JP2017116784A

JP2017116784A - ディスプレイ用フレキシブル基板及びフレキシブルディスプレイ

Info

Publication number: JP2017116784A
Application number: JP2015253390A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　治; Osamu Sato; 治佐藤; 玉井　和彦; Kazuhiko Tamai; 和彦玉井; 克弘猪股; Katsuhiro Inomata
Original assignee: Nagoya Institute of Technology NUC; LG Display Co Ltd
Current assignee: Nagoya Institute of Technology NUC; LG Display Co Ltd
Priority date: 2015-12-25
Filing date: 2015-12-25
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2035-12-25
Also published as: KR102035008B1; KR20170077028A; JP6915961B2

Abstract

【課題】小さな曲率半径で丸めたり、変形を繰り返したり、変形状態を長時間維持させたりしても、元の平坦な形状に戻ることが可能なディスプレイ用フレキシブル基板及びフレキシブルディスプレイを提供する。【解決手段】本発明のディスプレイ用フレキシブル基板は、Ｔｇが室温以下である三次元架橋体を有することを特徴とする。また、本発明のフレキシブルディスプレイは、このディスプレイ用フレキシブル基板を有することを特徴とする。また、ディスプレイ用フレキシブル基板に用いられる三次元架橋体は、アクリルゴム、シリコーンゴム及びクロロプレンゴムから成る群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。【選択図】なし

Description

本発明は、ディスプレイ用フレキシブル基板及びフレキシブルディスプレイに関する。

近年、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイなどの各種ディスプレイの中でも、薄くて軽く、柔軟で変形可能なフレキシブルディスプレイに注目が集まっている。このようなフレキシブルディスプレイ用の基板としては、従来、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどから形成されるプラスチックフィルムが一般に用いられている（例えば、特許文献１）。

特開２００６−７３６３６号公報

しかしながら、プラスチックフィルムからなる従来の基板を備えるフレキシブルディスプレイは、小さな曲率半径で丸めたり、変形を繰り返したり、変形状態を長時間維持させたりすると、癖がついてしまい、元の平坦な形状に戻り難くなるという問題がある。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、小さな曲率半径で丸めたり、変形を繰り返したり、変形状態を長時間維持させたりしても、元の平坦な形状に戻ることが可能なディスプレイ用フレキシブル基板及びフレキシブルディスプレイを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を続けた結果、Ｔｇ（ガラス転移温度）が室温以下である三次元架橋体が、ディスプレイ用フレキシブル基板に用いるのに適した特性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、Ｔｇが室温以下である三次元架橋体を有することを特徴とするディスプレイ用フレキシブル基板である。
また、本発明は、上記のディスプレイ用フレキシブル基板を有することを特徴とするフレキシブルディスプレイである。

本発明によれば、小さな曲率半径で丸めたり、変形を繰り返したり、変形状態を長時間維持させたりしても、元の平坦な形状に戻ることが可能なディスプレイ用フレキシブル基板及びフレキシブルディスプレイを提供することができる。

本発明のディスプレイ用フレキシブル基板（以下、「フレキシブル基板」と略す。）は、Ｔｇが室温以下である三次元架橋体を有する。
ここで、本明細書において「三次元架橋体」とは、三次元網目構造を有する架橋体を意味する。Ｔｇが室温以下である三次元架橋体は、Ｔｇよりも低温側ではガラス状態になり、Ｔｇよりも高温側ではゴム状態となる。三次元架橋体は、ゴム状態においてゴム弾性（エントロピー弾性）を示すため、ゴム状態の三次元架橋体に負荷を与えても、負荷を除去すれば元の形状に戻り易い。他方、三次元架橋体以外の材料に負荷を与えると、塑性変形が生じ、元の形状に戻り難くなる。

本発明では、フレキシブル基板に用いる三次元架橋体のＴｇを室温以下にしているため、ディスプレイの使用時においては、三次元架橋体がゴム状態となる。したがって、ディスプレイを小さな曲率半径で丸めたり、変形を繰り返したり、変形状態を長時間維持させたりしても、元の平坦な形状に戻ることが可能となる。
ここで、本明細書において「室温」とは、一般に２５℃を意味し、好ましくは２４℃、より好ましくは２３℃、さらに好ましくは２２℃である。
また、本明細書において「Ｔｇ」とは、ＪＩＳＫ７１２１の「プラスチックの転移温度測定方法」に基づいた示差走査熱量測定（ＤＳＣ）によって測定される値のことを意味する。

Ｔｇが室温以下である三次元架橋体は、フレキシブル基板に用いるのに適した形状（例えば、フィルム状）を有する。
三次元架橋体の厚さは、柔軟性を損なわない範囲であれば特に限定されないが、一般に２０μｍ〜２０００μｍ、好ましくは３０μｍ〜１５００μｍ、より好ましくは４０μｍ〜１０００μｍである。

三次元架橋体は、本発明のフレキシブル基板として用いることができるが、三次元架橋体からなる基板をディスプレイの両面に用いるか、又は片面のみ用いるかは適宜選択することができる。さらに、三次元架橋体を他の基板と積層したものを本発明のフレキシブル基板として用いることもできる。
他の基板としては、特に限定されず、当該技術分野においてフレキシブル基板に用いられる基板を用いることができる。他の基板の例としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリアレート（ＰＡＲ）、ポリカーボネート（ＰＣ）などから形成されるフィルム、ガラスシート、アルミニウムシートなどが挙げられる。なお、上記の高分子フィルムは、Ｔｇが室温より高く、且つ三次元架橋体ではないため、小さな曲率半径で丸めたり、変形を繰り返したり、変形状態を長時間維持させたりすると、高分子フィルムが塑性変形し、元の平坦な形状に戻り難い。また、ガラスシートやアルミニウムシートは、一般に高分子フィルムよりも高い剛性を有しているが、フレキシブルディスプレイ用基板として十分な柔軟性を発揮する厚さまで薄くした場合、ディスプレイを小さな曲率半径で丸めたり、変形を繰り返したり、変形状態を長時間維持させたりすると、ディスプレイの他の構成要素の変形に抗してディスプレイを元の平坦な形状に戻すのに十分な剛性を確保できなくなる。さらに、アルミニウムシートのような金属薄膜シートの場合、小さな曲率半径で丸めたり、変形を繰り返したり、変形状態を長時間維持させたりすると、金属薄膜自身が塑性（延性）変形してしまうことがある。一方、上記のフィルムやシートは、小さな曲率半径で丸めたり、変形を繰り返したり、変形状態を長時間維持させたりすると、元の平坦な形状に戻り難いが、Ｔｇが室温以下である三次元架橋体と組み合わせて用いることにより、三次元架橋体のゴム弾性によって、元の平坦な形状に戻ることが可能となる。

三次元架橋体を他の基板と積層する場合、その間は、当該技術分野において公知の接着剤を用いて接着すればよい。接着剤としては、特に限定されないが、一般に感圧接着剤（ＰＳＡ）が用いられる。

三次元架橋体の種類は、Ｔｇが室温以下であれば特に限定されないが、例えば、アクリルゴム、シリコーンゴム及びクロロプレンゴムなどが挙げられる。これらの各種ゴムは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。これらの各種ゴムは、当該技術分野において公知の方法によって製造してもよいし、市販品を用いてもよい。
上記の各種ゴムの中でも、透明性の観点から、アクリルゴムが好ましい。アクリルゴムは、一般に、（メタ）アクリル酸アルキルエステルの単独重合体又は共重合体である。
ここで、本明細書において「（メタ）アクリル酸アルキルエステル」とは、アクリル酸アルキルエステル及びメタクリル酸アルキルエステルの両方を意味する。

アクリル酸アルキルエステルとしては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、ｎ−ペンチルアクリレート、ｎ−ヘキシルアクリレート、ｎ−オクチルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、ｎ−デシルアクリレート、ｎ−ドデシルアクリレート、ｎ−ラウリルアクリレート、ｎ−オクタデシルアクリレートなどが挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

メタクリル酸アルキルエステルとしては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、ｎ−ペンチルメタクリレート、ｎ−ヘキシルメタクリレート、ｎ−オクチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ｎ−デシルメタクリレート、ｎ−ドデシルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレート、ｎ−オクタデシルメタクリレートなどが挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。

（メタ）アクリル酸アルキルエステルの単独重合体又は共重合体の中でも、室温以下のＴｇを安定して得る観点から、アクリル酸アルキルエステルの単独重合体又は共重合体であることが好ましい。
（メタ）アクリル酸アルキルエステルの共重合体の場合、その種類は特に限定されず、ランダム共重合体、交互共重合体、ブロック共重合体又はグラフト共重合体であり得る。

三次元架橋体は、三次元架橋体をディスプレイの表示面側に用いる場合、又は透明ディスプレイに適用する場合には、透明であることが望ましい。
ここで、本明細書において「透明」とは、可視光に対して透明であることを意味する。

（メタ）アクリル酸アルキルエステルの単独重合体又は共重合体は、（メタ）アクリル酸アルキルエステルと共に、架橋剤及び重合開始剤を原料として用い、乳化重合、懸濁重合、溶液重合、塊状重合などの公知の方法によって製造することができる。例えば、（メタ）アクリル酸アルキルエステル、架橋剤及び重合開始剤を混合した後、混合物を所定の型に流し込むか又は支持体上に塗布してフィルム状に形成して重合及び架橋させればよい。
重合条件は、使用する原料の種類などに応じて適宜調整すればよく特に限定されないが、重合温度は一般に５０℃〜２００℃、好ましくは６０℃〜１５０℃、重合時間は一般に０．５時間〜４８時間、好ましくは１時間〜２４時間である。
また、重合体の架橋は、重合後又は重合と同時に行われる。重合後に架橋を行う場合、所定の温度に加熱すればよい。架橋時間及び架橋温度は、使用する架橋剤の種類に応じて適宜調整すればよく特に限定されないが、架橋温度が一般に１００℃〜２５０℃、架橋時間が一般に０．５時間〜５時間である。

架橋剤としては、エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、１，４−ブタンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、１，９−ノナンジオールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレートなどが挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。架橋剤の配合割合は、使用する（メタ）アクリル酸アルキルエステルの種類に応じて適宜調整すればよく特に限定されないが、（メタ）アクリル酸アルキルエステルに対して外割で、一般に０．１モル％〜２０モル％、好ましくは０．３モル％〜１５モル％、さらに好ましくは０．５モル％〜１０モル％である。

重合開始剤としては、過酸化ベンゾイル、メチルシクロヘキサノンパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、ジイソプロピルパーオキシカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート等の有機過酸化物、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）などのアゾ化合物などのラジカル重合開始剤が挙げられる。これらは、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。重合開始剤の配合割合は、使用する（メタ）アクリル酸アルキルエステル及び架橋剤の種類に応じて適宜調整すればよく特に限定されないが、（メタ）アクリル酸アルキルエステル及び架橋剤の合計に対して外割で、一般に０．０１モル％〜１０モル％、好ましくは０．０３モル％〜５モル％、さらに好ましくは０．０５モル％〜３モル％である。

なお、（メタ）アクリル酸アルキルエステルの共重合体を製造する場合、各（メタ）アクリル酸アルキルエステルの配合割合は、共重合体のＴｇが室温以下となるような割合にすればよく、特に限定されない。

上記のようにして製造される（メタ）アクリル酸アルキルエステルの単独重合体又は共重合体などの三次元架橋体を有するフレキシブル基板は、小さな曲率半径で丸めたり、変形を繰り返したり、変形状態を長時間維持させたりしても、元の平坦な形状に戻ることが可能であるため、フレキシブルディスプレイに用いるのに最適である。

以下の実験により本発明の詳細を説明するが、これらによって本発明が限定されるものではない。
（１）アクリル酸アルキルエステルの共重合体からなるフィルムの作製
ブチルメタクリレート及びメチルアクリレートをフラスコに入れ、架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート（ＥＧＤＭＡ）を加えた。ここで、ブチルメタクリレートとメチルアクリレートとの配合割合はモル比で９１：９及び６７：３３の２条件で共重合体を合成した。また、架橋剤の配合割合は、ブチルメタクリレート及びメチルアクリレートの合計に対して外割で１．０モル％とした。次に、重合開始剤として２，２−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）を加えた。ここで、重合開始剤の配合割合は、ブチルアクリレート、エチルアクリレート及びＥＧＤＭＡの合計に対して外割で０．１モル％とした。次に、フラスコ内を１０分間、窒素バブリングして酸素を除去した後、型に流し込み、８５℃の恒温槽に入れて２４時間重合させた。その後、温度を１２０℃に上げて１時間架橋させることにより、厚さ１ｍｍの共重合体フィルムを得た。これらのフィルムのＴｇを上記の方法によって測定したところ、ブチルメタクリレートとメチルアクリレートとの配合割合がモル比で９１：９のもの（以下「共重合体フィルム（１）」という）は２４℃で、６７：３３のもの（以下「共重合体フィルム（２）」という）は１９℃であった。

（２）フレキシブル基板の作製
上記で作製したフィルム、並びに市販のフィルム、シート及び感圧接着剤を用いて、フレキシブル基板を作製した。フィルム又はシートは、幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍに切断した。
市販のフィルム、シート及び感圧接着剤としては、以下のものを用いた。
クロロプレンゴムシート：クレハエラストマー株式会社製ＣＢ２６０ＮＥ、厚さ１ｍｍ、Ｔｇ約−４０℃以下
シリコーンゴムシート（１）：信越ポリマー株式会社製ＢＡ３０、厚さ１ｍｍ、Ｔｇ−４０℃〜−５０℃
シリコーンゴムシート（２）：信越ポリマー株式会社製ＢＡ７０、厚さ１ｍｍ、Ｔｇ−４０℃〜−５０℃
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム：東洋紡株式会社製コスモシャイン（登録商標）Ａ４３００、厚さ５０μｍ、１００μｍ及び１２５μｍ、Ｔｇ約８０℃
無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）フィルム：フタムラ化学株式会社製ＦＨＫ２、厚さ５０μｍ、Ｔｇ約０℃
アルミニウムシート：厚さ５０μｍ
ガラスシート：日本電気硝子株式会社製Ｇ−Ｌｅａｆ（登録商標）、厚さ５０μｍ
感圧接着剤（ＰＳＡ）：ＤＩＣ株式会社製ＺＢ７０１１Ｗ

＜サンプルＡ（本発明例）＞
共重合体フィルム（１）をフレキシブル基板として用いた。
＜サンプルＢ（本発明例）＞
共重合体フィルム（２）をフレキシブル基板として用いた。

＜サンプルＣ（本発明例）＞
クロロプレンゴムシートにＰＳＡを塗布した後、ＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）を重ね、室温でラミネート処理することにより、フレキシブル基板を作製した。このフレキシブル基板において、クロロプレンゴムシートとＰＥＴフィルムとの間のＰＳＡ層の厚さは２５μｍとした。
＜サンプルＤ（本発明例）＞
クロロプレンゴムシートにＰＳＡを塗布した後、アルミニウムシートを重ね、室温でラミネート処理することにより、フレキシブル基板を作製した。このフレキシブル基板において、クロロプレンゴムシートとＰＥＴフィルムとの間のＰＳＡ層の厚さは２５μｍとした。

＜サンプルＥ（本発明例）＞
クロロプレンゴムシートの代わりにシリコーンゴムシート（１）を用いたこと以外はサンプルＣと同様にしてフレキシブル基板を作製した。
＜サンプルＦ（本発明例）＞
クロロプレンゴムシートの代わりにシリコーンゴムシート（１）を用いたこと以外はサンプルＤと同様にしてフレキシブル基板を作製した。

＜サンプルＧ（本発明例）＞
クロロプレンゴムシートの代わりにシリコーンゴムシート（２）を用いたこと以外はサンプルＣと同様にしてフレキシブル基板を作製した。
＜サンプルＨ（本発明例）＞
クロロプレンゴムシートの代わりにシリコーンゴムシート（２）を用いたこと以外はサンプルＤと同様にしてフレキシブル基板を作製した。

＜サンプルI（比較例）＞
ＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）をフレキシブル基板として用いた。
＜サンプルJ（比較例）＞
ＰＥＴフィルム（厚さ１００μｍ）をフレキシブル基板として用いた。
＜サンプルＫ（比較例）＞
ＰＥＴフィルム（厚さ１２５μｍ）をフレキシブル基板として用いた。

＜サンプルＬ（比較例）＞
アルミニウムシートをフレキシブル基板として用いた。
＜サンプルＭ（比較例）＞
ＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）にＰＳＡを塗布した後、ＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）を重ね、室温でラミネート処理することにより、フレキシブル基板を作製した。このフレキシブル基板において、２つのＰＥＴフィルムの間のＰＳＡ層の厚さは２５μｍとした。
＜サンプルＮ（比較例）＞
ＰＳＡ層の厚さを５０μｍに変えたこと以外はサンプルＭと同様にしてフレキシブル基板を作製した。

＜サンプルＯ（比較例）＞
アルミニウムシートにＰＳＡを塗布した後、ＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）を重ね、室温でラミネート処理することにより、フレキシブル基板を作製した。このフレキシブル基板において、アルミニウムシートとＰＥＴフィルムとの間のＰＳＡ層の厚さは２５μｍとした。
＜サンプルＰ（比較例）＞
ガラスシートにＰＳＡを塗布した後、ＰＥＴフィルム（厚さ５０μｍ）を重ね、室温でラミネート処理することにより、フレキシブル基板を作製した。このフレキシブル基板において、ガラスシートとＰＥＴフィルムとの間のＰＳＡ層の厚さは２５μｍとした。
＜サンプルＱ（比較例）＞
ＰＳＡ層の厚さを５０μｍに変えたこと以外はサンプルＰと同様にしてフレキシブル基板を作製した。

＜サンプルＲ（比較例）＞
ＣＰＰフィルムをフレキシブル基板として用いた。
＜サンプルＳ（比較例）＞
ガラスシートにＰＳＡを塗布した後、ＣＰＰフィルムを重ね、室温でラミネート処理することにより、フレキシブル基板を作製した。このフレキシブル基板において、ガラスシートとＣＰＰフィルムとの間のＰＳＡ層の厚さは２５μｍとした。

上記で得られたフレキシブル基板を、半径３０ｍｍの円筒型のパイプに巻き付けた。なお、サンプルＣ、Ｅ、Ｇ及びＯ〜ＱではＰＥＴフィルム側、サンプルＤ、Ｆ及びＨではアルミニウムシート側、サンプルＳではＣＰＰフィルム側がそれぞれ内側になるように巻き付けた。次に、フレキシブル基板を巻き付けたパイプを６０℃のオーブンに入れて２４時間保持した後、オーブンから取り出した。次に、フレキシブル基板を水平な台の上で広げ、フレキシブル基板のカール量を測定した。
フレキシブル基板のカール量は、フレキシブル基板の一方の短辺を水平な台に固定し、フレキシブル基板の他方の短辺と水平な台との距離（カール高さ）及び水平な台から離れたフレキシブル基板の長辺の部分の長さ（カール長さ）を測定することによって評価した。その結果を表１に示す。

表１の結果からわかるように、サンプルＡ〜Ｈのフレキシブル基板は、サンプルＩ〜Ｓのフレキシブル基板に比べて、カール高さ、カール長さが共に小さく、元の形状に戻り易いことが分かった。
また、サンプルＣ、Ｄ、Ｆ、Ｇ及びＨのフレキシブル基板については、２４時間経過後にカール高さ及びカール長さを再度測定した。その結果、ＰＳＡを介してクロロプレンゴムシートとアルミニウムシートとを貼り合わせたサンプルＤ、Ｆ及びＨのフレキシブル基板についてはカール高さ及びカール長さにあまり変化は見られなかったものの、ＰＳＡを介してクロロプレンゴムシートとＰＥＴフィルムとを貼り合わせたサンプルＣ及びＧのフレキシブル基板についてはカール高さ及びカール長さが０ｍｍとなった。

以上の結果からわかるように、本発明によれば、小さな曲率半径で丸めたり、変形を繰り返したり、変形状態を長時間維持させたりしても、元の平坦な形状に戻ることが可能なディスプレイ用フレキシブル基板及びフレキシブルディスプレイを提供することができる。

Claims

Ｔｇが室温以下である三次元架橋体を有することを特徴とするディスプレイ用フレキシブル基板。
前記三次元架橋体のＴｇが２５℃以下であることを特徴とする、請求項１に記載のディスプレイ用フレキシブル基板。
前記三次元架橋体が透明であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のディスプレイ用フレキシブル基板。
前記三次元架橋体が、アクリルゴム、シリコーンゴム及びクロロプレンゴムから成る群から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレキシブル基板。
前記三次元架橋体が、アクリルゴムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレキシブル基板。
前記アクリルゴムが、（メタ）アクリル酸アルキルエステルの単独重合体又は共重合体であることを特徴とする、請求項４又は５に記載のディスプレイ用フレキシブル基板。
前記アクリルゴムが、ブチルメタクリレートとメチルアクリレートとの共重合体であることを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレキシブル基板。
前記三次元架橋体がフィルム状であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレキシブル基板。
前記三次元架橋体に感圧接着剤を介してポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルフォンフィルム、ポリアレートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ガラスシート、及びアルミニウムシートからなる群から選択されるフィルム又はシートが積層されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレキシブル基板。
請求項１〜９のいずれか一項に記載のディスプレイ用フレキシブル基板を有することを特徴とするフレキシブルディスプレイ。