JP6087151B2 - タイル、タイルと担体の集合体、集合体製造方法 - Google Patents

Description

本発明はタイルに、特に電気物理トランスデューサを有するタイルに関する。

本発明はさらにタイルの、担体との集合体（assembly）に関する。

本発明はさらに集合体を製造する方法に関する。

本稿では電気物理トランスデューサは電気信号を物理現象に変換する、または物理現象を電気信号に変換するデバイスとして定義される。前者の例は電気ルミネセント・デバイス、電気音響デバイスおよび電気色デバイスである。後者の例は光起電性デバイス、音響センサーおよびタッチ・センサーである。

柔軟な箔の形で製造される電気光デバイスが知られている。これはある程度の自由を許容するが、それでもそのようなデバイスをたとえば球形のような任意の形に変形することは可能ではない。そのようなデバイスを、たとえば所望される形状をもつ型〔モールド〕上に逐次的に層を堆積していくことによって特定の所定の形状に製造することは考えられるかもしれないが、結果として得られる製品は他の用途のために別の形状に変形されることはできない。ましてや、製品は使用中に任意に変形可能ではない。

他の目的のために変形されることのできる、あるいは使用中に任意に変形されることさえできる電気物理トランスデューサが必要とされている。

任意に変形可能なトランスデューサを有する必要性が生じるのは、たとえば、電子回路がある三次元オブジェクト、たとえば家具の覆いまたは自動車の内装に容易に適合されるようにする用途においてである。

使用中の変形を許容する必要性が生じるのは、たとえば、医学用途、たとえば人間の皮膚の治療のために光子放射を使う用途においてである。もう一つの例は、ロボット工学においてである。ロボット工学では、変形可能な形状を有する人工皮膚においてタッチ感応機能をもつことが望まれる。

特許文献１は、柔軟かつ伸張可能な第一および第二の導体のグリッドをもつ柔軟かつ伸張可能な基板を有する複合マイクロホンを記載している。第一の導体は第二の導体に対して直交して配置される。複数の音響センサーはそれぞれ、グリッド中の各導体対と接続している。音響センサーを担持する基板は任意の形状の表面上に、たとえば半球状の表面上に配置でき、それにより大きな空間角において感度をもつマイクロホンが得られる。

国際公開第2009/134127号 米国特許出願公開第2007115572号 国際公開第9639707号 国際公開第2010067283号 国際公開第2009133497号

タイルの、柔軟なまたは折り畳み可能な担体との集合体においては、一方ではタイルが担体に信頼できる形で取り付けられ、他方ではタイルが担体の動きをできるだけ制約しないことが望ましい。

本発明の第一の側面によれば、基板をもつ、複数のタイルの集合体が提供される。それらのタイルは電気物理トランスデューサおよび該トランスデューサへの電気コネクタをもつ箔を有し、前記タイルは、前記タイルの接続部において前記担体に機械的かつ電気的に結合される。

本発明の第一の側面に基づく集合体では、タイルは接続部において担体に取り付けられる。それにより、担体の動きの自由を制約するのは接続部のみである。接続部の大きさは、タイルの担体への各接続を囲む最小長方形（smallest rectangle）SRとして定義される。この大きさは、タイルの主表面の面積の高々10%の面積をもつ。

ある好ましい実施形態では、接続部はタイルに関して中央に配置される。中心に配置される接続部の位置は、タイルから中央接続までの横方向距離が短いので、比較的信頼できる接続を与える。

用途に依存して、担体は一つまたは複数の方向において柔軟および／または伸張可能であってもよい。担体〔キャリア〕は箔〔フォイル〕、たとえば弾性箔、たとえばゴム箔であってもよいが、代替的に製織物〔テキスタイル〕であってもよい。個々のタイルが剛性であったとしても、全体としての配置は柔軟および／または伸張可能である。

弾性媒体において使うための柔軟かつ伸張可能な導体は、たとえば、特許文献２などに記載されるように、蛇行した形で提供することによって実現されうる。あるいはまた、本来的に柔軟、伸張可能かつ伝導性、たとえば特許文献３などにおいて記載されるような伝導性および非伝導性ポリマーのブレンドである材料が使用されてもよい。製織物担体の使用はたとえば特許文献４および特許文献５において記載されている。

本発明の第二の側面によれば、複数のタイルを基板と集合させる方法が提供される。前記タイルは電気物理トランスデューサおよび該トランスデューサへの電気コネクタをもつ箔を有し、当該方法は、前記タイルを、前記タイルの中央部において前記担体に機械的かつ電気的に結合させることを含む。

よって、第二の側面に基づく集合方法は、担体の動きの自由を制約しすぎることなく、タイルの信頼できる取り付けをもつ集合体を提供する。

ある実施形態では、タイルは、担体のほうに面する主表面において提供され、前記中央部において互いに異なる横方向位置において第一および第二の互いに反対の磁極がある。タイルは、その第一および第二の磁極と、担体の主表面上のそれぞれ第三および第四の磁極との間の磁気結合によって、担体と集合させられる。

このようにして、箔の電気接点が担体の電気接点と合うよう、タイルは担体に対して簡単に整列させられる。タイルの整列の目的のためには、タイルと担体がそれぞれ二つの互いに反対の磁極をもつことが十分である。にもかかわらず、タイルおよび担体は二対以上の協働する磁極によって結合されてもよい。互いに結合されるタイルおよび担体の磁極はさらに、担体からタイルへの電気的接続のはたらきをしてもよい。

もう一つの実施形態では、タイルは、前記電気伝導体の少なくとも一つへの電気的接続を与える少なくとも一つの伝導性ワイヤによって担体と集合させられる。タイルはたとえば、ボタンが布に縫いつけられるのと同様の仕方で電気伝導性ワイヤによって担体に取り付けられてもよい。このようにして、非常に信頼できる機械的および電気的伝導が達成される。

さらにもう一つの実施形態では、タイルは、少なくとも電気伝導性の接着剤によって担体と集合させられる。上記の諸方法のさまざまな組み合わせが有利に使用されうる。たとえば、タイルは、担体上の互いに協働する磁極によって基板に磁気的に整列させられてもよく、その後、タイルはさらに電気伝導性のワイヤ接続によって基板に取り付けられてもよい。

集合体のある実施形態では、複数のタイルは、担体に対して第一の高さに配置された第一の複数のタイルと、担体に対して前記第一の高さより大きな第二の高さに配置された第二の複数のタイルとを含み、第一の複数のタイルが第二の複数のタイルを囲み、第二の複数のタイルが第一の複数のタイルを囲むよう、第一の複数および第二の複数のタイルは互いの間に規則的に配置される。

このようにして、第二の複数のタイルは第一の複数のタイルのうちの近隣のタイルに重なることができる。それにより、たとえ担体が伸ばされたとしても、担体の主表面はタイルによって完全に覆われる。

本発明の第三の側面によれば、電気物理トランスデューサおよび該トランスデューサへの電気コネクタをもつ箔を有するタイルであって、前記タイルは、主表面の中央部において、第一および第二の互いに反対の磁極を与えられる、タイルが提供される。ある実施形態では、前記第一および第二の互いに反対の磁極の少なくとも一方は、前記トランスデューサへの電気コネクタと電気的に接続される。

これらおよびその他の側面について、図面を参照してより詳細に述べる。
複数のタイル１の、担体４０との集合体を示す図である。 本発明の第一の側面に基づく集合体の第一の実施形態におけるタイルの一つを示す図である。Ａは該タイルを上面図で示し、ＢはＡのB-Bに基づく断面を示す。 上記第一の側面に基づく集合体の第二の実施形態におけるタイルを示す図である。Ａは上面図であり、ＢはＡのB-Bに基づく断面である。 図３のＡにおけるビューVに基づく、電気接続を加えるより詳細な例を示す図である。 図３のＡにおけるビューVに基づく、電気接続を加えるより詳細な例を示す図である。 図５の詳細を示す図である。 上記第一の側面に基づく集合体の第三の実施形態のタイルを示す図である。 上記第一の側面に基づく集合体の変形の例を示す図である。 上記第一の側面に基づく集合体のさらなる例を示す図である。 本発明の第一の側面に基づく集合体のさらなる実施形態を概略的に示す図である。Ａは上面図を示し、ＢはＡのBに基づく側面図を示す。 図１０の集合体の伸張された状態を示す図である。Ａは上面図を示し、ＢはＡのBに基づく側面図を示す。 上記第一の側面に基づく集合体の代替例を示す図である。Ａは概略的な上面図を示し、ＢはＡのB-Bに基づく断面を示す。

本発明について、以下で、本発明の実施形態を示す図面を参照しつつより十全に述べる。しかしながら、本発明は、多くの異なる形で具現されうるものであり、本稿に記載される実施形態に限定されると解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は本開示が十全かつ完備であり、本発明の範囲を当業者に十分に伝えるよう提供される。図面では、層および領域の大きさおよび相対的な大きさは明確のために誇張されることがある。

第一、第二、第三などの用語が本稿でさまざまな項目を記述するために使用されることがあるが、これらの項目はこれらの用語によって限定されるべきではないことは理解されるであろう。項目は、コンポーネントもしくは要素またはコンポーネントもしくは要素の諸側面、たとえば要素の表面または要素の高さといった記載される特徴を意味するものと理解される。これらの用語は項目を別の項目から区別するために使用されているだけである。よって、第一の項目が、本発明の教示から外れることなく第二の項目と称されることもできる。

本発明の諸実施形態は、本発明の理想化された実施形態（および中間的な構造）の概略的な図解である断面図を参照して記載される。よって、たとえば製造技法および／または製造公差の結果として図の形状からの変動が予期される。よって、本発明の実施形態は本願で図示される領域の特定の形状に限定されると解釈されるべきではなく、たとえば製造から帰結する形状の逸脱をも含むものである。

特別に定義がされるのでない限り、本稿で使われる全ての用語（科学技術用語を含む）は本発明が属する分野の当業者が普通に理解するのと同じ意味をもつ。さらに、一般に使われる辞書において定義されるような用語は関連技術のコンテキストにおける意味と整合する意味をもつものと解釈されるべきであり、本稿で明示的にそのように定義されているのでない限り理想化されたまたは過度に形式的な語義において解釈されるものではない。本稿で言及されるあらゆる刊行物、特許出願、特許および他の文献は、参照によってその全体において組み込まれる。食い違いがある場合には、定義を含め本明細書が支配する。さらに、材料、方法および例は単に例解するものであって、限定することは意図されていない。

図１は、担体４０と合わせた複数のタイル１の集合体を示している。図示した実施形態において、担体は伸張可能である。図１のａは、担体の弛緩した状態を示す。ｂは担体が横方向に伸張された状態を示す。ｃは担体が縦方向に伸張された状態を示す。ｄは担体が両方向に伸張された状態を示す。

典型的には、タイルは正方形で、一辺は1ないし15cmの範囲であるが、より小さなサイズ、たとえば50μmから先も可能である。他の形も可能であり、たとえば円形のタイルが使われてもよい。

図２のＡおよびＢはタイル１の一つをより詳細に示している。図２のＡは上面図であり、図２のＢは図２のＡにおけるB-Bによる断面を示す。図のように、タイル１ａは、電気物理トランスデューサ１０と該トランスデューサへの電気コネクタ２４とをもつ箔２０を有する。タイル１は接続部１ｃおよび残りの部分１ｐを有する。図示した実施形態では、接続部はタイルの中央領域内に配置されており、残りの部分は周辺部である。タイル１は、その接続部において、担体４０に機械的かつ電気的に結合される。図示した実施形態では、機械的かつ電気的結合は、担体４０の磁極５２、５４と互いに協働するタイル１の磁極５１、５３によって与えられる。図示した実施形態では、互いに協働する磁極５１、５２、５３、５４によって形成される接続を囲む最小長方形SRは（1.4×3.0＝）4.2単位の面積をもつ。箔２０の第一の主表面２２は（10.4×10.4＝）108単位の面積をもつ。よって、最小長方形の面積は箔２０の主表面の面積の約3.8%である。箔２０と担体４０との間の機械的接触が占める10%を超えない比較的小さな面積は、担体４０の移動性をさらに高める。

図示した実施形態では、電気物理トランスデューサ１０は電気ルミネセント・デバイスである。特に、電気ルミネセント・デバイスはOLEDである。図示した実施形態では、OLEDは、カソード１２、発光ポリマー１４およびアノード１６を有する。OLEDはさらに包皮１８を有する。にもかかわらず、無機LEDのような他の電気ルミネセント・デバイスも考えられる。タイル１は代替的または追加的に、光起電力デバイス、電気音響デバイス、タッチ感応性デバイスなどといった他の電気物理トランスデューサを設けられてもよい。ある実施形態では、担体は、互いに異なる型の電気物理トランスデューサをもつさまざまなタイルを有する。たとえば、担体上に配置されるいくつかのタイルは光起電力デバイスを有していてもよく、一方、他のタイルは電気ルミネセント・デバイスを有していてもよい。ある実施形態では、タイルはトランスデューサの組み合わせを設けられてもよい。たとえば、タイルは、タッチ感応性デバイスと、該タッチ感応性デバイスがタイルがタッチされたことを検出したかどうかを示す電気ルミネセント・デバイスとの組み合わせを有していてもよい。

図２に示した集合体の実施形態では、タイル１および担体４０の結合された一対の磁極５１、５２が電気コネクタの少なくとも一つ２４への電気的接続を与える。同様に、タイル１および担体４０の結合されたさらなる一対の磁極５３、５４が他の電気コネクタ２８への電気的接続を与える。

図３は第二の実施形態を示す。図３のＡは上面図であり、図２に対応する部分は同じ参照符号をもつ。図３の実施形態では、ＢはＡにおけるB-Bに基づく断面である。タイル１は、電気コネクタの少なくとも一つ２４への電気的接続を与える一本の伝導性ワイヤ２６の形の少なくとも一つの電気伝導性要素によって、担体４０と集合させられる。この場合、さらなる伝導性ワイヤ３１が電気コネクタの他方２８への電気的接続を与える。

より詳細には、箔２０を通る第一および第二の切り込み２５ａおよび２５ｂが電気物理トランスデューサ１０の電気コネクタ２４に並行して延在する。第一および第二の切り込み２５ａおよび２５ｂは、電気コネクタ２４に対して互いに反対側に配置される。それにより、電気コネクタ２４の一部を担持する、箔２０のストリップ形状部分２７が画定される。電気コネクタ２４が前記部分において担体４０の電気伝導体に電気的に接続されるのは、第一の切り込み２５ａを通って第一の表面２２に行き、前記電気コネクタ２４の前記部分に当たって、第二の切り込み２５ｂを通って第一の表面２２を離れるよう延在する電気伝導性要素２６による。電気伝導性要素２６は別個の電気伝導性要素であってもよいし、あるいは担体中の電気伝導体と一体であってもよい。図示した実施形態では、第一および第二の切り込み２５ａおよび２５ｂはさらに第二の電気コネクタ２８の一部に並行して、前記伝導体２８の互いに反対側に延在する。それにより、箔２０のストリップ形状部分２７の第一の表面２２は、電気コネクタ２８の一部をも担持する。電気コネクタ２８が担体４０の電気伝導体に電気的に接続されるのも同様に、第一の切り込み２５ａを通って第一の表面２２に行き、前記電気コネクタ２８の一部分に当たって、第二の切り込み２５ｂを通って第一の表面２２を離れるよう延在する電気伝導性要素３１による。

切り込み２５ａ、ｂは、丸く広がった端部の形の切り込み延長ストッパー２５ｓの形で終わる。

この実施形態では、電気伝導性要素２６、３１によって形成される接続を囲む最小長方形SRは（1.3×1.3＝）1.7単位の面積をもつ。箔２０の第一の主表面２２は（10.4×10.4＝）108単位の面積をもつ。よって、最小長方形の面積は箔２０の主表面の面積の約1.5%である。

電気伝導性要素２６に電気的接続を加える詳細例が図３のＡのビューVに基づく図４および図５に示されている。

図４に示される第一の図解（１）は箔２０を示す。参照符号２３は、箔２０の、担体４０に面する主な側を示す。第二の図解（２）は、箔２０の残りの部分の平面から出て曲げられるストリップ形状部分２７を示す。それにより開口２５ｃが形成される。ストリップ形状部分２７はたとえば、該部分２７を下方に圧する道具によって下方に曲げられてもよい。あるいはまた、ストリップ形状部分２７は、磁気的な道具によって下方に引っ張られる磁性要素を有していてもよい。第三の図解（３）はいかにして電気伝導性要素２６が、ストリップ形状部分２７によって担持される前記少なくとも第一の電気伝導性トラックに当たって前記開口を通じて給送されるかを示している。第四の図解（４）はその結果を示している。第五の図解（５）は、ストリップ形状部分が解放されて曲がり戻った後の箔２０を示している。

図５は、電気伝導性トラックを担体の電気伝導体４２に接続するためにステープル状のピッチ２６ａが使用される代替を示している。この場合、電気伝導体４２の対（図６参照）は、電気接点４２３を有する第一の電気伝導体４２１および電気接点４２４を有する第二の電気伝導体４２２を有する。第二の図解（２）は、下方に圧されるステープル状のピッチ２６ａを示している。この図解において、ステープル状のピッチ２６ａは担体の電気伝導体４２１、４２２を抱え込み、それにより両伝導体との機械的接続が形成される。しかしながら、電気的接続は、電気伝導体４２１とのみ、その電気接点４２３において形成される。同様に、第二のステープル状のピッチ３１ａは、電気伝導体４２２とその電気接点４２４において電気的接続を形成するのみである。

図７の例によって示されるように、さまざまな固定具が組み合わされてもよい。図７の例では、タイル１は、図２を参照して詳述したように担体４０に磁気的に結合される。加えて、タイル１はさらに図３および図４〜図６を参照して詳述したようにして担体４０に結合される。加えて、タイル１および担体は接着剤３３、たとえばポリウレタンあるいはエポキシ・ベースの接着剤のようなホットメルト接着剤によって互いに取り付けられてもよい。あるさらなる実施形態では、タイルおよび担体の互いに協働する磁極を互いに対して付着させるよう接着剤が使用されてもよい。タイルと担体の磁極の間の磁力は、タイルを担体に対して整列させるために使用されてもよく、その後、タイルは前記接着剤によってまたは図３および図４〜図６に基づくワイヤ接続によって、整列された位置において恒久的に固定されてもよい。磁極が電気伝導性媒体としても使われる場合、接着剤は、箔と担体との間に配置される、Agを充填されたエポキシ・ベースの接着剤のような電気伝導性接着剤であってもよい。

この実施形態では、電気伝導性要素２６、３１および磁性要素５１、５２、５３、５４によって形成される接続を囲む最小長方形SRは（1.6×4.5＝）7.2単位の面積をもつ。箔２０の第一の主表面２２は（10.4×10.4＝）108単位の面積をもつ。よって、最小長方形の面積は箔２０の主表面の面積の約6.7%である。

タイル１が配置される担体４０は製織物または箔であってもよく、伸張可能であってもよい。図８は、担体４０についてさまざまな変形が可能にされることを示している。タイル１の中央部分のみが担体４０に取り付けられる（ａ）という事実のため、担体は曲げることができ（ｂ）、伸張することができ（ｃ）、および／または任意の仕方で変形することができる（ｄ）。

図９は、タイル１をもつ担体４０が球形に引き伸ばされる例を示している。

図１０は、本発明の第一の側面に基づくさらなる集合体を概略的に示している。図１０のＡは上面図を示し、ＢはＡのBによる側面図を示す。図１０のＡに示した実施形態では、複数のタイル１は、担体４０に対して第一の高さH1に配置される第一の複数のタイル１ａと、担体４０に対して第一の高さとは異なる第二の高さH2に配置される第二の複数のタイル１ｂとを含む。タイルの厚さに依存して、第一の高さH1はたとえば200μmから1mmの範囲であり、第二の高さH2はたとえば250μmから1.2mmの範囲である。ただし、H2＞H1の関係は守るものとする。第一の複数のタイル１ａおよび第二の複数１ｂは互いの間に規則的に配置される。特に、第一の複数のタイル１ａが第二の複数のタイル１ｂを囲み、第二の複数のタイル１ｂが第一の複数のタイル１ａを囲む。図１０は、担体が弛緩された、伸張されていない状態にある状況を示している。ここでは、相対的に高く配置されている第二の複数１ｂのタイルは第一の複数１ａのタイルに重なる。図１１は第二の状況を示し、それぞれ上面図およびＡにおけるBに基づく側面図を示している。この第二の状況では、担体４０は伸張されている。第二の複数１ｂのタイルはもはや第一の複数１ａのタイルに重ならないが、それら複数のタイルはいまだ担体４０全体を覆っている。これはたとえば、タイルに照明のための発光素子が設けられ、均一な照射プロファイルが望まれる場合に有利である。

タイルの接続部が中心から外れて配置される代替的な実施形態が可能である。その一例が図１２に示されている。

図１２のＡは、各タイル１がその右端の近傍タイルによって部分的に支持される、タイル１の魚の鱗様配置を上面図で示している。同様に、タイルの各行はより下に配置されているタイルの行によって支持される。図１２のＢはＡのB-Bによる断面を示す。

請求項において、「有する／含む」の語は他の要素やステップの存在を排除するものではなく、単数形の表現は複数を排除するものではない。単一のコンポーネントまたは他のユニットが請求項に記載されるいくつかの項目の機能を充足してもよい。ある種の施策が互いに異なる請求項において記載されているというだけの事実が、それらの施策の組み合わせが有利に使用できなことを示すものではない。請求項に参照符号があったとしてもその範囲を限定するものと解釈すべきではない。

Claims (12)

1. 複数のタイルと担体との集合体であって、前記担体は複数の方向において伸張可能であり、前記タイルは電気物理トランスデューサおよび該トランスデューサへの電気コネクタをもつ箔を有し、前記タイルは、前記タイルの中央領域に配置された接続部において前記担体に機械的かつ電気的に結合され、前記接続部を囲む最小長方形のサイズは、タイルの主表面の面積の高々10%である、
   集合体。
2. 前記タイルは第一および第二の互いに反対側の主表面を備え、前記担体に面する前記第二の主表面は、前記接続部において互いに異なる横方向位置において第一および第二の互いに反対の磁極をもち、前記タイルは、その第一および第二の磁極と、前記担体の主表面上のそれぞれ第三および第四の磁極との間の磁気結合によって、前記担体と集合させられる、請求項１記載の集合体。
3. 前記タイルと前記担体の結合された一対の磁極が前記電気コネクタの少なくとも一つへの電気的接続を与える、請求項１記載の集合体。
4. 前記タイルは、前記電気コネクタの少なくとも一つへの電気的接続を与える少なくとも一つの伝導性ワイヤによって前記担体と集合させられる、請求項１ないし３のうちいずれか一項記載の集合体。
5. 前記箔を通る第一および第二の切り込みが電気物理トランスデューサの電気コネクタに並行して延在し、前記第一および第二の切り込みは、前記電気コネクタに対して互いに反対側に配置され、それにより、前記電気コネクタの一部分を担持し、前記担体と反対側を向く第一の主表面をもつ、前記箔のストリップ形状部分を画定し、前記電気コネクタは、前記第一の切り込みを通って前記第一の主表面に行き、前記電気コネクタの前記一部分に当たって、前記第二の切り込みを通って前記第一の主表面から離れるよう延在する電気伝導性要素によって、前記一部分において前記担体の電気伝導体に電気的に接続される、請求項４記載の集合体。
6. 前記タイルが、少なくとも接着剤によって、前記担体と集合させられる、請求項１ないし５のうちいずれか一項記載の集合体。
7. 前記接着剤が電気伝導性接着剤である、請求項６記載の集合体。
8. 前記複数のタイルは、前記担体に対して第一の高さに配置された第一の複数のタイルと、前記担体に対して前記第一の高さと異なる第二の高さに配置された第二の複数のタイルとを含み、前記第一の複数のタイルが前記第二の複数のタイルを囲み、前記第二の複数のタイルが前記第一の複数のタイルを囲むよう、前記第一の複数および前記第二の複数のタイルが互いの間に規則的に配置される、請求項１ないし７のうちいずれか一項記載の集合体。
9. 前記担体が製織物である、請求項１記載の集合体。
10. 前記担体が箔である、請求項１記載の集合体。
11. 前記担体が伸張可能である、請求項９または１０記載の集合体。
12. 複数のタイルを基板と集合させる方法であって、前記基板は複数の方向において伸張可能であり、前記タイルは電気物理トランスデューサおよび該トランスデューサへの電気コネクタをもつ箔を有し、当該方法は、前記タイルを、前記タイルの中央に配置された接続部において前記基板に機械的かつ電気的に結合させることを含み、前記接続部を囲む最小長方形のサイズは、タイルの主表面の面積の高々10%である、方法。
    

Images