JP7165428B2 - 生体用薄型電極部材、電子部品及びウェアラブルデバイス - Google Patents

Description

本発明は、電子機能部材、電子部品及びウェアラブルデバイスに関する。

近年、フレキシブルエレクトロニクスは、素材の軟らかさから様々な応用用途を有し、高い注目を集めている。中でも、世界的な社会の高齢化に伴い、ヘルスケア分野への関心が高まっている。例えば、人体の表面や体内への装着により、細胞や組織から直接生体情報を得る手段として注目を集めている。

一般に、フレキシブルエレクトロニクスは、フレキシブルな基材上にエレクトロニクスデバイスを形成することで作製されるが、その柔軟性は十分とは言えない。そのため、表面追従性が十分とは言えず、高い精度の情報を得ることや装着時の違和感等を十分に低減することができない。

このような問題を解決するために、弾性を有する保持部を検出部に内包させた生体用電極が開示されている（例えば、特許文献１）。この生体用電極は、生体に検出部を接触させる際に、検出部が弾性を有する保持部を内包する。そのため、圧力に応じて保持部が変形し、検出部の表面追従性が高まっている。

また、配線を編み込んだ筋電位測定義手用アームカバー（例えば、特許文献２）や布状の織物へ一定の間隔で金属メッキ導電性繊維を編み込んだ接触線作用電極（例えば、特許文献３）も開示されている。特許文献２では、配線自体を互いに編み込むことで、配線一本一本の剛性を低減し、表面追従性を高めている。また特許文献３では、布状の織物内に金属製の繊維を織り込むことで、表面追従性を高めている。

この他にも、水流絡合不織布上に柔軟性のある絶縁性合成樹脂膜を貼り付けた生体用薄型電極も開示されている（例えば、特許文献４）。この方法は、水流絡合不織布の高い変形可能性を利用して、表面追従性を高めている。

さらに非特許文献１及び２では、基材上に金属のナノワイヤを被覆することで高い表面追従性を有する電極が開示されている。

特開２０１１－３６５２４号公報 特開２０１１－１２５６７７号公報 特開２００７－２６２６２３号公報 特開平７－２２２８０５号公報

Ｈｕｉ Ｗｕ ｅｔ ａｌ，Ｎａｔｕｒｅ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ｖｏｌ８，４２１－４２５（２０１３）． Ｐｏ－Ｃｈｕｎ Ｈｓｕ ｅｔ ａｌ，Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，４：２５２２（２０１３）．

しかしながら、上述の方法では表面追従性、横方向への伸張性、ガス及び水分の透過性、透明性等が十分高い電子機能部材を実現することができない。

例えば、特許文献１に開示された生体用電極において、検出部は生体と保持部に挟まれる形で接触する。そのため、保持部の押圧が無ければ表面追従性が十分得られず、生体に負荷を与える。また、保持部は十分な圧力を獲得できる厚さと弾力性を備える必要が有り、厚く大きなものとなる。また、運動により検出部がずれてしまい、安定した計測が継続的に実現できない。さらに、生体との接触面は、検出部及び保持部で覆われているため、十分なガス及び水分の透過性を有するとは言えない。そのため、汗等の水分により測定のずれが発生したり、接触面から剥離したりするというおそれがある。特に長期間の装着においてこのような問題は顕著になると考えられる。

特許文献２及び３に開示された方法は、導電性を有する配線や金属性繊維を編み込んでいる。しかしながら配線や金属性繊維は、それ自体が金属からなるため細線状にしてもその追従性や伸張性の面で十分とは言えない。また、金属製繊維の編み込みでは、導電性パターンを自由に設計することが困難で、複雑なパターンを有する電子機能部材を実現することが困難である。

また特許文献４に開示された生体用薄形電極は、水流絡合不織布上に柔軟性のある絶縁性合成樹脂膜を積層している。絶縁性合成樹脂は膜であり、被測定面に貼り付けられるため、十分なガス及び水分の透過性や透明性を得ることができない。

非特許文献１及び２では、フィルム上に繊維状物質を形成し、さらにその上に金属被覆膜を貼り付けることで電極を作製している。しかしながら、金属被覆膜を生体に接触させると、その背面にはフィルムが存在する。そのためフィルムが被測定面を被覆し、十分なガス及び水分の透過性を有するとは言えない。すなわち、汗等の水分により測定のずれが発生したり、接触面から剥離したりするというおそれがある。
また繊維状物質を電極として用いることができることは開示されているが、外部との接続については記載されていない。電極は、外部と配線等により接続されることで初めて機能を果たすことができる。そのため実際の使用態様において、この電極は配線等と接続する必要があり、その接続箇所に接続部を有する。しかしながら接続部を有すると、接触抵抗による電気特性の劣化や、変形に伴う応力で接続部が剥離する等のおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、表面追従性、横方向への伸張性、ガス及び水分の透過性、透明性等が十分高い電子機能部材、電子部品及びウェアラブルデバイスを提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、フィルム基材と、樹脂組成物により形成された繊維網と、繊維網の一部分の少なくとも一方の面側を被覆すると共に基材上にも延在する、パターニングされた導電被覆部と、を備えることで、表面追従性、横方向への伸張性、ガスや水分の透過性、透明性が十分高い電子機能部材、電子部品及びウェアラブルデバイスを提供できるという優れた効果を見出した。

また、開口部を有する基材と、開口部の周囲の基材を外枠とし、開口部に懸架された樹脂組成物により形成された繊維網と、繊維網の内、開口部に位置する部分の少なくとも一方の面側を被覆すると共に、基材上にも延在するパターニングされた導電被覆部とを備えることで、繊維網が基材にしっかりと保持された電子機能部材、電子部品及びウェアラブルデバイスを提供できるという優れた効果を見出した。
すなわち、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。

（１）本発明の一態様にかかる生体用薄型電極部材は、開口部を有しない基材と、前記基材に延在して接続され、繊維状の樹脂組成物からなる繊維網と、前記繊維網の一部分の一方の面側を被覆すると共に、基材上にも延在する、パターニングされた導電被覆部とを備え、前記繊維網上の前記導電被覆部は、前記樹脂組成物上に形成された網目状の導電性被覆と前記導電性被覆が形成された前記繊維網間の空隙とで構成され、前記繊維網全体の厚みは、１μｍ以上１００μｍ以下である。
（２）上記態様に記載の生体用薄型電極部材は、前記繊維状の樹脂組成物は、生体に対して溶解可能な物質からなってもよい。

（３）本発明の別の態様にかかる生体用薄型電極部材は、前記繊維網は、直径が１００ｎｍ～１０μｍである繊維状の樹脂組成物からなってもよい。

（４）上記態様に記載の生体用薄型電極部材は、前記樹脂組成物が互いに一部で結着していてもよい。

（５）上記態様に記載の生体用薄型電極は、前記導電被覆部を構成する導電性被覆の膜厚が、２０ｎｍ～２０００ｎｍであってもよい。

（６）本発明の一態様にかかる電子部品は、上記態様に記載の生体用薄型電極部材の導電被覆部に接続された電子回路要素を有する。

（７）本発明の一態様にかかるウェアラブルデバイスは、上記態様に記載の生体用薄型電極部材を備える。

本発明の一態様にかかる電子機能部材は、基材と、繊維状の樹脂組成物からなる繊維網と、基材と繊維網に渡り一体として形成された導電被覆部とを備える。繊維網はガス及び水分の透過性が高いため、汗等の水分による測定のずれや、接触面が剥離するという問題等が生じない。そのため、長期間に渡って高い精度での計測が可能となる。また繊維網は、柔軟性に優れるため、より少ない負荷で表面追従性の高い電子機能部材として機能することができる。さらに、導電被覆部は繊維網の内、開口部に位置する部分の一方の面側を被覆すると共に、基材上にも延在するパターニングされているため、繊維網と基材との界面における接続部自体を有さず、接続部における接触抵抗の発生や接続部が破断や剥離する等の問題を考慮する必要が無い。

本発明の一態様にかかる電子部品は、上述の電子機能部材の導電被覆部に接続された電子回路要素を有する。電子回路要素としては、ＩＣ、ＬＳＩ、ＬＥＤ、フォトダイオードなどのチップ素子，絶縁層や有機半導体層等が形成された薄膜トランジスタ等が挙げられる。上述の電子機能部材を有するため、柔らかく変形等に強く、かつガスや水分や光の透過性を有する電子部品を実現することができる。

本発明の一態様にかかるウェアラブルデバイスは、上述の電子機能部材を備える。そのため、表面追従性及び伸張性に優れ、より装着感の無いウェアラブルデバイスを実現することができる。またガス及び水分の透過性が高いため、汗等の水分による測定のずれや、接触面が剥離するという問題等を抑制し、長期間に渡って安定的な計測を可能とする。また透明性があるため、電子機能部を透過して接触面の観察や光照射が可能となる。

本発明の一実施形態に係る電子機能部材を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態に係る電子機能部材の写真である。 図１に示す電子機能部材のＸ－Ｘ断面を模式的に示した断面模式図である。 繊維網の１本の繊維上に形成された導電被覆部からその繊維を除去し、導電被覆部のみ示した斜視模式図である。 本発明の電子機能部材の製造過程について模式的に示した図である。 本発明の別の態様に係る電子機能部材を模式的に示した図である。 本発明の一態様にかかる電子部品を模式的に示した模式図である。 本発明の一態様にかかるウェアラブルデバイスを模式的に示した模式図である。 実施例における電子機能部材の作製・使用手順を示した。 本発明の別の態様に係る電子機能部材を模式的に示した図である。

以下、本実施形態にかかる電子機能部材、電子部品およびウェアラブルデバイスについて、図面を用いてその構成を説明する。以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本実施形態はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。本実施形態の電子機能部材、電子部品およびウェアラブルデバイスは、効果を損ねない範囲で以下に記載していない部品などの構成要素を備えてもよい。

（電子機能部材）
図１は、一実施形態に係る電子機能部材を模式的に示した図である。図２は、一実施形態に係る電子機能部材の写真である。
一態様にかかる電子機能部材１０は、開口部１Ａを有する基材１と、開口部１Ａの周囲の基材１を外枠とし、開口部に懸架された繊維状の樹脂組成物２からなる繊維網と、繊維網の内、開口部１Ａに位置する部分の一方の面側を被覆すると共に基材上にも延在する、パターニングされた導電被覆部３とを備える。「開口部に懸架された」状態を実現するため、ここでは、繊維状の樹脂組成物２を基材１の一方の表面に固定し、かつ開口部を跨いで形成した。
電子機能部材は、例えば、生体に接触させることで生体からの情報を受信する部材、電気的信号を生体に与える部材、電極等として用いることができる。

図１において理解を容易にするために、模式的に樹脂組成物２は開口部１Ａを懸架する線として図示している。樹脂組成物２は、直線状であっても、曲線状であってもよい。また、外枠により開口部上に張力によって張られた状態で懸架されていてもよく、たわんだ状態で懸架されていてもよい。例えば、樹脂組成物２によって構成される繊維網が綿状に形成されていてもよい。
導電被覆部３は、基材１の表面と、基材１表面に結着形成された樹脂組成物に亘って連続して形成されている。図１では３本のパターニングされた線として導電被覆部３を図示したが、当該構成に限らない。例えば、より複雑な形状にパターニングされていてもよいし、より簡単に１本だけが形成されていてもよい。導電被覆部３は、少なくとも一部がパターニングされていればよい。また繊維網上の導電被覆部３は、点線で囲んで図示した。繊維網はある程度の空隙を有しているため、明確な線として形成されないため点線表記とした。

図３は、図１に示す電子機能部材のＸ－Ｘ断面を模式的に示した断面模式図である。図３に示すように、樹脂組成物２は、外枠となる基材１によって支持され、折り重なるように懸架されることで繊維網を形成する。この繊維網上に導電性被覆３３をパターン状に形成することで導電被覆部３が形成される。図３において、導電性被覆３３は簡便のため、点線四角として図示したが、実際には、当該箇所の繊維網の一面にのみ導電性を有する金属や化合物が被覆される。「一面」とは、一方の面から成膜した際に被覆膜が形成される面を意味する。

基材１は、繊維網の支持体として機能すれば特に制限はされない。基材１は、フレキシブル性を有していることが好ましい。ここで、支持とは、繊維状の樹脂組成物２の一部を基材１の一方の表面に固定することを意味する。またその一例として、繊維状の樹脂組成物２が開口部を跨いで存在することで、基材１によって保持される場合がある。
基材１が柔軟性を有すると、電子機能部材１０全体としてのフレキシブル性が高まり、より表面追従性が高まる。例えば、基材１には、一般に使用されるフィルム等を用いることができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリイミド（ＰＩ）、塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を、基材１として用いることができる。また、フッ素系ゴム、ウレタン系ゴム、シリコン系ゴム等の伸縮性を有する材料を基材１として用いることができる。

基材１の厚さは、その種類によっても異なるが、１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。基材１の厚さが１μｍ以上であれば、繊維網を懸架する支持体として十分な強度を得ることができる。基材１の厚さが１０００μｍ以下であれば、高いフレキシブル性を得ることができる。

開口部１Ａは、基材１のいずれかの部分に形成されていればよく、その場所は特に問わない。開口部１Ａを有すると、開口部１Ａを通してガス及び水分を透過したり、光を透過したりすることができる。
開口部１Ａの大きさは、１０μｍ角以上１０ｃｍ角以下であることが好ましい。開口部１Ａの大きさが小さすぎると、より微細な加工が必要となるため、繊維網上に導電被覆部３等を形成することが難しくなる。また開口部１Ａを介したガス及び水分の透過性が低下してしまう。これに対し開口部１Ａが大きすぎると、繊維網を外枠の基材１で支持することが難しくなる。
開口部１Ａの形状は、四角形である必要はなく、円形等でもよい。円形の場合は、その直径が１０μｍ以上１０ｃｍ以下であることが好ましい。

樹脂組成物２は、開口部１Ａの周囲の基材１を外枠とし、開口部１Ａに懸架される。樹脂組成物２が集まることで繊維網が形成され、その樹脂組成物２間には空隙を有する。そのため、繊維網はガス及び水分の透過性が高く、汗等の水分による測定のずれや、接触面が剥がれてしまう等の問題を抑制することができる。すなわち、長期間に渡って高い精度での計測が可能となる。また、長期間装着に伴う不快感等を低減することができる。

導電被覆部３は、細かくみると樹脂組成物２上に形成された網目状の導電性被覆３３とこの導電性被覆３３が形成された繊維網間の空隙とで構成される。この空隙を通して導電被覆部３は透明性を有し、導電被覆部３が接触する被測定対象面を導電被覆部３上から観察することができる。このような構成により、例えば被測定対象面の特定の場所の電気特性を導電被覆部３で検知するときに、導電被覆部３の位置を正確に定めることができる。また、被測定対象面が生体細胞からなるとき、導電被覆部３を透過して特定部位の細胞に光刺激を与え、導電被覆部３で光刺激に対する応答を計測することができる。
また繊維網は、繊維網を構成する樹脂組成物２自体を選択し、柔軟性及び伸張性に優れたものとすることができる。このとき導電性被覆３３がされた樹脂組成物２は、導電性被覆３３により伸張性が低下する。しかしながら、導電被覆部３は周囲を樹脂組成物２により基材１へ懸架されているため、開口部１Ａに形成された繊維網は柔軟性と伸張性を持ち、さらに繊維網は空隙を有するため、より柔軟性および伸張性に優れ、表面追従性および伸張性を高めることができる。

繊維網の樹脂組成物２は、互いに一部で結着していることが好ましい。樹脂組成物２が互いに結着していると、繊維網の強度を高めることができる。また後述するが、導電被覆部３は、繊維網の一面に形成される。樹脂組成物２が互いに結着していると、その一面に形成される導電被覆３３も互いに繋がる。そのため、繊維網上に形成された導電被覆３３が電気的に連続となり、接触抵抗等の発生や導電被覆部３の連結が破断されるのを抑制することができる。

樹脂組成物２の材質は、繊維状に形成することができれば特に限定されない。例えば、フッ素系ゴム、ウレタン系ゴム、シリコン系ゴム等の一般に使用されているエラストマーや、アクリル、ナイロン、ポリエステル等のエラストマー以外の高分子材料も用いることができる。中でも、樹脂組成物２の材料としエラストマーを用いることが好ましい。エラストマーは、柔らかく大きな歪が繰り返し作用しても機械的特性の変化が極めて小さい。そのため、高い表面追従性と長期間の装着を可能とする。

電子機能部材１０を生体に用いる場合は、樹脂組成物２が生体に対して粘着性や接着性のある物質からなることが好ましい。樹脂組成物２からなる繊維網が生体に固定されるため、生体の運動に伴う変形に追従して、容易に外れることなく長時間安定した精度の高い測定が可能となる。また更に、溶解可能な物質からなることが好ましい。電子機能部材１０が生体に密着した後、導電被覆部３は生体によって支持されるため、繊維網による支持は不要である。そのため、樹脂組成物２が生体に溶解可能であれば、電子機能部材１０を生体表面に密着させた後に樹脂組成物２は溶解し、樹脂組成物２上に形成された導電被覆部３が直接生体と接触する。生体と導電被覆部３が直接接触すれば抵抗の発生をより抑制することができ、より精度の高い測定を行うことができる。生体に溶解可能な物質としては、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルピロリデン（ＰＶＰ）、ポリグリコール酸（ＰＧＡ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）等を用いることができる。また、樹脂組成物２は生体に完全に溶解可能でなくともよい。その一部が溶解することで、繊維網の強度を下げることなく生体との密着性を向上できる。この他にも、生体に対して接着性及び粘着性の高い物質も好適に用いることができる。

繊維網全体の厚みは、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。ここで、繊維網全体の厚みとは、繊維網の一面からもう一方の面までの厚さを意味する。繊維網全体の厚みは、例えば平板で挟み込んだ時の間隙寸法として計測できる。なお、非常に疎な繊維密度の場合は測定および定義が困難であるが、繊維密度が非常に疎な場合は、導電性を十分確保することができないため、考慮する必要はない。
繊維網全体の厚みが１μｍ以上であれば、繊維網が十分な強度を有する。一方で、繊維網全体の厚みが１００μｍ以下であれば、導電被覆部３と被測定面との間の抵抗を十分無視できる。また生体に用いる場合は、生体による樹脂組成物２の溶解に要する時間を短くすることができる。

開口部１Ａの開口率は、１０％～９９％であることが好ましい。繊維網は、樹脂組成物２が形成されている部分と空隙からなる部分とを有する。そのため、「開口部１Ａの開口率」とは、平面視した際に空隙が形成されている部分の比率を意味する。この被覆率は、繊維網の表面を１ｍｍ×１ｍｍの大きさで任意の１０点撮影した後、各写真における樹脂組成物２が形成されている部分の面積を求め、それらの平均値として求める。開口部１Ａの開口率が低すぎると、ガス及び水分の透過性が低下する。一方で、開口部１Ａの開口率が高すぎると、後述する導電被覆部３が疎になり十分な導電性を確保することが難しくなる。

繊維網を構成する樹脂組成物２は、その直径が１００ｎｍ～１０μｍであることが好ましい。また中でも２００ｎｍ～２０００ｎｍであることが好ましい。当該範囲であれば十分に強度を有し、かつガス及び水分の透過性の高い電子機能部材１０を得ることができる。樹脂組成物２の直径は、任意の１０点の樹脂組成物の断面を走査型電子顕微鏡で測定し、それらの直径の平均値として求めることができる。

導電被覆部３は、繊維網の内、開口部１Ａに位置する部分の一方の面側を被覆すると共に、基材上にも延在するようにパターニングされる。そのため、基材１と繊維網の界面において接続部自体を有さないため、接触抵抗等の発生を抑制できる。また従来の電子機能部材で問題であった、基材の変形等による電気的接続の損傷（接続部が分断される等）を抑制できる。基材１と繊維網とに形成された導電性被覆３３の接続を信頼性が高く確実なものにするためには、基材１と樹脂組成物２とが強固に接合し、かつ導電性被覆３３が樹脂組成物２と基材１とに亘って十分な連続性をもって形成されなければならない。

図４は、繊維網の一本の繊維上に形成された導電被覆部から繊維網を除去し、導電性被覆３３のみを模式的に示した斜視図である。図４に示すように、樹脂組成物２の一面に形成された導電性被覆３３は半円弧状の構造となる。繊維網を形成する樹脂組成物２はその断面が円形の形状を有するため、その樹脂組成物２自体の遮蔽により樹脂組成物２の一面にのみ導電性被覆３３が形成される。樹脂組成物２の一面は半円弧状の形状であるため、導電性被覆３３も半円弧状の形状となる。

非特許文献１の図２ｅおよび図２ｆには変形に対する導電被覆部の強さが開示されている。非特許文献１の図２ｅは、フィルム上に導電被覆部を形成し、複数回の曲げに対する抵抗値の増加率を示した図である。非特許文献１の図２ｆは、フィルム上に導電被覆部を形成し、導電被覆部が形成されている面方向に引っ張った際の抵抗値の増加率を示した図である。導電被覆部３は、ＩＴＯと比較しても変形に伴う抵抗値変化が少なく、優れた透明電極として機能できることがわかる。

導電被覆部３は、導電性を有していればよい。例えば、銅、金、アルミニウム、銀、亜鉛等の金属やＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに代表される有機導電材料を用いることができる。導電性の観点からは、中でも銅や銀が好ましい。また生体等に用いる場合は、不要な反応を抑制するために、安定的な金を用いることが好ましい。

導電被覆部３の導電性被覆３３の厚みは２０ｎｍ～２０００ｎｍであることが好ましく、２０～１０００ｎｍであることがより好ましく、５０ｎｍ～１００ｎｍであることがさらに好ましい。当該範囲であれば、十分な導電性と柔軟性が得られる。導電被覆部３には空隙が形成されているため、導電被覆領域が光透過性を持ち、計測時の被接触面の状態を経時的に確認できる。導電性被覆３３の厚みは、繊維網の樹脂組成物２の直径と同様の方法で測定できる。
導電性被覆３３が薄いと、繊維網に応力が作用した時に導電被覆部３が破断し易い。これは、導電性被覆３３が形成されている樹脂組成物２と形成されていない樹脂組成物２との剛性の差が小さいため、導電性被覆３３にひずみが作用し破断しやすくなるためである。一方、導電性被覆３３が厚いと、導電被覆部３の周囲の相対的に剛性の低い樹脂組成物２がひずむため、導電性被覆３３に作用する応力を緩和できる。

導電性被覆３３の材料となる金属の弾性率は、樹脂組成物２の弾性率より数十倍大きい。従って、引張剛性は導電性被覆３３の断面積で規定される。電子機能部材として３０％の伸びが得られると多くの生体計測に実用的に適用できる。導電性被覆３３のひずみを０．２％に抑えることで、高い繰り返し変形耐性が得られる。すなわち、導電性被覆３３のひずみを樹脂生成物２のひずみの１５０分の１に抑えることになる。伸縮性が高い樹脂組成物２としてポリウレタンを用いることが好ましい。この場合は導電性被覆３３の弾性率が樹脂生成物２のおよそ１００倍から３００倍であり、導電性被覆３３の断面積は樹脂組成物２の断面積の０．５倍以上であることが好ましい。具体的には、樹脂組成物２の繊維直径を５００ｎｍとして３００ｎｍの厚さの導電性被覆を形成するとよい。

導電被覆部３の形状は特に問わず、必要に応じて変更することができる。例えば、生体の脳からの情報を得る場合は、生体の各機能を司る脳の部位に合せて導電被覆部３をパターニングすることができる。パターニングされた導電被覆部３を生体の各機能を司る脳の部位に接触させることで、各接触部からの電気信号を得ることができ、各部位がどのように機能しているのかを確認することができる。

（電子機能部材の製造方法）
電子機能部材１０は、基材１に開口部１Ａを形成する工程と、エレクトロスピニングデポジション法で開口部１Ａに対して樹脂組成物を繊維状に噴射して繊維網を形成する工程と、基材１及び繊維網に渡って導電被覆部３を形成する工程とを有する。図５を参考に電子機能部材の製造方法について説明する。

基材１に開口部１Ａを形成する方法は特に問わない。例えばカッター等で切断してもよい。この際、基材１の裏面には支持体を設けることが好ましい。支持体Ｓを設けることで開口部１Ａの形成が容易となる。また後述する繊維網を形成する工程において、基材１を支持することができる。支持体Ｓとしては、ガラス、樹脂フィルム等を用いることができる。

支持体Ｓを用いる場合は、図５（ａ）に示すように支持体Ｓに形成する開口部ＳＡは、基材１に設けられた開口部１Ａを内包するように外側に形成する。これは、繊維網を形成する過程で繊維が基材に開けられた窓から基材１上に懸架されるようにするためである。開口部１Ａの内側に支持体が露出していると、支持体上に繊維網が付着し、支持体から基材１を剥離する過程で繊維網が破断する不具合を生じることになる。また、開口部１Ａと支持体に開けられた開口部の縁を完全に一致させてもよい。その場合は、支持体の縁は支持体の裏側から基材１が積層された表側に向かってオーバーハングし、積層面で開口部１Ａと支持体の開口部とが一致するようにすることが好ましい。オーバーハングは、支持体の裏側からレーザ切断によって支持体Ｓの開口部ＳＡと基材１の開口部１Ａとを同時に形成する方法で形成することができる。

次に、エレクトロスピニングデポジション法で開口部１Ａに対して樹脂組成物を噴射して繊維網を形成する。図５（ｂ）はエレクトロスピニングでポジション法を模式的に示した図である。
エレクトロスピニングデポジション法は、シリンジ２１のニードル２１ａと導電シート２２の間に高電圧を印加しながら、シリンジ２１中の溶液２３を押し出す。このときニードル２１ａと導電シート２２の電位差によって、溶液２３がシリンジ２１から急激に引き出され、導電シート２２に向かってスプレーされる。シリンジ２１と導電シート２２の間に開口部１Ａが形成された基材１を挟むことで、スプレーされた溶液２３は、基材１の開口部１Ａを懸架するように樹脂組成物２となり繊維網を生み出す。溶剤２３は、樹脂組成物２が溶媒に溶解したものであり、その溶媒はニードル２１ａと開口部１Ａの間でほとんど蒸発する。

これに対し開口部１Ａに懸架された直後に、樹脂組成物２は溶媒をわずかに含んでいることが好ましい。すなわち、懸架された段階で溶媒は、完全に蒸発していないことが好ましい。開口部１Ａに懸架された時点で溶媒が僅かに残っていると、その溶媒が蒸発する際に繊維網を構成する樹脂組成物２同士が一部で結着する。樹脂組成物２が互いに結着していると、繊維網の強度を高めることができる。また後述するが、導電被覆部３は、繊維網の一面に形成される。樹脂組成物２が互いに結着していると、その一面に形成される導電被覆部３も互いに繋がる。そのため、導電被覆部３が一体となり、接触抵抗等の発生や変形時の導電性被覆の破断を抑制することができる。ニードル２１ａと開口部１Ａ間の距離は、１０ｃｍ～５０ｃｍであることが好ましい。また、溶媒の残存していることにより、基材１上に形成される樹脂組成物２の断面形状が半円状となる。図５（ｃ）は、図５（ｂ）における一点鎖線で囲まれた領域１Ｂに形成された樹脂組成物２の断面模式図を示す。このような形状にすることで、樹脂組成物２の上から基材１に亘って導電被覆部３を形成した時に、導電性被覆３３が破断することなく連続して形成される。

繊維網２の内、開口部１Ａに位置する部分の一方の面側と共に、基材上にも延在するようにパターニングによって導電被覆部３を形成する。導電被覆部３の形成方法は、特に限定されない。例えば蒸着法、スパッタ法、化学気相蒸着法等を用いることができる。導電被覆部３の形状は、パターニングを行うことで任意に変更することができる。パターニングの方法としては、マスクを介して成膜することが最も簡便で好ましい。
また図６に示すように、導電被覆部３のパターンに細い配線部３ａが含まれるとき、この配線部３ａで導電性被覆の連続性が失われないように、導電被覆部３のパターンの最小スケールに対して、繊維網の網目のスケールは５分の１以下であることが好ましい。

電子機能部材１０の製造方法は、当該方法に限られない。例えば、直接開口部１Ａに対してエレクトロスピニング法で繊維網を形成せずに、異なる部材に繊維網を形成した後に転写してもよい。具体的には、大きなリング状の導電部材に対してエレクトロスピニング法でリングを懸架するように繊維網を形成する。このリングの一方から他方に向かって、開口部１Ａを有する基材１を通過させると、基材１は形成された繊維網が絡まった状態となる。これにより、開口部１Ａにリング状に形成された繊維網が転写され、開口部１Ａに繊維網が形成される。また、エレクトロスピニング法に限定せず、細い繊維からなるシートを作製し、裁断後に基材１上に開口部１Ａを覆うようにして積層する方法でも良い。このとき、細い繊維からなるシートは隙間を有する不織布とする。また、繊維の材質は熱可塑性ポリマーとすると、熱圧着で容易に積層することができる。

またここまで、基材１が開口部１Ａを有する場合の電子機能部材について説明したが、図１０に示すように開口部１Ａを有さない構成としてもよい。

図１０に示す電子機能部材２０は、基材１１と、基材１１に延在して接続された繊維状の樹脂組成物からなる繊維網１２と、繊維網の一部分の一方の面側を被覆すると共に、基材１１上にも延在する、パターニングされた導電被覆部１３とを備える。

繊維網１２は、基材１１に接続されているだけであり、強度が十分でない場合がある。この場合、上述の製造方法において説明した支持体Ｓを裏面に配設してもよい。電子機能部材２０を生体に貼りつけた実使用に至るまでの間は、支持体Ｓで支持するため強度を維持でき、実使用時は支持体Ｓを剥がすため、生体への追従性が高まる。

また図１０に示す電子機能部材２０は、上述の製造方法と同様の工程で、図１にかかる電子機能部材１０を得た後に、外枠部を除去することで得られる。外枠部は、カッター等で切り出せる。

（電子部品）
一態様にかかる電子部品は、上述の電子機能部材の導電被覆部に接続された電子回路要素を有する。電子回路要素としては、導電性被覆部上に形成された有機半導体層等からなるトランジスタでもよく、別途電子部品を実装した電子基板でもよい。
例えば、電子機能部材は、上述のように繊維網の一部に導電被覆部が形成され、その上に有機半導体層を積層することで、有機トランジスタなどとして機能する。
導電被覆部３に有機半導体層を形成する際には、導電被覆部を積層した際のマスクと同様のマスクを用いることができる。また、有機半導体以外のその他の層を積層してもよい。
例えば、導電被覆部上にｐ型半導体、ｎ型半導体、対向電極を積層することでダイオード素子を形成できる。ｐ型半導体及びｎ型半導体のｐｎ接合は、一方向には通電可能であるが、他方向からは通電できない。すなわち、スイッチング素子として機能することができる。

また同様の構成で光電変換素子として機能させることができる。外部から照射された光により、ｐ型半導体及びｎ型半導体の界面でキャリアを生じさせ、電流を発生することもできる。またこの逆に、電圧を印加することで光を発生させることもできる（太陽電池素子等）。
また、一般に太陽電池等は基板上に形成する。この基板の外表面は全反射を生じるため、光電変換層で発光した光の一部は基板内で導光し、取り出すことができない。しかしながら、当該電子部品では有機半導体層が形成された部分は開口部であるため、基板による全反射の発生を考慮する必要が無く、光取り出し効率を高めることができる。

図７は、本発明の一態様に係る電子部品を模式的に示した図である。一態様にかかる電子部品１００は、基板１上に電子部品を形成または実装した電子基板（電子回路要素）４０を、基材１の開口部１Ａ内に設置する。電子基板４０は、基材１に樹脂組成物２からなる繊維網で懸架される。また電子基板４０上には、発光素子４１と受光素子４２が設けられており、それぞれに電気接続するための電気端子が電子基板４０の表面に形成されている。これら発光素子４１及び受光素子４２が設けられた電子基板４０から基材１上に亘って、繊維網が形成され、その繊維網上に導電被覆部３が配線として形成されている。図７では、支持体Ｓも記載しているが、実際の使用時においては、支持体Ｓは外して用いる。
電子基板４０上に繊維網を形成する過程で、電子基板４０を開口１Ａの内部に支持する必要が有る。これは基材１の開口縁から延びる基板支持部を設け（図視略）、その基板支持部に電子基板４０を積層することで行われる。繊維網形成後に、必要に応じて基板支持部の一部をレーザ等で破断することで、基材１から独立して電子基板４０が懸架された状態にすることができる。

（ウェアラブルデバイス）
一態様にかかるウェアラブルデバイスは、上述の電子機能部材１０を備える。図８は、一態様にかかるウェアラブルデバイスを模式的に示した模式図である。図８に示すウェアラブルデバイス２００は、電子機能部材１０と、電子機能部材１０の導電被覆膜３によって接合された集積回路５０と、電子機能部材１０及び集積回路５０を覆うように形成された被覆膜６０とを備える。

ウェアラブルデバイス２００は、上述の電子機能部材１０を備えるため、表面追従性及び伸張性に優れる。そのため、より装着感の無いウェアラブルデバイスを実現することができる。またガス及び水分の透過性が高いため、汗等の水分による測定のずれや、接触面が剥がれてしまう等の問題を抑制し、長期間に渡って安定的な計測が可能とする。

集積回路５０には、電子機能部材１０で計測された被測定面からの情報が導電被覆部３を介して伝播する。集積回路５０は、得られた情報を無線等によって受信機（図視略）に送信できる。これによって、ウェアラブルなデバイスとして機能する。

電子機能部材１０及び集積回路５０は、被覆膜６０によって被覆される。被覆膜６０を備えることで、外部からの影響を遮断できる。またウェアラブルデバイス２００の被接着面への密着を向上し、長期間に渡って安定的な計測が可能になる。被覆膜６０は、使用態様にもよるが、ガス及び水分を選択的に透過できるものであることが好ましい。例えば、陸上等で使用する場合は、電子機能部材１０を透過したガス及び水分をそのまま外部に排出できることが好ましい。これに対し、水中等で使用する場合は、外部からの水分が電子機能部材１０へ浸透することを避けるために、ある程度の水分の遮断性を有していることが好ましい。

集積回路５０は特に限定されない。外部に情報を伝達することができれば、一般に使用されているものを用いることができる。被覆部６０も一般に絆創膏等に用いられているものを使用することができる。

（実施例１）
図９は、実施例における電子機能部材の作製・使用手順を示した。
基材として、パリレンからなるフィルムを用い、１ｃｍ×２ｃｍの開口部を形成した。このときパリレンの裏面には同じサイズの開口部が形成されたポリイミドフィルムを支持体として用いた。
次に、開口部に対してエレクトロスピニング法を用いて樹脂組成物を懸架させた。樹脂組成物はＰＶＡで形成されており、樹脂組成物の直径は３００～８００ｎｍであり多少のばらつきを有する。
さらに、樹脂組成物からなる繊維網と基材に渡って一体として導電被覆部を形成した。導電被覆部は、Ａｕをマスクを介した蒸着で形成した。マスクにより、繊維網上の導電被覆部は３端子形状とした。導電被覆部の膜厚は、８０ｎｍであった。

次に、支持体から電子機能部材を剥離した。この電子機能部材をラットの脳に接触させた。このとき、電極間で測定された抵抗値は、４～１２ｋΩであった。

（比較例１）
比較例１の電子機能部材は、パリレンからなるフィルム上に、Ａｕ膜をマスクを介して３端子で形成した。実施例１とは、開口部を有さない点、繊維網を有さない点が異なる。この比較例２の電子機能部材を用いて、実施例１と同様の検討を行ったところ、電極間で測定された抵抗値は、１００ｋΩ～１ＭΩであった。

実施例１と比較例１を比べると、実施例１の抵抗値が少なく計測されていることがわかる。これは、比較例１ではＡｕの膜であるため、生体の被測定面に十分追従できなかったためと考えられる。これに対し、実施例１では、繊維網により高い追従性を有するため、より精密な計測ができた。

（実施例２）
実施例１と同様の方法で電子機能部材を作製した。作製した電子機能部材を人体の皮膚表面に装着して、抵抗値測定を行った。その結果、皮膚へ付着してから２週間経過後も測定することができた。すなわち、人体の発汗等や、日常生活で曝されるような水分に触れても、密着力が低下しなかった。これは電子機能部材が、柔らかく変形等に強く、またガスや水分や光の透過性を有するためであると考えられる。

１：基材、１Ａ：開口部、２：樹脂組成物、３：導電被覆部、３ａ：配線部、１０：電子機能部材、２１：シリンジ、２１ａ：ニードル、２２：導電シート、２３：樹脂組成物、３３：導電性被膜、４０：電子基板、５０：集積回路、６０：被覆膜、１００：電子部品、２００：ウェアラブルデバイス

Claims (7)

1. 開口部を有しない基材と、
   前記基材に延在して接続され、繊維状の樹脂組成物からなる繊維網と、
   前記繊維網の一部分の一方の面側を被覆すると共に、基材上にも延在する、パターニングされた導電被覆部とを備え、
   前記繊維網上の前記導電被覆部は、前記樹脂組成物上に形成された網目状の導電性被覆と前記導電性被覆が形成された前記繊維網間の空隙とで構成され、
   前記繊維網全体の厚みは、１μｍ以上１００μｍ以下である、
   生体用薄型電極部材。
2. 前記繊維状の樹脂組成物は、生体に対して溶解可能な物質からなる請求項１に記載の生体用薄型電極部材。
3. 前記繊維網は、直径が１００ｎｍ～１０μｍである繊維状の樹脂組成物からなる請求項１または２に記載の生体用薄型電極部材。
4. 前記樹脂組成物が、互いに一部で結着していることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の生体用薄型電極部材。
5. 前記導電被覆部を構成する導電性被覆の膜厚が、２０ｎｍ～２０００ｎｍであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の生体用薄型電極部材。
6. 請求項１～５のいずれかに記載の生体用薄型電極部材の導電被覆部に接続された電子回路要素を有する電子部品。
7. 請求項１～５のいずれかに記載の生体用薄型電極部材を備えたウェアラブルデバイス。

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