特許 6851362 フレキシブル積層体及びそれを用いたフレキシブルディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6851362

(24)【登録日】2021年3月11日

(45)【発行日】2021年3月31日

(54)【発明の名称】フレキシブル積層体及びそれを用いたフレキシブルディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   B32B 7/022 20190101AFI20210322BHJP

   B32B 7/04 20190101ALI20210322BHJP

   G09F 9/30 20060101ALI20210322BHJP

   H01L 27/32 20060101ALI20210322BHJP

   H01L 51/50 20060101ALI20210322BHJP

   H05B 33/02 20060101ALI20210322BHJP

【ＦＩ】

   B32B7/022

   B32B7/04

   G09F9/30 310

   G09F9/30 365

   G09F9/30 330

   H01L27/32

   H05B33/14 A

   H05B33/02

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-500230(P2018-500230)

(86)(22)【出願日】2017年2月17日

(86)【国際出願番号】JP2017005979

(87)【国際公開番号】WO2017142078

(87)【国際公開日】20170824

【審査請求日】2019年11月26日

(31)【優先権主張番号】特願2016-28696(P2016-28696)

(32)【優先日】2016年2月18日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】719000328

【氏名又は名称】ダウ・東レ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】津田 武明

(72)【発明者】

【氏名】須藤 通孝

(72)【発明者】

【氏名】水野 春奈

(72)【発明者】

【氏名】古川 晴彦

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 真樹

【審査官】 松岡 美和

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０２０１４８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２２９６６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５２６２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２６６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４８２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２２７４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１５０９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１８２３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２６８８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／１５９５０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００９５２６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２５９４６３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１８５７８２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２２６０１５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ３２Ｂ １／００−４３／００

Ｈ０１Ｌ ２７／３２

Ｈ０１Ｌ ５１／５０

Ｈ０５Ｂ ３３／０２

Ｈ０５Ｂ ３３／１４

Ｈ０５Ｋ １／００−１／０２

Ｇ０９Ｆ ９／００

Ｇ０９Ｆ ９／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つ以上の中間層を間に挟んで２つのハード層が密着された積層構造を１単位として、該積層構造を１単位以上有しており、
前記中間層が、粘弾性を有しており、かつフレキシブル積層体を曲げた場合、前記中間層を間に挟んで密着されたハード層の内部のそれぞれにニュートラルプレーンが形成されており、
前記フレキシブル積層体を曲げた場合、前記積層構造１単位について、ハード層のヤング率Ｅ_Ｈ、中間層のヤング率Ｅ_Ｔ、ハード層の断面二次モーメントＩ_Ｈ、中間層の断面二次モーメントＩ_Ｈとしたとき、
Ｅ_Ｈ＊Ｉ_Ｈの値がＥ_Ｔ＊Ｉ_Ｔの値の少なくとも１０倍以上であり、前記中間層の内部にニュートラルプレーンが形成されることなく、前記中間層を間に挟んで密着されたハード層の内部のそれぞれにニュートラルプレーンが形成されることを特徴とするフレキシブル積層体。

【請求項2】

前記フレキシブル積層体を曲げた場合、前記中間層を間に挟んで密着された一方のハード層に対し他方のハード層が、前記中間層を介して、実質的に積層面方向と平行な方向のみにずれるように、前記フレキシブル積層体を積層方向より挟持している支持機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載のフレキシブル積層体。

【請求項3】

前記フレキシブル積層体を曲げた場合、前記フレキシブル積層体の端部に、前記中間層を間に挟んで密着された一方のハード層に対する他方のハード層のずれに対応する段差が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフレキシブル積層体。

【請求項4】

前記フレキシブル積層体を略Ｕ字状となるように一定の曲率半径で曲げた場合、前記中間層が、関係式（１）〜（３）で示される関係を実質的に満たすように構成されており、かつ前記フレキシブル積層体を曲げた際の最大せん断ひずみ領域において、材料固有の破断ひずみが、関係式（５）で定義される最大せん断ひずみを超えており、かつ前記フレキシブル積層体を曲げた際の最大せん断ひずみ領域において、材料固有の破断せん断応力が、関係式（４）で定義される最大せん断応力を超えていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のフレキシブル積層体。
Ｒ_１θ_１＝Ｒ_２θ_２・・・（１）
Ｒ_２−Ｒ_１＝ｔ＋（ｈ_１＋ｈ_２）／２・・・（２）
Ｌ＝（θ_１−θ_２）（Ｒ_１＋Ｒ_２）／２・・・（３）
τ_ｘｙ＝Ｇ＊Ｌ／ｔ・・・（４）
γ（＝２ε_ｘｙ）＝Ｌ／ｔ・・・（５）
ただし、関係式（１）〜（５）において、
Ｒ_１は、前記中間層に密着された一方のハード層の厚み方向中央の曲げ半径であり、
Ｒ_２は、前記中間層に密着された他方のハード層の厚み方向中央の曲げ半径であり、
θ_１は、前記中間層に密着された一方のハード層の厚み方向中央の曲げ角度であり、
θ_２は、前記中間層に密着された他方のハード層の厚み方向中央の曲げ角度であり、
ｔは、前記中間層の厚みであり、
ｈ_１は、前記中間層に密着された一方のハード層の厚みであり、
ｈ_２は、前記中間層に密着された他方のハード層の厚みであり、
Ｌは、前記曲率半径（Ｒ_１＋Ｒ_２）／２の曲率終了部分での、前記中間層に密着された一方のハード層に対する他方のハード層のずれ量であり、
τ_ｘｙは、前記中間層のせん断応力であり、
Ｇは、前記中間層のせん断弾性係数であり、
γ（＝２ε_ｘｙ）は、前記中間層のせん断ひずみであり、
ε_ｘｙは、歪みテンソルである。

【請求項5】

前記ずれ量Ｌが、前記フレキシブル積層体の端部での中間層を間に挟んで密着された一方のハード層に対する他方のハード層のずれ量と実質的に同じであることを特徴とする請求項４に記載のフレキシブル積層体。

【請求項6】

フレキシブル積層体を構成する前記中間層は、シリコーン系感圧接着剤、アクリル系感圧接着剤、およびウレタン系感圧接着剤からなる群より選択された少なくとも１種の接着剤で構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のフレキシブル積層体。

【請求項7】

前記中間層を構成する接着剤の剪断周波数１Ｈｚにおける損失係数ｔａｎδが、−４０℃〜１００℃の温度範囲において、０．２〜５．０の範囲にあることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のフレキシブル積層体。

【請求項8】

前記フレキシブル積層体の一端部に対し他端部を９０度以上、曲げることが可能である請求項１から７のいずれか一項に記載のフレキシブル積層体。

【請求項9】

前記中間層を間に挟んで密着されたハード層のうちの一方のハード層が、フレキシブルディスプレイ用発光層であり、かつ他方のハード層が、支持層、光学機能層、保護層、およびフレキシブルディスプレイ用透明電極層から選ばれた１種以上であることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のフレキシブル積層体。

【請求項10】

請求項９に記載のフレキシブル積層体を備えたことを特徴とするフレキシブルディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フレキシブル積層体及びそれを用いたフレキシブルディスプレイ、特にそのフレキシブル化と耐久性向上とを両立する機構に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、種々の電気電子機器にディスプレイが用いられている。ディスプレイはこれまで、曲がらない構造のディスプレイが一般的であったが、近年は、曲げることができる構造のフレキシブルディスプレイが注目されている。従来のフレキシブルディスプレイとしては、フレキシブル基板に、電極層、発光層、保護層を積層したものがある（例えば特許文献１）。このようなフレキシブルディスプレイによれば、画面を曲げることができるので、電気電子機器の携帯、収納が便利となる。非特許文献１にはフレキシブルＡＭＯＬＥＤ機器の一例として、バックアップ用基材層と、ＯＬＥＤ層などの発光層と、ＩＴＯ層などの電極層と、保護用基材層と、を順に備えたフレキシブル積層体が開示されている。具体的には、同文献のｐ．７ Figure 4にはフレキシブルディスプレイの概略構成が示されている。また、非特許文献２（例えば、同文献のｐ．１５）には、折り畳み可能なＡＭＯＬＥＤ機器において、折り曲げ時のフレキシブル積層体におけるニュートラルプレーンの概念が提示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−１５３７１１号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】“Information DISPLAY”, JANUARY/FEBRUARY 2015, VOL. 31, NO. 1 p.6-11, “Technologies for Flexible AMOLEDs”(Soonkwang Hong et al)

【非特許文献2】“Information DISPLAY”, JANUARY/FEBRUARY 2015, VOL. 31, NO. 1 p.12-16, “Foldable AMOLED Display Development:Progress and Challenges”(Jing-Yi Yan et al)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このようなフレキシブルディスプレイは消費者からのニーズにより、曲げる（bendable）、折畳める（foldable）、更には巻ける（rollable）機能を付与した、機能性・収納性の高い仕様が求められてきている。また、ディスプレイメーカについても、自社製品差別化のため、高フレキブル機能を、耐久性・コストと両立した上で安定に供給する必要が出てきている。

【0006】

しかしながら、この様なフレキシブル化を目指したディスプレイは、保護層・発光層・電極層等の複数のハード基材を積層化しているため、厚みが厚くなり曲げ難く、これゆえ強制的にコンパクトに曲げようとすると、接着力を上回る内部応力がかかり、剥離等して破損するため、実用化が困難であった。

【0007】

この様な内部応力に起因するフレキシブルディスプレイの破損を防ぐため、フレキシブルディスプレイの積層化基材間を、より強固に固定することも考えられる。

【0008】

しかしながら、積層化基材間を強固に固定しても、折り曲げ時に、曲げ応力が積層化基材の強度に達する、また積層化により曲げ応力が増大する等して、フレキシブルディスプレイが破損しやすいことに変わりなかった。従来は、その対策についても最もデリケートな発光層を積層化基材の中心部分に設置する程度で、有効な手段は無かった。

【0009】

本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、フレキシブル化と耐久性向上とを両立することができる、フレキシブル積層体及びそれを用いたフレキシブルディスプレイを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明者らが前記課題について鋭意検討をした結果、フレキシブルディスプレイの破損原因が、以下の点にあることを突き止めた。すなわち、フレキシブルディスプレイを曲げると、フレキシブル積層体の隣接するハード層間に応力の干渉が生じるので、ハード層が壊れやすくなる。ハード層が壊れると、フレキシブル積層体が壊れてしまう。また、ハード層間に応力の干渉が生じる原因は、一般的なフレキシブル積層体では、多層構造を有しているにもかかわらず、応力のかからないニュートラルプレーンが１つのみ存在するためであることもわかった。

【0011】

このようなフレキシブル積層体の破損を防ぐためには、密着させる２つのハード層の間に中間層を挟むことが非常に有効であることは公知である。しかし、このような破損原因についてさらに研究を進めたところ、中間層を間に挟んで２つのハード層を密着させたフレキシブル積層体を曲げた場合、中間層に密着された一方のハード層に対し他方のハード層が、積層面方向と平行な方向にずれること、つまり中間層により、一方のハード層と他方のハード層が互いに独立して曲がることにより、ハード層間での応力の干渉を大幅に低減することができるので、フレキシブルディスプレイの破損を大幅に防ぐことができるという知見に至った。

【0012】

そして、より確実に、複数のハード層が互いに独立して曲がるようにするためには、フレキシブル積層体内に応力のかからないニュートラルプレーンが複数、つまりハード層内にその数だけ存在するように、中間層を構成することが非常に重要であることを見出し、本発明を完成するに至った。

【0013】

すなわち、前記目的を達成するために本発明にかかるフレキシブル積層体は、１つ以上の中間層を間に挟んで２つのハード層が密着された積層構造を１単位として、該積層構造を１単位以上有している。ここで、中間層は、粘弾性を有しており、かつフレキシブル積層体を曲げた場合、中間層を間に挟んで密着されたハード層の内部のそれぞれに、ニュートラルプレーンが形成される。

【0014】

なお、非特許文献２では、積層体内部に一層のみのニュートラルプレーンが形成されており、複数のニュートラルプレーン、特に中間層にニュートラルプレーンを有さずに他の電極層等にニュートラルプレーンを形成させたフレキシブル積層体やその特性については、いかなる記載も示唆もなされていない。また、そのような概念は、当該技術分野を含むいかなる公知文献にも提示されていない。

【0015】

本発明にかかるフレキシブル積層体においては、フレキシブル積層体を曲げた場合、中間層の内部にニュートラルプレーンが形成されることなく、中間層を間に挟んで密着されたハード層の内部のそれぞれにニュートラルプレーンが形成さることが好適である。このようなフレキシブル構造は、前記積層構造１単位について、各々のハード層のヤング率Ｅ_Ｈ、中間層のヤング率Ｅ_Ｔ、ハード層の断面二次モーメントＩ_Ｈ、中間層の断面二次モーメントＩ_Ｈとしたとき、Ｅ_Ｈ＊Ｉ_Ｈの値をＥ_Ｔ＊Ｉ_Ｔの値の少なくとも１０倍以上に設計することにより、好適に実現することができる。

【0016】

本発明のフレキシブル積層体は、フレキシブル積層体を曲げた場合、ハード層の一方の境界面と他方の境界面との間で、応力のかからないニュートラルプレーンの位置が、移動することはあっても、ハード層の内部には、応力のかからないニュートラルプレーンが、必ず存在していることを特徴とするものであり、９０度〜１８０度の折り曲げ時であっても、中間層にニュートラルプレーンが形成されることがない。ここで、ニュートラルプレーンとは、平板状の基材の折り曲げ等の変形時において、該基材内において水平方向の力学的な応力がゼロとなる面のことである。本発明では、複数のハード層が互いに独立して曲がるようにするため、フレキシブル積層体を構成する各平板状部材（ハード層）の内部にニュートラルプレーンが存在するために、積層体を構成する層間の破壊、界面剥離等が発生することなく、フレキシブルディスプレイを形成した場合の破損を防止し、安定な一体型のフレキシブル積層体を形成することができる。

【0017】

また、本発明にかかるフレキシブル積層体においては、支持機構を備えることが好適である。ここで、支持機構は、フレキシブル積層体を曲げた場合、中間層を間に挟んで密着された一方のハード層に対し他方のハード層が、中間層を介して、実質的に積層面方向と平行な方向のみにずれるように、フレキシブル積層体を積層方向から挟持している。このような挟持構造は、特に限定されるものではなく、ハード層が積層方向に実質的に変形、移動しないものであれば、所望の構造をとり得るものであり、挟持箇所及び個数も限定されるものではない。

【0018】

本発明にかかるフレキシブル積層体においては、フレキシブル積層体を曲げた場合、フレキシブル積層体の端部に、段差が形成されることが好適である。ここで、段差は、中間層を間に挟んで密着された一方のハード層に対する他方のハード層のずれに対応する。

【0019】

本発明にかかるフレキシブル積層体においては、フレキシブル積層体を略Ｕ字状となるように一定の曲率半径で曲げた場合、中間層が下記関係式（１）〜（３）で示される関係を実質的に満たすように構成され、かつフレキシブル積層体を曲げた際の最大せん断ひずみ領域において、材料固有の破断ひずみが、下記関係式（５）で定義される最大せん断ひずみを超え、かつフレキシブル積層体を曲げた際の最大せん断ひずみ領域において、材料固有の破断せん断応力が下記関係式（４）で定義される最大せん断応力を超えることが好適である。すなわち、本発明にかかるフレキシブル積層体においては、関係式（１）〜（３）で示される構造上の構成を有し、かつ、中間層を構成する材料固有の物理的性質が、関係式（４）および関係式（５）により与えられる物性の下限値を超えるもの、すなわち、中間層（材質）を採用することが好ましいものである。かかる構造上および材質上の条件を充足することで、本願発明の目的は好適に達成可能である。

【0020】

Ｒ_１θ_１＝Ｒ_２θ_２・・・（１）
Ｒ_２−Ｒ_１＝ｔ＋（ｈ_１＋ｈ_２）／２・・・（２）
Ｌ＝（θ_１−θ_２）（Ｒ_１＋Ｒ_２）／２・・・（３）
τ_ｘｙ＝Ｇ＊Ｌ／ｔ・・・（４）
γ（＝２ε_ｘｙ）＝Ｌ／ｔ・・・（５）

【0021】

ただし、上記関係式（１）〜（５）において、Ｒ_１は、中間層に密着された一方のハード層の厚み方向中央の曲げ半径である。Ｒ_２は、中間層に密着された他方のハード層の厚み方向中央の曲げ半径である。θ_１は、中間層に密着された一方のハード層の厚み方向中央の曲げ角度である。θ_２は、中間層に密着された他方のハード層の厚み方向中央の曲げ角度である。ｔは、中間層の厚みである。ｈ_１は、中間層に密着された一方のハード層の厚みである。ｈ_２は、中間層に密着された他方のハード層の厚みである。Ｌは、曲率半径（Ｒ_１＋Ｒ_２）／２の曲率終了部分での、中間層に密着された一方のハード層に対する他方のハード層のずれ量である。τ_ｘｙは、中間層のせん断応力である。Ｇは、中間層のせん断弾性係数である。γ（＝２ε_ｘｙ）は、中間層のせん断ひずみである。ε_ｘｙは歪みテンソルである。

【0022】

本発明にかかるフレキシブル積層体においては、曲率半径（Ｒ_１＋Ｒ_２）／２の曲率終了部分での一方のハード層に対する他方のハード層のずれ量Ｌが、フレキシブル積層体の端部での一方のハード層に対する他方のハード層のずれ量と実質的に同じであることが好適である。ここで、ずれ量が実質的に同じであるとは、ずれ量の相違が５％以内、好適には１％以内であり、ずれ量の相違が０．５％以内であることが最も好適である。

【0023】

本発明にかかるフレキシブル積層体においては、中間層が、シリコーン系感圧接着剤、アクリル系感圧接着剤、およびウレタン系感圧接着剤からなる群より選択された少なくとも１種の接着剤で構成されていることが好適である。なお、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することができる。しかしながら、優れた耐熱・耐寒性および耐久性の点ではシリコーン系感圧接着剤がより好ましく、優れた透明性の点ではシリコーン系感圧接着剤がより好ましい。

【0024】

本発明にかかるフレキシブル積層体においては、前記中間層を構成する接着剤について、−４０℃〜１００℃の温度範囲内、特に、−２０℃〜８５℃の温度範囲内における剪断周波数１Ｈｚにおける損失係数ｔａｎδが０．２〜５．０の範囲にある接着剤層を用いることが、特に好ましい。すなわち、接着剤層の剪断周波数１Ｈｚにおける損失係数ｔａｎδが０．２未満の場合には粘着性が発現しづらく、接着剤層の剪断周波数１Ｈｚにおける損失係数ｔａｎδが５．０を超える場合は構造の保持能が保てなくなるからである。ここで、損失係数はＡｎｔｏｎ Ｐａａｒ社製粘弾性測定装置等の装置により、接着剤単独で測定することができる。なお、接着剤層を構成する接着剤の損失係数ｔａｎδとは、途工／途布または成型前の接着剤組成物が液状または半硬化状態である場合、フレキシブル積層体の部材として硬化させた接着剤（硬化物）について測定される値である。

【0025】

本発明にかかるフレキシブル積層体においては、フレキシブル積層体の一端部に対し他端部を９０度以上、曲げることが可能であることが好適である。

【0026】

本発明にかかるフレキシブル積層体においては、中間層を間に挟んで密着されたハード層のうちの一方のハード層がフレキシブルディスプレイ用発光層であり、かつ他方のハード層が支持層、光学機能層、保護層、およびフレキシブルディスプレイ用透明電極層から選ばれた１種以上であることが好適である。

【0027】

また、前記目的を達成するために本発明にかかるフレキシブルディスプレイは、本発明にかかるフレキシブル積層体を備えており、中間層を間に挟んで密着されたハード層のうちの一方のハード層が発光層であり、かつ他方のハード層が支持層、光学機能層、保護層および透明電極層から選ばれる１種以上であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0028】

本発明にかかるフレキシブル積層体によれば、フレキシブル積層体を曲げた場合に、粘弾性を有する中間層により、ハード層の内部のそれぞれにニュートラルプレーンが形成されるので、フレキシブル積層体を曲げても、フレキシブル積層体の破損を大幅に低減することができる。

【0029】

本発明においては、フレキシブル積層体を曲げた場合、中間層の内部にニュートラルプレーンが形成されることなく、中間層に密着されたハード層の内部のそれぞれにニュートラルプレーンが形成されることにより、フレキシブル積層体のフレキシブル化と耐久性向上との両立を、より確実に図ることができる。このようなフレキシブル積層体は、１つの中間層を間に挟んで２つのハード層が密着された積層構造を１単位としたとき、前記積層構造１単位について、各々のハード層のヤング率Ｅ_Ｈ、中間層のヤング率Ｅ_Ｔ、ハード層の断面二次モーメントＩ_Ｈ、中間層の断面二次モーメントＩ_Ｈとしたとき、Ｅ_Ｈ＊Ｉ_Ｈの値がＥ_Ｔ＊Ｉ_Ｔの値の少なくとも１０倍以上である場合に好適に実現可能である。

【0030】

本発明においては、中間層を間に挟んで密着された一方のハード層に対し他方のハード層が積層面方向と実質的に平行な方向のみにずれるように、支持機構によりフレキシブル積層体を支持することにより、フレキシブル積層体のフレキシブル化と耐久性向上との両立を、より確実に図ることができる。

【0031】

本発明においては、上記関係式（１）〜（３）で示される関係を実質的に満たすように中間層を構成し、かつ積層体を曲げた際の最大せん断ひずみ領域において、材料固有の破断せん断応力が上記関係式（４）で定義される最大せん断応力を超えており、かつ積層体を曲げた際の最大せん断ひずみ領域において、材料固有の破断ひずみが、上記関係式（５）で定義される最大せん断ひずみを超えるように設計することにより、フレキシブル積層体のフレキシブル化と耐久性向上との両立を、確実に図ることができる。特に、曲率半径Ｒの曲率終了部分での一方のハード層に対する他方のハード層のずれ量Ｌが、フレキシブル積層体の端部での一方のハード層に対する他方のハード層のずれ量と実質的に同じとなるように構成することにより、フレキシブル積層体のフレキシブル化と耐久性向上との両立を、より確実に図ることができる。

【0032】

本発明においては、シリコーン系感圧接着剤、アクリル系感圧接着剤、およびウレタン系感圧接着剤からなる群より選択された少なくとも１種の接着剤で中間層を構成することにより、フレキシブル積層体のフレキシブル化と耐久性向上との両立を、より確実に図ることができる。このような接着剤の剪断周波数１Ｈｚにおける損失係数ｔａｎδは０．２〜５．０の範囲にあることがより好適である。このような損失係数は、接着剤単独で、公知の測定手段を用いて容易に測定できることから、フレキシブル積層体の設計上、極めて有用である。具体的には、ＭＣＲ３０１粘弾性測定装置（Ａｎｔｏｎ Ｐａａｒ社製）により損失係数ｔａｎδを測定してよく、測定条件は、直径８ｍｍ厚み１ｍｍの円盤状の試料を用い、８ｍｍパラレルプレート、周波数１Ｈｚ、ひずみ０．１％、昇温速度３°Ｃ／ｍｉｎで、使用温度である−４０℃から１００℃の範囲であってよい。ここで、使用温度はフレキシブル積層体の使用温度であって、一般に寒冷地域から高温条件を含め−４０℃〜１００℃の温度範囲にあるが、フレキシブル積層体がタッチパネルを含むフレキシブルディスプレイ等であることを考慮すると、概ね−２０℃〜８５℃の温度範囲を使用温度として、接着剤層を構成する接着剤の損失係数ｔａｎδは、当該温度範囲内において０．２〜５．０の範囲にあることが、本発明を実用する上でより好ましい形態である。なお、接着剤層を構成する接着剤の損失係数ｔａｎδとは、途工／途布または成型前の接着剤組成物が液状または半硬化状態である場合、フレキシブル積層体の部材として硬化させた接着剤（硬化物）について測定される値である。

【0033】

本発明においては、中間層を間に挟んで密着された一方のハード層をフレキシブルディスプレイ用発光層とし、かつ他方のハード層を支持層、光学機能層、保護層、およびフレキシブルディスプレイ用透明電極層から選ばれた１種以上とすることにより、フレキシブルディスプレイに、優れたフレキシブル性および耐久性を付与することができる。

【0034】

また、前記目的を達成するために本発明にかかるフレキシブルディスプレイは、本発明にかかるフレキシブル積層体を備えることとしたので、フレキシブルディスプレイの更なるフレキシブル化と耐久性の更なる向上とを両立することができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本発明の一実施形態にかかるフレキシブル積層体を用いたフレキシブルディスプレイの概略構成の説明図である。

【図2】図１に示したフレキシブル積層体の曲げた状態を示す説明図である。

【図3】本発明の一実施形態にかかるフレキシブル積層体の作用の説明図である。

【図4】図３に示したフレキシブル積層体の部分図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。図１には本発明の一実施形態にかかるフレキシブル積層体を用いたフレキシブルディスプレイの概略構成が示されている。なお、同図では、本実施形態にかかるフレキシブルディスプレイのフラット状態を示している。

【0037】

同図に示すフレキシブルディスプレイ１０は、フレキシブル構造を有するフレキシブル積層体１２を備える。フレキシブル積層体１２において、１４，１６，１８，２０がハード層であり、これらにはバックアップ用基材層、ＯＬＥＤ層などの発光層、ＩＴＯ層などの無機層、保護用基材層などが含まれる。

【0038】

本発明において特徴的なことは、粘弾性を有する１つ以上の中間層を間に挟んで２つのハード層が密着された積層構造を１単位として、該積層構造を１単位以上有しており、フレキシブル積層体を曲げた場合、中間層を間に挟んで密着されたハード層の内部のそれぞれにニュートラルプレーンが形成されることにある。このような機械的特徴は、フレキシブル積層体を曲げた場合に、中間層の内部にニュートラルプレーンが形成されることなく、中間層を間に挟んで密着されたハード層の内部のそれぞれにニュートラルプレーンが形成されると説明することも可能であり、そのような構造は、積層構造１単位について、各々のハード層のヤング率Ｅ_Ｈ、中間層のヤング率Ｅ_Ｔ、ハード層の断面二次モーメントＩ_Ｈ、中間層の断面二次モーメントＩ_Ｈとしたとき、Ｅ_Ｈ＊Ｉ_Ｈの値がＥ_Ｔ＊Ｉ_Ｔの値の少なくとも１０倍以上であり、好適には１５倍以上、より好適には２０倍以上とするハード層の基材および中間層を選択することでより好適に実現可能である。フレキシブル積層体が、複数の積層構造１単位を有する（すなわち、４層以上の積層体）の場合には、積層体を構成する各積層構造単位について、Ｅ_Ｈ＊Ｉ_Ｈの値がＥ_Ｔ＊Ｉ_Ｔの値の少なくとも１０倍以上であることが好ましい。なお、Ｅ_Ｈ＊Ｉ_Ｈの値がＥ_Ｔ＊Ｉ_Ｔの値に近いと（詳細には、１０倍未満）であると、該積層構造単位中の積層体のハード層と中間層が一体に近い挙動を示す傾向が強まり、折り曲げ時に中間層の内部にニュートラルプレーンが形成され、フレキシブル積層体全体の破損・界面の剥離等が生じる場合がある。

【0039】

このために本実施形態においては、本発明の積層構造を３単位有しており、つまり第一の積層構造と、第二の積層構造と、第三の積層構造と、を備えており、４つのニュートラルプレーンを形成している。すなわち、同図に示すフレキシブル積層体１２では、第一の積層構造として、ハード層１４とハード層１６とが中間層２２を間に挟んで密着されている。第二の積層構造として、ハード層１６とハード層１８とが中間層２４を間に挟んで密着されている。第三の積層構造として、ハード層１８とハード層２０とが中間層２６を間に挟んで密着されている。

【0040】

本発明において、中間層は、シリコーン系感圧接着剤、アクリル系感圧接着剤、およびウレタン系感圧接着剤からなる群より選択された少なくとも１種の接着剤で構成することができるが、本実施形態では、優れた透明性を有しており、かつ本発明の中間層としても優れたシリコーン系感圧接着剤（ＰＳＡ）で中間層２２、２４、２６を構成している。本実施形態においては、フレキシブル積層体１２に、シリコーン系感圧接着剤で構成された中間層２２、２４、２６を設けることにより、フレキシブル積層体１２内に、４つのニュートラルプレーンを形成している。

【0041】

以下、ニュートラルプレーンについて、図２を参照しつつ、より具体的に説明する。図２には、図１に示したフレキシブル積層体１２を曲げた状態が示されている。本実施形態においては、中間層２２が、ハード層１４内にニュートラルプレーン３０を形成しており、かつハード層１６内にニュートラルプレーン３２を形成している。中間層２４は、ハード層１６内にニュートラルプレーン３２を形成しており、かつハード層１８内にニュートラルプレーン３４を形成している。中間層２６は、ハード層１８内にニュートラルプレーン３４を形成しており、かつハード層２０内にニュートラルプレーン３６を形成している。

【0042】

このため、本実施形態によれば、フレキシブルディスプレイを破損することなく、フレキシブルディスプレイの一端部に対し他端部を９０度以上、曲げられる。例えば、同図に示されるように、フレキシブル積層体１２の一端部１２ａに対し他端部１２ｂを１８０度曲げても、フレキシブルディスプレイの破損を大幅に低減することができる。すなわち、同図に示されるように、フレキシブル積層体１２を曲げると、中間層を間に挟んで密着された一方のハード層と他方のハード層との間に、積層面方向と実質的に平行な方向にずれを生じさせている。なお、実質的に平行な方向とは、理想的には積層方向への変形や移動がまったく生じないか、生じたとしても極めて軽微であり、中間層の厚みを考慮して無視できる程度に留まっていることを意味する。

【0043】

本実施形態においては、フレキシブル積層体１２の一端部１２ａでは、中間層２２により、ハード層１４の一端部１４ａに対しハード層１６の一端部１６ａが、図中、上方（積層面方向に平行な方向）にずれている。フレキシブル積層体１２の他端部１２ｂでも、中間層２２により、ハード層１４の他端部１４ｂに対しハード層１６の他端部１６ｂが、図中、上方にずれている。

【0044】

フレキシブル積層体１２の一端部１２ａでは、中間層２４により、ハード層１６の一端部１６ａに対しハード層１８の一端部１８ａが図中、上方にずれている。フレキシブル積層体１２の他端部１２ｂでも、中間層２４により、ハード層１６の他端部１６ｂに対しハード層１８の他端部１８ｂが、図中、上方にずれている。

【0045】

フレキシブル積層体１２の一端部１２ａでは、中間層２６により、ハード層１８の一端部１８ａに対しハード層２０の一端部２０ａが、図中、上方にずれている。フレキシブル積層体１２の他端部１２ｂでも、中間層２６により、ハード層１８の他端部１８ｂに対しハード層２０の他端部２０ｂが、図中、上方にずれている。

【0046】

したがって、本実施形態にかかるフレキシブル積層体１２のように、全てのハード層内にニュートラルプレーンが形成されている場合、ハード層１４の一端部１４ａ（フレキシブル積層体１２の一方の末端部）と他端部１４ｂ（フレキシブル積層体１２の他方の末端部）とを、同じ水平面上に位置させた場合、フレキシブル積層体１２の一端部１２ａでは、ハード層１４の一端部１４ａから、ハード層１６の一端部１６ａ、ハード層１８の一端部１８ａ、ハード層２０の一端部２０ａにかけて、連続的な段差が形成されているのを観察することができる。フレキシブル積層体１２の他端部１２ｂでも、ハード層１４の他端部１４ｂから、ハード層１６の他端部１６ｂ、ハード層１８の他端部１８ｂ、ハード層２０の他端部２０ｂにかけて、連続的な段差が形成されているのを観察することができる。

【0047】

これに対し、一般的なフレキシブル積層体では、１つのニュートラルプレーンが、複数のハード層のうちの１つのハード層のみに形成されているので、フレキシブル積層体の端面が面一であり、一般的なフレキシブル積層体の端面で図２に示されるような段差を観察することはできない。

【0048】

このように、本実施形態では、フレキシブル積層体１２を構成する全てのハード層に、ニュートラルプレーンが存在している。つまり、ハード層１４に、ニュートラルプレーン３０が形成されている。ハード層１６に、ニュートラルプレーン３２が形成されている。ハード層１８に、ニュートラルプレーン３４が形成されている。ハード層２０に、ニュートラルプレーン３６が形成されている。

【0049】

このため、本実施形態では、ハード層間での力の干渉を防ぐことができる。すなわち、本実施形態では、中間層２２により、ハード層１４とハード層１６との間での力の干渉を防ぐことができる。中間層２４により、ハード層１６とハード層１８との間での力の干渉を防ぐことができる。中間層２６により、ハード層１８とハード層２０との間での力の干渉を防ぐことができる。本実施形態では、各ハード層間での力の干渉を防ぐことができるので、フレキシブル積層体１２をコンパクトに曲げても、フレキシブル積層体１２の破損を大幅に低減することができる。

【0050】

なお、本実施形態においては、フレキシブル積層体を曲げた場合、中間層を間に挟んで密着された一方のハード層に対し他方のハード層が、積層面方向と実質的に平行な方向のみに、スムースにずれるようにするため、以下の支持機構を備えることも非常に重要である。

【0051】

以下、前記支持機構について、図３を参照しつつ、より具体的に説明する。同図では、フレキシブル積層体１２がＵ字状を形成するように、フレキシブル積層体１２を曲げた場合、フレキシブル積層体１２には、曲率部分４０、４２と、直線部分４４、４６と、が形成されている。

【0052】

本実施形態においては、本発明の支持機構として、図３に示されるような支持手段５０、５２、５４、５６、５８、６０、６２、６４、６６、６８を備えている。すなわち、フレキシブル積層体１２の中間部分１２ｃを間に挟んで支持手段５０、５２が対向配置されている。支持手段５０、５２は、フレキシブル積層体１２の中間部分１２ｃで、ハード層が積層方向に移動しないように、フレキシブル積層体１２の中間部分１２ｃを挟持している。

【0053】

同図では、フレキシブル積層体１２の一方の曲率終了部分１２ｄ（曲率部分４０と直線部分４４との境界部分）を間に挟んで、支持手段５４、５６が対向配置されている。支持手段５４、５６は、フレキシブル積層体１２の一方の曲率終了部分１２ｄで、各ハード層が積層方向にずれることなく、積層面方向と実質的に平行な方向にずれるように、フレキシブル積層体１２の一方の曲率終了部分１２ｄを挟持している。

【0054】

同図では、フレキシブル積層体１２の他方の曲率終了部分１２ｅ（曲率部分４２と直線部分４６との境界部分）を間に挟んで、支持手段５８、６０が対向配置されている。支持手段５８、６０は、フレキシブル積層体１２の他方の曲率終了部分１２ｅで、各ハード層が、積層方向にずれることなく、積層面方向と実質的に平行な方向にずれるように、フレキシブル積層体１２の他方の曲率終了部分１２ｅを挟持している。

【0055】

フレキシブル積層体１２の一端部１２ａの近くでは、フレキシブル積層体１２を構成する各ハード層が、積層方向にずれることなく、積層面方向と実質的に平行な方向にずれるように、支持手段６２、６４がフレキシブル積層体１２を積層方向から挟持している。本実施形態においては、支持手段６２、６４が、フレキシブル積層体１２の一端部１２ａでのずれを、拘束することなく、フリーとしている。このため、フレキシブル積層体１２の一方の曲率終了部分１２ｄでのずれは、その状態が、直線部分４４でも保持されたまま、フレキシブル積層体１２の一端部１２ａで、実質的に同様のずれとなって現れる。ここで、実質的に同様のずれとは、図に示したように、ずれ量である長さがほぼ等しいことを意味するものであり、該長さの相違が５％以内、好適には１％以内であり、相違が０．５％以内であることが最も好適である。

【0056】

フレキシブル積層体１２の他端部１２ｂの近くでは、支持手段６６、６８が、フレキシブル積層体１２を構成する各ハード層が、積層方向にずれることなく、積層面方向と平行な方向にずれるように、フレキシブル積層体１２を積層方向から挟持している。本実施形態においては、支持手段６６、６８が、フレキシブル積層体１２の他端部１２ｂでのずれを、拘束することなく、フリーとしている。このため、フレキシブル積層体１２の他方の曲率終了部分１２ｅでのずれは、その状態が、直線部分４６でも保持されたまま、フレキシブル積層体１２の他端部１２ｂにて、実質的に同様のずれとなって現れる。

【0057】

このように、支持機構により、フレキシブル積層体１２を支持する一方、フレキシブル積層体１２の一端部１２ａでのずれ及び他端部１２ｂでのずれを許容し、フリーとすることにより、全てのハード層にニュートラルプレーンを確実に形成することができる。

【0058】

本実施形態においては、フレキシブル積層体１２の曲率終了部分１２ｄ、１２ｅでのひずみの状態を、フレキシブル積層体１２の端部１２ａ、１２ｂでも、確実に保持するため、以下の点を考慮することも、非常に重要である。

【0059】

最大せん断ひずみ領域（曲率終了部分１２ｄ、１２ｅ）で、中間層の破断ひずみは、最大せん断ひずみを超えることが好ましい。

【0060】

最大せん断ひずみ領域（曲率終了部分１２ｄ、１２ｅ）で、中間層の破断せん断応力は、最大せん断応力を超えることが好ましい。

【0061】

最大せん断ひずみ領域（曲率終了部分１２ｄ、１２ｅ）で、ハード層の耐久力は、最大せん断応力τ_{ｘｙ（ｍａｘ）}＊Ｓを超えることが好ましい。ただし、Ｓは、直線部分４４（４６）の長さである。

【0062】

最大せん断ひずみ領域（曲率終了部分１２ｄ、１２ｅ）で、τ_{ｘｙ（ｍａｘ）}＊Ｓは、ハード層および中間層の座屈力Ｆよりも小さいことが好ましい。

【0063】

フレキシブル積層体１２の最上層（例えば、前記図１中、ハード層２０）のせん断ひずみ／せん断応力と、最下層（例えば、前記図１中、ハード層１４）のせん断ひずみ／せん断応力とは、バランスを保つため、同じ値とすることが好ましい。

【0064】

本実施形態のように、多層化された中間層は、多機能、例えば熱安定性能、伸張性能を有することも好ましい。

【0065】

本実施形態では、フレキシブル積層体を折り曲げた場合に、各ハード層がニュートラルプレーンを確実に有しており、ハード層間に応力の干渉は生じていないと仮定できるので、以下の数学モデルを用いて、ハード層間のずれを計算し、各ハード層の間に挟まれた中間層のせん断ひずみも容易に計算することができる。

【0066】

以下、前記数学モデルについて、具体的に説明する。なお、本実施形態では、説明を簡略化するため、図４（Ａ）に示されるような、中間層３０を間に挟んで密着されたハード層（一方のハード層）１４及びハード層（他方のハード層）１６を用いて説明する。同図（Ｂ）は、前記図３に示したフレキシブル積層体１２の全体を示したものではなく、つまり曲率部分４０、４２のみを示しており、直線部分４４、４６を省略している。

【0067】

同図（Ｃ）中、左方に示された、ずれの状態は、前記図３に示されたフレキシブル積層体１２の一端部１２ａに形成されたずれの状態をそのまま保持して、曲率部分４０へ平行移動したものである。同図（Ｃ）中、右方に示された、ずれの状態は、前記図３に示されたフレキシブル積層体１２の他端部１２ｂに形成されたずれの状態をそのまま保持して、曲率部分４２へ平行移動したものである。このような説明が可能な理由は、本実施形態にかかるフレキシブル積層体によれば、曲率半径Ｒの曲率終了部分での、中間層に密着された一方のハード層に対する他方のハード層のずれ量Ｌが、フレキシブル積層体の端部での、中間層に密着された一方のハード層に対する他方のハード層のずれ量と実質的に同じであるからである。なお、ずれ量が実質的に同じ、という用語の意味は前述のとおりである。

【0068】

同図（Ａ）に示されるようなフラット状態のフレキシブル積層体１２が、同図（Ｂ）に示されるように略Ｕ字状となるように、フレキシブル積層体１２を曲率半径Ｒで曲げた場合、フレキシブル積層体１２の端部では、同図（Ｃ）に示されるような変形が生じる。すなわち、同図（Ｃ）に示されるように、ハード層１４の一端部１４ａに対しハード層１６の一端部１６ａが、図中上方に、ずれ量Ｌだけずれている。同様に、ハード層１４の他端部１４ｂに対しハード層１６の他端部１６ｂも、上方にずれている。

【0069】

ここで、中間層２２は、下記関係式（６）〜（８）を満たすように構成され、かつ積層体を曲げた際の最大せん断ひずみ領域において、材料固有の破断ひずみが、関係式（１０）で定義される最大せん断ひずみを超え、かつ積層体を曲げた際の最大せん断ひずみ領域において、材料固有の破断せん断応力が関係式（９）で定義される最大せん断応力を超えるように設計されている。

【0070】

Ｒ_１θ_１＝Ｒ_２θ_２・・・（６）
Ｒ_２−Ｒ_１＝ｔ＋（ｈ_１＋ｈ_２）／２・・・（７）
Ｌ＝（θ_１−θ_２）（Ｒ_１＋Ｒ_２）／２・・・（８）
τ_ｘｙ＝Ｇ＊Ｌ／ｔ・・・（９）
γ（＝２ε_ｘｙ）＝Ｌ／ｔ・・・（１０）

【0071】

ただし、上記関係式（６）〜（１０）において、Ｒ_１は、ハード層（一方のハード層）１４の厚み方向中央位置での曲げ半径である。Ｒ_２は、ハード層（他方のハード層）１６の厚み方向中央位置での曲げ半径である。θ_１は、ハード層（一方のハード層）１４の曲げ角度である。θ_２は、ハード層（他方のハード層）１６の曲げ角度である。ｔは、中間層２２の厚みである。ｈ_１は、ハード層（一方のハード層）１４の厚みである。ｈ_２は、ハード層（他方のハード層）１６の厚みである。Ｌは、曲率半径Ｒの曲率終了部分（フレキシブル積層体１２の端部）での、ハード層（一方のハード層）１４に対するハード層（他方のハード層）１６のずれ量である。τ_ｘｙは、中間層２２のせん断応力である。Ｇは、中間層２２のせん断弾性係数である。γ（＝２ε_ｘｙ）は、中間層２２のせん断ひずみである。ε_ｘｙは、歪みテンソルである。

【0072】

本実施形態にかかるフレキシブル積層体によれば、全てのハード層内に応力のかからないニュートラルプレーンが存在しているので、本実施形態にかかるフレキシブル積層体において非常に重要な意味を持つ中間層のせん断ひずみを、上記した厚み、曲げ半径、曲げ角度、及びずれ量などの情報から、シンプルな計算で求め、かつ、基材の物性に合わせて上記の関係を充足する構造を設計することができる。これにより、本実施形態では、中間層の設計が、より簡単に行える。

【0073】

なお、前記計算では、中間層２２を間に挟んで密着されたハード層１４及びハード層１６を例に説明したが、中間層２４を間に挟んで密着されたハード層１６及びハード層１８に適用することも好ましく、中間層２６を間に挟んで密着されたハード層１８及びハード層２０に適用することも好ましい。

【0074】

以上説明したように本実施形態にかかるフレキシブルディスプレイによれば、本実施形態にかかるフレキシブル積層体を用いることとしたので、フレキシブルディスプレイをよりコンパクトに曲げても、フレキシブルディスプレイの破損を大幅に低減することができる。したがって、本実施形態にかかるフレキシブルディスプレイによれば、従来極めて困難であった、フレキシブル化と耐久性向上との両立を、確実に図ることができる。

【0075】

なお、本発明のフレキシブル積層体、及びフレキシブルディスプレイは、前記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。たとえば、前記実施形態では、本発明の積層構造の単位を３単位としたが、本発明の積層構造の単位は、３単位に限定されるものではなく、１単位、２単位、または４単位以上とすることが可能である。また、前記実施形態では、本発明のフレキシブル積層体を、フレキシブルディスプレイに用いた例について説明したが、フレキシブル積層体を必要としている、フレキシブルディスプレイ以外のものに用いることもできる。また、本発明のフレキシブルディスプレイは、本実施形態にかかるフレキシブル積層体以外の層を含むことができる。このようなフレキシブル積層体の製造例は特に限定されるものではなく、蒸着や圧着等、公知の手段を用いて製造することができるが、特に前記の接着剤で中間層を構成する場合には、（１）接着層として前記接着剤を必要に応じて硬化乃至半硬化させてフィルム状に成型して、層間に付着または圧着させる方法、（２）液状乃至半硬化状態の接着剤組成物を層間にフィルム状に塗布／塗工して、積層体の一部または全部を加熱等することにより層間に接着層を形成させる方法、（３）半硬化状態の接着剤組成物を層間に付着または圧着させ、さらに積層体の一部または全部を加熱等することにより層間に接着層を形成させる方法などが例示される。ただし、接着剤を中間層とするフレキシブル積層体の製造方法はこれらに限定されるものではなく、公知の積層体の製造工程を所望により採用してもよい。

【符号の説明】

【0076】

１０ フレキシブルディスプレイ
１２ フレキシブル積層体
１４ ハード層
１６ ハード層
１８ ハード層
２０ ハード層
２２、２４、２６ 中間層
３０、３２、３４、３６ 折り曲げ時に形成されたニュートラルプレーン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】