JP4594926B2 - 複数の導電性繊維又は導電性を有する繊維の配列からなるテキスタイルの表面の構造及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の導電性繊維又は導電性を有する繊維の配列からなるテキスタイルの表面の構造であって、前記構造中の導電性繊維と導電性繊維との間に絶縁性繊維が組み込まれているテキスタイルの表面の構造に関する。この構造は、さらに請求項１の前段部分に記載された無機エレクトロルミネセント材料及び電気接続素子を有している。また本発明は、請求項１７に記載されたこのようなテキスタイルの表面の構造の製造方法に関する。

エレクトロルミネセントの配列及びその光源としての使用は、例えばＥＰ１１４６７７８Ａ２などの先行技術において公知である。そのような配列は、電極装置及び誘電体ならびにエレクトロルミネセント層を有している。基本的に可撓性である外側層が絶縁を形成するとともに、透明な材料から構成されている。加熱素子を配置することによって、この構造の特性を種々の温度条件に適合させて、機能的能力及び／又は発光効率の維持又は向上を可能にしている。

同様に、従来技術として、絶縁性誘電体層によって囲まれた繊維の形態であって、エレクトロルミネセント粉末を結合剤と混合した材料で構成される層をさらに有しているエレクトロルミネセント・フィラメントが存在する。上述の形式の光源は、さらに透明な電極で囲まれている。

このようなエレクトロルミネセント配列は可撓性が限られており、さらに外側を囲んでいる電極を透明な材料で構成しなければならない。

公衆のものとなっている米国特許第３，８０３，４３７の明細書には、複数の可撓性ワイヤ又は繊維でテキスタイルの表面構造を形成したエレクトロルミネセント表示配列が開示されている。

具体的には、複数の平行な可撓性で絶縁性繊維が、平行に配置された複数の可撓電極繊維と織り合わされており、このようにして作り出された繊維構造に、表面全体が覆われるようにエレクトロルミネセント材料の層が塗布されている。１実施形態においては、電極として機能する繊維が、絶縁性繊維に対して事実上直交して走っている。

しかしながら、無機エレクトロルミネセント層を有するこのようなテキスタイル表面構造の実施の形態は、可視光の出力がきわめて小さいことが示されている。これは、被覆用の材料が繊維と繊維の間のすき間に進入し、シャドウ効果によって減衰をもたらすためである。これに対し、従来技術にもとづいてエレクトロルミネセント材料をより多く塗布しようとするならば、所望の可撓性及びテキスタイル構造に典型的な触覚が失われることになるであろう。

以上にもとづき、本発明の課題は、複数の導電性繊維又は導電性を有する繊維の配列からなる、より進歩したテキスタイルの表面の構造であって、導電性繊維と導電性繊維との間に絶縁部分が配置されているか、又は絶縁性繊維が構造中に組み込まれており、無機エレクトロルミネセント材料からなる構造を提供することにある。このようにして生み出された構造は、通常のテキスタイルの触覚を有し、高い放射エネルギー効率並びに通常の環境条件において可能な限りの耐久性を有する。その最も基本的に、本発明の目的はテキスタイルの表面の構造を、従来からのテキスタイル製造方法で得られるテキスタイルの表面の構造と同様なものに仕上げることにある。

本発明の目的は、請求項１記載の構成によるテキスタイルの表面の構造、及び請求項１７に記載のそのような表面構造の製造方法によって達成され、同様に従属請求項は、適用可能な実施の形態及び発展を構成している。

本発明は、テキスタイル構成に組み込まれ、所与の励起交流電圧によって発光し、テキスタイル電極及び／又はテキスタイル中に一体化された電極によって励起されるエレクトロルミネセント材料にもとづくエレクトロルミネセント配列である。本発明においては、可視スペクトル領域において放射される光をモディファイするため、蛍光増白剤及び／又は蛍光及び／又は燐光物質、又はピグメントもエレクトロルミネセント材料に添加することができる。

本発明の目的は、テキスタイルの表面構造が、大きい寸法を有し、駆動可能な表示のエレクトロルミネセント光源を、高効率で簡便な製造により実現することにある。技術的に簡潔な扱い易さゆえ、このテキスタイルの表面構造を、室内装飾のためのテキスタイル材料、保護用の作業服、広告バナー、又は他の同様の物品などの民生品に適用することができる。

本発明によれば、エレクトロルミネセント材料は、繊維構造の中間領域へと組み込まれるか、又は前記構造中に配置された被覆繊維として具現化される。さらに、この構造は、蛍光材料及び／又は蛍光増白剤から選択される被覆を有しており、配列全体は透明であって弾性を有する保護のための被覆層を設けて補われている。被覆層は電極という意味において、いかなる電気的特性も与えられていない。

被覆層は、例えばポリウレタン又はアクリレートから構成してもよく、又はそのような材料を含む材料にて構成してもよい。

テキスタイルの表面の構造の電気接続素子は、テキスタイルの表面構造の部分上に直接形成することができ、また例えば縫製などのテキスタイル技法によって実現することができる。

導電性テキスタイル素材として、メタライズ繊維、カーボンファイバー、又は酸化インジウムスズで被覆された繊維を使用することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記構造の２つの導電性繊維が、いずれの場合にも密な間隔で対向して配設され、かつ互いに絶縁されており、その際にエレクトロルミネセント材料が中間領域に組み込まれるか、又はエレクトロルミネセント被覆又は同様なエレクトロルミネセント特性を有するさらなる繊維が、前記中間領域に配置されている。

密な間隔は、１００μｍ〜８００μｍの間の範囲にあり、その際１つの繊維の直径は、好ましくは２０μｍ〜５０μｍ、最大５００μｍまでの範囲にある。

さらに、多色光源を生み出すためにいわば光増幅器という意味において機能する蛍光物質を、色素とともに供給することができる。

蛍光物質は、個々に印刷された意匠として、また部分的に又は区画内に、例えばシルクスクリーン又はインクジェット印刷によって塗布することができ、完全に注文通りの画像、構造、又は英数字を実現し、発光させることができる。

マルチ印刷によって、加法又は減法による色マトリクスを造り出すことができる。

蛍光物質を塗布するために例えばファイバー・ペンなどのペンを使用することも、本発明の範囲に属する。

異なるように被覆及びモディファイされた繊維からの縁取り及び笹縁が、テキスタイルの表面構造の構成要素であってよい。

すでに述べたように、本発明のテキスタイルの表面の構造は、発光安全テキスタイル、室内装飾のための織物発光体、又は発光テキスタイル広告バナーとして使用可能である。

導電性繊維ならびに接続素子の設計及び配置によって、個々又はグループにて駆動できる画素を有する表示用マトリクスを造り出すことができる。

テキスタイルの表面の構造の製造方法においては、まず隣接する導電性繊維が絶縁された前駆構造を製造するために、テキスタイル技法が使用される。次のステップにおいて、前駆構造の弾性特性及び／又はテキスタイルの触覚を損なうことなく織物によって少なくとも部分的に吸収されて固定されるエレクトロルミネセント・ペーストが、例えば噴霧によって前駆構造に塗布される。

次いで、前処理された構造に蛍光物質が塗布され、その後に保護被覆層の塗布が行われる。

他の実施の形態においては、前駆構造は、エレクトロルミネセント被覆を有する繊維を含むことができる。

同様に、前駆構造の導電性繊維を電気的に補強し、及び／又はこの目的のために後処理する可能性が存在する。

蛍光物質は、本発明の基本的考え方から逸脱することなく、蛍光繊維又は同様に被覆された繊維材料のかたちで前駆構造へと組み入れることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前駆構造は二重くし状構造として実現され、その際導電性及び非導電性の横糸繊維が交互に挿入される。さらに所望のくし状電極構造を形成し簡潔な接触をもたらすため、外側で層状接触するように導電性の縦糸繊維が交互にかつ導電性横糸繊維の左側及び右側の浮揚を排除しつつ、挿入される。

全体として見ると、本発明は、フィルムと比べて可撓性及び機械的弾性が優れた構造の提供に成功している。さらに、通気性、空気透過度、及びそのような他の特性など、テキスタイル材料の諸特性が高度に維持されており、このような特性はフィルムの場合にはありえない。

このようにして生み出されたエレクトロルミネセント光源は、独立した材料として使用することができるか、又は可撓性を有する光源として基材テキスタイルに貼着することができるテキスタイル表面となる。輸送に際しては、この可撓性を有する光源は、わずかに最小限の空間しか占有しない。このようにして生み出された光源は、交通の中での安全照明として、あるいはファッショナブルなアクセサリとして衣料において多方面の用途を有しており、あるいは作業用の衣服の場合にはセンサと組み合わせて警報用の信号及び／又は表示とすることができる。

本発明の方法によって製造される表面の構造は、容易にテキスタイル下地材料へと直接縫い付けることができ、あるいは通常の織物と同様に大量生産することができる。例えば衣料品、自動車用の室内の内張り、工業用テキスタイルなど、実際のテキスタイル製品が、エレクトロルミネセント光源と一緒にユニットを構成する。生み出された構造は、より機械的な弾性に優れ、すでに述べたように、今まで知られているフィルムからの構造又は２ｍｍ超の範囲の直径を有するいわゆるエレクトロルミネセント・ファイバ（ＥＬＦ）に比べて大幅に可撓性に富んでいる。

以下では、実施の形態の例ならびに図面を使用して、本発明をさらに詳細に説明する。

図１には、直径が理想的には２０μｍ〜５０μｍ、直径が最大５００μｍであり、外側電極１に接続されている導電性テキスタイル繊維が示されている。ここでは、被覆が参照番号７にて示されており、繊維は参照番号８で示されている。

図２におけるエレクトロルミネセント・テキスタイルの表面構造は、交互に導入された導電性横糸繊維１及び非導電性横糸繊維２を有している。外側導電縦糸繊維3が、層接触のために通されている。

浮揚領域４において、交互に、導電性横糸の左側及び右側の浮揚（ｆｌｏｔａｔｉｏｎ）を排除することによって、くし状電極構造が実現される。

図３に示した基本的な表現は、その構成部分が織物構造によって互いに絶縁される導電性の横糸及び縦糸を呈する多層織物を製造することによって、如何にして個々に選択可能であって、したがって光の点を生み出すことができる横糸と縦糸との交点がもたらされるのかを、分かり易く示している。

本件出願人によって実現される図４による層状エレクトロルミネセント構造は、エレクトロルミネセント・ペーストで被覆されたメタライズ繊維の織物から出発している。

このテキスタイルの表面は、２２ｄＴｅｘの繊維材料から作られ、きわめて可撓性に富んでいる。エレクトロルミネセント・ペーストが、塗布後であってもテキスタイルの特性が保たれるよう、きわめて薄い調合品として塗布される。左側及び右側に認めることができる銅ホイル接続は、実験の際の取り扱いを容易にするためだけの役目であり、原理的には、この構造が実際に機能する上で必要ではない。

エレクトロルミネセント・ペーストのみを排他的に使用するだけでは、この技術分野において慣例である光学的に透明な通常の電極層を避けるときにかなり大きい光の損失が生じるため、充分な発光がもたらされないことが示されている。図４ｂ）及び４ｃ）において明らかなように、ここではＴＩＴＶという文字の配列のかたちで塗布された蛍光添加剤が、発光の出力を強めることができ、公知のエレクトロルミネセント・フィルムにおいて生じるものに相当する強度を得ることができる。

構成の全体を被覆する透明な、好ましくは弾性を有する被覆層は電気絶縁特性を有する。したがって、ポリウレタン又はアクリレートなどの絶縁材料に加え、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）も、ここで被覆層の材料として考えることができる。

本件出願人によって行なわれた試験によって、マイクロカプセル化ドーピング処理硫化亜鉛を有する繊維状材料からなる構成が、発光させ得ることが示されている。好ましくは、この実施の形態に従って使用される織物及び繊維、及び／又はこれに設けられる電極は、最初に銀メッキが化学的に施され、次いで金メッキが電気的に施されたポリアミド繊維で構成されている。金メッキ繊維は、このようなやり方で製造されたモジュールの寿命を延ばす上で、良好な効果を有している。

今日までに実現された発光織物は、約０．０１６７ｃｍ〜０．１４３ｃｍの繊維間隔に相当する６０ｃｍ^-1〜７０ｃｍ^-1の間の織物密度を有している。さらに、例えば最大８００μｍの電極間隔を有する二重くし状構造を、うまく励起させて発光させ得ることが示されている。このような間隔の優れた側面は、励起のための交流電圧を高める必要がないという点にある。

本発明のさらなる実施の形態においては、エレクトロルミネセント・ペーストが設けられている製織二重くし状構造への例えばシルクスクリーン印刷などによる部分印刷によって、種々の色の発光画像を形成することができる。この場合において、例えば青、緑、及び橙などの異なる色のペーストを使用する場合、多色印刷によって織物構造上への着色された発光画像を形成することができる。適切な励起を行うことによって、観察者の視覚に加法又は減法混色を視認させ、色スペクトルをさらに広い用途へと広げることができる。

いくつかの場合においては、塗布されるペースト状のエレクトロルミネセント物質が、繊維材料からなるテキスタイルの処理性に負の影響をおよぼすことが示されていた。ここで、被覆されていない二重繊維電極を、縫製及び／又はその他のテキスタイル技法によってテキスタイルの表面に組み込むことが有効である。その後、関連した発光作用を、個々の電極繊維からこのようにして作られたテキスタイル電極表面を続いて発光ペーストで印刷することによって、対応する対応する発光作用を達成することができる。

本発明のさらなる目的は、一方では光の強度を向上させ、他方では放射される光の色を制御することができるよう、エレクトロルミネセンスを発光材料と組み合わせることにある。さらなる実施の形態は、この目的のために蛍光ナノ粒子を使用する。これにより、放射される蛍光光の色は粒子サイズの関数であり、変化させることができる。

例えば一次電池からの低い電圧をこの構成が機能するために必要である交流電圧に変換するために必要な変圧器を、テキスタイル材料中に直接統合して有することも、特有の利点である。ここで、必然的に確保する直接的な不可欠なインダクタンスを例えば変圧器コイルによって織物に導入すること、及び／又はコイルそのものに織成することが、とくに好都合である。

薄いエレクトロルミネセント層が設けられた導電性繊維 エレクトロルミネセント・テキスタイルの表面の構造の例 表示用マトリクスとしてのテキスタイルの表面の構造の原理を示す基本的な図 実現されたエレクトロルミネセント・テキスタイルの構造ａ）昼光中で電源の接続なしｂ）昼光中で電源の接続ありｃ）わずかに暗い領域にあって同様に電源の接続あり

Claims (22)

1. 複数の導電性繊維又は導電性を有する繊維の配列からなるテキスタイルの表面の構造であって、
   前記構造中の導電性繊維と導電性繊維との間に絶縁性繊維が組み込まれており、前記構造はさらに無機エレクトロルミネセント材料ならびに電気接続素子を有しており、
   前記エレクトロルミネセント材料が、前記構造の中間領域に組み込まれるか、又は前記構造内に配置された被覆繊維として具現化されており、
   さらに前記構造に、蛍光物質及び／又は蛍光増白剤から選択される被覆が設けられており、そして全体の配列が透明で弾性を有する保護被覆層を有していることを特徴とするテキスタイルの表面構造。
2. 前記被覆層が、ポリウレタン、アクリレート、ポリ塩化ビニル、又は同様の透明な電気絶縁材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のテキスタイルの表面構造。
3. 前記電気接続素子が、前記表面構造の区画上に直接形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のテキスタイルの表面構造。
4. 前記電気接続素子が、縫製などのテキスタイル技法によって実現されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造。
5. テキスタイル製品又は他の民生品に一体化されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造。
6. 導電性テキスタイル素材が、メタライズ繊維、カーボンファイバー、又は酸化インジウムスズで被覆された繊維であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造。
7. 前記構造の２つの導電性繊維が、いずれの場合にも密な間隔で対向して配設され、かつ互いに絶縁されており、その際にエレクトロルミネセント材料が前記中間領域に組み込まれるか、又はエレクトロルミネセント被覆又は同様なエレクトロルミネセント特性を有するさらなる繊維が、前記中間領域に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造。
8. エレクトロルミネセント材料で部分的に印刷されている二重くし状構造として設けられ、これによって、いくつかの成分色の加法又は減法混合が、複数の可変の色の実現をもたらすことを特徴とする請求項７に記載のテキスタイルの表面構造。
9. 個々の前記繊維の直径が、好ましくは２０μｍ〜５０μｍ、最大５００μｍまでの範囲にあることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造。
10. 放射の強度を高めるために前記蛍光物質が染着されているか、又は蛍光ナノ粒子が加えられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造。
11. 前記蛍光物質が、好ましくはシルクスクリーン又はインクジェット印刷によって個々の印刷された意匠として部分的に塗布されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造。
12. マルチ印刷によって、加法又は減法による色マトリクスが生成されていることを特徴とする請求項１１に記載のテキスタイルの表面構造。
13. 前記蛍光物質が、ペンを使用して塗布されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造。
14. 異なるように被覆及びモディファイされた繊維からの縁取り及び笹縁が、前記構造の構成要素であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造。
15. 発光安全テキスタイル、室内装飾のための織物発光体、又は発光テキスタイル広告バナーなどとして使用可能であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造。
16. 前記導電性繊維及び前記接続素子の設計及び配置が、個々又はグループにて駆動できる画素を有する表示用マトリクスの実現を可能にしていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造。
17. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載のテキスタイルの表面構造の製造方法であって、
    ・隣接する導電性繊維が絶縁された前駆構造を、テキスタイル技法を使用して最初に製作するステップ、
    ・織物によって少なくとも部分的に吸収されて固定されるエレクトロルミネセント・ペーストを、前記前駆構造に塗布するステップ、及び
    ・前記蛍光物質を前記前処理された構造に塗布し、その後に前記被覆層を塗布するステップ
    を有することを特徴とする。
18. 前記前駆構造が、エレクトロルミネセント被覆を有する繊維を含んでいることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記蛍光物質が、蛍光繊維又はその被覆がされた繊維のかたちで前記前駆構造に組み込まれていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
20. 二重くし状構造が実現されており、その際導電性及び非導電性の横糸繊維が交互に組み込まれ、導電性の縦糸繊維が外側の層状接触のために挿入されており、導電性横糸繊維の左側及び右側の浮揚を交互に排除することによって、別個の電気的構成要素との接触をなすためにも使用できるくし状電極構造が形成されることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 発光構造の動作のための電気装置がテキスタイル表面に一体化されていることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記電気装置が変圧器を備え、そのトランスデューサ・インダクタンスが前記テキスタイルの表面に織り込まれていることを特徴とする請求項２１に記載の方法。

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