JP2010500715A

JP2010500715A - 集積デバイス

Info

Publication number: JP2010500715A
Application number: JP2009523393A
Authority: JP
Inventors: ヘルベルトリフカ; アルベルテュスアーエムドルトマンス; エリックアーミューレンカンプ; クリスティナタナセ
Original assignee: Koninklijke Philips NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2010-01-07
Also published as: US20090269621A1; WO2008017986A3; TW200816469A; EP2052413A2; CN101501854A; WO2008017986A2

Abstract

本発明は、少なくとも１つのアクティブ有機素子（１４、２４、２６）と、少なくとも１つのアクティブ有機素子を支持する基板と、少なくとも１つのアクティブ有機素子に接続された予め製造された薄型バッテリ（２０）と、集積デバイスをシールする密閉体とを有し、基板および密閉体のうちの一方は、予め製造された薄型バッテリにより形成されている構成の集積デバイス（１０）に関する。この構造により、薄い集積デバイスを得ることができる。本発明はまた、このような集積デバイスの製造方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つのアクティブ有機素子および該少なくとも１つのアクティブ有機素子に接続された薄型バッテリを備えた集積デバイスに関する。本発明はまた、このような集積デバイスの製造方法に関する。

アクティブ有機素子およびバッテリを備えたデバイスの一例は、国際公開第０３／０１９６５８号に開示されている。より正確には、この国際公開第０３／０１９６５８号に開示されたデバイスは、底から頂にかけて、基板（例えば、ガラスまたはフレキシブルフィルム）と、エネルギキャリヤ（バッテリまたは光電池）と、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）用基板として機能する半透明絶縁層と、最後に、ガラスからなるカプセル密閉体（encapsulation）またはシールとを有している。エネルギキャリヤは、作動時に、ＯＬＥＤを発光させるために電圧を供給する。

１つの特定の実施形態では、エネルギキャリヤおよびＯＬＥＤは半透明絶縁層の両側に作られ、その代わりに、底基板はエネルギキャリヤのためのシールとして作用する。従って、ＯＬＥＤおよびエネルギキャリヤは別々にシールされる。シーリングは、デバイス性能を低下させるおそれのある水および酸素の侵入を防止するのに必要である。

しかしながら、国際公開第０３／０１９６５８号に開示の構造は、エネルギキャリヤおよびＯＬＥＤがカプセル密閉されかつ別々にシールされるため、比較的厚くかつ高価なパッケージとなってしまう。このため、多くの適用のためには、薄型で低コストなことが重要なファクターとなる。また、エネルギキャリヤは薄膜技術で形成され、これにより高コストとなってしまう。

国際公開第０３／０１９６５８号

本発明の目的は、上記問題を解決することおよび厚さが小さい改善された集積デバイスを提供することにある。

以下の説明から明らかないように、上記および他の目的は、特許請求の範囲に記載の集積デバイスおよび該集積デバイスの製造方法により達成される。

本発明の一態様によれば、少なくとも１つのアクティブ有機素子と、少なくとも１つのアクティブ有機素子を支持する基板と、少なくとも１つのアクティブ有機素子に接続された、予め製造された薄型バッテリと、集積デバイスをシールする密閉体とを有し、基板および密閉体のうちの一方が、予め製造された薄型バッテリにより形成されている構成の集積デバイスが提供される。

従って、予製造バッテリは、デバイスの頂部密閉体として作用し、またはデバイスの支持基板および／または保護基板として作用する機能を有する。これにより、別々の密閉体および基板を省略できるため、従来技術の構造と比較して、より薄くかつより頑丈なデバイスが得られる。デバイスは、バッテリにより自律的に作動できる。

バッテリはアクティブ有機素子の全領域をカバーすることが好ましく、これにより、アクティブ有機素子が水および／または空気に曝されなくなる。

一実施形態では、基板は透明基板であり、該透明基板上に少なくとも１つのアクティブ有機素子が形成されており、予め製造された薄型バッテリが、少なくとも１つのアクティブ有機素子の頂部上に配置されている。従って、これにより、予製造バッテリは、集積デバイスの密閉体として作用する。また、透明基板は、デバイス全体がフレキシブルになるように、フレキシブル材料で作ることができる。

他の実施形態では、予め製造された薄型バッテリは少なくとも１つのアクティブ有機素子に取付けられ、バッテリの側とは反対側の、少なくとも１つのアクティブ有機素子の側面には、密閉コーティングが設けられている。従って、これにより、予製造バッテリは集積デバイスの基板として作用する。

一実施形態では、少なくとも１つのアクティブ有機素子はＯＬＥＤであり、バッテリはＯＬＥＤに給電するように構成されている。ＯＬＥＤは、例えば、ディスプレイまたは光源とすることができる。

他の実施形態では、少なくとも１つのアクティブ有機素子は有機センサであり、バッテリは有機センサに給電するように構成されている。センサは、例えばフォトセンサ、有機スイッチ、整流ダイオード等である。

他の実施形態では、少なくとも１つのアクティブ有機素子は有機光電池であり、該光電池はバッテリを充電するように構成されている。

他の実施形態では、少なくとも１つのアクティブ有機素子は、互いに隣接して配置されたＯＬＥＤと有機光電池を備え、有機光電池はバッテリを充電し、バッテリはＯＬＥＤに給電するように構成されている。隣接するＯＬＥＤおよび有機光電池は、同じ基板上に同時に形成するのが有利であり、これは非常にコスト効率的である。

一実施形態では、少なくとも１つのアクティブ有機素子の側とは反対側のバッテリの側面に設けられた第２のＯＬＥＤを更に有している。このようなデバイスは、例えば、両面形ディスプレイ（この場合には、第１の有機素子もＯＬＥＤである）または２色ランプを提供できる。

一実施形態では、少なくとも１つのアクティブ有機素子の周囲および少なくとも１つのアクティブ有機素子と予め製造された薄型バッテリとの間には固定剤が塗布されており、該固定剤はゲッタ物質からなる。ゲッタ物質は、酸化カルシウムのような吸水物質である。従って、固定剤は、少なくとも１つのアクティブ有機素子と予め製造された薄型バッテリとを結合し、かつデバイスの側面からの水分から少なくとも１つのアクティブ有機素子を保護する作用をする。

本発明の他の態様によれば、透明基板を用意する段階と、該透明基板上に少なくとも１つのアクティブ有機素子を形成する段階と、集積デバイスをシールするように、予め製造された薄型バッテリを、少なくとも１つのアクティブ有機素子の頂部上に配置する段階とを有する構成の集積デバイスの製造方法が提供される。従って、これにより、予製造バッテリは、集積デバイスの密閉体として作用する。

一実施形態では、少なくとも１つのアクティブ有機素子を形成すべき透明基板の側面上に密閉コーティングを設ける段階と、少なくとも１つのアクティブ有機素子が形成された後に、透明基板を除去する段階とを更に有している。従って、これにより、光電池は集積デバイスの基板として作用する。透明基板は、予め製造されたバッテリが、少なくとも１つのアクティブ有機素子の頂部上に配置された後に除去されることが好ましい。予め製造された薄型バッテリは、例えばラミネート加工により、少なくとも１つのアクティブ有機素子の頂部上に配置される。

一実施形態では、本発明の方法は、少なくとも１つのアクティブ有機素子の頂部上にバッテリをラミネートした後に、バッテリに電解液を充填する段階を更に有している。バッテリに電解液が充填される前は、バッテリは非常にフラットであり、従ってより良くラミネートされ、このため、バッテリのシーリング特性が改善される。

本発明の一実施形態による単一のアクティブ有機素子を備えた集積デバイスを示す概略側断面図である。本発明の他の実施形態によるＯＬＥＤおよび光電池を備えた集積デバイスを示す概略側断面図である。本発明の他の実施形態による集積デバイスの製造段階を示す側断面図である。本発明の他の実施形態による集積デバイスの製造段階を示す側断面図である。

以下、本発明の上記および他の特徴を、本発明の現在好ましい実施形態を示す添付図面を参照してより詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態による集積デバイス１０を示す側断面図である。図１の底から頂にかけて、集積デバイス１０は透明基板１２を有し、該基板１２上に有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）１４が形成される。ＯＬＥＤ１４は、例えば、印刷またはシャドウマスクを介した堆積または蒸着により形成される。透明基板１２は、例えばガラスまたはプラスチックで作られる。また、透明基板１２は、デバイス１０の全体をフレキシブルにできるフレキシブル材料で作ることができ、かつＯＬＥＤ１４はディスプレイとしてまたは光源として機能するように構成できる。

基板１２およびＯＬＥＤ１４は、薄膜パッケージング層１６、例えばＮＯＮＯＮスタック（窒化ケイ素−酸化ケイ素−窒化ケイ素−酸化ケイ素−窒化ケイ素：silicon nitride-silicon oxide-silicon nitride-silicon oxide-silicon-nitride）でコーティングされる。層１６上には上塗り（トップコート）１８がコーティングされ、かつ上塗り１８上には予め製造された薄型バッテリ２０が取付けられる。予め製造された薄型バッテリ２０は、ＯＬＥＤの全領域をカバーする。上塗り１８は接着剤として機能し、予め製造された薄型バッテリ２０は上塗り１８上に積層又はラミネートされるのが好ましい。また、接着剤１８中には酸化カルシウム（ＣａＯ）のような吸水ゲッタ物質を含有させ、デバイスの側部からの水分の侵入からＯＬＥＤ１４（または他のあらゆるアクティブ有機素子）を保護するように構成できる。また、バッテリを除くデバイスの周囲には標準接着剤のリム（図示せず）を塗布して、水の侵入を低減させ、これによりデバイスを更に保護することもできる。バッテリ２０は、デバイス１０の作動中にＯＬＥＤ１４に給電してＯＬＥＤ１４を発光（矢印で示す）させるように構成されている。バッテリ２０は、デバイス内にバッテリを組込むことが、主としてデバイスの残部とバッテリとを組付けることを含むという意味で予め製造される。

予め製造されたバッテリ２０の頂部には、他のいかなるコーティングまたはシーリングを設ける必要はない。従って、この場合には、予め製造された薄型バッテリ２０は、デバイス１０の頂面のカプセル密閉体として作用し、専用の頂面密閉またはシーリングを用いることを回避できる。この目的のため、予め製造される薄型バッテリ２０は、フラットでかつ水（水密性）および／または空気に対して不透過性を有するものでなくてはならない。このような特性を有する予製造バッテリの一例として、フィリップス（Philips）社によるLithyleneバッテリがある。また、基板１２がフレキシブルであるか省略される場合には、予製造バッテリは、完全にフレキシブルなデバイスを実現すべくフレキシブルでなくてはならない。また、集積デバイスの製造時には、或るバッテリ（例えば、Lithyleneバッテリ、NiCdバッテリおよびNiMhバッテリ）のためには、そのバッテリをデバイスに取付けた後に、バッテリに電解液を充填するのが有利である。なぜならば、電解液が入っていないバッテリは非常に薄いからである。これにより、より良好なラミネート、従ってより良好にシールできるであろう。

図１に示す集積デバイス１０では、予製造バッテリ２０の厚さは約５００μｍのオーダー、上塗り１８の厚さは約１０μｍのオーダー、層１６の厚さは約１μｍのオーダー、および基板１２の厚さは約７００μｍのオーダーであり、デバイス全体の厚さは約１２００μｍである。

他の実施形態では、上記ＯＬＥＤ１４は、フォトセンサのような有機センサ２４、または有機光電池２６（例えば太陽電池）に置換できる。前者の場合には、バッテリ２０は有機センサ２４に給電し、これに対し後者の場合には、有機光電池２６がバッテリ２０を充電する。また、任意であるが、ＯＬＥＤ１４、有機センサ２４、有機光電池２６が設けられる側とは反対側の予製造バッテリ２０の側面には、付加的なＯＬＥＤ３０を設けることができる。このようなデバイスは、例えば両面ディスプレイ（第１有機素子がＯＬＥＤである場合）、または自己給電形ランプ（第１有機素子が光電池である場合）を構成できる。

図２は、本発明の他の実施形態による集積デバイス１０を示す側断面図である。図２のデバイスは、有機光電池２６がＯＬＥＤ１４に隣接して基板１２上に設けられている点を除き、図１のデバイスと同じである。予製造バッテリ２０は、この実施形態でも、デバイス１０の頂部密閉体として機能する。有機光電池２６はバッテリ２０を充電し、バッテリ２０はＯＬＥＤ１４に給電するように構成されている。従って、自律デバイスが実現される。デバイス１０のアノードおよびカソード（図示せず）は、ＯＬＥＤ１４および光電池２６を別々に接続できるように構成するのが好ましい。

ＯＬＥＤおよび有機光電池は、構造的に非常に良く似ている。これらは両方とも、アノードとカソードとの間に挟持されたバッファ層および有機アクティブ層を有している。唯一の相違は、有機アクティブ層の物質の種類である。ＯＬＥＤでは有機アクティブ層の物質（このような物質の例として、ＰＰＶの誘導体およびポリ（フルオレン）がある）が発光するのに対し、有機光電池では、有機アクティブ層の物質（このような物質の例として、共役ポリマー／フラーレンのブレンドがある）が光を電気エネルギに変換する。従って、ＯＬＥＤ１４および有機光電池２６は、異なるアクティブ層物質を用いるだけで、同じ製造ステップを用いて同時に基板１２上に有利に形成できる。ＯＬＥＤ１４および有機光電池２６は、例えば、基板１２上に印刷またはシャドウマスクを介して蒸着される。

図３ａおよび図３ｂは、本発明の他の実施形態による集積デバイス１０の製造段階を示す側断面図である。図３ａに示すデバイス１０は、ガラス基板１２と、ＯＬＥＤ１４／有機センサ２４／有機光電池２６との間に、カプセル密閉コーティング３２およびポリマーコーティング２８が付されている点を除き、図１のデバイス１０と同じである。カプセル密閉コーティング３２は層１６と同じ物質を使用でき、ポリマーコーティング２８はポリイミドで形成できる。ＯＬＥＤ１４／有機センサ２４／有機光電池２６が基板上に形成される前に、コーティングを基板１２に付しておくのが便利である。次に、基板１２が、図３ｂに示すように、ＥＰＬＡＲ技術（レーザリリースによるプラスチック上のエレクトロニクス:Electronics on Plastic by Laser Release）に従って、レーザによりポリマーコーティング２８から解放され、基板１２を備えていない最終デバイス１０が残される。この場合には、基板１２の代わりに、予め製造された薄型バッテリ２０がデバイスの基板として作用する。ガラス基板１２が存在しないため、フレキシブルバッテリを用いた完全にフレキシブルな集積デバイス１０を実現できる。しかしながら、基板１２を備えていない剛性デバイスを意図することもできる。

本発明には、可能性ある多くの用途がある。小サイズの集積デバイスは、手持ち形装置に使用するのに特に有効である。例えば、ＯＬＥＤディスプレイを備えた集積デバイスは、携帯電話、ＰＤＡまたはデジタルメディアプレーヤ等の手持ち形電子装置に組込むことができる。バッテリの各面に１つのＯＬＥＤディスプレイを備えた集積デバイス（すなわち、両面形ディスプレイ）は、フリップフォンに組込むことができる。ＯＬＥＤ光源を備えた集積デバイスは、独立形非常灯、読書灯、水中灯等に使用できる。ＯＬＥＤおよび有機光電池を備えた集積デバイスは、外部電源から独立した独立ランプまたはディスプレイとして使用できる。有機光電池を備えた集積デバイスは、例えば、特に電子クレジットカードにおけるように、サイズが小さいことが重要である種々の装置の再生可能電源として使用できる。有機センサを備えた集積デバイスは、スイッチングまたはコントロールの目的でＯＬＥＤと組合せて使用できる。

当業者ならば、本発明は、いかなる意味においても、上記好ましい実施形態に限定されるものではないことが理解されよう。これに対し、特許請求の範囲内で多くの修正および変更を行うことができる。例えば、予製造バッテリは基板として作用させることができ、またガラス基板は、図２に示したＯＬＥＤおよび有機光電池の両方を備えた実施形態においても、図３ａおよび図３ｂに関連して説明したように解放できる。また、例えば２つ以上のＯＬＥＤのような幾つかの有機アクティブ素子を基板上に設けることもできる。

１０集積デバイス
１２透明基板
１４有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）
１６薄膜パッケージング層
１８上塗り
２０バッテリ
２４有機センサ
２６有機光電池
２８ポリマーコーティング
３２カプセル密閉コーティング

Claims

集積デバイスであって、
少なくとも１つのアクティブ有機素子と、
前記少なくとも１つのアクティブ有機素子を支持する基板と、
前記少なくとも１つのアクティブ有機素子に接続された、予め製造された薄型バッテリと、
集積デバイスをシールする密閉体と、を備え、
前記基板および前記密閉体のうちの一方は、前記予め製造された薄型バッテリにより構成されていることを特徴とする集積デバイス。
前記バッテリは、前記アクティブ有機素子の全領域をカバーすることを特徴とする請求項１記載の集積デバイス。
前記基板は透明基板であり、該透明基板上に前記少なくとも１つのアクティブ有機素子が形成されており、前記予め製造された薄型バッテリは、集積デバイスをシールするように、前記少なくとも１つのアクティブ有機素子の頂部上に配置されていることを特徴とする請求項１記載の集積デバイス。
前記透明基板は、フレキシブル材料で作られていることを特徴とする請求項３記載の集積デバイス。
前記予め製造された薄型バッテリは、前記少なくとも１つのアクティブ有機素子に取付けられ、前記バッテリは基板として機能し、前記バッテリの側とは反対側の、前記少なくとも１つのアクティブ有機素子の側面に、密閉コーティングが設けられていることを特徴とする請求項１記載の集積デバイス。
前記少なくとも１つのアクティブ有機素子はＯＬＥＤであり、前記バッテリは前記ＯＬＥＤに給電するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の集積デバイス。
前記少なくとも１つのアクティブ有機素子は有機センサであり、前記バッテリは前記有機センサに給電するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の集積デバイス。
前記少なくとも１つのアクティブ有機素子は有機光電池であり、該光電池は前記バッテリを充電するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の集積デバイス。
前記少なくとも１つのアクティブ有機素子は、互いに隣接して配置されたＯＬＥＤと有機光電池を含み、前記有機光電池は前記バッテリを充電し、前記バッテリは前記ＯＬＥＤに給電するように構成されていることを特徴とする請求項１記載の集積デバイス。
前記少なくとも１つのアクティブ有機素子の側とは反対側のバッテリの側面に設けられた第２のＯＬＥＤを更に備えたことを特徴とする請求項１記載の集積デバイス。
前記少なくとも１つのアクティブ有機素子の周囲および前記少なくとも１つのアクティブ有機素子と前記予め製造された薄型バッテリとの間に固定剤が塗布されており、該固定剤はゲッタ物質からなることを特徴とする請求項１記載の集積デバイス。
集積デバイスの製造方法であって、
透明基板を用意する段階と、
該透明基板上に少なくとも１つのアクティブ有機素子を形成する段階と、
集積デバイスをシールするように、予め製造された薄型バッテリを、前記少なくとも１つのアクティブ有機素子の頂部上に配置する段階と、を備えたことを特徴とする集積デバイスの製造方法。
前記少なくとも１つのアクティブ有機素子を形成すべき前記透明基板の側面上に密閉コーティングを設ける段階と、
前記少なくとも１つのアクティブ有機素子が形成された後に、前記透明基板を除去する段階と、を更に有することを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記透明基板を、前記予め製造されたバッテリが、前記少なくとも１つのアクティブ有機素子の頂部上に配置された後に除去することを特徴とする請求項１３記載の方法。
前記予め製造された薄型バッテリを、ラミネート加工により、前記少なくとも１つのアクティブ有機素子の頂部上に配置することを特徴とする請求項１２記載の方法。
前記少なくとも１つのアクティブ有機素子の頂部上に前記バッテリを配置した後に、前記バッテリに電解液を充填する段階を更に有することを特徴とする請求項１２記載の方法。