TW202412343A - 積層壓電膜 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種高剛性且熱穩定性及平滑性優異之積層壓電膜。
本發明係關於一種積層壓電膜，其係具備壓電膜及積層於前述壓電膜之其中一面之保護膜的積層壓電膜，前述保護膜之剛性為前述壓電膜之剛性之1.0倍以上20倍以下，前述保護膜之厚度為50 µm以上200 µm以下。
Description
本發明係關於一種積層壓電膜。
近年來，於智慧型手機、平板電腦等電子設備導入觸控感測器，作為可進行直觀操作之人機介面使用。觸控感測器藉由檢測手指或筆所觸碰之二維位置來操作電子設備（例如，參照專利文獻1）。
另外，近年來，出於增加輸入資訊，提高操作性之目的，開發有檢測按壓力之觸控感測器。例如有根據殼體變形時之靜電電容之變化、使用感壓橡膠之電阻值之變化等檢測按壓力的方法、檢測壓電材料之電荷之變化的方法等。作為亦可檢測此種按壓力（Z坐標）之觸控面板之壓電膜，例如已知有將聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯-四氟乙烯共聚物作為主成分之氟類樹脂壓電體。
先前技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開平5-324203號公報
發明所欲解決之課題
然而，本發明者研究到為了提高前述氟類樹脂膜之壓電性，有進行膜之延伸處理、熱極化處理之情況，因此有如下問題：進行過前述處理之壓電膜於其製法上與PET（Polyethylene Terephthalate，聚對苯二甲酸乙二酯）等非壓電膜相比，有表面產生較大起伏，導致平滑性下降之傾向，於使用前述壓電膜之積層體之製造程序中，擔心於積層過程中產生不良情況及積層體之壓電靈敏度下降。
本發明者對於上述問題進行努力研究，瞭解到藉由在壓電膜之面積層剛性（以下，將膜之拉伸模數與膜之厚度之乘積稱為「剛性」）高之保護膜，可改善平滑性。
另外，對於在壓電膜積層有前述保護膜之積層膜，要求壓電膜之表面變得平滑（平滑性），此外有於前述積層膜積層導電層之程序中要進行熱處理之情況，要求於該等熱處理中積層壓電膜不會捲曲（高熱穩定性），且要求不會因搬送時之應力等而產生褶皺（高剛性）。
本發明係鑒於上述課題而完成，其目的在於提供一種具有高剛性，且熱穩定性高及平滑性優異之積層壓電膜。
解決問題之技術手段
本發明者發現藉由如下積層壓電膜可解決上述課題，該積層壓電膜係具備保護膜之積層壓電膜，保護膜之剛性B與壓電膜之剛性A中B/A滿足特定範圍，保護膜之厚度滿足特定範圍，從而完成本發明。具體而言，本發明係關於以下者。
本發明係關於一種積層壓電膜，其係具備壓電膜及積層於前述壓電膜之其中一面之保護膜的積層壓電膜，前述保護膜之剛性B為前述壓電膜之剛性A之1.0倍以上20倍以下，前述保護膜之厚度為50 µm以上200 µm以下。
前述保護膜之厚度較佳為前述壓電膜之厚度之1.5倍以上。
前述保護膜之剛性B較佳為前述壓電膜之剛性A之3.0倍以上20倍以下。
與積層有前述保護膜之側為相反側之前述壓電膜之面的表面凹凸度較佳為80 µm以下。
前述壓電膜較佳為將聚偏二氟乙烯作為主成分。
發明效果
根據本發明，可提供高剛性且熱穩定性及平滑性優異之積層壓電膜。
以下，一邊參照圖式一邊詳細說明本發明之實施方式（以下，稱為「本實施方式」），但本發明並不限定於此，可於不脫離其主旨之範圍內進行各種變形。
本說明書中，「積層」只要為各層依序積層即可，亦可於各層之間積層其他層。
《積層壓電膜》
本發明之積層壓電膜係具備壓電膜及積層於前述壓電膜之其中一面之保護膜的積層壓電膜，前述保護膜之剛性B為前述壓電膜之剛性A之1.0倍以上20倍以下，前述保護膜之厚度為50 µm以上200 µm以下。
尤其藉由使保護膜之剛性B為壓電膜之剛性A之1.0倍以上20倍以下，容易獲得熱穩定性及平滑性優異之積層壓電膜。膜之剛性表示變形難度，推測藉由將保護膜之剛性B與壓電膜之剛性A設為特定範圍，保護膜會使壓電膜表面之起伏平滑化，藉此降低壓電膜表面之凹凸度，且抑制積層壓電膜因加工熱產生捲曲。
＜積層壓電膜、保護膜及壓電膜之特性＞
積層壓電膜之保護膜之剛性B為壓電膜之剛性A之1.0倍以上20倍以下，前述保護膜之厚度為50 µm以上200 µm以下。
若保護膜之剛性小於壓電膜之剛性之1.0倍，則難以利用保護膜之剛性抑制壓電膜表面之起伏，壓電膜表面之凹凸度變高，因而不佳。另外，就搬送、捲取等生產程序上之觀點而言，保護膜之剛性可為壓電膜之剛性之10倍以下。保護膜之剛性較佳為壓電膜之剛性之1.5倍以上20倍以下，更佳為2.5倍以上20倍以下，進一步較佳為3.0倍以上20倍以下，尤佳為5.0倍以上15倍以下，最佳為5.0倍以上10倍以下。若為1.5倍以上，則容易獲得優異之熱穩定性及平滑性。
膜之拉伸模數有根據測定方向而不同之情況，本說明書中，保護膜、壓電膜及積層壓電膜之拉伸模數係指其最小值。而且，上述拉伸模數係依據JIS K 7127測定且基於JIS K 7161-1之10.3算出之值，具體而言可利用後述實施例中記載之方法進行測定。
加熱所致之積層壓電膜之捲曲高度成為表示前述膜之熱穩定性之指標。將膜自膜設置位置彎曲而到達之膜之最高到達高度稱為捲曲高度，捲曲高度越小，表示熱穩定性越高。捲曲高度較佳為20 mm以下，更佳為15 mm以下，進一步較佳為10 mm以下。
本說明書中，積層壓電膜之捲曲高度可利用後述實施例中記載之方法進行測定。另外，將捲曲程度大到試片成為筒狀時之捲曲高度視為超過20 mm。
積層壓電膜之捲曲高度例如可藉由研究保護膜之厚度及拉伸模數、壓電膜之厚度及拉伸模數、保護膜與壓電膜之線膨脹係數之差等而適當調整。
積層壓電膜之厚度較佳為50 µm以上300 µm以下，更佳為100 µm以上300 µm以下，進一步較佳為150 µm以上250 µm以下。若前述膜之厚度為50 µm以上，則剛性容易變得充分。另外，若前述膜之厚度為300 µm以下，則就搬送、捲取等生產程序上之觀點而言較佳。
保護膜之厚度較佳為50 µm以上200 µm以下，更佳為70 µm以上200 µm以下，進一步較佳為90 µm以上150 µm以下，尤佳為110 µm以上150 µm以下。若前述保護膜之厚度為50 µm以上，則容易成為更高剛性，容易獲得優異之熱穩定性及平滑性。
壓電膜之厚度較佳為10 µm以上200 µm以下，更佳為20 µm以上200 µm以下，進一步較佳為30 µm以上120 µm以下，尤佳為30 µm以上80 µm以下。若前述膜之厚度為10 µm以上，則強度容易變得充分。另外，若為200 µm以下，則透明性容易變得充分，容易用於光學用途。
保護膜之厚度較佳為壓電膜之厚度之1.5倍以上10倍以下，更佳為2.0倍以上10倍以下。若為1.5倍以上，則積層壓電膜之剛性中保護膜之剛性佔主導。保護膜並未進行如於壓電膜進行之提高壓電性之處理。因此，保護膜之熱穩定性、平滑性優異，因積層壓電膜之剛性中保護膜之剛性佔主導，所以積層壓電膜容易獲得優異之熱穩定性及平滑性。
保護膜之拉伸模數較佳為1.0GPa以上5.0GPa以下，更佳為2.0GPa以上5.0GPa以下，進一步較佳為3.0GPa以上5.0GPa以下。若為1.0GPa以上，則剛性容易變高，容易獲得優異之熱穩定性及平滑性。另外，就搬送、捲取等生產程序上之觀點而言，保護膜之拉伸模數可為5.0GPa以下。
壓電膜之拉伸模數較佳為0.5GPa以上3.0GPa以下，更佳為1.0GPa以上3.0GPa以下，進一步較佳為1.5GPa以上3.0GPa以下，尤其更佳為1.5GPa以上2.0GPa以下。若在上述數值範圍內，則壓電性容易變得充分。
積層壓電膜之剛性較佳為100N/mm以上1000N/mm以下，更佳為200N/mm以上1000N/mm以下，進一步較佳為300N/mm以上1000N/mm以下，尤佳為400N/mm以上1000N/mm以下。若積層壓電膜之剛性為100N/mm以上，則前述膜容易獲得優異之熱穩定性及平滑性。
保護膜之剛性較佳為100N/mm以上1000N/mm以下，更佳為150N/mm以上1000N/mm以下，進一步較佳為300N/mm以上1000N/mm以下，尤佳為400N/mm以上1000N/mm以下。若保護膜之剛性為100N/mm以上，則使用前述膜之積層壓電膜容易獲得優異之熱穩定性及平滑性。
壓電膜之剛性較佳為10N/mm以上200N/mm以下，更佳為50N/mm以上200N/mm以下，進一步較佳為50N/mm以上150N/mm以下。若壓電膜之剛性為10N/mm以上，則使用前述膜之積層壓電膜容易獲得高壓電性。
與積層有保護膜之側為相反側之壓電膜之面的表面凹凸度較佳為80 µm以下，更佳為60 µm以下，進一步較佳為40 µm以下，尤佳為30 µm以下。若前述膜之面之表面凹凸度為100 µm以下，則容易獲得優異之平滑性，使用前述膜之積層程序中之不良情況減少，或前述程序中所獲得之積層體之壓電靈敏度提高。
本說明書中，上述表面凹凸度可利用後述實施例中記載之方法進行測定。本說明書之表面凹凸度並非基於表面之微細凹凸之值，而為基於表面之起伏、褶皺之值。
上述表面凹凸度例如可藉由研究保護膜之厚度及拉伸模數、壓電膜之厚度及拉伸模數等而適當調整。
接下來，一邊參照圖式一邊對積層壓電膜之各層進行說明。
圖1係示意性表示積層壓電膜之一實施方式之積層壓電膜1的圖。積層壓電膜1係於壓電膜11之其中一面積層有保護膜31。
圖2係示意性表示積層壓電膜之另一實施方式之積層壓電膜2的圖。積層壓電膜2於在壓電膜11與保護膜31之間具備黏著層21之方面與積層壓電膜1不同。
＜壓電膜＞
壓電膜11係具有壓電性（將所施加之力轉換成電壓之性質、或將所施加之電壓轉換成力之性質）之膜（薄膜）。
作為壓電膜11，通常可舉例：藉由利用稱為熱極化處理之極化處理使分子偶極進行配向而可表現出壓電性的極化極性高分子化合物、藉由對手性高分子化合物施加延伸處理而可表現出壓電性的延伸手性高分子化合物等。作為極化極性高分子化合物，可舉例：氟類樹脂；二氰亞乙烯類聚合物；乙酸乙烯酯類聚合物；尼龍9、尼龍11等奇數尼龍；聚脲等。作為延伸手性高分子化合物，可舉例：聚乳酸等螺旋手性高分子化合物；聚羥基丁酸酯等聚羥基羧酸；纖維素類衍生物等。它們可單獨使用一種，或者組合兩種以上使用。其中，就壓電膜之表面之平滑性容易變低，容易發揮本發明之平滑性改善效果的方面而言，較佳為氟類樹脂。
若壓電膜為經單軸延伸之膜，則表面之平滑性容易變低，容易發揮本發明之平滑性改善效果。另外，於壓電膜為氟類樹脂時，若極化程度大，則表面之平滑性容易變低，容易發揮本發明之平滑性改善效果。
作為氟類樹脂，可舉例：聚偏二氟乙烯(PVDF)、偏二氟乙烯類共聚物（例如，偏二氟乙烯/三氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯/三氟乙烯/氯三氟乙烯共聚物、六氟丙烯/偏二氟乙烯共聚物、全氟乙烯醚/偏二氟乙烯共聚物、四氟乙烯/偏二氟乙烯共聚物、六氟環氧丙烷/偏二氟乙烯共聚物、六氟環氧丙烷/四氟乙烯/偏二氟乙烯共聚物、六氟丙烯/四氟乙烯/偏二氟乙烯共聚物）；四氟乙烯類聚合物；氯三氟乙烯類聚合物等。它們可單獨使用一種，或者組合兩種以上使用。其中，就所獲得之壓電性高之程度、耐候性、耐熱性等觀點而言，較佳為將聚偏二氟乙烯或偏二氟乙烯類共聚物作為主成分，更佳為將聚偏二氟乙烯作為主成分。本說明書中，相對於構成壓電膜之高分子化合物（樹脂）之總質量，含有構成某高分子化合物之成分之質量為50質量%以上時，將該高分子化合物稱為主成分。
壓電膜11可進一步含有通常使用之添加劑（填料、界面活性劑等）。
＜保護膜＞
作為保護膜31，只要具有上述特性，則並無特別限定，可舉例：聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)等聚酯；聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)等聚烯烴樹脂；聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)等含鹵素類聚合物；聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸類聚合物；聚苯乙烯、苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物等苯乙烯類聚合物等。其中，就更良好地獲得本發明之效果之觀點而言，較佳為PET或PP，更佳為PET。另外，該等膜較佳為雙軸延伸膜。
＜黏著層＞
本發明之積層壓電膜可具備黏著層。
積層壓電膜2於壓電膜11與保護膜31之間具備黏著層21。即，可藉由經由黏著層21而將壓電膜11與保護膜31貼合。
作為黏著層，只要容易與保護膜一起自壓電膜剝離，則並無特別限定，例如可使用丙烯酸類樹脂、天然橡膠、合成橡膠等橡膠類樹脂等。
＜積層壓電膜之用途＞
本發明之積層壓電膜於剝離保護膜後，較佳地用於包含靜電電容方式、電阻膜方式等之觸控面板等之壓電面板、壓力感測器、觸覺感知裝置用致動器、壓電振動發電裝置及平面揚聲器等裝置。
上述裝置於上述壓電膜下進一步具備LCD（liquid-crystal display，液晶顯示器）等一般之顯示面板單元。
上述裝置較佳地用於智慧型手機、個人數位助理、平板PC（personal computer，個人電腦）、筆記型電腦、醫療設備、汽車導航系統等。
＜積層壓電膜之製造方法＞
本實施方式之積層壓電膜可藉由包含(1)壓電膜之製造程序與(2)貼合保護膜之程序之方法等而製造。
(1)壓電膜之製造程序
壓電膜之製造方法並無特別限定，例如可利用以下之方法進行製造。
於製造含有氟類樹脂之壓電膜時，該壓電膜可經過對含有氟類樹脂之膜進行極化處理之程序而獲得。含有氟類樹脂之膜可為延伸膜，亦可為未延伸膜。本實施方式中，就表現出高壓電效果之觀點而言，較佳為將含有氟類樹脂之膜延伸後進行極化處理。
含有氟類樹脂之膜可利用熔融擠出法、溶液澆鑄法等任意方法進行製造。其中，就容易獲得規定以上之厚度之壓電膜之觀點等而言，含有氟類樹脂之膜較佳為利用熔融擠出法製造。熔融擠出法中，可將氟類樹脂及任意之添加劑於擠出機之料缸內加熱熔融後，自模嘴擠出而獲得膜。
所獲得之膜具有混合存在α型結晶（主鏈為螺旋型結構）與β型結晶（主鏈為平面鋸齒狀結構）等之結構。β型結晶具有大極化結構。藉由將膜延伸，可使α型結晶成為β型結晶，就延伸程序而言，為了使氟類樹脂成為β型結晶，較佳為視需要進行延伸。延伸方向可為TD方向（Transverse Direction，橫向），亦可為MD方向（Machine Direction，縱向），更佳為MD方向。
延伸方法並無特別限定，可利用拉幅機法、轉鼓法等公知之延伸方法進行。
延伸倍率例如可為3.0倍以上6.0倍以下。若延伸倍率為3.0倍以上，則容易將膜之厚度、極化性調整為更適度之範圍。若延伸倍率為3.0倍以上，則β型結晶之位錯更充分，不僅容易表現出更高之壓電性，亦可進一步提高透明性。若延伸倍率為6.0倍以下，則可進一步抑制延伸所引起之斷裂。
對所獲得之延伸膜進行極化處理。極化處理例如可藉由在接地電極與針狀電極之間施加直流電壓而進行。電壓只要根據延伸膜之厚度進行調整即可，例如可設為1kV以上50kV以下。
如上所述，本實施方式中，可藉由對延伸膜進行極化處理而獲得壓電膜。
(2)貼合保護膜之程序
保護膜可為市售品，亦可進行製造。就提高壓電膜表面之平滑性之觀點而言，保護膜較佳為拉伸模數高之膜。具體而言，可使用上述拉伸模數及種類之保護膜。
貼合保護膜之方法並無特別限定，例如可舉例利用層壓機等經由黏著層將保護膜與壓電膜貼合之方法。於保護膜具有自黏性時，亦可不經由黏著層將保護膜與壓電膜貼合。經由黏著層時，可將形成有黏著層之保護膜貼合於壓電膜，亦可於壓電膜形成黏著層後貼合保護膜。
［實施例］
以下，示出實施例及比較例進一步說明本發明，但本發明並不限定於本實施例。
本發明之積層壓電膜之特性係利用以下之方法進行測定，並將結果示於表1。
（拉伸模數）
依據JIS K 7127測定壓電膜、保護膜及積層壓電膜各自之拉伸模數。使用以長邊相對於縱向(MD)平行之方式切成10 mm×100 mm之試片，於拉伸速度50 mm/min，夾頭間距50 mm之條件下測定。此時之拉伸模數基於JIS K 7161-1之10.3算出。
另外，使用以長邊相對於橫向(TD)等其他方向平行之方式切成之試片，以同樣方式算出拉伸模數，任一實施例及比較例中縱向之拉伸模數均最小。
（捲曲高度）
使用將積層壓電膜切成10 cm平方之試片，投入至設定為50℃之烘箱中1分鐘來進行熱處理。然後，測定熱處理後之試片之垂直方向上之四角的隆起量，將最大之高度設為捲曲高度(mm)。
（表面凹凸度）
使用3D形狀測定機VR-5000（Keyence股份有限公司製）測定積層壓電膜之表面凹凸度(µm)。
於20 cm×30 cm之不銹鋼板（厚度1 mm）上，以壓電膜之面在表面之方式載置切成相同程度之尺寸之試片，以不施加張力之方式用磁鐵壓住試片之長邊之中央後，用膠帶固定四角。
作為預處理，使用指定區域(75 mm×140 mm)設定基準面，將雜訊去除設定為中等。
測定係利用低倍率相機拍攝指定區域來進行。於模式為多線條粗糙度模式，條數為11條，間隔為跳過100條，區域為水平線及垂直線，無截斷之條件下實施測定，求出共22條之算術平均高度Ra。
每次重新設置試片，共測定3次，求出3次之算術平均值作為表面凹凸度。
[實施例1至2以及比較例1至4]
將固有黏度為1.1dl/g之由聚偏二氟乙烯（KUREHA股份有限公司製造）成形之樹脂膜（厚度為120 µm）以延伸倍率成為4.2倍之方式進行單軸延伸。延伸後，藉由在接地電極與針狀電極之間對膜施加直流電壓並自0kV增加至12.0kV而進行極化處理，獲得壓電膜。將極化處理後之膜進而於130℃熱處理1分鐘，藉此獲得厚度為40 µm之壓電膜。壓電膜之拉伸模數為1812 MPa，厚度與拉伸模數之乘積為72.5N/mm。
然後，將表1中記載之保護膜上形成有黏著層之積層膜與壓電膜使用層壓機貼合後，捲取成卷狀而獲得積層壓電膜。層壓機設定線速度為5m/min，層壓輥接觸壓力為約0.3N。
［表1］
（將厚度與拉伸模數之乘積稱為剛性）
| 實施例1 | 實施例2 | 比較例1 | 比較例2 | 比較例3 | 比較例4 | ||
| 壓電膜 | 厚度[µm] | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 | 40 |
| 彈性模數[MPa] | 1812 | 1812 | 1812 | 1812 | 1812 | 1812 | |
| 剛性A [N/mm] | 72.5 | 72.5 | 72.5 | 72.5 | 72.5 | 72.5 | |
| 保護膜 | 樹脂之種類 | PET | PET | 無 | PET | PP | PE |
| 厚度[µm] | 75 | 125 | - | 38 | 30 | 60 | |
| 彈性模數[MPa] | 4043 | 3893 | - | 3856 | 551 | 439 | |
| 剛性B [N/mm] | 303.2 | 486.6 | - | 146.5 | 16.5 | 26.3 | |
| B/A | 4.18 | 6.71 | - | 2.02 | 0.23 | 0.36 | |
| 積層壓電膜 | 剛性[N/mm] | 384.8 | 570.3 | 72.5 | 188.2 | 93.9 | 86.6 |
| 捲曲高度[mm] | 20 | 5 | - | 筒狀 | 0 | 筒狀 | |
| 壓電膜之表面凹凸度 | Ra[µm] | 41.1 | 27.2 | 139.6 | 88.0 | 144.5 | 120.5 |
如表1所示，實施例中，積層壓電膜之厚度與拉伸模數之乘積高，捲曲高度低，表面凹凸度低。因此，根據本發明確認到獲得高剛性且熱穩定性及平滑性優異之積層壓電膜。
1,2:積層壓電膜
11:壓電膜
21:黏著層
31:保護膜
［圖1］係示意性表示本發明之積層壓電膜之一實施方式之積層壓電膜1的圖。
［圖2］係示意性表示本發明之積層壓電膜之另一實施方式之積層壓電膜2的圖。
1:積層壓電膜
11:壓電膜
31:保護膜
Claims (5)
- 一種積層壓電膜，其係具備壓電膜及積層於前述壓電膜之其中一面之保護膜的積層壓電膜， 前述保護膜之剛性為前述壓電膜之剛性之1.0倍以上20倍以下， 前述保護膜之厚度為50 µm以上200 µm以下。
- 如請求項1之積層壓電膜，其中前述保護膜之厚度為前述壓電膜之厚度之1.5倍以上。
- 如請求項1或2之積層壓電膜，其中前述保護膜之剛性為前述壓電膜之剛性之3.0倍以上20倍以下。
- 如請求項1或2之積層壓電膜，其中與積層有前述保護膜之側為相反側之前述壓電膜之面的表面凹凸度為80 µm以下。
- 如請求項1或2之積層壓電膜，其中前述壓電膜將聚偏二氟乙烯作為主成分。
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