WO2022255328A1 - 表示装置、特にハプティック表示装置およびその設計方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明に係る表示装置は、ハプティック機能を有することが好ましい。ここで、「ハプティック機能」は、力、振動及びモーション(運動)のような触覚によるフィードバック効果または通知により、使用者に触覚を与える機能であり、本明細書において、ハプティック機能を備えた装置を「ハプティックデバイス」、ハプティック機能を備えた表示装置のことを単に「ハプティック表示装置」と呼ぶことがある。
本発明にかかる表示装置に用いられる感圧接着剤層は、25℃において、その動的粘弾性測定によって得られる周波数分散曲線(後述する時間-温度換算則に従って得られるマスターカーブを含む)において、周波数f(Hz)が100~300Hzの範囲内での当該感圧接着剤層の損失正接tanδ(f)の最大値が0.9以上であることを特徴とし、さらに、同周波数の範囲内においてtanδ(f)の最大値が0.95以上、1.0以上、1.1以上または1.2以上であり、最大値が0.9~2.1の範囲内、0.95~2.05の範囲内、1.0~2.0の範囲内であってよい。なお、本発明にかかる表示装置に用いられる感圧接着剤層は、上記周波数の範囲内において前記の最大値を有する限り、一部の周波数(f)においてtanδ(f)が0.90未満の値であってもよいが、ハプティック表示装置の性能の見地から、100~300Hzの周波数f(Hz)においてtanδ(f)の値が0.70以下とならないことがより好ましい。なお、本明細書において、特段の記載がない限り、ある周波数f(Hz)における感圧接着剤層の損失正接tanδ(f)は、25℃における値である。
ある周波数(f)Hzにおける感圧接着剤層の損失正接tanδ(f)の値は、温度を一定(本件では25℃)にして周波数分散測定法に基づいてある周波数領域におけるtanδ(f)を実測して周波数分散曲線を得たり、より狭い周波数範囲で温度を変えながら測定したデータに基づいて、公知の手法である時間-温度換算則に従ってtanδ(f)の周波数(f)に関する依存性を示すマスターカーブを作成することにより特定乃至導出することができる。本発明により、25℃において、表示装置に用いる感圧接着剤層の周波数f(Hz)が100~300Hzの範囲内における損失正接tanδ(f)に関する挙動から、ユーザーの触感としてのハプティック機能の改善、特にユーザーの使用感および知覚について適合性および有効性を事前に容易に判断することができ、ハプティック表示装置における材料選択および設計に利用することができる。
一般的に動的粘弾性測定は、試験片に周波数ωの歪を正弦波で与え、対応する応力を測定する。粘性体の場合、与えられた歪エネルギーは熱として散逸するため速度に変わり、90°の位相差が生じる。弾性体の場合は応力と歪が比例関係にあるので、位相差が生じない。粘弾性体では、応力と歪の比として定義される弾性率は周波数ωの関数で複素数となり、実数部が弾性成分、貯蔵弾性率となり、虚数部分が粘性成分、損失弾性率となる。
本発明にかかる表示装置に用いられる感圧接着剤層は前記の特徴i)に加えて、実用上、十分な粘着力を有することを特徴とする。例えば、非接着性のゲル材料や誘電性高分子材料の中には、損失正接tanδ(f)が前記の特徴i)を充足する材料も存在するが、粘着力が不十分である場合、表示装置を構成する部材間の接着性が不十分となって、表示装置本体の信頼性および耐久性の改善という本発明の目標を達成できなくなる場合があり、かつ、特にハプティック機能を有する部材とユーザーインターフェースが十分に密着できない場合、部材間の層間剥離などにより、結果的にユーザータッチに対するハプティックな応答、信号乃至フィードバックに対するユーザーの触感、使用感や応答性が低下し、ハプティック機能を十分に改善できない場合がある。
本発明にかかる表示装置に用いられる感圧接着剤層、特にシリコーン系の感圧接着剤層は、実質的に透明、半透明または不透明のいずれであってもよく、当該感圧接着剤層の用途に応じてその透明性を設計することができる。目視で透明である場合、より客観的には、厚み100μmの硬化層からなる表示装置用の感圧接着層の波長450nmの光の透過率が、空気の光透過率を100%とした場合に、80%以上であり、好適には90%以上であり、95%以上に設計してもよい。また、透明性や光透過率を損なわない範囲で、フィラー成分または添加剤を使用してもよい。ただし、当該表示装置内おいて、光透過性が求められない電気・電子部品の接着等においては、半透明~不透明な感圧接着層であってもよく、光透過性以外の要求特性に応じて、着色性あるいは光透過性を損なうようなフィラー成分または添加剤を利用しても良い。
本発明に係る表示装置において、その部材間に接着層乃至中間層として配置される感圧接着剤層は、上記の特徴i)および特徴ii)を備え、任意で特徴iii)その他の特性を備えてもよく、その種類について特に制限されないが、例えばシリコーン系感圧接着剤、アクリル系感圧接着剤、及びウレタン系感圧接着剤からなる群から選択された少なくとも1種を使用することができる。経済性、他の基材への接着性、耐久性の点ではアクリル系感圧接着剤を選択してもよいが、特に長期に及ぶ、耐熱性、耐寒性、耐光性および透明性の点ではシリコーン系感圧接着剤を有利に選択することができ、シリコーン系OCAの使用が極めて好ましい。
本発明における表示装置は、上記の特性を備える感圧接着剤層を部材間に有することが好ましいものであるが、特に、このような感圧接着剤層として、以下に述べる感圧接着剤層形成性オルガノポリシロキサン組成物を硬化させてなるシリコーン系感圧接着剤層の使用が好ましい。
(A)分子内に平均して1を超える数のアルケニル基を有する鎖状オルガノポリシロキサン、
(B)分子内の全ケイ素原子に対する水酸基および加水分解性基の含有量の和が9モル%以下であるオルガノポリシロキサンレジン、
(C)分子内に少なくとも2個のSi-H結合を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(D)有効量のヒドロシリル化反応触媒、および
任意で、(A´)分子内に炭素-炭素二重結合含有反応性基を含まない鎖状オルガノポリシロキサン
を含有してなる。また、当該組成物は、ヒドロシリル化反応触媒を含むので、取扱作業性の見地から、さらに、(E)硬化遅延剤を含有してもよく、本発明の目的に反しない範囲で、その他の添加剤を含むものであってよい。以下、各成分について説明する。
本発明において、任意選択により、(A)成分と共に、1,3,5,7-テトラメチル―1,3,5,7-テトラビニルシクロテトラシロキサン等のアルケニル基を有する環状シロキサン類を少量使用してもよい。これらの環状シロキサン類は、反応性希釈剤または硬化反応性の制御剤としての機能を果たす場合があり、必要に応じて使用することができる。
(b1)分子内の全ケイ素原子に対する水酸基および加水分解性基の含有量の和が9モル%以下であり、トルエンを溶媒としたゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により標準ポリスチレン換算で測定される重量平均分子量(Mw)が4500以上であるオルガノポリシロキサンレジン、
(b2)分子内の全ケイ素原子に対する水酸基および加水分解性基の含有量の和が9モル%以下であり、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により標準ポリスチレン換算で測定される重量平均分子量(Mw)が4500未満であるオルガノポリシロキサンレジン
本発明に係る感圧接着層形成性オルガノポリシロキサン組成物は、鎖状の反応性シロキサン成分である(A)成分および後述する(A´)成分の和に対する、オルガノポリシロキサンレジンである(B)成分の質量比が0.8~4.0の範囲内にあることが好ましい。(B)成分として、上記の特徴的なオルガノポリシロキサンレジンまたはその混合物を選択し、かつ、鎖状のシロキサンポリマー成分に対して上記のレジン成分が前記範囲となるように配合されていると、本発明の目的とする適切な損失正接値等の粘弾特性が好適に実現されるためである。
本発明にかかる好適な感圧接着剤層を与える組成物は、ヒドロシリル化反応硬化性であり、(C)成分の使用量は、組成物がヒドロシリル化反応により十分に硬化することができれば特に制限されるものではないが、組成物中の(A)成分中のアルケニル基の量(物質量)および(B)成分中のアルケニル基の量(物質量)の和に対する(C)成分中のケイ素原子結合水素原子(SiH)基の物質量、すなわちモル比が0.1~100の範囲内であることが好ましく、0.5~60の範囲内、1.0~50の範囲内、または1.0~40の範囲内であっても良い。なお、当該モル比を以下、「SiH/Vi比」と呼ぶことがある。
本発明にかかるオルガノポリシロキサン組成物は、ヒドロシリル化反応触媒を含む。ヒドロシリル化反応触媒としては、白金系触媒、ロジウム系触媒、パラジウム系触媒が例示され、本組成物の硬化を著しく促進できることから白金系触媒が好ましい。この白金系触媒としては、白金-アルケニルシロキサン錯体が好ましく、特に、この白金-アルケニルシロキサン錯体の安定性が良好であることから、1,3-ジビニル-1,1,3,3-テトラメチルジシロキサンであることが好ましい。なお、ヒドロシリル化反応を促進する触媒としては、鉄、ルテニウム、鉄/コバルトなどの非白金系金属触媒を用いてもよい。
本発明にかかる好適なオルガノポリシロキサン組成物には、アルケニル基、アクリル基、メタクリル基等の炭素-炭素二重結合含有反応性基を含まないポリジメチルシロキサンまたはポリジメチルジフェニルシロキサンなどの非反応性のオルガノポリシロキサンを配合することができ、これにより、後述する感圧接着層の損失係数(tanδ)、貯蔵弾性率(G')損失弾性率(G'')を改善することができる場合がある。例えば、水酸基末端を有するポリジメチルシロキサン、トリメチルシロキシ末端を有するポリジメチルシロキサンまたはポリジメチルジフェニルシロキサンの使用により、感圧接着層の損失係数を増加させることができ、そのような組成物は、本発明の範囲に包含される。
好適には、本発明に係るシリコーン系の感圧接着剤層は、被着体との密着性を向上させるために、感圧接着剤層または基材の表面に対してプライマー処理、コロナ処理、エッチング処理、プラズマ処理等の表面処理を行ってもよい。
本発明に係る表示装置は、その部材間における感圧接着剤層が前記の特徴を有するものであり、当該特徴は感圧接着剤の動的粘弾性試験により容易に把握されることから、当該特性を満たす感圧接着剤を事前に選択し、部材間に塗布または配置することで製造することができる。なお、同方法により表示装置、特にハプティック表示装置を設計することができる。
表1に示す各成分を用いて、各実施例・比較例に示す硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物を調製した。なお、表1における%は全て質量%である。
Waters社製Allianceゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用い、トルエンを溶媒として、標準ポリスチレン換算で、オルガノポリシロキサンレジン等のオルガノポリシロキサン成分の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を求めた。
ガラスフリープローブを備えたブルカー製ACP-30029Si NMRスペクトロメーターを用い、テトラメチルシランの化学シフトを0ppmとしたときに、-93から-103.5ppmに現れるSi(OH)O2/3単位の全シリコンに対する存在比率からモル含量を得、さらに、オルガノポリシロキサンレジン中の水酸基(OH)の質量%にも換算した。なお、以下の実施例におけるオルガノポリシロキサンレジン中に水酸基以外の加水分解性官能基は含まれていなかった。
各組成物を、PETフィルム(株式会社東レ製、製品名ルミラー(登録商標)S10、厚さ50μm)に硬化後の厚みが50μmとなるように塗工し、150℃、3分間で硬化させた。1日放置後、同試料を幅20mmに切断し、粘着層面をPMMA板(パルテック製、アクリライトL001,50×120×2mm)にローラーを用いて貼り合せて試験片とした。PMMA板を用いた試験片は、オリエンテック社製RTC-1210引っ張り試験機を用いてJIS Z 0237に準じて180°引き剥がし試験方法を用いて引張速度300mm/minにて粘着力(20mm幅での測定を表示単位gf/inchに換算)を測定した。結果を表2に示す。
各組成物を硬化後の厚みが約100μmになるようにフロロシリコーン剥離コーティングを塗工した剥離ライナーに塗工し、150℃で5分間硬化させた。あるいは各組成物を硬化後の厚みが約280μmになるようにフロロシリコーン剥離コーティングを塗工した剥離ライナーに塗工し、150℃、15分間で硬化させた。この感圧接着剤フィルムを、100μmの場合は5枚以上、280μmの場合は2枚重ね合わせ、厚さ500μm以上である、両面を剥離ライナーに挟まれたフィルムサンプルを得た。当該フィルムを直径8mmにくりぬき、動的粘弾性装置(DMA; Anoton Paar社製、MCR302)のパラレルプレートプローブに貼り付けて測定した。測定は、温度を125℃まで上げ、-45℃までいくつかの温度で、等温条件下、0.1%歪のせん断モードで0.1~10Hzで、段階的に温度を下げながら貯蔵弾性率G'、損失弾性率G''、損失正接(tanδ)の周波数依存性を測定し、時間-温度換算則によりマスターカーブを得た。続いて-70℃~200℃の範囲で、周波数1Hz、昇温速度3℃/分にてこれらの温度依存性を測定した。マスターカーブより得た、25℃においての、周波数100、200、300Hzにおける損失正接(tanδ)の値を表2に示す。
粘度(mPa・s)は、JIS K7117-1に準拠した回転粘度計を使用して測定した値であり、動粘度(mm2/s)は、JIS Z8803に準拠したウベローデ型粘度計によって測定した値である。
可塑度は、JIS K 6249に規定される方法に準じて測定された値(25℃、4.2gの球状試料に1kgfの荷重を3分間かけたときの厚さを1/100mmまで読み、この数値を100倍したもの)で示した。
各実施例・比較例に示す硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物を硬化後の厚みが100μmとなるように塗工し、150℃、3分間で硬化させ、光透過率を測定した。実施例および比較例にかかる硬化物はすべて良好な透明性を備えることが目視で確認でき、その光透過率は空気を100%とした場合、いずれも95%以上であった。
以下、実施例1~7、比較例1~4にかかる組成物を準備し、上記の(動的粘弾性)および(粘着力測定)の項目に従って硬化させ、その粘着力,25℃、周波数100、200、300Hzにおける損失正接(tanδ)を表2に示した。
33.3質量部の成分a-1、8.33質量部の成分a´、80.5質量部の成分b-3、44.5質量部のトルエン、0.692質量部の成分c-1、0.409質量部の成分e-1を室温でよく混合し、この混合物に0.484質量部の成分d-1を加えて硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物とした。成分a-1中のアルケニル基に対する成分c-1中のSiH基のモル比(SiH/Vi比)は31.5、白金金属の固形分に対する含量は質量単位で30ppmであった。
38.5質量部の成分a-1、84.9質量部の成分b-3、43.3質量部のトルエン、0.762質量部の成分c-1、0.577質量部の成分e-1を室温でよく混合し、この混合物に0.423質量部の成分d-2を加えて硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物とした。成分a-1中のアルケニル基に対する成分c-1中のSiH基のモル比(SiH/Vi比)は30.1、白金金属の固形分に対する含量は質量単位で22ppmであった。
29.9質量部の成分a-1、7.46質量部の成分a´、86.5質量部の成分b-3、42.9質量部のトルエン、0.586質量部の成分c-1、0.409質量部の成分e-1を室温でよく混合し、この混合物に0.355質量部の成分d-1を加えて硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物とした。成分a-1中のアルケニル基に対する成分c-1中のSiH基のモル比(SiH/Vi比)は29.8、白金金属の固形分に対する含量は質量単位で22ppmであった。
18.6質量部の成分a-1、18.6質量部の成分a´、86.7質量部の成分b-3、42.8質量部のトルエン、0.423質量部の成分c-1、0.409質量部の成分e-1を室温でよく混合し、この混合物に0.355質量部の成分d-1を加えて硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物とした。成分a-1中のアルケニル基に対する成分c-1中のSiH基のモル比(SiH/Vi比)は34.5、白金金属の固形分に対する含量は質量単位で22ppmであった。
34.6質量部の成分a-1、90.2質量部の成分b-3、41.9質量部のトルエン、0.655質量部の成分c-1、0.577質量部の成分e-1を室温でよく混合し、この混合物に0.355質量部の成分d-1を加えて硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物とした。成分a-1中のアルケニル基に対する成分c-1中のSiH基のモル比(SiH/Vi比)は28.7、白金金属の固形分に対する含量は質量単位で22ppmであった。
23.2質量部の成分a-1、9.93質量部の成分a´、92.3質量部の成分b-3、41.3質量部のトルエン、0.489質量部の成分c-1、0.409質量部の成分e-1を室温でよく混合し、この混合物に0.355質量部の成分d-1を加えて硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物とした。成分a-1中のアルケニル基に対する成分c-1中のSiH基のモル比(SiH/Vi比)は32.1、白金金属の固形分に対する含量は質量単位で22ppmであった。
30.7質量部の成分a-1、15.1質量部の成分b-1、82.2質量部の成分b-3、38.7質量部のトルエン、0.598質量部の成分c-1、0.577質量部の成分e-1を室温でよく混合し、この混合物に0.355質量部の成分d-1を加えて硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物とした。成分a-1中のアルケニル基に対する成分c-1中のSiH基のモル比(SiH/Vi比)は29.6、白金金属の固形分に対する含量は質量単位で22ppmであった。
49.0質量部の成分a-1、72.9質量部の成分b-2、44.7質量部のトルエン、1.00質量部の成分c-1、0.600質量部の成分e-1を室温でよく混合し、この混合物に0.577質量部の成分d-2を加えて硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物とした。成分a-1中のアルケニル基に対する成分c-1中のSiH基のモル比(SiH/Vi比)は31.0、白金金属の固形分に対する含量は質量単位で30ppmであった。
45.5質量部の成分a-1、78.0質量部の成分b-2、43.2質量部のトルエン、0.923質量部の成分c-1、0.545質量部の成分e-1を室温でよく混合し、この混合物に0.545質量部の成分d-2を加えて硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物とした。成分a-1中のアルケニル基に対する成分c-1中のSiH基のモル比(SiH/Vi比)は31.0、白金金属の固形分に対する含量は質量単位で28.3ppmであった。
36.2質量部の成分a-2、99.6質量部の成分b-1、30.8質量部のトルエン、0.332質量部の成分c-2、0.332質量部の成分e-2を室温でよく混合し、この混合物に0.602質量部の成分d-1を加えて硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物とした。成分a-2中のアルケニル基に対する成分c-2中のSiH基のモル比(SiH/Vi比)は23.0、白金金属の固形分に対する含量は質量単位で40ppmであった。
32.3質量部の成分a-3、101質量部の成分b-1、4.01質量部の成分b-3、29.4質量部のトルエン、0.761質量部の成分c-2、0.491質量部の成分e-1を室温でよく混合し、この混合物に0.355質量部の成分d-1を加えて硬化反応性のオルガノポリシロキサン組成物とした。成分a-3中のアルケニル基に対する成分c-2中のSiH基のモル比(SiH/Vi比)は12.8、白金金属の固形分に対する含量は質量単位で22ppmであった。
Claims (11)
- 以下の特徴i)および特徴ii)を有する感圧接着剤層を、部材間に有する表示装置。
特徴i):25℃、100~300Hzの周波数f(Hz)における損失正接tanδ(f)の最大値が0.9以上である。
特徴ii):当該感圧接着剤層の厚みが50μmのとき、厚み2mmのポリメチルメタクリレートシートに対する、JIS Z 0237に従う180°引き剥がし試験方法を用いて引張速度300mm/minにより測定される粘着力が500gf/inch以上である。 - 前記の特徴i)について、25℃、100~300Hzの周波数f(Hz)における少なくとも一つの連続した周波数領域において、損失正接tanδ(f)が0.9以上である、請求項1に記載の表示装置。
- 前記の特徴i)について、25℃、100~300Hzの周波数f(Hz)における損失正接tanδ(f)の最大値が0.9以上であり、かつ、前記周波数の範囲内における損失正接tanδ(f)が0.70以下にはならない、請求項1に記載の表示装置。
- 前記の特徴i)について、25℃、100~300Hzの周波数f(Hz)における損失正接tanδ(f)の最大値が1.0以上であり、かつ、
前記の特徴ii)について、粘着力が600~4000gf/inchの範囲内である、請求項1に記載の表示装置。 - 感圧接着剤層が、
(A)分子内に平均して1を超える数のアルケニル基を有する鎖状オルガノポリシロキサン、
(B)分子内の全ケイ素原子に対する水酸基および加水分解性基の含有量の和が9モル%以下であるオルガノポリシロキサンレジン、
(C)分子内に少なくとも2個のSi-H結合を有するオルガノハイドロジェンポリシロキサン、
(D)有効量のヒドロシリル化反応触媒
を含有する感圧接着剤層形成性オルガノポリシロキサン組成物の硬化物により形成されている、請求項1に記載の表示装置。 - (A)成分の少なくとも一部が、25℃において100,000mPa・s以上の粘度を有するか、JIS K6249に規定される方法に準じて測定された可塑度が50~200の範囲にある生ゴム状のアルケニル基含有オルガノポリシロキサンであり、そのアルケニル基中のビニル(CH2=CH)部分の含有量が0.005~0.400質量%の範囲内にある鎖状オルガノポリシロキサンであり、
(B)成分が、R3SiO1/2単位(式中、Rは一価有機基であり、Rの90モル%以上が炭素数1~6のアルキル基またはフェニル基である;M単位)及びSiO4/2単位(Q単位)から実質的になるオルガノポリシロキサンレジンまたはその混合物であり、
(C)成分の量が、上記の(A)成分中および(B)成分中のアルケニル基の物質量の和に対する(c)成分中のSiH基の物質量の比(モル比)が0.1~100の範囲内となる量であり、
(D)成分の量が、組成物中の固形分中の白金系金属の含有量が0.1~200ppmの範囲内となる量である、請求項5に記載の表示装置。 - 感圧接着剤層が、さらに、以下の特徴iii)を有する、請求項1に記載の表示装置。
特徴iii):厚み100μmの感圧接着層の波長450nmの光の透過率が、空気の光透過率を100%とした場合に、80%以上である。 - タッチパネル付き表示装置である、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の表示装置。
- ハプティック機能付き表示装置である、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の表示装置。
- 表示面への接触を認識する機能、接触に対する触覚的フィードバックまたは通知を行うハプティック機能を備えたハプティック表示装置である、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載の表示装置。
- 以下の特徴i)および特徴ii)を有する感圧接着剤層を、装置のハプティック機能を実現乃至改善する目的で表示装置を構成する部材間に配置する、表示装置の設計方法。
特徴i):25℃、100~300Hzの周波数f(Hz)における損失正接tanδ(f)の最大値が0.9以上である。
特徴ii):当該感圧接着剤層の厚みが50μmのとき、厚み2mmのポリメチルメタクリレートシートに対する、JIS Z 0237に従う180°引き剥がし試験方法を用いて引張速度300mm/minにより測定される粘着力が500gf/inch以上である。
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