JP2007184254A - 電子デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】発光機能を有し、軽量であって厚さが薄く、充電により再利用可能である電子デバイスを提供する。
【解決手段】発光素子（ＬＥＤ１２）と電池と外部筐体（コアシート８ａ，８ｂ）と外部端子７とを備える電子デバイスにおいて、ＬＥＤ１２の少なくとも側面の下部を外部筐体中に埋設し、電池として、０．１〜０．７ｍｍの厚みを有する薄型有機ラジカル電池１を用いる。薄型有機ラジカル電池１は、少なくともＬＥＤ１２と薄型有機ラジカル電池１とが厚さ方向に重ならないように平面上に配置されている。外部筐体は厚さ０．９ｍｍ以下である。
【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、発光素子を備えた電子デバイスに関し、特に、軽量で携帯性に優れた電子デバイスに関する。

近年、電子デバイスを構成する素子の小型化に伴い、電子デバイス自体もいっそうの小型化が進んでいる。種々の電子デバイスを小型化するにあたり、要求されるサイズとして最も広く認知されているのが、ＩＣ（集積回路）カードのサイズである。ＩＣカードの一般的なサイズは、縦５４．０ｍｍ×横８５．７ｍｍ×厚さ０．７６ｍｍであり、これは、ＩＤ−１型カードと呼ばれる国際規格サイズである。実際にはＩＣカードの厚さは、国際規格に準じた０．７６ｍｍが中心であるが、ばらつきもあり、０．９ｍｍ程度の比較的厚めのものもある（例えば特許文献１参照）。

現在、ＩＣカードに内蔵する電源としては、主に薄型キャパシタが用いられている。これは、ＩＣカードの厚さが０．７６ｍｍと薄く、この厚さ内に内蔵可能な電源デバイスは、現状では薄型キャパシタしかないからである。しかしながら、薄型キャパシタの場合、蓄電容量が小さいという問題点がある。なお、特許文献２にはリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池などの一般的な二次電池を内蔵したＩＣカードが開示されているが、これらの電池では０．７６ｍｍという国際規格サイズの厚さ内に収めることができない。

ところで、携帯型発光デバイスとしては、従来の小型の懐中電灯のほかに、最近では、キーホルダー型やライター型等、種々の形態にものが商用化されている。これらの携帯型発光デバイスにおける発光部（発光素子）としては、発熱電球以外にもＬＥＤ（発光ダイオード）が知られている。ＬＥＤは電球などと比較して消費電力が少なく、かつ熱を帯びにくく、コンパクトで長寿命であるため、近年では、ＬＥＤを用いたバッジ（ＬＥＤバッジ）なども広く用いられるようになってきている。
特開平７−２６２３３３号公報 国際公開ＷＯ０１／９７３００号 特開２００２−１５１０８４号公報 特開２００２−３０４９９６号公報 特開２００３−３０８８３９号公報

ＩＣカードサイズであって、発光素子、特に、電球などに比べて消費電力が小さく長寿命であるＬＥＤを内蔵した電子デバイスが実現すれば、発光機能を必要とする種々の電子デバイスを実用に供することが可能となる。しかし、発光素子は、ICに比べて動作電圧が高い上に消費電力も大きいため、電源の寿命が問題となる。

従来のＬＥＤバッジにおいては、電源として、厚みが３ｍｍ程度のボタン電池を複数組み合わせて使用している。このようなＬＥＤバッジにおけるような構造において小型化を実現するためには、厚さ方向に電池とＬＥＤとを重ねて配置する必要があり、ＩＣカードサイズで同様の発光型の電子デバイスを得ることは困難である。また、ＩＣカードサイズ用としての従来の薄型キャパシタでは、蓄電容量が小さいので、発光素子用電源として用いることは非常に困難である。

このような電子デバイスに要される電源は、その厚さが０．７ｍｍ程度以下であること、充電により再利用が可能であること、軽量であることが望まれる。また、充電が短時間で完了することも望まれる。

そこで本発明の目的は、発光機能を有し、軽量であって厚さが薄く、充電により再利用可能な電源を持つ電子デバイスを提供することにある。

本発明の電子デバイスは、外装体と、この外装体に設置された発光素子と、その外装体に設置され、少なくとも発光素子を駆動する電源とを備え、その電源が有機ラジカル電池よりなることを特徴とする。これにより、電源となる有機ラジカル電池は０．１〜０．７ｍｍの厚みで形成できるものなので、少なくとも発光素子と電源とを外装体の厚さ方向に重ならないように平面上に配置することで、外装体の厚みを０．９ｍｍ以下にすることが可能である。

本発明において用いられる有機ラジカル電池は、活物質である有機ラジカル化合物の酸化還元反応を用いる電池である。特許文献３には、ニトロキシドラジカル化合物、アリールオキシラジカル化合物及び特定のアミノトリアジン構造を有する高分子化合物などのラジカル化合物を正極材料として用いる有機ラジカル電池が開示されている。特許文献４に記載されている有機ラジカル化合物の酸化還元反応を用いる電池では、ニトロキシル高分子と炭素（導電付与剤）を混合した正極が用いられている。また、特許文献５には、正極及び負極の少なくとも一方の電極反応がチアジル基を有するラジカル化合物を反応物もしくは生成物とする反応であるラジカル電池が開示されている。

このような有機ラジカル電池を用いることで、薄型軽量であり、再充電可能なＩＣカード用電源が提供できる。有機ラジカル電池は短時間での充電も可能であり、ＩＣカードサイズ用デバイスに対する電源としては最適である。本発明は、このような有機ラジカル電池と発光素子とを厚さ方向に重ならないように平面上に配置することで、はじめてＩＣカードサイズで発光機能を有する電子デバイスを実現したものである。

本発明の電子デバイスは、有機ラジカル電池を外装体の中に設けたり、あるいは、凹部を有する第１の筐体部とこの第１の筐体部を被覆するシール層とからなる外装体を用い、第１の筐体部の凹部内に有機ラジカル電池を配置したりすることによって、容易に実現することができる。シール層を剥離可能とすることで、電池の交換も容易に行うことができるようになる。電池が設置される凹部及び電池に相対するシール層の表面に、酸化シリコン（ＳｉＯ_X；ｘ＝１〜２）層を設けることによって、防水性を高めることが可能となる。

また本発明では、第１の筐体部とこの第１の筐体部を被覆するシール層とからなる外装体を用い、電池をシール層の中に設けてもよい。有機ラジカル電池は、使用環境として防水性が高いことが望まれるが、電池をシール層中に設けて密封することで防水性を高めることが可能となる。電池をシール層中に設ける場合、第１の筐体部において、電池が設置される位置に凹部を設けることで、より高い平坦性を確保することができる。

本発明において用いられる発光素子としては、電池と同様に薄型の光源であることが好ましく、消費電力の面からもＬＥＤが好適に用いられる。発光素子は、外装体に完全に埋め込まずに用いても良いが、電池と同様に外装体の中に設置してもよく、その場合には、発光素子の周囲の外装体のうち少なくとも一部を透明材料とすることによって、光を取り出すことが可能となる。

外装体の中に電池と発光素子を設置する場合、特に、凹部を有する第１の筐体部とこの第１の筐体部を被覆するシール層とからなる外装体を用いる場合、それらの厚さが同程度であれば、電池と発光素子とを設置する際の高さ位置を容易に調整することができる。さらに、シール層のうち少なくとも発光素子上に設けられる部分のシール層を透明材料とすることで、光を取り出すことが可能となる。

本発明において、外装体は、外部から電池を充電するための外部端子をさらに有していてもよい。このような外部端子を用いることにより、電池を取り出したり取外したりすることなく、電池への再充電が可能となる。

さらに、本発明による電子デバイスは、例えば暗所での作業に利用するための携帯用の発光器具として用いることができる。

また、有機ラジカル電池の可撓性の高さを生かして、曲面に用いることや着用することができる。例えば、夜間の歩行・自転車走行の際に電池と発光素子を設けた帽子や服などを着用して、自動車の運転手へ存在をアピールして事故を防止することができる。祭りや遊園地のパレード、アイドルのコンサート会場においては、本発明の電子デバイスを用いたブレスレットや指輪などの発光する装身具を着用したり、光る風船・光るうちわなどの玩具を使ったりすることでより楽しむことができる。また、紙と本発明の電子デバイスを一体化することで、光るポスター・光るカタログなど目立つ広告媒体や、暗所での読書のために自ら照明を有する本、話の内容に合せて色や点滅の具合を変えて光る絵本、光デコレーション付きグリーティングカード、などとして利用することができる。

また、外装体に発光素子を埋め込んだ場合、光の透過面にセンサ素子を設ければ、本発明による電子デバイスをセンシング素子として用いることが可能となる。このような場合、センサ素子によって得られた信号を送出するための端子として、外部端子を用いることができる。例えば外部端子としてＵＳＢ(Universal Serial Bus)端子を外装体に設ければ、接続した外部機器から供給される電力によって電池の充電を行いつつ、その外部機器に向けて信号送出を行うことが可能になる。

本発明によれば、軽量で携帯に優れた、発光素子を内蔵する電子デバイスが得られる。本発明による電子デバイスは、携帯用の発光器具として用いられるほか、光を要するセンシング素子、例えば指紋認証用素子などに応用できる。

次に、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。

［１］ 電子デバイス
まず、本発明に基づく電子デバイスについて説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、図中の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１Ａは、本発明の実施の一形態の電子デバイスの平面図であり、図１Ｂは、図１ＡのＸ−Ｙ線での断面図である。この電子デバイスの代表的なサイズは、縦５４ｍｍ×横８６ｍｍであり、厚さは０．７〜０．９ｍｍである。この電子デバイスは、内部に埋め込まれた薄型の有機ラジカル電地１とＬＥＤ（発光ダイオード）１２とを有するものであって、オーバーレイ９ａ、コアシート８ａ、コアシート８ｂ及びオーバーレイ９ｂをこの順に重ね合わせた外装体（筐体部）を有する。

図２Ａは、オーバーレイ９ｂをその上方から見た図であり、図２Ｂは、図２ＡのＸ−Ｙ断面を示している。オーバーレイ９ｂは、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＥＴ−Ｇなどの樹脂からなる、厚さ０．１ｍｍ程度の透明性のあるプラスチックフィルムである。オーバーレイ９ｂには、コアシート８ａの充電端子７と重なる部分に穴１１があけられている。

図３Ａは、コアシート８ｂをその上方から見た図であり、図３Ｂは、図３ＡのＸ−Ｙ断面を示している。コアシート８ｂは、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＥＴ−Ｇなどの樹脂からなる厚さ０．２５〜０．３５ｍｍのプラスチックシートである。コアシート８ｂには、充電配線用のスルーホール６と充電端子７が設けられており、また有機ラジカル電池１を収納するためのキャビティ部１０と、ＬＥＤ１２を収容するための空間部１３とを有する。有機ラジカル電池１を収納するためのキャビティ部１０の表面には、防水性を向上させるために、３０〜２００ｎｍ厚程度の酸化シリコン（ＳｉＯ_x；ｘ＝１〜２）層を蒸着などで形成することができる。

図４Ａは、コアシート８ａをその上方から見た図であり、図４Ｂは、図４ＡのＸ−Ｙ断面を示している。コアシート８ａは、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＥＴ−Ｇなどの樹脂からなる厚さ０．２５〜０．３５ｍｍのプラスチックシートであり、その上に、有機ラジカル電池１、ＩＣモジュール２、アンテナ３、リード４、充電用配線５、ＬＥＤ１２及び配線１８が配置されている。ここで有機ラジカル電池１は、ＩＣカードにおける電源として設けられ、ＩＣモジュール２及びＬＥＤ１２に電力を供給する。図示したものでは、ＬＥＤ１２への電力の供給は、ＩＣモジュール２によって制御されるようになっている。アンテナ３は、平面コイルアンテナとして設けられている。

図５Ａは、オーバーレイ９ａをその上方から見た図であり、図５Ｂは、図５ＡのＸ−Ｙ断面を示している。オーバーレイ９ａは、ＰＶＣ、ＡＢＳ、ＰＥＴ−Ｇなどの樹脂からなる厚さ０．１ｍｍ程度の透明性のあるプラスチックフィルムである。

オーバーレイ９ａ、コアシート８ａ、コアシート８ｂ及びオーバーレイ９ｂをこの順に重ね合わせ、熱圧着（温度：１００〜１５０℃、圧力１〜１０ｋｇ／ｃｍ²、圧着時間：３０秒〜１０分）してこれらを融着することにより、図１に示した本実施形態のＩＤタグが得られる。

図６Ａは、本発明の別の実施形態の電子デバイスであって、外装体が筐体部とこれを被覆するシール層とを有してなる電子デバイスの平面図であり、図６Ｂは、図６ＡのＸ−Ｙ線での断面図である。コアシート８ｂには、その両方の主面間を接続する空間部が形成されており、コアシート８ａ上に配置された有機ラジカル電池１は、コアシート８ｂのこの空間部内に収容されている。そして、シート層１００は、有機ラジカル電池１を被覆し、この空間部を閉鎖するように、オーバーレイ９ｂ上に設けられている。ここでシール層１００は剥離可能であり、シール層１００を剥がすことによって、内部の有機ラジカル電池１の交換を容易に行うことができるようになっている。なお、防水性を高めるため、電池が設置される凹部（空間部）及び電池に相対するシール層１００の表面に、３０〜２００ｎｍ厚程度のシリコン（ＳｉＯ_x；ｘ＝１〜２）層を蒸着などで形成してもよい。

図７Ａ、図７Ｂは、発光素子（ＬＥＲ１２）と有機ラジカル電地１とシール層１００を有し、有機ラジカル電池１がシール層１００の内部に設けられている電子デバイスの一例を示すものであり、図７Ａはその上面図、図７Ｂは図７ＡのＸ−Ｙ線断面図である。また、図８Ａは、この電子デバイスにおけるシール層１００の断面図であり、図８Ｂは、シール層１００を下方から見た図である。シール層１００の裏面の外周部分１０２は接着性を有し、この外周部分１０２を用いて、シール層１００をコアシート８ｂに接着することができる。また、有機ラジカル電池１は電池カバー１０１内に収納されており、電池１からは金属もしくは炭素からなるタブ１４が出ている。タブ１４は、電池１の電極に対して電気的に接続している。電池１を装着する際に、タブ１４は、ＩＣモジュール２の端子１５と重なり合い、これによって、電池１からの電力がＩＣモジュール２に供給されるようになっている。

また、本発明の電子デバイスは、各種のセンサを組み込むことができる。図９Ａ、図９Ｂは、有機ラジカル電池１と、発光素子を用いたセンサとを有する電子デバイスの一例を示している。図９Ａはこのようなデバイスの平面図であり、図９Ｂは、図９ＡのＸ−Ｙ線での断面図である。ＬＥＤ１２とイメージセンサ１６とを組み合わせることにより光学式指紋センサとなる。ＬＥＤ１２及びイメージセンサ１６は、コアシート８ａ上に配置されている。検出対象の指がセンサ面１７上に置かれているとして、センサ面１７に対してＬＥＤ１２により光Ｅを照射し、センサ面１７で反射された光Ｆをイメージセンサ１６で検知することにより、指紋を認識できる。

本発明に基づく電子デバイスにアンテナが設けられている場合、アンテナは、有機ラジカル電地と同一の基板（コアシート）上に設けられていても、シール層上に設けられシール層を兼ねていてもよい。

また、本発明の電子デバイスは、上記ＩＤタグのようなカードサイズ形状の他にも様々な形態をとることが可能である。

すなわち、帽子や服などの衣類、ブレスレットや指輪などの装身具、風船・うちわなどの玩具、広告・本・絵本・グリーティングカードなどの印刷物に本発明の電子デバイスを用いることが可能である。

例えば、衣類の場合は、発光素子付き電子デバイスの外装体を所望の形状に形成しておき、上着の後ろ側に縫い付けることができる。

ブレスレット・指輪などの装身具の場合は、電子デバイスの外装体をリング形状に形成することが考えられる。

うちわの場合は、電子デバイスの外装体自身をうちわの形状にする。あるいは、通常のうちわの紙の間に電子デバイスを挟み、発光素子を露出させるという使い方が考えられる。

光る風船の場合は、電子デバイスの外装体に風船を使い、風船の中にＬＥＤなどの発光素子を配置するとともに、ＬＥＤなどに電気接続されたリボン状の有機ラジカル電池を風船の空気入れ口から外へ出して手持ち用ひもとし、ガスで膨らました風船の空気入れ口を閉じるという形態が考えられる。この場合、蛍光塗料を風船内面に塗っておくと尚良い。

印刷物の場合は、電子デバイスの外装体自体を表面に印刷された紙とし、必要な場所に穴を開けてＬＥＤなどの発光素子を露出させるという形態（絵本・グリーティングカードの例）が考えられる。あるいは、電子デバイスの外装体自体を、表面に印刷された紙またはＯＨＰシートとし、ＥＬなどの発光素子を内蔵させるという形態（広告ポスター・バックライト照明の本の例）が考えられる。

［２］ 薄型有機ラジカル電池
次に、本実施形態のＩＤタグに用いられる薄型有機ラジカル電池について説明する。図１０は薄型有機ラジカル電池の斜視図であり、図１１は、薄型有機ラジカル電池の内部構成を示す分解斜視図である。

薄型有機ラジカル電池は、その厚さが０．７ｍｍ以下である薄型の有機ラジカル電池のことである。薄型有機ラジカル電池の基本構成は、安定ラジカル化合物を正極活物質としたラジカル正極２０２と、多孔質ポリプロピレンやセルロースなどからなるセパレータ２０３と、金属リチウムなどからなる負極２０４がこの順に積層されたものである。この積層体はセパレータ２０３に電解液を浸透させ両側から外装用フィルム２０１で挟んで封止される。また、正極２０２及び負極２０４は、それぞれ正極リード２０５及び負極リード２０６に接続されており、これらのリードを介して電力を取り出せるように構成されている。外装用フィルム２０１としては、水蒸気透過性の低いアルミラミネートフィルムなどが使用される。

以下、本発明に用いられる有機ラジカル電池の各構成部分について説明する。

（１）ラジカル正極
ラジカル正極２０２における正極活物質として、還元状態において下記式（１）で表わされるニトロキシドラジカル、酸化状態において下記式（２）で表わされるオキソアンモニウム（ニトロキシドカチオン）を部分構造として分子中に有するニトロキシドラジカルポリマーを用いることができる。

有機ラジカル電池を一次電池として用いた場合、その放電時には下記式（１）で表されるニトロキシドラジカル基と、下記式（２）で表されるオキソアンモニウム基の間で電荷の授受を行っているものと考えられる。また、二次電池として用いた場合、その充放電時には、下記式（１）で表されるニトロキシドラジカル基と、下記式（２）で表されるオキソアンモニウム基の間で可逆的に電荷の授受を行っているものと考えられる。ここで、ニトロキシドラジカル基は、酸素原子と窒素原子を結合してなるニトロキシド基を構成する酸素原子が不対電子を有する置換基のことを表す。このニトロキシドラジカル基は、窒素原子の電子吸引性によって酸素上にある不対電子（ラジカル）が安定化されている。

このようなニトロキシドラジカルポリマーを用いることにより、安定して高エネルギー密度の電池を作動させることができる。

ニトロキシドラジカルポリマーの代表的な構造の例を下記式（３）〜（７）に示す。

これら式（３）〜（７）で表されるラジカルポリマーは、正極活物質として、還元状態において上記式（３）〜（７）で表されるニトロキシドラジカル、酸化状態においてそれぞれ下記式（８）〜（１２）で表されるオキソアンモニウム（ニトロキシドカチオン）となっている。そして、電池の作動時には上記式（３）〜（７）のニトロキシドラジカルと、下記式（８）〜（１２）のオキソアンモニウムとの間で電荷の授受を行っているものと考えられる。

なお、これらのニトロキシドラジカルポリマーの重量平均分子量は、５００以上であることが好ましく、さらには５０００以上であることがより好ましい。これは、重量平均分子量が５００以上であると電池用電解液に溶解しづらくなり、さらに分子量５０００以上になるとほぼ不溶となるからである。重合体のポリマーは、鎖状、分岐状、網目状のいずれでもよい。また、架橋剤で架橋したような構造でもよい。

また、これらのニトロキシドラジカルポリマーは、単独で用いることができるが、二種類以上を組み合わせて用いても良い。また、他の活物質と組み合わせて用いても良い。

また、ニトロキシドラジカルポリマーを用いて電極を形成する場合に、インピーダンスを低下させる目的で、導電付与剤を混合させることもできる。導電付与剤の材料としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリアセン等の導電性高分子が挙げられる。

また、ニトロキシドラジカルポリマーと導電付与剤の結びつきを強めるために、結着剤を用いることもできる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、各種ポリウレタン等の樹脂バインダーが挙げられる。

ラジカル正極２０２は、上記の正極活物質としてのニトロキシドラジカルポリマーを正極集電体上に形成してなり、正極集電体としては、ニッケルやアルミニウム、銅、金、銀、アルミニウム合金、ステンレス、炭素等からなる箔または平板を用いることができる。特に、電池の折り曲げを容易にするためには、箔状の集電体材料にゲル状のニトロキシドラジカルポリマーを形成した正極を作製することが好ましい。

（２）負極
負極２０４における活物質としては、リチウム金属やリチウム合金を用いることができる。リチウム合金としては、ＬｉＡｌ合金、ＬｉＡｇ合金、ＬｉＰｂ合金、ＬｉＳｉ合金、Ｌｉ−Ｂｉ−Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｄ合金、Ｌｉ−Ｇａ−Ｉｎ合金などが挙げられる。これらの形状としては特に限定されるものではなく、例えば、薄膜状、粉末を固めたもの、繊維状のもの、フレーク状のもの等であっても良い。また、これらの負極活物質を単独、もしくは組み合わせて使用できる。

負極２０４は、上記の活物質を集電体上に形成してなり、この集電体としては、正極を構成する集電体と同じ材料を用いることができる。勿論、活物質および集電体は電池の折り曲げを容易にする材料・厚みに選定される。

また、負極２０４の各構成材料間の結びつきを強めるために、結着剤を用いることもできる。このような結着剤としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフロライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフロライド−テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン・ブタジエン共重合ゴム、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、部分カルボキシ化セルロース、各種ポリウレタン等が挙げられる。

（３）セパレータ
ラジカル正極２０２、および負極２０４が接触しないようにポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質フィルム、セルロース膜、不織布などのセパレータ２０３を用いることができる。

（４）電解質
図１１に示す電池１は、電解液が浸透したセパレータ２０３を有している。

セパレータ２０３の電解液は、負極２０４と正極２０２の両極間の荷電担体輸送を行うものであり、一般には２０℃で１０^-5〜１０^-1Ｓ／ｃｍのイオン伝導性を有していることが好ましい。電解液としては、例えば電解質塩を溶剤に溶解した電解液を利用することができる。

この電解質塩として、例えばＬｉＰＦ₆、ＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂、ＬｉＮ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₂、ＬｉＣ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₃、ＬｉＣ（Ｃ₂Ｆ₅ＳＯ₂）₃等が挙げられる。

このような電解質塩を溶解させる溶剤としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチル−２−ピロリドン等の有機溶媒を用いることができる。これらの溶剤を単独もしくは２種類以上混合して用いることもできる。

また、電池はセパレータ２０３の替わりに固体電解質を有するものでもよい。この固体電解質としては、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン−モノフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−トリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン三元共重合体等のフッ化ビニリデン系重合体や、アクリロニトリル−メチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−メチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルメタクリレート共重合体、アクリロニトリル−エチルアクリレート共重合体、アクリロニトリル−メタクリル酸共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸共重合体、アクリロニトリル−ビニルアセテート共重合体等のアクリルニトリル系重合体、さらにポリエチレンオキサイド、エチレンオキサイド−プロピレンオキサイド共重合体、これらのアクリレート体やメタクリレート体の重合体などが挙げられる。これらの固体電解質としては、上記高分子物質に電解液を含ませてゲル状にしたものを用いたり、上記高分子物質の状態のものをそのまま用いたりすることができる。電池を折り曲げ易くするためには、ゲル状の電解質を用いるのが望ましい。

（５）電池形状
本発明に使用する薄型有機ラジカル電池の形状は、図１０に示すシート型に限定されるものではない。シート型の電池形状の他には、円筒型、角型、コイン型等が挙げられる。このような電池は、上述した正極、負極、電解質、セパレータなどの電極積層体あるいは巻回体を、金属ケース、樹脂ケース、金属箔、ラミネートフィルム等によって封止することによって作製される。しかしながら、薄くしやすいという観点で言えば、電池形状は、ラミネートフィルムによって封止しされたシート型とすることが好ましい。ラミネートフィルムには合成樹脂フィルム単独、あるいはアルミニウム箔などの金属箔と合成樹脂フィルムを張り合わせたもの、合成樹脂フィルムにＳｉＯ₂などの酸化物を蒸着したものを用いることができる。

（ラジカルポリマーの合成例）
上記式（５）で表されるラジカルポリマーの合成例を以下に示す。

まず、モノマー（２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−４−ビニルオキシ−１−オキシル）を合成した。このモノマーの合成は、イリジウム触媒存在下、相当するラジカルを有するアルコールと酢酸ビニルを加熱還流する方法を用いて行った。具体的には、ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティ(Journal of The American Society、１２４巻，１５９０〜１５９１頁（２００２年）、石井康敬ら)や特開２００３−７３３２１号公報に記載の方法に従って、モノマーを合成した。

次に、この２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−４−ビニルオキシ−１−オキシル（モノマー）の重合を、下記式（１３）で表される反応により行った。その具体的な方法について以下に示す。

アルゴン雰囲気下、２００ｍＬの３口丸底フラスコに、上記のようにして合成した２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−４−ビニルオキシ−１−オキシル（モノマー）１０．０ｇ（５０．４ｍｍｏｌ）、ジクロロメタン１００ｍＬを加え、−７８℃に冷却した。さらに、三フッ化ホウ素−ジエチルエーテル錯体２８０ｍｇ（２ｍｍｏｌ）を加えて均一にした後、−７８℃で２０時間、反応させた。反応終了後、室温に戻し、得られた固形物をろ過した後メタノールで数回洗浄し、真空乾燥を行うことで、赤色固体として式（５）で表されるラジカルポリマーを得た（収率７０％）。

得られたラジカルポリマーのＩＲスペクトルを測定したところ、上記モノマーの場合に観測されていたビニル基に由来するピーク９６６、６７４（ｃｍ^-1）が消失していた。また、得られたラジカルポリマーは、有機溶媒等に不溶であった。ＥＳＲスペクトルにより求めたラジカルポリマーのスピン密度は、３．０５×１０²¹ｓｐｉｎ／ｇであった。これは、ポリマー中のすべてのラジカル基が重合によって失活せず、ラジカルのまま存在すると仮定した場合のスピン濃度とほぼ一致していた。

（薄型有機ラジカル電池の作製例）
次に、薄型有機ラジカル電池の作製例について説明する。

微粉化した式（５）で表されるラジカルポリマー１．６８ｇと、炭素粉末（ケッチェンブラクＥＣ３００Ｊ；ライオン社製）０．６ｇと、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ：ＨＢ−９；日本ゼオン社製）９６ｍｇと、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：Ｆ−１０４；ダイキン社製）２４ｍｇと、水７．２ｍＬをホモジナイザーにて攪拌し、均一なスラリー状に調整した。このスラリーを電極作製用コーターにてアルミ箔（厚さ２０μｍ：正極の集電体）上に塗布し、さらに８０℃で３分間乾燥して、厚さ５０μｍのラジカル正極層を形成した。

次に、このようにして得られたラジカル正極を２０×２０ｍｍの正方形に打ち抜いた。この正極のアルミ箔面に、長さ３ｃｍ、幅０．５ｍｍのニッケルリードを溶接した。また、銅箔（負極集電体）上にリチウム箔（厚さ３０μｍ）を張り合わせた後、２０×２０ｍｍの正方形に打ち抜いて負極を形成した。この負極の銅箔面に、長さ３ｃｍ、幅０．５ｍｍのニッケルリードを溶接した。

次に、ラジカル正極のスラリーと負極のリチウム層とが対向するように、ラジカル正極、多孔質ポリプロピレンのセパレータ（２５×２５ｍｍの正方形）、負極をこの順に積層してニッケルリード付電極対を作製した。

この後、２枚の熱融着可能なアルミラミネートフィルム（縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ０．７６ｍｍ）の三方を熱融着することにより袋状とし、この中に、上記のように作製したニッケルリード付電極対を入れた。さらに、電解液［１．０ｍｏｌ／ＬのＬｉＰＦ₆電解質塩を含むエチレンカーボネート（ＥＣ）／ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）の混合溶液（混合比ＥＣ：ＤＥＣ＝３：７）］を、アルミラミネートケースの中に０．５ｃｃ入れた。この際、ニッケルリード付電極のニッケルリードの端を、アルミラミネートケースの外に１ｃｍ出し、アルミラミネートケースの未溶着の一辺を熱融着した。これにより、電極と電解液をアルミラミネートケース中に完全に密閉した。

以上のようにして薄型有機ラジカル電池（縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ）を作製した。この電池を１００ｍＡで３０秒充電した後に、０．１ｍＡの定電流で放電した。その結果、平均電圧３．５Ｖで５時間放電を行えた（エネルギー量１．８ｍＷｈ）。

［３］ 発光素子
本発明において発光素子としては使用可能なものとしては、ＬＥＤ、無機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、有機ＥＬ素子が挙げられる。薄型の発光素子であれば、ＩCカードに対して表面実装することができる。薄型の素子についての代表的な規格サイズとして１６０８と呼ばれるものがあり、これは、縦０．８ｍｍ×横１．６ｍｍ×高さ０．５５ｍｍである。発光素子の点灯方法としては、直流電流を流す直流点灯と、パルス電流で点灯するパルス点灯とがあり、どちらの方式も使用可能である。

（作製例１）
厚さ０．１ｍｍのＰＶＣ製オーバーレイ９ｂと、充電配線用のスルーホール６及び充電用端子７が配されるとともに、有機ラジカル電池を収納するためのキャビティ部１０とＬＥＤを収納するための空間部１３を有する厚さ０．２８ｍｍのＰＶＣ製コアシート８ｂと、ＬＥＤ１２、薄型有機ラジカル電池１、ＩＣモジュール２、アンテナ３、リード４、充電用配線５及び配線１８が配置された厚さ０．２８ｍｍのＰＶＣ製コアシート８ａと、厚さ０．１ｍｍのＰＶＣ製オーバーレイ９ａと、をこの順に重ね合わせ、熱圧着（１２０℃、圧力２ｋｇ／ｃｍ²、２分）することにより、図１Ａ及び図１Ｂに示す電子デバイスを得た。

（作製例２）
厚さ０．１ｍｍのＰＶＣ製オーバーレイ９ｂと、充電配線用のスルーホール６及び充電用端子７が設けられるとともに、薄型有機ラジカル電池１用のキャビティ部１０及びＬＥＤ１２を収納するための空間部１３を有する厚さ０．２８ｍｍのＰＶＣ製コアシート８ｂと、ＬＥＤ１２、ＩＣモジュール２、アンテナ３、リード４、充電用配線５及び配線１８が配置された厚さ０．２８ｍｍのＰＶＣ製コアシート８ａと、厚さ０．１ｍｍのＰＶＣ製オーバーレイ９ａと、をこの順に重ね合わせ、熱圧着（１２０℃、圧力２ｋｇ／ｃｍ²、２分）し、カードを成型した。その後、薄型有機ラジカル電池（縦４０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ０．４ｍｍ）を有するシール層１００をカードに貼りあわせ、図６Ａ及び図６Ｂに示すＩＣカード型の電子デバイスを完成させた。

本発明の実施の一形態の電子デバイスを示す平面図である。 図１ＡのＸ−Ｙ断面図である。 オーバーレイ９ｂの平面図である。 図２ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 コアシート８ｂの平面図である。 図３ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 コアシート９ａの平面図である。 図４ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 オーバーレイ９ａの平面図である。 図５ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 薄型有機ラジカル電池を覆うシール層を有する電子デバイスの平面図である。 図６ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 薄型有機ラジカル電池を内部に有するシール層を用いた電子デバイスを示す平面図である。 図７ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 薄型有機ラジカル電地を内部に有するシール層の断面図である。 図８Ａに示すシール層の下方から見た図である。 薄型有機ラジカル電池と発光素子を用いたセンサとを有する電子デバイスを示す平面図である。 図９ＡのＸ−Ｙ線断面図である。 薄型有機ラジカル電池の斜視図である。 薄型有機ラジカル電池の構成を示す分解斜視図である。

符号の説明

１ 薄型有機ラジカル電池
２ ＩＣモジュール
３ アンテナ
４ リード
５ 充電用配線
６ スルーホール
７ 充電用端子
８ａ，８ｂ コアシート
９ａ，９ｂ オーバーレイ
１０ 薄型有機ラジカル電池用のキャビティ
１１ 開口部
１２ ＬＥＤ
１３ ＬＥＤ用の空間部
１４ タブ
１５ 端子
１６ イメージセンサ
１７ センサ面
１８ 配線
１００ シール層
１０１ 電池カバー
２０１ 外装用フィルム
２０２ ラジカル正極
２０３ セパレータ
２０４ 負極
２０５ 正極リード
２０６ 負極リード

Claims (17)

1. 外装体と、
   前記外装体に設置された発光素子と、
   前記外装体に設置され、少なくとも前記発光素子を駆動する電源とを備え、
   前記電源が有機ラジカル電池よりなる電子デバイス。
2. 前記電源が０．１〜０．７ｍｍの厚みを有する有機ラジカル電池よりなって、少なくとも前記発光素子と前記電源とが前記外装体の厚さ方向に重ならないように平面上に配置されており、
   前記外装体は厚さ０．９ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
3. 前記発光素子および前記電源が前記外装体の中に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
4. 前記外装体は、凹部を有する第１の筐体部と、前記第１の筐体部を被覆するシール層とからなり、前記電源は前記第１の筐体部の凹部中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
5. 前記シール層は剥離可能であることを特徴とする請求項４に記載の電子デバイス。
6. 前記凹部の内壁と、前記電源に相対する前記シール層の表面とに酸化シリコン（ＳｉＯ_x；ｘ＝１〜２）層が設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の電子デバイス。
7. 前記外装体は、第１の筐体部と、前記第１の筐体部を被覆するシール層とからなり、前記電源が前記シール層中に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイス。
8. 前記第１の筐体部は、前記電源が配置される位置に凹部を有することを特徴とする請求項７に記載の電子デバイス。
9. 前記発光素子が前記外装体の中に設けられ、前記発光素子の周囲の前記外装体のうちの少なくとも一部が透明材料によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電子デバイス。
10. 前記電源と前記発光素子とが同じ厚さを有するとともに前記外装体の中に設けられており、前記発光素子の周囲の前記外装体のうち少なくとも一部が透明材料によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電子デバイス。
11. 前記外装体は、凹部を有する第１の筐体部と、前記第１の筐体部を被覆するシール層とからなり、前記電源及び前記発光素子が前記第１の筐体部の凹部内に設けられ、前記シール層のうち少なくとも前記発光素子上に設けられる部分は透明材料よりなることを特徴とする請求項１０に記載の電子デバイス。
12. 前記シール層のうち、前記電源上に設けられる部分は剥離可能であることを特徴とする請求項１１に記載の電子デバイス。
13. 前記外装体は、凹部を有する第１の筐体部と、前記第１の筐体部を被覆するシール層とからなり、前記電源は前記シール層の中に設けられ、前記発光素子は前記第１の筐体部の前記凹部内に設けられ、前記シール層のうち少なくとも前記発光素子上に設けられる部分は透明材料よりなることを特徴とする請求項１０に記載の電子デバイス。
14. 前記第１の筐体部は、前記電源が設置される位置にさらに凹部を有することを特徴とする請求項１３に記載の電子デバイス。
15. 前記外装体における光の透過面にセンサ素子を有する、請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の電子デバイス。
16. 前記外装体は、前記電源を充電するための外部端子を有することを特徴とする、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の電子デバイス。
17. 前記外装体は、前記センサ素子によって得られた信号を送出するための外部端子を有することを特徴とする、請求項１６に記載の電子デバイス。

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