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フレキシブルエレクトロニクス用
高性能フレキシブル基板の開発
芝浦工業大学
工学部 応用化学科
教授 大石知司
背景
フレキシブルエレクトロニクス
薄い・軽い・曲げられる
Fig.1: Flexible plastic LCD
ディスプレイ(LCD,有機EL)・照明
太陽電池・電子ペーパー
大きな発展が期待
市場規模：2012年 94億6000万 米ドル
2022年 632億8000万 米ドル
技術課題
（株）グローバルインフォメーション調査資料
① 柔軟性,ガスバリア性,透明性を持つ基板開発
② 簡便なプロセス技術
現在の基板材料
有機材料
無機材料（ガラス）
＜長所＞
＜長所＞
・柔軟性に優れる
＜短所＞
・ガスバリア性に優れる
・耐熱性に優れる
・耐熱性に乏しい
・低ガスバリア性
＜短所＞
・脆く、割れやすい
ガスバリア性、柔軟性に優れた基板材料
フレキシブル基板の新材料設計概念
超薄板ガラスと高耐熱性,高透明性を有す
TACフィルムの複合化
有機フィルム-TAC
接着層TMOS-DAC
超薄板ガラス
接着層TMOS-DAC
有機フィルム-TAC
超薄板ガラス
70μm
TAC film
Fig2:フレキシブル基板断面模式図
期待される特徴
・ ガラス基板による高ガスバリア性
・ 有機材料によりガラス基板の脆さの補強
とフレキシブル性の向上
接着層-有機無機ハイブリッド樹脂
有機-無機ハイブリッド
Diacetylecellulose
TAC film
OCOCH3
HO
OCOCH3
H3COCO
O
O
O
OCOCH3
O
OH
高親和性
n
OCOCH3
HO
ゾルゲル法
O
重縮合反応
TMOS
O C H3
3HCO
S i O C H3
O CH3
n
O
化学結合
O
Si
O
O
O
Si
O
n
O
O
Si
O
O
高密着性
O Si O Si O Si O
超薄板ガラス
フレキシブル基板の作製
TMOS-DAC樹脂合成
TMOS/dioxane
積層プロセス概略
1) 超薄板ガラス上に接着溶液塗布
HCl/dioxane
H2O/dioxane
60 ℃2 hours stirring
DAC/dioxane
60 ℃2 hours stirring
2) TACフィルムを重ね、溶液押し出し
cyclohexanone
基板作製
アプリケーターによるTAC film積層
80℃ 10min prebake
100℃ 30min 乾燥機
有機無機ハイブリッド
フレキシブル 基板
3) 裏面にもフィルムを重ね、サンドイッチ
フレキシブル基板の透明性,密着性
Transmittance / %
100
高密着性
25
80
20
60
15
40
10
全剥離
20
5
0
0
300
400
500
600
700
Wavelength / nm
800
DAC単体 TMOS-DAC TMOS-DAC
対ガラス 対TAC film
対ガラス
作製したフレキシブル基板は高透明性・高密着性
フレキシブル基板のフレキシブル性試験法
ひねり強度試験
曲率限界半径試験
基板をアームに固定
基板を円筒に挿入後、丸める
r
基板が割れた円筒半径を測定
片腕を回転し、
基板の割れた角度を測定
20
強
18.0 mm
15
ひねり強度試験
曲率限界半径試験
70
60
15.2 mm
14.3 mm
50
12.7 mm
10.8 mm
10
柔軟性
回転角度/°
柔軟性
曲率限界半径/mm
弱
フレキシブル基板のフレキシブル性試験
46.0 °47.3 °
43.8 °
38.0 °
40
30
20
5
17.2 °
超薄板ガラス70μm
0
ガラス 40μm 60μm80μm 100μm
単体
積層TAC フィルム厚
超薄板ガラス70μm
弱
強
10
0
ガラス 40μm 60μm 80μm100μm
単体
積層TAC フィルム厚
Film厚の増加に伴い、柔軟性向上
フレキシブル基板の断面構造
基板断面図
TAC/ハイブリッド層
40μm
超薄板ガラス
70μm
TAC/ハイブリッド層
40μm
接着樹脂によりガラス基板とTAC filmは良好に密着
ハイブリッド樹脂とTAC filmの一体化が示唆
フレキシブル基板のまとめ
密着性試験
0/25
25/25
（DAC単体膜）
（ハイブリッド膜）
ひねり強度
17.2°
（70μmガラス）
47.3°
（100 μm film）
曲率限界半径
作製したハイブリッド基板
18.0 mm
（70μmガラス）
10.8 mm
（100 μm film）
ガスバリア性・透明性・フレキシブル性
に優れた基板の開発に成功
新技術の特徴・従来技術との比較
新技術の特徴
・高ガスバリア性（気体透過度H2O,O2： ~0）
・高透明性（透過率90％、400-800nm）
・高フレキシブル性（曲げ強度、ひねり強度）
・塗布、張り合わせによる簡便な作製法
従来技術
有機フィルム上への無機薄膜形成
高真空設備
スパッタ法
高コスト化
低ガスバリア
真空蒸着法
多層膜形成
実用化に向けての課題と企業への期待
・ フレキシブル基板の生産技術の確立
・ 接着剤の合成法の確立
・ 合成技術、塗布技術、フィルム接合技術を
持つ企業との共同研究を希望。
・ フレキシブルエレクトロニクス用部材を
開発中の企業、またフレキシブルエレクト
ロニクス分野への展開を考えている企業
には、本技術の導入が有効と考えられる。
本技術に関する知的財産権
・ 発明の名称： 接着剤及び積層体並びに
これらの製造方法
・ 出願番号： PCT/JP2013/0890938
台湾102142834
・ 出願人： 芝浦工業大学
・ 発明者：大石 知司
お問い合わせ先
芝浦工業大学：産学官連携・研究支援課
産学官連携コーディネーター：吉田 晃
TEL: 03-5859-7180
FAX: 03-5859-7181
E-mail: [email protected]