JP2020202209A - フレキシブル基板 - Google Patents

Abstract

【課題】配線段差に起因した経時劣化を抑制することが可能なフレキシブル基板を提供すること。【解決手段】一実施形態に係るフレキシブル基板は、可撓性の絶縁基材と、絶縁基材の上に設けられる配線とからなる複数の線部と、絶縁基材を支持する第１伸縮樹脂層と、線部と第１伸縮樹脂層とを覆うコーティング層と、コーティング層を覆う第２伸縮樹脂層と、を備え、コーティング層は、隣接する２つの線部の間の領域において、線部の側面と第１伸縮樹脂層と第２伸縮樹脂層とに接して形成されている。【選択図】 図３

Description

本発明の実施形態は、フレキシブル基板に関する。

近年、可撓性および伸縮性を有したフレキシブル基板の利用が種々の分野で検討されている。一例を挙げると、マトリクス状に電気的素子が配列されたフレキシブル基板を電子機器の筐体や人体等の曲面に貼り付ける利用形態が考えられる。電気的素子としては、例えばタッチセンサや温度センサ等の各種センサや表示素子が適用され得る。

フレキシブル基板においては、屈曲や伸縮による応力で配線が損傷しないように対策を講じる必要がある。このような対策としては、例えば、配線を支持する基材にハニカム形状の開口を設けることや、配線を蛇行した形状（ミアンダ形状）とすることが提案されている。

一方で、フレキシブル基板においては、配線段差に起因した経時劣化を抑制するための対策も講じる必要がある。

特開２０１５−１９８１０１号公報 特開２０１５−１９８１０２号公報 特開２０１７−１１８１０９号公報 特開２０１７−１１３０８８号公報

本実施形態の目的は、配線段差に起因した経時劣化を抑制することが可能なフレキシブル基板を提供することにある。

一実施形態に係るフレキシブル基板は、可撓性の絶縁基材と、前記絶縁基材の上に設けられる配線とからなる複数の線部と、前記絶縁基材を支持する第１伸縮樹脂層と、前記線部と前記第１伸縮樹脂層とを覆うコーティング層と、前記コーティング層を覆う第２伸縮樹脂層と、を具備し、前記コーティング層は、隣接する２つの前記線部の間の領域において、前記線部の側面と前記第１伸縮樹脂層と前記第２伸縮樹脂層とに接して形成されている。

図１は、本実施形態に係るフレキシブル基板の概略的な平面図である。 図２は、図１に示したフレキシブル基板の一部を拡大した平面図である。 図３は、図２に示したＡ−Ｂ線におけるフレキシブル基板の断面図である。 図４は、図２に示したＣ−Ｄ線におけるフレキシブル基板の断面図である。 図５は、比較例に係るフレキシブル基板の断面図である。 図６は、比較例に係るフレキシブル基板の別の断面図である。 図７は、比較例に係るフレキシブル基板のさらに別の断面図である。

いくつかの実施形態につき、図面を参照しながら説明する。
なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有される。また、図面は、説明をより明確にするため、実施の態様に比べて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。各図において、連続して配置される同一または類似の要素については符号を省略することがある。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を省略することがある。

図１は、本実施形態に係るフレキシブル基板１００の概略的な平面図である。本実施形態においては、図示したように第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、第３方向Ｄ３を定義する。第１方向Ｄ１および第２方向Ｄ２は、フレキシブル基板１００の主面と平行であり、互いに交わる方向である。第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２に対して垂直な方向であり、フレキシブル基板１００の厚さ方向に相当する。第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２は、本実施形態では垂直に交わるが、垂直以外の角度で交わっても良い。

フレキシブル基板１００は、複数の走査線１と、複数の信号線２と、複数の電気的素子３と、支持体８と、走査線ドライバＤＲ１と、信号線ドライバＤＲ２と、を備えている。なお、走査線ドライバＤＲ１および信号線ドライバＤＲ２は、フレキシブル基板１００の外部に設けられていても良い。走査線１、信号線２、および電気的素子３は、支持体８の上に設けられている。複数の走査線１は、全体的に第１方向Ｄ１に延出し、第２方向Ｄ２に並んでいる。複数の走査線１は、それぞれ走査線ドライバＤＲ１と電気的に接続されている。複数の信号線２は、全体的に第２方向Ｄ２に延出し、第１方向Ｄ１に並んでいる。複数の信号線２は、それぞれ信号線ドライバＤＲ２と電気的に接続されている。電気的素子３の各々は、走査線１と信号線２との交差部に設けられ、走査線１および信号線２と電気的に接続されている。

図２は、図１に示したフレキシブル基板１００の一部を拡大した平面図である。フレキシブル基板１００は、上記に加えて、走査線１および信号線２を支持する絶縁基材４を備えている。絶縁基材４は、伸縮性および可撓性を有している。絶縁基材４は、例えばポリイミドで形成することができるが、この例に限られない。

絶縁基材４は、第１方向Ｄ１に延出し第２方向Ｄ２に並んで配置された複数の第１部分ＰＴ１と、第２方向Ｄ２に延出し第１方向Ｄ１に並んで配置された複数の第２部分ＰＴ２と、第１部分ＰＴ１と第２部分ＰＴ２との交差部に位置する複数の島状部ＩＬと、を有している。第１部分ＰＴ１および第２部分ＰＴ２は、それぞれ波状に形成されている（蛇行して形成されている）。島状部ＩＬは、第１部分ＰＴ１と第２部分ＰＴ２とに接続されている。

走査線１は、第１部分ＰＴ１上に位置し、波状に配置されている。信号線２は、第２部分ＰＴ２上に位置し、波状に配置されている。走査線１および信号線２は、フレキシブル基板１００が備える配線の一例である。走査線１および信号線２は、例えば金属材料や透明導電材料で形成することができ、単層構造であっても良いし、積層構造であっても良い。フレキシブル基板１００は、走査線１および信号線２の他に、電気的素子３に給電する電源線等の他種の配線を備えても良い。

走査線１は、実線で示す第１配線１１と、破線で示す第２配線１２と、を有している。第２配線１２は、電気的素子３と重畳している。第１配線１１および第２配線１２は、互いに異なる層に配置されており、コンタクトホールＣＨ１およびＣＨ２を通じて電気的に接続されている。

走査線１は、電気的素子３に走査信号を供給する。例えば電気的素子３がセンサのような信号の出力を伴うものである場合、信号線２には電気的素子３からの出力信号が供給される。また、後述するが電気的素子３が発光素子やアクチュエータのように、入力される信号に応じて作動するものである場合、信号線２には駆動信号が供給される。走査信号の供給源、駆動信号の供給源または出力信号を処理するプロセッサ等を含むコントローラは、フレキシブル基板１００に設けられても良いし、フレキシブル基板１００に接続される機器に設けられても良い。

電気的素子３は、島状部ＩＬ上に位置している。電気的素子３は島状部ＩＬよりも小さく、図２においては電気的素子３の縁から島状部ＩＬがはみ出ている。例えば電気的素子３は、センサ、半導体、またはアクチュエータ等である。例えばセンサとしては、可視光や近赤外光を受光する光学センサ、温度センサ、圧力センサ、またはタッチセンサ等を適用できる。例えば半導体素子としては、発光素子、受光素子、ダイオード、またはトランジスタ等を適用できる。電気的素子３が発光素子である場合、可撓性および伸縮性を有するフレキシブルディスプレイを実現できる。発光素子としては、例えばミニＬＥＤやマイクロＬＥＤといった１００μｍ前後の大きさを有する発光ダイオードや有機エレクトロルミネッセンス素子を適用することができる。電気的素子３がアクチュエータである場合、例えばピエゾ素子を適用できる。なお、電気的素子３は、ここで例示したものに限られず、その他にも種々の機能を有する素子を適用し得る。電気的素子３は、コンデンサや抵抗等であっても良い。また、電気的素子３の配置位置や形状は図２に示した例に限らない。

本実施形態においては、絶縁基材４、走査線１、信号線２、後述する第１有機絶縁層５および第２有機絶縁層６を総称して線部ＬＰとする。線部ＬＰは、支持体８上に位置している。線部ＬＰは、第１方向Ｄ１に延出し第２方向Ｄ２に並んで配置された複数の波型（蛇行型）の第１線部ＬＰ１と、第２方向Ｄ２に延出し第１方向Ｄ１に並んで配置された複数の波型（蛇行型）の第２線部ＬＰ２と、を含んでいる。第１線部ＬＰ１は、上記した絶縁基材４の第１部分ＰＴ１と、走査線１と、を含んでいる。第２線部ＬＰ２は、上記した絶縁基材４の第２部分ＰＴ２と、信号線２と、を含んでいる。

図３は、図２に示したＡ−Ｂ線におけるフレキシブル基板１００の断面図である。フレキシブル基板１００は、上記した要素の他に、第１有機絶縁層５と、第２有機絶縁層６と、コーティング層７と、第２伸縮樹脂層９と、をさらに備えている。なお、以下の説明中では、支持体８を、第１伸縮樹脂層８と称するものとする。

第１伸縮樹脂層８は、第１面ＳＦ１を有している。線部ＬＰは、第１面ＳＦ１に位置している。

線部ＬＰは、絶縁基材４、第１有機絶縁層５、第２有機絶縁層６、信号線２、図１に示した走査線１によって構成されている。このうち、第２線部ＬＰ２は、図３に示すように、絶縁基材４、第１有機絶縁層５、第２有機絶縁層６、信号線２によって構成されている。図示しないが、第１線部ＬＰ１は、絶縁基材４、第１有機絶縁層５、第２有機絶縁層６、走査線１によって構成されている。

絶縁基材４は、第１面ＳＦ１に位置している。第１有機絶縁層５は、絶縁基材４を覆っている。第２有機絶縁層６は、第１有機絶縁層５を覆っている。信号線２は、第２有機絶縁層６の上に位置している。

コーティング層７は、第２線部ＬＰ２を覆っている。すなわち、コーティング層７は、信号線２、絶縁基材４、第１有機絶縁層５および第２有機絶縁層６を覆っている。また、コーティング層７は、隣接する２つの第２線部ＬＰ２の間の領域Ｒ１において第１面ＳＦ１の全面と接している。つまり、コーティング層７は、第２線部ＬＰ２および第１伸縮樹脂層８を覆っている。コーティング層７は、ポリ−ｐ−キシリレン（PPX: poly-para-xylylenes）構造体、例えばパリレン（登録商標）によって形成される。詳細については後述するが、コーティング層７は、配線段差のカバレッジ性や、表面の平坦性に優れ、かつ、後述する材料特性を有する材料であれば、上記したポリ−ｐ−キシリレン構造体以外の材料によって形成されても良い。

第２伸縮樹脂層９は、コーティング層７を覆っている。つまり、コーティング層７は、隣接する２つの第２線部ＬＰ２の間の領域Ｒ１において、第２線部ＬＰ２の側面と、第１伸縮樹脂層８（第１面ＳＦ１）と、第２伸縮樹脂層９とに接して形成されている。なお、第１伸縮樹脂層８と第２伸縮樹脂層９とは、同一の材料によって形成されても良いし、それぞれ異なる材料によって形成されても良い。

なお、図３では、第２線部ＬＰ２を例にとって線部ＬＰとコーティング層７の関係について説明したが、第１線部ＬＰ１とコーティング層７の関係も同様であることには留意されたい。すなわち、コーティング層７は、第１線部ＬＰ１および第１伸縮樹脂層８を覆い、隣接する２つの第１線部ＬＰ１の間の領域において、第１線部ＬＰ１の側面と、第１伸縮樹脂層８（第１面ＳＦ１）と、第２伸縮樹脂層９とに接して形成されている。

ここで、コーティング層７を形成する材料の特性と、第２伸縮樹脂層９を形成する材料の特性とについて説明する。

第２伸縮樹脂層９は、伸縮性および可撓性を有した樹脂、例えば、アクリル、エポキシ、ウレタン、シリコーン等のエラストマー材によって形成される。

第２伸縮樹脂層９の破断伸長率は、例えば１０００％である。破断伸長率とは、外力が加わっていない状態（通常状態）の物質を引っ張り始めてから破断するまでに、当該物質がどれだけ伸長するかを示す値であり、例えば破断伸長率が上記した１０００％の物質の場合、当該物質は、破断するまでに、通常状態の１０倍だけ伸長可能な性質を有している。

第２伸縮樹脂層９のリカバリー率は、例えば９０％である。リカバリー率とは、外力が加えられて引っ張られた状態の物質から、当該外力が除かれた場合に、当該物質がどれだけ通常状態に戻る（元に戻る）のかを示す値である。なお、リカバリー率は、復元力と称されても良い。

第２伸縮樹脂層９の透過率は、例えば９０％である。透過率とは、物質が特定の波長の入射光をどれだけ通過させるのかを示す値である。

第２伸縮樹脂層９の水蒸気透過率は、例えば数１０ｇ／ｍ^２・２４ｈである。水蒸気透過率とは、規定の温度および湿度の条件下において、単位時間に単位面積の物質を通過する水蒸気の量を示す。すなわち、水蒸気透過率とは、２４時間に透過した面積１ｍ^２あたりの水蒸気のグラム数を示している。なお、水蒸気透過率は、透湿度と称されても良い。

第２伸縮樹脂層９は、上記した各種特性の他に、紫外線が照射されても特性が変化しない耐紫外線といった性質をさらに有している。

一方で、コーティング層７は、伸縮性、可撓性およびバリア性を有する材料によって形成される。コーティング層７は、例えば、室温の蒸着チャンバ内で気体として蒸着される材料によって形成される。このように、コーティング層７が、室温の蒸着チャンバ内で蒸着されて形成されることで、他の要素への熱に起因したダメージを軽減することが可能である。

コーティング層７は、上記したように、例えば気体を蒸着させて形成されるため、割れ目や狭い部分にも均一に層を形成することが可能である。このような材料の一例が上記したパリレンである。

コーティング層７（パリレン）の破断伸長率は、例えば２００％である。コーティング層７（パリレン）の透過率は、例えば９０％である。コーティング層７（パリレン）の水蒸気透過率は、例えば０．１ｇ／ｍ^２・２４ｈである。コーティング層７（パリレン）は、第２伸縮樹脂層９とは異なり、上記した耐紫外線といった性質を有していない。

以上説明したように、コーティング層７は、第２伸縮樹脂層９に比べて水蒸気透過率が小さく、かつ、破断伸長率も小さいという特性を有している。また、コーティング層７は、割れ目や狭い部分にも均一に層を形成することが可能という特性も有している。

図４は、図２に示したＣ−Ｄ線におけるフレキシブル基板１００の断面図である。電気的素子３は、絶縁基材４の島状部ＩＬの上に配置されている。電気的素子３と島状部ＩＬとの間には、無機絶縁層１０（パッシベーション層）が配置されている。無機絶縁層１０は、平面視においては電気的素子３（あるいは島状部ＩＬ）と重畳する島状に形成されている。第１配線部１１ａおよび１１ｂは、第１有機絶縁層５の上に配置され、第２有機絶縁層６によって覆われている。第２配線部１２は、無機絶縁層１０の上に配置され、電気的素子３と電気的に接続されている。図４に示す例においては、第２配線部１２の両端部が第１有機絶縁層５に覆われている。

コンタクトホールＣＨ１およびＣＨ２は、第１有機絶縁層５に設けられている。第１配線部１１ａは、コンタクトホールＣＨ１に配置された接続部材ＣＭ１を介して第２配線部１２と電気的に接続されている。同様に、第１配線部１１ｂは、コンタクトホールＣＨ２に配置された接続部材ＣＭ２を介して第２配線部１２と電気的に接続されている。接続部材ＣＭ１は、第１配線部１１ａの一部であっても良いし、第１配線部１１ａとは別に設けられても良い。接続部材ＣＭ２は、第１配線部１１ｂの一部であっても良いし、第１配線部１１ｂとは別に設けられても良い。

このように、電気的素子３と絶縁基材４との間には島状の無機絶縁層１０が配置されている。この無機絶縁層１０は、電気的素子３や走査線１の第２配線部１２への水分等の侵入を抑制する保護膜として機能する。このため、フレキシブル基板１００の信頼性が向上する。また、一般的に無機膜は有機膜に比べてクラックが生じ易いが、走査線１の第１配線部１１ａおよび１１ｂの下方には無機絶縁層１０が設けられていないため、第１配線部１１ａおよび１１ｂでの断線が抑制される。図示しない信号線についても同様である。さらに、無機絶縁層１０がフレキシブル基板１００の全体に設けられている場合と比較して、フレキシブル基板１００の伸縮性および可撓性が阻害されにくくなる。

また、走査線１において、電気的素子３と重畳する第２配線部１２が第１配線部１１ａおよび１１ｂとは異なる層に配置されているため、電気的素子３の近傍における設計の自由度が向上する。また、コンタクトホールＣＨ１およびＣＨ２は、無機絶縁層１０の上方に設けられているため、第１配線部１１ａと第２配線部１２との接続位置、および、第１配線部１１ｂと第２配線部１２との接続位置での接続不良が抑制される。

ここで、比較例を用いて、本実施形態に係るフレキシブル基板１００の効果について説明する。なお、比較例は、本実施形態に係るフレキシブル基板１００が奏し得る効果の一部を説明するためのものであって、比較例と本実施形態とで共通する構成や効果を本願発明の範囲から除外するものではない。

図５は、比較例に係るフレキシブル基板１００Ａの断面を示す図である。比較例に係るフレキシブル基板１００Ａは、コーティング層７が線部ＬＰ全体を覆うのではなく、線部ＬＰを構成する信号線２（および第２有機絶縁層６）を覆うように設けられている点で、本実施形態に係るフレキシブル基板１００と相違している。

比較例に係るフレキシブル基板１００Ａのように、コーティング層７が線部ＬＰ全体ではなく、線部ＬＰを構成する信号線２を覆うように設けられる場合、隣接する２つの線部ＬＰの間の領域Ｒ１においては、コーティング層７ではなく、第２伸縮樹脂層９が第１面ＳＦ１と接している。

上記したように、コーティング層７は、例えばパリレン等、気体として蒸着される材料により形成されるため、割れ目や狭い部分にも均一に層を形成することが可能である一方で、第２伸縮樹脂層９は、材料特性上、割れ目や狭い部分においては均一に層を形成することができない。このため、図５に示すように、隣接する２つの線部ＬＰの間の領域Ｒ１においては、第２伸縮樹脂層９と第１伸縮樹脂層８との間に、線部ＬＰの第３方向Ｄ３の長さ（高さ）に起因した気泡（隙間）が生じてしまう。この気泡によれば、領域Ｒ１において、第２伸縮樹脂層９が第１伸縮樹脂層８の第１面ＳＦ１と接する面積が小さくなるため、フレキシブル基板１００Ａが繰り返し使用され、第１伸縮樹脂層８および第２伸縮樹脂層９が伸縮を繰り返すにつれて、第２伸縮樹脂層９が第１伸縮樹脂層８から剥がれ落ちてしまう可能性がある。

一方で、本実施形態に係るフレキシブル基板１００の場合、コーティング層７は、信号線２だけでなく、線部ＬＰ全体および第１伸縮樹脂層８を覆うように設けられているので、隣接する２つの線部ＬＰの間の領域Ｒ１においては、図３に示したように、コーティング層７が線部ＬＰの側面と第１伸縮樹脂層８の第１面ＳＦ１の全面とに亘って接し、線部ＬＰの高さ（配線段差）に起因した気泡の発生を抑制することができる。これによれば、コーティング層７が第１伸縮樹脂層８の第１面ＳＦ１と接する面積が十分に確保されるため、フレキシブル基板１００Ａが繰り返し使用されたとしても、コーティング層７が第１伸縮樹脂層８から剥がれ落ちてしまう可能性を抑制することが可能であり、ひいては、平坦なコーティング層７の全面に亘って設けられる第２伸縮樹脂層９が剥がれ落ちてしまう可能性も抑制することが可能である。

以上説明したように、一実施形態によれば、配線段差に起因した経時劣化を抑制することが可能なフレキシブル基板を提供することができる。

また、比較例に係る構成の場合、線部ＬＰの高さを高くしてしまうと、第２伸縮樹脂層９の材料特性上、図６に示すように、第２伸縮樹脂層９が第１伸縮樹脂層８の第１面ＳＦ１と接する面積が図５に示した場合に比べてさらに小さくなり、第２伸縮樹脂層９が第１伸縮樹脂層８から剥がれ落ちる可能性がさらに高まるという問題があるが、本実施形態に係る構成の場合、割れ目や狭い部分にも均一に層を形成し、配線段差に起因した気泡の発生を抑制することが可能となるので、線部ＬＰの高さをより高くするも可能である。

さらに、比較例に係る構成の場合、隣接する２つの線部ＬＰの間の領域を狭くしてしまうと（狭ピッチ化を試みると）、第２伸縮樹脂層９の材料特性上、図７に示すように、第２伸縮樹脂層９が第１伸縮樹脂層８の第１面ＳＦ１と接する面積が図５に示した場合に比べてさらに小さくなり、第２伸縮樹脂層９が第１伸縮樹脂層８から剥がれ落ちる可能性がさらに高まるという問題があるが、本実施形態に係る構成の場合、割れ目や狭い部分にも均一に層を形成し、配線段差に起因した気泡の発生を抑制することが可能となるので、線部ＬＰの狭ピッチ化を実現することも可能である。

以上のように、本実施形態に係る構成の場合、フレキシブル基板１００の設計の自由度を向上させることも可能となる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…信号線、４…絶縁基材、５…第１有機絶縁層、６…第２有機絶縁層、７…コーティング層、８…第１伸縮樹脂層、９…第２伸縮樹脂層、１００…フレキシブル基板、ＬＰ…線部、ＳＦ１…第１面、Ｒ１…領域。

Claims (6)

1. 可撓性の絶縁基材と、前記絶縁基材の上に設けられる配線とからなる複数の線部と、
   前記絶縁基材を支持する第１伸縮樹脂層と、
   前記線部と前記第１伸縮樹脂層とを覆うコーティング層と、
   前記コーティング層を覆う第２伸縮樹脂層と、
   を具備し、
   前記コーティング層は、隣接する２つの前記線部の間の領域において、前記線部の側面と前記第１伸縮樹脂層と前記第２伸縮樹脂層とに接して形成されている、
   フレキシブル基板。
2. 前記コーティング層は、蒸着プロセスによって形成される、請求項１に記載のフレキシブル基板。
3. 前記コーティング層は、
   前記第２伸縮樹脂層に比べて水蒸気透過率が小さく、かつ、破断伸長率が小さい材料によって形成される、
   請求項１または請求項２に記載のフレキシブル基板。
4. 前記コーティング層は、
   ポリ−ｐ−キシリレン構造体によって形成される、
   請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフレキシブル基板。
5. 前記線部は、
   第１方向に延出し前記第１方向と交差する第２方向に並んで配置される複数の走査線を含む第１線部と、前記第２方向に延出し前記第１方向に並んで配置される複数の信号線を含む第２線部と、を含み、
   前記コーティング層は、
   隣接する２つの前記第１線部の間の領域、ならびに、隣接する２つの前記第２線部の間の領域において、前記第１及び第２線部の側面と前記第１伸縮樹脂層と前記第２伸縮樹脂層とに接して形成されている、
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のフレキシブル基板。
6. 前記第１線部及び前記第２線部は、前記第１伸縮樹脂層上で蛇行して形成されている、請求項５に記載のフレキシブル基板。

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