TW202317680A - 多層構造體 - Google Patents

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TW202317680A
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glass
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稻垣淳一
佐藤啓介
渡邊綾
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日商日東電工股份有限公司
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Abstract

本多層構造體包括偏光板､透過接著劑層疊層於該偏光板之一側的玻璃層､透過接合層疊層於該偏光板之另一側的光學顯示器,該玻璃層之厚度為10μm以上300μm以下，該接合層之厚度x與該接合層於85℃時的彈性率y滿足y≧(299/60)x-296/3之關係。

Description

多層構造體
發明領域
本發明係關於一種多層構造體。
發明背景
現已有由2層以上疊層而成的多層構造體。作為一例，可以舉出由接著劑層、樹脂層、接著劑層及玻璃層按此順序疊層而成的多層構造體。在該多層構造體中，玻璃層之厚度優選為30μm~300μm。另外，在該多層構造體中，接著劑層之厚度及/或彈性率被規定在較廣範囲。 ＜先前技術文件＞ ＜專利文獻＞
專利文獻1： 國際公開第2019/087938號
發明概要 ＜發明所欲解決之問題＞
然而，上述此類板厚較薄的玻璃層非常脆弱，容易產生微小龜裂。對此，需要構建一種即使在玻璃層產生了微小龜裂時也能夠抑制龜裂擴展的構造。
本發明鑑於上述問題，其目的在於提供一種即使在玻璃層產生了龜裂時也能夠抑制龜裂擴展的多層構造體。 ＜用於解決問題之手段＞
本多層構造體包括偏光板、透過接著劑層疊層於該偏光板之一側的玻璃層、及透過接合層疊層於該偏光板之另一側的光學顯示器，該玻璃層之厚度為10μm以上300μm以下，該接合層之厚度x與該接合層於85℃時的彈性率y滿足y≧(299/60)x-296/3之關係。 ＜發明之功效＞
根據本公開的技術，能夠提供一種即使在玻璃層產生了龜裂時也能夠抑制龜裂擴展的多層構造體。
較佳實施例之詳細說明
以下，參照附圖說明用於實施發明之方式。於各附圖中，對相同構成部分標示相同符號，並會省略重複說明
圖1係例示本實施方式之多層構造體的剖面圖。如圖1所示，多層構造體1包括光學顯示器10、接合層20、偏光板30、接著劑層40及玻璃層50。玻璃層50透過接著劑層40疊層於偏光板30之一側，光學顯示器10透過接合層20疊層於偏光板30之另一側。
在此，多層構造體1亦可由接合層20、偏光板30、接著劑層40及玻璃層50構成。在此情形下，接合層20、偏光板30、接著劑層40及玻璃層50的疊層體的獲取者，可將疊層體的接合層20側貼合於光學顯示器10之上面10a，從而能夠用於顯示装置等。
多層構造體1之平面形狀(順著光學顯示器10的上面10a的法線方向觀看時的形狀)例如為矩形。但並不限定於此，多層構造體1之平面形狀亦可為圓形、橢圓形及這些的複合形狀、其他適當形狀。
在此，關於多層構造體1各部分的材料等進行說明。
[光學顯示器] 光學顯示器10是能夠顯示規定資訊的顯示器時，無特別限定。作為光學顯示器10，例如可以舉出具備液晶、有機EL(Organic Electro-Luminescence)、無機EL(Inorganic Electro-Luminescence)、LED(Light Emitting Diode)、量子點之任一種元件的顯示器。且，此處的LED包括微型LED。
光學顯示器10之厚度，例如為0.4mm~0.7mm。光學顯示器10之彈性率，例如為50GPa~100GPa。
例如，光學顯示器若是液晶顯示器時，光學顯示器10具有由2個透明基板夾持的液晶層。液晶層例如包含在無電場狀態下沿面排列(Homogeneous alignment)的液晶分子。作為液晶層，例如可以適當使用IPS方式的液晶層，亦可使用TN型、STN型、π型、VA型等液晶層。液晶層之厚度，例如為1.5μm~4μm程度。2個透明基板例如可以具有相同厚度。2個透明基板例如由玻璃製成。
[接合層] 接合層20配置於光學顯示器10與偏光板30之間。作為接合層20，可以使用任意的黏著劑或接著劑。關於接合層20的優選厚度及優選彈性率，後文詳述。
在本說明書中，黏著劑是指在常溫下具有黏著性，以較小壓力即可黏著於對象體的層。因此，粘貼於黏著劑的對象體被剝離之後，黏著劑仍能保持實用的黏著力。另一方面，接著劑是指介於物質之間，能夠使物質結合的層。因此，粘貼於接著劑的對象體被剝離之後，接著劑不具備實用的接著力。
在接合層20使用黏著劑的情形下，例如使用以丙烯系聚合物、矽氧系聚合物、聚酯、聚氨基甲酸酯、聚醯胺、聚醚、氟系或橡膠系等的聚合物作為基礎聚合物的黏著劑。在接合層20使用黏著劑的情形下，優選使用丙烯系黏著劑。丙烯系黏著劑具有良好的光學透明性，並展現出適度的可濕性及凝集性及黏著性的黏著特性，可獲得良好的耐候性及耐熱性等。尤其優選由碳數4~12的丙烯系聚合物構成的丙烯系黏著劑。
在接合層20使用接著劑的情形下，例如使用聚酯系接著劑、聚氨基甲酸酯系接著劑、聚乙烯醇系接著劑、環氧系接著劑。在接著劑為熱硬化型接著劑的情形下，透過加熱及硬化(固化)能夠發揮出剝離阻力。另外，在接著劑為紫外線硬化型等的光硬化型接著劑的情形下，透過照射紫外線等光進行硬化，能夠發揮出剝離阻力。另外，在接著劑為濕氣硬化型接著劑的情形下，可與空氣中的水份等發生反應而硬化，因此透過擱置的方式即可實現硬化，發揮出剝離阻力。
[偏光板] 偏光板30透過接合層20疊層於光學顯示器10之上面10a。如圖2所示，偏光板30例如包括偏光片301、第1保護薄膜302及第2保護薄膜303。第1保護薄膜302配置於偏光片301的接著劑層40側，第2保護薄膜303配置於偏光片301的接合層20側。偏光板30也可以僅具有第1保護薄膜302及第2保護薄膜303的任一方。
偏光板30的厚度優選為5μm~300μm，更優選為10μm~250μm，進而優選為25μm~200μm，尤其優選為25μm~100μm。
偏光板30的彈性率優選為1GPa以上，更優選為1GPa~10GPa，進而優選為2GPa~7GPa，尤其優選為2GPa~5GPa。
關於偏光板30的形狀並無特別限定，可以根據目的採用適當的形狀，作為一例，可以舉出具有長邊及短邊的方形形狀。在偏光板30為方形形狀的情形下，偏光板30具有的偏光片301的吸收軸方向與偏光板30的長邊或短邊優選為大致平行。並且，在本說明書中，“大致平行”並不僅限於嚴密意義上的平行狀態，還包括兩條線構成的角度±10°(優選為±5°)之情形下的概念。
[偏光片] 關於偏光片301的厚度並無特別限定，可以根據目的採用適當的厚度。偏光片301的厚度，代表性地為1μm~80μm程度。作為偏光片301可以使用薄型的偏光片，在此情形下，偏光片301的厚度優選為20μm以下，更優選為15μm以下，進而優選為10μm以下，尤其優選為6μm以下。
偏光片301優選在波長380nm~780nm的任一個波長展示出吸收二色性。偏光片的單體透射率優選為40.0%以上，更優選為41.0%以上，進而優選為42.0%以上，尤其優選為43.0%以上。偏光片301的偏光度優選為99.8%以上，更優選為99.9%以上，進而優選為99.95%以上。
偏光片301優選為碘系偏光片。碘系偏光片可由含碘的聚乙烯醇系樹脂(以下稱為“PVA系樹脂”)薄膜構成。作為形成PVA系樹脂薄膜的PVA系樹脂，並無特別限定，可以根據目的採用適當的樹脂，例如可以舉出聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物。
[第1及第2保護薄膜] 作為第1保護薄膜302及第2保護薄膜303，並無特別限定，可以根據目的採用適當的樹脂薄膜。作為第1保護薄膜302及第2保護薄膜303的形成材料，例如可以舉出聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等的聚酯系樹脂、三醋酸纖維素(TAC)等的纖維素系樹脂、原冰片烯系樹脂等的環烯烴系樹脂、聚乙烯、聚丙烯等的烯烴系樹脂、(甲基)丙烯系樹脂等。其中、優選纖維素系樹脂或(甲基)丙烯系樹脂。並且，“(甲基)丙烯系樹脂”是指丙烯系樹脂及/或甲基丙烯酸系樹脂。
第1保護薄膜302及第2保護薄膜303的厚度優選為4μm~250μm，更優選為5μm~150μm，進而優選為10μm~100μm，尤其優選為10μm~50μm。
第1保護薄膜302及第2保護薄膜303的彈性率為1GPa以上，優選為1GPa~10GPa，更優選為1.8GPa~7GPa，進而優選為2GPa~5GPa。
[接著劑層] 接著劑層40配置於偏光板30與玻璃層50之間。接著劑層40優選由可見光透射率較高的材料形成。接著劑層40的厚度例如為0.1μm以上25μm以下。作為接著劑層40，例如可以使用聚酯系接著劑、聚氨基甲酸酯系接著劑、聚乙烯醇系接著劑、環氧系接著劑。
[玻璃層] 玻璃層50透過接著劑層40疊層於偏光板30上。關於玻璃層50並無特別限定，可以根據目的採用適當的材料。玻璃層50，根據組成分類，例如可以舉出鈉鈣玻璃、硼酸玻璃、矽酸鋁玻璃、石英玻璃等。另外，根據鹼成分的分類，可以舉出無鹼玻璃、低鹼玻璃。上記玻璃的鹼金属成分(例如Na 2O、K 2O、Li 2O)之含量優選為15重量%以下，更優選為10重量%以下。
玻璃層50的厚度，考慮到玻璃所持有的表面硬度及氣密性及耐腐蝕性，優選為10μm以上。玻璃層50優選具有猶如薄膜的可撓性，因此，玻璃層50的厚度優選為300μm以下。玻璃層50的厚度更優選為20μm以上200μm以下，尤其優選為30μm以上150μm以下。
玻璃層50在波長550nm的光透射率優選為85%以上。玻璃層50在波長550nm的折射率優選為1.4~1.65。玻璃層50的密度優選為2.3g/cm 3~3.0g/cm 3，更優選為2.3g/cm 3~2.7g/cm 3。
關於玻璃層50的成形方法並無特別限定，可以根據目的採用適當的方法。代表性地，將包含矽石及鋁等主原料、芒硝及氧化銻等消泡劑、碳等還原劑的混合物置於1400℃~1600℃程度的溫度下進行熔融，成形為薄板狀之後，經過冷卻可製作成玻璃層50。作為玻璃層50的成形方法，例如，可以舉出流孔下引法(Slot downdraw method)、熔解法、浮動法等。透過這些方法成形為板狀的玻璃層，為了實現薄板化、提高平滑性，可根據需要，利用氟酸等溶劑進行化學性研磨。
另外，還可以在玻璃層50的上面(未形成接著劑層40的面)設置防污層、反射防止層、導電層、反射層、裝飾層等的功能層。
[多層構造體的製造方法] 首先，利用接著劑層40對偏光板30與玻璃層50進行疊層。疊層例如可以採用卷對卷製程。即，將卷在卷筒上的偏光板30與卷在卷筒上的玻璃層50朝向同一方向進行搬送的同時，夾在相對配置的2個卷筒之間進行按壓，夾著接著劑層40進行疊層。
其次，利用雷射等，對偏光板30與接著劑層40與玻璃層50的疊層體進行切斷，實現單片化。然後，將單片化之後的偏光板30與接著劑層40與玻璃層50的疊層體，透過接合層20疊層於光學顯示器10的上面10a，從而完成多層構造體1。
[抑制玻璃層的龜裂擴展] 在多層構造體1的製造工序中，對偏光板30與接著劑層40與玻璃層50的疊層體進行單片化時，在防止玻璃層50發生龜裂的條件下進行切斷。然而，在切斷工序中萬一玻璃層50產生了微小龜裂，若在與光學顯示器10接合之後將多層構造體1置於高溫環境(例如85℃)下，可能造成玻璃層50的龜裂擴展。
在此，設想某層產生了溫度差ΔT的情形，考慮因熱膨脹在該層產生的面方向(圖1的左右方向)的牽引力F。在σ為応力、E為彈性率、ε為熱應力、α為線膨脹係數、A為剖面積、W為寬度、d為厚度時，成為σ=Eε=EαΔT、F=σA=σdW，作為結果獲得F=EαdWΔT。
【表1】
  彈性率E[Gpa] 線膨脹係數α[ppm/℃] 厚度d[mm] Eαd
光學顯示器10 70 4 0.4~0.7 112~196
薄膜 3 50 0.1~0.2 15~30
光學顯示器10與一般的薄膜進行比較，E、α、d大致成為表1所示的值。即，偏光板30具有相當於一般薄膜的特性。在多層構造體1中，光學顯示器10與偏光板30的W與ΔT相同，可知Eαd的値更大的光學顯示器10的引張力F相較於偏光板30的引張力F更大。由此，將多層構造體1放置於高溫環境(例如、85℃)下的情形下，玻璃層50龜裂擴展之主要原因，推測認為是熱膨脹導致在光學顯示器10產生的引張力F。
在此，發明者們認為，若要抑制玻璃層50的龜裂擴展，有效方法是透過對接合層20進行薄型化及高彈性化，而使玻璃層50變得不容易隨著光學顯示器10的熱膨脹變化，並進行了實驗。
實驗中使用的多層構造體試料的平面形狀為矩形，縱150mm×橫210mm。另外，取代光學顯示器10，使用了模擬光學顯示器10的厚度400μm的板玻璃。另外，將偏光板30的厚度設為85μm，接著劑層40的厚度設為1.5μm，玻璃層50的厚度設為100μm。另外，將模擬光學顯示器10的板玻璃的彈性率設為70GPa，偏光板30的彈性率設為3GPa，接著劑層40的彈性率設為7GPa，玻璃層50的彈性率設為70GPa。
此外，改變接合層20的厚度與彈性率的値製作了複數個多層構造體值試料，預先在玻璃層50形成了俯視下長度約15mm且貫穿厚度方向的複數個龜裂。然後，將多層構造體試料置於85℃之環境下保持15分鐘，其後測定了俯視下的龜裂擴展率。在此，俯視意指沿著玻璃層50的上面之法線方向觀視的情形。
在此，龜裂擴展率是指有擴展的龜裂個數/形成的龜裂個數。例如，形成100個龜裂時若其中19個龜裂產生了擴展，則龜裂擴展率為19%。龜裂擴展率10%以下，認為將多層構造體1用於表示装置等時實用上無礙，因此，龜裂擴展率為10%以下時判斷為合格。
在此，使用奈米壓痕器(Nanoindenter， Hysitron Inc社製造Triboindenter)，採用奈米壓痕法測定了彈性率。作為壓頭(indenter)使用了Conical(球形壓頭：曲率半徑為10μm)，採用室溫及85℃下的單一壓痕法，並在壓痕深度約2μm的測定條件下測定了彈性率。
【表2】
接合層厚度[μm] 接合層彈性率[10 4Pa] 龜裂擴展率[%]
1 700，000 0
20 446 6
20 48 10
30 35 50
40 48 19
50 11.9 100
60 48 33
龜裂擴展率的測定結果如表2及圖3所示。表2及圖3中的彈性率是採用奈米壓痕法釘的85℃下的彈性率。表2中，使用接著劑形成厚度1μm的接合層20，使用黏著劑形成其他厚度的接合層20。其結果，厚度1μm的接合層20之彈性率大幅高於其他厚度的接合層20的彈性率。另外，圖3中示出，圓的直徑越大龜裂擴展率則越高的關係。另外，圖3中，厚度1μm的接合層20的彈性率大幅高於其他厚度的彈性率，因此，方便起見標註於圖表框外。
根據表2及圖3所示結果，若相對於圖3的傾斜直線位於箭頭側，龜裂擴展率為10%以下，可以說多層構造體在實用上可使用。即，將接合層20的厚度設為x[μm]、將接合層20的彈性率設為y[10 4Pa]時，若滿足y≧(299/60)x-296/3的關係，能夠抑制玻璃層50的龜裂擴展。
接合層20的彈性率，例如可透過單體的組成(分子量、交聯密度、玻璃轉移溫度等)進行調整。作為接合層20使用黏著劑之情形下，厚度20μm以上50μm以下、彈性率500×10 4Pa以下的範圍較容易調整，彈性率60×10 4Pa以下的範圍更容易調整。另外，作為接合層20使用接著劑的情形下，可以是厚度0.1μm以上5μm以下、彈性率1GPa以上的範圍。
另外，發明者們反復進行銳意探討的結果，表明偏光板30之尺寸變化率為規定%以下時，即使在玻璃層50產生了龜裂的情形下，也能夠抑制龜裂擴展。為了抑制偏光板30之尺寸變化，例如，在規定條件下對偏光板30單體進行退火(Annealing)即可。
以上，詳述了優選實施方式等，但並不限定於上述實施方式等，在不脫離申請專利範圍之記載範圍的前提下，可對上述實施方式等進行各種變形及置換。
本國際申請依據2021年8月31日提出之日本國專利申請2021-141383號請求優先權，並引用日本國專利申請2021-141383號之全內容。
1:多層構造體 10:光學顯示器 10a:上面 20:接合層 30:偏光板 40:接著劑層 50:玻璃層 301:偏光片 302:第1保護薄膜 303:第2保護薄膜
圖1係例示本實施方式之多層構造體的剖面圖。 圖2係例示本實施方式之偏光板的剖面圖。 圖3係示出接合層之厚度及彈性率與玻璃層的龜裂擴展率的關係的圖。

Claims (5)

  1. 一種多層構造體，其包括： 偏光板； 玻璃層，透過接著劑層疊層於該偏光板之一側，及 光學顯示器，透過接合層疊層於該偏光板之另一側， 該玻璃層之厚度為10μm以上300μm以下， 該接合層之厚度x及該接合層於85℃時的彈性率y，滿足y≧(299/60)x-296/3之關係。
  2. 如請求項1之多層構造體，其中， 該接合層由黏著劑形成， 該接合層之厚度為50μm以下。
  3. 如請求項2之多層構造體，其中， 該接合層之彈性率為500×10 4Pa以下。
  4. 如請求項1之多層構造體，其中， 該接合層由接著劑形成， 該接合層之厚度為5μm以下。
  5. 如請求項4之多層構造體，其中， 該接合層由接著劑形成， 該接合層之彈性率為1GPa以上。
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