JP2020119971A - Flexible functional device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a functional device in which elements are regularly arranged on a flexible substrate, and more particularly to a flexible functional device using a flexible substrate having conformability to a three-dimensional shape and a manufacturing method thereof.
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。 Flexible substrates in which electrodes are provided on a flexible polymer sheet such as polyimide are used in many electronic devices. Furthermore, functional devices that are deformable by providing elements or sensors on a flexible substrate have been proposed for applications such as wearable devices.
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。 For example, Patent Document 1 discloses a lighting device in which a plurality of light emitting diodes are mounted on one surface of a flexible substrate and are provided along a mounting portion. The light output per light emitting diode is small and when used as a light source of a lighting device, a plurality of light emitting diodes are three-dimensionally arranged and integrated to obtain a high light output without increasing the size of the lighting device. To be On the other hand, the manufacturing process for this three-dimensional arrangement becomes complicated, but it is easy to provide the light emitting diode on the flexible board and the surface opposite to the mounting surface along the mounting part. It is said that a lighting device having a three-dimensional shape can be manufactured.
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。 The flexible substrate, which is a sheet, enables three-dimensional deformation such as bending and twisting, but it is difficult to give it along a spherical surface having a relatively small curvature. Further, although the sheet body is divided into strips to enhance the flexibility of deformation and obtain a certain degree of conformability to a solid body, there may be a problem such as complicated production. Therefore, a functional device capable of three-dimensional deformation has been proposed.
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。
For example,
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。 In applications such as wearable equipment of flexible functional devices that use flexible substrates, most of the shape of the wearer's application part is three-dimensional, and it is not limited to mere three-dimensional shapes such as cylinders and corners. First, the ability to follow a three-dimensional shape is desired. In addition, industrial products such as lighting equipment can be easily applied to many surfaces by being able to follow and deform in accordance with recent three-dimensional designs.
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。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a flexible functional device using a flexible substrate having conformability to a three-dimensional shape and a method for manufacturing the same. To provide.
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。 A flexible functional device according to the present invention is a functional device in which elements are regularly arranged on a flexible substrate, and has a plurality of regular cuts introduced into a flexible sheet body provided with electrodes. The device is characterized in that the element is housed in a gap formed by opening.
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。 According to such an invention, a flexible functional device is provided that has not only the ability to follow a three-dimensional shape such as a cylinder or a corner but also the ability to follow a three-dimensional shape.
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。 In the above-mentioned invention, the sheet body may have a plurality of parallel lines having the same length and the same length along a straight line. Further, the cuts of the adjacent lines may be staggered in the vertical direction with respect to the lines. According to such an invention, a flexible functional device including uniformly arranged elements having followability to a three-dimensional shape is provided.
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。 The above invention may be characterized in that a locally reduced thickness portion is provided. According to such an invention, the flexible functional device having a three-dimensional and more complicated shape-following property is provided by the deformation in the thickness reduced portion.
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。 In the above invention, the element may be a light emitting element. Further, the element may be made of a liquid or a solid containing inorganic EL particles. According to such an invention, the light emitting device can be deformed without preparing the light emitting device according to a three-dimensional shape in advance, so that a light emitting device having versatility can be provided.
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。 In the above-mentioned invention, the element may be a gas sensor made of ion gel. According to this invention, it is possible to provide a gas sensor having versatility in shape.
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。 The manufacturing method according to the present invention is a method of manufacturing a functional device in which elements are regularly arranged on a flexible substrate, and a plurality of regular cuts are made in a flexible sheet body provided with electrodes, The device is characterized in that the element is housed in a gap formed by opening the device.
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。 According to such an invention, it is possible to easily manufacture a flexible functional device having not only the ability to follow a three-dimensional shape such as a cylinder or a corner but also the ability to follow a three-dimensional shape. ..
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。 In the above invention, the sheet body may be provided along the attachment target to fix the shape and open the cut. According to such an invention, it is possible to easily manufacture a flexible functional device having conformability to a three-dimensional shape.
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。 The above invention may be characterized in that a liquid or a solid that gives a functional element is given to the gap. Alternatively, an ionic gel that provides a functional element may be applied to the gap. According to this invention, the element can be easily provided on a three-dimensional surface.
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。 The flexible functional device according to the present invention will be described with reference to FIG.
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。
As shown in FIG. 1, a
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。
Here, by opening the plurality of
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。 Next, a method for manufacturing the flexible functional device will be described with reference to FIG.
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。
As shown in FIG. 2A, a plurality of
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。
As shown in FIG. 2B, the electrode 8 is provided on one surface of the
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。
As shown in FIG. 2C, when the
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。
Referring again to FIG. 1, the deformation of the
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。
As shown in FIGS. 2D and 2E, a liquid or gel that imparts functionality is applied to the periphery of the
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。
As shown in FIG. 2(f), if the liquid or the like that imparts functionality has a light emitting property, the
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。
As described above, by introducing a plurality of
[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。
Example 1 Light-Emitting Device As shown in FIG. 3, after forming a pattern of cuts and grooves as shown in FIG. 1 on a resin film having a thickness of 50 μm and depositing gold as an electrode and applying it, A flexible light emitting device having pixels of about 3 mm was prepared by arranging a droplet of silicone rubber mixed with inorganic EL particles at an open cut and curing the same by heating at 100° C. for 1 hour. By selectively applying an alternating voltage of 1.2 kV and 30 kHz to the electrodes, it was possible to selectively control the light emitting portion of the
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)。 Such a flexible light emitting device could be attached to the outer surface of a cylinder having a diameter of 2 cm to emit light (see FIG. 4). In addition, it could be attached to the surface of a hemisphere having a diameter of 75 mm to emit light (see FIG. 5).
[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。
[Example 2] Gas sensor As in Example 1, droplets of a sol-like mixed liquid of an ionic liquid ([EMIM][BF4]), a polymer agent (PVDF-HFP), and a solvent (DMAC) were arranged at the open cut. Then, it was heated and gelled to obtain a flexible gas sensor. The gel is sensitive to H2O and CO2 and changes its resistance value. With the flexible gas sensor, when the surface was blown, the change in resistance between the electrodes could be measured.
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。 Although the embodiment of the present invention and the modification based on the embodiment have been described above, the present invention is not necessarily limited to this, and a person skilled in the art deviates from the gist of the present invention or the scope of the appended claims. Without doing so, various alternatives and modifications could be found.
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
2
Claims (11)
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。 A functional device in which elements are regularly arranged on a flexible substrate,
A flexible functional device characterized in that an element is accommodated in a gap formed by opening a plurality of regular cuts introduced into a flexible sheet body provided with electrodes.
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。 A method of manufacturing a functional device in which elements are regularly arranged on a flexible substrate,
A method for manufacturing a flexible functional device, characterized in that a plurality of regular cuts are made in a flexible sheet body provided with electrodes, and an element is accommodated in a gap formed by opening the cuts.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019009153A JP2020119971A (en) | 2019-01-23 | 2019-01-23 | Flexible functional device and manufacturing method of the same |
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JP2019009153A JP2020119971A (en) | 2019-01-23 | 2019-01-23 | Flexible functional device and manufacturing method of the same |
Publications (1)
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