JP5190758B2 - 透明導電層付フィルムとフレキシブル機能性素子、フレキシブル分散型エレクトロルミネッセンス素子及びその製造方法並びにそれを用いた電子デバイス - Google Patents
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Description
上記機能性素子の中で、分散型EL素子とは、交流電圧駆動による発光素子のことであり、従来から、携帯電話、リモートコントローラー等の液晶ディスプレイのバックライト等に用いられてきた。
元来、発光素子は夜間など暗い場所での操作を容易にすることから、近年の新しい用途として、例えば、携帯電話、リモートコントローラー、PDA(Personal Digital Assistance)、ラップトップPC等の携帯情報端末等の各種デバイスのキイ入力部品(キイパッド)に分散型EL素子を組み込むことが試みられている。
ところで、従来の上記キイ入力部品(キイパッド)の発光素子としては、発光ダイオード(LED)が適用されていたが、LEDは点光源でキイパッド部分の輝度が不均一で外観が悪いこと、一般に白色・青色の発光色が好まれるがLEDではそれらの色では高コストになること、分散型EL素子に比べて消費電力が大きいこと、等の問題があり、この点からもLEDに代えて分散型EL素子を採用する動きが盛んになっている。
ここで、上記スパッタリングITOフィルムは、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)等の透明プラスチックフィルムの上に無機成分であるITO単独層を上記物理的成膜法で厚さ:20〜50nm程度となるように形成したものであり、これにより、表面抵抗値:100〜300Ω/□(オーム・パー・スクエア)程度の低抵抗な透明導電層を得ることが可能となる。
また、ウレタン等の柔らかいベースフィルムは、そのフィルム厚が75μm以上であっても、スパッタリングITO層を形成した場合にクラックが生じやすく実用化されていないのが現状であった。
特に、キイパッドに分散型EL素子を組み込むことでクリック感を損ねないためには、分散型EL素子自体のフレキシビリティを十分に高める必要があり、より具体的には、EL素子の厚みをできるだけ薄く、或いは、柔軟(フレキシブル)な素材のベースフィルムを用いることが必要である。
この方法では、金属ロールによる圧延処理により透明導電層中の導電性微粒子の充填密度を高め、膜の電気(導電)特性、及び光学特性を大幅に高めることができるという利点がある。
このため、従来の塗布法による透明導電膜を形成する上記方法にあっても、依然として使用されるベースフィルムが厚いため、キイ入力部品(キイパッド)等に要求されるフレキシビリティやEL素子の薄型化には十分に対応することができなかった。
また、上記キイパッド用の分散型EL素子の場合と同様に、前述の液晶表示素子、有機EL素子、電子ペーパー素子等のフレキシブル機能性素子においても、それらフレキシブル機能性素子の製造に必要とされる、極めて薄いベースフィルム(プラスチックフィルム)上に形成された導電性と透明性及びフレキシビリティにも優れる透明導電層を有する透明導電層付フィルムは得られていなかった。
また、上記フレキシブル分散型EL素子を携帯電話等のキイパッドに適用した場合は、実用上十分な打鍵耐久性を有すると同時に、キイパッドに特殊な構造や工夫を行わなくても良好なキイ操作のクリック感を得ることが可能となる。
尚、図3では記載していないが、支持フィルムとベースフィルムの間に微粘着層があり、上述のように、その微粘着層は支持フィルムを剥離する際に支持フィルムと一緒に剥離除去される。一般的とは言えないが、支持フィルムの素材自体が微粘着性を有する場合は、支持フィルムが微粘着層の働きを兼ね備えるため、特に微粘着層を支持フィルム上に形成する必要はない。
また、図4には示していないが、図2と同様に、銀等の集電電極や、絶縁保護層を更に形成して用いるのが一般的である。
本発明で用いられる支持フィルムの役割は、本発明のフレキシブル分散型EL素子の製造工程での取扱いを容易にする働き、蛍光体層、誘電体層、背面電極層等の積層工程における基材のそり(カール)を防止する働き、透明導電層付フィルム及び分散型EL素子の輸送・ハンドリング中に保護する働き、透明導電層、蛍光体層、誘電体層、背面電極層等の印刷を均一に行う働き(一般にスクリーン印刷では、多数の小径の穴があいた吸引ステージを用い、穴の部分を減圧にしてフィルム固定するが、基材としてのフィルムが薄いと、その穴の部分のフィルムが減圧により変形してくぼみが生じ、スクリーン印刷した膜にこのくぼみの跡が生じる。)等が挙げられる。
一方、本発明で用いられる支持フィルムはその厚さが200μm以下であることが好ましい。200μmを超えると、支持フィルムが硬く、かつ重くなって扱いづらくなると同時に、コスト的にも好ましくない。
ここで、本発明で用いられる微粘着層は、ベースフィルムとの関係で剥離強度(T型剥離試験[引張り速度=300mm/min]における、剥離部における単位長さ当りの剥離に必要な力)が1〜15g/cm、好ましくは2〜10g/cm、更に好ましくは2〜6g/cmの範囲内にあることが好ましい。剥離強度が1g/cm未満では支持フィルムとベースフィルムとを接着したとしても、透明導電層付フィルムや分散型EL素子の製造工程において剥がれ易くなるため好ましくなく、また、剥離強度が15g/cmを超えると、支持フィルムとベースフィルムが剥がしづらくなるため、フレキシブル分散型EL素子が支持フィルムから剥がれにくくなって、EL素子の剥離工程の作業性の悪化、無理に剥がすことによる素子の伸びや透明導電層の劣化(亀裂等)、ベースフィルム面への微粘着層の一部の付着等が生ずる危険性が高くなるからである。
ところで、本発明のフレキシブル分散型EL素子は、後述の通り、透明導電層付フィルムに対し数度の加熱処理工程(通常120〜140℃程度)を経て製造されるため、これらの処理工程を経た後でも上記剥離強度を維持している必要があり、そのためには、上記微粘着層の材質には、耐熱性が要求される。また、透明導電層付フィルムの製造時には、紫外線硬化工程が適用される場合があるため、その場合は微粘着層の材質には、耐紫外線性も必要である。
一方、ベースフィルムの厚さが3μmよりも薄くなると、一般に流通している汎用のフィルムが得られにくくなること、ベースフィルム自体の取扱いが難しくなり支持フィルムによる裏打ちが困難になること、ベースフィルム自体の強度が低下するため、デバイスのキイ入力部品に組み込んで用いたときに分散型EL素子の透明導電層や蛍光体層等を含めた素子の構成要素にダメージが発生することがあるなどの問題があるため好ましくない。
本発明で用いられるベースフィルムの材質は、支持フィルムと微粘着層を介して密着するとともに剥離性を有し、透光性であり、かつ、その上に透明導電層が形成できれば特に限定されず、各種プラスチックを用いることができる。具体的に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)、ナイロン、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ウレタン、フッ素系樹脂等のプラスチックを用いることができる。その中でも、安価で且つ、強度に優れ、透明性と柔軟性も兼ね備えている等の観点から、PETフィルムが好ましい。
ベースフィルムとして、可視光線透過性の無機および/または有機(プラスチック)繊維(針状、棒状、ウィスカー微粒子も含む)やフレーク状微粒子(板状も含む)で強化されたフィルムを用いても良い。繊維やフレーク状微粒子で強化されたベースフィルムは、より薄いフィルムでも良好な強度を有することが可能となる。
上記縦方向(MD)および横方向(TD)のいずれかの寸法変化率が0.3%を超えると、透明導電層付フィルム上に蛍光体層、誘電体層、背面電極層等の各層をそれぞれの層の形成用ペーストを順次パターン印刷・乾燥・加熱硬化させて形成していく各積層過程で、各加熱硬化処理の度に寸法変化(収縮)が起こり印刷ずれを生じるが、そのずれの大きさが分散型EL素子の製造における許容範囲を超えるため、好ましくない。
従って、透明導電層付フィルムの寸法変化率が0%(全くない)の状態であっても、本発明の技術的思想の範囲内であることはいうまでもない。
上記寸法変化率を低減させる方法としては、予め熱収縮させた低熱収縮タイプの支持フィルムやベースフィルムを用いる方法、あるいは、支持フィルムで裏打ちされたベースフィルムを予め熱収縮させておく方法、透明導電層付フィルムごと熱収縮させる方法等が考えられるがこれらに限定されない。これらの方法を適宜適用すれば、上記加熱処理工程時の透明導電層付フィルムの寸法変化率低減が可能となると同時に、支持フィルムとベースフィルムの寸法変化率の差に起因する透明導電層付フィルムや支持フィルムで裏打ちされたフレキシブル分散型EL素子におけるそり(カール)も抑制することが可能である。
上記ベースフィルム上への導電性酸化物微粒子とバインダーマトリックスを主成分とする透明導電層の形成は、前述の特許文献2〜6に記載の形成方法を用い、以下の様に行うことができる。
まず、導電性酸化物微粒子を、バインダー成分を含む溶媒に分散させた透明導電層形成用塗布液を、支持フィルムで裏打ちされた厚さ3〜25μm以下のベースフィルム上に塗布・乾燥して塗布層を形成した後、この塗布層を支持フィルムが裏打ちされたベースフィルムごと圧縮処理を行い、次いで、圧縮処理された塗布層のバインダー成分を硬化させる。
圧縮処理を行うと透明導電層中の導電性微粒子の充填密度が上昇するため、光の散乱を低下させて膜の光学特性を向上させるだけでなく、導電性を大幅に高めることができる。圧縮処理としては、例えば、透明導電層形成用塗布液が塗布・乾燥されたベースフィルムをハードクロムメッキされた金属ロールにより圧延すればよく、この場合の金属ロールの圧延圧力は線圧:29.4〜490N/mm(30〜500kgf/cm)が良く、98〜294N/mm(100〜300kgf/cm)がより好ましい。線圧:29.4N/mm(30kgf/cm)未満では、圧延処理による透明導電層の抵抗値改善の効果が不十分で、線圧:490N/mm(500kgf/cm)を超えると、圧延設備が大型化すると同時に、ベースフィルムや支持フィルムが歪んでしまう場合があるからである。上記金属ロールの圧延処理における単位面積当りの圧延圧力(N/mm2)は、線圧をニップ幅(金属ロールと透明導電層の接触部分において金属ロールで透明導電層がつぶされる領域の幅)で割った値であって、ニップ幅は、金属ロールの径と線圧にもよるが、150mm程度のロール直径であれば、0.7〜2mm程度である。本発明では、支持フィルムを裏打ちしたベースフィルムを用いているため、極めて薄いベースフィルムに対して上記圧延処理を施しても、ベースフィルムの歪みやしわの発生を効果的に防止できる。更に、ハードクロムメッキされた金属ロールによる圧延処理では、その金属ロール表面の凹凸が極めて小さい鏡面ロールを用いることで、上記圧延処理後に得られる透明導電層の表面を極めて平滑にすることができる。これは、透明導電膜形成用塗布液を塗布して得られる塗布層に凸部分があった場合でも、その凸部分を上記金属ロールによる圧延処理で物理的に平らにできるからである。透明導電層の表面の平滑性が良いと、前述の各種機能性素子において、電極間のショートや素子の欠陥の発生を防止する効果があり、非常に好ましい。
[実施例]
[計算式1]
透明導電層の透過率(%)=[(透明導電層と支持フィルムが裏打ちされたベースフィルムごと測定した透過率)/支持フィルムが裏打ちされたベースフィルムの透過率]×100
[計算式2]
透明導電層のヘイズ値(%)=(透明導電層と支持フィルムにが裏打ちされたベースフィルムごと測定したヘイズ値)−(支持フィルムが裏打ちされたベースフィルムのヘイズ値)
[比較例1]
[比較例2]
[比較例3]
[計算式1]
ITO層の透過率(%)=[(ITO層が形成されたベースフィルムごと測定した透過率)/ベースフィルムの透過率]×100
[計算式2]
透明導電層のヘイズ値(%)=(ITO層が形成されたベースフィルムごと測定したヘイズ値)−(ベースフィルムのヘイズ値)
各実施例に係るフレキシブル分散型EL素子(支持フィルムを剥離したもの)と各比較例に係る分散型EL素子を直径3mmの棒にその発光面がそれぞれ内側、及び外側となるように1回ずつ巻きつけた後、分散型EL素子の電圧印加用リード線間に100V、400Hzの電圧を印加して、素子の発光状態を観察した。各実施例においては、発光状態に変化は見られなかった。比較例2は、基材(ベースフィルム)のPETフィルムが100μmと厚いためか、直径3mmの棒に巻きづらく、無理に巻いたところ、一部素子に剥離部分が生じ、発光が不均一になった。比較例3では、スパッタリングITO層にクラックが生じ、ほとんどの部分で発光しなくなった。比較例1は、もともと発光が不均一だったので評価していない。
各実施例に係るフレキシブル分散型EL素子(支持フィルムを剥離したもの)と各比較例に係る分散型EL素子に対し、打鍵試験機を用いて打鍵耐久性を評価した。具体的には、分散型EL素子の電圧印加用リード線間に100V、400Hzの電圧を印加して素子の発光状態を観察ながら、荷重300gで打鍵試験を行い、発光状態の劣化を目視で観察し評価した。各実施例及び比較例2においては、200万回の打鍵後も発光状態に変化は見られなかった。比較例3では、100万回の打鍵後には、スパッタリングITO層にクラックや剥離が生じ、打鍵部分が発光しなくなっていた。比較例1は、もともと発光が不均一だったので評価していない。
各実施例で、支持フィルムで裏打ちされたベースフィルム上に透明導電層を形成した後、アセトンを浸した綿棒で透明導電層面を10往復擦って外観変化を観察したが、全く変化が見られなかった。また、この評価を行った透明導電層を用いフレキシブル分散型EL素子を作製し、電圧印加用リード線間に100V、400Hzの電圧を印加して、素子の発光状態を観察したが、綿棒で擦った部分を含めて発光は均一であり、アセトンによる影響は見られなかった。
各実施例にかかるフレキシブル分散EL素子と比較例に係る分散型EL素子を携帯電話用ドーム接点スイッチ上に貼り付け、クリック感を評価した。実施例1〜4については、良好なクリック感を得られたが比較例2及び比較例3では十分なクリック感が得られなかった。
本発明の実施例5に係わるフレキシブル有機EL素子は、ベースフィルムが薄いため極めてフレキシビリティに優れ、かつ、圧延処理された極めて平滑な透明導電層を有した透明導電層付フィルムを用いているため、直流電圧の印加時に透明導電層(アノード電極層)の突起に起因した電気的短絡(ショート)もなく、安定した発光を確認することができた。また、厚さ6μmという非常に薄いベースフィルムを用いているにもかかわらず、支持フィルムで裏打ちされているため、有機EL素子の作製工程において均一なコーティング層が形成され、そのため均一な発光が確認された。
2 透明導電層
3 蛍光体層
4 誘電体層
5 背面電極層
6 集電電極
7 絶縁保護層
8 支持フィルム
9 ベースフィルム
Claims (16)
- ベースフィルム上に塗布法によって透明導電層を形成した透明導電層付フィルムであって、
前記透明電動層付フィルムのベースフィルム側には該ベースフィルムとの界面で剥離可能な微粘着層を有する支持フィルムが裏打ちされており、
前記ベースフィルムの厚さは3〜25μmで、
前記微粘着層と前記ベースフィルムとの間の剥離強度(剥離部における単位長さ当りの剥離に必要な力)が、加熱処理工程の有無に関わらず、1〜15g/cmであり、
且つ、前記透明導電層は、導電性酸化物微粒子とバインダーマトリックスを主成分とし、尚且つ、前記導電性酸化物微粒子と前記バインダーマトリックスを主成分とする塗布層が、前記支持フィルムが裏打ちされた前記ベースフィルムと一緒に圧縮処理が施されていることを特徴とする透明導電層付フィルム。 - 前記透明導電層付フィルムの縦方向および横方向の寸法変化率(熱収縮率)が共に0.3%以下であることを特徴とする請求項1に記載の透明導電層付フィルム。
- 前記ベースフィルムの厚さが3〜9μmであることを特徴とする請求項1又は2に記載の透明導電層付フィルム。
- 前記導電性酸化物微粒子は、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛のいずれか一つ以上を主成分として含有していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の透明導電層付フィルム。
- 前記酸化インジウムを主成分とする導電性酸化物微粒子が、インジウム錫酸化物微粒子であることを特徴とする請求項4に記載の透明導電層付フィルム。
- 前記バインダーマトリックスは、架橋されており、有機溶剤耐性を有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の透明導電層付フィルム。
- 前記圧縮処理が、金属ロールの圧延処理により行われることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の透明導電層付フィルム。
- 請求項1〜7に記載の透明導電層付フィルムの透明導電層上に、液晶表示素子、有機エレクトロルミネッセンス素子、電子ペーパー素子のいずれかの機能性素子を形成した後、前記微粘着層を有する支持フィルムを前記ベースフィルムと微粘着層の界面にて剥離除去したことを特徴とするフレキシブル機能性素子。
- 請求項1〜7に記載の透明導電層付フィルムの透明導電層上に、少なくとも蛍光体層、誘電体層、背面電極層を順次形成した後、前記微粘着層を有する支持フィルムを前記ベースフィルムと微粘着層の界面にて剥離除去したことを特徴とするフレキシブル分散型エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項9に記載のフレキシブル分散型エレクトロルミネッセンス素子が、デバイスのキイ入力部品に組み込まれる発光素子として適用されたことを特徴とする電子デバイス。
- 前記電子デバイスが、携帯電話、リモートコントローラー、携帯情報端末であることを特徴とする請求項10に記載の電子デバイス。
- ベースフィルムとの界面で剥離可能な、剥離強度(剥離部における単位長さ当りの剥離に必要な力)が、加熱処理工程の有無に関わらず、1〜15g/cmである微粘着層を有する支持フィルムにより裏打ちされた厚さ3〜25μmのベースフィルムの表面上に透明導電層を形成する透明導電層付フィルムの製造方法であって、
前記ベースフィルムの支持フィルムにより裏打ちされていない面に、導電性酸化物微粒子と、バインダーと、溶剤を主成分とする透明導電層形成用塗布液を用いて塗布層を形成し、次いで該塗布層が形成されたベースフィルム及び裏打ちしている支持フィルムを一緒に圧縮処理を施した後、該圧縮処理された塗布層の硬化を行って透明導電層を形成することを特徴とする透明導電層付フィルムの製造方法。 - 前記圧縮処理を金属ロールの圧延処理で行うことを特徴とする請求項12に記載の透明導電層付フィルムの製造方法。
- 前記圧延処理は、線圧:29.4〜490N/mm(30〜500kgf/cm)であることを特徴とする請求項13に記載の透明導電層付フィルムの製造方法。
- 請求項12〜14に記載の透明導電層付フィルムの透明導電層上に、液晶表示素子、有機エレクトロルミネッセンス素子、電子ペーパー素子のいずれかの機能性素子を形成した後、前記微粘着層を有する支持フィルムを前記ベースフィルムと微粘着層の界面にて剥離除去することを特徴とするフレキシブル機能性素子の製造方法。
- 請求項12〜14に記載の透明導電層付フィルムの透明導電層上に、少なくとも蛍光体層と、誘電体層と、背面電極層を順次形成した後、前記微粘着層を有する支持フィルムを前記ベースフィルムと微粘着層の界面にて剥離除去することを特徴とするフレキシブル分散型エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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