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曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス

国内特許コード P180014803
整理番号 1827
掲載日 2018年1月31日
出願番号 特願2016-113597
公開番号 特開2017-220555
出願日 平成28年6月7日(2016.6.7)
公開日 平成29年12月14日(2017.12.14)
発明者
  • 岩瀬 英治
  • 岩田 吉丘
出願人
  • 学校法人早稲田大学
発明の名称 曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス
発明の概要 【課題】一般的な金属等を用いた配線と半導体素子を用いることができ、従来技術に比べて曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス1を提供する。
【解決手段】曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス1において、複数の平板部3と、複数の平板部3間を繋ぎ、折り曲げ可能なヒンジ部4と、ヒンジ部4同士の交点に設けられた空隙5と、曲げ変形および伸縮変形時に歪みが実質的にゼロであるヒンジ部4の中立面6とを備える構成とする。中立面6近傍に配線を設ければ、曲げ変形および伸縮変形可能な電気配線を実現できる。さらに平板部3に被搭載物2を設ければ、繰返し変形および大変形を実現する電子デバイス1を提供することができる。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要


近年、柔軟性や伸縮性を持つフレキシブルデバイスの研究が盛んに行われており、液体発光材料を用いたフレキシブルディスプレイやフレキシブルセンサシート等が提案されている。例えば、曲げられるディスプレイやセンサ、太陽電池などの研究結果が非特許文献1あるいは2等で報告されている。



非特許文献1は印刷技術を用いた変形可能な無機LEDデバイスに関するものであり、サイズの小さなLEDをポリジメチルシロキサン(PDMS)のような柔軟性のある基板上に配置し、LED間をアーチ状の金属配線で接続する構造が開示されている。本文献では、この構造により、LEDや金属配線にかかる応力を緩和することができ、曲げ変形に対する耐性を向上できることが示されている。



非特許文献2は柔軟性を有する薄膜Si太陽電池に関するものであり、例えば15μm程度の厚さのSiマイクロセルと呼ばれる太陽電池を複数配置し、金属配線で接続する構造が開示されている。本文献では、このマイクロセルの上下に30μm程度の厚さのポリマーを用いて挟み込み、曲げ変形に対して圧縮歪みも引張歪みもかかりにくくなる中立面にマイクロセルを配置することでマイクロセルにかかる応力を緩和し、曲げ変形に対する耐性を向上できることが示されている。



しかし、これらのデバイスは、曲げ変形は可能であるが、伸縮変形に対する耐性は低い。曲げ変形では圧縮歪みも引張歪みもかからない中立面があるのに対し、伸縮変形では歪みがゼロとなる場所がないことから、素子や配線部を中立面に配置するアプローチでは、伸縮変形できるデバイスを実現することはできないからである。これに対して、伸縮耐性を備える有機材料を用いることで、曲げられるだけでなく伸縮変形にも対応するデバイスを実現しようとする研究も多く行われている(例えば、非特許文献3参照)。

産業上の利用分野


本発明は、曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイスに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
複数の平板部と、
前記複数の平板部間を繋ぎ、折り曲げ可能なヒンジ部と、
前記ヒンジ部同士の交点に設けられた空隙と、
曲げ変形および伸縮変形時に歪みが実質的にゼロである前記ヒンジ部の中立面と
を備えることを特徴とする曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス。

【請求項2】
前記ヒンジ部の少なくとも一部において前記中立面の近傍に設けられる配線を備える請求項1記載の曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス。

【請求項3】
前記配線の材料が、無機材料、金属材料、半導体材料および有機材料のうちの少なくとも1つを含む請求項2記載の曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス。

【請求項4】
前記配線が前記ヒンジ部の表面に配設された請求項2または3記載の曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス。

【請求項5】
前記平板部に搭載される被搭載物を備える請求項1~4のいずれか1項記載の曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス。

【請求項6】
前記被搭載物が電子素子、光学素子、発光素子、センサ素子、半導体素子、発電素子、圧電素子、電池素子およびアクチュエータ素子のうちの少なくとも1つを含む請求項5記載の曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス。

【請求項7】
前記被搭載物の材料が、無機材料、金属材料、半導体材料および有機材料のうちの少なくとも1つを含む請求項5または6記載の曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス。

【請求項8】
前記ヒンジ部を折り曲げることにより、蛇腹折り状、ミウラ折り状、吉村パターン状またはなまこ折り状に折り畳み可能な請求項1~7のいずれか1項記載の曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス。

【請求項9】
前記空隙の空隙幅が前記ヒンジ部のヒンジ幅よりも大きい請求項1~8のいずれか1項記載の曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス。

【請求項10】
前記平板部が配線層、配線保護層および支持層の順に積層して構成される構造を含み、
前記ヒンジ部が前記配線層および前記配線保護層の順に積層して構成される構造を含む請求項1~9のいずれか1項記載の曲げ変形および伸縮変形可能な電子デバイス。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2016113597thum.jpg
出願権利状態 公開
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