ましく、50μm以上であることがより好ましい。
平均面粗さ(算術平均粗さSa)は、5nm以下がより好ましく、3nm以下がさらに好ましい。一方下限は限定されないが、通常0.1nm以上である。
一般的にガラスの表面の平均面粗さSaは小さい数値となる傾向があるため、樹脂層表面の平均面粗さSaが上記値を満たすことが好ましい。特に、ガラスフィルムの両面に樹脂層を積層させたガラス積層体の場合には、少なくとも一方の樹脂層表面の平均面粗さSaが、上記値を満たすことが好ましい。
非接触表面・層断面計測システムVertScan2.0(株式会社菱化システム製)を用いガラス積層体の表面観察(観察視野:93.97μm×71.30μm)を実施し、ガラス積層体表面について、平均面粗さ(算術平均粗さSa)を算出する。
その他、平均面粗さの小さい支持フィルム上にポリイミド前駆体を含む層を形成し、当該ポリイミド前駆体を含む層をガラスフィルム上に転写し、焼成することで、平均面粗さの小さいポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層を得ることができる。
ましくは、0.2以下である。
具体的には、波長500nmの可視光の分光透過率が、通常70%以上であり、75%以上であることが好ましく、78%以上であることがより好ましく、80%以上であることが更に好ましい。
本実施形態において樹脂層は、ポリイミド樹脂を含むポリイミド樹脂組成物からなる。樹脂層がポリイミド樹脂を含むことで、耐熱性の高いガラス積層体が得られる。樹脂層の厚みは通常1μm以上、25μm以下であり、好ましくは2μm以上、20μm以下であり、さらに好ましくは3μm以上、10μm以下である。
厚みが上記範囲であれば、ガラス積層体の可視光透過性を高く維持することができる。
なお、ポリアミック酸は、熱などで硬化させることでポリイミド樹脂が得られ、ポリイミド前駆体の具体例として挙げられる。
本実施形態において、引張破断伸度を上記範囲とするためには、例えば硬化温度を、重合反応の起らない低温から段階的に温度をあげたりすればよい。なお、上記範囲を充足する市販品も存在し、適宜入手することもできる。
厚み10μm、幅10mm、長さ60mmの短冊状樹脂サンプルを作製し、引張試験機(島津製作所製、万能材料試験機AGS-X)を用いて、短冊状樹脂サンプルの引張破断伸度
を測定した。試験条件は、チャック間距離を40mm、引っ張り速度を50mm/minとし、また、25℃で測定する。
ポリイミド樹脂組成物の耐熱温度は500℃以上がより好ましく550℃以上がさらに好ましい。上限は限定されないが通常700℃以下である。
RIGAKU製Thermo plus TG8120を用いて、窒素50mL/mi
n雰囲気下、昇温速度20℃/minにおける熱減量を測定し、熱減量が5%となる温度を耐熱温度とする。
本実施形態において、ポリイミド樹脂組成物の耐熱温度を高くするためには、例えばポリアミック酸を構成するジアミンとしてp−フェニレンジアミン、m−フェニルジアミン、3,4′−ジアミノジフェニルエーテル、及び4,4′−ジアミノジフェニルエーテルから選択すればよい。また、ポリアミック酸を構成するテトラカルボン酸二無水物として、ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、及び3,3′,4,4′−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物から選択すればよい。なお、上記範囲を充足する市販品も存在し、適宜入手することもできる。
ポリアミック酸は、ジアミンとテトラカルボン酸二無水物との反応により得ることができる。
これらの中でも、高耐熱性のポリイミド樹脂を得る観点から、p−フェニレンジアミン、m−フェニルジアミン、3,4′−ジアミノジフェニルエーテル、4,4′−ジアミノジフェニルエーテルを使用することが好ましい。
フェニルエーテルテトラカルボン酸、2,3,3′,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸、1,4,5,7−ナフタレンテトラカルボン酸、1,2,5,6−ナフタレンテトラカルボン酸、3,3′,4,4′−ジフェニルメタンテトラカルボン酸、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン、3,4,9,10−テトラカルボキシペリレン、2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]プロパン、及び2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパンなどの二無水物などを単独又は混合物として使用することが出来る。 これらの中でも、高耐熱性のポリイミド樹脂を得る観点から、ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物を使用することが好ましい。
本実施形態に係るガラス積層体を構成するガラスフィルムは、積層体のフレキシビリティを阻害しないものであれば、特に限定されない。具体的には、ソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラスなどを例示することができる。
日本電気硝子株式会社製の商品名「OA−10G」などを挙げることができる。さらに市販の200μm以上のガラスを研磨してもよいし、フッ化水素で溶かし、薄膜化することもできる。
本実施形態に係るガラス積層体の製造方法は、ガラスフィルムの少なくとも片面に樹脂層を積層させたガラス積層体を製造できれば特に限定されないが、例として、直接塗布法によりガラスフィルムに直接樹脂組成物を積層させる方法、転写フィルムを使用する方法があげられる。
直接塗布法は、具体的には少なくとも樹脂及び溶剤を含む塗布用組成物を調製し、該組成物をダイコート塗布、バーコータ塗布、スピンコータ塗布、メイヤーバー塗布、エアナイフ塗布、グラビア塗布、リバースグラビア塗布、オフセット印刷、フレキソ印刷、スクリーン印刷、ディップコートなどの方法により、ガラスフィルムに塗布する手法である。
溶剤は、通常有機溶剤が用いられ、樹脂層に含まれる樹脂の種類により適宜選択される。
なお、塗布後は、必要に応じ溶剤を除去する工程を含んでもよい。
また、直接塗布法による場合、塗布速度、吐出量等は特に限定されず、樹脂層に含まれる樹脂の組成や厚みから適宜調整することができる。
(1)ポリイミド前駆体を含む層を支持フィルム上に形成し、転写フィルムを製造する工程、
(2)前工程で形成したポリイミド前駆体を含む層をガラスフィルム表面に転写し、転写後支持フィルムを剥離する工程、
(3)前工程で転写したポリイミド前駆体を含む層を焼成し、樹脂層をガラスフィルム上に形成する工程、
また、支持フィルムにおいてポリイミド前駆体を含む層と積層する表面は、平均面粗さSaが小さいことが好ましく、20nm以下であることが好ましく、10nm以下であることが好ましい。支持フィルム表面の平均面粗さが小さいことで、ガラス積層体における樹脂層表面の平均面粗さを小さくすることができる。
また、転写フィルムの製造方法についても特段限定されず、既知の方法を用いて製造すればよい。
転写フィルムは、ポリイミド前駆体を含む層上に、ガラスフィルムとの接着性を良好とするために、接着剤層を有してもよい。
熱ラミネートする場合、既知の装置を用いればよいが、例えば熱ラミネート装置の一部分に、ポリイミド前駆体を含む層を支持フィルム上に塗工する塗工装置、及び塗工後の組成物を乾燥させる乾燥装置を組み込んだ熱ラミネート装置とし、転写フィルムの製造とガラスフィルムへの転写を連続的に行ってもよい。
転写フィルムのポリイミド前駆体を含む層の表面には、熱ラミネート前に、接着性を向上させるためにプラズマ処理やコロナ処理、シランカップリング処理などの表面処理を行ってもよい。
また、ニップロール圧は、ガラスフィルムの破損を防ぎ、かつ、ガラスフィルムとポリイミド前駆体を含む層との接着性の観点から通常0.1MPa・cm以上、5MPa・cm以下である。
することで硬化反応を生じさせ、本実施形態に係るガラス積層体とする工程である。
加熱時間は、ポリイミド前駆体を硬化させるのに十分な時間であれば特段限定されず、通常10分以上2時間以下、好ましくは20分以上1.5時間以下、より好ましくは30分以上1時間以下である。
加熱雰囲気についても特段限定されないが、窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。
なお、実施例で測定した物性等の測定法は以下のとおりである。
樹脂層を構成するポリイミド樹脂組成物について、厚み10μm、幅10mm、長さ60mmの短冊状樹脂サンプルを作製し、引張試験機(島津製作所製、万能材料試験機AGS-X)を用いて、短冊状樹脂サンプルの引張破断伸度を測定した。試験条件は、チャック間
距離を40mm、引っ張り速度を50mm/minとし、25℃で測定した。
ガラス積層体を端面からはさみ(コクヨS&T製「ハサ151B」)で5cm裁断し、裁断方向から伝搬するクラックの状況を以下の基準で評価した。
○:裁断方向からのクラックの伝搬が5mm未満
△:裁断方向からのクラックの伝搬が5mm以上10mm未満
×:裁断方向からのクラックの伝搬が10mm以上
非接触表面・層断面計測システムVertScan2.0(株式会社菱化システム製)を用いガラス積層体の表面観察(観察視野:93.97μm×71.30μm)を実施し、ガラス積層体の表面について、平均面粗さ(算術平均粗さSa)を算出した。
日立ハイテク製の分光光度計「UV−4000」を用いて、波長500nmにおけるガラス積層体の分光透過率を測定した。
RIGAKU製Thermo plus TG8120を用いて、窒素50mL/mi
n雰囲気下、昇温速度20℃/minにおける熱減量を測定し、熱減量が5%となる温度を耐熱温度とした。
固形分濃度18%のポリアミック酸溶液であるユニチカ製「UイミドワニスAR」を支持フィルム(ポリエチレンテレフタレートの二軸延伸フィルム(東洋紡社製 製品名「A4100」 厚み50μm)の平滑面にバーコータ―で塗布し、100℃で5分乾燥する
ことで、焼成後の厚みが3μmになるように調整されたポリイミド前駆体層を有する転写フィルムを得た。
ガラスフィルム(日本電気硝子株式会社製「OA−10G」、厚み:40μm)を準備し、ガラスフィルムの両側に、ガラスフィルムとポリイミド前駆体層が対向するように転写フィルムを積層させ、直径200mmの金属ロールと直径200mmのゴムロールを有したラミネーターを用いて、線圧0.4MPa・cm、加熱温度150℃で熱ラミネートした。
熱ラミネート後、支持フィルムを積層体から剥離し、250℃で30分、450℃で30分、窒素雰囲気下で焼成することで、ポリイミド前駆体のイミド化反応を進行させ、ポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層を有するガラス積層体1を作成した。
固形分濃度18%のポリアミック酸溶液であるユニチカ製「UイミドワニスCR」を支持フィルムに塗布した以外は実施例1と同様にして転写フィルムを得た。
実施例1と同様に熱ラミネート後に支持フィルムを積層体から剥離し、250℃で30分、350℃で30分、窒素雰囲気下で焼成することで、ポリイミド前駆体のイミド化反応を進行させ、ポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層を有するガラス積層体2を作成した。
ガラスフィルム(日本電気硝子株式会社製「OA−10G」、厚み:40μm)の片側のみに転写フィルム積層させ、熱ラミネートした以外は、実施例2と同様にして、ガラス積層体3を作成した。
固形分濃度100%の熱硬化性エポキシ樹脂(ADEKA製、商品名「KRX-950-1」)
を使用し、ガラスフィルムの両面に、硬化後の厚みが3μmになるようにワイヤーバーコーターを用いて塗布した後、溶剤を乾燥、除去し、さらに加熱処理により硬化させて、エポキシ樹脂組成物からなる樹脂層を有するガラス積層体4を得た。
固形分濃度18%のポリアミック酸溶液であるユニチカ製「UイミドワニスAR」をガラスフィルム(日本電気硝子株式会社製「OA−10G」、厚み:50μm)の片側にスピンコータ―で塗布し、100℃で5分乾燥し、さらに、250℃で30分、450℃で30分、窒素雰囲気下で焼成することで、ポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層の厚みが0.1μmであるガラス積層体5を作成した。
転写フィルムの製造の際に100℃で15分乾燥することで、焼成後の厚みが30μmになるように調整されたポリイミド前駆体層を有する転写フィルムを得た後、ガラスフィルム(日本電気硝子株式会社製「OA−10G」、厚み:50μm)の片側に、ガラスフィルムとポリイミド前駆体層が対向するように転写フィルムを熱ラミネートした以外は、実施例1と同様にして、ガラス積層体6の作成を試みた。
しかしながら焼成後、該サンプルは反ってしまい、ガラスフィルムが破損してしまった。
またポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層は、焼成時に含有溶媒または水分が蒸発することにより、表面が発泡していた。
ガラスフィルム(日本電気硝子株式会社製「OA−10G」、厚み:40μm)を、樹
脂層を積層させることなく使用した。
加えて、耐熱性が高く、また、良好な可視光透過性を示すガラス積層体を提供することができる。
よって、電子デバイス基板として好適なガラス積層体が提供される。
Claims (7)
- 厚みが10μm以上、200μm以下のガラスフィルムの少なくとも片面に、ポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層を積層させたガラス積層体であって、
前記ポリイミド樹脂組成物は、引張破断伸度が10%以上、500%以下であり、樹脂層の合計厚みとガラスフィルムの厚みの比(樹脂層の合計厚み/ガラスフィルムの厚み)が0.01以上、0.4以下であるガラス積層体。 - 前記ポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層の厚みが1μm以上、25μm以下である請求項1に記載のガラス積層体。
- 前記ガラスフィルムの厚みが20μm以上、100μm以下である請求項1又は2に記載のガラス積層体。
- 前記ポリイミド樹脂組成物の耐熱温度が400℃以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガラス積層体。
- ガラスフィルムの両面に、ポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層を積層させた請求項1〜4のいずれか1項に記載のガラス積層体。
- 積層体表面の少なくとも一方の平均面粗さSaが10nm以下である請求項5に記載のガラス積層体。
- 少なくとも以下の(1)〜(3)工程を含む請求項1〜6のいずれか1項に記載のガラス積層体の製造方法。
(1)ポリイミド前駆体を含む層を支持フィルム上に形成する工程 (2)前工程で形成したポリイミド前駆体を含む層をガラスフィルム表面に転写し、支持フィルムを剥離する工程
(3)前工程で転写したポリイミド前駆体を含む層を焼成し、ポリイミド樹脂組成物からなる樹脂層を形成する工程
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