CN105229436A - 按压检测装置及触控面板 - Google Patents
按压检测装置及触控面板 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105229436A CN105229436A CN201480026467.1A CN201480026467A CN105229436A CN 105229436 A CN105229436 A CN 105229436A CN 201480026467 A CN201480026467 A CN 201480026467A CN 105229436 A CN105229436 A CN 105229436A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- piezoelectric
- detection device
- polymer material
- polymer
- stabilizer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
- G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
- G06F3/04142—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position the force sensing means being located peripherally, e.g. disposed at the corners or at the side of a touch sensing plate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L67/04—Polyesters derived from hydroxycarboxylic acids, e.g. lactones
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/16—Measuring force or stress, in general using properties of piezoelectric devices
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
- H10N30/857—Macromolecular compositions
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
- G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
- G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供一种按压检测装置,其具有被加压构件和压电构件,所述被加压构件具有接触面,所述接触面通过与加压机构接触而被施加压力,所述压电构件与上述被加压构件相向配置,且包含高分子压电材料,所述高分子压电材料的在25℃下通过位移法测得的压电常数d14为1pm/V以上,上述被加压构件的截面惯性矩Ib和杨氏模量Eb的积IEb,与上述压电构件的截面惯性矩Ia和杨氏模量Ea的积IEa之比IEb/IEa在102~1010的范围内。
Description
技术领域
本发明涉及按压检测装置及触控面板。
背景技术
作为压电材料,以往多使用作为陶瓷材料的PZT(PBZrO3-PbTiO3系固溶体),但由于PZT含有铅,所以逐渐使用了环境负担小、而且富有柔软性的高分子压电材料。
目前已知的高分子压电材料主要可大致分为以下两类。即,以尼龙11、聚氟乙烯、聚氯乙烯、聚脲等为代表的极化型高分子、以及以聚偏二氟乙烯(β型)(PVDF)和偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物(P(VDF-TrFE))(75/25)等为代表的强介电性高分子这两类。
近年来,除了上述的高分子压电材料以外,还着眼于使用多肽、聚乳酸等具有光学活性的高分子。已知聚乳酸系高分子仅通过机械性的拉伸操作即呈现压电性。
在具有光学活性的高分子中,认为聚乳酸这样的高分子结晶的压电性是由存在于螺旋轴方向的C=O键的永久偶极所产生的。尤其是,对于聚乳酸而言,侧链相对于主链的体积分率小、每单位体积的永久偶极的比例大,即使在具有螺旋手性(helicalchirality)的高分子中,也可以说是理想的高分子。
已知仅通过拉伸处理而呈现压电性的聚乳酸不需要进行极化处理,压电模量历经数年而不易减少。
作为使用了聚乳酸系高分子作为高分子压电材料的装置,例如,提出了具有由聚乳酸制作的压电片材的触控面板(例如,参照国际公开第2010/143528号小册子、国际公开第2011/125408号小册子、国际公开第2012/049969号小册子、及国际公开第2011/138903号小册子)。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供使用了高分子压电材料的检测灵敏度高的按压检测装置及触控面板。
用于解决课题的手段
为了达成上述目的,提供以下的发明。
<1>一种按压检测装置,其具有:
被加压构件,所述被加压构件具有接触面,所述接触面通过与加压机构接触而被施加压力,和
压电构件,所述压电构件与上述被加压构件相向配置,且包含高分子压电材料,所述高分子压电材料的在25℃下通过位移法测得的压电常数d14为1pm/V以上,
上述被加压构件的截面惯性矩(cross-sectionalsecondarymoment)Ib和杨氏模量Eb的积IEb、与上述压电构件的截面惯性矩Ia和杨氏模量Ea的积IEa之比IEb/IEa在102~1010的范围内。
<2>如<1>所述的按压检测装置,其中,上述比IEb/IEa在104~109的范围内。
<3>如<1>或<2>所述的按压检测装置,其中,上述比IEb/IEa在105~108的范围内。
<4>如<1>~<3>中任一项所述的按压检测装置,其还具有:
相对于从上述接触面施加的压力而支承上述被加压构件的支承机构,和
相对于从上述接触面经由上述被加压构件所施加的压力而支承上述压电构件的支承机构。
<5>如<1>~<4>中任一项所述的按压检测装置,其中,从上述接触面施加压力的方向、与上述高分子压电材料的分子取向方向交叉。
<6>如<1>~<5>中任一项所述的按压检测装置,其中,上述被加压构件的厚度在0.2mm~20mm的范围内。
<7>如<1>~<6>中任一项所述的按压检测装置,其中,上述被加压构件的杨氏模量Eb为1GPa~200GPa。
<8>如<1>~<7>中任一项所述的按压检测装置,其中,在上述压电构件的与上述被加压构件侧相反的一侧,还具有杨氏模量为0.1GPa以下的缓和部。
<9>如<1>~<8>中任一项所述的按压检测装置,其中,上述高分子压电材料包含重均分子量为5万~100万的具有光学活性的螺旋手性高分子,利用DSC法得到的结晶度为20%~80%,并且利用微波透过型分子取向计测定的将基准厚度设定为50μm时的标准化分子取向MORc和上述结晶度的积为40~700。
<10>如<1>~<9>中任一项所述的按压检测装置,上述高分子压电材料的相对于可见光的内部雾度为10%以下。
<11>如<9>或<10>所述的按压检测装置,其中,上述MORc为3.5~15.0。
<12>如<9>~<11>中任一项所述的按压检测装置,其中,上述螺旋手性高分子为具有包含下述式(1)表示的重复单元的主链的聚乳酸系高分子。
<13>如<9>~<12>中任一项所述的按压检测装置,其中,上述螺旋手性高分子的光学纯度为95.00%ee以上。
<14>如<9>~<13>中任一项所述的按压检测装置,其中,上述高分子压电材料中的上述螺旋手性高分子的含量为80质量%以上。
<15>如<9>~<14>中任一项所述的按压检测装置,其中,上述高分子压电材料还含有重均分子量为200~60000的稳定剂,所述稳定剂具有选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的1种以上的官能团,相对于上述螺旋手性高分子100质量份,以0.01质量份~10质量份包含上述稳定剂。
<16>如<15>所述的按压检测装置,其中,作为上述稳定剂,包含在1分子内具有1个选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的官能团的稳定剂。
<17>一种触控面板,其具有<1>~<16>中任一项所述的按压检测装置和显示装置。
发明的效果
通过本发明,可提供使用了高分子压电材料的检测灵敏度高的按压检测装置及触控面板。
附图说明
[图1]为示意性地表示本实施方式涉及的按压检测装置的一例的厚度方向的截面的剖视图。
[图2]为示意性地表示图1所示的按压检测装置的与接触面相反的一侧的俯视图。
[图3]为示意性地表示实施例中在产生电荷密度的测定中所使用的电路结构的图。
具体实施方式
<按压检测装置>
本发明的一个实施方式涉及的按压检测装置具有:被加压构件,所述被加压构件具有接触面,所述接触面通过与加压机构接触而被施加压力;压电构件,所述压电构件与上述被加压构件相向配置,且包含高分子压电材料。上述被加压构件的截面惯性矩Ib和杨氏模量Eb的积IEb、与上述压电构件的截面惯性矩Ia和杨氏模量Ea的积IEa之比IEb/IEa在102~1010的范围内。
本发明的发明人们发现,通过使被加压构件的截面惯性矩Ib和杨氏模量Eb的积IEb、与压电构件的截面惯性矩Ia和杨氏模量Ea的积IEa之比IEb/IEa在优选102~1010的范围,从而每单位挠曲量产生的电荷密度高,即,可高灵敏度地检测被施加到被加压构件的接触面的压力。从具有更高检测灵敏度的观点考虑,IEb/IEa优选为103以上,更优选为104以上,特别优选为105以上。同样从具有更高的检测灵敏度的观点考虑,IEb/IEa优选为109以下,更优选为108以下,进一步优选为107以下。
IEb/IEa优选为104~109,更优选为104~108,特别优选为105~108。
需要说明的是,本实施方式中,压电构件与被加压构件的至少一部分相向即可。另外,本实施方式中,加压机构、被加压构件的与加压机构接触的部分以及压电构件,可以配置在一条直线上,也可以不配置在一条直线上。
〔截面惯性矩〕
截面惯性矩是表示物体在弯曲力矩(bendingmoment)的作用下的变形难易程度的量。
构成本实施方式的按压检测装置的被加压构件的截面惯性矩(Ib)、及压电构件的各截面惯性矩(Ia)分别可按照以下方式求出。
构件(被加压构件及压电构件)为矩形平板状的构件时,可将该构件视为其截面为矩形截面的梁。该情况下,截面惯性矩I通常可基于构件的宽度b及构件的厚度h、通过下述式(a)算出。
I=(b×h3)/12···式(a)
但是,通过用支承机构(例如,后述的支承框5)支承构件(例如,后述的被加压构件(基材)6),在所施加的压力的作用下仅构件的宽度中的一部分(以下也称为“固定端间隔”;例如,比后述的支承框5的内周更靠内侧的部分)发生变形时,该构件的截面惯性矩可通过固定端间隔×(构件的厚度的立方)/12算出。
被加压构件或压电构件的截面不是短矩截面时,也可作为短矩截面来计算,截面惯性矩可通过固定端间隔×(构件的厚度的立方)/12算出。
截面惯性矩越大,越难以挠曲。若被加压构件比压电构件容易挠曲,则施加至接触面的压力F难以高效地向压电构件传播。另一方面,被加压构件过于不易挠曲时,力也难以高效地向压电构件传播。
〔杨氏模量〕
杨氏模量(Young'smodulus,纵向弹性模量)是确定在弹性范围内每单位应变需要多少应力的值的常数。
构成本实施方式的按压检测装置的被加压构件及压电构件的各杨氏模量(Eb、Ea)可按照以下方式求出。
利用按照JISK7127的拉伸试验方法、使用JISK6251中规定的哑铃状1号形的试验片测量压电构件的杨氏模量Ea(纵向弹性模量)、由树脂形成的被加压构件的杨氏模量Eb(纵向弹性模量)。求出通过本试验片及本试验方法得到的应力应变线图中的弹性区域(的线形部)的斜率,作为杨氏模量。利用按照JISR1602的静态弹性模量测定方法求出由玻璃这样的脆性材料形成的被加压构件的杨氏模量。
以下,进一步具体地说明本实施方式的按压检测装置。
图1为示意性地表示本实施方式涉及的按压检测装置的一例的厚度方向的截面的剖视图,图2为表示图1所示的按压检测装置的与接触面相反的一侧(支承框侧)的概略俯视图。
本实施方式的一例涉及的按压检测装置10具有:基材(被加压构件)6,所述基材6具有接触面6A,所述接触面6A通过加压机构8接触而被施加压力;和压电构件7,所述压电构件7与基材6相向配置。压电构件7由聚乳酸(PLA:polylacticacid)膜(高分子压电材料)4、和被设置在PLA膜4的两面的电极层(第1电极层2、第2电极层3)构成。
该例中,在第1电极层2及第2电极层3上,还分别贴合有带有导电性粘合层的铜箔带22、23作为引出电极。
在基材6的与接触面6A为相反侧的面的边缘部,设置有作为支承机构的支承框5,所述作为支承机构的支承框5相对于从接触面6A所施加的压力而支承基材6。支承框5通过例如两面胶带、粘接剂、粘合剂等而被贴合在基材6上。
需要说明的是,虽然在该例中支承框5被设置在基材6的面的边缘部,但本实施方式不限于该方式,支承框5也可被设置在压电构件7的面的边缘部。例如,在基材6的尺寸与压电构件7的尺寸相近的情况下(包括尺寸相同的情况)、或压电构件7的尺寸比基材6的尺寸大时,支承框5也可被设置在压电构件7的边缘部。总之,以相对于从接触面6A所施加的压力而能支承基材6的方式设置支承框5即可。
另外,本实施方式中,相对于从接触面所施加的压力而支承被加压构件的支承机构不限于支承框,只要是相对于上述压力而(优选以2点以上)支承被加压构件的机构即可。
另外,在压电构件7中,PLA膜4的第1电极层2侧经由两面胶带1贴合在基材6上。两面胶带1作为将压电构件7支承在基材6上的支承机构发挥功能,相对于从接触面6A经基材6所施加的压力而将压电构件7支承在基材6上。通过如上所述地用支承框5支承基材6、并且经由两面胶带1将压电构件7支承在基材6上,当从接触面6A施加压力时,基材6与压电构件7一同挠曲。由此,在压电构件7中的PLA膜4中,在经由基材6而施加压力的位置产生电荷。
需要说明的是,作为将压电构件7支承在基材6上的支承机构,也可使用粘接剂、粘合剂等其他的支承机构代替两面胶带。
本实施方式的按压检测装置优选压电构件7的整个主面经由两面胶带等与被加压构件6的主面接触的方式,但也可以是压电构件7在至少2处被支承的方式。具体而言,只要在与被加压构件6之间设置2处以上的相对于压力F而支承压电构件7的点(以下记为“支点a”)即可,在压电构件7与被加压构件6之间可以存在缝隙。
需要说明的是,所谓压电构件7的支点a被设置在被加压构件6上,只要是向被加压构件6施加的压力F通过支点а而向压电构件7传播的方式即可,也可以在压电构件7与被加压构件6之间夹有传播压力F的构件,不需要被加压构件6与压电构件7直接接触。
此处,对于压电构件7的支点a而言,优选当向接触面6A施加压力F时,其位移相对于压电构件7的最大位移为10%以下。需要说明的是,支点a可以向压力F的方向以外的方向自由位移。例如,支点a可以在与加压方向正交的方向、并且与压电构件7的主面平行的方向上滑动。
对于本实施方式涉及的按压检测装置而言,为了被加压构件6和压电构件7在施加于接触面6A的压力的作用下产生位移,优选设置用于位移的缝隙、或能吸收位移的部分。具体而言,本实施方式涉及的按压检测装置优选在压电构件7的与被加压构件6侧相反的一侧还具有杨氏模量为0.1GPa以下的缓和部。在图1及图2所示的按压检测装置10中,作为缓和部,在压电构件7的背面设置有空腔11。通过具有所述空腔11,当向基材6的接触面6A施加压力时,根据压力的强度,以被施加压力的位置为中心,压电构件7(详细地说,压电构件7中包括的PLA膜4)与基材6一同产生位移,由此,可产生电荷。需要说明的是,也可在压电构件7的背面设置缓冲材料作为缓和部。
-被加压构件-
本实施方式中的被加压构件(例如上述被加压构件6)具有接触面(例如上述接触面6A),所述接触面通过与操作者的手指等加压机构(例如上述加压机构8)接触而被施加压力。
需要说明的是,作为加压机构的例子,除了操作者的手指以外,还可举出笔状构件(例如手写笔(touchpen))、棒状构件等加压用构件。
本实施方式中的被加压构件可以是玻璃等无机材料、树脂(丙烯酸树脂、氯乙烯树脂等)等有机材料(优选树脂)等,材质没有特别限制。
另外,作为被加压构件,也可使用将无机材料层及有机材料层层叠并进行一体化而成的形态的被加压构件、将无机材料分散到树脂材料层中而成的形态的被加压构件。
另外,在将本实施方式的按压检测装置重叠于显示装置的可视侧而制作触控面板的情况下,为了提高显示装置的可视性,优选使用透明性高的材料作为被加压构件。
接触面6A是操作者的手指等加压机构8所接触的面。接触面6A可以是以单独的层形成的被加压构件6的表面,也可以用多种材料构成被加压构件6,最外表面的层形成接触面6A。例如,可以在被加压构件6的表面上配置电极,为了提高耐划痕性,也可形成硬涂层。另外,被加压构件6可以在内部具有一部分空隙。
无论是哪种构成,只要求出作为被加压构件6整体的截面惯性矩Ib和杨氏模量Eb的积IEb,其与压电构件7的截面惯性矩Ia和杨氏模量Ea的积IEa之比IEb/IEa在102~1010的范围内即可。IEb/IEa的优选范围如上所述。
从抑制检测信号的失真的观点考虑,被加压构件6的厚度优选在0.2mm~20mm的范围内,更优选为0.3mm~10mm。
从将通过按压产生的应变高效地向压电构件的应变传递的观点考虑,本实施方式中的被加压构件(例如上述被加压构件6)的杨氏模量Eb优选在200GPa以下的范围内。本实施方式中的被加压构件的杨氏模量Eb优选在1GPa~200GPa的范围内,特别优选在3GPa~100GPa的范围内。
另外,从更高效地将被施加至接触面的压力传播至压电构件的观点考虑,本实施方式中的被加压构件的截面惯性矩Ib优选为10-1mm4~107mm4,更优选为10-1mm4~106mm4,更优选为10-1mm4~105mm4。
另外,从更高效地将被施加至接触面的压力传播至压电构件的观点考虑,本实施方式中的IEb优选为10GPa·mm4~108GPa·mm4,更优选为10GPa·mm4~107GPa·mm4,进一步优选为10GPa·mm4~106GPa·mm4,特别优选为102GPa·mm4~105GPa·mm4。
另外,从产生电荷密度与强度的均衡性的观点考虑,本实施方式中的压电构件(例如上述压电构件7)的杨氏模量Ea优选为1GPa~10GPa,更优选为1GPa~5GPa,特别优选为2GPa~4GPa。
另外,从产生电荷密度与强度的均衡性的观点考虑,本实施方式中的压电构件的截面惯性矩Ia优选为10-7mm4~10-1mm4,更优选为10-6mm4~10-2mm4,特别优选为10-5mm4~10-3mm4。
另外,从产生电荷密度与强度的均衡性的观点考虑,本实施方式中的IEa优选为10-6GPa·mm4~1GPa·mm4,更优选为10-5GPa·mm4~10-1GPa·mm4,优选为10-4GPa·mm4~10-2GPa·mm4。
本实施方式中,被加压构件(图1中的被加压构件6)与压电构件(图1中的压电构件7)可如图1所示经由两面胶带1和第1电极层2密合,也可以在被加压构件与压电构件之间设置空隙(缝隙)地配置。当在被加压构件与压电构件之间存在空隙时,施加压力的方向的空隙的大小优选为0.1mm以下。这是因为,通过手指等加压机构(图1中的加压机构8)使被加压构件产生挠曲(位移)时,被加压构件与压电构件接触,由此被加压构件的挠曲向压电构件传播,通过压电构件(详细地说,压电构件中包含的高分子压电材料)变得更容易产生电荷。
-压电构件-
本实施方式中的压电构件(例如上述压电构件7)与被加压构件(例如上述被加压构件6)相向配置,包含高分子压电材料(例如上述PLA膜4)。
作为本实施方式中的高分子压电材料,例如,可使用在25℃下通过位移法测得的压电常数d14为1pm/V以上的高分子压电材料。
〔压电常数〕
此处,“压电常数d14”是压电模量的张量之一,由向经拉伸的材料的拉伸轴方向施加剪切应力时在剪切应力的方向上产生的极化的程度求出。具体而言,将每单位剪切应力的产生电荷密度定义为d14。压电常数d14的数值越大,表示压电性越高。本申请中,仅称“压电常数”时,是指“压电常数d14”。
另外,复数压电模量(ComplexPiezoelectricModules)d14以“d14=d14'-id14"”的形式算出,“d14'”和“id14"”可通过东洋精机制作所公司制“Rheolograph-SolidS-1型”得到。“d14'”表示复数压电模量的实数部分,“id14"”表示复数压电模量的虚数部分,d14'(复数压电模量的实数部分)相当于本实施方式中的压电常数d14。需要说明的是,复数压电模量的实数部分越高,表示压电性越优异。压电常数d14包括利用位移法测得的结果(单位:pm/V)、和利用共振法测得的结果(单位:pC/N)。
〔压电常数(位移法)〕
本实施方式中,高分子压电材料的压电常数(位移法)例如是指如下所述地利用位移法测得的值。
针对高分子压电材料,分别地,在拉伸方向(MD方向)上截取40mm、在与拉伸方向正交的方向(TD方向)上截取40mm,制作矩形的试验片。接下来,将得到的试验片设置在株式会社昭和真空制SIP-600的试验台上,在试验片的一面上蒸镀Al,使得Al的蒸镀厚度为50nm。接下来,对试验片的另一面,同样地进行蒸镀,在试验片的两面上被覆Al,形成Al的导电层。
针对在两面上形成有Al的导电层的40mm×40mm的试验片,在相对于高分子压电材料的拉伸方向(MD方向)成45°的方向上截取32mm,在与成45°的方向正交的方向上截取5mm,切出32mm×5mm的矩形的膜。将其作为压电常数测定用样品。
利用Keyence公司制激光分光干涉型位移计SI-1000测量向得到的样品施加10Hz、300Vpp的正弦波的交流电压时的膜的位移的最大值与最小值之间的相差距离。将测量出的位移量(mp-p)除以膜的基准长度30mm而得到的值作为应变量,将该应变量除以施加至膜的电场强度((施加电压(V))/(膜厚)),将所得的值乘以2而得到的值作为压电常数d14。
压电常数越高,相对于向高分子压电材料施加的电压的、上述材料的位移变得越大,相反地相对于向高分子压电材料施加的力而产生的电压变得越大,作为高分子压电材料是有用的。具体而言,25℃下的利用位移法测得的压电常数d14通常为1pm/V以上,优选为4pm/V以上,更优选为6pm/V以上,特别优选为8pm/V以上。另外,压电常数d14的上限没有特别限制,但从后述的透明性等的均衡性的观点考虑,有时对于使用了螺旋手性高分子的压电材料而言,优选为50pm/V以下,更优选为30pm/V以下。
本实施方式中,优选从接触面施加压力的方向(例如图1中的方向20)、与高分子压电材料(例如图1中的PLA膜4)的分子取向方向(例如图2中的分子取向方向9)交叉。
通过使从接触面施加压力的方向、与高分子压电材料的分子取向方向交叉,从而在从被加压构件的接触面向压电构件的厚度方向所施加的压力作用下,被加压构件发生挠曲,由此,对压电构件作用拉力,导致该压电构件变形,因此,容易在高分子压电材料中产生电荷。
另外,本实施方式中的高分子压电材料优选包含重均分子量为5万~100万的具有光学活性的螺旋手性高分子[以下,适当称为“光学活性高分子(A)”],利用DSC法得到的结晶度为20%~80%,并且,利用微波透过型分子取向计测定的将基准厚度设定为50μm时的标准化分子取向MORc和上述结晶度的积为40~700。
具有光学活性的螺旋手性高分子(以下也称为“光学活性高分子”)是指,分子结构为螺旋结构的具有分子光学活性的高分子。
作为具有光学活性的螺旋手性高分子,例如,可举出多肽、纤维素衍生物、聚乳酸系树脂、聚氧化丙烯、聚(β-羟基丁酸)等。
作为上述多肽,例如,可举出聚(戊二酸γ-苄酯)、聚(戊二酸γ-甲酯)等。
作为上述纤维素衍生物,例如,可举出乙酸纤维素、氰基乙基纤维素等。
从提高高分子压电材料的压电性的观点考虑,本实施方式中的光学活性高分子(A)的光学纯度优选为95.00%ee以上,更优选为96.00%ee以上,进一步优选为99.00%ee以上,更进一步优选为99.99%ee以上。希望为100.00%ee。认为通过使光学活性高分子(A)的光学纯度为上述范围,呈现压电性的高分子结晶的填充性(packingproperty)提高,其结果,压电性提高。
本实施方式中,光学活性高分子(A)的光学纯度是通过下式算出的值。
光学纯度(%ee)=100×|L体量-D体量|/(L体量+D体量)
即,将“光学活性高分子的L体的量〔质量%〕与光学活性高分子(A)的D体的量〔质量%〕的量差(绝对值)”除以“光学活性高分子的L体的量〔质量%〕与光学活性高分子的D体的量〔质量%〕的总量”得到的数值乘以“100”,将所得的值作为光学纯度。
需要说明的是,光学活性高分子的L体的量〔质量%〕和光学活性高分子的D体的量〔质量%〕使用由使用了高效液相色谱(HPLC)的方法而得到的值。
以上的光学活性高分子(A)中,从提高光学纯度、提高压电性的观点考虑,优选具有包含下述式(1)表示的重复单元的主链的化合物。
作为以上述式(1)表示的重复单元为主链的化合物,可举出聚乳酸系高分子。其中,优选聚乳酸,最优选L-乳酸的均聚物(PLLA)或D-乳酸的均聚物(PDLA)。需要说明的是,本实施方式中的上述聚乳酸系高分子是指,“聚乳酸(仅由来源于选自L-乳酸及D-乳酸的单体的重复单元构成的高分子化合物)”、“L-乳酸或D-乳酸与可与该L-乳酸或D-乳酸共聚的化合物的共聚物”、或两者的混合物。
上述“聚乳酸”是乳酸通过酯键进行聚合、较长地连接而成的高分子,已知可利用经由丙交酯的丙交酯法、和在溶剂中在减压下加热乳酸、一边除去水一边进行聚合的直接聚合法等制造。作为上述“聚乳酸”,可举出L-乳酸的均聚物、D-乳酸的均聚物、包含L-乳酸及D-乳酸中的至少一方的聚合物的嵌段共聚物、及包含L-乳酸及D-乳酸中的至少一方的聚合物的接枝共聚物。
作为上述“可与L-乳酸或D-乳酸共聚的化合物”,可举出羟基乙酸、二甲基羟基乙酸、3-羟基丁酸、4-羟基丁酸、2-羟基丙酸、3-羟基丙酸、2-羟基戊酸、3-羟基戊酸、4-羟基戊酸、5-羟基戊酸、2-羟基己酸、3-羟基己酸、4-羟基己酸、5-羟基己酸、6-羟基己酸、6-羟基甲基己酸、扁桃酸等羟基羧酸、乙交酯、β-甲基-δ-戊内酯、γ-戊内酯、ε-己内酯等环状酯、乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、对苯二甲酸等多元羧酸、及它们的酸酐、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,9-壬二醇、3-甲基-1,5-戊二醇、新戊二醇、1,4-丁二醇、1,4-己烷二甲醇等多元醇、纤维素等多糖类、及α-氨基酸等氨基羧酸等。
作为上述“L-乳酸或D-乳酸与可与该L-乳酸或D-乳酸共聚的化合物的共聚物”,可举出具有可产生螺旋结晶的聚乳酸序列的嵌段共聚物或接枝共聚物。
另外,光学活性高分子(A)中的来源于共聚物成分的结构的浓度优选为20mol%以下。例如光学活性高分子(A)为聚乳酸系高分子时,相对于上述聚乳酸系高分子中来源于乳酸的结构和来源于可与乳酸共聚的化合物(共聚物成分)的结构的总摩尔数,上述共聚物成分优选为20mol%以下。
上述聚乳酸系高分子例如可利用以下方法制造:日本特开昭59-096123号公报、及日本特开平7-033861号公报中记载的将乳酸直接脱水缩合而获得的方法;美国专利2,668,182号及4,057,357号等中记载的使用乳酸的环状二聚体即丙交酯进行开环聚合的方法等。
此外,对于通过上述的各制造方法而得到的光学活性高分子而言,为了使光学纯度为95.00%ee以上,例如,在利用丙交酯法制造聚乳酸的情况下,优选对已通过晶析操作而将光学纯度提高至95.00%ee以上的光学纯度的丙交酯进行聚合。
本实施方式中的高分子压电材料中含有的光学活性高分子(A)的含量优选为80质量%以上。
〔光学活性高分子(A)的重均分子量〕
本实施方式中的光学活性高分子(A)的重均分子量(Mw)为5万~100万。若光学活性高分子(A)的重均分子量的下限为5万以上,则将光学活性高分子制成成型体时的机械强度充分。光学活性高分子的重均分子量的下限优选为10万以上,进一步优选为20万以上。另一方面,若光学活性高分子(A)的重均分子量的上限为100万以下,则更容易将光学活性高分子成型(例如,通过挤出成型等成型成膜形状等)。重均分子量的上限优选为80万以下,进一步优选为30万以下。
另外,从高分子压电材料的强度的观点考虑,上述光学活性高分子(A)的分子量分布(Mw/Mn)优选为1.1~5,更优选为1.2~4。进一步优选为1.4~3。
需要说明的是,光学活性高分子(A)的重均分子量Mw、和分子量分布(Mw/Mn)可使用凝胶渗透色谱法(GPC)、利用下述条件的GPC测定方法进行测定。
-GPC测定装置-
Waters公司制GPC-100
-柱-
昭和电工公司制,ShodexLF-804
-样品的制备-
在40℃下,将光学活性高分子(A)溶解到溶剂(例如氯仿)中,准备浓度1mg/ml的样品溶液。
-测定条件-
在溶剂为氯仿、温度为40℃、流速为1ml/分钟的条件下将0.1ml样品溶液导入到柱中。
用柱分离出的样品溶液中的样品浓度,用差示折射计进行测定。用聚苯乙烯标准试样制成通用标准曲线,算出光学活性高分子(A)的重均分子量(Mw)及分子量分布(Mw/Mn)。
聚乳酸系高分子可使用市售的聚乳酸,例如,可举出PURAC公司制的PURASORB(PD、PL)、三井化学公司制的LACEA(H-100、H-400)等。使用聚乳酸系高分子作为光学活性高分子时,为了使聚乳酸系高分子的重均分子量(Mw)为5万以上,优选通过丙交酯法、或直接聚合法来制造光学活性高分子。
〔稳定剂(B)〕
本实施方式中的高分子压电材料优选包含具有选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的1种以上的官能团的、重均分子量为200~60000的化合物作为稳定剂。
该稳定剂(B)用于抑制上述螺旋手性高分子的水解反应(推断该水解反应例如以下述反应路线进行),改良所得的压电材料的耐湿热性。
作为能与羟基及羧基两者相互作用从而抑制上述螺旋手性高分子的水解反应的官能团,可举出选自具有以下的结构的、碳二亚胺基、异氰酸酯基及环氧基中的至少1种官能团,其中,从效果的观点考虑,优选碳二亚胺基。
本实施方式中使用的稳定剂(B)的重均分子量优选为200~60000,更优选为200~30000,进一步优选为300~18000。若分子量在上述范围内,则稳定剂(B)将会容易移动,可推测能充分获得耐湿热性改良效果。
稳定剂(B)可以仅使用1种,也可并用2种以上。作为稳定剂(B)优选方式,可举出并用下述稳定剂(B1)和稳定剂(B2)的方式,所述稳定剂(B1)具有选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的1种以上的官能团,并且数均分子量为200~900,所述稳定剂(B2)在1分子内具有2个以上的选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的1种以上的官能团,并且重均分子量为1000~60000。需要说明的是,数均分子量为200~900的稳定剂(B1)的重均分子量大致为200~900,稳定剂(B1)的数均分子量与重均分子量为大致相同的值。
此处,作为稳定剂(B1),具体而言,可举出二环己基碳二亚胺、双-2,6-二异丙基苯基碳二亚胺、己基异氰酸酯、十八烷基异氰酸酯、异氰酸3-(三乙氧基甲硅烷基)丙酯、N-缩水甘油基邻苯二甲酰亚胺、邻苯基苯基缩水甘油基醚、苯基缩水甘油基醚、对叔丁基苯基缩水甘油基醚等。
另外,作为稳定剂(B2),具体而言,可举出聚(4,4’-二环己基甲烷碳二亚胺)、聚(四甲基亚二甲苯基碳二亚胺)、聚(N,N-二甲基苯基碳二亚胺)、聚(N,N’-二-2,6-二异丙基苯基碳二亚胺)、二苯基甲烷二异氰酸酯系聚异氰酸酯、1,6-六亚甲基二异氰酸酯系聚异氰酸酯、苯二甲基二异氰酸酯系聚异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯系聚异氰酸酯、苯酚线型酚醛树脂(phenolnovolac)型环氧树脂、甲酚线型酚醛树脂(cresolnovolac)型环氧树脂、环氧化聚丁二烯等。
通过包含分子量较小的稳定剂(B1)、和多官能且分子量较大的稳定剂(B2),从而耐湿热性尤其提高。考虑到两者的添加量的均衡性时,从提高透明性的观点考虑,优选包含很多单官能且分子量较小的稳定剂(B1),从同时实现透明性和耐湿热性的观点考虑,相对于稳定剂(B1)100质量份,稳定剂(B2)优选为10质量份~150质量份的范围,更优选为50质量份~100质量份的范围。
另外,从还可提高尺寸稳定性的观点考虑,还优选稳定剂(B)包含在1分子内具有1个选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的官能团的稳定剂(B3)的方案。稳定剂(B3)在1分子内仅具有1个选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的官能团,因此,具有羟基、羧基(通过水解产生的)的光学活性高分子(A)的部位将稳定剂(B3)夹在中间而变得难以进行交联。因此可推测,光学活性高分子(A)的分子链适当柔软地位移,可分散高分子压电材料的内部应力,提高高分子压电材料的尺寸稳定性。
作为在1分子内具有1个选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的官能团的化合物的重均分子量,优选为200~2000,更优选为200~1500,进一步优选为300~900。
作为在1分子内具有1个选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的官能团的化合物的具体例,可举出二环己基碳二亚胺、双-2,6-二异丙基苯基碳二亚胺、己基异氰酸酯、十八烷基异氰酸酯、异氰酸3-(三乙氧基甲硅烷基)丙酯、N-缩水甘油基邻苯二甲酰亚胺、邻苯基苯基缩水甘油基醚、苯基缩水甘油基醚、对叔丁基苯基缩水甘油基醚。其中,优选二环己基碳二亚胺、双-2,6-二异丙基苯基碳二亚胺,进一步优选双-2,6-二异丙基苯基碳二亚胺。
另外,也可并用稳定剂(B3)、和在1分子内具有2个以上选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的官能团的稳定剂(B4)(例如包括上述的稳定剂(B2))。从透明性、耐湿热性及尺寸稳定性均衡的观点考虑,相对于稳定剂(B3)100质量份,在1分子内具有2个以上的选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的官能团的稳定剂(B4)优选为5质量份~200质量份的范围,更优选为10质量份~100质量份的范围。
〔稳定剂(B)的重均分子量及数均分子量〕
上述稳定剂(B)的数均分子量(Mn)和重均分子量(Mw)均可同样地利用针对光学活性高分子(A)所记载的使用了凝胶渗透色谱法(GPC)的测定方法进行测定。需要说明的是,除了GPC以外,也可利用GC-MS,FAB-MS,ESI-MS,TOF-MS等测定方法进行测定。
相对于光学活性高分子(A)100质量份,稳定剂(B)的添加量优选为0.01质量份~10质量份。另外,为了得到更高的可靠性(具体而言,后文中说明的可靠性试验500小时时的可靠性),添加量更优选为0.7质量份以上。尤其是,当使用脂肪族碳二亚胺作为稳定剂时,从透明性的观点考虑,进一步优选包含0.01质量份~2.8质量份。通过使添加量为上述范围,可在不明显损害本实施方式中的高分子压电材料的内部雾度的情况下,提高压电材料的可靠性。
需要说明的是,当并用2种以上的稳定剂(B)时,上述添加量表示它们的总量。
另一方面,从降低内部雾度、并且提高或维持压电常数的观点考虑,相对于具有光学活性的光学活性高分子(A)100质量份,稳定剂(B)的添加量优选为0.01质量份~1.2质量份,进一步优选为0.01质量份~0.7质量份,更进一步优选为0.01质量份~0.6质量份。
〔其他成分〕
在不损害本实施方式的效果的限度内,本实施方式中的高分子压电材料中,可以含有以聚偏二氟乙烯、聚乙烯树脂、聚苯乙烯树脂为代表的已知的树脂、二氧化硅、羟基磷灰石、蒙脱石等无机填料、酞菁等已知的晶核剂等其他成分。
-无机填料-
例如,为了将高分子压电材料形成为抑制了气泡等孔隙产生的透明的膜,可以在高分子压电材料中纳米分散羟基磷灰石等无机填料。但是,为了将无机的填料纳米分散,破碎凝集块需要很大能量,另外,填料未进行纳米分散时,有时膜的透明度降低。当本实施方式中的高分子压电材料含有无机填料时,相对于高分子压电材料总质量,优选使无机填料的含量小于1质量%。需要说明的是,高分子压电材料包含螺旋手性高分子以外的成分时,相对于高分子压电材料总质量,螺旋手性高分子以外的成分的含量优选为20质量%以下,更优选为10质量%以下。
-结晶促进剂(晶核剂)-
对于结晶促进剂而言,只要能确认促进结晶化的效果即可,没有特别限制,但优选选择具有以下结晶结构的物质,所述结晶结构具有与螺旋手性高分子的晶格的面间距接近的面间距。这是因为,物质的面间距越接近,作为成核剂的效果就越好。例如,当使用聚乳酸系高分子作为螺旋手性高分子时,可举出作为有机系物质的苯基磺酸锌、聚磷酸三聚氰胺、三聚氰胺氰脲酸酯、苯基膦酸锌、苯基膦酸钙、苯基膦酸镁、无机系物质的滑石、粘土等。其中,优选面间距与聚乳酸的面间距最类似、可得到良好的结晶形成促进效果的苯基膦酸锌。需要说明的是,使用的结晶促进剂可使用市售结晶促进剂。具体而言,例如,可举出苯基膦酸锌;Ecopromote(日产化学工业株式会社制)等。
相对于螺旋手性高分子(例如上述光学活性高分子(A))100质量份,晶核剂的含量通常为0.01质量份~1.0质量份,优选为0.01质量份~0.5质量份,从更良好的结晶促进效果和维持生物量比(biomassratio)的观点考虑,特别优选为0.02质量份~0.2质量份。晶核剂的上述含量低于0.01质量份时,结晶促进的效果不充分,高于1.0质量份时,将难以控制结晶化的速度,存在高分子压电材料的透明性降低的倾向。
需要说明的是,从透明性的观点考虑,高分子压电材料优选不含除光学活性高分子(A)及稳定剂(B)以外的成分。
〔其它物性〕
本实施方式中的高分子压电材料的分子高度取向。作为表示该取向的指标,有“分子取向度MOR”。分子取向度MOR(MolecularOrientationRatio)是表示分子的取向程度的值,可通过以下那样的微波测定法测定。即,将试样(膜)配置于公知的微波分子取向度测定装置(也称为微波透过型分子取向计)的微波共振导波管中,使上述试样面(膜面)与微波的行进方向垂直。而后,在连续地向试样照射振动方向向一方向偏移的微波的状态下,在与微波的行进方向垂直的面内使试样旋转0~360°,测定透过试样的微波强度,由此求出分子取向度MOR。
本实施方式中的标准化分子取向MORc是将基准厚度tc设定为50μm时的MOR值,可通过下式求出。
MORc=(tc/t)×(MOR-1)+1
(tc:欲修正的基准厚度,t:试样厚度)
标准化分子取向MORc可利用已知的分子取向计、例如王子计测机器株式会社制微波方式分子取向计MOA-2012A、MOA-6000等,以4GHz或12GHz附近的共振频率进行测定。
如后文所述,标准化分子取向MORc主要可通过单轴拉伸膜的拉伸前的加热处理条件(加热温度及加热时间)、拉伸条件(拉伸温度及拉伸速度)等来控制。
需要说明的是,标准化分子取向MORc也可转化为相位差量(延迟,retardation)除以膜的厚度而得到的双折射率Δn。具体而言,推延可使用大塚电子株式会社制RETS100来测定。另外,MORc与Δn存在大致直线性比例关系,并且Δn为0时,MORc为1。
例如,光学活性高分子(A)为聚乳酸系高分子、且用550nm的测定波长来测定双折射率Δn时,标准化分子取向MORc的优选范围的下限2.0,可转化为双折射率Δn为0.005。另外,高分子压电材料的标准化分子取向MORc和结晶度的积的优选范围的下限40,可转化为高分子压电材料的双折射率Δn和结晶度的积为0.1。
〔标准化分子取向MORc〕
本实施方式中的高分子压电材料的标准化分子取向MORc优选为3.5~15.0,更优选为4.0~15.0,进一步优选为6.0~10.0,更进一步优选为7~10.0。标准化分子取向MORc在3.5~15.0的范围内时,在拉伸方向上排列的聚乳酸分子链多,结果,取向结晶的生成率变高,可呈现高压电性。
〔结晶度〕
高分子压电材料的结晶度可通过DSC法求出,本实施方式中的高分子压电材料的结晶度为20%~80%,优选为25%~70%,进一步优选为30%~50%。结晶度在上述范围时,高分子压电材料的压电性、透明性的均衡性良好,而且在拉伸高分子压电材料时,不易发生白化、断裂,容易制造。
〔标准化分子取向MORc和结晶度的积〕
高分子压电材料的结晶度和标准化分子取向MORc的积优选为40~700,进一步优选为75~680,进一步优选为90~660,进一步优选为125~650,进一步优选为180~350。高分子压电材料的结晶度和标准化分子取向MORc的积在40~700的范围时,高分子压电材料的压电性和透明性的均衡性良好,并且尺寸稳定性也高,可合适地作为后述的压电元件使用。
〔透明性(内部雾度)〕
高分子压电材料的透明性例如可通过目视观察、雾度测定进行评价。对于本实施方式中的高分子压电材料的雾度而言,相对于可见光的内部雾度优选为10%以下,更优选为5%以下,特别优选为1%以下。此处,雾度是针对厚度为0.05mm的高分子压电材料,按照JIS-K7105,使用雾度测定机〔(有)东京电色制,TC-HIIIDPK〕,在25℃下测定时的值。高分子压电材料的雾度越低越好,但从与压电常数等的均衡性的观点考虑,优选为0.01%~10%,更优选为0.1%~5%,特别优选地为0.1%~1%。需要说明的是,本申请中所说的“雾度”或“内部雾度”是指高分子压电材料的内部雾度。内部雾度是指将因高分子压电材料的外表面的形状而导致的雾度除外的雾度。
<高分子压电材料的制造方法>
本实施方式中的高分子压电材料的原料可通过将上文中说明的聚乳酸系高分子等光学活性高分子(A)、和根据需要的碳二亚胺化合物等稳定剂(B)等其他成分混合、制成混合物而得到。可对混合物进行熔融混炼。具体而言,针对混合的光学活性高分子(A)和根据需要使用的其他成分,使用熔融混炼机〔东洋精机公司制,LaboPlastomill〕,在混合机转速30rpm~70rpm、180℃~250℃的条件下,进行5分钟~20分钟熔融混炼,由此,可得到光学活性高分子(A)与稳定剂(B)的共混物、多种螺旋手性高分子的共混物、螺旋手性高分子与无机填料等其他成分的共混物等。
本实施方式中的高分子压电材料例如可通过包括以下工序的制造方法来制造:第一工序,将包含光学活性高分子(A)和根据需要的稳定剂(B)的非晶状态的片材进行结晶化,得到预结晶化片材(也称为结晶化原片材);和第二工序,主要沿单轴方向拉伸上述预结晶化片材。
通常,通过增大拉伸时施加至膜的力,可促进螺旋手性高分子的取向,压电常数也变大,结晶化进行,结晶尺寸变大,从而存在雾度变大的倾向。而且,由于内部应力增加,因而存在尺寸变形率也增加的倾向。单纯向膜施加力时,可形成如球晶那样未取向的结晶。球晶那样的取向低的结晶虽然提高雾度,但难以有助于压电常数的增加。因此,为了形成压电常数高、雾度及尺寸变形率低的膜,需要以不增大雾度的程度的微小尺寸高效地形成有助于压电常数的取向结晶。
本实施方式中的高分子压电材料的制造方法中,例如,在拉伸之前使片材内预结晶化,形成微细的结晶,然后进行拉伸。由此,可将在拉伸时施加至膜的力高效地施加至微晶与微晶之间的结晶性低的高分子部分,可使螺旋手性高分子沿着主拉伸方向高效地取向。具体而言,在微晶与微晶之间的结晶性低的高分子部分内,产生微细的取向结晶,同时,通过预结晶化而产生的球晶崩溃,构成球晶的片晶以与系带分子链(tiemolecularchains)连接的串珠状沿着拉伸方向取向,由此可得到所期望的值MORc。因此,可在不大幅降低压电常数的情况下,得到雾度及尺寸变形率的值低的片材。
对于控制标准化分子取向MORc而言,基于第一工序的加热处理时间及加热处理温度等进行的结晶化原片材的结晶度的调整、及第二工序的拉伸速度及拉伸温度的调整是重要的。如上所述,螺旋手性高分子是具有分子光学活性的高分子。包含螺旋手性高分子和Carbodilite化合物的非晶状态的片材,可以是可从市场获得的片材,也可以利用挤出成型等已知的膜成型方法制作。非晶状态的片材可以是单层,也可以是多层。
〔第一工序(预结晶化工序)〕
预结晶化片材可通过对包含光学活性高分子(A)和根据需要的稳定剂(B)的非晶状态的片材进行加热处理而使其结晶化而得到。另外,也可通过以下方式得到具有规定的结晶度的预结晶化片材:利用挤出成型法等将包含光学活性高分子(A)和稳定剂(B)的原料加热至比螺旋手性高分子的玻璃化转变温度高的温度,并挤出成型为片状,然后用铸机(caster)将挤出得到的片材急速冷却,由此得到具有规定的结晶度的预结晶化片材。
另外,可以1)将预先经结晶化的预结晶化片材送入后述的拉伸工序(第二工序),设置于拉伸装置进行拉伸(基于离线(offline)的加热处理);也可以2)将未通过加热处理进行结晶化的非晶状态的片材设置于拉伸装置,用拉伸装置加热、进行预结晶化,然后连续地将其送入拉伸工序(第二工序),进行拉伸(基于在线(inline)的加热处理)。
用于将非晶状态的包含螺旋手性高分子的片材预结晶化的加热温度T,没有特别限制,但从提高利用本制造方法制造的高分子压电材料的压电性、透明性等的观点考虑,优选设定为:上述T与螺旋手性高分子的玻璃化转变温度Tg满足下式的关系,结晶度为3%~70%。
Tg-40℃≦T≦Tg+40℃
(Tg表示上述螺旋手性高分子的玻璃化转变温度)
用于进行预结晶化的加热时间、或挤出成型为片状时进行结晶化的情况下的加热时间可以进行调整,使得满足所期望的结晶度,并且使拉伸后(第二工序后)的高分子压电材料的标准化分子取向MORc和拉伸后的高分子压电材料的结晶度的积优选为40~700,进一步优选为125~650,进一步优选为250~350。加热时间变长时,拉伸后的结晶度也变高,拉伸后的标准化分子取向MORc也变高。加热时间变短时,存在拉伸后的结晶度也变低、拉伸后的标准化分子取向MORc也变低的倾向。
拉伸前的预结晶化片材的结晶度变高时,片材变硬,更大的拉伸应力施加至片材,因此,上述片材中的结晶性较低的部分的取向也变强,拉伸后的标准化分子取向MORc也变高。反之,拉伸前的预结晶化片材的结晶度变低时,片材变柔软,拉伸应力变得更难以向片材施加,因此认为上述片材中的结晶性较低的部分的取向也变弱,拉伸后的标准化分子取向MORc也变低。
加热时间根据加热温度、片材的厚度、构成片材的树脂的分子量、添加剂等的种类或量的不同而不同。另外,对于使片材结晶化的实质的加热时间而言,在可以在下述拉伸工序(第二工序)之前进行的预热中、在非晶状态的片材结晶化的温度下进行了预热的情况下,相当于上述预热时间与预热前的预结晶化工序中的加热时间的和。
非晶状态的片材的加热时间、或挤出成型为片状时进行结晶化的情况下的加热时间,通常为5秒~60分钟,从制造条件的稳定化的观点考虑,可以是1分钟~30分钟。例如,在将非晶状态的片材(包含聚乳酸系高分子作为螺旋手性高分子)预结晶化的情况下,在20℃~170℃下加热5秒~60分钟是优选的,也可以是1分钟~30分钟。
为了高效地向拉伸后的片材赋予压电性、透明性、高尺寸稳定性,调整拉伸前的预结晶化片材的结晶度是重要的。即,通过拉伸从而压电性、尺寸稳定性提高的原因被认为是:由拉伸产生的应力集中于推测处于球晶状态的预结晶化片材中的结晶性较高的部分,球晶被破坏并且发生取向,由此,压电性d14提高,另一方面,拉伸应力也经球晶施加至结晶性较低的部分,促进取向,提高压电性d14。
可将拉伸后的片材的结晶度、或在进行下述退火处理的情况下的退火处理后的结晶度设定为20%~80%、优选为40%~70%。因此,可将预结晶化片材的即将拉伸之前的结晶度设定为3%~70%、优选为10%~60%、进一步优选为15%~50%。
对于预结晶化片材的结晶度的测定而言,与拉伸后的本实施方式中的高分子压电材料的结晶度的测定同样地进行即可。
预结晶化片材的厚度主要取决于通过第二工序的拉伸想要得到的高分子压电材料的厚度和拉伸倍率,优选为50μm~1000μm,更优选为200μm~800μm左右。
〔第二工序(拉伸工序)〕
作为第二工序的拉伸工序中的拉伸方法没有特别限制,可使用单轴拉伸、双轴拉伸、后述的固相拉伸等各种拉伸方法。通过对高分子压电材料进行拉伸,可得到主面的面积大的高分子压电材料。
此处,“主面”是指高分子压电材料的表面中面积最大的面。本实施方式中的高分子压电材料可以具有2个以上主面。例如,高分子压电材料为具有2个10mm×0.3mm长方形的面A、2个3mm×0.3mm的长方形的面B、2个10mm×3mm的长方形的面C的板状体时,该高分子压电材料的主面为面C,具有2个主面。
本实施方式中,主面的面积大是指,高分子压电材料的主面的面积为5mm2以上。另外,主面的面积优选为10mm2以上。
通过主要沿一个方向拉伸高分子压电材料,可使高分子压电材料中包含的聚乳酸系高分子的分子链沿一个方向取向,并且使其高密度地排列,可推测能得到更高的压电性。
此处,高分子压电材料的玻璃化转变温度Tg〔℃〕及高分子压电材料的熔点Tm〔℃〕是以下温度:使用差示扫描型量热计(DSC),将高分子压电材料在升温速度为10℃/分钟的条件下提升温度,将从此时的熔融吸热曲线中作为曲线的拐点而得到的温度作为高分子压电材料的玻璃化转变温度Tg〔℃〕,将作为吸热反应的峰值而确认到的温度作为高分子压电材料的熔点Tm〔℃〕。
如单轴拉伸方法、双轴拉伸方法等那样,仅通过拉力拉伸高分子压电材料时,高分子压电材料的拉伸温度优选为比高分子压电材料的玻璃化转变温度高10℃~20℃左右的温度范围。
拉伸处理中的拉伸倍率优选为3倍~30倍,更优选在4倍~15倍的范围内进行拉伸。
进行预结晶化片材的拉伸时,为了容易拉伸片材,可以在即将拉伸之前进行预热。该预热通常是为了使拉伸前的片材变柔软、使拉伸变得容易而进行的,因此,通常在不使上述拉伸前的片材结晶化从而片材变硬的条件下进行。然而,如上所述,在本实施方式中,有时在拉伸前进行预结晶化,因而也可兼进行预结晶化地进行上述预热。具体而言,按照上述的预结晶化工序中的加热温度和加热处理时间,用比通常进行预热的温度更高的温度和更长时间进行,由此可同时进行预热和预结晶化。
〔退火处理工序〕
从提高压电常数的观点考虑,优选对实施了拉伸处理后(上述第二工序之后)的高分子压电材料进行一定的热处理(以下也称为“退火处理”)。需要说明的是,主要通过退火处理进行结晶化时,有时可省略在上述的预结晶化工序中进行的预结晶化。
退火处理的温度大致优选为80℃~160℃,进一步优选为100℃~155℃。
退火处理的温度施加方法没有特别限制,可举出使用热风加热器、红外线加热器直接加热的方法、将高分子压电材料浸渍于加热的硅油等加热的液体中而进行加热的方法等。
此时,若高分子压电材料由于线膨胀而发生变形,则难以得到实用上平坦的膜,因此,优选向高分子压电材料一边施加一定的拉伸应力(例如,0.01MPa~100Mpa)以使得高分子压电材料不松弛,一边施加温度。
退火处理的温度施加时间优选为1秒~60分钟,更优选为1秒~300秒,进一步优选在1秒~60秒的范围内进行加热。若实施超过60分钟的退火,在高于高分子压电材料的玻璃化转变温度的温度下,有时球晶从非晶部分的分子链开始生长,从而取向度降低,结果,有时压电性、透明性降低。
对于如上所述地进行了退火处理的高分子压电材料,优选在进行退火处理之后进行急速冷却。在退火处理中,“急速冷却”是指,在刚进行退火处理之后,将经退火处理的高分子压电材料浸渍到例如冰水中等,至少冷却至玻璃化转变温度Tg以下,在退火处理与浸渍到冰水中等之间不包括其他处理。
对于急速冷却的方法,可举出以下方法:将经退火处理的高分子压电材料浸渍于水、冰水、乙醇、装有干冰的乙醇或甲醇、液氮等制冷剂的方法;喷射蒸气压低的液体喷雾、利用蒸发潜热进行冷却的方法。为了连续地冷却高分子压电材料,可使已被控制为高分子压电材料的玻璃化转变温度Tg以下的温度的金属辊、与高分子压电材料接触等而进行急速冷却。另外,冷却的次数可以仅为1次,也可以是2次以上,进而,也可交替反复进行退火和冷却。
本实施方式中的高分子压电材料的制造方法可以依次包括:主要沿单轴方向拉伸包含光学活性高分子(A)和上述稳定剂(B)的片材的工序,和进行退火处理的工序。该进行拉伸的工序及进行退火处理的工序可以是与上述相同的工序。另外,本制造方法中,也可不实施上述的预结晶化工序。
另外,优选本实施方式中的压电构件除了包含上述的高分子压电材料之外,还包含电极。
更优选的方式的压电构件是如上述压电构件7那样,高分子压电材料(例如上述PLA膜4)具有2个主面、并在该主面上设置有电极(例如上述第1电极层2及第2电极层3)的构成的压电构件。在高分子压电材料的至少2面上具有电极即可。
作为上述电极,没有特别限制,例如,可使用Al、Ag、Au、Cu、Ag-Pd合金、ITO、ZnO、IZO(注册商标)、导电性聚合物等。
另外,本实施方式中的压电构件也可以是反复重叠高分子压电材料和电极的构成的层叠型的压电构件。
作为层叠型的压电构件的例子,可举出:反复重叠电极与高分子压电材料的单元、最后用电极覆盖未被电极覆盖的高分子压电材料的主面的层叠型压电构件。具体而言,单元重叠2次而成的层叠型压电构件是依次重叠电极、高分子压电材料、电极、高分子压电材料、电极而成的层叠型的压电构件。对于层叠型的压电构件中使用的高分子压电材料而言,只要其中1层的高分子压电材料为本实施方式中的高分子压电材料即可,其他层可以不是本实施方式中的高分子压电材料。
另外,当层叠压电元件中包括多层本实施方式中的高分子压电材料时,如果某层的本实施方式中的高分子压电材料中包含的光学活性高分子(A)的光学活性为L体,则其他层的高分子压电材料中包含的光学活性高分子(A)可以是L体,也可以是D体。高分子压电材料的配置可根据压电构件的用途适当调整。
压电构件中,例如,包含L体的光学活性高分子(A)作为主要成分的高分子压电材料的第1层隔着电极与包含L体的光学活性高分子(A)作为主要成分的第2高分子压电材料层叠时,使第1高分子压电材料的单轴拉伸方向(主要拉伸方向)与第2高分子压电材料的单轴拉伸方向(主要拉伸方向)交叉(优选正交)时,可使第1高分子压电材料与第2高分子压电材料的位移的方向一致,作为层叠型的压电构件整体的压电性提高,因而优选。
另一方面,在压电构件中,包含L体的光学活性高分子(A)作为主要成分的高分子压电材料的第1层隔着电极与包含D体的光学活性高分子(A)作为主要成分的第2高分子压电材料层叠时,以第1高分子压电材料的单轴拉伸方向(主要拉伸方向)与第2高分子压电材料的单轴拉伸方向(主要拉伸方向)大致平行的方式进行配置时,可使第1高分子压电材料与第2高分子压电材料的位移的方向一致,作为层叠型的压电构件整体的压电性提高,因而优选。
本实施方式的按压检测装置可与显示装置组合而作为触控面板使用。
即,本发明的一个实施方式涉及的触控面板具有本实施方式的按压检测装置、和显示装置(例如,液晶显示面板、有机电致发光显示面板等)。
上述触控面板中,对于本实施方式的按压检测装置与显示装置的位置关系没有特别限制。
例如,上述触控面板中,本实施方式的按压检测装置可被配置于从目视显示装置的这一侧(以下也称为“可视侧”)观察、与显示装置重叠的位置(优选为显示装置的可视侧。以下相同。),也可被配置于不与显示装置重叠的位置(例如,与显示装置相邻的位置。以下相同),也可被配置于与显示装置重叠的位置和不与显示装置重叠的位置这两种位置。
另外,上述触控面板中,相对于1个显示装置,可以仅具有1个本实施方式的按压检测装置,也可具有多个。
上述触控面板中,在将本实施方式的按压检测装置配置于从可视侧观察与显示装置重叠的位置的情况下,作为按压检测装置的压电构件中可包括的电极,优选具有透明性的电极。
上述触控面板中,在将本实施方式的按压检测装置配置于从可视侧观察与显示装置重叠的位置的情况下,为了提高显示装置的可视性,作为按压检测装置中所包括的被加压构件,优选使用具有透明性的构件。
关于电极及被加压构件,所谓“具有透明性”,具体而言是指内部雾度为20%以下(全光线透过率为80%以上)。
作为本实施方式涉及的触控面板的一例,可举出以下方案:
其具有:
显示装置,
位置检测装置,相对于显示装置被配置于可视侧,和
压敏装置,被配置于从可视侧观察不与该显示装置重叠的位置,
位置检测装置及压敏装置中的至少一方包括本实施方式的按压检测装置。
上述位置检测装置是指检测手指、点触笔等位置输入机构所接触的位置的装置。作为此处所说的“位置”,可举出在与显示装置的显示面平行且相互正交的X轴方向及Y轴方向上的位置、在与显示装置的显示面垂直的Z轴方向上的位置。该“在Z轴方向上的位置”是指通过位置输入机构按入的深度。该深度与通过位置输入机构按入的压力(按压)对应。本实施方式的按压检测装置作为用于检测在Z轴方向上的位置的位置检测装置是合适的。此时,位置输入机构对应于本实施方式中的加压机构。
上述压敏装置是指,被配置于从可视侧观察不与显示装置重叠的位置、检测由手指等加压机构进行的按压的装置。
压敏装置也可作为用于使利用位置检测装置检测出的按压增幅或衰减的装置。该情况下,触控面板的操作者通过一只手(或手指)对位置检测装置进行位置输入,同时通过另一只手(或手指)向压敏装置施加压力,可使通过位置检测装置检测出的按压增幅或衰减。
相对于1个显示装置,优选具有2个以上压敏装置,更优选具有3个以上。例如,从可视侧观察的显示装置(显示面)的形状为矩形形状的情况下,优选在与显示装置的4角相邻的4处中的至少3处具有压敏装置。本实施方式的按压检测装置优选作为上述压敏装置的至少1个。
上述一例涉及的触控面板中,本实施方式的按压检测装置可仅被包含在位置检测装置中,也可仅被包含在压敏装置中,也可被包含在两者中。
另外,上述一例涉及的触控面板中,本实施方式的按压检测装置被包含在位置检测装置及压敏装置这两者中时,位置检测装置中包含的按压检测装置的被加压构件、和压敏装置中包含的按压检测装置的被加压构件可以是共通的构件。
作为两者为共通的构件的情况下的具体方案,可举出以下方案:相对于一个被加压构件(例如玻璃基板、树脂基板等),在从可视侧观察与显示装置重叠的位置设置第1压电构件,在从可视侧观察不与显示装置重叠的位置设置第2压电构件。该方案中,第1压电构件及第2压电构件可以分别仅设置1个,也可设置多个。
另外,作为两者为共通的构件的情况的具体方案,还可举出以下方案:相对于一个被加压构件设置下述压电构件,所述压电构件跨越从可视侧观察与显示装置重叠的位置至不与显示装置重叠的位置。
以上,对本发明的一个实施方式(以下也称为“第1实施方式”)涉及的按压检测装置进行了说明,作为按压检测装置,除了上述第1实施方式以外,以下的实施方式(以下也称为“第2实施方式”)涉及的按压检测装置也是合适的。
第2实施方式涉及的按压检测装置具有:被加压构件,所述被加压构件具有接触面,所述接触面通过与加压机构接触而被施加压力;和压电构件,所述压电构件与上述被加压构件相向配置,且包含高分子压电材料,上述被加压构件的截面惯性矩Ib和杨氏模量Eb的积IEb在10GPa·mm4~108GPa·mm4的范围内。
与第1实施方式涉及的按压检测装置同样地,第2实施方式涉及的按压检测装置也可与显示装置组合而作为触控面板使用。触控面板的优选方式与使用第1实施方式涉及的按压检测装置的触控面板的优选方式相同。
本发明的发明人们发现,通过使IEb在10GPa·mm4~108GPa·mm4的范围内,与上述第1实施方式同样地,每单位挠曲量的产生电荷密度高,即,能以高灵敏度检测被施加到被加压构件的接触面的压力。
对于第2实施方式涉及的按压检测装置而言,IEb/IEa不限于在102~1010的范围的范围内,但IEb必须在10GPa·mm4~108GPa·mm4的范围内。除了这点之外,第2实施方式涉及的按压检测装置与第1实施方式涉及的按压检测装置相同。第2实施方式涉及的按压检测装置的优选方式也与第1实施方式涉及的按压检测装置的优选方式相同。第2实施方式中,IEb优选为10GPa·mm4~107GPa·mm4,更优选为10GPa·mm4~106GPa·mm4,特别优选为102GPa·mm4~105GPa·mm4。
实施例
以下,通过实施例进一步具体地说明本发明的实施方式,但本实施方式只要不超出其主旨即可,不限于以下的实施例。
〔压电片材(聚乳酸膜:PLA膜)的制作〕
相对于100质量份三井化学株式会社制聚乳酸系树脂(注册商标LACEA、H-400(重均分子量Mw:20万),添加0.1质量份作为稳定剂(B)的具有下述结构的稳定剂B1-1,进行干混,制作原料。
稳定剂B1-1
B2756或
StabaxolI
将制作的原料放入到挤出成型机料斗中,一边加热至220℃~230℃一边从T模挤出,与55℃的铸造辊接触0.5分钟,制成厚度为150μm的预结晶化片材的膜(预结晶化工序)。测定预结晶化片材的结晶度,结果为5.63%。
针对得到的预结晶化片材,一边加热至70℃一边以卷对卷的方式以1650mm/分钟的拉伸速度开始拉伸,在MD方向上进行单轴拉伸直到3.3倍(拉伸工序)。得到的膜的厚度为0.05mm。
然后,以卷对卷的方式,使上述单轴拉伸膜与已加热至130℃的辊接触60秒,进行退火处理,制作了高分子压电材料(PLA膜)(退火处理工序)。
〔物性测定及评价〕
针对如上所述得到的高分子压电材料,测定重均分子量、熔点(Tm)、结晶度、内部雾度、MORc、压电常数d14。结果示于表1。
具体而言,如下所述地进行测定。
<光学活性高分子的分子量分布(Mw/Mn)及重均分子量>
通过上述GPC测定方法,算出高分子压电材料中包含的树脂(光学活性高分子)的分子量分布(Mw/Mn)及重均分子量(Mw)。
结果示于表1。
<熔点、结晶度>
精确称量10mg高分子压电材料,使用差示扫描型量热计(PerkinElmer公司制DSC-1),在升温速度为500℃/分钟的条件下升温至140℃,进一步在升温速度为10℃/分钟的条件下升温至200℃,得到了熔融曲线。从得到的熔融曲线中得到熔点Tm及结晶度。
<内部雾度>
本申请中所说的“内部雾度”是指高分子压电材料的内部雾度,对于测定方法而言,可利用常规方法测定。
具体而言,本实施例的高分子压电材料的内部雾度值通过在下述测定条件下使用下述装置测定厚度方向的透光性而测定。更详细地说,预先在2片玻璃板之间仅夹入硅油(信越化学工业株式会社制信越Silicone(商标),型号:KF96-100CS)来测定雾度(H2),然后,将用硅油均匀涂覆了表面的高分子压电材料夹入2片玻璃板中,测定雾度(H3),如下式那样求出它们的差,从而得到本实施例的高分子压电材料的内部雾度(H1)。
内部雾度(H1)=雾度(H3)-雾度(H2)
上述雾度(H2)及上述雾度(H3)通过在下述测定条件下使用下述装置测定厚度方向的透光性来测定。
测定装置:东京电色公司制,HAZEMETERTC-HIIIDPK
试样尺寸:宽度3mm×长度30mm、厚度0.05mm
测定条件:按照JIS-K7105
测定温度:室温(25℃)
<标准化分子取向MORc>
标准化分子取向MORc利用王子计测机器株式会社制微波方式分子取向计MOA-6000测定。将基准厚度tc设定为50μm。
<压电常数d14(位移法)>
利用上述测定方法(位移法),测定高分子压电材料的压电常数d14。
[表1]
(实施例1)
从上述制作的高分子压电材料(PLA膜)中,切出宽度50mm、长度90mm的PLA膜,在切出的PLA膜的表面及背面上形成Al蒸镀电极层(厚度均为50nm),由此准备了压电构件。这些Al蒸镀电极层与上述的压电常数(位移法)测定中的Al蒸镀层同样地使用株式会社昭和真空制SIP-600形成。
另外,作为被加压构件(基材),准备了下述表2所示的尺寸(长度×宽度×厚度)的TAKIRON株式会社制的氯乙烯板。
<截面惯性矩>
基于压电构件的厚度及宽度,按照上述式(a)求出上述压电构件的截面惯性矩(Ia)。
另外,基于上述被加压构件(基材)的厚度及下述的宽度方向的固定端间隔,按照数学式“Ib=固定端间隔×(构件的厚度的立方)/12”,求出上述被加压构件(基材)的截面惯性矩(Ib)。
此处,将水平地设置各构件的主面、在水平方向上定义轴时的值,作为截面惯性矩。
<杨氏模量>
利用按照JISK7127的拉伸试验方法,使用JISK6251中规定的哑铃状1号形的试验片分别测量上述压电构件及上述被加压构件(基材)的杨氏模量(Ea、Eb)。作为通过本试验片及本试验方法得到的应力应变线图中的弹性区域(的线形部)的斜率,分别求出上述压电构件及上述被加压构件(基材)的杨氏模量。
[按压检测装置的制作]
使用上述压电构件及上述被加压构件(基材),制作具有与图1所示的按压检测装置10同样的构成的按压检测装置。
此处,作为支承框5,使用了从130mm×80mm×厚度6mm尺寸的四面体的中心部切下100mm×54mm×厚度6mm尺寸的四面体而得到的四边形框状的硬质氯乙烯制构件。
另外,将被加压构件(基材)6和支承框5以它们的外周重叠的方式配置,用两面胶带(未图示)贴合两者。该例中,被加压构件(基材)6的宽度方向的固定端间隔为54mm。
另外,将压电构件7和被加压构件(基材)6以它们的中心重叠的方式进行配置(即,以压电构件7的中心与支承框5的内周的中心重叠的方式配置),用两面胶带1贴合两者。
另外,在压电构件的两面的Al蒸镀电极层上贴合带有导电性粘合层的铜箔带,以实现电导通。
<产生电荷密度>
通过锡焊将图3所示的电路中所包括的铜线连接于上述铜箔带,由此,将上述按压检测装置连接于图3所示的电路。
该电路中,将通过压电效果而产生的电荷蓄积在电路内的100nF的电容器13中,通过包括OP放大器12的缓冲放大器,用AD转换装置14读取电容器13的两端电压。读取的电压值乘以电路内的电容器13的静电容100nF而得到的值是产生电荷量。进而,将产生电荷除以Al蒸镀电极的面积(45cm2(=5cm×9cm))而得到的值是产生电荷密度。
通过以上方式测定了产生电荷密度。
<每单位挠曲量的产生电荷密度>
作为图1所示的加压机构8的按压棒,连接于A&D公司制拉伸试验机TENSILONRTG1250的十字头部的测压传感器。
说明每单位挠曲的产生电荷密度的测定方法。
在基材6的接触面6A的中央部,使图1所示的加压机构8(此处为按压棒)垂直地接触接触面6A,以每分钟5mm的十字头速度,向基材6施加按压。用拉伸试验机的测压传感器测量按压,按压力达到与人手指的按压力相当的5N时,反转十字头的行进方向,减少按压力。按压力达到0N时,再次反转十字头的行进方向。增大按压力,当达到5N时,减少力。
进行10次该循环。通过图3所示的电路读取此时产生的电荷量。另外,对于挠曲量而言,用AD转换器读取拉伸试验机的输出电压,使用比例常数,转化为挠曲量。
将产生电荷密度的(最大值-最小值)除以挠曲量的(最大值-最小值)而得到的值作为每单位挠曲量的产生电荷密度。
(实施例2~5及比较例1)
如表2所示地变更压电构件及被加压构件(基材),除此之外,与实施例1同样地操作,制作按压检测装置,进行了评价。
结果示于下述表2。
[表2]
(表2的说明)
·截面惯性矩为水平地设置主面、在水平方向上定义轴时的值。
·实施例1~4中,作为基材,使用了TAKIRON株式会社制的氯乙烯板(厚度如表2所示)。
·实施例5及比较例1中,作为基材,使用了株式会社光制的氯乙烯板“Unisundae”(厚度如表2所述)。
·“(数值a)E(数值b)”的记载,表示“(数值a)×10(数值 b)”。例如,“5.2E-04”的记载表示5.2×10-4。
如表2所示,确认了IEb/IEa为102~1010的范围,每单位挠曲量的产生电荷密度高。其中,确认了IEb/IEa为104~109的范围(其中,104~108的范围(尤其是105~108的范围))时,每单位挠曲量的产生电荷密度特别高。
通过参照将于2013年5月16日提出申请的日本专利申请2013-104398的全部公开内容并入本说明书中。
本说明书中记载的所有文献、专利申请及技术标准通过参照被并入本说明书中,各文献、专利申请及技术标准通过参照被并入程度与具体且分别地记载的情况的程度相同。
Claims (17)
1.一种按压检测装置,其具有:
被加压构件,所述被加压构件具有接触面,所述接触面通过与加压机构接触而被施加压力,和
压电构件,所述压电构件与所述被加压构件相向配置,且包含高分子压电材料,所述高分子压电材料的在25℃下通过位移法测得的压电常数d14为1pm/V以上,
所述被加压构件的截面惯性矩Ib和杨氏模量Eb的积IEb、与所述压电构件的截面惯性矩Ia和杨氏模量Ea的积IEa之比IEb/IEa在102~1010的范围内。
2.如权利要求1所述的按压检测装置,其中,所述比IEb/IEa在104~109的范围内。
3.如权利要求1或2所述的按压检测装置,其中,所述比IEb/IEa在105~108的范围内。
4.如权利要求1或2所述的按压检测装置,其还具有:
相对于从所述接触面施加的压力而支承所述被加压构件的支承机构,和
相对于从所述接触面经由所述被加压构件所施加的压力而支承所述压电构件的支承机构。
5.如权利要求1或2所述的按压检测装置,其中,从所述接触面施加压力的方向、与所述高分子压电材料的分子取向方向交叉。
6.如权利要求1或2所述的按压检测装置,其中,所述被加压构件的厚度在0.2mm~20mm的范围内。
7.如权利要求1或2所述的按压检测装置,其中,所述被加压构件的杨氏模量Eb为1GPa~200GPa。
8.如权利要求1或2所述的按压检测装置,其中,在所述压电构件的与所述被加压构件侧相反的一侧,还具有杨氏模量为0.1GPa以下的缓和部。
9.如权利要求1或2所述的按压检测装置,其中,所述高分子压电材料包含重均分子量为5万~100万的具有光学活性的螺旋手性高分子,利用DSC法得到的结晶度为20%~80%,并且利用微波透过型分子取向计测定的将基准厚度设定为50μm时的标准化分子取向MORc和所述结晶度的积为40~700。
10.如权利要求1或2所述的按压检测装置,其中,所述高分子压电材料的相对于可见光的内部雾度为10%以下。
11.如权利要求9所述的按压检测装置,其中,所述MORc为3.5~15.0。
12.如权利要求9所述的按压检测装置,其中,所述螺旋手性高分子为具有包含下述式(1)表示的重复单元的主链的聚乳酸系高分子,
13.如权利要求9所述的按压检测装置,其中,所述螺旋手性高分子的光学纯度为95.00%ee以上。
14.如权利要求9所述的按压检测装置,其中,所述高分子压电材料中的所述螺旋手性高分子的含量为80质量%以上。
15.如权利要求9所述的按压检测装置,其中,所述高分子压电材料还含有重均分子量为200~60000的稳定剂,所述稳定剂具有选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的1种以上的官能团,相对于所述螺旋手性高分子100质量份,以0.01质量份~10质量份包含所述稳定剂。
16.如权利要求15所述的按压检测装置,其中,作为所述稳定剂,包含在1分子内具有1个选自碳二亚胺基、环氧基及异氰酸酯基中的官能团的稳定剂。
17.一种触控面板,其具有权利要求1或2所述的按压检测装置和显示装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013104398 | 2013-05-16 | ||
| JP2013-104398 | 2013-05-16 | ||
| PCT/JP2014/063100 WO2014185530A1 (ja) | 2013-05-16 | 2014-05-16 | 押圧検出装置及びタッチパネル |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105229436A true CN105229436A (zh) | 2016-01-06 |
| CN105229436B CN105229436B (zh) | 2019-06-28 |
Family
ID=51898504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201480026467.1A Active CN105229436B (zh) | 2013-05-16 | 2014-05-16 | 按压检测装置及触控面板 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10031606B2 (zh) |
| EP (1) | EP2998716B1 (zh) |
| JP (1) | JP5985744B2 (zh) |
| CN (1) | CN105229436B (zh) |
| WO (1) | WO2014185530A1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108287032A (zh) * | 2017-01-10 | 2018-07-17 | 互连电子股份有限公司 | 按力检测器的系统和方法 |
| CN109739378A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-05-10 | 维沃移动通信有限公司 | 一种压力检测装置、屏幕组件及移动终端 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR3034257B1 (fr) * | 2015-03-25 | 2017-03-31 | Univ De Lorraine | Capteur piezoelectrique et instrument comportant un tel capteur |
| KR101911643B1 (ko) * | 2016-08-08 | 2018-10-24 | 한양대학교 산학협력단 | 터치 센서 소자 및 그 제조 방법 |
| WO2019021981A1 (ja) * | 2017-07-26 | 2019-01-31 | 株式会社村田製作所 | 押圧センサ及び電子機器 |
| KR102445118B1 (ko) * | 2017-10-18 | 2022-09-19 | 엘지디스플레이 주식회사 | 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 |
| JP7045777B2 (ja) * | 2018-01-31 | 2022-04-01 | 住友理工株式会社 | トランスデューサおよびそれを用いた発電システム |
| WO2021024567A1 (ja) * | 2019-08-07 | 2021-02-11 | 株式会社村田製作所 | 面方向型振動構造 |
| JP7629986B2 (ja) * | 2021-04-15 | 2025-02-14 | 株式会社クレハ | 透明導電性圧電積層フィルム |
| WO2025182634A1 (ja) * | 2024-02-27 | 2025-09-04 | 株式会社村田製作所 | センサユニット、触覚提示装置及び電子機器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6166967U (zh) * | 1984-10-05 | 1986-05-08 | ||
| JPH01130215A (ja) * | 1987-11-02 | 1989-05-23 | Ind Technol Res Inst | デイジタルコンピユータ書込みボード |
| JP2008027016A (ja) * | 2006-07-19 | 2008-02-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | タッチパネル |
| JP2010211482A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Touch Panel Kenkyusho:Kk | 三次元入力タッチパネル機器 |
| JP2011043442A (ja) * | 2009-08-21 | 2011-03-03 | Hiroshima Univ | 変動荷重検出パッド及びこれを用いた変動荷重検出板、分布型変動荷重検出板、並びに変動荷重検出装置 |
| WO2013054918A1 (ja) * | 2011-10-13 | 2013-04-18 | 三井化学株式会社 | 高分子圧電材料、およびその製造方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2668182A (en) | 1950-07-13 | 1954-02-02 | William T Miller | Polyunsaturated fluoroolefins |
| US4057357A (en) | 1975-11-24 | 1977-11-08 | Mueller Co. | Chipless shell cutter for large diameter plastic pipe |
| JPS5996123A (ja) | 1982-11-25 | 1984-06-02 | Showa Highpolymer Co Ltd | 高分子量ポリラクタイドの製造方法 |
| JP3347406B2 (ja) | 1993-07-22 | 2002-11-20 | 三井化学株式会社 | ポリヒドロキシカルボン酸の製造方法 |
| WO2010143528A1 (ja) | 2009-06-11 | 2010-12-16 | 株式会社村田製作所 | タッチパネルおよびタッチ式入力装置 |
| WO2011125408A1 (ja) | 2010-04-09 | 2011-10-13 | 株式会社村田製作所 | タッチパネルおよびタッチパネルを備える入出力装置 |
| JP5355515B2 (ja) | 2010-05-06 | 2013-11-27 | 株式会社村田製作所 | タッチパネル、ならびにタッチ式入力装置およびその制御方法 |
| CN103154864B (zh) | 2010-10-15 | 2015-12-16 | 株式会社村田制作所 | 触摸式输入装置及其控制方法 |
| JP5783708B2 (ja) * | 2010-11-16 | 2015-09-24 | キヤノン株式会社 | 塵埃除去装置及び撮像装置 |
-
2014
- 2014-05-16 US US14/891,165 patent/US10031606B2/en active Active
- 2014-05-16 WO PCT/JP2014/063100 patent/WO2014185530A1/ja not_active Ceased
- 2014-05-16 CN CN201480026467.1A patent/CN105229436B/zh active Active
- 2014-05-16 EP EP14797906.6A patent/EP2998716B1/en active Active
- 2014-05-16 JP JP2015517147A patent/JP5985744B2/ja active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6166967U (zh) * | 1984-10-05 | 1986-05-08 | ||
| JPH01130215A (ja) * | 1987-11-02 | 1989-05-23 | Ind Technol Res Inst | デイジタルコンピユータ書込みボード |
| JP2008027016A (ja) * | 2006-07-19 | 2008-02-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | タッチパネル |
| JP2010211482A (ja) * | 2009-03-10 | 2010-09-24 | Touch Panel Kenkyusho:Kk | 三次元入力タッチパネル機器 |
| JP2011043442A (ja) * | 2009-08-21 | 2011-03-03 | Hiroshima Univ | 変動荷重検出パッド及びこれを用いた変動荷重検出板、分布型変動荷重検出板、並びに変動荷重検出装置 |
| WO2013054918A1 (ja) * | 2011-10-13 | 2013-04-18 | 三井化学株式会社 | 高分子圧電材料、およびその製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108287032A (zh) * | 2017-01-10 | 2018-07-17 | 互连电子股份有限公司 | 按力检测器的系统和方法 |
| CN109739378A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-05-10 | 维沃移动通信有限公司 | 一种压力检测装置、屏幕组件及移动终端 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20160092016A1 (en) | 2016-03-31 |
| EP2998716A1 (en) | 2016-03-23 |
| JP5985744B2 (ja) | 2016-09-06 |
| WO2014185530A1 (ja) | 2014-11-20 |
| EP2998716A4 (en) | 2017-01-18 |
| JPWO2014185530A1 (ja) | 2017-02-23 |
| CN105229436B (zh) | 2019-06-28 |
| EP2998716B1 (en) | 2018-07-04 |
| US10031606B2 (en) | 2018-07-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105229436B (zh) | 按压检测装置及触控面板 | |
| JP4934235B2 (ja) | 高分子圧電材料、およびその製造方法 | |
| JP5313414B1 (ja) | 高分子圧電材料、およびその製造方法 | |
| CN105131541A (zh) | 高分子压电材料及其制造方法 | |
| JPWO2015053089A1 (ja) | 押圧検出装置及び押圧検出タッチパネル | |
| CN107251252B (zh) | 高分子压电膜及其制造方法 | |
| JP6300458B2 (ja) | 積層圧電素子 | |
| JP6302935B2 (ja) | 高分子圧電材料及びその製造方法 | |
| CN105283491B (zh) | 结晶化高分子膜及其制造方法 | |
| CN105247394B (zh) | 膜及高分子压电材料 | |
| CN107078208B (zh) | 高分子压电膜 | |
| JP2016138239A (ja) | 高分子圧電材料及びその製造方法 | |
| CN107078207A (zh) | 高分子压电膜 | |
| JP2019026691A (ja) | 高分子圧電フィルム及びその製造方法、圧電フィルム片及びその製造方法、積層体、並びに、圧電素子 | |
| JP2016204619A (ja) | 高分子圧電材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |