WO2020246110A1 - フレキシブル基板 - Google Patents

Abstract

第１面を有する支持板と、前記第１面に位置し、第１側面と、前記第１側面とは反対側の第２側面と、を有する線部と、前記線部を覆い前記第１面に接する保護部材と、を備え、前記線部は、前記第１面に位置する可撓性の絶縁基材と、前記絶縁基材上に配置された配線層と、を備え、前記保護部材は、前記第１側面の少なくとも一部と空気層を介して離間し、前記第２側面の少なくとも一部と空気層を介して離間し、前記空気層は、前記線部に沿って延出する、フレキシブル基板。

Description

フレキシブル基板

　本発明の実施形態は、フレキシブル基板に関する。

　近年、可撓性及び伸縮性を有したフレキシブル基板の利用が種々の分野で検討されている。一例を挙げると、マトリクス状に電気的素子が配列されたフレキシブル基板を電子機器の筐体や人体等の曲面に貼り付ける利用形態が考えられる。電気的素子としては、例えばタッチセンサや温度センサ等の各種センサや表示素子が適用され得る。

　フレキシブル基板においては、屈曲や伸縮による応力で配線が損傷しないように対策を講じる必要がある。このような対策としては、例えば、配線を支持する基材にハニカム形状の開口を設けることや、配線を蛇行した形状（ミアンダ形状）とすることが提案されている。

特開２０１５－１９８１０１号公報 特開２０１５－１９８１０２号公報 特開２０１７－１１８１０９号公報 特開２０１７－１１３０８８号公報

　本実施形態の目的は、伸長率を向上することが可能、及び、クラックの発生を抑制することが可能なフレキシブル基板を提供することにある。

　本実施形態によれば、第１面を有する支持板と、前記第１面に位置し、第１側面と、前記第１側面とは反対側の第２側面と、を有する線部と、前記線部を覆い前記第１面に接する保護部材と、を備え、前記線部は、前記第１面に位置する可撓性の絶縁基材と、前記絶縁基材上に配置された配線層と、を備え、前記保護部材は、前記第１側面の少なくとも一部と空気層を介して離間し、前記第２側面の少なくとも一部と空気層を介して離間し、前記空気層は、前記線部に沿って延出する、フレキシブル基板が提供される。

図１は、本実施形態に係るフレキシブル基板の概略的な平面図である。 図２は、図１に示したフレキシブル基板の一部を拡大した平面図である。 図３は、図２に示したＡ－Ｂ線におけるフレキシブル基板の断面図である。 図４は、フレキシブル基板が伸長した際の変形の特性を示すグラフである。 図５は、図２に示したＣ－Ｄ線におけるフレキシブル基板の断面図である。 図６は、図２に示したフレキシブル基板が伸長した状態の一例を示す平面図である。 図７は、本実施形態の第１の変形例を示す断面図である。 図８は、本実施形態の第２の変形例を示す断面図である。

　以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、開示はあくまで一例に過ぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べて、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。

　図１は、本実施形態に係るフレキシブル基板１００の概略的な平面図である。　
　本実施形態においては、図示したように第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、第３方向Ｄ３を定義する。第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２は、フレキシブル基板１００の主面と平行であり、互いに交わる方向である。第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２に対して垂直な方向であり、フレキシブル基板１００の厚さ方向に相当する。第１方向Ｄ１と第２方向Ｄ２は、本実施形態では垂直に交わるが、垂直以外の角度で交わってもよい。

　フレキシブル基板１００は、複数の走査線１、複数の信号線２、複数の電気的素子３、支持板８、走査線ドライバＤＲ１、信号線ドライバＤＲ２を有している。走査線１、信号線２、電気的素子３、走査線ドライバＤＲ１、信号線ドライバＤＲ２は、支持板８の上に位置している。複数の走査線１は、それぞれ第１方向Ｄ１に延出し第２方向Ｄ２に並んでいる。複数の走査線１は、それぞれ走査線ドライバＤＲ１に接続されている。複数の信号線２は、それぞれ第２方向Ｄ２に延出し第１方向Ｄ１に並んでいる。複数の信号線２は、それぞれ信号線ドライバＤＲ２に接続されている。複数の電気的素子３は、それぞれ走査線１と信号線２との交差部に位置し、走査線１及び信号線２と電気的に接続されている。

　図２は、図１に示したフレキシブル基板１００の一部を拡大した平面図である。　
　フレキシブル基板１００は、上記に加えて、絶縁基材４と、スペーサＳＰと、を備えている。

　絶縁基材４は、平面視において、第１方向Ｄ１に延出し第２方向Ｄ２に並んで配置された複数の第１部分ＰＴ１と、第２方向Ｄ２に延出し第１方向Ｄ１に並んで配置された複数の第２部分ＰＴ２と、第１部分ＰＴ１と第２部分ＰＴ２との交差部に設けられた複数の島状部ＩＬと、を有している。第１部分ＰＴ１及び第２部分ＰＴ２は、それぞれ波状に形成されている。島状部ＩＬは、第１部分ＰＴ１と第２部分ＰＴ２に接続されている。絶縁基材４は、可撓性を有し、例えばポリイミドで形成することができるが、この例に限られない。

　走査線１は、第１部分ＰＴ１上に位置し、波状に配置されている。信号線２は、第２部分ＰＴ２上に位置し、波状に配置されている。走査線１及び信号線２は、フレキシブル基板１００が備える配線の一例である。走査線１及び信号線２は、例えば金属材料や透明導電材料で形成することができ、単層構造であってもよいし積層構造であってもよい。フレキシブル基板１００は、走査線１及び信号線２の他に、電気的素子３に給電する電源線などの他種の配線を備えてもよい。

　走査線１は、実線で示す第１部分１１と、破線で示す第２部分１２と、を有している。第２部分１２は、電気的素子３と重畳している。第１部分１１と第２部分１２は、互いに異なる層に配置されており、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２を通じて電気的に接続されている。

　走査線１は、電気的素子３に走査信号を供給する。例えば電気的素子３がセンサのような信号の出力を伴うものである場合、信号線２には電気的素子３からの出力信号が供給される。また、例えば電気的素子３が発光素子やアクチュエータのように入力される信号に応じて作動するものである場合、信号線２には駆動信号が供給される。走査信号の供給源、駆動信号の供給源又は出力信号を処理するプロセッサなどを含むコントローラは、フレキシブル基板１００に設けられてもよいし、フレキシブル基板１００に接続される機器に設けられてもよい。

　電気的素子３は、島状部ＩＬ上に位置している。電気的素子３は島状部ＩＬよりも小さく、図２においては電気的素子３の縁から島状部ＩＬがはみ出ている。例えば電気的素子３は、センサ、半導体素子、又はアクチュエータなどである。例えばセンサとしては、可視光や近赤外光を受光する光学センサ、温度センサ、圧力センサ、又はタッチセンサなどを適用できる。例えば半導体素子としては、発光素子、受光素子、ダイオード、又はトランジスタなどを適用できる。電気的素子３が発光素子である場合、可撓性及び伸縮性を有するフレキシブルディスプレイを実現できる。発光素子としては、例えばミニＬＥＤやマイクロＬＥＤといった１００μｍ前後の大きさを有する発光ダイオードや有機エレクトロルミネッセンス素子を適用することができる。電気的素子３がアクチュエータである場合、例えばピエゾ素子を適用できる。なお、電気的素子３は、ここで例示したものに限られず、その他にも種々の機能を有する素子を適用し得る。電気的素子３は、コンデンサや抵抗などであってもよい。また、電気的素子３の配置位置や形状は図２に示した例に限らない。

　本実施形態においては、絶縁基材４、走査線１、信号線２、後述する第１有機絶縁膜５及び第２有機絶縁膜６を総称して線部ＬＰとする。線部ＬＰは、支持板８上に位置している。線部ＬＰは、第１方向Ｄ１に延出し第２方向Ｄ２に並んで配置された複数の波型の第１線部ＬＰ１と、第２方向Ｄ２に延出し第１方向Ｄ１に並んで配置された複数の波型の第２線部ＬＰ２と、を含んでいる。第１線部ＬＰ１は、上記した絶縁基材４の第１部分ＰＴ１と、走査線１と、を含んでいる。第２線部ＬＰ２は、絶縁基材４の第２部分ＰＴ２と、信号線２と、を含んでいる。また、線部ＬＰは、隣り合う２つの第１線部ＬＰ１と、隣り合う２つの第２線部ＬＰ２とによって囲まれた開口ＯＰを形成している。開口ＯＰは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２にマトリクス状に並んでいる。

　スペーサＳＰは、開口ＯＰに位置している。スペーサＳＰは、開口ＯＰにおいて第１線部ＬＰ１及び第２線部ＬＰ２に沿って延出し、連続したループ状に形成されている。図示した例では、第１線部ＬＰ１及び第２線部ＬＰ２は波状であるため、スペーサＳＰも波状に位置している。スペーサＳＰは、１つの第１線部ＬＰ１を挟むように第１線部ＬＰ１に対して両脇に位置している。また、スペーサＳＰは、１つの第２線部ＬＰ２を挟むように第２線部ＬＰ２に対して両脇に位置している。スペーサＳＰと線部ＬＰとの間には、空気層ＡＲが介在している。空気層ＡＲは、線部ＬＰに沿って延出している。すなわち、空気層ＡＲは、１つの第１線部ＬＰ１を挟むように第１線部ＬＰ１に対して両脇に位置し、１つの第２線部ＬＰ２を挟むように第２線部ＬＰ２に対して両脇に位置している。

　図３は、図２に示したＡ－Ｂ線におけるフレキシブル基板１００の断面図である。　
　フレキシブル基板１００は、上述の要素の他に、第１有機絶縁層５と、第２有機絶縁層６と、保護部材７と、をさらに備えている。

　支持板８は、第１面ＳＦ１を有している。線部ＬＰは、第１面ＳＦ１に位置している。線部ＬＰは、第１側面ＳＳ１と、第１側面ＳＳ１とは反対側の第２側面ＳＳ２と、を有している。線部ＬＰは、絶縁基材４、第１有機絶縁膜５、第２有機絶縁膜６、信号線２、図１に示した走査線１によって構成されている。このうち第２線部ＬＰ２は、図３に示すように、絶縁基材４、第１有機絶縁膜５、第２有機絶縁膜６、信号線２によって構成されている。図示しないが、第１線部ＬＰ１は、絶縁基材４、第１有機絶縁膜５、第２有機絶縁膜６、走査線１によって構成されている。

　絶縁基材４は、第１面ＳＦ１に位置している。第１有機絶縁膜５は、絶縁基材４を覆っている。第２有機絶縁膜６は、第１有機絶縁膜５を覆っている。信号線２は、第２有機絶縁膜６の上に位置している。線部ＬＰは、第３方向Ｄ３に第１高さＨ１を有している。ここで、第１高さＨ１は、絶縁基材４の下面から信号線２の上面までの間の高さとする。また、第１高さＨ１の半分の高さを第２高さＨ２とする。

　複数のスペーサＳＰは、第１面ＳＦ１に配置されている。ここで、１つの線部ＬＰと両脇のスペーサＳＰに着目して構成を説明する。スペーサＳＰは、第１側面ＳＳ１と対向する第１スペーサＳＰ１と、第２側面ＳＳ２と対向する第２スペーサＳＰ２と、を備えている。空気層ＡＲは、第１スペーサＳＰ１と第１側面ＳＳ１との間、及び、第２スペーサＳＰ２と第２側面ＳＳ２との間に位置している。第１スペーサＳＰ１及び第２スペーサＳＰ２は、第３高さＨ３を有している。第３高さＨ３は、第１高さＨ１より大きい。すなわち、線部ＬＰの高さより高い第１スペーサＳＰ１及び第２スペーサＳＰ２が線部ＬＰの両脇に位置している。これによって、フレキシブル基板１００の製造工程において線部ＬＰ及びスペーサＳＰの上から保護部材７を塗布した際に、線部ＬＰとスペーサＳＰとの間に空気層ＡＲを形成することができる。

　保護部材７は、線部ＬＰと、スペーサＳＰと、を覆っている。すなわち、保護部材７は、信号線２、絶縁基材４、第１有機絶縁層５及び第２有機絶縁層６を覆っている。また、保護部材７は、開口ＯＰにおいて第１面ＳＦ１に接している。より具体的には、保護部材７は、開口ＯＰに位置するスペーサＳＰの内周において支持板８に接している。保護部材７は、第１側面ＳＳ１の少なくとも一部と空気層ＡＲを介して離間している。また、保護部材７は、第２側面ＳＳ２の少なくとも一部と空気層ＡＲを介して離間している。第１側面ＳＳ１及び第２側面ＳＳ２は、少なくとも第１面ＳＦ１と第２高さＨ２の位置との間において、空気層ＡＲに接していることが望ましい。つまり、空気層ＡＲは、第２高さＨ２以上の厚さを有している。図示した例では、絶縁基材４、第１有機絶縁膜５、第２有機絶縁膜６は、空気層ＡＲに接している。

　第１有機絶縁層５及び第２有機絶縁層６は、何れも有機材料で形成されている。保護部材７は、ポリ－ｐ－キシリレン（PPX: poly-para-xylylenes）構造体、例えばパリレン（登録商標）で形成されている。支持フィルム８は、絶縁基材４及び保護部材７の下面に樹脂材料を塗布して形成されてもよいし、接着層を介して貼り付けられてもよい。スペーサＳＰは、感光性のポリイミド等を用いて形成されている。

　本実施形態によれば、フレキシブル基板１００は、第１側面ＳＳ１と保護部材７との間、及び、第２側面ＳＳ２と保護部材７との間に空気層ＡＲを有している。つまり、空気層ＡＲによって、第１側面ＳＳ１及び第２側面ＳＳ２から保護部材７が離間している。そのため、フレキシブル基板１００が伸長した際に保護部材７から線部ＬＰに伝わる応力を低減することができる。これにより、走査線１及び信号線２がクラックに至るまでのフレキシブル基板１００の伸度を向上することができる。また、走査線１及び信号線２のクラックの発生を抑制することができる。

　図４は、フレキシブル基板１００が伸長した際の変形の特性を示すグラフである。　
　グラフの縦軸は、引っ張り力Ｆ［Ｎ］を示している。グラフの横軸は、伸び幅Ｘ［ｍｍ］を示している。フレキシブル基板１００を伸長させると、初期段階では、平面内変形する。ここで、平面内変形とは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２で規定されるＤ１－Ｄ２平面と平行な方向に変形することである。フレキシブル基板１００は、ある一定以上の伸び幅から平面外変形に切り替わる。ここで、平面外変形とは、Ｄ１－Ｄ２平面に対してねじれる方向、すなわち、第３方向Ｄ３にも変形する場合に相当する。上記した実施形態では、保護部材７と線部ＬＰとの間に空気層ＡＲを介在させることで線部ＬＰに係る応力が緩和され、引っ張り力に対して平面外変形可能な伸び幅を増やすことができる。そのため、フレキシブル基板１００の伸長率を増加させることができる。

　なお、上記した開口ＯＰの形状や、走査線１及び信号線２の配置は、上記実施形態に開示したものに限られない。開口ＯＰは、多角形状であっても良いし、線部ＬＰは渦巻き状に配置されていても良い。また、線部ＬＰは、例えば、直線状であっても良いし、走査線１及び信号線２の何れとも重畳しない部分を有していても良い。このように、本実施形態のフレキシブル基板１００は、種々の形態をとることができる。

　図５は、図２に示したＣ－Ｄ線におけるフレキシブル基板１００の断面図である。図５は、電気的素子３を含む断面を示している。　
　電気的素子３の下方には、絶縁基材４の島状部ＩＬが配置されている。これにより、電気的素子３を良好に支持できる。電気的素子３と島状部ＩＬとの間には、無機絶縁層９（パッシベーション層）が形成されている。無機絶縁層９は、平面視においては電気的素子３と重畳する島状である。走査線１の第１部分１１は、第１有機絶縁層５の上に配置され、第２有機絶縁膜６によって覆われている。走査線１の第２部分１２は、無機絶縁層９の上（すなわち第１有機絶縁層５の下）に配置されている。第２部分１２は、電気的素子３と電気的に接続されている。図５の例においては、第２部分１２の端部が第１有機絶縁層５に覆われている。

　上述のコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２は、島状部ＩＬ及び無機絶縁層９と平面視で重畳する領域において、第１有機絶縁層５に設けられている。走査線１の第１部分１１は、コンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２にそれぞれ配置された接続部材ＣＭ１、ＣＭ２を介して第２部分１２と電気的に接続されている。接続部材ＣＭ１、ＣＭ２は、第１部分１１の一部であってもよいし、第１部分１１とは別途に設けられてもよい。

　上述したように、図５に示した構成によれば、電気的素子３と絶縁基材４との間には島状の無機絶縁層９が配置されている。この無機絶縁層９により電気的素子３や走査線１の第２部分１２が保護されるので、フレキシブル基板１００の信頼性を高めることができる。一方、無機膜は有機膜に比べてクラックが生じやすいため、無機膜の上に配線を形成した場合にはクラックに伴う断線が生じ得る。しかしながら、図５においては走査線１の第１部分１１の下方には無機絶縁層９が設けられていない。したがって、走査線１の断線が生じにくい。図示しない信号線についても同様である。さらに、無機絶縁層９が仮にフレキシブル基板１００の全体に設けられている場合にはフレキシブル基板１００の伸縮性及び可撓性を阻害し得るが、島状に無機絶縁層９を形成すればこのような問題が生じない。

　また、異なる層に配置された走査線１の第１部分１１と第２部分１２をコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２で接続する構成としたことにより、電気的素子３の近傍における設計の自由度が向上する。これらのコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２は、無機絶縁層９の上方に設けられているため、第１部分１１と第２部分１２の接続位置での信頼性も高まる。

　図６は、図２に示したフレキシブル基板１００が伸長した状態の一例を示す平面図である。図６は、図２に示したフレキシブル基板１００の一部を拡大した図である。　
　第１スペーサＳＰ１及び第２スペーサＳＰ２は、それぞれ切れ目ＳＬを有している。切れ目ＳＬは、支持板８まで貫通している。切れ目ＳＬは、フレキシブル基板１００が伸長した際に、図示したように広げられる。第１スペーサＳＰ及び第２スペーサＳＰは、このような切れ目ＳＬを有することによって、フレキシブル基板１００の伸長に追従して移動することができる。なお、第１スペーサＳＰ１及び第２スペーサＳＰ２に切れ目ＳＬが形成されていない状態でフレキシブル基板１００が伸長し、第１スペーサＳＰ１及び第２スペーサＳＰ２が破断することで切れ目ＳＬが形成されても良い。

　図７は、本実施形態の第１の変形例を示す断面図である。図７に示す構成は、図３に示した構成と比較して、線部ＬＰとスペーサＳＰとの間に保護部材７が配置されている点で異なっている。　
　保護部材７の一部は、第１スペーサＳＰ１と第１側面ＳＳ１との間、及び、第２スペーサＳＰ２と第２側面ＳＳ２との間において、空気ＡＲ層に隣接して形成されている。保護部材７は、スペーサＳＰと線部ＬＰの上方から塗布されることによって形成される。そのため、保護部材７を形成する樹脂が硬化される前に、スペーサＳＰと線部ＬＰとの間に流れ込む場合がある。スペーサＳＰが位置することによって、第１側面ＳＳ１及び第２側面ＳＳ２に付着する保護部材７は、線部ＬＰに係る応力に寄与しない程度に薄膜化される。　
　このような第１の変形例においても、上記したのと同様の効果を得ることができる。

　図８は、本実施形態の第２の変形例を示す断面図である。図８に示す構成は、図３に示した構成と比較して、スペーサＳＰが配置されていない点で異なっている。　
　例えば、保護部材７に用いる樹脂の粘度を調整することによって、第１側面ＳＳ１及び第２側面ＳＳ２に接する空気層ＡＲが形成される。なお、空気層ＡＲは、これ以外の方法によって形成されても良い。第１側面ＳＳ１及び第２側面ＳＳ２は、少なくとも第１面ＳＦ１と第２高さＨ２の位置との間において、空気層ＡＲに接していることが望ましい。つまり、空気層ＡＲは、第２高さＨ２以上の厚さを有している。図示した例では、絶縁基材４、第１有機絶縁膜５、第２有機絶縁膜６は、空気層ＡＲに接している。　
　このような第２の変形例においても、上記したのと同様の効果を得ることができる。

　以上説明したように、本実施形態によれば、伸長率を向上することが可能、及び、クラックの発生を抑制することが可能なフレキシブル基板を得ることができる。

　なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (9)

1. 　第１面を有する支持板と、
   　前記第１面に位置し、第１側面と、前記第１側面とは反対側の第２側面と、を有する線部と、
   　前記線部を覆い前記第１面に接する保護部材と、を備え、
   　前記線部は、前記第１面に位置する可撓性の絶縁基材と、前記絶縁基材上に配置された配線層と、を備え、
   　前記保護部材は、前記第１側面の少なくとも一部と空気層を介して離間し、前記第２側面の少なくとも一部と空気層を介して離間し、
   　前記空気層は、前記線部に沿って延出する、フレキシブル基板。
2. 　前記絶縁基材は、前記空気層に接する、請求項１に記載のフレキシブル基板。
3. 　前記線部は、平面視において、第１方向に延出し前記第１方向と交差する第２方向に並んで配置された複数の波型の第１線部と、前記第２方向に延出し前記第１方向に並んで配置された複数の波型の第２線部と、前記第１線部と前記第２線部の交差部に設けられた島状部と、を含む、請求項１に記載のフレキシブル基板。
4. 　前記線部は、第１高さを有し、
   　前記第１側面及び前記第２側面は、少なくとも前記第１面と前記第１高さの半分の第２高さの位置との間において、前記空気層に接している、請求項１に記載のフレキシブル基板。
5. 　さらに、前記第１面に配置され、前記第１側面と対向する第１スペーサと、
   　前記第１面に配置され、前記第２側面と対向する第２スペーサと、を備え、
   　前記空気層は、前記第１スペーサと前記第１側面との間、及び、前記第２スペーサと前記第２側面との間に位置する、請求項４に記載のフレキシブル基板。
6. 　前記第１スペーサ及び前記第２スペーサは、第３高さを有し、
   　前記第３高さは、前記第１高さより大きい、請求項５に記載のフレキシブル基板。
7. 　前記保護部材の一部は、前記第１スペーサと前記第１側面との間、及び、前記第２スペーサと前記第２側面との間において前記空気層に隣接して形成される、請求項５に記載のフレキシブル基板。
8. 　前記第１スペーサ及び前記第２スペーサは、それぞれ前記支持板まで貫通する切れ目を有する、請求項５に記載のフレキシブル基板。
9. 　前記線部は、第１方向に延出し前記第１方向と交差する第２方向に並んで配置された複数の第１線部と、前記第２方向に延出し前記第１方向に並んで配置された複数の第２線部と、隣り合う前記第１線部及び隣り合う前記第２線部によって囲まれた開口と、を有し、
   　前記第１スペーサは、前記開口に位置し、前記第１線部及び前記第２線部に沿って連続したループ状である、請求項５に記載のフレキシブル基板。

Images