(57)【要約】【課題】立体的な形状への追従性を有するフレキシブル基板を用いたフレキシブル機能性デバイス及びその製造方法の提供。【解決手段】フレキシブル基板上に素子を規則的に配列させた機能性デバイスである。電極を与えた可撓性を有するシート体に導入された規則的な複数の切れ目を開口させてなる隙間に素子を収容させたことを特徴とする。【選択図】  図１
2020119971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブル基板上に素子を規則的に配列させた機能性デバイスであって、
電極を与えた可撓性を有するシート体に導入された規則的な複数の切れ目を開口させてなる隙間に素子を収容させたことを特徴とするフレキシブル機能性デバイス。
【請求項２】
前記シート体は、直線に沿って同一周期で同じ長さの前記切れ目を与えたラインを平行に複数有することを特徴とする請求項１記載のフレキシブル機能性デバイス。
【請求項３】
隣接する前記ラインの前記切れ目が前記ラインと垂直方向に互い違いにずれていることを特徴とする請求項２記載のフレキシブル機能性デバイス。
【請求項４】
前記シート体は局所的な厚さ減少部を与えられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のフレキシブル機能性デバイス。
【請求項５】
前記素子は発光素子であることを特徴とする請求項１乃至４のうちの１つに記載のフレキシブル機能性デバイス。
【請求項６】
前記素子は無機ＥＬ粒子を含む液体又は固体からなることを特徴とする請求項５記載のフレキシブル機能性デバイス。
【請求項７】
前記素子はイオンゲルからなるガスセンサであることを特徴とする請求項１乃至４のうちの１つに記載のフレキシブル機能性デバイス。
【請求項８】
フレキシブル基板上に素子を規則的に配列させた機能性デバイスの製造方法であって、
電極を与えた可撓性を有するシート体に規則的な複数の切れ目を入れ、これを開口させてなる隙間に素子を収容させることを特徴とするフレキシブル機能性デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記シート体を取り付け対象物に沿って与えて形状固定しつつ前記切れ目を開口させることを特徴とする請求項１記載のフレキシブル機能性デバイスの製造方法。
【請求項１０】
機能性素子を与える液体又は固体を前記隙間に与えることを特徴とする請求項８又は９に記載のフレキシブル機能性デバイスの製造方法。
【請求項１１】
機能性素子を与えるイオンゲルを前記隙間に与えることを特徴とする請求項８又は９に記載のフレキシブル機能性デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル基板上に素子を規則的に配列させた機能性デバイスに関し、特に、立体的な形状への追従性を有するフレキシブル基板を用いたフレキシブル機能性デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリイミド等の可撓性を有する高分子シートに電極を与えたフレキシブル基板が多くの電子機器に用いられている。更に、フレキシブル基板の上に素子やセンサを与えて変形可能な機能性デバイスがウェアラブル機器などの用途に対応して提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、フレキシブル基板の一方の面に複数の発光ダイオードを実装させこれを取り付け部に沿って与えた照明装置を開示している。発光ダイオード１個あたりの光出力は小さく照明装置の光源に用いた場合、複数個の発光ダイオードを三次元的に配置して集積化することで照明装置を大型化せずに高い光出力を得られる。一方で、この三次元的な配置をするための製造工程は煩雑になってしまうが、フレキシブル基板の上に発光ダイオードを与え実装面と反対側の面を取り付け部に沿って与えることで容易に三次元的な形状を有する照明装置を製造できるとしている。
【０００４】
シート体であるフレキシブル基板は、曲げやひねりなどの三次元的な変形を可能とするが、比較的曲率の小さい球面の上に沿って与えることは難しい。また、シート体を帯状に分割して変形の融通性を高め、ある程度の立体への追従性を得られるが、製造等が煩雑になるなどの問題を生じ得る。そこで、立体的な変形を可能とした機能性デバイスが提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献２では、複数の抵抗式接触温度素子をフレキシブル基板の上に与えた立体的な人間の足の裏における温度分布を測定するための装置を開示している。ここでは、フレキシブル基板の上の回路導体に影響を与えないように切れ目を入れて抵抗式接触温度素子を有するセンサセグメントを形成させている。これら複数のセンサセグメントは切れ目により互いに相対運動可能であり、フレキシブル基板の上に人間の足の裏が配置されて立体的に押圧されたとしても全体として弾性的に変形するとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１８４２０９号公報
【特許文献２】特表２０１６−５３３８３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フレキシブル基板を用いたフレキシブル機能性デバイスのウェアラブル機器などの用途では、着用者の適用部分の形状の多くは立体的であり、円筒や角部などの単なる三次元的な形状への追従性に留まらず、立体的な形状への追従性が要望されている。また、照明機器などの工業製品においても、近年の立体的デザインに合わせてこれに追従変形できるようにすることで、多くの表面に簡単に与えることができるようになる。
【０００８】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、立体的な形状への追従性を有するフレキシブル基板を用いたフレキシブル機能性デバイス及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によるフレキシブル機能性デバイスは、フレキシブル基板上に素子を規則的に配列させた機能性デバイスであって、電極を与えた可撓性を有するシート体に導入された規則的な複数の切れ目を開口させてなる隙間に素子を収容させたことを特徴とする。
【００１０】
かかる発明によれば、円筒や角部などの単なる三次元的な形状への追従性に留まらず、立体的な形状への追従性を有するフレキシブル機能性デバイスを与えるのである。
【００１１】
上記した発明において、前記シート体は、直線に沿って同一周期で同じ長さの前記切れ目を与えたラインを平行に複数有することを特徴としてもよい。また、隣接する前記ラインの前記切れ目が前記ラインと垂直方向に互い違いにずれていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、立体的な形状への追従性を有する均等に配列された素子からなるフレキシブル機能性デバイスを与えるのである。
【００１２】
上記した発明において、局所的な厚さ減少部を与えられていることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、厚さ減少部での変形により、立体的且つより複雑な形状への追従性を有するフレキシブル機能性デバイスを与えるのである。
【００１３】
上記した発明において、前記素子は発光素子であることを特徴としてもよい。また、前記素子は無機ＥＬ粒子を含む液体又は固体からなることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、あらかじめ立体的な形状へ合わせて発光装置を用意することなく変形可能であるから、汎用性を有する発光装置を与えることができるのである。
【００１４】
上記した発明において、前記素子はイオンゲルからなるガスセンサであることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、形状汎用性を有するガスセンサを与えることができるのである。
【００１５】
本発明による製造方法は、フレキシブル基板上に素子を規則的に配列させた機能性デバイスの製造方法であって、電極を与えた可撓性を有するシート体に規則的な複数の切れ目を入れ、これを開口させてなる隙間に素子を収容させることを特徴とする。
【００１６】
かかる発明によれば、円筒や角部などの単なる三次元的な形状への追従性に留まらず、立体的な形状への追従性を有するフレキシブル機能性デバイスを簡便に製造することができるのである。
【００１７】
上記した発明において、前記シート体を取り付け対象物に沿って与えて形状固定しつつ前記切れ目を開口させることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、立体的な形状への追従性を有するフレキシブル機能性デバイスを簡便に製造することができるのである。
【００１８】
上記した発明において、機能性素子を与える液体又は固体を前記隙間に与えることを特徴としてもよい。又は、機能性素子を与えるイオンゲルを前記隙間に与えることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、素子を立体的な面上に簡便に与えることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明によるフレキシブル機能性デバイスの製造方法を示した斜視図である。
【図２】本発明によるフレキシブル機能性デバイスの製造方法を示した断面である。
【図３】本発明によるフレキシブル機能性デバイスとしての発光装置の写真である。
【図４】本発明によるフレキシブル機能性デバイスとしての発光装置の写真である。
【図５】本発明によるフレキシブル機能性デバイスとしての発光装置の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明によるフレキシブル機能性デバイスについて図１を用いて説明する。
【００２１】
図１に示すように、フレキシブル基板上に素子を規則的に配列させた機能性デバイス１０は、電極を与えた可撓性を有するシート体２に規則的な複数の切れ目４を導入し、シート体２を所定の方向Ｆに引っ張って切れ目４を開口させてなる隙間４ａに素子６を収容させた構造を有する。すなわち、立体的な「切り紙構造」を利用したデバイスである。素子６は、機能性を与える液体又は固体として、又は、ゲルとして隙間４ａに与えられ、適宜、乾燥、熱処理などを施されて機能性素子を形成する。例えば、無機ＥＬ粒子を含む液体や固体を隙間４ａに与えることで発光装置を得られる。また、ガスに反応し、抵抗値を変化させ、又は、呈色を示すイオンゲルを隙間４ａに与えることでガスセンサを得られる。
【００２２】
ここで、複数の切れ目４を開口させることで、シート体２が円筒や角部などの単なる三次元的な形状への追従性に留まらず、切れ目４の周囲でねじり変形及び座屈を生じ、立体的な複雑形状への追従性を有するようになるのである。そして、素子６は切れ目４に独立して収容されているから、素子６に影響を与えることなく、複雑形状の表面にフレキシブル機能性デバイス１０を変形させて貼り合わせることが可能になる。
【００２３】
次に、フレキシブル機能性デバイスの製造方法について、図２を用いて説明する。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、シート体２に規則的に複数の切れ目４を加工する。シート体２は、樹脂やゴム、紙などの可撓性を有し且つ絶縁性の材料からなる。また、局所的な厚さ減少部である溝５を与えておくことで、後述するように、この溝５での変形によって、結果として得られるフレキシブル機能性デバイス１０をより立体的且つより複雑な形状への追従性を有するようにでき得る。
【００２５】
図２（ｂ）に示すように、シート体２の一方の面に電極８を与える。電極８は、切れ目４のパターン及び素子６への電源の供給に合わせて、適宜、シート体２に与えられる。図では、溝５と反対側の主面に電極８を層状に与えている。
【００２６】
図２（ｃ）に示すように、シート体２は、切れ目４を開口させるように切れ目４の伸びる方向と垂直な方向Ｆへ引っ張られると、溝５で折り目を形成しつつ、切れ目４の周囲でねじり変形及び座屈を生じ、シート体２が立体的に変形する。または、取り付け対象物が複雑形状の場合にあっては、シート体２を取り付け対象物に沿って与えて形状固定しつつ切れ目４を開口させてもよい。なお、ここでは、切れ目４を挟んで一対の電極８ａ及び８ｂが形成されている。
【００２７】
再び、図１を参照すると、シート体２の変形は切れ目４のパターンによる。ここでは、交互に隣接するＡ列及びＢ列の互いに平行な複数の直線に沿って切れ目４を同一周期で同じ長さに与えており、且つＡ列及びＢ列のラインの各切れ目４をラインとは垂直方向に互い違いの位置にずれて有するように形成している。この切れ目４の開口において、波打つようにシート体２が屈曲し切れ目４の周囲でねじり変形及び座屈を生じ、立体的な変形が与えられるのである。なお、切れ目４は、直線だけでなく、曲線として与えても良く、このとき切れ目４の断続的に続くラインも曲線となる。
【００２８】
図２（ｄ）及び（ｅ）に示すように、機能性を与える液体又はゲルを隙間４ａの周囲に与えて、適宜、乾燥、熱処理などを施して切れ目４の周囲に機能性素子を形成させる。
【００２９】
図２（ｆ）に示すように、機能性を与える液体等が発光性を有するなら、一対の電極８ａ及び８ｂに通電することで隙間４ａの周囲を単一の素子６発光するのである。
【００３０】
以上のように、シート体２に切り目４を複数導入することで曲げや伸びなどの変形に対する耐性を与えることが出来るようになるとともに、円筒や角部などの単なる三次元的な形状への追従性に留まらず、立体的な形状への追従性を有するフレキシブル機能性デバイスを簡便に製造することができるのである。
【００３１】
［実施例１］発光デバイス
図３に示すように、５０μｍの厚さの樹脂フィルムに図１に示したような切れ目を及び溝のパターンを形成し、電極として金を蒸着して与えた後に、無機ＥＬ粒子を混ぜたシリコーンゴムの液滴を開口した切れ目に配置し、１００℃で１時間加熱してこれを硬化させた３ｍｍ程度のピクセルを有するフレキシブル発光デバイスを作成した。電極に選択的に１．２ｋＶ、３０ｋＨｚの交流電圧を印可すると、発光素子を形成する切れ目４について、選択的に発光箇所を制御できた。
【００３２】
かかるフレキシブル発光デバイスは、直径２ｃｍの円筒の外表面に貼り付けて発光させることができた（図４参照）。また、直径７５ｍｍの半球表面にも貼り付けて発光させることができた（図５参照）。
【００３３】
［実施例２］ガスセンサ
実施例１と同様に、開口した切れ目にイオン液体（［ＥＭＩＭ］［ＢＦ４］）、ポリマ剤（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、溶媒（ＤＭＡＣ）のゾル状混合液の液滴を配置し加熱しゲル化させフレキシブルガスセンサを得た。なお、かかるゲルはＨ２Ｏ、ＣＯ２に感応し抵抗値を変化させる。フレキシブルガスセンサでは、表面に息を吹きかけたところ、電極間で抵抗値の変化を計測できた。
【００３４】
以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。
【符号の説明】
【００３５】
２        シート体
４        切れ目
４ａ      隙間
５        溝
６        素子
１０      機能性デバイス
８        電極
【図１】
2020119971.tif 000003
【図２】
2020119971.tif 000004
【図３】
2020119971.tif 000005
【図４】
2020119971.tif 000006
【図５】
2020119971.tif 000007