WO2015053344A1 - 圧電フィルム - Google Patents

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WO2015053344A1
WO2015053344A1 PCT/JP2014/077004 JP2014077004W WO2015053344A1 WO 2015053344 A1 WO2015053344 A1 WO 2015053344A1 JP 2014077004 W JP2014077004 W JP 2014077004W WO 2015053344 A1 WO2015053344 A1 WO 2015053344A1
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piezoelectric film
present
piezoelectric
vinylidene fluoride
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PCT/JP2014/077004
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French (fr)
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明天 高
哲浩 小谷
恵吏 向井
崇 金村
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ダイキン工業株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/18Manufacture of films or sheets
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/04Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning
    • H10N30/045Treatments to modify a piezoelectric or electrostrictive property, e.g. polarisation characteristics, vibration characteristics or mode tuning by polarising
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
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    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2327/00Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
    • C08J2327/02Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08J2327/12Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
    • C08J2327/16Homopolymers or copolymers of vinylidene fluoride
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04105Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position

Definitions

  • the present invention relates to a piezoelectric film.
  • an input device having a touch panel on the front surface of a display device such as a liquid crystal display
  • a display device such as a liquid crystal display
  • a mobile phone eg, a smart phone
  • PDA personal digital assistant
  • a tablet PC e.g., an ATM
  • an automatic ticket vending machine e.g., a car navigation system
  • smartphones and tablet PCs often employ capacitive touch panels that can easily perform operations such as tapping, flipping, pinching, and dragging (that is, high operational comfort).
  • capacitive touch panels that can easily perform operations such as tapping, flipping, pinching, and dragging (that is, high operational comfort).
  • resistive film type touch panels are employed in which erroneous operations are unlikely to occur (that is, operation reliability is high).
  • the “position” touched by the user (sometimes referred to herein as a touch position) and its “strength” (in other words, presence or absence of pressure, strength, speed, or a combination thereof)
  • a touch panel capable of detecting both of them (which may be referred to as “touch pressure” in this specification)
  • touch pressure in this specification
  • many advantages such as compatibility of the above-described comfort and certainty of operation can be considered.
  • touch panels that have been put into practical use so far can only detect the touch position, and cannot detect the touch pressure.
  • the touch panel since the touch panel is installed in front of the display device, the touch panel is required to have high transparency in order to improve the visibility of display on the display device.
  • a technique for artificially detecting touch pressure from the contact area between the finger and the touch panel when touched with a finger has been proposed.
  • the touch pressure cannot be detected, and therefore, the usage scene is limited.
  • a technique for detecting writing pressure with a pen that can detect electromagnetic induction changes has also been proposed.
  • a dedicated special pen is necessary, so that the scene of use is limited.
  • a technique for detecting a touch pressure using pressure-sensitive ink has also been proposed. However, when pressure-sensitive ink is used, the transparency of the touch panel decreases.
  • Patent Document 1 discloses a piezoelectric layer containing a vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer and the piezoelectric body.
  • a touch panel having a first electrode provided on one surface of the layer and a second electrode provided on the other surface of the piezoelectric layer is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses heat treatment of a vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer film. It is described that a polarization process is performed later.
  • the touch panel described in Patent Document 1 is an excellent touch panel that has high transparency and can detect both a touch position and a touch pressure without limiting the method of use.
  • the touch pressure detection performance of the touch panel described in Patent Document 1 is significantly lowered once it is exposed to an extremely high temperature (eg, 85 ° C. or higher). Became.
  • Such a touch panel is practical unless it is exposed to an extremely high temperature.
  • the present invention can detect both the touch position and the touch pressure when used in a touch panel, etc., and even when exposed to an extremely high temperature, the detection performance of the touch pressure is not easily lowered and the transparency is high.
  • An object is to provide a piezoelectric film that enables the provision of a touch panel.
  • the present inventors have A total light transmittance of 90% or more; It has been found that the above problem can be solved by a piezoelectric film having a total haze value of 4.0% or less; and a rate of change in electromechanical coupling coefficient of 10% or less when heated at 85 ° C. for 10 hours. Furthermore, the present inventors can produce a piezoelectric film having the above-mentioned properties by subjecting a non-polarized vinylidene fluoride polymer film to a polarization treatment and then heat-treating the polarized vinylidene fluoride polymer film. I found. Based on these findings, the present inventors have completed the present invention.
  • the present invention includes the following aspects.
  • Item 1 A total light transmittance of 90% or more; A piezoelectric film having a total haze value of 4.0% or less; and a rate of change in electromechanical coupling coefficient of 10% or less when heated at 85 ° C. for 10 hours.
  • Item 2. Item 2. The piezoelectric film according to Item 1, comprising a polarized vinylidene fluoride polymer film.
  • Item 3. Item 3. The piezoelectric film according to Item 2, wherein the vinylidene fluoride polymer film is a vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer film.
  • Step A for polarizing a non-polarized vinylidene fluoride polymer film; and Step B for subsequent heat treatment of the polarized vinylidene fluoride polymer film The manufacturing method of the piezoelectric film of claim
  • Item 5. The method according to Item 4, wherein the heat treatment condition is 90 ° C or more and 1 minute or more.
  • Item 6. A piezoelectric panel, film capacitor, or electrowetting device comprising the piezoelectric film according to any one of Items 1 to 3, or the piezoelectric film produced by the production method according to Item 4 or 5.
  • the piezoelectric film of the present invention has piezoelectricity, can detect both the touch position and the touch pressure when used in a touch panel, and the touch pressure detection performance is lowered even when exposed to an extremely high temperature. It is possible to provide a touch panel that is difficult and highly transparent.
  • the touch panel of the present invention can detect both the touch position and the touch pressure, and even when exposed to an extremely high temperature, the touch pressure detection performance is not easily lowered and has high transparency.
  • detection of “touch position” means determination of touch position, while “detection” of “touch pressure” means presence / absence of pressure, speed, magnitude, or a combination thereof. Means the decision.
  • touch includes touching, touching, pushing, pushing, and touching.
  • polarization means that a surface is charged. That is, the polarizing film can be an electret.
  • the piezoelectric film of the present invention comprises: A total light transmittance of 90% or more; The total haze value is 4.0% or less; and the rate of change of the electromechanical coupling coefficient when heated at 85 ° C. for 10 hours is 10% or less.
  • the piezoelectric film of the present invention will be described in detail.
  • the piezoelectric film of the present invention is preferably an organic piezoelectric film.
  • the “organic piezoelectric film” is a film (polymer film) formed from a polymer that is an organic substance. Examples of the “organic piezoelectric film” include a polarized vinylidene fluoride polymer film, an odd-chain nylon piezoelectric film, and polylactic acid.
  • the “organic piezoelectric film” may contain components other than the polymer.
  • the “organic piezoelectric film” includes a film made of the polymer and a film in which an inorganic substance is dispersed in the polymer.
  • the content of the polymer in the piezoelectric film of the present invention is preferably 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more, and still more preferably 90% by mass.
  • the upper limit of the content is not particularly limited, and may be, for example, 100% by mass or 99% by mass.
  • the polymer is preferably a vinylidene fluoride polymer.
  • the piezoelectric film of the present invention is preferably composed of a polarized vinylidene fluoride polymer film.
  • examples of the “vinylidene fluoride polymer film” include a vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer film, a vinylidene fluoride / trifluoroethylene copolymer film, and a polyvinylidene fluoride film.
  • the vinylidene fluoride polymer film is preferably a vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer film.
  • the “vinylidene fluoride polymer film” may contain an additive usually used for a resin film.
  • the “vinylidene fluoride polymer film” is a film composed of a vinylidene fluoride polymer and contains a vinylidene fluoride polymer.
  • vinylidene fluoride polymer (1) a copolymer of vinylidene fluoride and one or more monomers copolymerizable therewith; and (2) polyvinylidene fluoride.
  • Examples of “monomer copolymerizable with this” in “(1) copolymer of vinylidene fluoride and one or more monomers copolymerizable therewith” include trifluoroethylene, tetrafluoroethylene , Hexafluoropropylene, chlorotrifluoroethylene, and vinyl fluoride.
  • the “one or more monomers copolymerizable therewith” or one of them is preferably tetrafluoroethylene.
  • Preferable examples of the “vinylidene fluoride polymer” include a vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer.
  • the “vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer” may contain repeating units derived from monomers other than vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene as long as the properties relating to the present invention are not significantly impaired.
  • the “(1) copolymer of vinylidene fluoride and one or more monomers copolymerizable therewith” contains 50 mol% or more (preferably 60 mol% or more) of repeating units derived from vinylidene fluoride. )contains.
  • the molar ratio of (repeat unit derived from tetrafluoroethylene) / (repeat unit derived from vinylidene fluoride) in the “vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer” is preferably 5/95 to 36/64. Within the range, more preferably within the range of 15/85 to 25/75, still more preferably within the range of 18/82 to 22/78.
  • the “vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer” may contain a repeating unit derived from a monomer other than vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene as long as the properties of the present invention are not significantly impaired. Usually, the content of such repeating units is 10 mol% or less. Such a monomer is not limited as long as it is copolymerizable with a vinylidene fluoride monomer or a tetrafluoroethylene monomer.
  • Fluoromonomer eg, vinyl fluoride (VF), trifluoroethylene (TrFE), hexafluoropropene (HFP), 1-chloro-1-fluoro-ethylene (1,1-CFE), 1-chloro- 2-fluoro-ethylene (1,2-CFE), 1-chloro-2,2-difluoroethylene (CDFE), chlorotrifluoroethylene (CTFE), trifluorovinyl monomer, 1,1,2-trifluorobutene- 4-bromo-1-butene, 1,1,2-trifluorobutene-4-silane-1-butene, perfluoroalkyl vinyl ether, perfluoromethyl vinyl ether (PMVE), perfluoropropyl vinyl ether (PPVE), perfluoroacrylate, 2, 2,2-trifluoroethyl acrylate, 2- (2) hydrocarbon monomers (eg, ethylene, propylene, maleic anhydride, vinyl ether, vinyl ester, allyl glycidy
  • the “inorganic substance” include inorganic oxide particles.
  • the high dielectric film of the present invention can have a high dielectric constant. In addition, this makes it possible to significantly improve the volume resistivity while maintaining a high dielectric constant.
  • the “inorganic substance” include inorganic oxide particles.
  • the piezoelectric film of the present invention can have a high dielectric constant. Further, the volume resistivity can be greatly improved while maintaining a high dielectric constant. Moreover, electrical insulation can be improved.
  • the “inorganic oxide particles” are preferably at least one selected from the group consisting of the following inorganic oxide particles (B1) to (B3).
  • Al 2 O 3 having a crystal structure of ⁇ type has a large specific surface area and is dispersed in the “polymer” such as a vinylidene fluoride polymer, particularly a vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer. From the viewpoint of good properties.
  • [Inorganic oxide particles (B2)] Formula: M 1 a1 M 2 b1 O c1 (wherein M 1 is a Group 2 metal element; M 2 is a Group 4 metal element; a1 is 0.9 to 1.1) in it, b1 is at 0.9-1.1; in can is M 1 and M 2 is one or two or more metal elements, respectively); c1 is which is 2.8-3.2 Inorganic composite oxide particles represented As the “Group 4 metal element”, for example, Ti and Zr are preferable. As the “Group 2 metal element”, for example, Mg, Ca, Sr, and Ba are preferable.
  • inorganic composite oxide particles specifically, at least one selected from the group consisting of BaTiO 3 , SrTiO 3 , CaTiO 3 , MgTiO 3 , BaZrO 3 , SrZrO 3 , CaZrO 3 , and MgZrO 3.
  • Inorganic oxide particles are preferred because of their high volume resistivity.
  • Inorganic oxide particles (B3) Group 2, group 3, group 4, group 12 or group 13 metal element oxides of silicon and inorganic oxide composite particles of silicon oxide "B3)” is a composite particle of the "inorganic oxide” of the "inorganic oxide particle (B1)” and silicon oxide. Specific examples the "inorganic oxide particles (B3)", for example, at least selected from 3A1 2 O 3 ⁇ 2SiO 2, 2MgO ⁇ SiO 2, ZrO 2 ⁇ SiO 2, and the group consisting of MgO ⁇ SiO 2 1 Examples include inorganic oxide particles.
  • the “inorganic oxide particles” are not necessarily highly dielectric and can be appropriately selected depending on the application of the piezoelectric film of the present invention.
  • the volume resistivity can be improved.
  • the relative dielectric constant (1 kHz, 25 ° C.) of these one kind of metal oxide particles (B1) is usually less than 100, preferably 10 or less.
  • the “inorganic oxide particles” include inorganic oxide particles (for example, inorganic oxide particles (B2)) having ferroelectricity (relative permittivity (1 kHz, 25 ° C.) of 100 or more) for the purpose of improving the dielectric constant. (B3)) may be used.
  • inorganic oxide particles for example, inorganic oxide particles (B2)
  • ferroelectricity relative permittivity (1 kHz, 25 ° C.) of 100 or more
  • examples of the inorganic material constituting the ferroelectric inorganic oxide particles (B2) and (B3) include composite metal oxides, composites thereof, solid solutions, and sol-gel bodies, but are not limited thereto. is not.
  • the piezoelectric film of the present invention may contain 0.01 to 300 parts by mass, more preferably 0.1 to 100 parts by mass of the “inorganic oxide particles” with respect to 100 parts by mass of the “polymer”. If the content of the “inorganic oxide particles” is too large, it may be difficult to uniformly disperse the “inorganic oxide particles” in the “polymer”. ) May be reduced. Moreover, when the said content becomes 300 mass parts or more, there exists a possibility that a film may become weak and tensile strength may fall. In this respect, the upper limit of the content is preferably 200 parts by mass, more preferably 150 parts by mass. When the content is too small, it is difficult to obtain an effect of improving electrical insulation.
  • the lower limit of the content is preferably 0.1 parts by mass, more preferably 0.5 parts by mass, and still more preferably 1 part by mass.
  • the content is preferably smaller, and the piezoelectric film of the present invention has a particularly high total light.
  • the piezoelectric film of the present invention can preferably not contain the “inorganic oxide particles”.
  • the piezoelectric film of the present invention is required to have a high total light transmittance and a low total haze value, specifically, the case where the piezoelectric film of the present invention is used for a piezoelectric panel such as a touch panel can be mentioned. .
  • the average primary particle diameter of the “inorganic oxide particles” is preferably small, and so-called nanoparticles having an average primary particle diameter of 1 ⁇ m or less are particularly preferable. By uniformly dispersing such inorganic oxide nanoparticles, the electrical insulation of the film can be significantly improved with a small amount of blending.
  • the average primary particle size is preferably 800 nm or less, more preferably 500 nm or less, and still more preferably 300 nm or less.
  • the lower limit of the average primary particle size is not particularly limited, but the average primary particle size is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, and still more preferably, from the viewpoint of manufacturing difficulty, difficulty of uniform dispersion, and cost. It is 50 nm or more.
  • the average primary particle diameter is preferably smaller.
  • the average primary particle size of the “inorganic oxide particles” is calculated using a laser diffraction / scattering type particle size distribution analyzer LA-920 (trade name) (Horiba Seisakusho) or an equivalent product.
  • the relative dielectric constant (25 ° C., 1 kHz) of the “inorganic oxide particles” is preferably 10 or more. From the viewpoint of increasing the dielectric constant of the piezoelectric film, the relative dielectric constant is preferably 100 or more, more preferably 300 or more. The upper limit of the relative dielectric constant is not particularly limited, but is usually about 3000.
  • the piezoelectric film of the present invention may contain other components such as an affinity improver as necessary.
  • the “affinity improver” is contained in the piezoelectric film of the present invention when the “inorganic oxide particles” are contained in the piezoelectric film of the present invention.
  • the “affinity improver” increases the affinity between the “inorganic oxide particles” and the “polymer”, uniformly disperses the “inorganic oxide particles” in the “polymer”,
  • the “inorganic oxide particles” and the “polymer” can be firmly bonded in the film, the generation of voids can be suppressed, and the relative dielectric constant can be increased.
  • an affinity improver As the “affinity improver”, a coupling agent, a surfactant, or an epoxy group-containing compound is effective.
  • Examples of the “coupling agent” include organic titanium compounds, organic silane compounds, organic zirconium compounds, organic aluminum compounds, and organic phosphorus compounds.
  • organic titanium compound examples include coupling agents such as alkoxytitanium, titanium chelate, and titanium acylate.
  • alkoxy titanium and titanium chelate are preferable examples from the viewpoint of good affinity with the “inorganic oxide particles”.
  • tetraisopropyl titanate titanium isopropoxyoctylene glycolate, diisopropoxy bis (acetylacetonato) titanium, diisopropoxytitanium diisostearate, tetraisopropyl bis (dioctylphosphite) titanate
  • examples thereof include isopropyl tri (n-aminoethyl-aminoethyl) titanate and tetra (2,2-diallyloxymethyl-1-butyl) bis (di-tridecyl) phosphite titanate.
  • the “organosilane compound” may be a polymer type or a low molecular type, and examples thereof include monoalkoxysilanes, dialkoxysilanes, trialkoxysilanes, and tetraalkoxysilanes. Can be mentioned.
  • vinyl silane, epoxy silane, amino silane, methacryloxy silane, mercapto silane, and the like can be suitably used.
  • organic zirconium compound examples include alkoxyzirconium and zirconium chelate.
  • organoaluminum compounds include alkoxyaluminum and aluminum chelate.
  • organic phosphorus compounds include phosphites, phosphates, and phosphate chelates.
  • the “surfactant” as the affinity improver may be a polymer type or a low molecular type, and examples thereof include a nonionic surfactant, an anionic surfactant, and A cationic surfactant is mentioned. Among these, a high molecular weight surfactant is preferable from the viewpoint of good thermal stability.
  • nonionic surfactant examples include a polyether derivative, a polyvinylpyrrolidone derivative, and an alcohol derivative, and in particular, from the viewpoint of good affinity with the “inorganic oxide particles”. Ether derivatives are preferred.
  • anionic surfactant examples include polymers containing sulfonic acid, carboxylic acid, and salts thereof.
  • preferred examples of the affinity to the “polymer” include acrylic acid derivative polymers (poly (acrylic acid) derivative) and methacrylic acid derivative polymers (poly (methacrylic acid) derivative). Is mentioned.
  • cationic surfactant examples include amine compounds, compounds having a nitrogen-containing complex ring such as imidazoline, and halogenated salts thereof.
  • the “epoxy group-containing compound” as the “affinity improver” may be a low molecular weight compound or a high molecular weight compound, and examples thereof include an epoxy compound and a glycidyl compound. Among them, a low molecular weight compound having one epoxy group is preferable from the viewpoint of particularly good affinity with the “polymer”.
  • R represents a hydrogen atom, a methyl group, an oxygen atom or a nitrogen atom with a carbon number of 2 to 10, or an optionally substituted aromatic ring group.
  • L is 0. Or 1, m represents 0 or 1, and n represents an integer of 0 to 10.).
  • Examples thereof include compounds having a ketone group or an ester group.
  • the “affinity improver” can be used in an amount within the range in which the effects of the present invention are not lost. Specifically, from the viewpoint of uniform dispersion and the high relative dielectric constant of the obtained film, The amount thereof is preferably within a range of 0.01 to 30 parts by mass, more preferably within a range of 0.1 to 25 parts by mass, and even more preferably 1 to 20 parts per 100 parts by mass of “inorganic oxide particles”. Within the range of parts by mass.
  • the piezoelectric film of the present invention may contain additives other than these as long as the effects of the present invention are not lost.
  • the piezoelectric film of the present invention has a total light transmittance of 90% or more.
  • the total light transmittance of the piezoelectric film of the present invention is preferably 92% or more, more preferably 95% or more.
  • the upper limit of the total light transmittance is not limited, the total light transmittance of the piezoelectric film of the present invention is usually 99% or less.
  • “total light transmittance” is obtained by a light transmission test using Hazeguard II (product name) (Toyo Seiki Seisakusho) or an equivalent product based on ASTM D1003.
  • the total haze value of the piezoelectric film of the present invention is 4.0% or less.
  • the total haze value of the piezoelectric film of the present invention is preferably 3.0% or less, more preferably 2.0% or less, still more preferably 1.5% or less, and still more preferably 1.0% or less.
  • the lower the total haze value the better.
  • the lower limit is not limited, but the total haze value of the piezoelectric film of the present invention is usually 0.2% or more.
  • “total haze” is based on ASTM D1003, and is determined by haze (HAZE, turbidity) test using haze guard II (product name) (Toyo Seiki Seisakusho) or its equivalent. can get.
  • the internal haze value of the piezoelectric film of the present invention is preferably 2.0% or less, more preferably 1.5% or less, still more preferably 1.2% or less, and still more preferably 1.0% or less.
  • the lower the internal haze value the better.
  • the lower limit is not limited, but the internal haze value of the piezoelectric film of the present invention is usually 0.1% or more.
  • “inner haze” means that in the method for measuring the total haze value, water is put into a glass cell, a film is inserted therein, and the haze value is measured. Is obtained.
  • the external haze value of the piezoelectric film of the present invention is preferably 2.0% or less, more preferably 1.5% or less, and still more preferably 1.0% or less.
  • the lower limit is not limited, but the external haze value of the piezoelectric film of the present invention is usually 0.1% or more.
  • the “outer haze value” is calculated by subtracting the internal haze value from the total haze value of the film.
  • the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric film of the present invention is usually in the range of 0.1 to 0.01, preferably in the range of 0.09 to 0.02, more preferably in the range of 0.08 to 0.03. It is.
  • the rate of change of the electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric film of the present invention needs to be 10% or less, preferably 8% or less, more preferably 6% or less.
  • the electromechanical coupling coefficient may be abbreviated as kt. If importance is placed on suppression of pyroelectricity, a smaller kt value is preferable.
  • the “electromechanical coupling coefficient” (kt) of the piezoelectric film is determined by forming an Al vapor-deposited electrode on both sides of the piezoelectric film, cutting out a 13 mm disk at a predetermined position of the piezoelectric film, and analyzing the impedance analyzer (Hewlett-Packard Company). 4194A) or an equivalent thereof, and is calculated by the method described in H.hiOhigashi et al.
  • rate of change of electromechanical coupling coefficient is the rate of change of electromechanical coupling coefficient when heated at 85 ° C. for 10 hours unless otherwise specified.
  • the “rate of change of electromechanical coupling coefficient” is (1) measuring the electromechanical coupling coefficient (kt before heating) of the piezoelectric film; (2) heating the piezoelectric film in air at 85 ° C. for 10 hours; (3) Allowing the piezoelectric film to stand at room temperature and cooling to room temperature, and (4) Measuring the electromechanical coupling coefficient (kt after heating) of the piezoelectric film after the heating and cooling.
  • Kt before heating” and “kt after heating” are determined by calculating into the following equation.
  • room temperature is a temperature within the range of 15 to 35 ° C.
  • the thickness of the piezoelectric film of the present invention is, for example, in the range of 0.5 to 100 ⁇ m, in the range of 0.8 to 50 ⁇ m, in the range of 0.8 to 40 ⁇ m, in the range of 3 to 100 ⁇ m, or in the range of 3 to 50 ⁇ m. Within the range, within the range of 6-50 ⁇ m, within the range of 9-40 ⁇ m, within the range of 10-40 ⁇ m, or within the range of 10-30 ⁇ m.
  • the preferred thickness can vary depending on the application of the piezoelectric film of the present invention.
  • the thickness of the piezoelectric film of the present invention is preferably in the range of 10 to 40 ⁇ m, more preferably in the range of 10 to 30 ⁇ m.
  • the thickness of the piezoelectric film of the present invention is preferably in the range of 0.5 to 5 ⁇ m, more preferably in the range of 0.8 to 2 ⁇ m.
  • the thickness of the piezoelectric film of the present invention is preferably in the range of 1.5 to 12 ⁇ m.
  • the piezoelectric film of the present invention is, for example, Step A of polarizing a non-polarized polymer film (eg, non-polarized vinylidene fluoride polymer film); and subsequent heat treatment of the polarized polymer film (eg, polarized vinylidene fluoride polymer film) Step B It can manufacture by the manufacturing method containing.
  • a non-polarized polymer film eg, non-polarized vinylidene fluoride polymer film
  • subsequent heat treatment of the polarized polymer film eg, polarized vinylidene fluoride polymer film
  • step A the non-polarized polymer film is polarized.
  • the “non-polarized polymer film” used in step A can be produced by a known method such as a casting method, a hot press method, or a melt extrusion method.
  • the “non-polarized polymer film” used in step A is preferably a film produced by a casting method.
  • non-polarized polymer film by the casting method is, for example, (1) A liquid composition is prepared by dissolving or dispersing a polymer (eg, vinylidene fluoride polymer) and desired components (eg, inorganic oxide particles and affinity improver) in a solvent. Process; (2) A process comprising casting (applying) the liquid composition on a substrate; and (3) vaporizing the solvent to form a film.
  • a polymer eg, vinylidene fluoride polymer
  • desired components eg, inorganic oxide particles and affinity improver
  • the dissolution temperature in the preparation of the liquid composition is not particularly limited, but a higher dissolution temperature is preferable because dissolution can be promoted.
  • the melting temperature is preferably from room temperature to 80 ° C.
  • the solvent include ketone solvents (eg, methyl ethyl ketone (MEK), methyl isobutyl ketone (MIBK), acetone, diethyl ketone, dipropyl ketone), ester solvents ( Examples include ethyl acetate, methyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, ethyl lactate), ether solvents (eg, tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, dioxane), and amide solvents (eg, dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide). It is done. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
  • an amide solvent which is a solvent widely used for dissolving polyvinylidene fluoride (PVDF) may be used, but the content of the amide solvent in the solvent is desirably 50% or less.
  • the liquid composition is cast (applied) onto a substrate by a knife coating method, a cast coating method, a roll coating method, a gravure coating method, a blade coating method, a rod coating method, an air doctor coating method, or a slot die method.
  • the conventional method such as the above may be used.
  • the gravure coating method or the slot die method is preferable because it is easy to operate, has little variation in film thickness, and is excellent in productivity.
  • the base material for example, a polyethylene terephthalate (PET) film can be used.
  • the solvent can be vaporized by a conventional drying method such as heating.
  • the drying temperature in the vaporization of the solvent can be appropriately determined according to the type of the solvent, but is usually in the range of 20 ° C to 200 ° C, preferably in the range of 40 ° C to 170 ° C.
  • the drying temperature may be a constant temperature or may be changed.
  • a low temperature eg, 40 to 100 ° C.
  • a high temperature eg, 120 to 200 ° C.
  • This can be achieved, for example, by dividing the drying zone into several zones and the film (or cast solution before film formation) enters the cold zone and moves to the hot zone.
  • the drying zone may be divided into four zones of 50 ° C., 80 ° C., 120 ° C., and 150 ° C., and the film may be continuously moved from the zone of 50 ° C. to the zone of 150 ° C.
  • the drying time in the vaporization of the solvent is usually in the range of 1 to 600 seconds, preferably in the range of 10 to 200 seconds.
  • non-polarized vinylidene fluoride polymer film (hereinafter sometimes simply referred to as “non-polarized film”) used in Step A is preferably not stretched. Also preferably, in the production method of the present invention, the non-polarized film is not stretched. That is, the piezoelectric film of the present invention is preferably an unstretched piezoelectric film.
  • the piezoelectric film of the present invention thus obtained has a high thickness uniformity. Specifically, preferably, in the film of the present invention, the variation coefficient of the thickness measured at 10 points per 1 cm square over the entire film is ⁇ 20% or less of the average film thickness.
  • the non-polarized film used in step A may be heat-treated after film formation.
  • Determination of the thickness of the non-polarized film used in step A may be performed according to the piezoelectric film to be obtained.
  • the polarization treatment in step A can be performed by a conventional method such as corona discharge treatment.
  • the polarization treatment in step A is preferably performed by corona discharge.
  • corona discharge either a negative corona or a positive corona may be used, but it is desirable to use a negative corona from the viewpoint of easy polarization of the non-polarized resin film.
  • the corona discharge treatment is not particularly limited.
  • the nonpolarized film is applied using a linear electrode;
  • the application can be performed by using a needle-like electrode to the polarizing film.
  • the conditions for the corona discharge treatment may be appropriately set based on common sense in the technical field to which the present invention belongs. If the corona discharge treatment conditions are too weak, the piezoelectricity of the resulting piezoelectric film may be insufficient. On the other hand, if the corona discharge treatment conditions are too strong, the resulting piezoelectric film may have point defects. is there.
  • the processing speed is, for example, 10 to 500 cm / min.
  • the polarization treatment may be carried out by, for example, sandwiching a flat electrode from both sides of a non-polarized film in addition to corona discharge.
  • a DC electric field of 0 to 400 MV / m (preferably 50 to 400 MV / m), and 0.1 second to 60 minutes. The conditions for the application time can be adopted.
  • Process B heat treatment process
  • Step B the polarized vinylidene fluoride polymer film obtained by the polarization treatment in Step A (hereinafter sometimes simply referred to as a polarized film) is heat-treated.
  • the heat treatment in step B can be performed on the polarized film or the portion where polarization has been completed in step A. That is, while performing the polarization process of the process A, the heat treatment of the process B may be performed on the portion where the polarization process has been completed.
  • the method of the heat treatment is not particularly limited.
  • the polarizing film is sandwiched between two metal plates and the metal plate is heated; the polarizing film roll is heated in a thermostatic bath; -In the production of a polarized film in a roll mode, the metal roller is heated and the polarized film is brought into contact with the heated metal roller; or in a furnace in which the polarized film is heated in a roll-to-roll manner This can be done by passing it through.
  • the polarized film may be heat-treated alone, or may be laminated on another type of film or metal foil to form a laminated film, which may be heat-treated. In particular, when the heat treatment is performed at a high temperature, the latter method is preferable because the polarizing film is less likely to wrinkle.
  • the temperature of the heat treatment may vary depending on the kind of the polarized film to be heat-treated, and is preferably in the range of (melting point of the polarizing film to be heat-treated) -100 ° C. to (melting point of the polarized film to be heat-treated + 40) ° C. Is within. Specifically, the temperature of the heat treatment is preferably 80 ° C. or higher, more preferably 85 ° C. or higher, and still more preferably 90 ° C. or higher. The temperature of the heat treatment is preferably 170 ° C. or lower, more preferably 160 ° C. or lower, and still more preferably 140 ° C. or lower.
  • the time for the heat treatment is usually 10 seconds or longer, preferably 0.5 minutes or longer, more preferably 1 minute or longer, and further preferably 2 minutes or longer. Moreover, although the upper limit of the said heat processing time is not limited, Usually, the time of the said heat processing is 60 minutes or less.
  • the conditions for the heat treatment are preferably 90 ° C. or more and 1 minute or more.
  • the melting point of a film is a maximum value in a heat of fusion curve obtained when the temperature is raised at a rate of 10 ° C./min using a differential scanning calorimetry (DSC) apparatus.
  • the non-polarized polymer film is cooled to a predetermined temperature.
  • the temperature is preferably in the range of 0 ° C. to 60 ° C. and can be room temperature.
  • the cooling rate may be slow cooling or rapid cooling, and rapid cooling is preferable from the viewpoint of productivity.
  • the rapid cooling can be performed by means such as air blowing.
  • the piezoelectric film of the present invention can preferably be stored and shipped as a roll.
  • the elastic modulus of the piezoelectric film of the present invention is preferably 500 MPa or more from the viewpoint of suppressing the generation of wrinkles when forming such a roll.
  • the elastic modulus can be adjusted by selecting the material of the film.
  • the roll of the piezoelectric film of the present invention may consist only of the piezoelectric film of the present invention, or may be a form in which a protective film or the like is laminated and wound on the piezoelectric film of the present invention. You may provide the piezoelectric film of this invention wound.
  • the roll of the piezoelectric film of the present invention preferably has a width of 50 mm or more and a length of 20 m or more.
  • the roll of the piezoelectric film of the present invention can be prepared, for example, by winding the piezoelectric film of the present invention using a winding roller and a winding roller.
  • the unwinding roller and the take-up roller be parallel to each other, as is usually done.
  • a film having an elastic modulus of 500 MPa or more may be used.
  • a roller having a good slipperiness specifically a roller coated with a fluororesin, a plated roller, or a roller coated with a release agent is used.
  • a roller having a good slipperiness specifically a roller coated with a fluororesin, a plated roller, or a roller coated with a release agent.
  • roll earing high edge; the end portion becomes thicker than the central portion in the axial direction of the roll; both end portions are thinner than the central portion.
  • both ends are recessed compared to the center; or when the thickness changes from one end to the other in an inclined manner, the end on the side where the film thickness is thinner is recessed) Unevenness of the roll thickness occurs, which may cause wrinkles.
  • the end of the film that is the end of the roll is slitted (slit).
  • the end of the roll It is difficult to prevent the roll from standing and dents with only the roller.
  • the larger the width of the film (for example, 100 mm or more) and the longer the length of the film (for example, 50 m or more) the more likely the ear standing, the dent and the deflection are generated.
  • the width of the film can be widened (for example, 100 mm in width by simply slitting the end of the film, which is the end of the roll). Even when the length of the film is long (e.g., 50 m or more), it is possible to obtain a roll in which the ear standing, the dent, and the deflection are suppressed.
  • the ear (film edge) removed by the slit can be collected and recycled as a raw material for the piezoelectric film of the present invention.
  • the roll of the piezoelectric film of the present invention has high thickness uniformity, and preferably the ratio of the thickness of the thicker end to the thickness of the central portion in the axial direction of the roll is in the range of 70 to 130%. Is within. Thereby, the deflection
  • the surface roughness Ra of the roller used for manufacturing the piezoelectric film and the roll of the present invention is 1 ⁇ m or less.
  • “surface roughness Ra” is “arithmetic average height” defined in JIS B0601: 2001.
  • the roller used for manufacture of the piezoelectric film of the present invention and the roll thereof has at least a surface material of polytetrafluoroethylene (PTFE), chrome plating, or stainless steel (SUS).
  • the piezoelectric film of the present invention can be used for a piezoelectric panel (for example, a touch panel capable of detecting touch pressure).
  • the touch panel having the piezoelectric film of the present invention can detect both the touch position and the touch pressure, and even when exposed to an extremely high temperature, the touch pressure detection performance is hardly deteriorated and the transparency is high.
  • the piezoelectric film of the present invention can be used for touch panels of all types such as a resistive film type and a capacitance type.
  • the piezoelectric panel having the piezoelectric film of the present invention is preferably, A first electrode (preferably a transparent electrode); The piezoelectric film of the present invention (preferably a transparent piezoelectric film); A second electrode (preferably a transparent electrode); In this order.
  • the first electrode is directly or indirectly disposed on one main surface of the piezoelectric film of the present invention, and the second electrode is directly or indirectly disposed on the other main surface of the piezoelectric film of the present invention.
  • the Examples of the electrodes include ITO (indium tin oxide) electrodes, tin oxide electrodes, metal nanowires, metal nanoparticles, and organic conductive resins.
  • the touch panel having the piezoelectric film of the present invention can be used for an input device.
  • An input device having the touch panel (that is, an input device having the piezoelectric film of the present invention) can input based on a touch position, a touch pressure, or both.
  • An input device having the touch panel can include a position detection unit and a pressure detection unit.
  • the input device can be used for electronic devices (eg, mobile phones (eg, smart phones), personal digital assistants (PDAs), tablet PCs, ATMs, automatic ticket vending machines, and car navigation systems).
  • electronic devices eg, mobile phones (eg, smart phones), personal digital assistants (PDAs), tablet PCs, ATMs, automatic ticket vending machines, and car navigation systems.
  • An electronic device including the input device can be operated and operated based on a touch position, a touch pressure, or both.
  • the piezoelectric film of the present invention has electrowetting properties and can be used for an electrowetting device.
  • the “electrowetting” means that the wettability of the surface of the film is changed from hydrophobic (water repellent) to hydrophilic using an electric field.
  • the “electrowetting device” means a device using the “electrowetting”.
  • the piezoelectric film of the present invention includes an optical element, a display device (display), a variable focus lens, a light modulation device, an optical pickup device, an optical recording / reproducing device, a developing device, a droplet manipulation device, and an analytical instrument (eg, sample analysis).
  • the piezoelectric film of the present invention can have a high dielectric constant and a low dielectric loss tangent. Thereby, a conductive liquid can be driven with a low voltage.
  • the piezoelectric film of the present invention can have a high dielectric constant and a low dielectric loss tangent. Thereby, a conductive liquid can be driven with a low voltage. Moreover, since the piezoelectric film of the present invention can have a high relative dielectric constant and a low dielectric loss tangent, it can be suitably used as a film for a film capacitor. Further, it is advantageous as a film for a film capacitor in that the high dielectric property, which is a characteristic of vinylidene fluoride resin, is not impaired even when a voltage is applied for a long time.
  • the piezoelectric film of the present invention can be used as a transparent cover film because it is made of a vinylidene resin excellent in weather resistance and has very high transparency.
  • weather resistance can be imparted to these films by laminating a polycarbonate or PET film on the piezoelectric film of the present invention.
  • the piezoelectric film of the present invention has flexibility, it can be suitably used for various applications.
  • the molar ratio of the repeating unit derived from tetrafluoroethylene / the repeating unit derived from vinylidene fluoride in the vinylidene fluoride / tetrafluoroethylene copolymer may be represented by “TFE / VDF”.
  • MEK methyl ethyl ketone
  • the passing time of each zone is 24 seconds, 24 hours. This was done by passing the film (or cast paint) through a second, 24 seconds, and 24 seconds setting the moving speed.
  • (Polarization treatment) Thereafter, the polymer film is peeled off from the PET film, the polymer film is sandwiched from above and below with a metal electrode, and is polarized by applying a DC voltage at room temperature for 5 minutes under the condition of 150 MV / m. A modified film was obtained.
  • Heat treatment Thereafter, the polarized film was heated in a hot air dryer at 90 ° C. for 10 minutes, and then allowed to stand at room temperature to cool to room temperature, whereby the piezoelectric film of Example 1 was obtained.
  • the total light transmittance, haze value (total haze value, external haze value, internal haze value), and kt value change rate were determined by the following method.
  • a film without heat treatment was used as a control. The results are shown in Table 1.
  • Total light transmittance haze guard II product name (Toyo Seiki Seisakusho) was used, and the total light transmittance was measured based on ASTM D1003.
  • Haze value total haze value, external haze value, internal haze value
  • haze guard II product name
  • the internal haze value was obtained by measuring the haze value in the same manner as the total haze value except that water was put in a glass cell and a film was inserted therein.
  • the external haze value was calculated by subtracting the internal haze value from the total haze value of the film.
  • the kt value change rate electromechanical coupling coefficient (kt value) is Al vapor-deposited electrodes are formed on both sides of the piezoelectric film, a disk with a diameter of 13 mm is cut out from a predetermined portion of the piezoelectric film, and measurement is performed using an impedance analyzer (Hewlett Packard 4194A). H. Ohigashi et al., “The application of ferroelectric polymer, Ultrasonic transducers in the megahertz range ”.
  • Change rate of electromechanical coupling coefficient (kt value change rate) is (1) measuring the electromechanical coupling coefficient (kt before heating) of the piezoelectric film; (2) heating the piezoelectric film in air at 85 ° C.
  • the total light transmittance, the total haze value, the external haze value, the internal haze value, and the kt value change rate were determined under the conditions described in Example 1.
  • a film without heat treatment was used as a control. The results are shown in Table 2.
  • Example 3 After the polymer film having a thickness of 20 ⁇ m prepared in Example 1 was polarized under the conditions described in Example 1, a PET film was laminated thereon to form a laminated film, and the PET film was applied to an induction heating roller heated to 95 ° C. Was passed through the laminated film so as to be in contact for 30 seconds, and then wound up with a roller at room temperature. Thereafter, the polymer film was peeled from the PET film.
  • the total light transmittance, the total haze value, the external haze value, the internal haze value, and the kt value change rate were determined under the conditions described in Example 1.
  • a film without heat treatment was used as a control. The results are shown in Table 3.
  • the film without heat treatment has a high rate of change in kt value, whereas the film after heat treatment after polarization has a low rate of change in kt value.
  • Example 4 Each film of Table 4 was created in the same manner as in Example 3 except that the polarization voltage was 100 V / ⁇ m or 75 V / ⁇ m. About this, the test similar to Example 3 was done. The results are shown in Table 4.
  • the piezoelectric film of the present invention can be used for, for example, a piezoelectric panel such as a touch panel that can detect a touch pressure.

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Abstract

 本発明は、タッチパネル等に使用したときに、タッチ位置及びタッチ圧の両方を検出でき、かつ極端な高温に曝された場合でもタッチ圧の検出性能が低下しにくく、かつ透明性が高いタッチパネルの提供を可能にする圧電フィルムの提供を目的とする。 本発明は、全光線透過率が90%以上であり; 全ヘイズ値が4.0%以下であり;及び 85℃で10時間加熱したときの電気機械結合係数の変化率が10%以下である 圧電フィルムを提供する。

Description

圧電フィルム
 本発明は、圧電フィルムに関する。
 近年、携帯電話(例、スマートフォン)、携帯情報端末(PDA)、タブレットPC、ATM、自動券売機、及びカーナビゲーションシステムのように、液晶ディスプレイ等の表示装置の前面に、タッチパネルを有する入力装置を配置した電子機器が普及している。スマートフォン及びタブレットPCでは、タップ、フリップ、ピンチ及びドラッグ等の操作を軽快に行える(すなわち、操作の快適性の高い)静電容量方式のタッチパネルが多く採用されている。一方、カーナビゲーションシステムでは、誤操作が起こりにくい(すなわち、操作の確実性の高い)抵抗膜方式のタッチパネルが多く採用されている。
 ここで、もし、ユーザーがタッチした“位置”(本明細書中、タッチ位置と称する場合がある)及びその“強さ”(言い換えれば、押圧の有無、強さ、速度又はこれらの組み合わせ)(本明細書中、タッチ圧と称する場合がある)の両方を検出できるタッチパネルが実用化されれば、前述の操作の快適性と確実性との両立等、多くの利点が考えられる。しかし、これまでに実用化され普及しているタッチパネルは、タッチ位置を検出できるのみであり、タッチ圧を検出することはできなかった。
 一方、タッチパネルは表示装置の前面に設置されるので、表示装置の表示の視認性を高めるため、タッチパネルの透明性が高いことが求められる。
 タッチ圧の検出に関して、例えば、静電容量方式のタッチパネルでは、指でタッチしたときの指とタッチパネルとの接触面積から、擬似的にタッチ圧を検出する技術が提案されている。しかし、この原理の場合、ペンでタッチしたときは、タッチ圧を検出できないので、使用の場面が制限される。
 また、電磁誘導変化を検出できるペンにより筆圧を検出する技術も提案されている。しかし、この原理の場合、専用の特殊なペンが必要なので、使用の場面が制限される。
 また、感圧インクを用いてタッチ圧を検出する技術も提案されている。しかし、感圧インクを使用すると、タッチパネルの透明性が低下してしまう。
 これらのような問題が無く、かつタッチ位置及びタッチ圧の両方を検出できるタッチパネルとして、特許文献1には、フッ化ビニリデン/四フッ化エチレン共重合体を含有する圧電体層と、前記圧電体層の一方の表面上に設けられた第1の電極と、当該圧電体層の他方の表面上に設けられた第2の電極と、を有するタッチパネルが開示されている。
 なお、フッ化ビニリデン系重合体の熱処理について、熱処理時又は熱処理後に分極処理を行うことが知られており、例えば、特許文献2には、フッ化ビニリデン/四フッ化エチレン共重合体フィルムを熱処理後に分極処理を行うことが記載されている。
特開2010-26938号公報 特開2011-181748号公報
 特許文献1に記載のタッチパネルは、使用方法を制限すること無く、高い透明性を有し、かつタッチ位置及びタッチ圧の両方を検出できる、優れたタッチパネルである。
 しかし、本発明者らの検討によれば、特許文献1に記載のタッチパネルは、一旦極端な高温(例、85℃以上)に曝された場合、タッチ圧の検出性能が著しく低下することが明らかになった。
 このようなタッチパネルは、極端な高温に曝されない限り、実用可能である。しかし、最近では、スマートフォン、及びタブレットPCの急激な普及により、日用品のように、極端な高温に曝すことのような粗雑な扱いをした場合でも故障、損壊及び性能の低下が生じないタッチパネルが潜在的に求められている。
 本発明者らは、更なる検討の結果、当該特許文献1に記載のタッチパネルは、これに使用された圧電体層(すなわち、圧電フィルム)に起因して、極端な高温に曝された場合にタッチ圧の検出性能が著しく低下することを突き止めた。
 従って、本発明は、タッチパネル等に使用したときに、タッチ位置及びタッチ圧の両方を検出でき、かつ極端な高温に曝された場合でもタッチ圧の検出性能が低下しにくく、かつ透明性が高いタッチパネルの提供を可能にする、圧電フィルムの提供を目的とする。
 本発明者らは、鋭意検討の結果、
全光線透過率が90%以上であり;
全ヘイズ値が4.0%以下であり;及び
85℃で10時間加熱したときの電気機械結合係数の変化率が10%以下である
圧電フィルム
によって、前記課題が解決出来ることを見出した。
 更に、本発明者らは、非分極のフッ化ビニリデン系重合体フィルムを分極処理し、その後、分極化フッ化ビニリデン系重合体フィルムを熱処理することにより、前記の特性を有する圧電フィルムを製造できることを、見出した。
 これらに知見に基づき、本発明者らは、本発明を完成させた。
 本発明は、次の態様を含む。
項1.
全光線透過率が90%以上であり;
全ヘイズ値が4.0%以下であり;及び
85℃で10時間加熱したときの電気機械結合係数の変化率が10%以下である
圧電フィルム。
項2.
分極化フッ化ビニリデン系重合体フィルムからなる項1に記載の圧電フィルム。
項3.
前記フッ化ビニリデン系重合体フィルムがフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体フィルムである
項2に記載の圧電フィルム。
項4.
非分極のフッ化ビニリデン系重合体フィルムを分極処理する工程A;及びその後の
分極化フッ化ビニリデン系重合体フィルムを熱処理する工程B
を含む
項2又は3に記載の圧電フィルムの製造方法。
項5.
前記熱処理の条件が、90℃以上で1分間以上である
項4に記載の製造方法。
項6.
項1~3のいずれか1項に記載の圧電フィルム、又は項4若しくは5に記載の製造方法により製造される圧電フィルムを有する、圧電パネル、フィルムコンデンサ、又はエレクトロウエッティングデバイス。
項7.
項1~3のいずれか1項に記載の圧電フィルム、又は項4若しくは5に記載の製造方法により製造される圧電フィルムを有する入力装置。
項8.
項7に記載の入力装置を有する電子機器。
 本発明の圧電フィルムは、圧電性を有し、タッチパネルに使用されたときに、タッチ位置及びタッチ圧の両方を検出でき、かつ極端な高温に曝された場合でもタッチ圧の検出性能が低下しにくく、かつ透明性が高いタッチパネルの提供を可能にする。
 本発明のタッチパネルは、タッチ位置及びタッチ圧の両方を検出でき、かつ極端な高温に曝された場合でもタッチ圧の検出性能の低下がしにくく、かつ透明性が高い。
 用語の意味
 本明細書中、「タッチ位置」の「検出」は、タッチ位置の決定を意味し、一方、「タッチ圧」の「検出」は、押圧の有無、速度、大きさ又はこれらの組み合わせの決定を意味する。
 本明細書中、用語「タッチ」は、触れること、触れられること、押すこと、押されること、及び接触すること、を包含する。
 本明細書中、用語「分極化」は、表面に電荷を付与されていることを意味する。すなわち、分極化フィルムは、エレクトレットであることができる。
 圧電フィルム
 本発明の圧電フィルムは、
全光線透過率が90%以上であり;
全ヘイズ値が4.0%以下であり;及び
85℃で10時間加熱したときの電気機械結合係数の変化率が10%以下である。
 以下、本発明の圧電フィルムを詳細に説明する。
 本発明の圧電フィルムは、好ましくは、有機圧電フィルムである。当該「有機圧電フィルム」は、有機物である重合体から形成されるフィルム(重合体フィルム)である。当該「有機圧電フィルム」としては、例えば、分極化フッ化ビニリデン系重合体フィルム、奇数鎖ナイロン圧電フィルム、及びポリ乳酸が挙げられる。当該「有機圧電フィルム」は、当該重合体以外の成分を含有してもよい。当該「有機圧電フィルム」は、当該重合体からなるフィルム、及び当該重合体中に無機物が分散されているフィルムを包含する。
 本発明の圧電フィルムにおける当該重合体の含有量は、好ましくは、80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、更に好ましくは90質量%である。当該含有量の上限は特に制限されず、例えば、100質量%であってもよいし、99質量%であってもよい。
 当該重合体は、好ましくは、フッ化ビニリデン系重合体である。
 本発明の圧電フィルムは、好ましくは分極化フッ化ビニリデン系重合体フィルムからなる。
 本明細書中、「フッ化ビニリデン系重合体フィルム」の例としては、フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体フィルム、フッ化ビニリデン/トリフロオロエチレン共重合体フィルム、及びポリフッ化ビニリデンフィルムが挙げられる。
 前記フッ化ビニリデン系重合体フィルムは、好ましくはフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体フィルムである。
 当該「フッ化ビニリデン系重合体フィルム」は、樹脂フィルムに通常用いられる添加剤を含有してもよい。
 当該「フッ化ビニリデン系重合体フィルム」は、フッ化ビニリデン系重合体から構成されるフィルムであり、フッ化ビニリデン系重合体を含有する。
 当該「フッ化ビニリデン系重合体」の例としては、
(1)フッ化ビニリデンと、これと共重合可能な1種以上のモノマーと、の共重合体;及び
(2)ポリフッ化ビニリデン
が挙げられる。
 当該「(1)フッ化ビニリデンと、これと共重合可能な1種以上のモノマーと、の共重合体」における「これと共重合可能なモノマー」の例としては、トリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、及びフッ化ビニルが挙げられる。
 当該「これと共重合可能な1種以上のモノマー」又はそのうちの1種は、好ましくはテトラフルオロエチレンである。
 当該「フッ化ビニリデン系重合体」の好ましい例としては、フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体が挙げられる。
 当該「フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体」は、本発明に関する性質が著しく損なわれない限りにおいて、フッ化ビニリデン及びテトラフルオロエチレン以外のモノマーに由来する繰り返し単位を含有してもよい。
 前記「(1)フッ化ビニリデンと、これと共重合可能な1種以上のモノマーと、の共重合体」は、フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位を50モル%以上(好ましくは60モル%以上)含有する。
 前記「フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体」における(テトラフルオロエチレンに由来する繰り返し単位)/(フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位)のモル比は、好ましくは5/95~36/64の範囲内、より好ましくは15/85~25/75の範囲内、更に好ましくは18/82~22/78の範囲内である。
 前記「フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体」は、本発明に関する性質が著しく損なわれない限りにおいて、フッ化ビニリデン及びテトラフルオロエチレン以外のモノマーに由来する繰り返し単位を含有してもよい。通常、このような繰り返し単位の含有率は、10モル%以下である。このようなモノマーは、フッ化ビニリデンモノマー、テトラフルオロエチレンモノマーと共重合可能なものである限り限定されないが、その例としては、
(1)フルオロモノマー(例、ビニルフルオリド(VF)、トリフルオロエチレン(TrFE)、ヘキサフルオロプロペン(HFP)、1-クロロ-1-フルオロ-エチレン(1,1-CFE)、1-クロロ-2-フルオロ-エチレン(1,2-CFE)、1-クロロ-2,2-ジフルオロエチレン(CDFE)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、トリフルオロビニルモノマー、1,1,2-トリフルオロブテン-4-ブロモ-1-ブテン、1,1,2-トリフルオロブテン-4-シラン-1-ブテン、ペルフルオロアルキルビニルエーテル、ペルフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)、ペルフルオロプロピルビニルエーテル(PPVE)、ペルフルオロアクリラート、2,2,2-トリフルオロエチルアクリラート、2-(ペルフルオロヘキシル)エチルアクリラート);並びに
(2)炭化水素系モノマー(例、エチレン、プロピレン、無水マレイン酸、ビニルエーテル、ビニルエステル、アリルグリシジルエーテル、アクリル酸系モノマー、メタクリル酸系モノマー、酢酸ビニルが挙げられる。
 前記「無機物」の好適な例としては、無機酸化物粒子が挙げられる。当該「無機酸化物粒子」を含有することによって、本発明の高誘電性フィルムは、高い誘電率を有することができる。また、このことによって、高い誘電率を維持したまま、体積抵抗率を大幅に向上させることができる。
 前記「無機物」の好適な例としては、無機酸化物粒子が挙げられる。当該「無機酸化物粒子」を含有することによって、本発明の圧電フィルムは、高い誘電率を有することができる。また、高い誘電率を維持したまま、体積抵抗率を大幅に向上させることができる。また、電気絶縁性を向上させることができる。
 当該「無機酸化物粒子」は、好ましくは、以下の無機酸化物粒子(B1)~(B3)からなる群より選択される少なくとも1種である。
 [無機酸化物粒子(B1)]周期表の2族、3族、4族、12族又は13族の金属元素の無機酸化物の粒子、又はこれらの無機酸化物複合粒子
 前記金属元素としては、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Y、Ti、Zr、Zn、及びAl等が挙げられる。なかでも、Al、Mg、Y、及びZnの酸化物が汎用で安価であり、また体積抵抗率が高い点から好ましい。
 なかでも、具体的には、Al、MgO、ZrO、Y、BeO、及びMgO・Alからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属酸化物の粒子が、体積抵抗率が高い点から好ましい。
 なかでも、更に、結晶構造がγ型のAlが、比表面積が大きく、フッ化ビニリデン系重合体等の前記「重合体」、特にフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体への分散性が良好な点から好ましい。
 [無機酸化物粒子(B2)]式:M a1 b1c1(式中、Mは2族金属元素;Mは4族金属元素であり;a1は0.9~1.1であり;b1は0.9~1.1であり;c1は2.8~3.2である;M及びMはそれぞれ1種又は2種以上の金属元素であることができる)で表される無機複合酸化物の粒子
 当該「4族金属元素」としては、例えばTi、及びZrが好ましい。
 当該「2族金属元素」としては、例えばMg、Ca、Sr、及びBaが好ましい。
 当該「無機複合酸化物の粒子」のなかでも、具体的には、BaTiO、SrTiO、CaTiO、MgTiO、BaZrO、SrZrO、CaZrO、及びMgZrOからなる群より選ばれる少なくとも1種の無機酸化物の粒子が、体積抵抗率が高い点から好ましい。
 [無機酸化物粒子(B3)]周期表の2族、3族、4族、12族、又は13族の金属元素の酸化物、及び酸化ケイ素の無機酸化物複合粒子
 当該「無機酸化物粒子(B3)」は、前記「無機酸化物粒子(B1)」の前記「無機酸化物」、及び酸化ケイ素の複合体粒子である。
 当該「無機酸化物粒子(B3)」として具体的には、例えば、3A1・2SiO、2MgO・SiO、ZrO・SiO、及びMgO・SiOからなる群より選ばれる少なくとも1種の無機酸化物の粒子が挙げられる。
 前記「無機酸化物粒子」は、必ずしも高誘電性である必要はなく、本発明の圧電フィルムの用途により適宜選択できる。例えば、汎用で安価な1種類の金属酸化物の粒子(B1)(特に、Alの粒子、及びMgOの粒子)を使用すると、体積抵抗率の向上を図ることができる。これら1種類の金属酸化物の粒子(B1)の比誘電率(1kHz、25℃)は、通常100未満、好ましくは10以下である。
 前記「無機酸化物粒子」としては、誘電率を向上させる目的で強誘電性(比誘電率(1kHz、25℃)が100以上)の無機酸化物粒子(例えば、無機酸化物粒子(B2)及び(B3))を用いてもよい。強誘電性の無機酸化物粒子(B2)及び(B3)を構成する無機材料としては、複合金属酸化物、その複合体、固溶体、及びゾルゲル体等が例示できるが、これらのみに限定されるものではない。
 本発明の圧電フィルムは、前記「重合体」100質量部に対し、前記「無機酸化物粒子」を、好ましくは0.01~300質量部、より好ましくは0.1~100質量部含有できる。前記「無機酸化物粒子」の含有量が多すぎると、前記「無機酸化物粒子」を前記「重合体」中に均一に分散させることが難しくなる虞があり、また、電気絶縁性(耐電圧)が低下する虞もある。また、当該含有量が300質量部以上になると、フィルムが脆くなり、及び引張り強度が低下する虞がある。この観点では、当該含有量の上限は、好ましくは200質量部、より好ましくは150質量部である。当該含有量が少なすぎると電気絶縁性の向上効果が得られにくい。この観点では、当該含有量の下限は、好ましくは0.1質量部、より好ましくは0.5質量部、更に好ましくは1質量部である。一方、本発明の圧電フィルムに、高い全光透過率、及び低い全ヘイズ値が要求される場合は、当該含有量は、より小さいことが好ましく、更に、本発明の圧電フィルムに、特に高い全光透過率、及び低い全ヘイズ値が要求される場合は、本発明の圧電フィルムは、好適に、前記「無機酸化物粒子」を含有しないことができる。このように本発明の圧電フィルムに高い全光透過率、及び低い全ヘイズ値が要求される場合として、具体的には、本発明の圧電フィルムがタッチパネル等の圧電パネルに用いられる場合が挙げられる。
 前記「無機酸化物粒子」の平均一次粒子径は小さい方が好ましく、特に平均一次粒子径1μm以下のいわゆるナノ粒子が好ましい。このような無機酸化物ナノ粒子が均一分散することにより、少量の配合でフィルムの電気絶縁性を大幅に向上させることができる。当該平均一次粒子径は、好ましくは800nm以下、より好ましくは500nm以下、更に好ましくは300nm以下である。当該平均一次粒子径の下限は特に限定されないが、製造の困難性や均一分散の困難性、価格の面から、当該平均一次粒子径は、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上、更に好ましくは50nm以上である。ここで、本発明の圧電フィルムに高い全光透過率、及び低い全ヘイズ値が要求される場合は、当該平均一次粒子径は、より小さいことが好ましい。前記「無機酸化物粒子」の平均一次粒子径は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定装置 LA-920(商品名)(堀場製作所社)又はその同等品を用いて算出される。
 前記「無機酸化物粒子」の比誘電率(25℃、1kHz)は、好ましくは10以上である。圧電フィルムの誘電率を高くする観点からは、当該比誘電率は、好ましくは100以上、より好ましくは300以上である。当該比誘電率の上限は特に制限されないが、通常3000程度である。当該「無機酸化物粒子」の比誘電率(ε)(25℃、1kHz)は、LCRメーターを用いて容量(C)を測定し、容量、電極面積(S)、焼結体の厚さ(d)から、式C=εε×S/d(ε真空の誘電率)で算出した値である。
 本発明の圧電フィルムは、必要に応じて、親和性向上剤等の、その他の成分を含有してもよい。
 前記「親和性向上剤」は、本発明の圧電フィルムが前記「無機酸化物粒子」が含有する場合に、本発明の圧電フィルムに含有される。
 前記「親和性向上剤」は、前記「無機酸化物粒子」と前記「重合体」との間の親和性を高め、前記「無機酸化物粒子」を前記「重合体」に均一に分散させ、前記「無機酸化物粒子」と前記「重合体」をフィルム中でしっかり結合させ、ボイドの発生を抑制し、及び比誘電率を高めることができる。
 前記「親和性向上剤」としては、カップリング剤、界面活性剤、又はエポキシ基含有化合物が有効である。
 前記「カップリング剤」の例としては、有機チタン化合物、有機シラン化合物、有機ジルコニウム化合物、有機アルミニウム化合物、及び有機リン化合物が挙げられる。
 前記「有機チタン化合物」の例としては、アルコキシチタニウム、チタニウムキレート、及びチタニウムアシレート等のカップリング剤が挙げられる。なかでも、前記「無機酸化物粒子」との親和性が良好な点から、好ましい例として、アルコキシチタニウム、及びチタニウムキレートが挙げられる。
 その具体例としては、テトライソプロピルチタネート、チタニウムイソプロポキシオクチレングリコレート、ジイソプロポキシ・ビス(アセチルアセトナト)チタン、ジイソプロポキシチタンジイソステアレート、テトライソプロピルビス(ジオクチルフォスファイト)チタネート、及びイソプロピルトリ(n-アミノエチル-アミノエチル)チタネート、テトラ(2,2-ジアリルオキシメチル-1-ブチル)ビス(ジ-トリデシル)ホスファイトチタネートが挙げられる。
 前記「有機シラン化合物」は、高分子型であっても、低分子型であってもよく、その例として、モノアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、及びテトラアルコキシシラン等のアルコキシシランが挙げられる。また、ビニルシラン、エポキシシラン、アミノシラン、メタクロキシシラン、及びメルカプトシラン等も好適に使用され得る。
 アルコキシシランを用いる場合、加水分解により、表面処理の効果である体積抵抗率のより一層の向上(電気絶縁性の向上)を図ることができる。
 前記「有機ジルコニウム化合物」の例としては、アルコキシジルコニウム、及びジルコニウムキレートが挙げられる。
 有機アルミニウム化合物の例としては、アルコキシアルミニウム、及びアルミニウムキレートが挙げられる。
 有機リン化合物の例としては、亜リン酸エステル、リン酸エステル、及びリン酸キレートが挙げられる。
 親和性向上剤としての前記「界面活性剤」は、高分子型であっても、低分子型であってもよく、その例としては、非イオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、及びカチオン性界面活性剤が挙げられる。なかでも、熱安定性が良好な点から、高分子型の界面活性剤が好ましい。
 前記「非イオン性界面活性剤」の例としては、ポリエーテル誘導体、ポリビニルピロリドン誘導体、及びアルコール誘導体が挙げられ、なかでも、前記「無機酸化物粒子」との親和性が良好な点から、ポリエーテル誘導体が好ましい。
 前記「アニオン性界面活性剤」の例としては、スルホン酸、及びカルボン酸、及びそれらの塩を含有するポリマーが挙げられる。なかでも、前記「重合体」との親和性が良好な点から、好ましい例として、アクリル酸誘導体系ポリマー(poly(acrylic acid) derivative)、及びメタクリル酸誘導体系ポリマー(poly(methacrylic acid) derivative)が挙げられる。
 前記「カチオン性界面活性剤」の例としては、アミン化合物、及びイミダゾリン等の含窒素系複合環を有する化合物、及びそのハロゲン化塩が挙げられる。
 前記「親和性向上剤」としての「エポキシ基含有化合物」は、低分子量化合物であっても、高分子量化合物であってもよく、その例としては、エポキシ化合物、及びグリシジル化合物が挙げられる。なかでも、前記「重合体」との親和性が特に良好な点から、エポキシ基を1個有する低分子量の化合物が好ましい。
 前記「エポキシ基含有化合物」の好ましい例としては、特に前記「重合体」との親和性に優れている点から、式:
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 (式中、Rは、水素原子、メチル基、酸素原子若しくは窒素原子を介在してもよい炭素数2~10の炭化水素基、又は置換されていてもよい芳香環基を表す。lは0又は1を表し、mは0又は1を表し、nは0~10の整数を表す。)で表される化合物が挙げられる。
 その具体例としては、
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
等の、ケトン基、又はエステル基を有する化合物が挙げられる。
 前記「親和性向上剤」は、本発明の効果が失われない範囲内の量で使用できるが、具体的には、均一な分散、及び得られるフィルムの比誘電率の高さの点から、その量は、「無機酸化物粒子」100質量部に対して、好ましくは0.01~30質量部の範囲内、より好ましくは0.1~25質量部の範囲内、更に好ましくは1~20質量部の範囲内である。
 更に、本発明の圧電フィルムは、本発明の効果が失われない範囲内で、これら以外の添加剤を含有してもよい。
 本発明の圧電フィルムは、全光線透過率が90%以上である。
 本発明の圧電フィルムの全光線透過率は、好ましくは92%以上、より好ましくは95%以上である。当該全光線透過率の上限は限定されないが、本発明の圧電フィルムの全光線透過率は、通常99%以下である。
 本明細書中、「全光線透過率」は、ASTM D1003に基づき、ヘイズガードII(製品名)(東洋精機製作所)又はその同等品を使用した光透過性試験によって得られる。
 本発明の圧電フィルムの全ヘイズ値は、4.0%以下である。
 本発明の圧電フィルムの全ヘイズ値は、好ましくは、3.0%以下、より好ましくは2.0%以下、更に好ましくは1.5%以下、より更に好ましくは1.0%以下である。当該全ヘイズ値は低いほど好ましく、その下限は限定されないが、本発明の圧電フィルムの全ヘイズ値は、通常0.2%以上である。
 本明細書中、「全ヘイズ値」(total haze)は、ASTM D1003に準拠し、ヘイズガードII(製品名)(東洋精機製作所)又はその同等品を使用したヘイズ(HAZE、濁度)試験によって得られる。
 本発明の圧電フィルムの内部ヘイズ値は、好ましくは2.0%以下、より好ましくは1.5%以下、より更に好ましくは1.2%以下、より更に好ましくは1.0%以下である。当該内部ヘイズ値は低いほど好ましく、その下限は限定されないが、本発明の圧電フィルムの内部ヘイズ値は、通常0.1%以上である。
 本明細書中、「内部ヘイズ値」(inner haze)は、前記全ヘイズ値の測定方法において、ガラス製セルの中に水を入れて、その中にフィルムを挿入し、ヘイズ値を測定することにより、得られる。
 本発明の圧電フィルムの外部ヘイズ値は、好ましくは2.0%以下、より好ましくは1.5%以下、更に好ましくは1.0%以下である。当該外部ヘイズ値は低いほど好ましく、その下限は限定されないが、本発明の圧電フィルムの外部ヘイズ値は、通常0.1%以上である。
 本明細書中、「外部ヘイズ値」(outer haze)は、フィルムの全ヘイズ値から内部へイズ値を差し引くことで算出される。
 本発明の圧電フィルムの電気機械結合係数は、通常0.1~0.01の範囲内、好ましくは0.09~0.02の範囲内、より好ましくは0.08~0.03の範囲内である。
 本発明の圧電フィルムの電気機械結合係数の変化率は、10%以下である必要があり、好ましくは8%以下であり、より好ましくは6%以下である。
 本明細書中、電気機械結合係数をktと略記する場合がある。
 焦電性の抑制を重視する場合は、kt値が小さいほうが好ましい。
 本発明において、圧電フィルムの「電気機械結合係数」(kt)は、圧電フィルムの両側にAl蒸着電極を形成し、圧電フィルムの所定箇所について、13mmの円板を切り出し、インピーダンスアナライザ(ヒューレットパッカード社、4194A)又はその同等品を用いて測定し、H. Ohigashiら、「The application of ferroelectric polymer, Ultrasonic transducers in the megahertz range」に記載の方法により、算出される。
 本明細書中、「電気機械結合係数の変化率」は、特に記載の無い限り、85℃で10時間加熱したときの電気機械結合係数の変化率である。
 当該「電気機械結合係数の変化率」は、
(1)圧電フィルムの電気機械結合係数(加熱前のkt)を測定すること、
(2)圧電フィルムを、空気中で、85℃で10時間加熱すること、
(3)圧電フィルムを室温で放置して室温まで冷却すること、及び
(4)前記加熱及び前記冷却後の圧電フィルムの電気機械結合係数(加熱後のkt)を測定すること
を実施し、測定された「加熱前のkt」及び「加熱後のkt」を次式に算入することによって決定される。
 電気機械結合係数の変化量(%)=
((加熱後のkt-加熱前のkt)/加熱前のkt)×100
 電気機械結合係数の変化率(%)=|電気機械結合係数の変化量(%)|
 本明細書中、「室温」は、15~35℃の範囲内の温度である。
 本発明の圧電フィルムの厚さは、例えば、0.5~100μmの範囲内、0.8~50μmの範囲内、0.8~40μmの範囲内、3~100μmの範囲内、3~50μmの範囲内、6~50μmの範囲内、9~40μmの範囲内、10~40μmの範囲内、又は10~30μmの範囲内である。好ましい厚さは、本発明の圧電フィルムの用途によって異なることができる。例えば、本発明の圧電フィルムがタッチパネル等の圧電パネルに用いられる場合は、本発明の圧電フィルムの厚さは好ましくは10~40μmの範囲内であり、より好ましくは10~30μmの範囲内であり、本発明の圧電フィルムがエレクトロウエッティングデバイスに用いられる場合は、本発明の圧電フィルムの厚さは好ましくは0.5~5μm、より好ましくは0.8~2μmの範囲内であり、及び本発明の圧電フィルムがフィムコンデンサに用いられる場合は、本発明の圧電フィルムの厚さは好ましくは1.5~12μmの範囲内である。
 製造方法
 本発明の圧電フィルムは、例えば、
非分極の重合体フィルム(例、非分極のフッ化ビニリデン系重合体フィルム)を分極処理する工程A;及びその後の
分極化重合体フィルム(例、分極化フッ化ビニリデン系重合体フィルム)を熱処理する工程B
を含む製造方法
によって製造できる。
 工程A(分極処理工程)
 工程Aでは、非分極の重合体フィルムを分極処理する。
 工程Aで用いられる「非分極の重合体フィルム」は、例えば、キャスティング法、熱プレス法、又は溶融押出法等の公知の方法で製造できる。工程Aで用いられる「非分極の重合体フィルム」は、好ましくは、キャスティング法で製造されたフィルムである。
 キャスティング法による「非分極の重合体フィルム」の製造方法は、例えば、
(1)溶媒中に、重合体(例、フッ化ビニリデン系重合体)、並びに所望による成分(例、無機酸化物粒子、及び親和性向上剤)を溶解又は分散させて液状組成物を調製する工程;
(2)前記液状組成物を基材上に流延(塗布)する工程;及び
(3)前記溶媒を気化させて、フィルムを形成させる工程
を含む製造方法である。
 液状組成物の調製における溶解温度は特に限定されないが、溶解温度を高くすると溶解を促進できるので好ましい。しかし、溶解温度が高すぎると、得られるフィルムが着色してしまう傾向があるので、溶解温度は、室温以上80℃以下であることが好ましい。
 また、かかる着色を防止する意味から、前記溶媒の好ましい例としては、ケトン系溶媒(例、メチルエチルケトン(MEK)、メチルイソブチルケトン(MIBK)、アセトン、ジエチルケトン、ジプロピルケトン)、エステル系溶媒(例、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、乳酸エチル)、エーテル系溶媒(例、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン)、及びアミド系溶媒(例、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド)が挙げられる。これらの溶媒は、単独で、又は2種以上を組み合わせて用いられ得る。前記溶媒として、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)の溶解に汎用される溶媒であるアミド系溶媒を用いてもよいが、溶媒中のアミド系溶媒の含有率は50%以下であることが望ましい。
 前記液状組成物の基材上への流延(塗布)は、ナイフコーティング方式、キャストコーティング方式、ロールコーティング方式、グラビアコーティング方式、ブレードコーティング方式、ロッドコーティング方式、エアドクタコーティング方式、またはスロットダイ方式等の慣用の方法に基づき行えばよい。なかでも、操作性が容易な点、得られるフィルム厚さのバラツキが少ない点、生産性に優れる点から、グラビアコーティング方式、又はスロットダイ方式が好ましい。当該基材としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを用いることができる。
 前記溶媒の気化は、加熱等の慣用の乾燥方法によって実施できる。
 前記溶媒の気化における乾燥温度は溶媒の種類等に応じて適宜決定され得るが、通常、20℃~200℃の範囲内であり、好ましくは40℃~170℃の範囲内である。
 当該乾燥温度は一定温度であってもよいが、変化させてもよい。乾燥温度を低温(例、40~100℃)から高温(例、120~200℃)へと変化させることにより、得られるフィルムのヘイズ値を下げることができる。これは、例えば、乾燥ゾーンを数ゾーンに分割し、フィルム(又はフィルム形成前の流延された溶液)が低温のゾーンへ入って高温のゾーンに移動することによって実現できる。
 具体的には、例えば、乾燥ゾーンを50℃、80℃、120℃、及び150℃の4ゾーンに分割し、フィルムを50℃のゾーンから150℃のゾーンへ連続的に移動させればよい。
 前記溶媒の気化における乾燥時間は、通常1~600秒間の範囲内、好ましくは10~200秒間の範囲内である。
 工程Aに用いられる「非分極のフッ化ビニリデン系重合体フィルム」(以下、単に「非分極フィルム」と称する場合がある)は、好ましくは、延伸されていないものである。また、好ましくは、本発明の製造方法においても、当該非分極フィルムを、延伸しない。すなわち、本発明の圧電フィルムは、好ましくは、無延伸の圧電フィルムである。
 このようにして得られる本発明の圧電フィルムは、その厚さの均一性が高い。具体的に好ましくは、本発明のフィルムは、フィルム全体に渡って1cm四方毎に10箇所において測定した厚さの変動係数が、平均膜厚の±20%以下である。
 工程Aで用いられる非分極フィルムは、製膜後、熱処理されたものであってもよい。
 工程Aで用いられる非分極フィルムの厚さの決定は、得ようとする圧電フィルムに応じて行えばよい。
 工程Aの分極処理は、コロナ放電処理等の慣用の方法によって行うことができる。
 工程Aの分極処理は、好ましくはコロナ放電によって行われる。
 コロナ放電には、負コロナ及び正コロナのいずれを用いてもよいが、非分極樹脂フィルムの分極しやすさの観点から負コロナを用いることが望ましい。
 コロナ放電処理は、特に限定されないが、例えば;特開2011-181748号公報(前記特許文献2)に記載のように非分極フィルムに対して線状電極を用いて印加を実施すること;又は非分極フィルムに対して針状電極を用いて印加を実施すること;により行うことができる。
 コロナ放電処理の条件は、本発明が属する技術分野の常識に基づいて、適宜設定すればよい。コロナ放電処理の条件が弱すぎると、得られる圧電フィルムの圧電性が不充分になる虞があり、一方、コロナ放電処理の条件が強すぎると、得られる圧電フィルムが点状欠陥を有する虞がある。
 例えば、線状電極を用いてロール・トゥ・ロールで連続印加を実施する場合は、線状電極と非分極フィルムの間の距離、フィルム膜厚等によって異なるが、例えば、-15~-25kVの直流電界である。処理速度は、例えば、10~500cm/分である。
 別法として、分極処理は、コロナ放電の他に、例えば非分極フィルムの両面から平板電極で挟み込んで印加することにより実施してもよい。具体的には、例えば、非分極フィルムの両面から平板電極で挟み込んで印加を実施する場合、0~400MV/m(好ましくは50~400MV/m)の直流電界、及び0.1秒~60分間の印加時間の条件を採用できる。
 工程B(熱処理工程)
 工程Bは、前記工程Aの後に実施される。工程Bでは、工程Aの分極処理で得られた分極化フッ化ビニリデン系重合体フィルム(以下、単に分極化フィルムと称する場合がある。)を熱処理する。
 工程Bの熱処理は、前記分極化フィルム又は工程Aにおいて分極を完了した部分に対して行うことができる。すなわち、工程Aの分極処理を実施しながら、当該分極処理を終えた部分に対して工程Bの熱処理を実施してもよい。
 熱処理の方法は、特に限定されないが、例えば、分極化フィルムを2枚の金属板で挟み、当該金属板を加熱すること;分極化フィルムのロールを恒温槽中で加熱すること;又はロール・ツー・ロール方式での分極化フィルムの生産において、金属ローラーを加熱し、分極化フィルムを、当該加熱した金属ローラーに接触させること;又は分極化フィルムを加熱した炉の中にロール・ツー・ロールで通していくことにより行うことができる。この際、分極化フィルムは単体で熱処理してもよいし、或いは別種のフィルム又は金属箔上に重ねて積層フィルムを作成し、これを熱処理してもよい。とりわけ、高温で熱処理する場合には後者の方法のほうが、分極化フィルムにしわが入りにくいので好ましい。
 前記熱処理の温度は、熱処理される分極化フィルムの種類によって異なる場合があり、好ましくは(熱処理される分極化フィルムの融点-100)℃~(熱処理される分極化フィルムの融点+40)℃の範囲内である。
 前記熱処理の温度は、具体的には、好ましくは80℃以上、より好ましくは85℃以上、更に好ましくは90℃以上である。
 また、前記熱処理の温度は、好ましくは170℃以下、より好ましくは160℃以下、更に好ましくは140℃以下である。
 前記熱処理の時間は、通常、10秒間以上、好ましくは0.5分間以上、より好ましくは1分間以上、更に好ましくは2分間以上である。
 また、前記熱処理の時間の上限は限定されないが、通常、前記熱処理の時間は60分間以下である。
 前記熱処理の条件は、好ましくは90℃以上で1分間以上である。
 本明細書中、フィルムの融点とは、示差走査熱量測定(DSC)装置を用い、10℃/分の速度で昇温したときに得られる融解熱曲線における極大値である。
 熱処理後、非分極重合体フィルムを所定温度まで冷却する。当該温度は、好ましくは、0℃~60℃の範囲であり、室温であることができる。冷却速度は、徐冷であっても急冷であってもよく、急冷であることが生産性の面から好ましい。急冷は、例えば送風等の手段によって実施できる。
 圧電フィルムのロール
 本発明の圧電フィルムは、好ましくは、ロールとして保管及び出荷され得る。
 本発明の圧電フィルムは、このようなロールの形態にする際のシワの発生の抑制の観点から、弾性率が500MPa以上であることが好ましい。弾性率は、フィルムの材質の選択等により調整できる。
 本発明の圧電フィルムのロールは、本発明の圧電フィルムのみからなってもよく、本発明の圧電フィルムに保護フィルムなどを積層させて巻いた形態でもよく、紙管等の芯、及び当該芯に巻き付けられた本発明の圧電フィルムを備えてもよい。
 本発明の圧電フィルムのロールは、好ましくは、幅50mm以上、かつ長さ20m以上である。
 本発明の圧電フィルムのロールは、例えば、本発明の圧電フィルムを、巻き出しローラーと巻き取りローラーを用いて巻き取ることにより、調製できる。
 ここで、フィルムのたわみを抑制する観点で、通常行われるように、巻き出しローラーと巻き取りローラーを平行にすることが好ましい。
 また、フィルムのたわみを抑制する観点で、本発明の圧電フィルムのなかでも、弾性率が500MPa以上のフィルムを用いてもよい。
 ローラーとしては、本発明のフィルムの滑り性を良くするため、滑り性のよいローラー、具体的にはフッ素樹脂で被覆されたローラー、メッキされたローラー、又は離型剤を塗布したローラーを用いることが好ましい。
 ここで、フィルムの厚さが不均一である場合は、いわゆるロールの耳立ち(ハイエッジ;ロールの軸方向の中心部に比べて、端部が太くなること;両端部が中心部より膜厚が低い場合に両端部が中心部に比べて凹むこと;又は一方の端部からもう一方の端部に傾斜的に厚さが変化していく場合に膜厚が薄い側の端部が凹むこと)等のロールの太さの不均一さが発生し、これはシワの発生の原因になり得る。また、これは、フィルムの捲き出しの際に、フィルムのたわみ(重力による張力以外の張力がかけられていない状態での湾曲)が発生する原因となり得る。
 一般に、ロールの耳立ちを防止する目的で、ロールの端となるフィルム端をスリッター耳おとし(スリット)することが行われるが、フィルムの厚さの不均一がフィルム端から広い範囲にわたる場合、耳おとしのみでは、ロールの耳立ち及び凹みの防止が困難である。
 また、一般に、フィルムの幅が広い(例、幅100mm以上)ほど、及びフィルムの長さが長い(例、50m以上)ほど、前記耳立ち、前記凹み及び前記たわみが生じやすい。
 しかし、本発明の圧電フィルムは、厚さの均一性が高いので、そのまま、又はロールの端となるフィルム端をスリッター耳おとし(スリット)することのみで、フィルムの幅が広く(例、幅100mm以上)、かつフィルムの長さが長い(例、50m以上)場合でも、前記耳立ち、前記凹み及び前記たわみが抑制されたロールにすることができる。
 スリットで除去された耳(フィルム端)は、回収して、本発明の圧電フィルムの原料として、リサイクルできる。
 本発明の圧電フィルムのロールは、太さの均一性が高く、好ましくは、ロールの軸方向の中心部の太さに対する、より太いほうの端部の太さの比が70~130%の範囲内である。
 これにより、本発明の圧電フィルムのロールは、これから巻き出されたフィルムのたわみが抑制されている。
 本発明の圧電フィルム及びそのロールの製造に用いられるローラーの表面粗さRaは、1μm以下であることが好ましい。本明細書において、「表面粗さRa」は、JIS B0601:2001に規定されている、「算術平均高さ」である。
 また、本発明の圧電フィルム及びそのロールの製造に用いられるローラーは、少なくともその表面の材質が、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、クロムメッキ、又はステンレス鋼(SUS)であることが好ましい。 これらのことにより、フィルムのシワを抑制できる。
 適用
 圧電パネル
 本発明の圧電フィルムは、圧電パネル(例、タッチ圧を検出できるタッチパネル)等に使用できる。
 本発明の圧電フィルムを有するタッチパネルは、タッチ位置及びタッチ圧の両方を検出でき、かつ極端な高温に曝された場合でもタッチ圧の検出性能が低下しにくく、かつ透明性が高い。
 本発明の圧電フィルムは、抵抗膜方式、及び静電容量方式等の、あらゆる方式のタッチパネルに使用できる。
 本発明の圧電フィルムは、タッチパネルに使用されるとき、必ずしも、タッチ位置及びタッチ圧の両方の検出のために使用される必要は無く、本発明の圧電フィルムは、タッチ位置又はタッチ圧のいずれかの検出にも使用されてもよい。
 本発明の圧電フィルムを有する圧電パネルは、好ましくは、
第1の電極(好ましくは、透明電極)と、
本発明の圧電フィルム(好ましくは、透明圧電フィルム)と、
第2の電極(好ましくは、透明電極)と、
をこの順で有する。
 第1の電極は本発明の圧電フィルムの一方の主面上に直接又は間接的に配置され、及び
第2の電極は本発明の圧電フィルムの他方の主面上に直接又は間接的に配置される。
 当該電極の例としては、ITO(酸化インジウム・スズ)電極、酸化スズ電極、金属ナノワイヤー、金属ナノ粒子、及び有機導電樹脂等が挙げられる。
 本発明の圧電フィルムを有するタッチパネルは、入力装置に用いることができる。当該タッチパネルを有する入力装置(すなわち、本発明の圧電フィルムを有する入力装置)は、タッチ位置、タッチ圧、又はその両方に基づく入力が可能である。当該タッチパネルを有する入力装置は、位置検出部及び圧力検出部を有することが出来る。
 当該入力装置は、電子機器(例、携帯電話(例、スマートフォン)、携帯情報端末(PDA)、タブレットPC、ATM、自動券売機、及びカーナビゲーションシステム)に用いることができる。当該入力装置を有する電子機器は、タッチ位置、タッチ圧又はその両方に基づく操作及び動作が可能である。
 エレクトロウエッティングデバイス
 本発明の圧電フィルムは、エレクトロウエッティングの性質を有し、エレクトロウエッティングデバイスに使用できる。ここで、当該「エレクトロウエッティング」とは、電界を用いて、フィルムの表面の濡れ性(wettability)を疎水性(撥水性)から親水性の間で変化させることを意味する。当該「エレクトロウエッティングデバイス」とは、当該「エレクトロウエッティング」を利用したデバイスを意味する。
 本発明の圧電フィルムは、光学素子、表示装置(ディスプレイ)、可変焦点レンズ、光変調装置、光ピックアップ装置、光記録再生装置、現像装置、液滴操作装置、分析機器(例、試料の分析のため微小の導電性液体を移動させる必要がある、化学、生化学、および生物学的分析機器)などにおけるエレクトロウエッティングデバイスに好適に用いることができる。
 本発明の圧電フィルムは、高い比誘電率及び低い誘電正接を有し得る。これにより、低い電圧で導電性液体を駆動できる。
 フィルムコンデンサ
 本発明の圧電フィルムは、高い比誘電率及び低い誘電正接を有し得る。これにより、低い電圧で導電性液体を駆動できる。
 また、本発明の圧電フィルムは、高い比誘電率及び低い誘電正接を有し得るので、フィルムコンデンサ用のフィルムとしても好適に使用可能である。また、電圧を長時間印加してもフッ化ビニリデン系樹脂の特徴である高誘電性が損なわれない点でもフィルムコンデンサ用のフィルムとして有利である。
 透明カバーフィルム
 本発明の圧電フィルムは耐候性に優れたビニリデン系樹脂からなること、及び透明性が非常に高いことから、透明カバーフィルムとしても用いることができる。この場合、例えば、ポリカーボネート又はPETフィルムを本発明の圧電フィルムに積層することで、これらのフィルムに耐候性を付与できる。
 本発明の圧電フィルムは、可撓性を有するので、種々の用途に好適に用いることができる。
 以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
 以下、フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体における、テトラフルオロエチレンに由来する繰り返し単位/フッ化ビニリデンに由来する繰り返し単位のモル比を“TFE/VDF”で表す場合がある。
 実施例1
(非分極フィルムの調製)
 フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体(TFE/VDF=20/80)をメチルエチルケトン(MEK)に溶解させ、固形分25wt%の塗料を調製した。
 その後、ダイコーターを用いて当該塗料をPETフィルム上に前記塗料を流延(キャスティング)し、及び乾燥を行って、厚さ40、20、及び10μmの重合体フィルムをそれぞれ調製した。この際、乾燥は、乾燥装置を4ゾーンに分割し、それぞれの乾燥温度を、入り口側から50℃、80℃、120℃、及び150℃に設定し、各ゾーンの通過時間が24秒間、24秒間、24秒間、及び24秒間になるように移動速度を設定して、フィルム(又は流延された塗料)を通過させることによって、実施した。
(分極処理)
 その後、前記重合体フィルムを前記PETフィルムから剥がし、金属電極で前記重合体フィルムを上下から挟み、150MV/mの条件で、直流電圧を室温で5分間印加して分極し、各厚さの分極化フィルムを得た。
(熱処理)
 その後、当該分極化フィルムを、90℃で10分間、熱風乾燥機中で、加熱し、次いで室温で放置して室温まで冷却して、実施例1の圧電フィルムを得た。
 当該熱処理後の圧電フィルムについて、下記の方法で、全光線透過率、ヘイズ値(全ヘイズ値、外部ヘイズ値、内部ヘイズ値)、及びkt値変化率を決定した。対照としては、熱処理なしのフィルムを用いた。結果を表1に示す。
 全光線透過率
 ヘイズガードII(製品名)(東洋精機製作所)を使用し、ASTM D1003に基づいて、全光線透過率を測定した。
 ヘイズ値(全ヘイズ値、外部ヘイズ値、内部ヘイズ値)
 ヘイズガードII(製品名)(東洋精機製作所)を使用し、ASTM D1003に基づいて、全ヘイズ値を測定した。
 内部へイズ値はガラス製セルの中に水を入れて、その中にフィルムを挿入した以外は、全ヘイズ値と同様にヘイズ値を測定することにより得た。外部へイズ値はフィルムの全ヘイズ値から内部へイズ値を差し引くことで算出した。
 kt値変化率
 電気機械結合係数(kt値)は、
圧電フィルムの両側にAl蒸着電極を形成し、圧電フィルムの所定箇所から直径13mmの円板を切り出し、インピーダンスアナライザ(ヒューレットパッカード社4194A)を用いて測定を実施し、H. Ohigashiら、「The application of ferroelectric polymer, Ultrasonic transducers in the megahertz range」に記載の方法により、算出した。
 電気機械結合係数の変化率(kt値変化率)は、
(1)圧電フィルムの電気機械結合係数(加熱前のkt)を測定すること、
(2)圧電フィルムを、空気中で、85℃で10時間加熱すること、
(3)圧電フィルムを室温で放置して室温まで冷却すること、及び
(4)前記加熱及び前記冷却後の圧電フィルムの電気機械結合係数(加熱後のkt)を測定すること
を実施し、測定された「加熱前のkt」及び「加熱後のkt」を次式に算入することによって決定した。
 電気機械結合係数の変化量(%)=
((加熱後のkt-加熱前のkt)/加熱前のkt)×100
 電気機械結合係数の変化率(%)=|電気機械結合係数の変化量(%)|
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 実施例2
(非分極フィルムの調製)
 フッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体(TFE/VDF=33/67)をMEKに溶解させ固形分25wt%の塗料を調製した。その後、ダイコーターで当該塗料をPETフィルム上にコーテイングし、及び乾燥を行い、厚さ20、及び10μmの重合体フィルムをそれぞれ調製した。この際、乾燥は、乾燥装置を4ゾーンに分割し、それぞれの乾燥温度を、入り口側から50℃、80℃、120℃、及び150℃に設定し、各ゾーンの通過時間が24秒間、24秒間、24秒間、及び24秒間になるように移動速度を設定して、フィルム(又は流延された塗料)を通過させることによって、実施した。
(分極処理)
 その後、重合体フィルムをPETフィルムから剥がし、金属電極で当該重合体フィルムを上下から挟み、150MV/mの条件で、直流電圧を室温で5分間印加して分極し、各厚さの圧電フィルムを得た。
(熱処理)
 その後、90℃で10分間、熱風乾燥機中で、得られた圧電フィルムの熱処理を行い、各厚さの実施例2のフィルムを得た。当該熱処理後のフィルムについて、実施例1に記載の条件で、全光線透過率、全ヘイズ値、外部ヘイズ値、内部ヘイズ値、及びkt値変化率を決定した。対照としては、熱処理なしのフィルムを用いた。結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 実施例3
 実施例1で調製した厚さ20μmの重合体フィルムを実施例1に記載の条件で分極した後に、その上にPETフィルムを重ねて積層フィルムとし、95℃に加熱した誘導加熱ローラに当該PETフィルムが30秒間接触するように当該積層フィルムを通したのち、常温のローラーで巻き取った。その後、前記重合体フィルムを、前記PETフィルムから剥離した。当該熱処理後のフィルムについて、実施例1に記載の条件で、全光線透過率、全ヘイズ値、外部ヘイズ値、内部ヘイズ値、及びkt値変化率を決定した。対照としては、熱処理なしのフィルムを用いた。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 以上の結果から、熱処理なしのフィルムはkt値変化率が高いのに対して、分極後熱処理を経たフィルムはkt値変化率が低かった。
 実施例4
 分極電圧を100V/μm、又は75V/μmにしたこと以外は実施例3と同様にして表4の各フィルムを作成した。これについて、実施例3と同様の試験を行った。結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 これから理解されるように、分極電圧を低下させると、kt値が低下した。しかし、この場合も、熱処理なしでは、変化率は高かった。
 本発明の圧電フィルムは、例えば、タッチ圧を検出できるタッチパネル等の圧電パネルに用いることができる。

Claims (8)

  1. 全光線透過率が90%以上であり;
    全ヘイズ値が4.0%以下であり;及び
    85℃で10時間加熱したときの電気機械結合係数の変化率が10%以下である
    圧電フィルム。
  2. 分極化フッ化ビニリデン系重合体フィルムからなる請求項1に記載の圧電フィルム。
  3. 前記フッ化ビニリデン系重合体フィルムがフッ化ビニリデン/テトラフルオロエチレン共重合体フィルムである
    請求項2に記載の圧電フィルム。
  4. 非分極のフッ化ビニリデン系重合体フィルムを分極処理する工程A;及びその後の
    分極化フッ化ビニリデン系重合体フィルムを熱処理する工程B
    を含む
    請求項2又は3に記載の圧電フィルムの製造方法。
  5. →削除
    前記熱処理の条件が、90℃以上で1分間以上である
    請求項4に記載の製造方法。
  6. 請求項1~3のいずれか1項に記載の圧電フィルム、又は請求項4若しくは5に記載の製造方法により製造される圧電フィルムを有する、圧電パネル、フィルムコンデンサ、又はエレクトロウエッティングデバイス。
  7. 請求項1~3のいずれか1項に記載の圧電フィルム、又は請求項4若しくは5に記載の製造方法により製造される圧電フィルムを有する入力装置。
  8. 請求項7に記載の入力装置を有する電子機器。
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