JP7165283B2 - 湾曲した機能フィルム構造およびその作製方法 - Google Patents

Description

本発明は、センサユニットを有する三次元形状の機能フィルム構造とその作製方法とに関する。

現在、構造エレクトロニクス、インモールドエレクトロニクス、および三次元（３Ｄ）集積エレクトロニクスの分野においては、諸機能がフィルム表面に設けられることが多い。これら機能フィルムは、その後、三次元形状に形成され、またはホイルインサート成形工程（ＦＩＭ：Ｆоｉｌ Ｉｎｓｅｒｔｉｏｎ Ｍｏｕｌｄｉｎｇ）において裏面成形され、ひいては機械的に安定化される。この複数の例は、欧州プロジェクトＴＥＲＡＳＥＬ１である。このプロジェクトにおいては、いくつかのＦＩＭデモンストレータが提供された。例えば、三次元プラスチックカロッタ上への複数のＬＥＤの３Ｄ集積、または組み込まれた複数のＬＥＤにより均等に照明される複数の凹部を有する板などである。裏面成形されたＬＥＤディスプレイまたは可撓性発光リストバンドも市場に出回っている。これらＬＥＤは、最初にピックアンドプレースによって延伸可能な基材上に載置され、その後、僅かに変形される。これに引き続き、射出成形工程においてロールツーロール（Ｒ２Ｒ）法を使用してオーバーモールディングと安定化とが行われる。タクトテック（Ｔａｋｔｏｔｅｋ）社およびプラスチック電子関連の会社も、スマート３Ｄ集積エレクトロニクスを手掛けている。どちらの場合も、動作する家庭用電化製品、白物家電品、自動車の内部、および装着型製品などのスマートな表面を提案している。ここで、さまざまな静電容量式スイッチおよびスライダが平坦なフィルム基材に組み込まれ、その後、変形され、射出成形によって安定化されている。

ただし、従来技術は、感圧または感温ボタンが三次元形状に作製された構造を開示していない。

したがって、本発明の目的は、光学、電気、および／または感知機能などの諸機能が三次元形状の、好ましくは可撓性の、フィルム基材に貼付された構造を提供することである。

本発明の更なる目的は、以下の特性を有する可撓性の透明センサボタンをフィルム基材上に作製することである。
（ｉ）センサボタンの感圧または感温性。
（ｉｉ）センサに隣接して取り付けられた複数のＬＥＤ、または複数の遠隔ＬＥＤの配光のための複数の導波路、のどちらかによるボタンの照明または背面照明のための部分的透明性。
（ｉｉｉ）組み付けられて印刷された基材の、真空深絞りまたは高圧成形などの、熱成形法による変形能。

本目的は、フィルム基材上に配置されたセンサボタンを有する機能フィルム構造を提供することによって達成された。この機能フィルム構造は、真空深絞りまたは高圧成形などの熱成形法によって三次元形状に形成される。

より具体的には、本発明の目的は、以下の項目［１］～［１５］において規定される。
［１］湾曲部を有する機能フィルム構造であって、
（ａ）フィルム基材とその上に配設されたセンサユニットとを備えた機能フィルムを用意するステップであって、センサユニットはセンサとこれに接続された導体とを有し、センサは圧力変化および温度変化から選択された少なくとも１つの変化に反応する、ステップと、
（ｂ）センサと導体とを少なくとも部分的に含む機能フィルムの領域に湾曲部を形成するステップであって、これにより導体およびセンサを延伸する、ステップと、
を含む工程によって得られる機能フィルム構造。
したがって、本発明による機能フィルム構造の湾曲部は、センサの一部と導体の一部とを少なくとも含み、センサのこの部分と導体のこの部分とは延伸される。センサは、湾曲領域に完全に含まれていることが好ましい。
［２］センサは第１導電層と、強誘電性ポリマー層と、第２導電層とをこの順で備える、項目［１］に記載の機能フィルム構造。
項目［２］に記載の好適な一実施形態において、センサは湾曲領域に完全に含まれており、ｘｙ平面からｚ方向に少なくとも３ｍｍ湾曲している。
［３］強誘電性ポリマー層、導電層、および導体は印刷可能である、項目［１］または［２］に記載の機能フィルム構造。
［４］センサを含む領域は、それに隣接する領域より厚い、項目［１］～［３］の何れか一項目に記載の機能フィルム構造。
項目［１］および［４］に記載の好適な一構造において、センサは湾曲領域に完全に含まれており、センサを含む領域は、それに隣接する領域より、少なくとも０．１ｍｍ、好ましくは少なくとも０．３ｍｍ、厚い。
［５］自立型である、項目［１］～［４］の何れか一項目に記載の機能フィルム構造。
［６］湾曲部は、湾曲していない領域に比べ、少なくとも２０％延伸されている領域を含む、項目［１］～［５］の何れか一項目に記載の機能フィルム構造。
［７］導電性接着剤と、電気部品と、ラッカーとをこの順で含む部品実装構造がフィルム基材に貼付されている、項目［１］～［６］の何れか一項目に記載の機能フィルム構造。
［８］フィルム基材への接合のために、部品実装構造にわたって、または部品実装構造と層センサとにわたって、接着フィルムを備えた、項目［７］に記載の機能フィルム構造。
［９］センサが照られるように、導波路を介してセンサに結合された発光素子を備えた、項目［１］～［８］の何れか一項目に記載の機能フィルム構造。
［１０］フィルム基材とそこに配設されたセンサユニットとを備えた機能フィルムを有する機能フィルム構造であって、センサユニットはセンサとこれに接続された導体とを有し、センサは圧力変化および温度変化のうちから選択された少なくとも１つの変化に反応し、機能フィルムはセンサと導体とを少なくとも部分的に含む領域に湾曲部を更に含み、導体とセンサとは延伸されている、機能フィルム構造。この機能フィルム構造は、項目［１］～［９］の何れか一項目に記載の特徴を示すことが好ましい。
［１１］項目［１］～［１０］の何れか一項目に記載の機能フィルム構造の作製方法であって、
（ａ）フィルム基材とそこに配設されたセンサユニットとを備えた機能フィルムを用意するステップであって、センサユニットはセンサとこれに接続された導体とを有する、ステップと、
（ｂ）センサと導体とを少なくとも部分的に含む機能フィルムの領域に湾曲部を形成するステップであって、これにより導体とセンサとを延伸する、ステップと、
を含む方法。
［１２］ステップ（ａ）は、機能フィルムを作製するために、フィルム基材を用意することと、センサと、導体と、他の要素とをフィルム基材に装備することと、装備されたフィルム基材にフィルムを貼付することとを含む、項目［１１］に記載の方法。
［１３］センサは層状構造を有し、その他の要素は複数のＳＭＤ部品を含み、装備されたフィルム基材へのフィルムの貼付は、ホットメルト接着フィルムによる熱ラミネートである、項目［１１］または［１２］による方法。
［１４］センサの層構造の作製は、中間焼き出しステップを伴うスクリーン印刷またはグラビア印刷によって行われる、および／または導体がスクリーン印刷とその後の焼き出しステップとによって貼付される、項目［１２］または［１３］による方法。
［１５］ステップ（ｂ）は適した工具に押し当てる高圧成形法または深絞り法によって行われる、項目［１１］～［１４］の何れか一項目による方法。

本発明による機能フィルム構造は、湾曲構造内にセンサを有する。平面構造内のセンサに比べ、このデザインは、センサが露出され、ひいてはその感度を向上させることができ、またはそのサイズを縮小でき、触覚構造がセンサ素子の触知性を支援するという根本的な利点を有する。例えば、露出された湾曲構造内の圧力センサは、平坦面内の圧力センサより、圧力に敏感である。平坦面では、押圧荷重の一部が表面全体に散逸し、ひいては分散される。加えて、湾曲構造では総表面積が増えるので、センサの面積、ひいてはその感度、を増大させることができる。

本発明による機能フィルム構造は、例えば制御パネルにおける、継目のない表面を有するボタンまたはボタン配列としての使用に適している。

本発明による構造は、センサボタンの高い感圧性または感温性を有する。センサボタンは、異なるボタン押圧レベルに、または人間の接近に、反応し、比例する電気信号を発生させる。

本発明に使用されるメンブレンキーパッドは、メンブレンキーパッドの通常の諸利点を有する。すなわち、汚れ難さ、高い耐久性、デザインの素早い適合化、および費用対効果が大きく、容易に制御可能な作製工程である。

更なる諸利点は、「機能が形態に追従する（ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｆｏｌｌｏｗｓ ｆｏｒｍ）」アプローチという意味での自由なデザインおよび自由な成形性、任意のセンサ形状、平坦で軽いサンドイッチ構造、透明性、ならびにスクリーン印刷、ステンシル印刷、およびピックアンドプレースなど、大量生産に適した方法による作製である。ワイヤハーネスならびに部品および機能単位の複雑な組み付けは回避される。したがって、作製者の側の諸利点は、より単純な作製および組み付け故のコスト削減、および短縮された配達ルート故のより良い環境バランスである。ユーザにとって諸利点は、継目のないユーザインタフェースの直観的操作、より小さな体積および重量、エレガントなデザイン、容易な洗浄である。

本発明による構造は、組み付けおよび印刷後の基材の、真空深絞りまたは高圧成形などの熱成形法による高い変形能を有する。

好適な一実施形態において、本発明による構造は、センサに隣接して取り付けられた複数のＬＥＤ、または複数の遠隔ＬＥＤの配光のための複数の導波路、のどちらかによるボタンの照明または背面照明のために部分的に透明である。

図１は、本発明の一実施形態を示す。その作製において、表面に継目がない、バックライト付き三次元形状の感圧センサボタンの機能サンプルが作製された。このセンサボタンは、最初に、適した工程を使用して、平面状基材に貼付され、その後、適した工程を使用して、三次元形状に変形された。全ての機能（光学、電気、感知）が最初に単一フィルム基材に組み込まれ、その後、三次元形状への変形が行われる。図１ａ）および図１ｂ）は、変形前の機能フィルム構造を示す。図１ｃ）および図１ｄ）は、変形後の機能フィルム構造、すなわち本発明による機能フィルム構造、を示す。 図２は、三次元形状（例えばコンソール）を有し、更にはラミネート、拡散層／溶融接着フィルム、および輪郭色を有する、バックライト付き感圧または感温フィルムセンサボタンの概略図を示す。

本発明による機能フィルム構造は、フィルム基材とその上に配置されたセンサユニットとを備える。換言すると、センサユニットは、フィルム基材の表面に、好ましくは直接、貼付される。

本発明による機能フィルム構造は、１つ以上のセンサユニットを有する。したがって、環境の変化を測定するために使用される。センサユニットがいくつか存在する場合、これらは、それぞれ異なる環境特性を測定できる。センサは、圧力、温度、光強度、湿度、またはガス濃度から成る群から選択された環境特性の少なくとも１つの変化に反応する。好ましくは、センサユニットは、圧力差および／または温度差、より好ましくはこの両方、を測定する。この外部からの刺激は、比例した電荷量に変換されることが好ましい。

好ましくは、センサユニットは、三次元に変形されるフィルム基材の一続きの表面上に組み込まれる。

本発明において使用されるセンサユニットは、センサとこれに接続された導体とを含み、センサおよび導体の数に関して制限されない。むしろ、センサユニットは、複数のセンサを備え得る。これらセンサの各々が複数の導体を有し得る。したがって、表現「センサ（ａ ｓｅｎｓｏｒ）」および「導体（ａ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）」は、「少なくとも１つのセンサ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｓｅｎｓｏｒ）」および「少なくとも１つの導体（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）」をそれぞれ意味する。同様に、表現「…センサを含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ．．．ａ ｓｅｎｓｏｒ）」および「…導体を含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ．．．ａ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）」、または類似の表現は、「．．．少なくとも１つのセンサを含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ．．．ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｓｅｎｓｏｒ）」または「．．．少なくとも１つの導体を含む（ｃｏｎｔａｉｎｓ．．．ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）」と同義である。これは、本発明による機能フィルム構造の他の要素、例えば湾曲部、にも同様に該当する。

センサに接続される導体は、何れの導体でもよい。導電体とすることができ、更には導体路の形態とすることもできる。ＬＥＤからの光をセンサに導く導波路などの導光体とすることもできる。

本発明による機能フィルム構造内のセンサは、５ｇ（１ｃｍ２の面積に対して５ミリバール）と１０００ｋｇ（１ｃｍ２の面積に対して１０００バール）の間、より好ましくは１０ｇ～１００ｋｇ、の圧力差に対して、および／または少なくとも０．１Ｋ、より好ましくは少なくとも０．２Ｋ、最も好ましくは少なくとも０．５Ｋ、の温度差に対して、反応することが好ましい。

本発明による機能フィルム構造は、フィルムの平坦構造を有する。すなわち、ｘ方向の長さおよびｙ方向の幅は、それぞれｚ方向の厚さより、少なくとも１０倍、より好ましくは少なくとも５０倍、更に好ましくは少なくとも１００倍、大きいことが好ましい。この機能フィルム構造において、各要素、すなわち、少なくともフィルム基材および少なくともセンサ、好ましくはセンサユニット全体、も上記規定による平坦構造を有することが好ましい。

本発明による機能フィルム構造は、機能フィルムの総厚が好ましくは２０μｍ～１０ｍｍ、より好ましくは５０μｍ～５ｍｍ、更に好ましくは１００μｍ～１ｍｍ、である。

好適な実施形態において、フィルム基材の厚さは２０～１０００μｍであり、センサユニットの厚さは１～１００μｍであり、より好ましくは、フィルム基材の５０～５００μｍの厚さとセンサユニットの１～５０μｍの厚さとの組み合わせである。

好適な一実施形態において、フィルム基材およびセンサユニットの両方が熱塑性変形可能である。したがって、機能フィルム全体が熱塑性変形可能である。

１つの実施形態において、機能フィルム構造は、センサユニットと導体とを有する領域の厚さが、センサユニットと導体とを有さない直ぐ隣の領域と同じである。したがって、移行領域における厚さは、全体にわたって同じである。互いからの逸脱は、最大１０％、あるいは５０μｍ未満、２０μｍ未満、または１０μｍ未満、とすることができる。これは、センサユニットの領域の触知を不可能にする。

別の実施形態において、機能フィルム構造は、センサユニットを有する領域の厚さが、センサユニットのない直ぐ隣の領域とは異なる。センサユニットを有する領域は、センサの領域であること、より好ましくはセンサのみの領域であること、すなわち、導体または他の隣接構造のない領域であること、が好ましい。したがって、これらの厚さは、移行領域において異なる。センサを有する領域は、センサのない領域より厚く、または薄く、することができる。したがって、どちらの場合も、センサの領域を触知できる。これらの厚さは、好ましくは１～２０００μｍ、より好ましくは１０～５００μｍ、異ならせることができる。これらの厚さの差は、５０～１０００μｍ、１００～５００μｍ、または５０～３００μｍ、の範囲内であることが更に好ましい。

用語「機能フィルム」は、変形前の、すなわち湾曲部を形成する前の、本発明による機能フィルム構造を指す。

圧力差および／または温度差に反応するセンサは、例えば、ユーザの指の接触に反応できる。したがって、センサは、スイッチ、切り換え要素、またはセンサボタンとも称され得る。

本発明による機能フィルム構造は、好ましくは可撓性である、または好ましくは可撓性領域を複数有する。特に、ユーザによって操作されたときに、すなわち指によってボタンが押されたときに、弾性的に撓むように、センサボタンの周囲領域が可撓性であることが好ましい。したがって、センサボタンを取り囲む部分は可撓性である必要がある。この領域は、好ましくは少なくとも一部が、より好ましくは全体が、湾曲領域内にある。この領域の可撓性または復元力は、機能フィルム構造の３ｃｍ×３ｃｍ大のサンプル片の中心に位置するセンサボタンに、加重方向に１００ｇの質量および１ｃｍ２の接触面積を有する物体が鉛直方向に負荷をかけたとき、室温において少なくとも１μｍ、より好ましくは少なくとも１０μｍ、更に好ましくは少なくとも５０μｍ、の変形が生じるようであることが好ましい。好適な変形範囲の例は、１～１０００μｍ、１０～１０００μｍ、５０～１０００μｍ、１～５００μｍ、１０～５００μｍ、または１００～５００μｍ、から選択される。

本発明による機能フィルム構造は、自立型であることが好ましい。これは、室温においてキャリアなしに寸法的に安定性があることを意味する。キャリアを有さないことが好ましい。本発明による機能フィルム構造は、自立型であり、すなわちキャリアがなく、可撓性である、または可撓性領域を有する、ことが好ましい。したがって、二次元であり、好ましくは自立型で可撓性である。

ただし、本発明による機能フィルム構造は、キャリアを有することもできる。機能フィルムを、変形後、キャリアに貼付できる。これにより、キャリア構造を機能フィルム構造に精確に適合化できる。あるいは、キャリアは湾曲部を有し得る。本発明による方法のステップ（ｂ）は、湾曲したキャリアへの機能フィルムの貼付による機能フィルムの変形でもよい。これにより、機能フィルム構造をキャリア構造に精確に適合化できる。

ステップ（ｂ）における変形中、センサおよび導体の両方が延伸される。この導体は導電体および／または導光体であり得る。

本発明による機能フィルム構造は、如何なる形状でも有することができる。例えば、平面図において円形、楕円形、正方形、または矩形のデザインを有することができる。

湾曲部
本発明による機能フィルム構造は、少なくとも１つの湾曲部を有し、ひいては三次元構造を有する。

湾曲部とは、機能フィルムが、少なくとも１つの位置において、ｘｙ平面からｚ方向に、例えば、機能フィルムの厚さの少なくとも２倍に相当する値だけ、湾曲していることと規定される。この値は、本発明において、「少なくとも２倍の高さの」湾曲と称される。湾曲部の他の例は、少なくとも５倍、少なくとも１０倍、または少なくとも２０倍、の高さである。湾曲領域は、周囲のｘｙ平面からｚ方向に、好ましくは少なくとも１．０ｍｍ、より好ましくは少なくとも３．０ｍｍ、突出変形されている。

したがって、本発明による機能フィルム構造は、ｘ、ｙ、およびｚの各方向に、機能フィルムの厚さの少なくとも２倍、少なくとも５倍、少なくとも１０倍、または少なくとも２０倍に相当する値を有することが好ましい。

本発明において、パラメータｘ、ｙ、およびｚは、次のように求められる。ｘ方向およびｙ方向の長さは、何れの形状の構造についても、それを可能最小面積の矩形枠に嵌め込むことによって得られる。この枠の長さをｘ方向と見做し、幅をｙ方向と見做す。この構造の高さは、ｚ方向である。

本発明による構造における湾曲部の曲率は、少なくとも１つの位置において、この構造に接線を当てることができ、この構造がこの接線から所与の距離、例えば１０ｍｍ、において、この距離の少なくとも１０分の１、例えば１ｍｍ、だけ遠ざかるようであることが好ましい。この値は、本発明において「少なくとも１／１０の曲率」と称される。いくつかの実施形態において、このように規定される曲率は、少なくとも２／１０、５／１０、または１０／１０である。

湾曲部の形成は、フィルムとそこに含まれている部品の延伸に反映される。フィルム内に含まれている導体、例えば電気リード線は、延伸の結果として、平面図においてより狭まる、および／または断面積がより小さくなる。本発明の１つの実施形態において、湾曲部は、湾曲していない領域、またはあまり湾曲していない領域、に比べ、同じ導体の断面積および／または幅が平面図において縮小している領域が湾曲部に存在するようになっている。導体の断面積および／または幅は、湾曲していない、またはあまり湾曲していない、領域における断面積および／または幅の最大９５％、最大９０％、最大８０％、または最大５０％、の値まで縮小している。

導体の断面積および／または幅の縮小は、湾曲部の所与の領域の変形の程度に比例することが好ましい。これが意味するのは、湾曲部の強く曲げられた領域においては、導体は相応に強く延伸され、その結果、平面図におけるその幅、および／またはその断面積、が相応に強く縮小されることである。

このことは、導体ばかりでなく、センサなど、機能フィルム構造のその他の延伸可能な要素にも当てはまる。

加えて、より多くのマイクロクラックが湾曲部の導体に現われる。これが意味するのは、湾曲領域におけるマイクロクラックの数が湾曲していない、またはあまり湾曲していない、領域より多いことである。

湾曲部の別の特徴は、湾曲していない領域、またはあまり湾曲していない領域、に比べ、ポリマーの構造が異なることである。１つの違いは、例えば、フィルム基材および／またはセンサ素子におけるポリマーの結晶構造である。

本発明において、用語「延伸」または「延伸する」は、それぞれ、構造の単なる曲がり、捩れ、または折れを除外する。

機能フィルム構造の湾曲部では、センサ（単数または複数）およびこれに接続された導体（単数または複数）の両方が延伸されることが好ましい。

１つの実施形態において、湾曲部は、当該構造の少なくとも１つの要素、好ましくは導体、が湾曲していない領域、またはあまり湾曲していない領域、に比べ、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、または少なくとも３０％、延伸されている領域を少なくとも１つ有する。

好適な一実施形態において、本発明による機能フィルム構造は、少なくとも０．０５ｍｍの厚さ、それぞれ少なくとも１ｃｍの長さと幅、少なくとも２倍の高さの湾曲部、および少なくとも１／１０の曲率を有する。

更なる好適な一実施形態において、本発明による機能フィルム構造は、少なくとも０．１ｍｍの厚さ、それぞれ少なくとも３ｃｍの長さと幅、少なくとも４倍の高さの湾曲部、および少なくとも２／１０の曲率を有する。

別の実施形態において、本発明による機能フィルム構造は０．０５～１０ｍｍの厚さ、それぞれ１～１００ｃｍの長さと幅、少なくとも２倍の高さの湾曲部、および少なくとも１／１０の曲率を有する。

更なる好適な一実施形態において、本発明による機能フィルム構造は、０．１～２ｍｍの厚さ、それぞれ３～２０ｃｍの長さと幅、少なくとも４倍の高さ湾曲部、および少なくとも２／１０の曲率を有する。

本発明による機能フィルム構造は、湾曲部を１つ以上有し得る。複数の湾曲部は、一続きでもよいが、互いに独立し、フィルム基材が変形されていない領域によって分離されているようであってもよい。

フィルム基材
フィルム基材は、センサユニットのためのキャリアとしての役割を果たす。フィルム基材は、本発明による機能フィルム構造の全ての電気部品を担持することが好ましい。

フィルム基材は、可撓性であることが好ましい。可撓性とは、フィルム基材の３ｃｍ×３ｃｍ大のサンプル片に加重方向に質量１００ｇおよび接触面積１ｃｍ２を有する物体が鉛直方向に負荷をかけたとき、室温において少なくとも１μｍ、より好ましくは少なくとも１０μｍ、更に好ましくは少なくとも５０μｍ、の弾性変形が生じるようであると規定される。好適な弾性変形範囲の例は、１～１０００μｍ、１０～１０００μｍ、５０～１０００μｍ、１～５００μｍ、１０～５００μｍ、または１００～５００μｍから選択される。

適したフィルム基材は、例えば、好ましくは、例えば、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ＭＯＰＰ（一軸延伸ポリプロピレンフィルム）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＫ（ポリエーテルケトン）、ＰＥＩ（ポリエチレンイミン）、ＰＳＵ（ポリスルフォン）、ＰＡＥＫ（ポリアリールエーテルケトン）、（ＬＣＰ液晶性ポリマー）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＣＯＣ（シクロオレフィン共重合体）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＥＴＦＥ（エチレンテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン－ペルフルオロプロピルビニルエーテル－弗素共重合体）、ＭＦＡ（テトラフルオロ－メチレン－ペルフルオロプロピルビニルエーテル－弗素共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＶＦ（ポリ弗化ビニル）、ＰＶＤＦ（ポリ弗化ビニリデン）、およびＥＦＥＰ（エチレン－テトラフルオロエチレン－ヘキサフルオロプロピレン－弗素重合体）製のキャリアフィルムであり、好ましくは可撓性のプラスチックフィルムである。

フィルム基材は、単層または多層とすることができる。単層基材は、上記材料のうちの１つ、例えばＰＥＴ、ＰＣ、ＰＡ、ＰＭＭＡ、またはＰＩ、製とすることができる。

多層フィルム基材は、フィルム積層体であることが好ましい。これは、例えば、上に挙げた諸材料の材料組み合わせで構成できる。

フィルムまたはフィルム積層体は、平坦構造を有する。これが意味するのは、ｘ方向の長さおよびｙ方向の幅がそれぞれｚ方向の厚さより、好ましくは少なくとも１０倍、より好ましくは少なくとも５０倍、更に好ましくは少なくとも１００倍、大きいことである。

欧州特許第２ ０１４ ４４０（Ａ１）号には、裏面成形可能なフィルム、または加飾フィルムとキャリアフィルムとから成るウェブ状積層体、が記載されている。加飾フィルムとキャリアフィルムとは、二成分接着剤システムによって接合されている。加飾フィルムは、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＰＳ、ＰＥＴ、またはＡＢＳ、ＰＰ、ＰＵ製にできることが好ましい。加飾フィルムの厚さは、約６～５００μｍである。キャリアフィルムは、加飾フィルムと同じ、または異なる、材料製とすることができる。キャリアフィルムの厚さは、約５０～８００μｍ、好ましくは１５０～５００μｍである。

国際公開第２０１６／０４２４１４（Ａ２）号には、接着促進剤フィルム、おそらく接着剤層、回路キャリアフィルム、および純粋に金属製の導電路から成る積層体の形態に形成された回路キャリアの作製工程が記載されている。

このフィルム積層体の作製は、次のように実施可能である。フィルム基材（例えば、ＰＥＮ）とキャリアフィルム（例えば、ＡＢＳ）との二次元接合をウェットラミネート法によってロールツーロール工程で行うことができる。積層工程において、積層用液状接着剤が最初に２枚のフィルムのうちの一方に塗布され、必要であれば予乾燥され、こうして被覆されたフィルムが、その後、圧力および／または温度の作用下で、もう一方のフィルムに接合される。例えば、水性または溶剤系の積層用接着剤を使用できる。積層の耐久性を高めるために、積層用二成分接着剤の使用が好ましい。あるいは、紫外線硬化型の積層用接着剤を使用できる。積層用接着剤の塗布は、例えば、ニス引きによって、フレキソ印刷、グラビア印刷、オフセット印刷、カーテン塗工などの公知の印刷法によって、吹き付けによって、ドクタリングおよびこれに類するものによって、行うことができる。

センサまたはメンブレンキーパッド
センサまたはメンブレンキーパッドは、平坦構造を有することが好ましい。センサユニット全体が平坦構造を有することが好ましい。

平坦とは、ｘ方向の長さおよびｙ方向の幅の各々がｚ方向の厚さより、好ましくは少なくとも１０倍、より好ましくは少なくとも５０倍、更に好ましくは少なくとも１００倍、大きいことを意味する。

センサまたはメンブレンキーパッドは可撓性であることが好ましい。

メンブレンキーパッドは、従来、複数の押しボタンで構成されている。これら押しボタンは、通常、ボタンシンボルが印刷された表面とその下にある回路との間の電気的接触を確立する。

回転つまみ、押しボタン、およびスイッチの代わりに、感圧式センサボタンによるモバイル電子機能フィルム構造の直観的操作（例えば、産業用ロボットの遠隔制御）を可能にする技術が存在する。この文脈における直観的操作とは、加えられたボタン押圧量に比例する信号レベルをボタンが発生させることを意味する。すなわち、ボタンは、純粋なオンオフスイッチとしてではなく、アナログボタンとして機能する。これらボタンは、ＰｙｚｏＦｌｅｘ（登録商標）センサ技術に基づく。この技術は、局所的な圧力および温度変化を高精度で検出できる特殊ポリマー製のセンサに基づく。この技術には、焦電効果および圧電効果の両方が使用されている。センサ素子は、２つの印刷電極の間に埋め込まれた分極化された強誘電性ポリマー層で構成され、ひいては容量素子を形成する。このポリマー層は、強誘電性微結晶を含有する。電場における極性調整によって強誘電微結晶の電気双極子モーメントを配向させることができる。この極性活性化後、圧力または温度の最小変化によって電荷がセンサ層に生じる。これら電荷は電極に流入し、電圧信号、電流信号、または電荷量として読み出し可能である。検出された信号レベルは、接触の強さまたは速度に比例する。これが意味するのは、接触箇所を検出できるばかりでなく、その強度および速度も検出できることである。素地は、ＰＶＤＦクラスの強誘電性共重合体である。ＰｙｚｏＦｌｅｘ（登録商標）技術の大面積印刷可能センサの場合、接触によって引き起こされた活性層の変形は、圧電効果（圧電型発電装置）によって電気エネルギーに変換され、操作表面上の位置が特定され、それぞれの押圧力が定量化される。これらセンサは、スクリーン印刷法を使用して可撓性表面上に極めて費用効率良く作製可能である。圧力および温度変化、振動、および衝撃波が発生すると、エネルギー効率の良いアナログボタンとして機能するために、圧電型発電装置は機械的変形（厚さの変化）を変換でき、焦電型発電装置は温度差を電気エネルギーに変換できる。ＰｙｚｏＦｌｅｘ（登録商標）技術の素地は、強誘電共重合体（Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）、ポリ弗化ビニリデン三弗化エチレン）とすることができる。これは、印刷電極層の間に埋め込まれ、電気的極性調整後に強い圧電および焦電活性を示し、高い化学的堅牢性を有し、耐紫外線性および耐候性が極めて高く、且つ難燃性である。

ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）ポリスチレンスルホン酸）または炭素などの導電性ポリマーを電極として使用できる。ポリ－３，４－エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）は、チオフェンをベースとする導電性ポリマーである。

ＰＶＤＦ－ＴｒＦＥセンサは、圧力差（一般に２～３グラムと数キログラムの間）を検出できる。（特定用途向け）電子素子および使用されるセンサの数に応じて、これらを高頻度で走査でき、高速応答時間および流体相互作用を可能にする。

フィルムセンサボタンの作製は、例えば次のように行うことができる。中間乾燥を含む、マスク（スクリーン／ステンシル）による付加的スクリーン印刷法によって、フィルムセンサボタン（センササンドイッチ、導電路）および加飾インクの個々の層がプレカットされたフィルム積層体（例えば、ＰＥＮ／ＡＢＳ）に構造的に貼付された。印刷シーケンスは次のとおりである。フィルム積層体の印刷可能ＰＥＮ側に、最初にベース電極用のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層（層厚１μｍ）が印刷され、次に強誘電センサ層（層厚１０μｍ）が、次にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳカバー電極（層厚１μｍ）が、次に、導電拡散バリアとしての、炭素層（層厚１～３μｍ）が、最後に、外部との接触用の（例えば銀製の）導電路（例えば幅２ｍｍ）が印刷される。加えて、黒色の、ひいては十分に吸収性の、非導電性加飾インク／輪郭インクが半透明ボタン領域の外側の全領域に、好ましくはフィルム積層体（ＡＢＳ）の裏面に、印刷される（図２を参照）。印刷ステップ間に６０～６５℃で焼き出しが行われる。通常、全ての被印刷材料は、変形工程中に加熱された場合でも、基底構造への良好な付着性を維持することと、変形のための十分な伸縮性を有することと、が保証される必要がある。

１つの実施形態において、本発明において使用されるセンサは、層構造（サンドイッチ構造）を有し、したがって層センサである。このセンサは、第１導電層と、強誘電性ポリマー層と、第２導電層とをこの順で備える。

これら導電層は、電極層または電極と呼ぶことができる。

強誘電性ポリマー層は、好ましくは印刷可能な、ＰＶＤＦ－ＴｒＦＥ共重合体とすることができる。ここで、モル比ＰＶＤＦ：ＴｒＦＥは、例えば、５０：５０～８５：１５、好ましくは７０：３０～８０：２０、にし得る。

強誘電性ポリマー層は、好ましくは印刷可能な、ＰＶＤＦ－ＴｒＦＥ－ＣＦＥまたはＰＶＤＦ－ＴｒＦＥ－ＣＴＦＥターポリマーにし得る。ここで、モル比ＰＶＤＦ：ＴＲＦＥ：ＣＦＥは、好ましくは５０～７５：２０～４０：５～１０、例えば６２．６：２９．４：８、にし得る、またはＰＶＤＦ：ＴＲＦＥ：ＣＴＦＥは、好ましくは５０～７５：２０～４０：５～１０、例えば６１．６：２９．４：９、にし得る。

本発明においては、以下の略語が使用されている。ＰＶＤＦ：ポリ弗化ビニリデン、ＴｒＦＥ：三弗化エチレン、ＣＦＥ：クロロフルオロエチレン。

強誘電性ポリマー層を、好ましくは印刷可能な、ＰＶＤＦ－ＴｒＦＥナノ複合材料とすることもできる。これは、ＰＶＤＦ－ＴｒＦＥマトリクスに混合された無機強誘電性ナノ粒子を含有し得る、またはこれらナノ粒子で構成され得る。これらナノ粒子は、ＳｒＴｉＯ_３（チタン酸ストロンチウム）、ＰｂＴｉＯ_３（チタン酸鉛）、ＰｂＺｒＴｉＯ_３（チタン酸ジルコニウム鉛）、ＢａＴｉＯ_３（チタン酸バリウム）またはＢＮＴ－ＢＴ（チタン酸ビスマスナトリウム－チタン酸バリウム）でもよい。このナノ複合材料は、強誘電性ポリマー層に、体積分率（充填度）で５％および５０％、好ましくは１０％および３５％、含有され得る。

これら電極は、好ましくは印刷可能な、導電材料製でもよく、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ、炭素、銀、アルミニウム、クロム、金、または銅を含有し得る、またはこれらの何れかで構成され得る。電極は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、またはクロムなど、真空相から堆積可能な金属製でもよい。

好適な一実施形態において、層センサの導電層および強誘電層の両方が印刷可能である。

この層状構造は、熱変形可能であることが好ましい。変形中の最大歪みは、変形されていない、またはあまり変形されていない、領域に比べ、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、または少なくとも３０％である。

層センサの各層は、印刷可能且つ熱変形可能であることがより好ましい。

層センサの各層および導体の両方が印刷可能且つ熱変形可能であることが更に好ましい。この目的のために、これら要素の変形時の最大歪みは、変形されていない、またはあまり変形されていない、領域に比べ、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、または少なくとも３０％である。

導体
センサに接続される導体は、如何なる導体でもよい。

この導体は、導電体とすることができ、更には導電路の形態とすることができる。ＬＥＤからの光をセンサに導くための導波路などの導光体とすることもできる。

この導体または伝導路は、好ましくは印刷可能である、および／または部分的な金属層を作製する公知の工程、例えば蒸着、スパッタリング、ローラ塗布法、吹き付け、電気めっき、およびこれらに類するもの、によって貼付可能である。部分的金属化は、マスクを使用した、エッチング法またはレーザアブレーション等々による、金属化工程前の高顔料塗料の部分的塗布、およびこの塗料層とその上に貼付された金属層との除去、などの部分的金属化法によって実現可能である。

１つの実施形態において、印刷された導電トラックは、銅または銀を含有する、または銅または銀から成る。好ましくは、導電トラックは、基本的にＣｕまたはＡｇから成る、すなわち、導電トラックは、少なくとも９０重量％、好ましくは少なくとも９５重量％、のＣｕまたはＡｇを含有する。

導電性接着剤
本発明においては、例えばＳＭＤ部品の接合のために、導電性接着剤が使用され得る。

ＳＭＤ部品（ＳＭＤ：ｓｕｒｆａｃｅ－ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）は、表面に実装される部品である。

従来は、ＲＯＨＳ準拠の半田ペーストによって半田付けが行われている。導電性接着剤による接着は、一般的ではない。

導電性接着剤は、導電性接続を低温で行えるように、選択可能である。導電性接着剤の硬化工程は、１２０℃以下の範囲内であるので、この種の部品実装は、ＰＥＴ、ＰＣ、またはＰＭＭＡ、ならびにこれらから作製された積層体など、感温基材の使用を可能にし、電子部品の適用範囲を大幅に広げる。留意すべきことは、導電接合による接着力は、従来の半田付けより低いので、特に強い振動が存在する場合は、適用分野を制限し得ることである。

導電性接着剤の塗布およびＳＭＤ組み付けは、次のように行うことができる。部品への接触に必要な部分のみが接着剤で被覆されるように、ステンシルを使用して等方導電性接着剤（ＭＧ－８３３１Ｓまたは、Ａｇナノ粒子が充填された変性アクリレート系接着剤）が構造的に塗布された。その後、自動ピックアンドプレース機を使用して、ＳＭＤ部品（ＬＥＤおよび直列抵抗器）が湿っている接着剤魂に位置付けられた。これら部品は、乾燥炉内で接着剤を硬化させることによって、フィルムに電気的に接続された。

導電接合の利点は、相対的に低温である故に、多種多様な感温基材材料を使用できることである。

本発明において、電気部品の少なくとも一部分、好ましくは全体、が導電性接着剤によってフィルム基材に接合されることが好ましい。

耐変形ラッカー
ＲＯＨＳ準拠の半田ペーストによる従来の組み付けにおいては、半田付けの十分な接着力の故に、および剛性の基材特性の故に、耐変形保護ラッカーは不要である。

導電接合による接着力は従来の半田付けに比べ低いので、電子フィルムに機械的ストレスがかかっている場合は、時間の経過に伴い、導電トラックからの部品の脱離、または部品と導電トラックとの間の電気的接触の遮断、に至ることもあり得る。これを防止するために、導電接合後、部品を非導電性保護ラッカーで被覆できる。これは、塗布中、部品の下にも吸収されることが好ましい。これにより、部品とキャリアフィルムとの間の機械的強度が大幅に向上するので、従来の半田付けに匹敵する接着力がもたらされる。同時に、保護ラッカーは、機械的および電気的な保護をもたらす。

機能フィルムは機械的に可撓性であり、三次元にも変形されるので、保護ラッカーの選択時は、硬化後の状態においても変形許容度が保証されるように注意を払う必要がある。脆化は、微細なひび割れ、ひいては導電路と部品との間の電気的接触の遮断、に至ることもある。

フィルム上のＳＭＤ部品の接着性を強化するために、低粘度ラッカーでＳＭＤ部品を局所的に固定することもできる。このラッカーは、例えばディスペンサを使用して選択的に、または吹き付けによって全面的に、塗布される。ラッカーは、その高いクリープ性の故に、部品の下面と基材との間の隙間にも流れ込む。これは、表面への部品の接着を最大化する。

本発明において、導電性接着剤によってフィルム基材に接合された電気部品は、好ましくは耐変形性の、ラッカーで被覆されることが好ましい。このようなラッカーの一例は、ＮｏｒｉＣｕｒｅ（登録商標）ＭＰＦである。

接着フィルム
変形中の部品の保護を向上するために、フィルム基材への装填後、接着フィルムを耐変形性保護ラッカーに貼付できる。この接着フィルムは、変形および裏面への射出成形中、電子部品を機械的ストレスから保護する、および／または均一照明のための散乱素子の役割を果たす、および／または射出成形材料への良好な接合のための接着促進剤として機能する、ことができる。この接着フィルムは、（例えば、ＰＡ、ＰＥ、ＡＰＡＯ、ＥＶＡＣ、ＴＰＥ－Ｅ、ＴＰＥ－Ｕ、ＴＰＥ－Ａをベースとする）ホットメルト接着剤と散乱フィルムとの多層構造で構成可能であることが好ましい。その後、未変形の機能フィルムを変形工具上で、例えばレーザ切断装置によって、所定寸法に切断できる。接着フィルムは、ホットメルト接着フィルムとすることができる。

ホットメルト接着剤は、室温において多少固体状の無溶剤製品である。ホットメルト接着剤は、高温時に接合面に塗布され、冷えると堅牢な接合部を形成する。ホットメルト接着剤の諸利点は、多種多様な材料の接合に使用でき、したがって多孔質材料の表面にも適しており、接合された表面の凸凹を打ち消すことができるという事実を含む。加えて、この接着剤接合は、伸縮性が大きい。

本発明においては、電気部品が導電性接着剤によってフィルム基材に接合され、これら部品が好ましくは耐変形性ラッカーで被覆され、これら部品とラッカーとが接着フィルムで、好ましくはホットメルト接着フィルムで、被覆される一実施形態が好適である。

したがって、本発明による機能フィルム構造は、フィルム基材と、導電性接着剤と、複数の電気部品と、ラッカーと、接着フィルムとをこの順で備えることが好ましい。

本発明による機能フィルム構造は、層センサに加え、フィルム基材と、導電性接着剤と、複数の電気部品と、ラッカーと、接着フィルムとをこの順で備えることが特に好ましい。センサのないこの層状構造は、部品実装構造と称される。

上記のように、本発明による機能フィルム構造におけるセンサは、第１導電層と、強誘電性ポリマー層と、第２導電層とをこの順で備えた層状センサであることが好ましい。

本発明による機能フィルム構造の特に好適な一実施形態は、導電性接着剤と、複数の電気部品と、ラッカーと、接着フィルムとをこの順で備えた部品実装構造と、この層構造に複数の導体を介して接続された、第１導電層と、強誘電性ポリマー層と、第２導電層とをこの順で備えた、層センサとをフィルム基材上に含む。

接着フィルムは、ホットメルト接着フィルムであることが好ましい。

１つの実施形態において、接着フィルムまたはホットメルト接着フィルムは、層センサも覆う。

部品実装構造に含まれる部品は、ＳＭＤ部品であることが好ましい。

センサユニットは、１つ以上の直列抵抗器を更に備え得る。これらは、印刷可能でもよく、導電性材料を含み得る、または導電性材料で構成され得る。直列抵抗器は、ＳＭＤ部品でもよい、および／または導電性接着剤によってフィルム基材に取り付けられてもよい。取り付けられた直列抵抗器は、保護ラッカーまたは固定用ラッカーによって被覆され得る。

１つの実施形態において、センサ、発光素子、および／または直列抵抗器は、印刷導体を介して外部に接続される、または外部に配置された電気素子に接触する。

本発明による機能フィルム構造は、これら電気部品にわたって、センサ、発光素子、および直列抵抗器にわたって、好ましくはホットメルト接着フィルムとして、配置された保護フィルムを有し得る。

本願明細書に記載のフィルム基材上の部品実装構造は、別個の発明を構成し得る、すなわち、機能フィルム構造のその他の要素から独立している、ことに注目されたい。すなわち、本出願に規定されているような湾曲部を有する、本願明細書に記載のように部品実装構造をフィルム基材上に備えた組立体は、別個の発明であり、独立に特許請求され得る。

この発明は、以下のように規定される。
（ａ）フィルム基材とその上の部品実装構造とを備えた機能フィルムを用意するステップであって、部品実装構造は導電性接着剤と、複数の電気部品と、ラッカーとをこの順で有する、ステップと、
（ｂ）機能フィルムの部品実装構造の一領域に湾曲部を形成するステップであって、少なくとも導電性接着剤とラッカーとが延伸される、ステップと、
を含む工程によって得られる湾曲部を有する機能フィルム構造。

この機能フィルム構造は、フィルム基材への接合のための接着フィルムを部品実装構造にわたって更に備え得る。この接着フィルムも変形中に延伸される。

透明度
本発明による機能フィルム構造は、透明領域を複数有し得る。機能フィルム構造全体が透明であることが好ましい。

層状構造の透明度は、好ましくは少なくとも６０％、より好ましくは少なくとも７０％、更に好ましくは少なくとも８０％、特に好ましくは少なくとも９０％である。この透明度は、本発明においては、室温で、上記程度まで当該構造に浸透する太陽輻射と規定される。より正確には、一定波長の光、例えば最大の太陽輻射（５００ｎｍ）、の使用時に、透明度を規定できる。

照明
複数の極めて平坦な薄層への照明システムの組み込みは、所謂導光板によって既に行われている。一般に、ＬＥＤ光は、光導波路（透明プラスチックシートまたはフィルム）の端面で側方に結合され、全反射によって伝達される。この光は、複数の規定位置において、導光材料内に分散された複数の散乱構造、微細な表面構造、または微細な印刷パターン、を通って、光ガイドから引き離される。この場合、例えば操作用要素の背面照明のための、一定輝度は、これらパターンの不均等な空間分布を必要とする。ロールツーロール（Ｒ２Ｒ）によって加工された薄膜導波路システムもフィルム上に存在する。その結合効率は、曲げ半径２ｍｍの場合２５％である。この導波路システムにおける主要な判定基準は、Ｒ２Ｒ物理蒸着（ＰＶＤ：ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｕｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）工程においてコアとクラッドとの間に蒸着された無機材料製の高屈折率層である。これは、低損失の導波と、エンボス加工された格子を介した効率的な切り離しと、を可能にする。

少なくとも１つの発光部品が本発明による機能フィルム構造に配置され得る。１～１６の数が好ましく、４～８がより好ましい。この発光部品は、ＳＭＤ部品でもよい。発光素子の高さは、１ｍｍ未満、好ましくは３００μｍ未満、更に好ましくは１００μｍ未満、にし得る。発光素子は、有機ＬＥＤまたは純粋なエレクトロルミニセント素子でもよい。

ＬＥＤの薄い厚さは、メンブレンセンサボタンの最終変形中に各ＬＥＤにかかる機械的ストレスを最小化する。

複数の発光素子が機能フィルム構造に組み込まれることが好ましい。これら素子の配置は、少なくとも１つのセンサの形状に対して対称または非対称にできる。

各ＬＥＤから少なくとも１つのセンサの活性領域までの距離は、０．１ｃｍ～１０ｃｍ、好ましくは０．２～１ｃｍ、とすることができる。

発光素子の光は、少なくとも１つの導波路を介して、センサボタンに結合され得る。この導波路は、積層された少なくとも１つのＰＯＦ（ｐｌａｓｔｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅ）を含むことができる。ＰＯＦはプラスチック製の光導波路であり、主にデータ伝送に使用されるが、サイドライトファイバの形態の（間接）照明にも使用される。

この導波路は、フィルム基材に比べ屈折率が大きい、好ましくは透明の、好ましくは可撓性の、且つ好ましくは延伸可能なポリマー材料に導入された、複数の構造体で構成され得る。

光は、これらＬＥＤによって全方向に放射される。場合によっては、光散乱性接着フィルムをセンサボタン、ＬＥＤ、および直列抵抗器にわたって貼付可能である。この散乱フィルムは、一方では、センサボタンの方向への光の後方散乱および均質化に役立ち、他方では、ディスクリート部品（ＬＥＤ、抵抗器）の保護に役立つ。場合によっては、センサボタンの外側の複数の位置における光の通過を防止するために、吸収性ラッカーをこれらＬＥＤにわたって、好ましくはフィルム基材の裏面に、塗布できる。これにより、相対的に均質で明るく高コントラストのセンサボタン照明を実現できる。例えば、黒色で不透明の非導電性加飾塗料で、発光素子を被覆できる。

機能フィルム構造は、複数の発光素子から成る配列を備え得る。

作製工程
本発明による機能フィルム構造は、
（ａ）フィルム基材とその上に配設されたセンサユニットとを備えた機能フィルムを用意するステップであって、センサユニットはセンサとこれに接続された導体とを有する、ステップと、
（ｂ）センサと導体とを少なくとも部分的に含む機能フィルムの領域に湾曲部を形成するステップであって、少なくとも導体を延伸する、ステップと、
を含む工程で作製可能である。

ステップ（ａ）は、機能フィルムを作製するために、フィルム基材を用意することと、このフィルム基材にセンサと、導体と、他の要素とを装備することと、この装備されたフィルム基材にフィルムを貼付することと、を含むことが好ましい。

本発明によると、第１のステップは、センサと導体とをフィルム基材に貼付するためであり、第２のステップは、機能フィルム構造を変形するためである。第１のステップにおいて、機能フィルムは、ＳＭＤ部品など、他の要素も装備され、フィルムで覆われることが好ましい。ただし、これら更なるステップのうちの少なくとも１つを変形後に行うことも可能であることに注目されたい。

本発明による機能フィルム構造は、第１の工程ステップセットで全ての電気、感知、および電気光学機能が平坦なフィルム積層体上に設けられ、第２のステップセットで諸機能が設けられたこのフィルム積層体が三次元変形される、方法で作製可能である。第１のステップセットは、フィルム積層体、サンドイッチ状に挟まれたセンサ、導電路の作製と、ＳＭＤ部品の載置とこれら部品の固定と、積層体全体の作製とを含み得る。第２のステップセットは、変形工具上での積層体の切断と、三次元変形とを含み得る。

１つの実施形態において、フィルム積層体は、ロールツーロール工程においてウェットラミネート法によって作製される。

ベース電極と、強誘電層と、カバー電極とを備えたセンサボタンの層構造は、中間焼き出しステップを伴う、スクリーン印刷またはグラビア印刷によって作製可能である。

導電トラックもスクリーン印刷とその後の焼き付けステップとによって貼付可能である。１つの実施形態において、焼き出し温度は、最大２００℃、好ましくは最大１００℃、である。導電トラックの貼付前、カバー電極と導電トラックとの間の接点に炭素層を貼付できる。この炭素層は、拡散バリアとしての役割を果たし、スクリーン印刷によって貼付可能である。

本発明による機能フィルム構造の作製のために重要であるのは、加工温度が一定値を超えないことである。この温度は、センサ材料の特性を維持でき、フィルムを変形させないように、好ましくは２００℃未満、より好ましくは１５０℃未満、である。

例えばＳＭＤ部品を取り付けるために、使用される導電性接着剤の塗布は、ステンシル印刷によって行うことができる。この接着剤は、等方導電性接着剤とすることができる。この接着剤をＡｇ接触パッドに塗布できる。印刷工程後に得られたフィルムを印刷フィルムと呼ぶことができる。

ステップ（ａ）で貼付可能な前記他の要素は、ＳＭＤ部品とすることができる。

ＳＭＤ部品の装備は、自動または半自動ピックアンドプレース機で行うことができ、その後に接着剤の焼き出しステップが続く。装備工程後に得られたフィルムを装備済みフィルムと呼ぶことができる。装備後、ＳＭＤ部品の保護および固定をディスペンサにおいて固定ラッカーで行うことができる。

ステップ（ａ）で言及したフィルムの貼付は、フィルム基材上の部品を保護するために役立つ。この貼付は、ホットメルト接着フィルムによる熱ラミネートによって行うことができる。

１つの実施形態において、未変形の機能フィルム全体が熱ラミネートによって光散乱性ホットメルト接着フィルムで再び覆われる。これにより、機能フィルム全体が保護される。積層化工程後に得られたフィルムは、積層フィルムと呼ぶことができる。

本発明による機能フィルム構造は、未変形の機能フィルムと称され得る、または単に、変形前の、すなわち湾曲部の形成前の、機能フィルムと称され得る。

印刷ステップおよび部品の装備および固定後、強誘電層の電気的活性化（＝極性調整（ｐｏｌｉｎｇ））を行うことができる。この工程において、強誘電層内のナノ結晶子の双極子が一般的な極性調整場の強さである８０～２００ＭＶ／ｍを有する高電圧場における極性調整によって配向される。これにより、電極表面に垂直なマクロ的分極化が生じるので、センサボタンが機械的または熱的に活性化されると、圧電または焦電効果によって電荷が発生する。極性調整後、残っている分極化を複数のヒステリシス曲線の評価によって求めることができる。これは、各センサ画素の機能の品質判定基準として使用される。

上記のように、本発明による方法において、第１のステップは、フィルム基材へのセンサおよび導体の貼付、ならびに他の要素の装備、積層化、および他の追加ステップとすることができる。

ただし、これら追加ステップのうちの少なくとも１つを変形後に行うこともできる。例えば、その他の要素の装備または保護層の積層を変形後に行うことができる。他の例として、吸収性ラッカーまたは加飾塗料の塗布および当該構造の裏面への射出成形が挙げられる。これらステップを変形後に行うと、変形中に必要とされる延性を有しない材料の使用が可能になるという利点がある。これにより、使用可能な材料の範囲を広げることができる。

好ましくは印刷、装備、分極化、積層化、所定寸法への切断が既に行われている、機能フィルムは、高圧成形工程において工具に押し当てて三次元に変形可能である。この変形工程は、最大圧力１６０バール、温度１４０℃、持続時間約１分で行われ、機能フィルム構造が形成される。変形中の最大伸び率は、変形されていない、またはあまり変形されていない、領域に比べ、少なくとも５％、少なくとも１０％、少なくとも２０％、または少なくとも３０％である。

場合によっては印刷、装備、および積層化された、未変形の機能フィルムを、変形工具上で所定寸法に切断できる。場合によっては印刷、装備、積層、および所定寸法への切断が行われている、機能フィルムの三次元変形は、適した工具に押し当てる高圧成形工程によって行うことができる。この工程において、最大温度は、好ましくは３００℃、より好ましくは２００℃、であり、最大圧力は、好ましくは４００バール、より好ましくは３００バール、である。機能フィルムの三次元変形は、本発明による機能フィルム構造が得られるように、適した工具に押し当てる深絞り法によって行うことができる。

変形後、機能フィルム構造の裏面に射出成形を行うことができる。したがって、当該部品に更なる寸法安定性をもたらすことができる。但し、注意しなければならないのは、各ボタンの領域の下に十分な機械的可撓性が残っていることを保証することである。これは、例えば、複数の気泡を狙いどおりに含めることによって、実現可能である。

以下の実施例によって、本発明を更に説明する。
［実施例１］

直径１０ｍｍ、１５ｍｍ、および２０ｍｍのセンサボタンを熱塑性変形可能フィルム基材（ＰＭＭＡフィルム、厚さ１７５μｍ）上に設けた。これら円形ボタンは十分に透明な材料製であり、ベース電極層と、強誘電センサ層と、カバー電極層とを有するサンドイッチ構造であった。外部への電気的接触は、リング状の導体路を介して行われた。背面照明のために、複数のＬＥＤ光源が実際の感知領域の外側に取り付けられた。センサ領域の直ぐ隣へのＬＥＤの組み込みには、ＬＥＤの極小デザインが必要とされた。これらは、極小寸法（１ｍｍ×０．６ｍｍ）と０．２ｍｍという低い厚さとを有するピコＬＥＤ（ＳＭＤ部品）を使用して設けられた。センサボタンの照明は、市販の光線追跡工具（ＯｐｔｉｃＳｔｕｄｉｏ）による光学シミュレーションを使用して事前に検査された。これらシミュレーションに基づき、十分な数のピコＬＥＤと相当する数の直列抵抗器とがボタン接触領域の外側に載置された。

この作製は、次のように行われた。最初に、センサボタンの感圧領域をサンドイッチ構造に印刷し、その後、複数の直列抵抗器（ＬＥＤ１個当たり１直列抵抗器）を印刷し、最後に、導電路をＰＭＭＡフィルム上に直接印刷した。センサボタンのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ製ベース電極をスクリーン印刷によって貼付し（電極の層厚は約１μｍ）、その後、含有溶剤を除去するために、１００℃で焼き出した。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳは、更なる印刷のために、十分に滑らかな高導電性且つ半透明の電極を形成する。その後、ＰＶＤＦ－ＴｒＦＥ共重合体（Ｐ（ＶＤＦ：ＴｒＦＥ）＝７０：３０）製の強誘電センサ層（層厚約１０μｍ）をスクリーン印刷によって更に貼付した。これにより、この層はベース電極に完全に重なり合った。その後、溶剤（例えば変性γ－ブチロラクトン）を除去するために、この層を１００度で焼き出した。外部への、すなわち、ＬＥＤの電圧源への、および、指圧によって発生した信号の増幅および処理のための評価用電子素子（例えばトランスインピーダンスアンプ、チャージアンプ）への、電気接続を可能にするために、銀製の導電トラック（幅約１ｍｍ）をスクリーン印刷によって印刷した。更に、ＰＥＤＯＴ－ＰＳＳ製のカバー電極（電極層厚約１μｍ）をスクリーン印刷し、焼き出した（１００℃）。これにより、それぞれの側方膨張は、好ましくは、ベース電極の側方膨張より幾分か小さい。直列炭素抵抗器のスクリーン印刷（および、１００℃で１５分間の焼き出し）後、最終作製ステップとして、Ａｇナノ粒子が充填された変性アクリレート系接着剤を使用してピコＬＥＤをフィルムに手で導電接着した。

その後、半結晶性強誘電性ポリマー層を電場において分極化した。電気的極性調整ステップを、一般的な極性調整場の強さである８０～２００ＭＶ／ｍで、ヒステリシス極性調整を使用して行った。

ＰＭＭＡフィルムへの全ての機能（センサボタンおよび照明）の組み込みおよび電気的極性調整後、機能フィルムを真空および温度支援工程において三次元に成形した。この三次元形状は、約４０％の最大伸び率を有する球面カロッタに相当する。

［実施例２］
この実施例は、三次元形状（図２を参照）を有するバックライト付き感圧または感温フィルムセンサボタンの作製方法を説明している。

最初に、フィルム積層体を作製した。機能フィルム（例えば、ＰＥＮ）とキャリアフィルム（例えば、ＡＢＳ）との二次元接合をウェットラミネート法によってロールツーロール手順で行った。この積層工程において、最初に、液状の積層用接着剤を２枚のフィルムのうちの一方に塗布し、予乾燥し、こうして被覆したフィルムを次に圧力および／または温度の作用下で、もう一方のフィルムに接合した。

その後、フィルムセンサボタンを作製した。中間乾燥を伴う、マスク（スクリーン／テンプレート）による付加的スクリーン印刷法を使用して、フィルムセンサボタン（センササンドイッチ、導電路）および加飾インクの個々の層をプレカットされたフィルム積層体（例えば、ＰＥＮ／ＡＢＳ）に構造的に貼付した。印刷シーケンスは次のようであった。フィルム積層体の印刷可能なＰＥＮ側に、最初に、ベース電極用のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層（層厚１μｍ）を印刷し、その後、強誘電センサ層（層厚１０μｍ）を印刷し、その後、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳカバー電極（層厚１μｍ）を、次に、導電性拡散バリアとしての炭素層（層厚１～３μｍ）を、最後に、外部接触用の導電路（例えば銀製）（幅２ｍｍ）を印刷した。加えて、黒色の、ひいては十分に吸収性のある、非導電性加飾インク／輪郭インクを半透明ボタン領域の外側の全領域に印刷した（図２を参照）。印刷ステップ間に焼き出しを６０～６５℃で行った。

その後、接着剤を塗布し、ＳＭＤ組み付けを行った。テンプレートを使用して構造的に、等方導電性接着剤（ＭＧ－８３３１Ｓまたは、Ａｇナノ粒子が充填された変性アクリレート系接着剤）を塗布した。その後、自動ピックアンドプレース機を使用して、ＳＭＤ部品（ＬＥＤおよび直列抵抗器）を湿った着剤魂内に位置付けた。これら部品を、１００℃の乾燥炉内で滞留時間１５分で接着剤を硬化させることによって、フィルムに電気的に接続した。

フィルム上のＳＭＤ部品の接着性を強化するために、更に低粘度ラッカーによってＳＭＤ部品を局所的に固定した。

その後、サンドイッチセンサボタンの強誘電層の電気的活性化（＝分極化）を行った。

極性調整後、ホットメルト接着フィルム（ＰＡ、ＰＥ、ＡＰＡＯ、ＥＶＡＣ、ＴＰＥ－Ｅ、ＴＰＥ－Ｕ、ＴＰＥ－Ａをベースとするホットメルト接着剤）をフィルムの上側に積層した。その後、機能フィルムを変形工具上で切断するために、レーザ切断装置を使用した。

切断された機能フィルムを高圧成形工程において工具に押し当てて三次元に変形した。この変形工程を最大１６０バールの圧力下において温度１４０℃で約１分にわたって行った。変形中の最大伸び率は、約６５％であった。

１ フィルム基材
２ センササンドイッチ
３ 導電路（単数または複数）
４ ＬＥＤ
５ 直列抵抗器
６ フィルム積層体
７ 散乱層
８ 輪郭ラッカー

Claims (12)

1. フィルム基材とそこに配設されたセンサユニットとを備えた機能フィルムを有する機能フィルム構造であって、
   前記センサユニットはセンサとこれに接続された導体とを有し、前記センサは、圧力変化および温度変化から選択された少なくとも１つの変化に反応し、前記機能フィルムは、前記センサと前記導体とを少なくとも部分的に含む領域に湾曲部を更に備え、前記導体と前記センサとは延伸されており、前記センサは、第１導電層と、強誘電性ポリマー層と、第２導電層とをこの順で備えた層状センサである、機能フィルム構造。
2. 前記強誘電性ポリマー層、前記第１導電層、前記第２導電層および前記導体は印刷可能である、
   請求項１に記載の機能フィルム構造。
3. 前記センサを含む前記領域は、そこに隣接する領域より厚い、
   請求項１又は２に記載の機能フィルム構造。
4. 自立型である、
   請求項１～３の何れか一項に記載の機能フィルム構造。
5. 前記湾曲部は、湾曲していない領域に比べ、少なくとも２０％延伸されている領域を含む、
   請求項１～４の何れか一項に記載の機能フィルム構造。
6. 導電性接着剤と、電気部品と、ラッカーとをこの順で備えた部品実装構造が前記フィルム基材に貼付される、
   請求項１～５の何れか一項に記載の機能フィルム構造。
7. 前記フィルム基材への接合のために、前記部品実装構造にわたる、または前記部品実装構造と前記層センサとにわたる、接着フィルムを備えた、
   請求項６に記載の機能フィルム構造。
8. 前記センサが照らされるように、導波路を介して前記センサに結合された発光素子を備える、
   請求項１～７の何れか一項に記載の機能フィルム構造。
9. 請求項１～８の何れか一項に記載の機能フィルム構造の作製方法であって、
   フィルム基材とそこに配設されたセンサユニットとを備えた機能フィルムを用意するステップであって、前記センサユニットはセンサとそこに接続された導体とを有する、ステップ（ａ）と、
   前記センサと前記導体とを少なくとも部分的に含む前記機能フィルムの領域に湾曲部を形成するステップであって、これにより前記導体と前記センサとを延伸する、ステップ（ｂ）と、
   を含む機能フィルム構造の作製方法。
10. 前記ステップ（ａ）は、前記機能フィルムを作製するために、前記フィルム基材を用意することと、前記フィルム基材に前記センサと、前記導体と、他の複数の要素とを装備することと、前記装備された前記フィルム基材にフィルムを貼付することとを含む、
    請求項９に記載の機能フィルム構造の作製方法。
11. 前記センサは層状構造を有し、前記他の複数の要素は複数のＳＭＤ部品を含み、前記装備されたフィルム基材への前記フィルムの前記貼付はホットメルト接着フィルムによる熱ラミネートである、
    請求項１０に記載の機能フィルム構造の作製方法。
12. 前記センサの前記層状構造の作製は、中間焼き出しステップを伴う、スクリーン印刷またはグラビア印刷によって行われる、および／または前記導体はスクリーン印刷とその後の焼き出しステップとによって貼付される、
    請求項１１に記載の機能フィルム構造の作製方法。

Images