JP7059510B2 - 透明誘電性フィルム、静電容量式タッチパネル及びフレキシブルディスプレイ - Google Patents
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Description
従来、静電容量式タッチパネルが装備されたディスプレイでは、静電容量式タッチパネルの上面(タッチ面側)に配置されるカバー材として、透明性が高いと共に、誘電率が高く、感度に優れているという理由から、一般に、化学強化ガラスが用いられてきた。しかしながら、化学強化ガラスは高価であるため、ディスプレイの製造コストが上昇するという問題がある。一方、化学強化ガラスは、十分な柔軟性を有していないため、静電容量式タッチパネルを備えたフレキシブルディスプレイのカバー材として用いることができない。また、タッチパネルの電極からタッチ面までの間に配置された部材の誘電率がタッチ感度に影響を与えるため、一般的な誘電率を有する樹脂フィルムをカバー材として用いると、タッチパネルの感度が低下するという問題が生じる。さらに、同様の理由のため、タッチパネルの基板のうちタッチパネルの電極とタッチ面との間に位置する基板として、一般的な誘電率を有する樹脂フィルムを用いる場合にも、タッチパネルの感度が低下するという問題が生じる。そこで、タッチパネルの基板又はフレキシブルディスプレイのカバー材として、チタン酸バリウムなどの高誘電体微粒子を樹脂フィルム中に含有させた透明誘電性フィルムを用いることが提案されている(例えば、特許文献1)。
すなわち、本発明は、高分子グラフト鎖が形成された高誘電体微粒子が前記高分子グラフト鎖を介して2次元又は3次元に配列されていることを特徴とする透明誘電性フィルムである。
また、本発明は、前記透明誘電性フィルムを有することを特徴とする静電容量式タッチパネル及びフレキシブルディスプレイである。
ここで、本明細書において「高分子グラフト鎖」とは、高誘電体微粒子表面から重合反応によって伸長して形成された鎖長が2個以上のポリマー鎖を意味し、ポリマーブラシとも称される。
高誘電体微粒子は、平均粒子径が小さくなるほど、透明誘電性フィルムの透明性を向上させることができる一方、粒子自体の誘電率が低下する。そのため、高誘電体微粒子の平均粒子径は、好ましくは1nm~500nm、より好ましくは2nm~100nm、さらに好ましくは3nm~50nm、最も好ましくは4nm~30nmである。
本発明に用いられる重合開始剤としては、高誘電体微粒子の表面に固定することが可能なものであれば特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。本発明において用いるのに好ましい重合開始剤としては、末端にハロゲンを有する化合物であり、例えば、下記の一般式(1)又は(2)で表される化合物を用いることができる。
ハロゲン化銅/リガンド錯体を与えるリガンド化合物としては、特に限定されることはなく、リビングラジカル重合で一般的に公知のものを使用することができる。リガンド化合物の例としては、トリフェニルホスファン、4,4’-ジノニル-2,2’-ジピリジン(dNbipy)、N,N,N’,N’N”-ペンタメチルジエチレントリアミン(PMDETA)、1,1,4,7,10,10-ヘキサメチルトリエチレンテトラアミンなどが挙げられる。
また、本発明の透明誘電性フィルムは、自立性フィルムとして形成することができる。ここで、本明細書において「自立性フィルム」とは、支持体を用いることなく、単独で形状を十分に保持することが可能なフィルムを意味する。
(実施例1)
平均粒子径が7nmのチタン酸バリウム(BaTiO3)微粒子の2-メトキシエタノール分散液(日揮触媒化成株式会社製、BaTiO3微粒子の含有量8質量%)15.5gにアンモニア水1.5mLを加え、40℃で15分攪拌した。次に、この混合液に、2-メトキシエタノール2.0gに溶解した重合開始剤(BPA)1.00gをゆっくり滴下し、40℃で18時間攪拌した。次に、この混合液からエバポレータを用いて溶媒を除去した後、水を少量加え、4500rpmで10分間、遠心分離を行うことにより、BPAが表面に固定されたBaTiO3微粒子(以下、「BPA-BaTiO3微粒子」と略す。)を得た。
また、PMMA-BaTiO3微粒子のグラフト密度を当該技術分野において公知の方法に準じて算出した結果、0.18本鎖/nm2であった。
得られた自立性フィルムは、直径6mmの棒に巻き付けることが可能であり、十分な柔軟性を有していることが確認された。また、自立性フィルムについて、BaTiO3微粒子の体積含有率をTGA(熱重量測定)によって算出した結果、BaTiO3微粒子の体積含有率は10.0体積%であった。また、自立性フィルムについて、小角X線散乱(SAXS)測定及び走査型電子顕微鏡(TEM)観察を行った結果、PMMA-BaTiO3微粒子は凝集などしておらず、均一に分散していることが確認された。
重合条件として、BPA-BaTiO3微粒子とMMAの混合比率(質量比)を1:10となるように調整し、重合時間を3時間に変えたこと以外は、実施例1と同様にしてPMMA-BaTiO3微粒子を作製して自立性フィルムを得た。
上記で得られたPMMA-BaTiO3微粒子について、PMMA(高分子グラフト鎖)の分子量を実施例1と同様にして評価した結果、数平均分子量が38,700、重量平均分子量(Mw)が61,800であった。
また、PMMA-BaTiO3微粒子のグラフト密度を当該技術分野において公知の方法に準じて算出した結果、0.43本鎖/nm2であった。
得られた自立性フィルムは、直径6mmの棒に巻き付けることが可能であり、十分な柔軟性を有していることが確認された。また、自立性フィルムについて、BaTiO3微粒子の体積含有率をTGA(熱重量測定)によって算出した結果、BaTiO3微粒子の体積含有率は4.7体積%であった。また、自立性フィルムについて、小角X線散乱(SAXS)測定及び走査型電子顕微鏡(TEM)観察を行った結果、PMMA-BaTiO3微粒子は凝集などしておらず、均一に分散していることが確認された。
重合条件として、BPA-BaTiO3微粒子とMMAの混合比率(質量比)を1:4となるように調整し、重合時間を3時間に変えたこと以外は、実施例1と同様にしてPMMA-BaTiO3微粒子を作製して自立性フィルムを得た。
上記で得られたPMMA-BaTiO3微粒子について、PMMA(高分子グラフト鎖)の分子量を実施例1と同様にして評価した結果、数平均分子量が125,000、重量平均分子量(Mw)が159,100であった。
また、PMMA-BaTiO3微粒子のグラフト密度を当該技術分野において公知の方法に準じて算出した結果、0.10本鎖/nm2であった。
得られた自立性フィルムは、直径6mmの棒に巻き付けることが可能であり、十分な柔軟性を有していることが確認された。また、自立性フィルムについて、BaTiO3微粒子の体積含有率をTGA(熱重量測定)によって算出した結果、BaTiO3微粒子の体積含有率は6.2体積%であった。また、自立性フィルムについて、小角X線散乱(SAXS)測定及び走査型電子顕微鏡(TEM)観察を行った結果、PMMA-BaTiO3微粒子は凝集などしておらず、均一に分散していることが確認された。
重合条件として、BPA-BaTiO3微粒子とMMAの混合比率(質量比)を1:4となるように調整し、重合時間を20時間に変えたこと以外は、実施例1と同様にしてPMMA-BaTiO3微粒子を作製して自立性フィルムを得た。
上記で得られたPMMA-BaTiO3微粒子について、PMMA(高分子グラフト鎖)の分子量を実施例1と同様にして評価した結果、数平均分子量が64,900、重量平均分子量(Mw)が100,700であった。
また、PMMA-BaTiO3微粒子のグラフト密度を当該技術分野において公知の方法に準じて算出した結果、0.13本鎖/nm2であった。
得られた自立性フィルムは、直径6mmの棒に巻き付けることが可能であり、十分な柔軟性を有していることが確認された。また、自立性フィルムについて、BaTiO3微粒子の体積含有率をTGA(熱重量測定)によって算出した結果、BaTiO3微粒子の体積含有率は9.1体積%であった。また、自立性フィルムについて、小角X線散乱(SAXS)測定及び走査型電子顕微鏡(TEM)観察を行った結果、PMMA-BaTiO3微粒子は凝集などしておらず、均一に分散していることが確認された。
比較例1では、BaTiO3微粒子を含有しないPMMAのみからなる厚さ100μmの自立性フィルムを作製した。
得られた自立性フィルムは、直径6mmの棒に巻き付けることが可能であり、十分な柔軟性を有していることが確認された。
また、実施例1及び2、並びに比較例1で得られた自立性フィルムについて、株式会社東陽テクニカ製SH2-Zサンプルホルダーを接続したSolatron 1255Bインピーダンスアナライザーを用いて25℃にて比誘電率を測定した。その結果を図2に示す。
また、図2に示されているように、実施例1及び2の自立性フィルムは、比較例1の自立性フィルムに比べて誘電率が高いことが確認された。その中でも実施例1の自立性フィルムは、周波数1kHzにおける比誘電率が4.0以上と高く、誘電率が特に高いことが確認された。
Claims (10)
- 高分子グラフト鎖が形成された高誘電体微粒子が前記高分子グラフト鎖を介して2次元又は3次元に配列されていることを特徴とする透明誘電性フィルムであって、
前記透明誘電性フィルムは1μm~250μmの厚さを有する自立性フィルムとして形成され、
前記高誘電体微粒子は30以上の比誘電率を持ち、
前記高誘電体微粒子の体積含有率が2体積%~30体積%であり、
前記高分子グラフト鎖のグラフト密度が、0.1本鎖/nm2以上であり、
前記高誘電体微粒子の平均粒子径が100nm以下であることを特徴とする、透明誘電性フィルム。 - 前記高誘電体微粒子が、BaTiO3微粒子、TiO2微粒子及びZrO2微粒子からな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に記載の透明誘電性フィルム。
- 周波数1kHzにおける比誘電率が4以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の透明誘電性フィルム。
- 550nmにおける光透過率が80%以上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透明誘電性フィルム。
- 前記高分子グラフト鎖が、アクリル酸誘導体、メタクリル酸誘導体、スチレン誘導体、酢酸ビニル及びアクリルニトリルから選択される1種以上の化合物のリビングラジカル重合によって形成され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透明誘電性フィルム。
- 互いに隣接する前記高誘電体微粒子の前記高分子グラフト鎖間に化学結合が形成されていることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の透明誘電性フィルム。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の透明誘電性フィルムを製造する製造方法であって、
前記透明誘電性フィルムを、前記高誘電体微粒子の濃度が1質量%~10質量%の範囲の分散液を用いて形成する、透明誘電性フィルムの製造方法。 - 請求項1~7のいずれか一項に記載の透明誘電性フィルムを有することを特徴とする静電容量式タッチパネル。
- 請求項1~7のいずれか一項に記載の透明誘電性フィルムを有することを特徴とするフレキシブルディスプレイ。
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