[go: up one dir, main page]

WO2020261909A1 - 高分子複合圧電体、圧電フィルム、圧電スピーカー、フレキシブルディスプレイ - Google Patents

高分子複合圧電体、圧電フィルム、圧電スピーカー、フレキシブルディスプレイ Download PDF

Info

Publication number
WO2020261909A1
WO2020261909A1 PCT/JP2020/021973 JP2020021973W WO2020261909A1 WO 2020261909 A1 WO2020261909 A1 WO 2020261909A1 JP 2020021973 W JP2020021973 W JP 2020021973W WO 2020261909 A1 WO2020261909 A1 WO 2020261909A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
piezoelectric
formula
polymer
piezoelectric film
film
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.)
Ceased
Application number
PCT/JP2020/021973
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
顕夫 田村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Corp
Original Assignee
Fujifilm Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujifilm Corp filed Critical Fujifilm Corp
Priority to JP2021527557A priority Critical patent/JP7245905B2/ja
Priority to KR1020217041651A priority patent/KR20220011156A/ko
Priority to CN202080046583.5A priority patent/CN114026154B/zh
Publication of WO2020261909A1 publication Critical patent/WO2020261909A1/ja
Priority to US17/555,511 priority patent/US20220115580A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16Constructional details or arrangements
    • G06F1/1613Constructional details or arrangements for portable computers
    • G06F1/1633Constructional details or arrangements of portable computers not specific to the type of enclosures covered by groups G06F1/1615 - G06F1/1626
    • G06F1/1637Details related to the display arrangement, including those related to the mounting of the display in the housing
    • G06F1/1652Details related to the display arrangement, including those related to the mounting of the display in the housing the display being flexible, e.g. mimicking a sheet of paper, or rollable
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/857Macromolecular compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G77/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule
    • C08G77/48Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
    • C08G77/58Metal-containing linkages
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G79/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen, and carbon with or without the latter elements in the main chain of the macromolecule
    • C08G79/10Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen, and carbon with or without the latter elements in the main chain of the macromolecule a linkage containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20Oxides; Hydroxides
    • C08K3/22Oxides; Hydroxides of metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/24Acids; Salts thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/04Polysiloxanes
    • C08L83/06Polysiloxanes containing silicon bound to oxygen-containing groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L83/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L83/14Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers in which at least two but not all the silicon atoms are connected by linkages other than oxygen atoms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L85/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage in the main chain of the macromolecule containing atoms other than silicon, sulfur, nitrogen, oxygen and carbon; Compositions of derivatives of such polymers
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16Constructional details or arrangements
    • G06F1/1613Constructional details or arrangements for portable computers
    • G06F1/1633Constructional details or arrangements of portable computers not specific to the type of enclosures covered by groups G06F1/1615 - G06F1/1626
    • G06F1/1684Constructional details or arrangements related to integrated I/O peripherals not covered by groups G06F1/1635 - G06F1/1675
    • G06F1/1688Constructional details or arrangements related to integrated I/O peripherals not covered by groups G06F1/1635 - G06F1/1675 the I/O peripheral being integrated loudspeakers
    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09FDISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
    • G09F9/00Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements
    • G09F9/30Indicating arrangements for variable information in which the information is built-up on a support by selection or combination of individual elements in which the desired character or characters are formed by combining individual elements
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/005Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers using a piezoelectric polymer
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/06Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/09Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • H10N30/098Forming organic materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047Membrane type
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/704Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80Constructional details
    • H10N30/85Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/852Composite materials, e.g. having 1-3 or 2-2 type connectivity
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R7/00Diaphragms for electromechanical transducers; Cones
    • H04R7/02Diaphragms for electromechanical transducers; Cones characterised by the construction
    • H04R7/04Plane diaphragms
    • H04R7/045Plane diaphragms using the distributed mode principle, i.e. whereby the acoustic radiation is emanated from uniformly distributed free bending wave vibration induced in a stiff panel and not from pistonic motion

Definitions

  • the present invention relates to a polymer composite piezoelectric body, a piezoelectric film using this polymer composite piezoelectric body, a piezoelectric speaker using this piezoelectric film, and a flexible display.
  • the speakers used in these thin displays are also required to be lighter and thinner. Further, in response to the development of a flexible display using a flexible substrate such as plastic, the speaker used for the flexible display is also required to be flexible.
  • the shape of the conventional speaker is generally a funnel-shaped so-called cone shape, a spherical dome shape, or the like.
  • a speaker if such a speaker is to be incorporated in the above-mentioned thin display, it cannot be made sufficiently thin, and there is a risk of impairing lightness and flexibility.
  • the speaker when the speaker is attached externally, it is troublesome to carry it.
  • a speaker that is thin and can be integrated into a thin display or a flexible display without impairing lightness and flexibility, it has a sheet-like flexibility and has a property of expanding and contracting in response to an applied voltage. It has been proposed to use a piezoelectric film.
  • a piezoelectric film (electroacoustic conversion film) disclosed in Patent Document 1 has been proposed as a piezoelectric film that is sheet-like, has flexibility, and can stably reproduce high-quality sound. ing.
  • the piezoelectric film disclosed in Patent Document 1 is a polymer composite piezoelectric body (piezoelectric layer) in which piezoelectric particles are dispersed in a viscoelastic matrix made of a polymer material having viscoelasticity at room temperature, and a polymer composite. It has a thin film electrode formed on both sides of the piezoelectric body and a protective layer formed on the surface of the thin film electrode.
  • An object of the present invention is to solve such a problem of the prior art, and a polymer composite piezoelectric material capable of obtaining a piezoelectric film capable of outputting a higher sound pressure when used in a piezoelectric speaker, this height It is an object of the present invention to provide a piezoelectric film using a molecular composite piezoelectric material, and a piezoelectric speaker and a flexible display using the piezoelectric film.
  • the present invention has the following configuration.
  • the unit represented by the formula (1) described later and It is selected from a group consisting of a unit represented by the formula (2-1) described later, a unit represented by the formula (2-2) described later, and a unit represented by the formula (2-3) described later.
  • M represents Ti.
  • the polymer has at least one unit selected from the group consisting of the unit represented by the formula (2-1) and the unit represented by the formula (2-2). The polymer composite piezoelectric material described.
  • [4] The polymer composite piezoelectric material according to any one of [1] to [3], wherein the polymer has a unit represented by the formula (2-1).
  • [5] The polymer composite piezoelectric material according to any one of [1] to [4], wherein the content of the piezoelectric particle is 50% by volume or more with respect to the total volume of the polymer composite piezoelectric body.
  • [6] The polymer composite piezoelectric material according to any one of [1] to [5], wherein the piezoelectric particles include ceramic particles having a perovskite-type or wurtzite-type crystal structure.
  • Piezoelectric particles include any of lead zirconate titanate, lead lanthanate zirconate titanate, barium titanate, zinc oxide, and a solid solution of barium titanate and bismuth ferrite, according to [6].
  • the high molecular weight composite piezoelectric body described.
  • a piezoelectric speaker having the piezoelectric film according to [8].
  • a flexible display in which the piezoelectric film according to [8] is attached to a surface of the flexible display opposite to the image display surface.
  • a polymer composite piezoelectric material capable of obtaining a piezoelectric film capable of outputting a higher sound pressure when used in a piezoelectric speaker, a piezoelectric film using this polymer composite piezoelectric material, and a piezoelectric film using the polymer composite piezoelectric material, and , Piezoelectric speakers and flexible displays that utilize this piezoelectric film are provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view conceptually showing an example of the piezoelectric film of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a method for producing the piezoelectric film shown in FIG.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a method for producing the piezoelectric film shown in FIG.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram for explaining a method for producing the piezoelectric film shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram conceptually showing an example of a piezoelectric speaker using the piezoelectric film shown in FIG.
  • FIG. 6 is a diagram conceptually showing an example in which the flexible display of the present invention is used as an organic electroluminescence display.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view conceptually showing an example of the piezoelectric film of the present invention.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a method for producing the piezoelectric film shown in FIG.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram for explaining a method for producing the piezo
  • FIG. 7 is a diagram conceptually showing an example in which the flexible display of the present invention is used for electronic paper.
  • FIG. 8 is a diagram conceptually showing an example in which the flexible display of the present invention is used as a liquid crystal display.
  • FIG. 9 is a diagram conceptually showing the configuration of a general vocal cord microphone.
  • the polymer composite piezoelectric body, the piezoelectric film, the piezoelectric speaker, the flexible display, the vocal band microphone, and the sensor for musical instruments of the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
  • the description of the constituent elements described below may be based on typical embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.
  • the numerical range represented by using "-" means the range including the numerical values before and after "-" as the lower limit value and the upper limit value.
  • the polymer composite piezoelectric material of the present invention is molded into a sheet, provided with thin film electrodes (electrode layers) on both sides, and used as a piezoelectric film.
  • a piezoelectric film is used as a diaphragm of an electroacoustic converter such as a piezoelectric speaker, a microphone, and a voice sensor.
  • an electroacoustic converter such as a piezoelectric speaker, a microphone, and a voice sensor.
  • the piezoelectric film moves upward (in the direction of sound radiation) in order to absorb the stretched portion, and vice versa.
  • the electroacoustic converter converts vibration (sound) and an electric signal by vibration caused by repeated expansion and contraction of the piezoelectric film, and inputs an electric signal to the piezoelectric film to generate sound by vibration corresponding to the electric signal. It is used for regenerating, converting the vibration of a piezoelectric film by receiving sound into an electric signal, giving a tactile sensation by vibration, or transporting an object.
  • various acoustic devices such as pickups (sensors for musical instruments) and speakers (for example, full-range speakers, tweeters, squawkers and woofers) used for musical instruments such as guitars, speakers for headphones, noise cancellers, and microphones.
  • the piezoelectric film of the present invention is a non-magnetic material, it can be suitably used as a noise canceller for MRI (magnetic resonance imaging) among noise cancellers.
  • the electro-acoustic converter using the piezoelectric film of the present invention is thin, light and bendable, it has functions as wearable products such as hats, mufflers and clothes, thin displays such as televisions and digital signage, and audio equipment. , Suitable for automobile ceilings, curtains, umbrellas, wallpaper, windows and beds, etc.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view schematically showing an example of the piezoelectric film of the present invention.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention has a piezoelectric layer 12 which is a sheet-like material having piezoelectricity, a lower thin film electrode 14 laminated on one surface of the piezoelectric layer 12, and a lower thin film. It has a lower protective layer 18 laminated on the electrode 14, an upper thin film electrode 16 laminated on the other surface of the piezoelectric layer 12, and an upper protective layer 20 laminated on the upper thin film electrode 16.
  • the piezoelectric layer 12 which is a polymer composite piezoelectric body, has a height in which the piezoelectric particles 26 are dispersed in a polymer matrix 24 made of a polymer material, as conceptually shown in FIG. It is composed of a molecular composite piezoelectric material.
  • the piezoelectric layer 12 is the polymer composite piezoelectric material of the present invention.
  • the polymer composite piezoelectric body (piezoelectric layer 12) preferably has the following requirements.
  • the normal temperature is 0 to 50 ° C.
  • Flexibility For example, when gripping in a loosely bent state like a newspaper or magazine for carrying, it is constantly subjected to a relatively slow and large bending deformation of several Hz or less from the outside. become. At this time, if the polymer composite piezoelectric body is hard, a correspondingly large bending stress is generated, and cracks are generated at the interface between the polymer matrix and the piezoelectric particles, which may eventually lead to fracture. Therefore, the polymer composite piezoelectric body is required to have appropriate softness.
  • the speaker vibrates the piezoelectric particles at a frequency in the audio band of 20 Hz to 20 kHz, and the vibration energy causes the entire diaphragm (polymer composite piezoelectric body) to vibrate as a unit to reproduce the sound. To. Therefore, in order to increase the transmission efficiency of vibration energy, the polymer composite piezoelectric material is required to have an appropriate hardness. Further, if the frequency characteristic of the speaker is smooth, the amount of change in sound quality when the minimum resonance frequency f 0 changes with the change in curvature also becomes small. Therefore, it is desirable that the loss tangent of the polymer composite piezoelectric material is moderately large.
  • the minimum resonance frequency f 0 of the speaker diaphragm is given by the following equation.
  • s is the stiffness of the vibration system and m is the mass.
  • the larger the degree of curvature of the piezoelectric film that is, the larger the radius of curvature of the curved portion
  • the lower the mechanical stiffness s so that the minimum resonance frequency f 0 becomes smaller. That is, the sound quality (volume, frequency characteristics) of the speaker changes depending on the radius of curvature of the piezoelectric film.
  • the polymer composite piezoelectric material behaves hard against vibrations of 20 Hz to 20 kHz and soft against vibrations of several Hz or less. Further, it is desirable that the loss tangent of the polymer composite piezoelectric body is appropriately large with respect to vibrations of all frequencies of 20 kHz or less.
  • polymer solids have a viscoelastic relaxation mechanism, and large-scale molecular motion decreases (Relaxation) or maximizes loss elastic modulus (absorption) as the temperature rises or the frequency decreases.
  • Relaxation large-scale molecular motion decreases
  • absorption loss elastic modulus
  • main dispersion the relaxation caused by the micro-Brownian motion of the molecular chain in the amorphous region is called main dispersion, and a very large relaxation phenomenon is observed.
  • the temperature at which this main dispersion occurs is the glass transition point (Tg), and the viscoelastic relaxation mechanism appears most prominently.
  • the polymer composite piezoelectric body (piezoelectric layer 12), by using a polymer material having a glass transition point at room temperature (in other words, a polymer material having viscoelasticity at room temperature) as a matrix, vibration of 20 Hz to 20 kHz can be achieved.
  • a polymer composite piezoelectric material that is hard and behaves softly against slow vibrations of several Hz or less can be realized.
  • the polymer material constituting the polymer matrix preferably has a maximum value of tangent Tan ⁇ at a frequency of 1 Hz by a dynamic viscoelasticity test of 0.5 or more at room temperature.
  • the polymer material constituting the polymer matrix preferably has a storage elastic modulus (E') at a frequency of 1 Hz measured by dynamic viscoelasticity measurement of 100 MPa or more at 0 ° C. and 10 MPa or less at 50 ° C.
  • E' storage elastic modulus
  • the polymer material constituting the polymer matrix has a relative permittivity of 10 or more at 25 ° C.
  • a voltage is applied to the polymer composite piezoelectric body, a higher electric field is applied to the piezoelectric particles in the polymer matrix, so that a large amount of deformation can be expected.
  • the polymer material has a relative permittivity of 10 or less at 25 ° C.
  • the unit represented by the formula (1) as the polymer material constituting the polymer matrix 24 that suitably satisfies these conditions (hereinafter, simply “unit”). 1 ”), a unit represented by the formula (2-1), a unit represented by the formula (2-2), and a unit represented by the formula (2-3).
  • a polymer having at least one unit (hereinafter, also simply referred to as “unit 2”) and a polymer (hereinafter, also simply referred to as “specific polymer”) is used.
  • a siloxane bond (Si—O—Si) is a bond in which two silicon atoms are bonded via one oxygen atom, and therefore, per silicon atom in the siloxane bond.
  • the number of oxygen atoms in is considered to be 1/2, and is expressed as O 1/2 in the formula.
  • M represents Ti (titanium), Zr (zirconium), Hf (hafnium) or Al (aluminum). Of these, Ti is preferable because the effect of the present invention is more excellent.
  • x represents 4 when M is Ti, Zr or Hf, and represents 3 when M is Al. That is, the unit represented by the equation (1) represents (TiO 4/2 ), (ZrO 4/2 ), (HfO 4/2 ), or (AlO 3/2 ).
  • the content of unit 1 in the specific polymer is not particularly limited, but is preferably 1 to 99 mol%, more preferably 5 to 50 mol%, still more preferably 10 to 30 mol%, based on all the units of the specific polymer.
  • R 1 represents an organic group.
  • the type of the organic group is not particularly limited as long as it is a group containing a carbon atom.
  • an aliphatic hydrocarbon group which may have a substituent and an aromatic group which may have a substituent may be used.
  • Group hydrocarbon groups can be mentioned. Examples of the aliphatic hydrocarbon group include an alkyl group, an alkenyl group, and an alkynyl group, and an alkyl group is preferable.
  • the number of carbon atoms of the alkyl group is not particularly limited, and 1 to 10 is preferable, and 1 to 5 is more preferable, in that the effect of the present invention is more excellent.
  • the aromatic hydrocarbon group may be monocyclic or polycyclic.
  • Examples of the aromatic hydrocarbon group include a benzene ring group and a naphthalene ring group.
  • the type of substituent that the aliphatic hydrocarbon group and the aromatic hydrocarbon group may have is not particularly limited, and for example, a halogen atom (for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom), Hydrocarbon groups (eg, alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, and aryl groups), heterocyclic groups, hydroxyl groups, cyano groups, nitro groups, carboxyl groups, alkoxy groups, aryloxy groups, silyloxy groups, heterocyclic oxy groups.
  • a halogen atom for example, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom
  • Hydrocarbon groups eg, alkyl groups, alkenyl groups, alkynyl groups, and
  • R 2 independently represents an organic group.
  • the definition of the organic group represented by R 2 is the same as the definition of the organic group represented by R 1 .
  • R 3 independently represents an organic group.
  • the definition of the organic group represented by R 3 is the same as the definition of the organic group represented by R 1 .
  • the specific polymer is at least one selected from the group consisting of the unit represented by the formula (2-1) and the unit represented by the formula (2-2) in that the effect of the present invention is more excellent. It is preferable to have a unit, and it is preferable to have a unit represented by the formula (2-1).
  • the total content of the unit 2 in the specific polymer is not particularly limited, but is preferably 1 to 99 mol%, more preferably 50 to 95 mol%, and further 70 to 90 mol% with respect to all the units of the specific polymer. preferable.
  • the ratio of the molar amount of unit 1 to the total molar amount of unit 2 (molar amount of unit 1 / total molar amount of unit 2) in the specific polymer is not particularly limited, but is preferably 1/99 to 99/1. , 50/50 to 95/5, more preferably 70/30 to 90/10.
  • the unit represented by the above formula (2-1) corresponds to the so-called T unit
  • the unit represented by the formula (2-2) corresponds to the so-called D unit
  • the formula (2-3) corresponds to the so-called M unit.
  • the specific polymer is represented by the unit represented by the formula (1), the unit represented by the formula (2-1), the unit represented by the formula (2-2), and the unit represented by the formula (2-3). It may have a unit other than the unit.
  • the unit represented by the formula (1), the unit represented by the formula (2-1), and the unit represented by the formula (2-2) are represented with respect to all the units of the specific polymer.
  • the total content of the unit and the unit represented by the formula (2-3) is preferably 95 mol% or more, more preferably 100 mol%.
  • the method for synthesizing the specific polymer is not particularly limited, and the specific polymer can be synthesized by a known method.
  • Examples thereof include a method of synthesizing a specific polymer by hydrolyzing and condensing with at least one selected from the group consisting of.
  • a known method is adopted, and a known catalyst may be appropriately used. Equation (3) M (Y) x Equation (4-1) (R 1 ) Si (Y) 3 Equation (4-2) (R 2 ) 2 Si (Y) 2 Equations (4-3) (R 3 ) 3 Si (Y)
  • M and x in the formula (3) are the same as the definitions of M and x in the formula (1).
  • Y represents a hydrolyzable group (a group that becomes a hydroxyl group by hydrolysis). Hydrolyzable groups include halogen atoms, alkoxy groups, acyl groups, and amino groups.
  • R 1 in the equation (4-1) is the same as the definition of R 1 in the equation (2-1).
  • R 2 in the formula (4-2) is the same as the definition of R 2 in the formula (2-2).
  • R 3 in Eq. (4-3) is the same as the definition of R 3 in Eq. (2-3).
  • Y represents a hydrolyzable group. Specific examples of hydrolyzable groups are as described above.
  • the mixing ratio with at least one selected from the group consisting of is in the range of the ratio of the above-mentioned molar amount of unit 1 to the total molar amount of unit 2 (molar amount of unit 1 / total molar amount of unit 2). It is preferable to adjust so as to be.
  • Example 1 Specific examples of specific polymers (Examples 1 to 9) are shown in Table 1 below. In Table 1, the unit 1 and the unit 2 of each polymer are illustrated. In Table 1, "*" represents the bonding position.
  • the weight average molecular weight of the specific polymer is not particularly limited, but 1000 to 200,000 is preferable, and 1500 to 150,000 is more preferable, because the effect of the present invention is more excellent.
  • the weight average molecular weight of a polymer is measured by the following devices and conditions.
  • Measuring device Product name "LC-20AD” (manufactured by Shimadzu Corporation) Columns: Shodex KF-801 x 2, KF-802, and KF-803 (manufactured by Showa Denko KK) Measurement temperature: 40 ° C Eluent: tetrahydrofuran, sample concentration 0.1-0.2% by mass Flow rate: 1 mL / min Detector: UV-VIS detector (trade name "SPD-20A", manufactured by Shimadzu Corporation) Molecular weight: Standard polystyrene conversion
  • the polymer matrix 24 containing the specific polymer may contain a plurality of types of the specific polymer, if necessary. Further, the polymer matrix 24 constituting the polymer composite piezoelectric material of the present invention is, if necessary, other dielectric polymers in addition to the above-mentioned specific polymers for the purpose of adjusting the dielectric properties and mechanical properties. May be added.
  • dielectric polymers that can be added include, for example, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer, and polyvinylidene fluoride-trifluoroethylene copolymer.
  • fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer, cyanoethyl cellulose, cyanoethyl hydroxysaccharose, cyanoethyl hydroxycellulose, cyanoethyl hydroxypurrane, cyanoethyl methacrylate, cyanoethyl acrylate, cyanoethyl.
  • Cyano groups such as hydroxyethyl cellulose, cyanoethyl amylose, cyanoethyl hydroxypropyl cellulose, cyanoethyl dihydroxypropyl cellulose, cyanoethyl hydroxypropyl amylose, cyanoethyl polyacrylamide, cyanoethyl polyacrylate, cyanoethyl pullulan, cyanoethyl polyhydroxymethylene, cyanoethyl glycidol pullulan, cyanoethyl saccharose and cyanoethyl sorbitol
  • polymers having a cyanoethyl group synthetic rubbers such as nitrile rubber and chloroprene rubber, and the like are exemplified.
  • a polymer material having a cyanoethyl group is preferably used.
  • the other dielectric polymers are not limited to one type, and a plurality of types may be used.
  • the polymer matrix 24 is a thermoplastic resin such as vinyl chloride resin, polyethylene, polystyrene, methacrylic resin, polybutene and isobutylene for the purpose of adjusting the glass transition point Tg of the polymer matrix 24.
  • thermosetting resins such as phenol resin, urea resin, melamine resin, alkyd resin and mica may be contained.
  • the polymer matrix 24 may contain a tackifier such as a rosin ester, a rosin, a terpene, a terpene phenol, and a petroleum resin.
  • the content of the other conductive polymer is not limited, but is 30 in the polymer matrix 24. It is preferably mass% or less.
  • the piezoelectric layer 12 (polymer composite piezoelectric body) is formed by dispersing the piezoelectric particles 26 in such a polymer matrix.
  • the piezoelectric particles 26 are preferably made of ceramic particles having a perovskite-type or wurtzite-type crystal structure. Examples of the materials constituting the piezoelectric particles 26 include lead zirconate titanate (PZT), lead zirconate titanate (PLZT), barium titanate (BaTIO 3 ), zinc oxide (ZnO), and titanium. Examples thereof include a solid solution (BFBT) of barium acid acid and bismuth ferrite (BiFe 3 ).
  • the particle size of the piezoelectric particles 26 may be appropriately selected according to the size and application of the piezoelectric film 10.
  • the particle size of the piezoelectric particles 26 is preferably 1 to 10 ⁇ m.
  • the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 are uniformly and regularly dispersed in the polymer matrix 24, but the present invention is not limited to this. That is, the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 may be irregularly dispersed in the polymer matrix 24 as long as they are preferably uniformly dispersed.
  • the amount ratio of the polymer matrix 24 and the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 is required for the size and thickness of the piezoelectric film 10 in the plane direction, the use of the piezoelectric film 10, and the piezoelectric film 10. It may be set as appropriate according to the characteristics and the like.
  • the volume fraction of the piezoelectric particles 26 in the piezoelectric layer 12 is preferably 30% by volume or more, more preferably 50% by volume or more.
  • the upper limit is preferably 70% by volume or less.
  • the thickness of the piezoelectric layer 12 is not limited, and may be appropriately set according to the size of the piezoelectric film 10, the application of the piezoelectric film 10, the characteristics required for the piezoelectric film 10, and the like. Good.
  • the thickness of the piezoelectric layer 12 is preferably 8 to 300 ⁇ m, more preferably 8 to 40 ⁇ m, further preferably 10 to 35 ⁇ m, and particularly preferably 15 to 25 ⁇ m.
  • the piezoelectric layer 12 is preferably polarized (polled) in the thickness direction.
  • the polarization treatment will be described in detail later.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention has a lower thin film electrode 14 on one surface of such a piezoelectric layer 12, and a lower protective layer 18 as a preferred embodiment on the lower thin film electrode 14. Further, it has a configuration in which the upper thin film electrode 16 is provided on the other surface of the piezoelectric layer 12, and the upper protective layer 20 is provided on the upper thin film electrode 16 as a preferred embodiment. In the piezoelectric film 10, the upper thin film electrode 16 and the lower thin film electrode 14 form an electrode pair.
  • both sides of the piezoelectric layer 12 are sandwiched between electrode pairs, that is, the upper thin film electrode 16 and the lower thin film electrode 14, and preferably, the upper protective layer 20 and the lower protective layer 18 are further sandwiched. It has a structure that is sandwiched between. In this way, the region sandwiched between the upper thin film electrode 16 and the lower thin film electrode 14 is driven according to the applied voltage.
  • the piezoelectric film 10 has, for example, a sticking layer for sticking the thin film electrode and the piezoelectric layer 12, and a sticking layer for sticking the thin film electrode and the protective layer. It may have a layer.
  • the adhesive layer known adhesives (adhesives and adhesives) can be used as long as the objects to be attached can be attached to each other.
  • the same material as the polymer material (that is, the polymer matrix 24) obtained by removing the piezoelectric particles 26 from the piezoelectric layer 12 can also be preferably used.
  • the sticking layer may be provided on both the upper thin film electrode 16 side and the lower thin film electrode 14 side, or may be provided on only one of the upper thin film electrode 16 side and the lower thin film electrode 14 side.
  • the piezoelectric film 10 covers the electrode drawing portion for drawing out the electrodes from the upper thin film electrode 16 and the lower thin film electrode 14, and the region where the piezoelectric layer 12 is exposed, and shorts or the like. It may have an insulating layer or the like to prevent it.
  • the electrode drawing portion a portion where the thin film electrode and the protective layer project convexly outside the surface direction of the piezoelectric layer may be provided, or a part of the protective layer is removed to form a hole portion. Then, a conductive material such as silver paste may be inserted into the pores to electrically conduct the conductive material and the thin film electrode to form an electrode extraction portion.
  • the number of electrode extraction portions is not limited to one, and two or more electrode extraction portions may be provided.
  • the upper protective layer 20 and the lower protective layer 18 have a role of covering the upper thin film electrode 16 and the lower thin film electrode 14 and imparting appropriate rigidity and mechanical strength to the piezoelectric layer 12. .. That is, in the piezoelectric film 10 of the present invention, the piezoelectric layer 12 composed of the polymer matrix 24 and the piezoelectric particles 26 exhibits extremely excellent flexibility with respect to slow bending deformation. Depending on the application, rigidity and mechanical strength may be insufficient.
  • the piezoelectric film 10 is provided with an upper protective layer 20 and a lower protective layer 18 to supplement the piezoelectric film 10.
  • the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 have the same configuration except for the arrangement position. Therefore, in the following description, when it is not necessary to distinguish between the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20, both members are collectively referred to as a protective layer.
  • the piezoelectric film 10 of the illustrated example has a lower protective layer 18 and an upper protective layer 20 laminated on both thin film electrodes.
  • the present invention is not limited to this, and a configuration having only one of the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 may be used.
  • various sheet-like materials can be used.
  • various resin films are preferably exemplified.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PP polypropylene
  • PS polystyrene
  • PC polycarbonate
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PMMA polymethylmethacrylate
  • PEI Polyetherimide
  • PEI Polystyrene
  • PA Polyethylene
  • PEN Polyethylene Naphthalate
  • TAC Triacetyl Cellulose
  • a resin film composed of a cyclic olefin resin and the like are preferably used. ..
  • the thickness of the protective layer there is no limit to the thickness of the protective layer. Further, the thicknesses of the upper protective layer 20 and the lower protective layer 18 are basically the same, but may be different. If the rigidity of the protective layer is too high, not only the expansion and contraction of the piezoelectric layer 12 is restricted, but also the flexibility is impaired. Therefore, the thinner the protective layer is, the more advantageous it is, except when mechanical strength and good handleability as a sheet-like material are required.
  • the thickness of the upper protective layer 20 and the lower protective layer 18 are each less than twice the thickness of the piezoelectric layer 12, both the rigidity and the appropriate flexibility are compatible.
  • the thickness of the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 is preferably 100 ⁇ m or less, preferably 50 ⁇ m or less. More preferably, 25 ⁇ m or less is further preferable.
  • an upper thin film electrode 16 is formed between the piezoelectric layer 12 and the upper protective layer 20, and a lower thin film electrode 14 is formed between the piezoelectric layer 12 and the lower protective layer 18.
  • the upper thin film electrode 16 is also referred to as an upper electrode 16
  • the lower thin film electrode 14 is also referred to as a lower electrode 14.
  • the upper electrode 16 and the lower electrode 14 are provided to apply an electric field to the piezoelectric film 10 (piezoelectric layer 12).
  • the lower electrode 14 and the upper electrode 16 are basically the same. Therefore, in the following description, when it is not necessary to distinguish between the lower electrode 14 and the upper electrode 16, both members are collectively referred to as a thin film electrode.
  • the material for forming the thin film electrode is not limited, and various conductors can be used. Specifically, carbon, palladium, iron, tin, aluminum, nickel, platinum, gold, silver, copper, chromium, molybdenum, alloys thereof, indium tin oxide, and PEDOT / PPS (polyethylene dioxythiophene-polystyrene sulfone). Conductive polymers such as acid) are exemplified. Among them, copper, aluminum, gold, silver, platinum, and indium tin oxide are preferably exemplified. Among them, copper is more preferable because of conductivity, cost, flexibility and the like.
  • vapor deposition vacuum deposition method
  • film formation method by plating method of pasting foil formed of the above materials, and coating.
  • Various known methods such as a method for plating can be used.
  • a copper or aluminum thin film formed by vacuum vapor deposition is preferably used as a thin film electrode because the flexibility of the piezoelectric film 10 can be ensured.
  • a copper thin film formed by vacuum vapor deposition is preferably used.
  • the thickness of the upper electrode 16 and the lower electrode 14 There is no limitation on the thickness of the upper electrode 16 and the lower electrode 14. Further, the thicknesses of the upper electrode 16 and the lower electrode 14 are basically the same, but may be different.
  • the protective layer described above if the rigidity of the thin film electrode is too high, not only the expansion and contraction of the piezoelectric layer 12 is restricted, but also the flexibility is impaired. Therefore, the thinner the thin film electrode is, the more advantageous it is, as long as the electrical resistance does not become too high.
  • the piezoelectric film 10 is suitable because if the product of the thickness of the thin film electrode and the Young's modulus is less than the product of the thickness of the protective layer and the Young's modulus, the flexibility is not significantly impaired.
  • the thickness of the protective layer is PET (Young's modulus: about 6.2 GPa) and the thin film electrode is copper (Young's modulus: about 130 GPa)
  • the thickness of the thin film electrode is It is preferably 1.2 ⁇ m or less, more preferably 0.3 ⁇ m or less, and even more preferably 0.1 ⁇ m or less.
  • the piezoelectric film 10 sandwiches the piezoelectric layer 12 formed by dispersing the piezoelectric particles 26 in the polymer matrix 24 containing the specific polymer between the upper electrode 16 and the lower electrode 14, and further, the upper protective layer. It has a structure in which the 20 and the lower protective layer 18 are sandwiched. In such a piezoelectric film 10, it is preferable that a maximum value at which the loss tangent (Tan ⁇ ) at a frequency of 1 Hz by dynamic viscoelasticity measurement is 0.1 or more exists at room temperature.
  • the piezoelectric film 10 is subjected to a relatively slow and large bending deformation of several Hz or less from the outside, the strain energy can be effectively diffused to the outside as heat, so that the polymer matrix and the piezoelectric particles can be used. It is possible to prevent cracks from occurring at the interface of.
  • the piezoelectric film 10 preferably has a storage elastic modulus (E') at a frequency of 1 Hz as measured by dynamic viscoelasticity measurement of 10 to 30 GPa at 0 ° C. and 1 to 10 GPa at 50 ° C.
  • E' storage elastic modulus
  • the piezoelectric film 10 can have a large frequency dispersion in the storage elastic modulus (E') at room temperature. That is, it can behave hard for vibrations of 20 Hz to 20 kHz and soft for vibrations of several Hz or less.
  • the product of the thickness and the storage elastic modulus (E') at a frequency of 1 Hz measured by dynamic viscoelasticity is 1.0 ⁇ 10 6 to 2.0 ⁇ 10 6 N / m at 0 ° C. , It is preferably 1.0 ⁇ 10 5 to 1.0 ⁇ 10 6 N / m at 50 ° C.
  • the piezoelectric film 10 can be provided with appropriate rigidity and mechanical strength as long as the flexibility and acoustic characteristics are not impaired.
  • the piezoelectric film 10 preferably has a loss tangent (Tan ⁇ ) of 0.05 or more at 25 ° C. and a frequency of 1 kHz in the master curve obtained from the dynamic viscoelasticity measurement.
  • Ton ⁇ loss tangent
  • the frequency characteristics of the speaker using the piezoelectric film 10 are smoothed, and the amount of change in sound quality when the minimum resonance frequency f 0 changes with the change in the curvature of the speaker (piezoelectric film 10) can be reduced.
  • FIGS. 2 to 4 conceptually show an example of a method for manufacturing the piezoelectric film 10.
  • a lower electrode laminate 11a which is a sheet-like material in which the lower electrode 14 is formed on the lower protective layer 18, is prepared.
  • the upper electrode laminated body 11c which is a sheet-like material in which the upper thin film electrode 16 and the upper protective layer 20 are laminated as shown in FIG. 4, is prepared.
  • the lower electrode laminate 11a may be produced by forming a copper thin film or the like as the lower thin film electrode 14 on the surface of the lower protective layer 18 by vacuum deposition, sputtering, plating or the like.
  • the upper electrode laminate 11c may be produced by forming a copper thin film or the like as the upper thin film electrode 16 on the surface of the upper protective layer 20 by vacuum deposition, sputtering, plating or the like.
  • a commercially available sheet-like material in which a copper thin film or the like is formed on the protective layer may be used as the lower electrode laminate 11a and / or the upper electrode laminate 11c.
  • the lower electrode laminate 11a and the upper electrode laminate 11c may be exactly the same or different.
  • a protective layer with a separator temporary support
  • PET or the like having a thickness of 25 to 100 ⁇ m can be used.
  • the separator may be removed after thermocompression bonding of the thin film electrode and the protective layer.
  • a paint (coating composition) to be the piezoelectric layer 12 is applied onto the lower electrode 14 of the lower electrode laminate 11a, and then cured to form the piezoelectric layer 12.
  • a laminate 11b in which the lower electrode laminate 11a and the piezoelectric layer 12 are laminated is produced.
  • a specific polymer is dissolved in an organic solvent, and piezoelectric particles 26 such as PZT particles are added, and the mixture is stirred to prepare a dispersion.
  • the organic solvent is not limited, and various organic solvents such as dimethylformamide (DMF), methylethylketone, and cyclohexanone can be used.
  • the paint is cast (coated) on the lower electrode laminate 11a to evaporate the organic solvent and dry it.
  • a laminated body 11b having a lower electrode 14 on the lower protective layer 18 and laminating the piezoelectric layer 12 on the lower electrode 14 is produced.
  • the casting method of this paint there is no limitation on the casting method of this paint, and all known methods (coating devices) such as a bar coater, a slide coater and a doctor knife can be used.
  • the specific polymer is a substance that can be melted by heating, the specific polymer is heated and melted to prepare a melt obtained by adding / dispersing the piezoelectric particles 26 to the specific polymer, which is shown in FIG. 2 by extrusion molding or the like.
  • the laminate 11b as shown in FIG. 3 may be produced by extruding the lower electrode laminate 11a into a sheet shape and cooling the laminate.
  • a polymer piezoelectric material such as PVDF (polyvinylidene fluoride) may be added to the polymer matrix 24 in addition to the specific polymer.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the polymer piezoelectric materials to be added to the coating material may be dissolved.
  • the polymer piezoelectric material to be added may be added to the heat-melted specific polymer and heat-melted.
  • the piezoelectric layer 12 of the laminated body 11b having the lower electrode 14 on the lower protective layer 18 and forming the piezoelectric layer 12 on the lower electrode 14 is subjected to a polarization treatment (polling).
  • a polarization treatment there are no restrictions on the method of polarization treatment of the piezoelectric layer 12, and known methods can be used.
  • electric field polling in which a DC electric field is directly applied to the piezoelectric layer 12 is exemplified.
  • the upper electrode 14 may be formed before the polarization treatment, and the electric field polling treatment may be performed using the upper electrode 14 and the lower electrode 16.
  • the polarization treatment is performed in the thickness direction of the piezoelectric layer 12 (polymer composite piezoelectric body), not in the plane direction.
  • a calendar treatment may be performed in which the surface of the piezoelectric layer 12 is smoothed by using a heating roller or the like. By applying this calendar treatment, the thermocompression bonding process described later can be smoothly performed.
  • the previously prepared upper electrode laminate 11c is laminated on the piezoelectric layer 12 side of the polarization-treated laminate 11b, and the upper electrode 16 is laminated toward the piezoelectric layer 12. Further, the laminated body is thermocompression-bonded using a heating press device or a heating roller or the like so as to sandwich the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20, and the laminated body 11b and the upper electrode laminated body 11c are attached. Together, the piezoelectric film 10 of the present invention is produced as shown in FIG. Alternatively, the laminate 11b and the upper electrode laminate 11c may be bonded together using an adhesive and preferably pressure-bonded to produce the piezoelectric film 10 of the present invention.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention produced in this manner is polarized in the thickness direction instead of the plane direction, and large piezoelectric characteristics can be obtained without stretching treatment after the polarization treatment. Therefore, the piezoelectric film 10 of the present invention has no in-plane anisotropy in the piezoelectric characteristics, and when a driving voltage is applied, it expands and contracts isotropically in all directions in the in-plane direction.
  • RtoR is a raw material that has been processed by drawing out the raw material from a roll formed by winding a long raw material and carrying it in the longitudinal direction while performing various treatments such as film formation and surface treatment. This is a manufacturing method in which the material is wound into a roll again.
  • a first roll formed by winding a long lower electrode laminate 11a and a long upper electrode laminate 11c are wound.
  • a second roll is used.
  • the first roll and the second roll may be exactly the same.
  • the lower electrode laminate 11a is pulled out from the first roll, and while being conveyed in the longitudinal direction, a paint containing the above-mentioned specific polymer and piezoelectric particles 26 is applied onto the lower electrode 14 of the lower electrode laminate 11a.
  • the piezoelectric layer 12 is formed on the lower electrode 14 by drying by heating or the like to prepare a laminate 11b in which the lower electrode laminate 11a and the piezoelectric layer 12 are laminated.
  • the piezoelectric layer 12 is polarized.
  • the piezoelectric film 10 is manufactured by RtoR
  • the piezoelectric layer 12 is conveyed by a rod-shaped electrode extending in a direction orthogonal to the conveying direction of the laminated body 10b while conveying the laminated body 10b.
  • the calendar treatment may be performed before this polarization treatment.
  • the upper electrode laminate 11c is pulled out from the second roll, and while the upper electrode laminate 11c and the laminate 11b are conveyed, the upper thin film electrode 16 is directed toward the piezoelectric layer 12 by a known method using a bonding roller or the like.
  • the upper electrode laminate 11c is laminated on the laminate 10b.
  • the laminate 10b and the upper electrode laminate 11c are thermocompression-bonded by sandwiching and transporting the laminate 10b and the upper electrode laminate 11c by a pair of heating rollers to complete the piezoelectric film 10 of the present invention, and the piezoelectric film 10 is wound in a roll shape.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention is produced by transporting the sheet-like material (laminated body) only once in the longitudinal direction by RtoR, but the present invention is not limited thereto.
  • the laminate roll is formed by winding the laminate 11b once in a roll shape.
  • the laminate 11b is pulled out from the laminate roll, and while being conveyed in the longitudinal direction, the upper electrode laminate 11c is laminated and thermocompression bonded to produce a piezoelectric film 10, and the piezoelectric film 10 is produced.
  • 10 may be wound in a roll shape.
  • FIG. 5 shows a conceptual diagram of an example of a flat plate type piezoelectric speaker using the piezoelectric film 10 of the present invention.
  • the piezoelectric speaker 40 is a flat plate type piezoelectric speaker that uses the piezoelectric film 10 of the present invention as a diaphragm that converts an electric signal into vibration energy.
  • the piezoelectric speaker 40 can also be used as a microphone, a sensor, or the like.
  • the piezoelectric speaker 40 includes a piezoelectric film 10, a case 42, and a holding lid 48.
  • the case 42 is a cylindrical housing that is made of plastic or the like and has an open surface.
  • a pipe 42a to be inserted into the case 42 is provided on the side surface of the case 42.
  • the holding lid 48 is a frame body having a substantially L-shaped cross section, and the open surface side of the case 42 is inserted and put together.
  • the piezoelectric speaker 40 covers the case 42 with the piezoelectric film 10 so as to close the open surface, and the holding lid 48 is fitted to the case 42 from above the piezoelectric film 10.
  • the piezoelectric film 10 opens the case 42. Close the surface airtightly. If necessary, an O-ring or the like for maintaining airtightness may be provided between the upper surface of the side wall of the case 42 and the piezoelectric film 10. In this state, the air inside the case 42 is evacuated from the pipe 42a to hold the piezoelectric film 10 in a concave state as shown in FIG. On the contrary, the piezoelectric film 10 may be held in a convex state by introducing air into the case 42 from the pipe 42a.
  • the piezoelectric film 10 when the piezoelectric film 10 is elongated in the in-plane direction by applying a driving voltage to the lower electrode 14 and the upper electrode 16, the piezoelectric film 10 is concave due to decompression in order to absorb the extension. Moves down. On the contrary, when the piezoelectric film 10 contracts in the in-plane direction by applying the driving voltage to the lower electrode 14 and the upper electrode 16, the concave piezoelectric film 10 moves upward in order to absorb the contracted portion. The piezoelectric speaker 40 generates sound by the vibration of the piezoelectric film 10.
  • the conversion from the stretching motion to the vibration can also be achieved by holding the piezoelectric film 10 in a curved state. Therefore, the piezoelectric film 10 of the present invention can function as a flexible piezoelectric speaker by simply holding it in a curved state, instead of the flat plate-shaped piezoelectric speaker 40 as shown in FIG. ..
  • the piezoelectric speaker using the piezoelectric film 10 of the present invention can be stored in a bag or the like by, for example, rolling or folding, taking advantage of its good flexibility. Therefore, according to the piezoelectric film 10 of the present invention, it is possible to realize a piezoelectric speaker that can be easily carried even if it has a certain size. Further, as described above, the piezoelectric film 10 of the present invention is excellent in flexibility and flexibility, and has no in-plane piezoelectric property anisotropy. Therefore, the piezoelectric film 10 of the present invention has little change in sound quality regardless of which direction it is bent, and also has little change in sound quality with respect to a change in curvature.
  • the piezoelectric speaker using the piezoelectric film 10 of the present invention has a high degree of freedom in the installation location, and can be attached to various articles as described above.
  • a so-called wearable speaker can be realized by attaching the piezoelectric film 10 of the present invention to clothing such as clothes and portable items such as a bag in a curved state.
  • the flexible display of the present invention is a flexible display using the piezoelectric film of the present invention as a speaker. Specifically, it is opposite to the image display surface of a flexible sheet-shaped display device such as a flexible organic EL display device, a flexible liquid crystal display device, and a flexible electronic paper.
  • a flexible sheet-shaped display device such as a flexible organic EL display device, a flexible liquid crystal display device, and a flexible electronic paper.
  • This is a speaker-mounted flexible display in which the piezoelectric film 10 of the present invention is attached as a speaker on the side surface.
  • the surface of the display device opposite to the image display surface is also referred to as "the back surface of the display device".
  • the flexible display may be a color display or a monochrome display.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention is excellent in flexibility and flexibility, and has no in-plane piezoelectric property anisotropy. Therefore, the piezoelectric film 10 of the present invention has little change in sound quality regardless of which direction it is bent, and also has little change in sound quality with respect to a change in curvature. Therefore, the speaker-mounted flexible display of the present invention in which the piezoelectric film 10 of the present invention is attached to a flexible image display device is excellent in flexibility and is in a state of being held in a hand. It is possible to output a speaker with stable sound quality regardless of the direction of the curvature and the amount of the curvature, that is, appropriately corresponding to any deformation.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view conceptually showing an example of a flexible display of the present invention in which the piezoelectric film of the present invention is used for an organic EL (electroluminescence) display.
  • the organic EL display 60 shown in FIG. 6 is a speaker-mounted organic EL flexible display in which the piezoelectric film 10 of the present invention is attached to the back surface of a flexible sheet-shaped organic EL display device 62.
  • the method of attaching the piezoelectric film 10 of the present invention to the back surface of a flexible sheet-like image display device such as the organic EL display device 62 there is no limitation on the method of attaching the piezoelectric film 10 of the present invention to the back surface of a flexible sheet-like image display device such as the organic EL display device 62. That is, all known methods of attaching (bonding) sheet-like objects face to face are available. As an example, a method of sticking with an adhesive, a method of sticking by heat fusion, a method of using double-sided tape, a method of using adhesive tape, a method of sticking a plurality of laminated sheet-like objects such as a substantially C-shaped clamp at the end or end.
  • a method using a jig that is sandwiched between sides a method that uses a jig that clamps multiple laminated sheet-like objects such as rivets in-plane (excluding the image display surface), and protection from both sides of the multiple laminated sheet-like objects.
  • Examples thereof include a method of sandwiching with a film (at least the image display side is transparent) and a method of using these in combination.
  • the piezoelectric film 10 includes a piezoelectric layer 12 made of a polymer composite piezoelectric material, a lower thin film electrode 14 provided on one surface of the piezoelectric layer 12, an upper thin film electrode 16 provided on the other surface, and a lower portion.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention described above includes a lower protective layer 18 provided on the surface of the thin film electrode 14 and an upper protective layer 20 provided on the surface of the upper thin film electrode 16.
  • the organic EL display device 62 is a known flexible sheet-shaped organic EL display device (organic EL display panel). That is, the organic EL display device 62 has, for example, an anode 68 on which a pixel electrode having a switching circuit such as a TFT (Thin Film Transistor) is formed on a substrate 64 such as a plastic film, and is on the anode 68. It has a light emitting layer 70 using an organic EL material, has a transparent cathode 72 made of ITO (indium tin oxide) or the like on the light emitting layer 70, and is transparent formed of transparent plastic or the like on the cathode 72. It is configured to have a substrate 74.
  • ITO indium tin oxide
  • a hole injection layer or a hole transport layer may be provided between the anode 68 and the light emitting layer 70, and further, an electron transport layer or an electron injection layer may be provided between the light emitting layer 70 and the cathode 72. It may have a layer. Further, a protective film such as a gas barrier film may be provided on the transparent substrate 74.
  • the piezoelectric film 10 that is, the wiring for driving the speaker is connected to the lower electrode 14 and the upper electrode 16 of the piezoelectric film 10. Further, wiring for driving the organic EL display device 62 is connected to the anode 68 and the cathode 72. The same applies to the electronic paper 78 and the liquid crystal display 94, which will be described later.
  • FIG. 7 conceptually shows an example of the flexible display of the present invention in which the piezoelectric film of the present invention is used as electronic paper.
  • the electronic paper 78 shown in FIG. 7 is a speaker-mounted electronic paper in which the piezoelectric film 10 of the present invention is attached to the back surface of a flexible sheet-shaped electronic paper device 80.
  • the piezoelectric film 10 is the same as the above-mentioned one.
  • the electronic paper device 80 is an electronic paper having known flexibility. That is, as an example, the electronic paper device 80 has a lower electrode 84 in which a pixel electrode having a switching circuit such as a TFT is formed on a substrate 82 such as a plastic film, and is positive or negative on the lower electrode 84. It has a display layer 86 in which microcapsules 86a containing white and black pigments charged in the resin are arranged, has a transparent upper electrode 90 made of ITO or the like on the display layer 86, and is transparent on the upper electrode 90. It is configured to have a transparent substrate 92 made of plastic or the like.
  • the example shown in FIG. 7 is an example in which the flexible display of the present invention is used for an electrophoretic electronic paper using microcapsules, but the present invention is not limited thereto. That is, the flexible display of the present invention has flexibility such as an electrophoresis method that does not use microcapsules, a chemical change method that uses a redox reaction, an electronic powder / granular material method, an electrowetting method, and a liquid crystal method. All known electronic papers can be used as long as they are in the form of sheets.
  • FIG. 8 conceptually shows an example in which the piezoelectric film of the present invention is used for a liquid crystal display (LCD).
  • the liquid crystal display 94 shown in FIG. 8 is a speaker-mounted liquid crystal flexible display in which the piezoelectric film 10 of the present invention is attached to the back surface of a flexible sheet-shaped liquid crystal display device 96.
  • the piezoelectric film 10 is the same as the above-mentioned one.
  • the liquid crystal display device 96 is a known flexible sheet-shaped liquid crystal display device (liquid crystal display panel). That is, as an example, the liquid crystal display device 96 has a flexible edge light type light guide plate 98 and a light source 100 that incidents a backlight from an end portion of the light guide plate 98. As an example, the liquid crystal display device 96 has a polarizer 102 on the light guide plate 98, a transparent lower substrate 104 on the polarizer 102, and a switching circuit such as a TFT on the lower substrate 104.
  • It has a transparent lower electrode 106 on which a pixel electrode has been formed, a liquid crystal layer 108 on the lower electrode 106, and a transparent upper electrode 110 made of ITO or the like on the liquid crystal layer 108. It is configured with a transparent upper substrate 112 on top of 110, a polarizer 114 on top of the top substrate 112, and a protective film 116 on top of the polarizer 114.
  • the flexible display of the present invention is not limited to organic EL displays, electronic papers, and liquid crystal displays, and any flexible sheet-shaped display device (display panel) can be used for images using various display devices.
  • a display device is available.
  • the vocal cord microphone and musical instrument sensor of the present invention are vocal cord microphones and musical instrument sensors using the piezoelectric film of the present invention.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention having the layer 18 and the upper protective layer 20 also has a performance that the piezoelectric layer 12 converts vibration energy into an electric signal. Therefore, the piezoelectric film 10 of the present invention can be suitably used for a microphone or a sensor (pickup) for a musical instrument by utilizing the piezoelectric film 10.
  • FIG. 9 conceptually shows an example of a general vocal cord microphone.
  • a piezoelectric ceramic 126 such as PZT is laminated on a metal plate 128 such as a brass plate, and an elastic cushion 130 is provided on the lower surface of the laminated body.
  • a spring 132 is attached to the upper surface thereof, supported in the case 124, and the signal lines 134 and 136 are pulled out from the case, which has a complicated structure.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention in which the piezoelectric film 10 of the present invention is used as a sensor for converting an audio signal into an electric signal
  • the piezoelectric film 10 is provided with a sticking means and the piezoelectric layer 12 (lower part).
  • a voice band microphone can be configured with a simple configuration in which a signal line for extracting an electric signal output from the electrode 14 and the upper electrode 16) is provided.
  • the vocal cord microphone of the present invention having such a configuration acts as a vocal cord microphone only by attaching a piezoelectric film 10 provided with a signal line for extracting an electric signal to the vicinity of the vocal cord.
  • a conventional vocal cord microphone using a piezoelectric ceramic 126 and a metal plate 128 has a very small loss tangent, so resonance tends to be very strong, and the frequency characteristic becomes rugged. Therefore, it tends to have a metallic tone.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention is excellent in flexibility and acoustic characteristics, and the change in sound quality is small when deformed, so that the piezoelectric film 10 is attached to the throat of a person having a complicated curved surface. Is possible, and it can be faithfully reproduced from bass to treble. That is, according to the present invention, it is possible to realize an ultra-lightweight and space-saving vocal cord microphone with a simple configuration that can output an audio signal that is extremely close to the real voice and does not give a feeling of wearing.
  • the piezoelectric film 10 may be housed in an ultra-thin case or bag and attached to the vicinity of the vocal cords.
  • the sensor for musical instruments of the present invention using the piezoelectric film 10 of the present invention as a sensor for converting an audio signal into an electric signal has, for example, a piezoelectric film 10 provided with a sticking means and a piezoelectric layer 12 (lower electrode).
  • a sensor for an instrument can be configured with a simple configuration in which a signal line for extracting an electric signal output from 14 and the upper electrode 16) is provided.
  • the musical instrument sensor of the present invention having such a configuration acts as a musical instrument sensor (that is, a pickup) only by attaching a piezoelectric film 10 provided with a signal line for extracting an electric signal to a part of the musical instrument.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention is thin and highly flexible, so that the sensor for musical instruments of the present invention is excellent in flexibility and acoustic characteristics, and the change in sound quality is small when deformed. Therefore, it can be attached to the housing surface of a musical instrument having a complicated curved surface, and the sound of the musical instrument can be faithfully reproduced from bass to treble. Moreover, since the sensor for musical instruments of the present invention has almost no mechanical restraint on the housing surface of the vibrating musical instrument, the influence of attaching the pickup on the original sound of the musical instrument can be minimized.
  • the piezoelectric film 10 may be housed in an ultra-thin case or bag and attached to the musical instrument.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention expands and contracts in the surface direction when a voltage is applied, and vibrates favorably in the thickness direction due to the expansion and contraction in the surface direction. Therefore, it is expensive when used for, for example, a piezoelectric speaker. It exhibits good acoustic characteristics that can output sound with sound pressure.
  • the piezoelectric film 10 of the present invention which exhibits such good acoustic characteristics or high expansion / contraction performance due to piezoelectricity, can be used as a piezoelectric vibrating element that vibrates a vibrating body such as a diaphragm by laminating a plurality of sheets. It works.
  • the piezoelectric film to be laminated does not have to have the upper protective layer 20 and / or the lower protective layer 18 unless there is a possibility of a short circuit.
  • a piezoelectric film having no upper protective layer 20 and / or lower protective layer 18 may be laminated via an insulating layer.
  • a speaker may be used in which a laminate of the piezoelectric films 10 is attached to a diaphragm and the diaphragm is vibrated by the laminate of the piezoelectric films 10 to output sound. That is, in this case, the laminated body of the piezoelectric film 10 acts as a so-called exciter that outputs sound by vibrating the diaphragm.
  • each piezoelectric film 10 expands and contracts in the surface direction, and the expansion and contraction of each piezoelectric film 10 causes the entire laminate of the piezoelectric films 10 to expand and contract in the surface direction.
  • the expansion and contraction of the laminate of the piezoelectric film 10 in the surface direction causes the diaphragm to which the laminate is attached to bend, and as a result, the diaphragm vibrates in the thickness direction.
  • the vibration in the thickness direction causes the diaphragm to generate sound.
  • the diaphragm vibrates according to the magnitude of the drive voltage applied to the piezoelectric film 10, and generates a sound according to the drive voltage applied to the piezoelectric film 10. Therefore, at this time, the piezoelectric film 10 itself does not output sound.
  • the rigidity of the piezoelectric film 10 for each sheet is low and the elastic force is small, the rigidity is increased by laminating the piezoelectric film 10, and the elastic force of the laminated body as a whole is increased.
  • the laminated body of the piezoelectric film 10 even if the diaphragm has a certain degree of rigidity, the diaphragm is sufficiently flexed with a large force to sufficiently vibrate the diaphragm in the thickness direction. Sound can be generated in the diaphragm.
  • the number of laminated piezoelectric films 10 is not limited, and for example, the number of sheets capable of obtaining a sufficient amount of vibration may be appropriately set according to the rigidity of the vibrating diaphragm and the like. It is also possible to use one piezoelectric film 10 of the present invention as a similar exciter (piezoelectric vibrating element) as long as it has sufficient stretching force.
  • the diaphragm vibrated by the laminated body of the piezoelectric film 10 of the present invention is not limited, and various sheet-like materials (plate-like materials, films) can be used. Examples thereof include a resin film made of PET or the like, foamed plastic made of expanded polystyrene or the like, a paper material such as a corrugated cardboard material, a glass plate, wood or the like. Further, a device such as a display device may be used as the diaphragm as long as it can be sufficiently bent.
  • the laminate of the piezoelectric films 10 it is preferable that adjacent piezoelectric films are attached to each other with an adhesive layer (adhesive agent). Further, it is preferable that the laminate of the piezoelectric film 10 and the diaphragm are also attached by the attachment layer.
  • the adhesive layer may be made of an adhesive or an adhesive.
  • an adhesive layer made of an adhesive is used, which gives a solid and hard adhesive layer after application. The same applies to the above points in the laminated body formed by folding back the long piezoelectric film 10 described later.
  • the polarization direction of the piezoelectric film 10 of the present invention is the polarization direction in the thickness direction. Therefore, in the laminated body of the piezoelectric films 10, the polarization directions may be the same for all the piezoelectric films 10, and there may be piezoelectric films having different polarization directions.
  • the piezoelectric films 10 it is preferable to laminate the piezoelectric films 10 so that the polarization directions of the adjacent piezoelectric films 10 are opposite to each other.
  • the polarity of the voltage applied to the piezoelectric layer 12 depends on the polarization direction. Therefore, regardless of whether the polarization direction is from the upper electrode 16 to the lower electrode 14 or from the lower electrode 14 to the upper electrode 16, the polarity of the upper electrode 16 and the polarity of the lower electrode 14 in all the laminated piezoelectric films 10 To have the same polarity.
  • the laminate of the piezoelectric films 10 may be configured to laminate a plurality of piezoelectric films 10 by folding back the long piezoelectric film 10 once or more, preferably a plurality of times.
  • the structure in which the long piezoelectric film 10 is folded back and laminated has the following advantages. That is, in a laminated body in which a plurality of cut sheet-shaped piezoelectric films 10 are laminated, it is necessary to connect the upper electrode 16 and the lower electrode 14 to the drive power source for each piezoelectric film. On the other hand, in the configuration in which the long piezoelectric film 10 is folded back and laminated, the laminated body can be formed only by one long piezoelectric film 10.
  • the long piezoelectric film 10 is folded and laminated, only one power source is required for applying the driving voltage, and the electrode may be pulled out from the piezoelectric film 10 at one place. Further, in the configuration in which the long piezoelectric films 10 are folded back and laminated, the polarization directions of the adjacent piezoelectric films 10 are inevitably opposite to each other.
  • MIBK methyl isobutyl ketone
  • 5 mass% saline 150 g
  • the organic phase was washed twice with 5 mass% saline (150 g) and pure water (150 g) in sequence, and the obtained solution was concentrated by vacuum distillation to obtain 60.3 mass% of polymer (P-1).
  • a MIBK solution containing (76.3 g, yield 81%) was obtained.
  • the weight average molecular weight of the obtained polymer (P-1) was 2900.
  • the weight average molecular weight of the polymer was measured by the following devices and conditions. Measuring device: Product name "LC-20AD” (manufactured by Shimadzu Corporation) Columns: Shodex KF-801 x 2, KF-802, and KF-803 (manufactured by Showa Denko KK) Measurement temperature: 40 ° C Eluent: THF, sample concentration 0.1-0.2% by mass Flow rate: 1 mL / min Detector: UV-VIS detector (trade name "SPD-20A", manufactured by Shimadzu Corporation) Molecular weight: Standard polystyrene conversion
  • Example 1 Production of Piezoelectric Film>
  • the piezoelectric film 10 shown in FIG. 1 was produced by the method shown in FIGS. 2 to 4 described above. First, using the MIBK solution containing each polymer prepared above, the predetermined polymer used in each Example and Comparative Example was mixed with a mixed solvent of methyl ethyl ketone (MEK) and cyclohexanone (each containing a solvent) at the following composition ratio. The amount was dissolved in 50% by mass). Then, PZT particles were added to this solution at the following composition ratio and dispersed by a propeller mixer (rotation speed 2000 rpm) to prepare a coating material for forming the piezoelectric layer 12.
  • MEK methyl ethyl ketone
  • cyclohexanone each containing a solvent
  • -PZT particles 600 parts by mass-Predetermined polymer: 60 parts by mass-MEK: 130 parts by mass Parts ⁇ Cyclohexanone ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 170 parts by mass ⁇ MIBK ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ 40 parts by mass PZT particles are obtained by sintering commercially available PZT raw material powder at 1000 to 1200 ° C. After that, this was crushed and classified so as to have an average particle size of 5 ⁇ m.
  • two sheet-like materials (corresponding to the lower electrode laminate 11a and the upper electrode laminate 11c) prepared by vacuum-depositing a copper thin film with a thickness of 0.1 ⁇ m on a PET film having a thickness of 4 ⁇ m were prepared. That is, in this example, the lower thin film electrode 14 and the upper thin film electrode 16 are copper-deposited thin films having a thickness of 0.1 m, and the lower protective layer 18 and the upper protective layer 20 are PET films having a thickness of 4 ⁇ m. In order to obtain good handling during the process, a PET film having a thickness of 50 ⁇ m with a separator (temporary support PET) is used, and after thermocompression bonding of the thin film electrode and the protective layer, the separator of each protective layer is used.
  • a separator temporary support PET
  • a paint for forming the previously prepared piezoelectric layer 12 was applied onto the copper-deposited thin film (lower thin film electrode 14) of the sheet-like material (lower electrode laminate 11a) using a slide coater. The paint was applied so that the film thickness of the coating film after drying was 20 ⁇ m.
  • a product coated with a paint on a copper-deposited thin film (lower thin film electrode 14) was heated and dried on a hot plate at 120 ° C. to evaporate MEK, cyclohexanone, and MIBK.
  • laminated body 11b having a copper lower thin film electrode 14 on the lower protective layer 18 made of PET and forming a piezoelectric layer 12 having a thickness of 20 ⁇ m on the lower thin film electrode 14 is produced. did.
  • the piezoelectric layer 12 of the laminated body 11b was polarized.
  • the upper electrode laminated body 11c was laminated toward the piezoelectric layer 12.
  • the polymer layer having a layer thickness of 0.3 ⁇ m was formed by applying a MIBK solution containing each of the polymers prepared above.
  • the laminate of the laminate 11b and the upper electrode laminate 11c is thermocompression bonded at 120 ° C. using a laminator device to bond the piezoelectric layer 12, the lower thin film electrode 14, and the upper thin film electrode 16. , A piezoelectric film 10 was produced.
  • a circular test piece having a diameter of 70 mm was cut out from the produced piezoelectric film to produce a piezoelectric speaker as shown in FIG.
  • the case was a cylindrical container with one side open, and a plastic cylindrical container having an opening size of ⁇ 60 mm and a depth of 10 mm was used. After arranging the piezoelectric film so as to cover the opening of the case and fixing the peripheral part with the holding lid, air is exhausted from the pipe inside the case to maintain the pressure inside the case at 0.09 MPa, and the piezoelectric film was curved in a concave shape to produce a piezoelectric speaker.
  • ⁇ Comparative example 2> A film made of PVDF having a thickness of 56 ⁇ m was prepared. A copper-deposited thin film having a thickness of 0.1 ⁇ m was formed on both sides of this film to prepare a piezoelectric film. Using the obtained piezoelectric film, a piezoelectric speaker was produced according to the procedure of ⁇ Production of a piezoelectric speaker> described above.
  • ⁇ Piezoelectric characteristics Sound pressure evaluation> The sound pressure level was measured for the produced piezoelectric speaker. Specifically, a microphone is placed at a position 0.25 m away from the center of the piezoelectric film of the piezoelectric speaker, and a 1 kHz, 10 V0-P sine wave is input between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric film. Then, the sound pressure level was measured. In addition, it was evaluated according to the following criteria. The evaluation was made as follows based on the difference from the sound pressure level of Comparative Example 1 (sound pressure level of each Example or Comparative Example-sound pressure level of Comparative Example 1).
  • the "polymer” column indicates the type of polymer used.
  • the "Type of M” column represents the type of M in the unit represented by the formula (1) of each polymer.
  • the "unit” column represents a unit selected from the group consisting of the unit represented by the formula (2-2) and the unit represented by the formula (2-3) possessed by each polymer. ..
  • the ratio of the molar amount of unit 1 to the total molar amount of unit 2 (molar amount of unit 1 / total molar amount of unit 2) in each polymer is the same as the “mixing ratio A / B” in Table 2 above. Met. For example, in polymer P-1, the ratio of unit 1 to unit 2 was 80/20.
  • the content of the unit 1 was 80 mol% and the content of the unit 2 was 20 mol% with respect to all the units of the polymer P-1.
  • the silicone rubber used in Comparative Example 1 is "HTV type liquid silicone (manufactured by Atex Co., Ltd.)".
  • a desired effect was obtained by using a predetermined polymer composite piezoelectric material.
  • the polymer has a unit represented by the formula (2-1) or a unit represented by the formula (2-2), and the formula (2-1) is used. It was confirmed that it is more preferable to have the unit represented. Further, from the comparison between Examples 1 to 5 and Examples 8 to 12, it was confirmed that a more excellent effect can be obtained when the type of M is Ti. From the above results, the effect of the present invention is clear.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Piezo-Electric Transducers For Audible Bands (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本発明は、圧電スピーカーに用いた際に、音圧の高い出力が可能な圧電フィルムが得られる高分子複合圧電体、この高分子複合圧電体を利用する圧電フィルム、ならびに、この圧電フィルムを利用する圧電スピーカーおよびフレキシブルディスプレイを提供する。本発明の高分子複合圧電体は、式(1)で表される単位と、式(2-1)で表される単位、式(2-2)で表される単位、および、式(2-3)で表される単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位と、を有するポリマーを含む高分子マトリックス、および、圧電体粒子、を含む。 式(1) (MOx/2) 式(2-1) (R1SiO3/2) 式(2-2) (R2 2SiO2/2) 式(2-3) (R3 3SiO1/2)

Description

高分子複合圧電体、圧電フィルム、圧電スピーカー、フレキシブルディスプレイ
 本発明は、高分子複合圧電体、この高分子複合圧電体を用いる圧電フィルム、ならびに、この圧電フィルムを用いる圧電スピーカー、および、フレキシブルディスプレイに関する。
 液晶ディスプレイや有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイなど、ディスプレイの薄型化および軽量化に対応して、これらの薄型ディスプレイに用いられるスピーカーにも軽量化および薄型化が要求されている。また、プラスチック等の可撓性基板を用いたフレキシブルディスプレイの開発に対応して、これに用いられるスピーカーにも可撓性が要求されている。
 従来のスピーカーの形状は、漏斗状のいわゆるコーン型、および、球面状のドーム型等が一般的である。しかしながら、このようなスピーカーを上述の薄型のディスプレイに内蔵しようとすると、十分に薄型化できず、また、軽量性や可撓性を損なうおそれがある。また、スピーカーを外付けにした場合、持ち運び等が面倒である。
 そこで、薄型で、軽量性や可撓性を損なうことなく薄型のディスプレイやフレキシブルディスプレイに一体化可能なスピーカーとして、シート状で可撓性を有し、印加電圧に応答して伸縮する性質を有する圧電フィルムを用いることが提案されている。
 例えば、シート状で、可撓性を有し、かつ、高音質な音を安定して再生することができる圧電フィルムとして、特許文献1に開示される圧電フィルム(電気音響変換フィルム)を提案されている。特許文献1に開示される圧電フィルムは、常温で粘弾性を有する高分子材料からなる粘弾性マトリックス中に圧電体粒子を分散してなる高分子複合圧電体(圧電体層)と、高分子複合圧電体の両面に形成された薄膜電極と、薄膜電極の表面に形成された保護層とを有するものである。
特開2014-14063号公報
 このような圧電フィルムにおいては、昨今より一層の音圧の向上が望まれている。
 本発明者らは、特許文献1に記載の圧電フィルムを用いた圧電スピーカーの音圧の特性について検討したところ、現在の要求レベルを満たしておらず、さらなる改良が必要であることを知見した。
 発明の目的は、このような従来技術の問題点を解決することにあり、圧電スピーカーに用いた際に、より高い音圧の出力が可能な圧電フィルムが得られる高分子複合圧電体、この高分子複合圧電体を利用する圧電フィルム、ならびに、この圧電フィルムを利用する圧電スピーカーおよびフレキシブルディスプレイを提供することにある。
 この課題を解決するために、本発明は、以下の構成を有する。
[1] 後述する式(1)で表される単位と、
 後述する式(2-1)で表される単位、後述する式(2-2)で表される単位、および、後述する式(2-3)で表される単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位と、を有するポリマーを含む高分子マトリックス、および、
 圧電体粒子、を含む、高分子複合圧電体。
[2] MがTiを表す、[1]に記載の高分子複合圧電体。
[3] ポリマーが、式(2-1)で表される単位、および、式(2-2)で表される単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位を有する、[2]に記載の高分子複合圧電体。
[4] ポリマーが、式(2-1)で表される単位を有する、[1]~[3]のいずれかに記載の高分子複合圧電体。
[5] 圧電体粒子の含有量が、高分子複合圧電体全体積に対して、50体積%以上である、[1]~[4]のいずれかに記載の高分子複合圧電体。
[6] 圧電体粒子が、ペロブスカイト型またはウルツ鉱型の結晶構造を有するセラミックス粒子を含む、[1]~[5]のいずれかに記載の高分子複合圧電体。
[7] 圧電体粒子が、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、および、チタン酸バリウムとビスマスフェライトとの固溶体のいずれかを含む、[6]に記載の高分子複合圧電体。
[8] [1]~[7]のいずれかに記載の高分子複合圧電体と、
 高分子複合圧電体の両面に積層された2つの薄膜電極と、を有する、圧電フィルム。
[9] [8]に記載の圧電フィルムを有する圧電スピーカー。
[10] 可撓性を有するフレキシブルディスプレイの画像表示面とは反対側の面に、[8]に記載の圧電フィルムを取り付けたフレキシブルディスプレイ。
 このような本発明によれば、圧電スピーカーに用いた際に、より高い音圧の出力が可能な圧電フィルムが得られる高分子複合圧電体、この高分子複合圧電体を利用する圧電フィルム、ならびに、この圧電フィルムを利用する圧電スピーカーおよびフレキシブルディスプレイが提供される。
図1は、本発明の圧電フィルムの一例を概念的に示す断面図である。 図2は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。 図3は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。 図4は、図1に示す圧電フィルムの作製方法を説明するための概念図である。 図5は、図1に示す圧電フィルムを用いる圧電スピーカーの一例を概念的に示す図である。 図6は、本発明のフレキシブルディスプレイを有機エレクロトルミネッセンスディスプレイに利用した一例を概念的に示す図である。 図7は、本発明のフレキシブルディスプレイを電子ペーパーに利用した一例を概念的に示す図である。 図8は、本発明のフレキシブルディスプレイを液晶ディスプレイに利用した一例を概念的に示す図である。 図9は、一般的な声帯マイクロフォンの構成を概念的に示す図である。
 以下、本発明の高分子複合圧電体、圧電フィルム、圧電スピーカー、フレキシブルディスプレイ、声帯マイクロフォンおよび楽器用センサーについて、添付の図面に示される好適実施態様を基に、詳細に説明する。
 以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に制限されるものではない。
 なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
 本発明の高分子複合圧電体は、一例として、シート状に成型され、両面に薄膜電極(電極層)を設けられて、圧電フィルムとして利用される。このような圧電フィルムは、一例として、圧電スピーカー、マイクロフォンおよび音声センサー等の電気音響変換器の振動板として用いられる。
 電気音響変換器は、圧電フィルムへの電圧印加によって、圧電フィルムが面内方向に伸長すると、この伸長分を吸収するために、圧電フィルムが、上方(音の放射方向)に移動し、逆に、圧電フィルムへの電圧印加によって、圧電フィルムが面内方向に収縮すると、この収縮分を吸収するために、圧電フィルムが、下方に移動する。
 電気音響変換器は、この圧電フィルムの伸縮の繰り返しによる振動により、振動(音)と電気信号とを変換するものであり、圧電フィルムに電気信号を入力して電気信号に応じた振動により音を再生したり、音波を受けることによる圧電フィルムの振動を電気信号に変換したり、振動による触感付与または物体の輸送に利用される。
 具体的には、ギター等の楽器に用いられるピックアップ(楽器用センサー)、スピーカー(例えば、フルレンジスピーカー、ツイーター、スコーカーおよびウーハー等)、ヘッドホン用スピーカー、ノイズキャンセラー、ならびに、マイクロフォン等の各種の音響デバイスが挙げられる。また、本発明の圧電フィルムは非磁性体であるため、ノイズキャンセラーのなかでもMRI(magnetic resonance imaging)用ノイズキャンセラーとして好適に用いることが可能である。
 また、本発明の圧電フィルムを利用する電気音響変換器は薄く、軽く、曲がるため、帽子、マフラーおよび衣服といったウエアラブル製品、テレビおよびデジタルサイネージ等の薄型ディスプレイ、音響機器等としての機能を有する建築物、自動車の天井、カーテン、傘、壁紙、ならびに、窓およびベッド等に好適に利用される。
 図1に、本発明の圧電フィルムの一例を模式的に表す断面図を示す。
 図1に示すように、本発明の圧電フィルム10は、圧電性を有するシート状物である圧電体層12と、圧電体層12の一方の面に積層される下部薄膜電極14と、下部薄膜電極14上に積層される下部保護層18と、圧電体層12の他方の面に積層される上部薄膜電極16と、上部薄膜電極16上に積層される上部保護層20とを有する。
 圧電フィルム10において、高分子複合圧電体である圧電体層12は、図1に概念的に示すような、高分子材料からなる高分子マトリックス24中に、圧電体粒子26を分散してなる高分子複合圧電体からなるものである。
 この圧電体層12は、本発明の高分子複合圧電体である。
 ここで、高分子複合圧電体(圧電体層12)は、次の用件を具備したものであるのが好ましい。なお、本発明において、常温とは、0~50℃である。
 (i) 可撓性
 例えば、携帯用として新聞または雑誌のように書類感覚で緩く撓めた状態で把持する場合、絶えず外部から、数Hz以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けることになる。この時、高分子複合圧電体が硬いと、その分大きな曲げ応力が発生し、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生し、やがて破壊に繋がる恐れがある。従って、高分子複合圧電体には適度な柔らかさが求められる。また、歪みエネルギーを熱として外部へ拡散できれば応力を緩和できる。従って、高分子複合圧電体の損失正接が適度に大きいことが望ましい。
 (ii) 音質
 スピーカーは、20Hz~20kHzのオーディオ帯域の周波数で圧電体粒子を振動させ、その振動エネルギーによって振動板(高分子複合圧電体)全体が一体となって振動することで音が再生される。従って、振動エネルギーの伝達効率を高めるために高分子複合圧電体には適度な硬さが求められる。また、スピーカーの周波数特性が平滑であれば、曲率の変化に伴い最低共振周波数f0が変化した際の音質の変化量も小さくなる。従って、高分子複合圧電体の損失正接は適度に大きいことが望ましい。
 スピーカー用振動板の最低共振周波数f0は、下記式で与えられるのは周知である。ここで、sは振動系のスチフネス、mは質量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 このとき、圧電フィルムの湾曲程度が大きいほど(すなわち、湾曲部の曲率半径が大きくなるほど)機械的なスチフネスsが下がるため、最低共振周波数f0は小さくなる。すなわち、圧電フィルムの曲率半径によってスピーカーの音質(音量、周波数特性)が変わることになる。
 以上をまとめると、高分子複合圧電体は、20Hz~20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことが望ましい。また、高分子複合圧電体の損失正接は、20kHz以下の全ての周波数の振動に対して、適度に大きいことが望ましい。
 一般に、高分子固体は粘弾性緩和機構を有しており、温度上昇または周波数の低下とともに大きなスケールの分子運動が貯蔵弾性率(ヤング率)の低下(緩和)または損失弾性率の極大(吸収)として観測される。その中でも、非晶質領域の分子鎖のミクロブラウン運動によって引き起こされる緩和は、主分散と呼ばれ、非常に大きな緩和現象が見られる。この主分散が起きる温度がガラス転移点(Tg)であり、最も粘弾性緩和機構が顕著に現れる。
 高分子複合圧電体(圧電体層12)において、ガラス転移点が常温にある高分子材料(言い換えると、常温で粘弾性を有する高分子材料)をマトリックスに用いることで、20Hz~20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の遅い振動に対しては柔らかく振舞う高分子複合圧電体が実現できる。特に、この振舞いが好適に発現する等の点で、周波数1Hzでのガラス転移温度が常温にある高分子材料を、高分子複合圧電体のマトリックスに用いるのが好ましい。
 高分子マトリックスを構成する高分子材料は、常温において、動的粘弾性試験による周波数1Hzにおける損失正接Tanδの極大値が、0.5以上であるのが好ましい。
 これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に、最大曲げモーメント部における高分子マトリックス/圧電体粒子界面の応力集中が緩和され、高い可撓性が期待できる。
 また、高分子マトリックスを構成する高分子材料は、動的粘弾性測定による周波数1Hzでの貯蔵弾性率(E’)が、0℃において100MPa以上、50℃において10MPa以下であるのが好ましい。
 これにより、高分子複合圧電体が外力によってゆっくりと曲げられた際に発生する曲げモーメントが低減できると同時に、20Hz~20kHzの音響振動に対しては硬く振る舞うことができる。
 また、高分子マトリックスを構成する高分子材料は、比誘電率が25℃において10以上であると、より好適である。これにより、高分子複合圧電体に電圧を印加した際に、高分子マトリックス中の圧電体粒子にはより高い電界が掛かるため、大きな変形量が期待できる。
 しかしながら、その反面、良好な耐湿性の確保等を考慮すると、高分子材料は、比誘電率が25℃において10以下であるのも、好適である。
 本発明の高分子複合圧電体(圧電体層12)では、これらの条件を好適に満たす高分子マトリックス24を構成する高分子材料として、式(1)で表される単位(以下、単に「単位1」ともいう。)と、式(2-1)で表される単位、式(2-2)で表される単位、および、式(2-3)で表される単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位(以下、単に「単位2」ともいう。)と、を有するポリマー(以下、単に「特定ポリマー」ともいう。)を用いる。
 式(1)    (MOx/2
 式(2-1)  (RSiO3/2
 式(2-2)  (R SiO2/2
 式(2-3)  (R SiO1/2
 なお、本明細書においては、例えば、シロキサン結合(Si-O-Si)は2個のケイ素原子が1個の酸素原子を介して結合した結合であることより、シロキサン結合におけるケイ素原子1個当たりの酸素原子は1/2個とみなし、式中O1/2と表現される。
 式(1)中、Mは、Ti(チタン)、Zr(ジルコニウム)、Hf(ハフニウム)またはAl(アルミニウム)を表す。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、Tiが好ましい。
 xは、MがTi、ZrまたはHfの場合には4を表し、MがAlの場合には3を表す。つまり、式(1)で表される単位は、(TiO4/2)、(ZrO4/2)、(HfO4/2)、または、(AlO3/2)を表す。
 特定ポリマー中における単位1の含有量は特に制限されないが、特定ポリマーの全単位に対して、1~99モル%が好ましく、5~50モル%がより好ましく、10~30モル%がさらに好ましい。
 式(2-1)中、Rは、有機基を表す。有機基の種類は特に制限されず、炭素原子が含まれる基であればよく、例えば、置換基を有していてもよい脂肪族炭化水素基、および、置換基を有していてもよい芳香族炭化水素基が挙げられる。
 脂肪族炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、および、アルキニル基が挙げられ、アルキル基が好ましい。
 アルキル基の炭素数は特に制限されず、本発明の効果がより優れる点で、1~10が好ましく、1~5がより好ましい。
 芳香族炭化水素基としては、単環であっても、多環であってもよい。芳香族炭化水素基としては、例えば、ベンゼン環基、および、ナフタレン環基が挙げられる。
 脂肪族炭化水素基および芳香族炭化水素基が有していてもよい置換基の種類は特に制限されず、例えば、ハロゲン原子(例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、および、ヨウ素原子)、炭化水素基(例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、および、アリール基)、ヘテロ環基、水酸基、シアノ基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アミノ基、モノアルキルアミノ基、ジアルキルアミノ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルスルホニルアミノ基、アリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルスルフィニル基、アリールスルフィニル基、アルキルスルホニル基、アリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基、エポキシ基(オキシラニル基)、オキセタニル基、3,4-エポキシシクロへキシル基、アクリロイルオキシ基、および、メタクリロイルオキシ基、また、これらを2種以上組み合わせた基(例えば、-O-アルキレン基-エポキシ基、-アルキレン基-3,4-エポキシシクロへキシル基、-アルキレン基-アクリロイルオキシ基、-アルキレン基-メタクリロイルオキシ基)が挙げられる。
 式(2-2)中、Rは、それぞれ独立に、有機基を表す。Rで表される有機基の定義は、Rで表される有機基の定義と同じである。
 式(2-3)中、Rは、それぞれ独立に、有機基を表す。Rで表される有機基の定義は、Rで表される有機基の定義と同じである。
 特定ポリマーは、本発明の効果がより優れる点で、式(2-1)で表される単位、および、式(2-2)で表される単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位を有することが好ましく、式(2-1)で表される単位を有することが好ましい。
 特定ポリマー中における、単位2の合計含有量は特に制限されないが、特定ポリマーの全単位に対して、1~99モル%が好ましく、50~95モル%がより好ましく、70~90モル%がさらに好ましい。
 特定ポリマー中における、単位1のモル量と、単位2の合計モル量との比(単位1のモル量/単位2の合計モル量)は特に制限されないが、1/99~99/1が好ましく、50/50~95/5がより好ましく、70/30~90/10がさらに好ましい。
 なお、上記式(2-1)で表される単位はいわゆるT単位に該当し、式(2-2)で表される単位はいわゆるD単位に該当し、式(2-3)で表される単位はいわゆるM単位に該当する。
 特定ポリマーは、式(1)で表される単位、式(2-1)で表される単位、式(2-2)で表される単位、および、式(2-3)で表される単位以外の他の単位を有していてもよい。
 なお、本発明の効果がより優れる点で、特定ポリマーの全単位に対する、式(1)で表される単位、式(2-1)で表される単位、式(2-2)で表される単位、および、式(2-3)で表される単位の合計含有量は、95モル%以上が好ましく、100モル%がより好ましい。
 特定ポリマーの合成方法は特に制限されず、公知の方法により合成できる。
 例えば、式(3)で表される化合物と、式(4-1)で表される化合物、式(4-2)で表される化合物、および、式(4-3)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種とを加水分解縮合反応させて、特定ポリマーを合成する方法が挙げられる。なお、加水分解縮合反応としては、公知の方法が採用され、公知の触媒を適宜使用してもよい。
式(3) M(Y)
式(4-1)  (R)Si(Y)
式(4-2)  (RSi(Y)
式(4-3)  (RSi(Y)
 式(3)中のMおよびxの定義は、式(1)のMおよびxの定義と同じである。
 Yは、加水分解性基(加水分解により水酸基となる基)を表す。加水分解性基としては、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基、および、アミノ基が挙げられる。
 式(4-1)中のRの定義は、式(2-1)のRの定義と同じである。
 式(4-2)中のRの定義は、式(2-2)のRの定義と同じである。
 式(4-3)中のRの定義は、式(2-3)のRの定義と同じである。
 式(4-1)~式(4-3)中、Yは加水分解性基を表す。加水分解性基の具体例は、上述した通りである。
 なお、式(3)で表される化合物と、式(4-1)で表される化合物、式(4-2)で表される化合物、および、式(4-3)で表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種との混合比率は、上述した単位1のモル量と、単位2の合計モル量との比(単位1のモル量/単位2の合計モル量)の範囲となるように調整されることが好ましい。
 特定ポリマーの具体例(例1~9)を以下の表1に示す。表1においては、各ポリマーが有する単位1および単位2を例示する。表1中、「*」は結合位置を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 特定ポリマーの重量平均分子量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、1000~200000が好ましく、1500~150000がより好ましい。
 本明細書において、ポリマーの重量平均分子量は、下記の装置および条件により測定する。
 測定装置:商品名「LC-20AD」((株)島津製作所製)
 カラム:Shodex KF-801×2本、KF-802、およびKF-803(昭和電工(株)製)
 測定温度:40℃
 溶離液:テトラヒドロフラン、試料濃度0.1~0.2質量%
 流量:1mL/分
 検出器:UV-VIS検出器(商品名「SPD-20A」、(株)島津製作所製)
 分子量:標準ポリスチレン換算
 特定ポリマーを含む高分子マトリックス24は、必要に応じて、複数種の特定ポリマーを含んでいてもよい。
 また、本発明の高分子複合圧電体を構成する高分子マトリックス24は、誘電特性および機械的特性の調節等を目的として、上述した特定ポリマーに加え、必要に応じて、その他の誘電性高分子を添加してもよい。
 添加可能な他の誘電性高分子としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体およびポリフッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素系高分子、シアン化ビニリデン-酢酸ビニル共重合体、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシサッカロース、シアノエチルヒドロキシセルロース、シアノエチルヒドロキシプルラン、シアノエチルメタクリレート、シアノエチルアクリレート、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルアミロース、シアノエチルヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルジヒドロキシプロピルセルロース、シアノエチルヒドロキシプロピルアミロース、シアノエチルポリアクリルアミド、シアノエチルポリアクリレート、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリヒドロキシメチレン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルサッカロースおよびシアノエチルソルビトール等のシアノ基またはシアノエチル基を有するポリマー、ならびに、ニトリルゴムおよびクロロプレンゴム等の合成ゴム等が例示される。
 中でも、シアノエチル基を有する高分子材料は、好適に利用される。
 また、圧電体層12の高分子マトリックス24において、他の誘電性高分子は、1種に制限はされず、複数種を用いてもよい。
 また、誘電性高分子以外にも、高分子マトリックス24のガラス転移点Tgを調節する目的で、高分子マトリックス24は、塩化ビニル樹脂、ポリエチレン、ポリスチレン、メタクリル樹脂、ポリブテンおよびイソブチレン等の熱可塑性樹脂、ならびに、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキド樹脂およびマイカ等の熱硬化性樹脂等を含んでいてもよい。
 さらに、粘着性を向上する目的で、高分子マトリックス24は、ロジンエステル、ロジン、テルペン、テルペンフェノール、および、石油樹脂等の粘着付与剤を含んでいてもよい。
 圧電体層12の高分子マトリックス24において、特定ポリマー以外の他の誘電性高分子を用いる場合、他の誘電性高分子の含有量には制限はないが、高分子マトリックス24に占める割合で30質量%以下とするのが好ましい。
 圧電体層12(高分子複合圧電体)は、このような高分子マトリックスに、圧電体粒子26を分散してなるものである。
 圧電体粒子26は、好ましくは、ペロブスカイト型またはウルツ鉱型の結晶構造を有するセラミックス粒子からなるものである。
 圧電体粒子26を構成する材料としては、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛(PLZT)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、酸化亜鉛(ZnO)、および、チタン酸バリウムとビスマスフェライト(BiFe3)との固溶体(BFBT)等が挙げられる。
 圧電体粒子26の粒径は、圧電フィルム10のサイズや用途に応じて、適宜、選択すればよい。圧電体粒子26の粒径は、1~10μmが好ましい。
 圧電体粒子26の粒径を上記範囲とすることにより、高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
 なお、図1においては、圧電体層12中の圧電体粒子26は、高分子マトリックス24中に、均一にかつ規則性を持って分散されているが、本発明は、これに制限はされない。
 すなわち、圧電体層12中の圧電体粒子26は、好ましくは均一に分散されていれば、高分子マトリックス24中に不規則に分散されていてもよい。
 圧電フィルム10において、圧電体層12中における高分子マトリックス24と圧電体粒子26との量比は、圧電フィルム10の面方向の大きさや厚さ、圧電フィルム10の用途、圧電フィルム10に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
 圧電体層12中における圧電体粒子26の体積分率は、30体積%以上が好ましく、50体積%以上がより好ましい。上限としては、70体積%以下が好ましい。
 高分子マトリックス24と圧電体粒子26との量比を上記範囲とすることにより、高い圧電特性とフレキシビリティとを両立できる等の点で好ましい結果を得ることができる。
 また、圧電フィルム10において、圧電体層12の厚さには制限はなく、圧電フィルム10のサイズ、圧電フィルム10の用途、圧電フィルム10に要求される特性等に応じて、適宜、設定すればよい。
 圧電体層12の厚さは、8~300μmが好ましく、8~40μmがより好ましく、10~35μmがさらに好ましく、15~25μmが特に好ましい。
 圧電体層12の厚さを、上記範囲とすることにより、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
 圧電体層12は、厚さ方向に分極処理(ポーリング)されているのが好ましい。分極処理に関しては、後に詳述する。
 図1に示すように、本発明の圧電フィルム10は、このような圧電体層12の一面に、下部薄膜電極14を有し、下部薄膜電極14の上に好ましい態様として下部保護層18を有し、また、圧電体層12の他方の面に、上部薄膜電極16を有し、上部薄膜電極16の上に好ましい態様として上部保護層20を有してなる構成を有する。圧電フィルム10では、上部薄膜電極16と下部薄膜電極14とが電極対を形成する。
 言い換えれば、本発明の圧電フィルム10は、圧電体層12の両面を電極対、すなわち、上部薄膜電極16および下部薄膜電極14で挟持し、好ましくは、さらに、上部保護層20および下部保護層18で挟持してなる構成を有する。
 このように、上部薄膜電極16および下部薄膜電極14で挟持された領域は、印加された電圧に応じて駆動される。
 なお、圧電フィルム10は、これらの層に加えて、例えば、薄膜電極と圧電体層12とを貼着するための貼着層、および、薄膜電極と保護層とを貼着するための貼着層を有してもよい。貼着層は、貼着対象同士を貼着できれば、公知の貼着剤(接着剤および粘着剤)が利用可能である。また、貼着剤は、圧電体層12から圧電体粒子26を除いた高分子材料(すなわち、高分子マトリックス24)と同じ材料も、好適に利用可能である。なお、貼着層は、上部薄膜電極16側および下部薄膜電極14側の両方に有してもよく、上部薄膜電極16側および下部薄膜電極14側の一方のみに有してもよい。
 さらに、圧電フィルム10は、これらの層に加え、上部薄膜電極16および下部薄膜電極14からの電極の引出しを行う電極引出し部、ならびに、圧電体層12が露出する領域を覆って、ショート等を防止する絶縁層等を有していてもよい。
 電極引出し部としては、薄膜電極および保護層が、圧電体層の面方向外部に、凸状に突出する部位を設けてもよいし、または、保護層の一部を除去して孔部を形成して、この孔部に銀ペースト等の導電材料を挿入して導電材料と薄膜電極とを電気的に導通して、電極引出し部としてもよい。
 なお、各薄膜電極において、電極引出し部は1つには制限されず、2以上の電極引出し部を有していてもよい。特に、保護層の一部を除去して孔部に導電材料を挿入して電極引出し部とする構成の場合には、より確実に通電を確保するために、電極引出し部を3以上有するのが好ましい。
 圧電フィルム10において、上部保護層20および下部保護層18は、上部薄膜電極16および下部薄膜電極14を被覆すると共に、圧電体層12に適度な剛性と機械的強度を付与する役目を担っている。すなわち、本発明の圧電フィルム10において、高分子マトリックス24と圧電体粒子26とからなる圧電体層12は、ゆっくりとした曲げ変形に対しては、非常に優れた可撓性を示す一方で、用途によっては、剛性や機械的強度が不足する場合がある。圧電フィルム10は、それを補うために上部保護層20および下部保護層18が設けられる。
 下部保護層18と上部保護層20とは、配置位置が異なるのみで、構成は同じである。従って、以下の説明においては、下部保護層18および上部保護層20を区別する必要がない場合には、両部材をまとめて、保護層ともいう。
 なお、図示例の圧電フィルム10は、より好ましい態様として、両方の薄膜電極に積層して、下部保護層18および上部保護層20を有する。しかしながら、本発明はこれに制限はされず、下部保護層18および上部保護層20の一方のみを有する構成でもよい。
 保護層には、制限はなく、各種のシート状物が利用可能であり、一例として、各種の樹脂フィルムが好適に例示される。中でも、優れた機械的特性および耐熱性を有する等の理由により、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリフェニレンサルファイト(PPS)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、トリアセチルセルロース(TAC)、および、環状オレフィン系樹脂等からなる樹脂フィルムが好適に利用される。
 保護層の厚さにも、制限はない。また、上部保護層20および下部保護層18の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
 保護層の剛性が高過ぎると、圧電体層12の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれる。そのため、機械的強度やシート状物としての良好なハンドリング性が要求される場合を除けば、保護層は、薄いほど有利である。
 本発明者の検討によれば、上部保護層20および下部保護層18の厚さがそれぞれ、圧電体層12の厚さの2倍以下であれば、剛性の確保と適度な柔軟性との両立等の点で好ましい結果を得ることができる。
 例えば、圧電体層12の厚さが50μmで下部保護層18および上部保護層20がPETからなる場合、下部保護層18および上部保護層20の厚さはそれぞれ、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、25μm以下がさらに好ましい。
 圧電フィルム10において、圧電体層12と上部保護層20との間には上部薄膜電極16が、圧電体層12と下部保護層18との間には下部薄膜電極14が、それぞれ形成される。以下の説明では、上部薄膜電極16を上部電極16、下部薄膜電極14を下部電極14ともいう。
 上部電極16および下部電極14は、圧電フィルム10(圧電体層12)に電界を印加するために設けられる。
 なお、下部電極14および上部電極16は、基本的に同じものである。従って、以下の説明においては、下部電極14および上部電極16を区別する必要がない場合には、両部材をまとめて、薄膜電極ともいう。
 本発明において、薄膜電極の形成材料には制限はなく、各種の導電体が利用可能である。具体的には、炭素、パラジウム、鉄、錫、アルミニウム、ニッケル、白金、金、銀、銅、クロム、モリブデン、これらの合金、酸化インジウムスズ、および、PEDOT/PPS(ポリエチレンジオキシチオフェン-ポリスチレンスルホン酸)等の導電性高分子等が例示される。
 中でも、銅、アルミニウム、金、銀、白金、および、酸化インジウムスズは、好適に例示される。その中でも、導電性、コストおよび可撓性等の理由から、銅がより好ましい。
 また、薄膜電極の形成方法にも制限はなく、真空蒸着およびスパッタリング等の気相堆積法(真空成膜法)、めっきによる成膜法、上記材料で形成された箔を貼着する方法、塗布する方法等の公知の方法が、各種、利用可能である。
 中でも特に、圧電フィルム10の可撓性が確保できる等の理由で、真空蒸着によって成膜された銅またはアルミニウムの薄膜は、薄膜電極として、好適に利用される。その中でも特に、真空蒸着により製膜された銅の薄膜は、好適に利用される。
 上部電極16および下部電極14の厚さには、制限はない。また、上部電極16および下部電極14の厚さは、基本的に同じであるが、異なってもよい。
 ここで、上述した保護層と同様に、薄膜電極の剛性が高過ぎると、圧電体層12の伸縮を拘束するばかりか、可撓性も損なわれる。そのため、薄膜電極は、電気抵抗が高くなり過ぎない範囲であれば、薄いほど有利である。
 圧電フィルム10では、薄膜電極の厚さとヤング率との積が、保護層の厚さとヤング率との積を下回れば、可撓性を大きく損なうことがないため、好適である。
 例えば、保護層がPET(ヤング率:約6.2GPa)で、薄膜電極が銅(ヤング率:約130GPa)からなる組み合わせの場合、保護層の厚さが25μmだとすると、薄膜電極の厚さは、1.2μm以下が好ましく、0.3μm以下がより好ましく、0.1μm以下がさらに好ましい。
 上述のように、圧電フィルム10は、特定ポリマーを含む高分子マトリックス24に圧電体粒子26を分散してなる圧電体層12を、上部電極16および下部電極14で挟持し、さらに、上部保護層20および下部保護層18を挟持してなる構成を有する。
 このような圧電フィルム10は、動的粘弾性測定による周波数1Hzでの損失正接(Tanδ)が0.1以上となる極大値が常温に存在するのが好ましい。
 これにより、圧電フィルム10が外部から数Hz以下の比較的ゆっくりとした、大きな曲げ変形を受けたとしても、歪みエネルギーを効果的に熱として外部へ拡散できるため、高分子マトリックスと圧電体粒子との界面で亀裂が発生するのを防ぐことができる。
 圧電フィルム10は、動的粘弾性測定による周波数1Hzでの貯蔵弾性率(E’)が、0℃において10~30GPa、50℃において1~10GPaであるのが好ましい。
 これにより、常温で圧電フィルム10が貯蔵弾性率(E’)に大きな周波数分散を有することができる。すなわち、20Hz~20kHzの振動に対しては硬く、数Hz以下の振動に対しては柔らかく振る舞うことができる。
 また、圧電フィルム10は、厚さと動的粘弾性測定による周波数1Hzでの貯蔵弾性率(E’)との積が、0℃において1.0×106~2.0×106N/m、50℃において1.0×105~1.0×106N/mであるのが好ましい。
 これにより、圧電フィルム10が可撓性および音響特性を損なわない範囲で、適度な剛性と機械的強度を備えることができる。
 さらに、圧電フィルム10は、動的粘弾性測定から得られたマスターカーブにおいて、25℃、周波数1kHzにおける損失正接(Tanδ)が、0.05以上であるのが好ましい。
 これにより、圧電フィルム10を用いたスピーカーの周波数特性が平滑になり、スピーカー(圧電フィルム10)の曲率の変化に伴い最低共振周波数f0が変化した際の音質の変化量も小さくできる。
 図2~図4に、圧電フィルム10の製造方法の一例を概念的に示す。
 まず、図2に示すように、下部保護層18の上に下部電極14が形成されたシート状物である下部電極積層体11aを準備する。
 さらに、図4に示す、上部薄膜電極16と上部保護層20とが積層されてなるシート状物である上部電極積層体11cを準備する。
 下部電極積層体11aは、下部保護層18の表面に、真空蒸着、スパッタリング、および、めっき等によって下部薄膜電極14として銅薄膜等を形成して、作製すればよい。同様に、上部電極積層体11cは、上部保護層20の表面に、真空蒸着、スパッタリング、および、めっき等によって上部薄膜電極16として銅薄膜等を形成して、作製すればよい。
 または、保護層の上に銅薄膜等が形成された市販品のシート状物を、下部電極積層体11aおよび/または上部電極積層体11cとして利用してもよい。
 下部電極積層体11aおよび上部電極積層体11cは、全く同じものでもよく、異なるものでもよい。
 なお、保護層が非常に薄く、ハンドリング性が悪い時は、必要に応じて、セパレータ(仮支持体)付きの保護層を用いてもよい。なお、セパレータとしては、厚さ25~100μmのPET等を用いることができる。セパレータは、薄膜電極および保護層の熱圧着後、取り除けばよい。
 次いで、図3に示すように、下部電極積層体11aの下部電極14上に、圧電体層12となる塗料(塗布組成物)を塗布した後、硬化して圧電体層12を形成して、下部電極積層体11aと圧電体層12とを積層した積層体11bを作製する。
 まず、有機溶媒に、特定ポリマーを溶解し、さらに、PZT粒子等の圧電体粒子26を添加し、攪拌して分散してなる塗料を調製する。
 有機溶媒には制限はなく、ジメチルホルムアミド(DMF)、メチルエチルケトン、および、シクロヘキサノン等の各種の有機溶媒が利用可能である。
 下部電極積層体11aを準備し、かつ、塗料を調製したら、この塗料を下部電極積層体11aにキャスティング(塗布)して、有機溶媒を蒸発して乾燥する。これにより、図3に示すように、下部保護層18の上に下部電極14を有し、下部電極14の上に圧電体層12を積層してなる積層体11bを作製する。
 この塗料のキャスティング方法には制限はなく、バーコーター、スライドコーターおよびドクターナイフ等の公知の方法(塗布装置)が、全て、利用可能である。
 あるいは、特定ポリマーが加熱溶融可能な物であれば、特定ポリマーを加熱溶融して、これに圧電体粒子26を添加/分散してなる溶融物を作製し、押し出し成形等によって、図2に示す下部電極積層体11aの上にシート状に押し出し、冷却することにより、図3に示すような、積層体11bを作製してもよい。
 なお、上述のように、圧電フィルム10において、高分子マトリックス24には、特定ポリマー以外にも、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)等の高分子圧電材料を添加してもよい。
 高分子マトリックス24に、これらの高分子圧電材料を添加する際には、上記塗料に添加する高分子圧電材料を溶解すればよい。あるいは、加熱溶融した特定ポリマーに、添加する高分子圧電材料を添加して加熱溶融すればよい。
 次いで、下部保護層18の上に下部電極14を有し、下部電極14の上に圧電体層12を形成してなる積層体11bの圧電体層12に、分極処理(ポーリング)を行う。
 圧電体層12の分極処理の方法には制限はなく、公知の方法が利用可能である。
 一例として、圧電体層12に、直接、直流電界を印加する、電界ポーリングが例示される。なお、電界ポーリングを行う場合には、分極処理の前に、上部電極14を形成して、上部電極14および下部電極16を利用して、電界ポーリング処理を行ってもよい。
 また、本発明の圧電フィルム10を製造する際には、分極処理は、圧電体層12(高分子複合圧電体)の面方向ではなく、厚さ方向に分極を行う。
 なお、この分極処理の前に、圧電体層12の表面を加熱ローラ等を用いて平滑化する、カレンダ処理を施してもよい。このカレンダ処理を施すことで、後述する熱圧着工程がスムーズに行える。
 次いで、図4に示すように、分極処理を行った積層体11bの圧電体層12側に、先に準備した上部電極積層体11cを、上部電極16を圧電体層12に向けて積層する。
 さらに、この積層体を、下部保護層18および上部保護層20を挟持するようにして、加熱プレス装置または加熱ローラ対等を用いて熱圧着して、積層体11bと上部電極積層体11cとを貼り合わせ、図1に示すような、本発明の圧電フィルム10を作製する。
 または、積層体11bと上部電極積層体11cとを、接着剤を用いて貼り合わせて、好ましくは圧着して、本発明の圧電フィルム10を作製してもよい。
 このようにして作製される本発明の圧電フィルム10は、面方向ではなく厚さ方向に分極されており、かつ、分極処理後に延伸処理をしなくても大きな圧電特性が得られる。そのため、本発明の圧電フィルム10は、圧電特性に面内異方性がなく、駆動電圧を印加すると、面内方向では全方向に等方的に伸縮する。
 このような本発明の圧電フィルム10の製造は、カットシート状の下部電極積層体11aおよび上部電極積層体11c等を用いて行ってもよいが、好ましくは、ロール・トゥ・ロール(Roll to Roll)を利用する。以下の説明では、ロール・トゥ・ロールを『RtoR』ともいう。
 周知のように、RtoRとは、長尺な原材料を巻回してなるロールから、原材料を引き出して、長手方向に搬送しつつ、成膜や表面処理等の各種の処理を行い、処理済の原材料を、再度、ロール状に巻回する製造方法である。
 RtoRによって、上述した製造方法で圧電フィルム10を製造する際には、長尺な下部電極積層体11aを巻回してなる第1のロール、および、長尺な上部電極積層体11cを巻回してなる第2のロールを用いる。
 第1のロールおよび第2のロールは、全く、同じものでもよい。
 この第1のロールから下部電極積層体11aを引き出して、長手方向に搬送しつつ、下部電極積層体11aの下部電極14上に、上述した特定ポリマーおよび圧電体粒子26を含む塗料を塗布し、加熱等によって乾燥して、下部電極14上に圧電体層12を形成して、下部電極積層体11aと圧電体層12とを積層した積層体11bを作製する。
 次いで、圧電体層12の分極処理を行う。ここで、RtoRによって圧電フィルム10を製造する際には、積層体10bを搬送しつつ、積層体10bの搬送方向と直交する方向に延在して配置した棒状の電極によって、圧電体層12の分極処理を行う。なお、この分極処置の前に、カレンダ処理を行ってもよいのは、上述したとおりである。
 次いで、第2のロールから上部電極積層体11cを引き出し、上部電極積層体11cおよび積層体11bを搬送しつつ、貼り合わせローラ等を用いる公知の方法で上部薄膜電極16を圧電体層12に向けて、積層体10bの上に上部電極積層体11cを積層する。
 その後、加熱ローラ対によって積層体10bおよび上部電極積層体11cを挟持搬送することで熱圧着して、本発明の圧電フィルム10を完成し、この圧電フィルム10を、ロール状に巻回する。
 なお、以上の例は、RtoRによって、シート状物(積層体)を、1回だけ、長手方向に搬送して、本発明の圧電フィルム10を作製しているが、これに制限はされない。
 例えば、積層体を形成し、分極処理を行った後に、一度、ロール状に、この積層体11bを巻回した積層体ロールとする。次いで、この積層体ロールから積層体11bを引き出して、長手方向に搬送しつつ、前述のように、上部電極積層体11cの積層および熱圧着を行って、圧電フィルム10を作製し、この圧電フィルム10を、ロール状に巻回してもよい。
 図5に、本発明の圧電フィルム10を利用する、平板型の圧電スピーカーの一例の概念図を示す。
 この圧電スピーカー40は、本発明の圧電フィルム10を、電気信号を振動エネルギーに変換する振動板として用いる、平板型の圧電スピーカーである。なお、圧電スピーカー40は、マイクロフォンおよびセンサー等として使用することも可能である。
 圧電スピーカー40は、圧電フィルム10と、ケース42と、押さえ蓋48とを有して構成される。
 ケース42は、プラスチック等で形成される、一面が開放する円筒状の筐体である。ケース42の側面には、ケース42に挿通するパイプ42aが設けられる。
 また、押さえ蓋48は、略L字状の断面を有する枠体であり、ケース42の開放面側を挿入して篏合される。
 圧電スピーカー40は、開放面を閉塞するように圧電フィルム10によってケース42を覆い、圧電フィルム10の上から、押さえ蓋48をケース42に篏合することで、圧電フィルム10によって、ケース42の開放面を気密に閉塞する。なお、必要に応じて、ケース42の側壁上面と、圧電フィルム10との間に、気密を保持するためのOリング等を設けてもよい。
 この状態で、パイプ42aからケース42内の空気を抜くことで、図5に示すように、圧電フィルム10を凹状態にして保持する。逆に、パイプ42aからケース42内に空気を導入することで、圧電フィルム10を凸状態にして保持してもよい。
 圧電スピーカー40は、下部電極14および上部電極16への駆動電圧の印加によって、圧電フィルム10が面内方向に伸長すると、この伸長分を吸収するために、減圧によって凹状となっている圧電フィルム10が下方に移動する。
 逆に、下部電極14および上部電極16への駆動電圧の印加によって、圧電フィルム10が面内方向に収縮すると、この収縮分を吸収するために、凹状の圧電フィルム10が上方に移動する。
 圧電スピーカー40は、この圧電フィルム10の振動によって、音を発生する。
 なお、本発明の圧電フィルム10において、伸縮運動から振動への変換は、圧電フィルム10を湾曲させた状態で保持することでも達成できる。
 従って、本発明の圧電フィルム10は、図5に示すような剛性を有する平板状の圧電スピーカー40ではなく、単に湾曲状態で保持することでも、可撓性を有する圧電スピーカーとして機能させることができる。
 このような本発明の圧電フィルム10を利用する圧電スピーカーは、良好な可撓性を生かして、例えば、丸めて、または、折り畳んで、カバン等に収容することが可能である。そのため、本発明の圧電フィルム10によれば、ある程度の大きさであっても、容易に持ち運び可能な圧電スピーカーを実現できる。
 また、上述のように、本発明の圧電フィルム10は、柔軟性および可撓性に優れ、しかも、面内に圧電特性の異方性がない。そのため、本発明の圧電フィルム10は、どの方向に屈曲させても音質の変化が少なく、しかも、曲率の変化に対する音質変化も少ない。従って、本発明の圧電フィルム10を利用する圧電スピーカーは、設置場所の自由度が高く、また、上述したように、様々な物品に取り付けることが可能である。例えば、本発明の圧電フィルム10を、湾曲状態で洋服等の衣料品およびカバン等の携帯品等に装着することで、いわゆるウエアラブルなスピーカーを実現できる。
 本発明のフレキシブルディスプレイは、本発明の圧電フィルムをスピーカーとして用いるフレキシブルディスプレイである。
 具体的には、可撓性を有する有機EL表示デバイス、可撓性を有する液晶表示デバイス、可撓性を有する電子ペーパー等の、可撓性を有するシート状の表示デバイスの画像表示面と反対側の面に、本発明の圧電フィルム10をスピーカーとして取り付けた、スピーカー搭載型のフレキシブルディスプレイである。以下の説明では、表示デバイスの画像表示面と反対側の面を『表示デバイスの裏面』ともいう。
 なお、フレキシブルディスプレイは、カラーディスプレイであってもモノクロディスプレイであってもよい。
 前述のように、本発明の圧電フィルム10は、柔軟性および可撓性に優れ、しかも、面内に圧電特性の異方性がない。そのため、本発明の圧電フィルム10は、どの方向に屈曲させても音質の変化が少なく、しかも、曲率の変化に対する音質変化も少ない。
 従って、このような本発明の圧電フィルム10を、可撓性を有する画像表示デバイスに取り付けてなる本発明のスピーカー搭載型のフレキシブルディスプレイは、可撓性に優れ、しかも、手に持った状態等による湾曲の方向や湾曲量によらず、すなわち任意の変形に好適に対応して、安定した音質の音声出力を行うことができる。
 本発明の圧電フィルムをスピーカーとして用いるフレキシブルディスプレイの一例について、図6~図8を用いて説明する。
 図6は、本発明の圧電フィルムを、有機EL(エレクトロルミネッセンス)ディスプレイに利用した、本発明のフレキシブルディスプレイの一例を概念的に示す断面図である。
 図6に示す有機ELディスプレイ60は、可撓性を有するシート状の有機EL表示デバイス62の裏面に、本発明の圧電フィルム10を取り付けてなる、スピーカー搭載型の有機ELフレキシブルディスプレイである。
 本発明のフレキシブルディスプレイにおいて、有機EL表示デバイス62等の可撓性を有するシート状の画像表示デバイスの裏面に、本発明の圧電フィルム10を取り付ける方法には、制限はない。すなわち、シート状物同士を、面を向かい合わせて取り付ける(貼り合わせる)公知の方法が、全て利用可能である。
 一例として、接着剤で貼り付ける方法、熱融着で貼り付ける方法、両面テープを用いる方法、粘着テープを用いる方法、略C字状のクランプ等の積層した複数のシート状物を端部や端辺で挟持する治具を用いる方法、リベット等の積層した複数のシート状物を面内(画像表示面を除く)で挟持する治具を用いる方法、積層した複数のシート状物の両面から保護フィルム(少なくとも画像表示側は透明)等で挟持する方法、および、これらを併用する方法等が例示される。
 なお、接着剤等を用いて表示デバイスと圧電フィルム10とを貼り付ける際には、全面的に貼り付けても、端部の全周のみを貼り付けても、四隅と中央部等の適宜設定された場所で点状に貼り付けても、これらを併用してもよい。
 有機ELディスプレイ60において、圧電フィルム10は、高分子複合圧電体からなる圧電体層12と、圧電体層12の一面に設けられる下部薄膜電極14および他面に設けられる上部薄膜電極16と、下部薄膜電極14の表面に設けられる下部保護層18および上部薄膜電極16の表面に設けられる上部保護層20と、を有して構成される、上述した本発明の圧電フィルム10である。
 他方、有機EL表示デバイス62は、公知の可撓性を有するシート状の有機EL表示デバイス(有機ELディスプレイパネル)である。
 すなわち、有機EL表示デバイス62は、一例として、プラスチックフィルム等の基板64の上に、TFT(Thin Film Transistor)等のスイッチング回路を有する画素電極が形成された陽極68を有し、陽極68の上に有機EL材料を用いる発光層70を有し、発光層70の上にITO(酸化インジウム錫)等からなる透明な陰極72を有し、陰極72の上に透明なプラスチック等で形成された透明基板74を有して構成される。
 また、陽極68と発光層70との間には、正孔注入層や正孔輸送層を有してもよく、さらに、発光層70と陰極72との間には、電子輸送層や電子注入層を有してもよい。さらに、透明基板74の上には、ガスバリアフィルム等の保護フィルムを有してもよい。
 なお、図示は省略するが、圧電フィルム10の下部電極14および上部電極16には、圧電フィルム10すなわちスピーカーを駆動するための配線が接続される。さらに、陽極68および陰極72には、有機EL表示デバイス62を駆動するための配線が接続される。
 この点に関しては、後述する電子ペーパー78および液晶ディスプレイ94等に関しても、同様である。
 図7に、本発明の圧電フィルムを、電子ペーパーに利用した、本発明のフレキシブルディスプレイの一例を概念的に示す。
 図7に示す電子ペーパー78は、可撓性を有するシート状の電子ペーパーデバイス80の裏面に、本発明の圧電フィルム10を取り付けてなる、スピーカー搭載型の電子ペーパーである。
 電子ペーパー78において、圧電フィルム10は、前述の物と同様である。
 他方、電子ペーパーデバイス80は、公知の可撓性を有する電子ペーパーである。すなわち、一例として、電子ペーパーデバイス80は、プラスチックフィルム等の基板82の上に、TFT等のスイッチング回路を有する画素電極が形成された下部電極84を有し、下部電極84の上に正または負に帯電した白および黒の顔料を内包するマイクロカプセル86aを配列した表示層86を有し、表示層86の上にITO等からなる透明な上部電極90を有し、上部電極90の上に透明なプラスチック等で形成された透明基板92を有して構成される。
 なお、図7に示す例は、本発明のフレキシブルディスプレイを、マイクロカプセルを用いる電気泳動方式の電子ペーパーに利用した例であるが、本発明は、これに制限はされない。
 すなわち、本発明のフレキシブルディスプレイには、マイクロカプセルを用いない電気泳動方式、酸化還元反応等を利用する化学変化方式、電子粉粒体方式、エレクトロウェッティング方式、液晶方式等、可撓性を有するシート状のものであれば、公知の電子ペーパーが、全て、利用可能である。
 図8に、本発明の圧電フィルムを、液晶ディスプレイ(LCD)に利用した一例を概念的に示す。
 図8に示す液晶ディスプレイ94は、可撓性を有するシート状の液晶ディスプレイデバイス96の裏面に、本発明の圧電フィルム10を取り付けてなる、スピーカー搭載型の液晶フレキシブルディスプレイである。
 液晶ディスプレイ94において、圧電フィルム10は、前述の物と同様である。
 他方、液晶ディスプレイデバイス96は、公知の可撓性を有するシート状の液晶ディスプレイデバイス(液晶ディスプレイパネル)である。すなわち、一例として、液晶ディスプレイデバイス96は、可撓性を有するエッジライトタイプの導光板98、および、この導光板98の端部からバックライトを入射する光源100を有する。液晶ディスプレイデバイス96は、一例として、導光板98の上に、偏光子102を有し、偏光子102の上に透明な下部基板104を有し、下部基板104の上にTFT等のスイッチング回路を有する画素電極が形成された透明な下部電極106を有し、下部電極106の上に液晶層108を有し、液晶層108の上にITO等からなる透明な上部電極110を有し、上部電極110の上に透明な上部基板112を有し、上部基板112の上に偏光子114を有し、偏光子114の上に保護フィルム116を有して構成される。
 なお、本発明のフレキシブルディスプレイは、有機ELディスプレイ、電子ペーパーおよび液晶ディスプレイに制限はされず、可撓性を有するシート状の表示デバイス(表示パネル)であれば、各種の表示デバイスを用いた画像表示装置が利用可能である。
 本発明の声帯マイクロフォンおよび楽器用センサーは、本発明の圧電フィルムを利用する声帯マイクロフォンおよび楽器用センサーである。
 高分子マトリックス24に圧電体粒子26を分散してなる圧電体層12と、圧電体層12の表面に設けられる下部薄膜電極14および上部薄膜電極16と、薄膜電極それぞれの表面に設けられる下部保護層18および上部保護層20とを有する本発明の圧電フィルム10は、圧電体層12が、振動エネルギーを電気信号に変換する性能も有する。
 そのため、本発明の圧電フィルム10は、これを利用して、マイクロフォンや楽器用センサー(ピックアップ)にも、好適に利用可能である。
 図9に、一般的な声帯マイクロフォンの一例を概念的に示す。
 図9に示すように、従来の一般的な声帯マイクロフォン120は、PZT等の圧電体セラミックス126を黄銅板等の金属板128の上に積層し、この積層体の下面に弾性を有するクッション130を、上面にスプリング132を、それぞれ取り付けて、ケース124内に支持し、ケース内から信号線134および136を引き出してなる、複雑な構成を有する。
 これに対し、本発明の圧電フィルム10を、音声信号を電気信号に変換するセンサーとして用いる本発明の声帯マイクロフォンは、例えば、圧電フィルム10に貼り付け手段を設け、かつ、圧電体層12(下部電極14および上部電極16)が出力する電気信号を取り出す信号線を設けるだけの簡易な構成で、声帯マイクロフォンを構成できる。
 また、このような構成を有する本発明の声帯マイクロフォンは、電気信号を取り出す信号線を設けた圧電フィルム10を声帯付近に貼り付けるだけで、声帯マイクロフォンとして作用する。
 また、図9に示すような、圧電体セラミックス126と金属板128とを利用する従来の声帯マイクロフォンは、損失正接が非常に小さいため、共振が非常に強く出やすく、起伏の激しい周波数特性となるため、金属的な音色になりがちである。
 これに対して、前述のように、本発明の圧電フィルム10は、可撓性および音響特性に優れ、かつ、変形時に音質変化が小さいため、複雑な曲面を有する人の咽喉部に貼り付けることが可能であり、低音から高音まで、忠実に再現できる。
 すなわち、本発明によれば、肉声に極めて近い音声信号を出力可能で、装着感を感じさせない、簡易な構成で、超軽量かつ省スペースな声帯マイクロフォンを実現できる。
 なお、本発明の声帯マイクロフォンにおいて、声帯付近への圧電フィルム10の貼り付け方法には制限はなく、公知のシート状物の貼り付け方法が、各種、利用可能である。
 また、圧電フィルム10を、直接、声帯付近に貼り付けるのではなく、圧電フィルム10を、極薄いケースまたは袋体に収容して、声帯付近に貼り付けるようにしてもよい。
 さらに、本発明の圧電フィルム10を、音声信号を電気信号に変換するセンサーとして用いる本発明の楽器用センサーは、例えば、圧電フィルム10に貼り付け手段を設け、かつ、圧電体層12(下部電極14および上部電極16)が出力する電気信号を取り出す信号線を設けるだけの簡易な構成で、楽器用センサーを構成できる。
 また、このような構成有する本発明の楽器用センサーは、電気信号を取り出す信号線を設けた圧電フィルム10を楽器の一部に貼り付けるだけで、楽器用センサー(すなわち、ピックアップ)として作用する。
 前述の声帯マイクロフォンと同様、本発明の圧電フィルム10は、薄く、かつ、柔軟性に富むので、本発明の楽器用センサーは、可撓性および音響特性に優れ、かつ、変形時に音質変化が小さいため、複雑な曲面を有する楽器の筐体面に貼り付けることが可能であり、低音から高音まで、楽器の音を忠実に再現できる。
 しかも、本発明の楽器用センサーは、振動する楽器の筐体面に対する機械的な拘束も殆どないため、ピックアップを取り付けることによる楽器の原音への影響も、最小限に押さえることができる。
 先の声帯マイクロフォンと同様、本発明の楽器用センサーにおいて、楽器への貼り付け方法には制限はなく、公知のシート状物の貼着方法が、各種、利用可能である。また、本発明の楽器用センサーは、圧電フィルム10を、極薄いケースまたは袋体に収容して、楽器に貼り付けるようにしてもよい。
 上述したように、本発明の圧電フィルム10は、電圧の印加によって面方向に伸縮し、この面方向の伸縮によって厚さ方向に好適に振動するので、例えば圧電スピーカー等に利用した際に、高い音圧の音を出力できる、良好な音響特性を発現する。
 このような良好な音響特性または圧電による高い伸縮性能を発現する本発明の圧電フィルム10は、複数枚を積層することにより、振動板等の被振動体を振動させる圧電振動素子としても、良好に作用する。
 なお、圧電フィルム10を積層する際には、短絡(ショート)の可能性がなければ、積層する圧電フィルムは上部保護層20および/または下部保護層18を有さなくてもよい。または、上部保護層20および/または下部保護層18を有さない圧電フィルムを、絶縁層を介して積層してもよい。
 一例として、圧電フィルム10の積層体を振動板に貼着して、圧電フィルム10の積層体によって振動板を振動させて音を出力するスピーカーとしてもよい。すなわち、この場合には、圧電フィルム10の積層体を、振動板を振動させることで音を出力する、いわゆるエキサイターとして作用させる。
 積層した圧電フィルム10に駆動電圧を印加することで、個々の圧電フィルム10が面方向に伸縮し、各圧電フィルム10の伸縮によって、圧電フィルム10の積層体全体が面方向に伸縮する。圧電フィルム10の積層体の面方向の伸縮によって、積層体が貼着された振動板が撓み、その結果、振動板が、厚さ方向に振動する。この厚さ方向の振動によって、振動板は、音を発生する。振動板は、圧電フィルム10に印加した駆動電圧の大きさに応じて振動して、圧電フィルム10に印加した駆動電圧に応じた音を発生する。
 従って、この際には、圧電フィルム10自身は、音を出力しない。
 1枚毎の圧電フィルム10の剛性が低く、伸縮力は小さくても、圧電フィルム10を積層することにより、剛性が高くなり、積層体全体としては伸縮力が大きくなる。その結果、圧電フィルム10の積層体は、振動板がある程度の剛性を有するものであっても、大きな力で振動板を十分に撓ませて、厚さ方向に振動板を十分に振動させて、振動板に音を発生させることができる。
 圧電フィルム10の積層体において、圧電フィルム10の積層枚数には、制限はなく、例えば振動させる振動板の剛性等に応じて、十分な振動量が得られる枚数を、適宜、設定すればよい。
 なお、十分な伸縮力を有するものであれば、1枚の本発明の圧電フィルム10を、同様のエキサイター(圧電振動素子)として用いることも可能である。
 本発明の圧電フィルム10の積層体で振動させる振動板にも、制限はなく、各種のシート状物(板状物、フィルム)が利用可能である。
 一例として、PET等からなる樹脂フィルム、発泡ポリスチレン等からなる発泡プラスチック、段ボール材等の紙材、ガラス板、および、木材等が例示される。さらに、十分に撓ませることができるものであれば、振動板として、表示デバイス等の機器を用いてもよい。
 圧電フィルム10の積層体は、隣接する圧電フィルム同士を、貼着層(貼着剤)で貼着するのが好ましい。また、圧電フィルム10の積層体と、振動板も、貼着層で貼着するのが好ましい。
 貼着層には制限はなく、貼着対象となる物同士を貼着できるものが、各種、利用可能である。従って、貼着層は、粘着剤からなるものでも接着剤からなるものでもよい。好ましくは、貼着後に固体で硬い貼着層が得られる、接着剤からなる接着剤層を用いる。
 以上の点に関しては、後述する長尺な圧電フィルム10を折り返してなる積層体でも、同様である。
 圧電フィルム10の積層体において、積層する各圧電フィルム10の分極方向には、制限はない。なお、上述のように、本発明の圧電フィルム10の分極方向とは、厚さ方向の分極方向である。
 従って、圧電フィルム10の積層体において、分極方向は、全ての圧電フィルム10で同方向であってもよく、分極方向が異なる圧電フィルムが存在してもよい。
 ここで、圧電フィルム10の積層体においては、隣接する圧電フィルム10同士で、分極方向が互いに逆になるように、圧電フィルム10を積層するのが好ましい。
 圧電フィルム10において、圧電体層12に印加する電圧の極性は、分極方向に応じたものとなる。従って、分極方向が上部電極16から下部電極14に向かう場合でも、下部電極14から上部電極16に向かう場合でも、積層される全ての圧電フィルム10において、上部電極16の極性および下部電極14の極性を、同極性にする。
 従って、隣接する圧電フィルム10同士で、分極方向を互いに逆にすることで、隣接する圧電フィルム10の電極同士が接触しても、接触する電極は同極性であるので、ショート(短絡)する恐れがない。
 圧電フィルム10の積層体は、長尺な圧電フィルム10を、1回以上、好ましくは、複数回、折り返すことで、複数の圧電フィルム10を積層する構成としてもよい。
 長尺な圧電フィルム10を折り返して積層した構成は、以下のような利点を有する。
 すなわち、カットシート状の圧電フィルム10を、複数枚、積層した積層体では、1枚の圧電フィルム毎に、上部電極16および下部電極14を、駆動電源に接続する必要がある。これに対して、長尺な圧電フィルム10を折り返して積層した構成では、一枚の長尺な圧電フィルム10のみで積層体を構成できる。また、長尺な圧電フィルム10を折り返して積層した構成では、駆動電圧を印加するための電源が1個で済み、さらに、圧電フィルム10からの電極の引き出しも、1か所でよい。
 さらに、長尺な圧電フィルム10を折り返して積層した構成では、必然的に、隣接する圧電フィルム10同士で、分極方向が互いに逆になる。
 以上、本発明の高分子複合圧電体、圧電フィルム、圧電スピーカー、フレキシブルディスプレイ、声帯マイクロフォンおよび楽器用センサーについて詳細に説明したが、本発明は上述の例に制限はされず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変更を行ってもよいのは、もちろんである。
 以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明についてより詳細に説明する。なお、本発明はこの実施例に制限されるものでなく、以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、および、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。
<合成例1:ポリマー(P-1)>
 3口フラスコに、アクリル酸3-(トリメトキシシリル)プロピル(56.23g、240mmol)、チタン(IV)エトキシド(13.69g、60mmol)、および、アセトン(300g)を投入し、得られた溶液を窒素雰囲気下にて50℃で撹拌しながら、5質量%炭酸カリウム水溶液(8.29g)を5分間かけて滴下した。次に、得られた溶液に純水(54.0g)を20分間かけて滴下し、その後、得られた溶液を50℃で5時間撹拌した。
 3口フラスコ内を室温に戻した後、得られた溶液にメチルイソブチルケトン(MIBK)(150g)および5質量%食塩水(150g)を添加し、有機相を抽出した。有機相を5質量%食塩水(150g)および純水(150g)で2回順次洗浄し、得られた溶液を減圧蒸留にて濃縮することで、ポリマー(P-1)を60.3質量%含むMIBK溶液を得た(76.3g、収率81%)。
 得られたポリマー(P-1)の重量平均分子量は2900であった。
 なお、ポリマーの重量平均分子量は、下記の装置および条件により測定した。
 測定装置:商品名「LC-20AD」((株)島津製作所製)
 カラム:Shodex KF-801×2本、KF-802、およびKF-803(昭和電工(株)製)
 測定温度:40℃
 溶離液:THF、試料濃度0.1~0.2質量%
 流量:1mL/分
 検出器:UV-VIS検出器(商品名「SPD-20A」、(株)島津製作所製)
 分子量:標準ポリスチレン換算
<合成例2~12:ポリマー(P-2)~(P-12)>
 合成例1で用いたアクリル酸3-(トリメトキシシリル)プロピルおよびチタン(IV)エトキシドの代わりに、表2に示すシラン化合物および金属アルコキシドを用いて、所定の混合比率で混合した以外は、合成例1と同様の手順に従って、ポリマー(P-2)~(P-12)を含むMIBK溶液を得た。
 得られたポリマーの重量平均分子量を表2に示す。
 なお、表2に示すシラン化合物(A-1)~(A-7)の構造を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
<実施例1~12、比較例1:圧電フィルムの作製>
 前述の図2~図4に示す方法によって、図1に示す圧電フィルム10を作製した。
 まず、上記で作製した各ポリマーを含むMIBK溶液を用いて、下記の組成比で、各実施例および比較例で使用される所定のポリマーをメチルエチルケトン(MEK)とシクロヘキサノンの混合溶剤(それぞれ溶剤の含有量は50質量%)に溶解した。その後、この溶液に、PZT粒子を下記の組成比で添加して、プロペラミキサー(回転数2000rpm)で分散させて、圧電体層12を形成するための塗料を調製した。
・PZT粒子・・・・・・・・・・・600質量部
・所定のポリマー・・・・・・・・・60質量部
・MEK・・・・・・・・・・・・・130質量部
・シクロヘキサノン・・・・・・・・170質量部
・MIBK・・・・・・・・・・・・40質量部
 なお、PZT粒子は、市販のPZT原料粉を1000~1200℃で焼結した後、これを平均粒径5μmになるように解砕および分級処理したものを用いた。
 一方、厚さ4μmのPETフィルムに、厚さ0.1μmの銅薄膜を真空蒸着してなるシート状物を2枚(下部電極積層体11aおよび上部電極積層体11cに該当)用意した。すなわち、本例においては、下部薄膜電極14および上部薄膜電極16は、厚さ0.1mの銅蒸着薄膜であり、下部保護層18および上部保護層20は厚さ4μmのPETフィルムとなる。
 なお、プロセス中、良好なハンドリングを得るために、PETフィルムには厚さ50μmのセパレータ(仮支持体PET)付きのものを用い、薄膜電極および保護層の熱圧着後に、各保護層のセパレータを取り除いた。
 このシート状物(下部電極積層体11a)の銅蒸着薄膜(下部薄膜電極14)の上に、スライドコーターを用いて、先に調製した圧電体層12を形成するための塗料を塗布した。なお、塗料は、乾燥後の塗膜の膜厚が20μmになるように、塗布した。
 次いで、銅蒸着薄膜(下部薄膜電極14)の上に塗料を塗布した物を、120℃のホットプレート上で加熱乾燥することでMEKとシクロヘキサノンとMIBKとを蒸発させた。これにより、PET製の下部保護層18の上に銅製の下部薄膜電極14を有し、その上に、厚さが20μmの圧電体層12を形成してなる積層体(積層体11b)を作製した。
 この積層体11bの圧電体層12を、分極処理した。
 分極処理を行った積層体11bの上に、上部薄膜電極16(銅薄膜側)上に各実施例および比較例で使用するポリマーを層厚が0.3μmになるように塗布したフィルムの塗布面を圧電体層12に向けて上部電極積層体11cを積層した。
 なお、上記層厚0.3μmのポリマー層は、上記で作製した各ポリマーを含むMIBK溶液を塗布して形成した。
 次いで、積層体11bと上部電極積層体11cとの積層体を、ラミネータ装置を用いて120℃で熱圧着することで、圧電体層12と下部薄膜電極14および上部薄膜電極16とを接着して、圧電フィルム10を作製した。
<圧電スピーカーの作製>
 作製した圧電フィルムからφ70mmの円形試験片を切り出し、図5に示すような圧電スピーカーを作製した。
 ケースは、一面が開放した円筒状の容器で、開口部の大きさφ60mm、深さ10mmのプラスチック製の円筒状容器を用いた。
 圧電フィルムをケースの開口部を覆うように配置して、押さえ蓋により周辺部を固定した後、パイプからケース内を空気を排気し、ケース内の圧力を0.09MPaに維持して、圧電フィルムを凹状に湾曲させて、圧電スピーカーを作製した。
<比較例2>
 厚さ56μmのPVDFからなるフィルムを用意した。このフィルムの両面に厚さ0.1μmの銅蒸着薄膜を形成して、圧電フィルムを作製した。
 得られた圧電フィルムを用いて、上記<圧電スピーカーの作製>の手順に従って、圧電スピーカーを作製した。
<圧電特性:音圧評価>
 作製した圧電スピーカーについて音圧レベルを測定した。
 具体的には、圧電スピーカーの圧電フィルムの中央に向けて、0.25m離間した位置にマイクロフォンを配置し、圧電フィルムの上部電極と下部電極との間に1kHz、10V0-Pのサイン波を入力して、音圧レベルを測定した。また、以下の基準に従って、評価した。
 比較例1の音圧レベルとの差(各実施例または比較例の音圧レベル-比較例1の音圧レベル)に基づいて以下のように評価した。
比較例1との音圧レベルの差が、+3dB以上の場合を「A」
比較例1との音圧レベルの差が、+2dB以上+3dB未満の場合を「B」
比較例1との音圧レベルの差が、+1dB以上+2dB未満の場合を「C」
比較例1との音圧レベルの差が、-1dB以上+1dB未満の場合を「D」
比較例1との音圧レベルの差が、-1dB未満の場合を「E」
 結果を表3にまとめて示す。
 なお、表3中、「ポリマー」欄は使用したポリマーの種類を示す。
 表3中、「Mの種類」欄は、各ポリマーの式(1)で表される単位中のMの種類を表す。
 表3中、「単位」欄は、各ポリマーが有する、式(2-2)で表される単位、および、式(2-3)で表される単位からなる群から選択される単位を表す。
 また、各ポリマー中の単位1のモル量と単位2の合計モル量との比(単位1のモル量/単位2の合計モル量)は、上記表2の「混合比率A/B」と同じであった。例えば、ポリマーP-1においては、単位1と単位2との比は80/20であった。従って、ポリマーP-1においては、ポリマーP-1の全単位に対して、単位1の含有量は80モル%であり、単位2の含有量は20モル%であった。
 なお、比較例1で使用したシリコーンゴムは、「HTV型液状シリコーン(株式会社エイテックス社製)」である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表3に示すように、所定の高分子複合圧電体を用いることにより、所望の効果が得られた。
 なかでも、実施例1~7の比較より、ポリマーが式(2-1)で表される単位または式(2-2)で表される単位を有する場合が好ましく、式(2-1)で表される単位を有する場合がより好ましいことが確認された。
 また、実施例1~5と実施例8~12の比較より、Mの種類がTiの場合に、より優れた効果が得られることが確認された。
 以上の結果より、本発明の効果は、明らかである。
 10 圧電フィルム
 11a 下部電極積層体
 11b 積層体
 11c 上部電極積層体
 12 圧電体層
 14 下部(薄膜)電極
 16 上部(薄膜)電極
 18 下部保護層
 20 上部保護層
 24 高分子マトリックス
 26 圧電体粒子
 40 圧電スピーカー
 42 ケース
 48 枠体
 60 有機ELディスプレイ
 62 有機EL表示デバイス
 64、82 基板
 68 陽極
 70 発光層
 72 陰極
 74、92 透明基板
 78 電子ペーパー
 80 電子ペーパーデバイス
 84、106 下部電極
 86 表示層
 86a マイクロカプセル
 90、110 上部電極
 94 液晶ディスプレイ
 96 液晶ディスプレイデバイス
 98 導光板
 100 光源
 102、114 偏光子
 104 下部基板
 108 液晶層
 112 上部基板
 116 保護フィルム
 120 声帯マイクロフォン
 126 圧電体セラミックス
 128 金属板
 130 クッション
 132 スプリング
 134、136 信号線

Claims (10)

  1.  式(1)で表される単位と、
     式(2-1)で表される単位、式(2-2)で表される単位、および、式(2-3)で表される単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位と、を有するポリマーを含む高分子マトリックス、および、
     圧電体粒子、を含む、高分子複合圧電体。
     式(1)    (MOx/2
     式(2-1)  (RSiO3/2
     式(2-2)  (R SiO2/2
     式(2-3)  (R SiO1/2
     式(1)中、Mは、Ti、Zr、HfまたはAlを表す。xは、MがTi、ZrまたはHfの場合には4を表し、MがAlの場合には3を表す。
     式(2-1)中、Rは、有機基を表す。
     式(2-2)中、Rは、それぞれ独立に、有機基を表す。
     式(2-3)中、Rは、それぞれ独立に、有機基を表す。
  2.  前記MがTiを表す、請求項1に記載の高分子複合圧電体。
  3.  前記ポリマーが、前記式(2-1)で表される単位、および、前記式(2-2)で表される単位からなる群から選択される少なくとも1種の単位を有する、請求項2に記載の高分子複合圧電体。
  4.  前記ポリマーが、前記式(2-1)で表される単位を有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の高分子複合圧電体。
  5.  前記圧電体粒子の含有量が、前記高分子複合圧電体全体積に対して、50体積%以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の高分子複合圧電体。
  6.  前記圧電体粒子が、ペロブスカイト型またはウルツ鉱型の結晶構造を有するセラミックス粒子を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の高分子複合圧電体。
  7.  前記圧電体粒子が、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ジルコン酸ランタン酸鉛、チタン酸バリウム、酸化亜鉛、および、チタン酸バリウムとビスマスフェライトとの固溶体のいずれかを含む、請求項6に記載の高分子複合圧電体。
  8.  請求項1~7のいずれか1項に記載の高分子複合圧電体と、
     前記高分子複合圧電体の両面に積層された2つの薄膜電極と、を有する、圧電フィルム。
  9.  請求項8に記載の圧電フィルムを有する圧電スピーカー。
  10.  可撓性を有するフレキシブルディスプレイの画像表示面とは反対側の面に、請求項8に記載の圧電フィルムを取り付けたフレキシブルディスプレイ。
PCT/JP2020/021973 2019-06-28 2020-06-03 高分子複合圧電体、圧電フィルム、圧電スピーカー、フレキシブルディスプレイ Ceased WO2020261909A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021527557A JP7245905B2 (ja) 2019-06-28 2020-06-03 高分子複合圧電体、圧電フィルム、圧電スピーカー、フレキシブルディスプレイ
KR1020217041651A KR20220011156A (ko) 2019-06-28 2020-06-03 고분자 복합 압전체, 압전 필름, 압전 스피커, 플렉시블 디스플레이
CN202080046583.5A CN114026154B (zh) 2019-06-28 2020-06-03 高分子复合压电体、压电薄膜、压电扬声器、柔性显示屏
US17/555,511 US20220115580A1 (en) 2019-06-28 2021-12-20 Polymer-based piezoelectric composite material, piezoelectric film, piezoelectric speaker, and flexible display

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019121618 2019-06-28
JP2019-121618 2019-06-28

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US17/555,511 Continuation US20220115580A1 (en) 2019-06-28 2021-12-20 Polymer-based piezoelectric composite material, piezoelectric film, piezoelectric speaker, and flexible display

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020261909A1 true WO2020261909A1 (ja) 2020-12-30

Family

ID=74060546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/021973 Ceased WO2020261909A1 (ja) 2019-06-28 2020-06-03 高分子複合圧電体、圧電フィルム、圧電スピーカー、フレキシブルディスプレイ

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220115580A1 (ja)
JP (1) JP7245905B2 (ja)
KR (1) KR20220011156A (ja)
CN (1) CN114026154B (ja)
TW (1) TW202100618A (ja)
WO (1) WO2020261909A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113292856A (zh) * 2021-05-19 2021-08-24 清华大学 力致发光器件及其制造方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3081907B1 (fr) * 2018-05-31 2022-03-04 Saint Gobain Vitrage ayant des performances acoustiques ameliorees
CN114883476A (zh) * 2022-05-12 2022-08-09 业泓科技(成都)有限公司 压电元件附着性的改善方法
KR20240102197A (ko) 2022-12-26 2024-07-03 한국기술교육대학교 산학협력단 이종의 용매를 이용한 압전필름의 제조방법 및 이를 통해 제조된 압전필름
KR102761858B1 (ko) 2024-07-09 2025-02-05 주식회사 에드솔 케미컬 배관 밴드 장치

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015161826A (ja) * 2014-02-27 2015-09-07 コニカミノルタ株式会社 フィルムミラーおよび太陽熱発電用反射装置
WO2017018313A1 (ja) * 2015-07-27 2017-02-02 富士フイルム株式会社 電気音響変換フィルムおよびその製造方法、ならびに、電気音響変換器、フレキシブルディスプレイ、声帯マイクロフォンおよび楽器用センサー
WO2017090512A1 (ja) * 2015-11-26 2017-06-01 東レ株式会社 ポリメタロキサン、その製造方法、その組成物、硬化膜およびその製造方法ならびにそれを備えた部材および電子部品
JP2018049075A (ja) * 2016-09-20 2018-03-29 キヤノンファインテックニスカ株式会社 光学膜、該光学膜を備えた基材、及び該基材を有する光学デバイス

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5599858B2 (ja) 2011-09-30 2014-10-01 富士フイルム株式会社 電気音響変換フィルム、フレキシブルディスプレイ、声帯マイクロフォンおよび楽器用センサー
TWI500703B (zh) * 2013-12-26 2015-09-21 Chi Mei Corp 光硬化性塗佈組成物、光硬化塗佈膜及觸控面板

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015161826A (ja) * 2014-02-27 2015-09-07 コニカミノルタ株式会社 フィルムミラーおよび太陽熱発電用反射装置
WO2017018313A1 (ja) * 2015-07-27 2017-02-02 富士フイルム株式会社 電気音響変換フィルムおよびその製造方法、ならびに、電気音響変換器、フレキシブルディスプレイ、声帯マイクロフォンおよび楽器用センサー
WO2017090512A1 (ja) * 2015-11-26 2017-06-01 東レ株式会社 ポリメタロキサン、その製造方法、その組成物、硬化膜およびその製造方法ならびにそれを備えた部材および電子部品
JP2018049075A (ja) * 2016-09-20 2018-03-29 キヤノンファインテックニスカ株式会社 光学膜、該光学膜を備えた基材、及び該基材を有する光学デバイス

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113292856A (zh) * 2021-05-19 2021-08-24 清华大学 力致发光器件及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114026154A (zh) 2022-02-08
CN114026154B (zh) 2023-05-09
KR20220011156A (ko) 2022-01-27
TW202100618A (zh) 2021-01-01
JPWO2020261909A1 (ja) 2020-12-30
JP7245905B2 (ja) 2023-03-24
US20220115580A1 (en) 2022-04-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11540074B2 (en) Electroacoustic transduction film and manufacturing method thereof, electroacoustic transducer, flexible display, vocal cord microphone, sensor for musical instrument
KR101628584B1 (ko) 전기 음향 변환 필름, 플렉시블 디스플레이, 성대 마이크로폰 및 악기용 센서
JP7245905B2 (ja) 高分子複合圧電体、圧電フィルム、圧電スピーカー、フレキシブルディスプレイ
US12375859B2 (en) Polymer-based piezoelectric composite material, piezoelectric film, piezoelectric speaker, and flexible display
US12477949B2 (en) Polymer-based piezoelectric composite material, piezoelectric film, piezoelectric speaker, and flexible display
JP5993772B2 (ja) 電気音響変換フィルム、フレキシブルディスプレイ、声帯マイクロフォンおよび楽器用センサー
JP7217807B2 (ja) 圧電フィルム
JP6193194B2 (ja) 電気音響変換フィルムおよび電気音響変換器
JP6297223B2 (ja) 電気音響変換フィルムおよび電気音響変換器

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20832166

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20217041651

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021527557

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20832166

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1