2017 年度実施状況報告書

切り紙構造を利用したフレキシブルディスプレイ

研究課題

研究課題/領域番号	16K18088
研究機関	国立研究開発法人産業技術総合研究所
研究代表者	武居淳国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (70726794)
研究期間 (年度)	2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード	切り紙 / ストレッチャブル
研究実績の概要	本研究では切り紙構造を用いてストレッチャブルディスプレイを実現する。切り紙構造とは切り込みを入れたシート材料に力を加え、シート材料を面外変形させることで得られる三次元構造のことである。この方法を用いて得られる三次元構造に発色/発光流体を配置しストレッチャブルディスプレイとしての機能を持たせる。本年度はミリメートルスケールの切り紙構造、電圧感応発色機能をもったイオン液体、金属蒸着を使ったシート材料への配線のパターンニングを使いストレッチャブルディスプレイの試作を行った。ミリメートルスケールの切り紙構造はレーザーカッターを使いPETフィルム上に切り込みを入れることで製作した。切り込みのパターンと最終的に得られる三次元構造の関係を実験的に調べ、効率的にイオン液体を配置できる構造の知見を得た。またスパッタを使った金属蒸着を行うことで前述のPETフィルム上に配線をパターニングできることを確認した。イオン液体にpHインジケータを混ぜ合わせることで電圧に応じて色が変化する機能性が発現することを確認した。さらにこのイオン液体を切り紙構造上に配置し、有機膜を成膜することで封止することに成功した。本年度は申請者の所属がお茶の水女子大学ソフトマター教育研究センターから産業技術総合研究所フレキシブルエレクトロニクス研究センターに異動となった。そのため、新規研究環境において微細加工などの実験環境を整ることもおこなった。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 3: やや遅れている理由本年度、申請者は所属をお茶の水女子大学ソフトマター教育研究センターから産業技術総合研究所フレキシブルエレクトロニクス研究センターに異動となった。そのため、科研費の移行による科研費を執行できない期間が生じた。また、新規研究環境である産業技術総合研究所で実験を行うために安全講習等を新たに受講する必要が生じた。これらの要因が課題の進捗を遅らせることにつながった。しかしながら、産業総合研究所フレキシブルエレクトロニクス研究センターが所有する金属蒸着装置、レーザーカッター、有機膜成膜装置などの微細加工設備を使用し研究を進める環境を本年度の後半には整えることができた。その結果、mmスケールの切り紙構造に電極をパターニングした後に、電圧感応性発色流体を切り紙構造上に配置することでストレッチャビリティを持つディスプレイの試作機を作ることができた。
今後の研究の推進方策	PETフィルム上に電極をパターニングした後にレーザーカッターを用いて切り込みを入れることで、配線を持つ切り紙構造を作ることができた。また得られた切り紙構造に電圧感応発色流体を配置した後に有機膜を成膜することで、流体を封止することに成功した。今年度までに材料として基板となるPETフィルム、発色流体であるイオン流体、配線となる金属を組み合わせストレッチャブルディスプレイの試作機を作ることができた。また、本年度までに薄膜の材料力学的な剛性と流体の表面張力を比較することで、上記の材料の組み合わせで機械的に安定な構造を作るための理論的な考察も終えている。これらの結果を踏まえて、最終年度はストレッチャブルディスプレイの性能の向上を目指す。具体的には以下の点を改善する。第一に試作機で得られた画像素子の大きさはmmスケールであった。実際にディスプレイとして使用する際には人間の目で視認できない300マイクロメートル程度まで画像素子を小さくする必要が生じる。試作機の段階では所有しているレーザーカッターでの製作精度の限界がmmスケールであった。今後は外部委託を積極的に利用し10マイクロメートル程度の精度を持つレーザーカッターを使用し、300マイクロメートル程度のスケールの切り紙構造を製作する。また、本年度は切り込みを基板の半分まで入れるハーフカットという技術を使うことで切り紙構造の面外変形の方向を制御することで、効果的に流体を留める構造を実現する。また、これまでに用いてきたイオン流体による電圧感応発色は電圧を印可してから発色がおきるまでに数秒間かかるという時間応答性の悪さがあった。最終年度は磁性流体や電界感応発光流体などあらたな発色/発光流体を用いることで時間応答性の改善を図る。
次年度使用額が生じた理由	本年度、申請者は所属をお茶の水女子大学ソフトマター教育研究センターから産業技術総合研究所フレキシブルエレクトロニクス研究センターに異動となった。そのため、科研費の移行による科研費を執行できない期間が生じた。また、新規研究環境である産業技術総合研究所で実験を行うために安全講習等を新たに受講する必要が生じた。これらの要因が課題の進捗を遅らせることにつながった。上記の理由により、当初予定していた実験材料の購入や研究成果の論文発表や学会発表に伴う研究費の使用ができなかったため次年度使用額が発生した。