JP2015181108A - 腕装着型電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
を有する電気光学装置、二次電池を有する情報端末装置などは全て電子機器である。
ドマウントディスプレイや、ウェアラブルディスプレイと呼ばれている。表示装置に限ら
ず、人体に装着して使用される電子機器、例えば補聴器などは軽量化、小型化が求められ
ている。
び小型化が求められている。
ている。
及び小型化が求められ、さらに表示装置の駆動装置や電源を含めた電子機器全体の軽量化
が求められる。
案する。また、腕に装着して使用する腕装着型二次電池を提案する。
性を有する二次電池を曲面に沿って固定させた腕装着型二次電池を実現する。二次電池が
可撓性を有するように二次電池の厚さを薄くする、具体的には体積エネルギー密度を向上
させ、電極層数が少ない二次電池を用いることが好ましい。電極層数が少ないとは、正極
と負極とを重ねた電極対を複数層重ねる場合に、層数が少ない、或いは巻回型電池であれ
ば巻く回数が少ないことを指している。また、腕装着型二次電池の最大厚さは1cm以下
と薄くすることが好ましい。
電池の断面形状は、アーチ形状となっており、装着時には支持構造体の端部が撓むため、
二次電池の端部も撓む。二次電池の端部も撓むが、二次電池は可撓性を有しているため二
次電池の外装体が破壊されることなく、電池性能を維持することができる。
接し、且つ、外装体がフィルムであり、可撓性を有する二次電池を有し、構造体の曲面に
接して使用者の腕に装着する電子機器である。
随して変形させることができる。外装体で囲まれる領域には正極、負極、及び電解液を少
なくとも有している。特に二次電池としては、高エネルギー密度が実現できるため、軽量
化、及び小型化が図れるリチウムイオン二次電池を用いることが好ましい。
例であるが特に限定されず、構造体と腕の間に可撓性を有する二次電池が設けられる構成
としてもよい。その場合の構成は、曲面を有する構造体と、該構造体の少なくとも一部の
曲面に接し、且つ、外装体がフィルムであり、可撓性を有する二次電池を有し、フィルム
に接して使用者の腕に装着する電子機器である。
構造体と、構造体の曲面上に外装体がフィルムであり、可撓性を有する二次電池と、二次
電池上に一対のフィルムで挟まれた表示素子を複数含む表示部と、複数の表示素子と二次
電池は少なくとも一部重なる電子機器である。
次電池を温めることができる。リチウムイオン二次電池は、特に寒冷地での低温動作に難
があるため、温めることは重要である。また、腕に装着するため、腕と表示素子で挟むこ
とで二次電池の表面と裏面の両方から効率よく二次電池を温めることができる。さらに構
造体の材料として熱伝導性の高い材料を用いて効果的に二次電池を温めてもよい。
該構造体の少なくとも一部の曲面に接し、且つ、外装体がフィルムであり、可撓性を有す
る二次電池を有し、フィルムに接して使用者の腕に装着する電子機器である。使用者の腕
に接することで二次電池が温められる。
体に近い側のフィルムは、ステンレスフィルムなどの金属フィルムを用いてもよい。
マトリクス型の表示装置を用いることが好ましい。表示素子としては、有機発光素子、電
子インクなどを用いることができるが、特に有機発光素子は厚さが3mm以下と薄く、且
つ、軽くできるため、好ましい。
装着型電子機器の表示部はサブディスプレイとしても機能させることができる。
ための制御回路や、撮像素子、ジャイロセンサー、加速度センサーなどのセンサー、タッ
チパネルなどを具備させてもよい。例えば、表示装置の他に撮像素子を搭載することで撮
影した画像を表示装置に表示することができる。また、ジャイロセンサーや、加速度セン
サーなどのセンサーを搭載することで腕装着型電子機器の向きや動きによってオン状態と
オフ状態を切り替えて省電力化を図ることができる。また、タッチパネルを搭載すること
で、タッチパネルの所望の位置をタッチすることで電子機器の操作や、情報の入力を行う
ことができる。また、上記構成において、表示装置の他にメモリや、CPUを搭載するこ
とでウェアラブルコンピュータを実現することもできる。
少なくとも一部の曲面に接し、且つ、外装体がフィルムであり、可撓性を有する二次電池
と、二次電池と電気的に接続するアンテナとを有し、構造体の曲面に接して使用者の腕に
装着する電子機器である。
ル)と、電子機器のアンテナ(二次コイル)とを磁気的に結合し、一次コイルから発生す
る交流磁場で二次コイルに電圧を発生させる電磁誘導方式によって、非接触で二次コイル
側に電力が伝送されるしくみによって充電が行われる。構造体の曲面に接してアンテナを
設けることが好ましいため、電子機器のアンテナも可撓性を有するフィルムに設けること
が好ましい。
ず、さらにメモリを設け、電子データを送受信させる、またはGPS機能を持たせて位置
情報やGPS時刻を取得して位置表示や時計表示するなどができるようなアンテナを設け
てもよい。
着型二次電池をアクティブタグとして機能させてもよい。アクティブタグとは無線ICタ
グ(RFID)の一つで、電池を内蔵して交信が可能なICタグのことを指している。
ォンなどの携帯情報端末においては、受信メールや電話を待つために電源を切ることなく
持ち歩くため、時間が経過すれば経過するほど電池の容量が少なくなり、使えなくなる。
また、携帯情報端末は、カメラやセンサーなどさまざまな機能を持たせようとすればする
ほど軽量化が難しくなり、二次電池に割り当てられるスペースも小さくなってしまう。携
帯情報端末に内蔵されている二次電池の性能が上がったとしても、繰り返し使用すること
で二次電池の劣化は避けられず、性能の高い二次電池は大変高価である。
、それを常に持ち歩いてもよいが、携帯情報端末によっては安全性のため、使用者が自由
に交換不可能な携帯情報端末の設計としている場合も多い。また、予備の二次電池として
充電するための携帯情報端末用充電モジュールも販売されているが、寸法の大きさが携帯
情報端末と同じまたはそれより大きく、また重さも携帯情報端末を超え、具体的には15
0g以上のものである。また、予備の二次電池は、常に使用者のポケットやカバンに入れ
ておく必要があり、服装にポケットのない状況や、カバンが持てない状況においては携帯
することが困難である。
ても補助電源として用いることができる。また、腕に装着していれば、予備の二次電池を
使用者のポケットやカバンに入れておく必要もなく、便利である。また、腕に腕装着型二
次電池を装着した状態はデザイン性があり、表示部に映像表示をすると、映像表示された
表示部と二次電池が重なっているため、二次電池が隠された状態、即ち、カムフラージュ
され、他者からみて腕に装着している電子機器を予備の二次電池と思わず、腕に装着した
服飾品として違和感を覚えさせない。特に、女性においては、ポケットのない服装を着用
する場合が多く、また、装着時の外見も気にするため、有効である。
腕装着型のフォトフレームと呼ぶことができる。使用者は、自分の好みの画像(写真画像
など)を腕装着型二次電池に表示させることができる。
の重量が150g未満、好ましくは100g以下、さらに好ましくは50g以下とするこ
とができる。補助電源として用いる場合は、電源を常時オン状態としておく必要がなく、
電源をオフ状態としておけば、電池の容量の低減を抑えることができる。
モノクロ表示或いはモノカラー表示とし、表示部は電池残量のみを表示できるものであっ
てもよい。
支持構造体の主な部分が金属で一部に樹脂を用いてもよいし、支持構造体の主な部分が樹
脂で一部に金属を用いてもよい。金属としてはステンレス、アルミニウム、チタン合金な
どを用いることができる。また、樹脂としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などを用
いることができる。また、支持構造体の材料として天然素材を用いることもでき、天然素
材としては木材、石、骨、皮革、紙、布を加工したものを用いることができる。
以下と軽量化された電子機器を提供することができる。腕に装着することができ、両手を
ふさぐことなく携帯するには最適な電子機器を提供することができる。また、腕装着型二
次電池の表示部に画像を表示することができ、服飾品としても利用できる。
以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれ
ば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈さ
れるものではない。
本実施の形態では、腕装着型二次電池に表示部を設けた電子機器の一例を示す。その電子
機器の断面図を図1(A)に示し、図1(B)に電子機器の斜視図を示す。
二次電池103と、二次電池103上に表示部102とを有する。
01は少なくとも一部が柔軟性を有しており、矢印105の方向に動かすことによって手
首にはめ込むことができる。図1(A)に示す支持構造体101は端部が撓む構成となっ
ており、端部から離れている中央部においてはほとんど変動しない。従って、支持構造体
101の中央部においては、作製時に貼り付けて固定させた曲率のままであり、腕への装
着を繰り返しても中央部に重なる二次電池103や表示部102にダメージは少ない。
装置はトランジスタを含む層を少なくとも有している。トランジスタを含む層は支持構造
体101の曲面へ貼り付けて固定するだけであれば信頼性が低下しにくいが、トランジス
タを含む層を撓ませて一方の方向に反らして凹面とし、フラットな面に戻し、その後、さ
らにもう一方向の方向に反らせて凸面とすることを繰り返すと信頼性が低下する恐れがあ
る。その意味でも図1(A)に示す支持構造体101は、中央部においてはほとんど変動
しないため、支持構造体101の曲面に固定することで仮に撓んだとしても一方向のみに
反るだけの構成とすることができる。即ち、支持構造体101は、表示部102や二次電
池103が反り過ぎないよう、または大きなねじれ変形が生じないようにする保護材とし
て機能する。
ため薄い厚さとすることが好ましい。支持構造体101の材料として金属を用いれば、耐
衝撃性に優れ、熱伝導性も高く、好ましい。また、支持構造体101の材料として樹脂を
用いれば、軽量化を図ることができ、金属アレルギーを起こすこともない。
め金を設けてもよい。また、手首を取り囲みリング状または円筒状の電子機器としてもよ
い。
、人体の一部であれば特に限定されず、例えば、腰、足首に装着してもよい。足首に装着
する場合には図1に示す形状とは異なる形状とし、足首の形状にあったサイズに作製すれ
ばよい。腰に装着する場合には、ベルトのように帯状に腰にまくサイズに作製すればよい
。
の大きい領域がほとんど変形せず、端部が撓むステンレス材料を用いる。また、ステンレ
ス材料とすることで表示部102や二次電池103が反り過ぎないよう、または大きなね
じれ変形が生じないようにする保護材となる。また、腕に装着する際の変形が一定、即ち
一方向の撓みとなることも信頼性の向上につながる。
る。
に限定されない。可撓性を有する二次電池は、外装体が薄く柔軟性を有するフィルムであ
り、支持構造体101の曲率半径の大きい領域の曲面部分に追随して変形させることがで
きる。
示す。図2(A)にラミネート型の二次電池の上面を示す。また、図2(A)中の鎖線A
−Bで切断した断面の模式図が図2(B)である。
他の領域を電解液210で満たし、これらを1枚または2枚のフィルムからなる外装体で
収容した二次電池を用いる。なお、正極203は、正極集電体201及び正極活物質層2
02を有する。また、負極206は、負極集電体204及び負極活物質層205を有する
。
、鉄、ニッケル、銅、アルミニウム、チタン、タンタル等の金属、及びこれらの合金など
、導電性の高く、リチウム等のキャリアイオンと合金化しない材料を用いることができる
。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上さ
せる元素が添加されたアルミニウム合金を用いることができる。また、シリコンと反応し
てシリサイドを形成する金属元素で形成してもよい。シリコンと反応してシリサイドを形
成する金属元素としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タ
ンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等がある。正極集電体
201、及び負極集電体204は、箔状、板状(シート状)、網状、円柱状、コイル状、
パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を適宜用いることができる。正極集
電体201、及び負極集電体204は、厚みが10μm以上30μm以下のものを用いる
とよい。
ができ、例えば、オリビン型の結晶構造、層状岩塩型の結晶構造、またはスピネル型の結
晶構造を有するリチウム含有材料等がある。正極活物質として、例えばLiFeO2、L
iCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、V2O5、Cr2O5、MnO2等の化合
物を用いることができる。
I)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)の一以上))の代表例としては、Li
FePO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiMnPO4、LiFeaNibPO
4、LiFeaCobPO4、LiFeaMnbPO4、LiNiaCobPO4、Li
NiaMnbPO4(a+bは1以下、0<a<1、0<b<1)、LiFecNidC
oePO4、LiFecNidMnePO4、LiNicCodMnePO4(c+d+
eは1以下、0<c<1、0<d<1、0<e<1)、LiFefNigCohMniP
O4(f+g+h+iは1以下、0<f<1、0<g<1、0<h<1、0<i<1)等
がある。
引き抜けるリチウムイオンの存在等、正極活物質に求められる事項をバランスよく満たし
ているため、好ましい。
(LiCoO2)、LiNiO2、LiMnO2、Li2MnO3、LiNi0.8Co
0.2O2等のNiCo系(一般式は、LiNixCo1−xO2(0<x<1))、L
iNi0.5Mn0.5O2等のNiMn系(一般式は、LiNixMn1−xO2(0
<x<1))、LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2等のNiMnCo系(NMCと
もいう。一般式は、LiNixMnyCo1−x−yO2(x>0、y>0、x+y<1
))がある。さらに、Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O2、Li2MnO
3−LiMO2(M=Co、Ni、Mn)等がある。
i1+xMn2−xO4、Li(MnAl)2O4、LiMn1.5Ni0.5O4等が
ある。
少量のニッケル酸リチウム(LiNiO2やLiNi1−xMO2(M=Co、Al等)
)を混合すると、マンガンの溶出を抑制する、電解液の分解を抑制する等の利点があり好
ましい。
(II)、Co(II)、Ni(II)の一以上、0≦j≦2)等のリチウム含有材料を
用いることができる。一般式Li(2−j)MSiO4の代表例としては、Li(2−j
)FeSiO4、Li(2−j)NiSiO4、Li(2−j)CoSiO4、Li(2
−j)MnSiO4、Li(2−j)FekNilSiO4、Li(2−j)FekCo
lSiO4、Li(2−j)FekMnlSiO4、Li(2−j)NikColSiO
4、Li(2−j)NikMnlSiO4(k+lは1以下、0<k<1、0<l<1)
、Li(2−j)FemNinCoqSiO4、Li(2−j)FemNinMnqSi
O4、Li(2−j)NimConMnqSiO4(m+n+qは1以下、0<m<1、
0<n<1、0<q<1)、Li(2−j)FerNisCotMnuSiO4(r+s
+t+uは1以下、0<r<1、0<s<1、0<t<1、0<u<1)等のリチウム化
合物を材料として用いることができる。
n、Ti、V、Nb、Al、X=S、P、Mo、W、As、Si)の一般式で表されるナ
シコン型化合物を用いることができる。ナシコン型化合物としては、Fe2(MnO4)
3、Fe2(SO4)3、Li3Fe2(PO4)3等がある。また、正極活物質として
、Li2MPO4F、Li2MP2O7、Li5MO4(M=Fe、Mn)の一般式で表
される化合物、NaF3、FeF3等のペロブスカイト型フッ化物、TiS2、MoS2
等の金属カルコゲナイド(硫化物、セレン化物、テルル化物)、LiMVO4等の逆スピ
ネル型の結晶構造を有するリチウム含有材料、バナジウム酸化物系(V2O5、V6O1
3、LiV3O8等)、マンガン酸化物系、有機硫黄系等の材料を用いることができる。
の結着剤(バインダ)、正極活物質層202の導電性を高めるための導電助剤等を有して
もよい。
が可能な材料を用いることができ、リチウム金属、炭素系材料、合金系材料等を用いるこ
とができる。
び体積当たりの比容量が大きい(それぞれ3860mAh/g、2062mAh/cm3
)ため、好ましい。
ドカーボン)、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンブラック等がある。
系人造黒鉛等の人造黒鉛や、球状化天然黒鉛等の天然黒鉛がある。
リチウム金属と同程度に卑な電位を示す(0.1〜0.3V vs.Li/Li+)。こ
れにより、リチウムイオン二次電池は高い作動電圧を示すことができる。さらに、黒鉛は
、単位体積当たりの容量が比較的高い、体積膨張が小さい、安価である、リチウム金属に
比べて安全性が高い等の利点を有するため、好ましい。
能な合金系材料も用いることができる。キャリアイオンがリチウムイオンである場合、合
金系材料としては例えば、Mg、Ca、Al、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、A
g、Au、Zn、Cd、In、Ga等のうち少なくとも一つを含む材料がある。このよう
な元素は炭素に対して容量が大きく、特にシリコンは理論容量が4200mAh/gと飛
躍的に高い。このため、負極活物質にシリコンを用いることが好ましい。このような元素
を用いた合金系材料としては、例えば、SiO、Mg2Si、Mg2Ge、SnO、Sn
O2、Mg2Sn、SnS2、V2Sn3、FeSn2、CoSn2、Ni3Sn2、C
u6Sn5、Ag3Sn、Ag3Sb、Ni2MnSb、CeSb3、LaSn3、La
3Co2Sn7、CoSb3、InSb、SbSn等がある。なお、SiOとは、ケイ素
リッチの部分を含むケイ素酸化物の粉末を指しており、SiOy(2>y>0)とも表記
できる。例えばSiOは、Si2O3、Si3O4、またはSi2Oから選ばれた単数ま
たは複数を含む材料や、Siの粉末と二酸化ケイ素SiO2の混合物も含む。また、Si
Oは他の元素(炭素、窒素、鉄、アルミニウム、銅、チタン、カルシウム、マンガンなど
)を含む場合もある。即ち、単結晶Si、アモルファスSi、多結晶Si、Si2O3、
Si3O4、Si2O、SiO2から選ばれる複数を含む材料を指しており、SiOは有
色材料である。SiOではないSiOx(Xは2以上)であれば無色透明、或いは白色で
あり、区別することができる。ただし、二次電池の材料としてSiOを用いて二次電池を
作製した後、充放電を繰り返すなどによって、SiOが酸化した場合には、SiO2に変
質する場合もある。
i5O12)、リチウム−黒鉛層間化合物、(LixC6)、五酸化ニオブ(Nb2O5
)、酸化タングステン(WO2)、酸化モリブデン(MoO2)等の酸化物を用いること
ができる。
Li3−xMxN(M=Co、Ni、Cu)を用いることができる。例えば、Li2.6
Co0.4N3は大きな充放電容量(900mAh/g、1890mAh/cm3)を示
し好ましい。
正極活物質としてリチウムイオンを含まないV2O5、Cr3O8等の材料と組み合わせ
ることができ好ましい。なお、正極活物質にリチウムイオンを含む材料を用いる場合でも
、あらかじめ正極活物質に含まれるリチウムイオンを脱離させておくことで負極活物質と
してリチウムと遷移金属の複窒化物を用いることができる。
、酸化コバルト(CoO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化鉄(FeO)等の、リチウム
と合金化反応を行わない遷移金属酸化物を負極活物質に用いてもよい。コンバージョン反
応が生じる材料としては、さらに、Fe2O3、CuO、Cu2O、RuO2、Cr2O
3等の酸化物、CoS0.89、NiS、CuS等の硫化物、Zn3N2、Cu3N、G
e3N4等の窒化物、NiP2、FeP2、CoP3等のリン化物、FeF3、BiF3
等のフッ化物でも起こる。なお、上記フッ化物の電位は高いため、正極活物質として用い
てもよい。
の結着剤(バインダ)、負極活物質層205の導電性を高めるための導電助剤等を有して
もよい。
する材料を用いる。電解質の代表例としては、LiPF6、LiClO4、Li(FSO
2)2N、LiAsF6、LiBF4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、
Li(C2F5SO2)2N、等のリチウム塩がある。これらの電解質は、一種を単独で
用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いてもよい。また、反応生成物
をより安定にするため、電解液にビニレンカーボネート(VC)を少量(1wt%)添加
して電解液の分解をより少なくしてもよい。
液の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代表例と
しては、エチレンカーボネート(EC)、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(DEC)、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキ
シエタン、テトラヒドロフラン等があり、これらの一つまたは複数を用いることができる
。また、電解液の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性等に対する
安全性が高まる。また、二次電池の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子
材料の代表例としては、シリコーンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエ
チレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。また、電解
液の溶媒として、難燃性及び難揮発性であるイオン液体(常温溶融塩)を一つまたは複数
用いることで、二次電池の内部短絡や、過充電等によって内部温度が上昇しても、二次電
池の破裂や発火などを防ぐことができる。
、ポリエチレン等の絶縁体を用いることができる。
したが、二次電池の容量を維持したまま二次電池の面積(サイズ)を小さくする場合、電
極層数を2よりも多く増やすことで二次電池の小型化を図ることができる。ただし、電極
層数が40を超える場合、二次電池の厚さが増し、可撓性を損なう恐れがあるため電極層
数は40以下、好ましくは20以下とする。また、正極集電体の両面に正極活物質層20
2を塗布する両面塗布を行う場合、または負極集電体204の両面に負極活物質層205
を塗布する両面塗布を行う場合は、二次電池の容量を維持したまま電極層数を10以下に
減らすこともできる。
トシールを行うことによって封止する。
用いる。ラミネートフィルムとは、基材フィルムと接着性合成樹脂フィルムとの積層フィ
ルム、または2種類以上の積層フィルムを指す。基材フィルムとしては、PETやPBT
等のポリエステル、ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド、また無機蒸着フィルム、
または紙類を用いればよい。また、接着性合成樹脂フィルムとしてはPEやPP等のポリ
オレフィン、アクリル系合成樹脂、エポキシ系合成樹脂などを用いればよい。ラミネート
フィルムはラミネート装置により、被処理体と熱圧着によりラミネートされる。なお、ラ
ミネート工程を行う前処理としてアンカーコート剤を塗布することが好ましく、ラミネー
トフィルムと被処理体との接着を強固なものとすることができる。アンカーコート剤とし
てはイソシアネート系などを用いればよい。
にパートコートされている接着剤層か、ラミネートフィルムの融点の低い最外層または最
内層を熱によって溶かし、加圧によって接着することを言う。
ねている。そのため、図2(A)に示すように、正極集電体201および負極集電体20
4の一部は、フィルム208及び外装体209から外側に露出するように配置される。電
極層数を増やして積層する場合には、複数の正極集電体201を超音波溶接によって電気
的に接続する、及び複数の負極集電体204を超音波溶接によって電気的に接続する。な
お、図2(B)では負極集電体204の一部は、外装体209から外側に突出して延在し
ている。
ら貼り付ける。曲率半径の大きい領域から貼り付けることで支持構造体101に固着する
際の二次電池へのダメージを抑えることができる。
特に限定されず、1枚のフィルムの中央を折り、それを外装体としてもよい。図2(A)
及び図2(B)とは異なる例を図10に示す。フィルム11を中央で折り曲げて2つの端
部を重ね、3辺を接着層で封止する構造とする。その作製方法は、図10を用いて以下に
説明する。
に示すように二次電池を構成する正極集電体12、セパレータ13、負極集電体14を積
層したものを用意する。そして図10(C)に示す封止層15を有するリード電極16を
2つ用意する。リード電極16はリード端子とも呼ばれ、二次電池の正極または負極を外
装フィルムの外側へ引き出すために設けられる。そして、一つのリード電極と、正極集電
体12の突出部を超音波溶接などにより、電気的に接続する。正極集電体12の突出部と
接続するリード電極は、材料としてアルミニウムを用いる。そしてもう一つのリード電極
と、負極集電体14の突出部を超音波溶接などにより、電気的に接続する。負極集電体1
4の突出部と接続するリード電極は、材料としてニッケルメッキを施した銅を用いる。そ
して、電解液を入れるための一辺を残すため、フィルム11の2辺に対して熱圧着を行っ
て封止する。熱圧着の際、リード電極に設けられた封止層15も溶けてリード電極とフィ
ルム11との間を固定される。そして、減圧雰囲気下、或いは不活性雰囲気下で所望の量
の電解液をフィルム11が袋状となった内側に滴下する。そして、最後に、熱圧着をせず
に残していたフィルムの周縁に対して熱圧着を行って封止する。こうして図10(D)に
示す二次電池40を作製することができる。図10(D)中の点線と端面の領域は熱圧着
領域17である。また、図10(D)中の鎖線A−Bで切断した断面の一例を図10(E
)に示す。図10(E)に示すように、正極集電体12、正極活物質層18、セパレータ
13、負極活物質層19、負極集電体14の順で積層されたものが、折り曲げたフィルム
11に挟まれ、さらに端部において接着層30で封止されており、その他の空間には電解
液20を有している。
た二次電池を一つの閉回路とみなした時、リチウムイオンの動きと電流の流れは同じ向き
になる。なお、リチウムを用いた二次電池では、充電と放電でアノード(陽極)とカソー
ド(陰極)が入れ替わり、酸化反応と還元反応とが入れ替わることになるため、反応電位
が高い電極を正極と呼び、反応電位が低い電極を負極と呼ぶ。したがって、本明細書にお
いては、充電中であっても、放電中であっても、逆パルス電流を流す場合であっても、充
電電流を流す場合であっても、正極は「正極」または「+極(プラス極)」と呼び、負極
は「負極」または「−極(マイナス極)」と呼ぶこととする。酸化反応や還元反応に関連
したアノード(陽極)やカソード(陰極)という用語を用いると、充電時と放電時とでは
、逆になってしまい、混乱を招く可能性がある。したがって、アノード(陽極)やカソー
ド(陰極)という用語は、本明細書においては用いないこととする。仮にアノード(陽極
)やカソード(陰極)という用語を用いる場合には、充電時か放電時かを明記し、正極(
プラス極)と負極(マイナス極)のどちらに対応するものかも併記することとする。
電池40の充電が進めば、電極間の電位差は大きくなる。図10(F)では、二次電池4
0の外部の端子から、正極集電体12の方へ流れ、二次電池40の中において、正極集電
体12から負極集電体14の方へ流れ、負極から二次電池40の外部の端子の方へ流れる
電流の向きを正の向きとしている。つまり、充電電流の流れる向きを電流の向きとしてい
る。
少なくともFPCまで取り付けられた表示パネルのことを指している。表示モジュールは
、表示部102とFPC104と駆動回路を有し、さらに二次電池103から給電するた
めのコンバータを設けることが好ましい。
を有する。また、二次電池103と表示部102が一部重なる位置に配置することが好ま
しく、一部または全部が重なる位置に配置することで、二次電池103から表示部までの
電力経路を短縮、即ち配線距離を短縮し、消費電力を低減する。
上に表示素子を直接作製する方法や、ガラス基板などの剛性を有する基板上に表示素子を
含む層を形成した後、基板をエッチングや研磨などにより除去した後、その表示素子を含
む層と柔軟性を有するフィルムを接着する方法や、ガラス基板などの剛性を有する基板上
に剥離層を設け、その上に表示素子を含む層を形成した後、剥離層を利用して剛性を有す
る基板と表示素子を含む層を分離し、その表示素子を含む層と柔軟性を有するフィルムを
接着する方法などがある。
装置とするため、400℃以上の加熱処理を行うことができ、表示素子の信頼性を高くす
ることができる作製方法、即ちガラス基板などの剛性を有する基板上に剥離層を設ける特
開2003−174153に記載の技術を用いる。
スタや、酸化物半導体層を用いるトランジスタをフレキシブル基板またはフィルム上に設
けることが可能となる。また、これらのトランジスタをスイッチング素子として用い、エ
レクトロルミネッセンス素子(EL素子)を設ける。
層(以下、「発光層」と記す)を挟んだものであり、素子に電圧を印加することにより一
対の電極から電子およびホールがそれぞれ発光層に注入および輸送される。そして、それ
らキャリア(電子およびホール)が再結合することにより、発光性の有機化合物または無
機化合物が励起状態を形成し、その励起状態が基底状態に戻る際に発光する。
が可能であり、一重項励起状態からの発光が蛍光、三重項励起状態からの発光が燐光と呼
ばれている。
型軽量に作製できることが大きな利点である。また、キャリアが注入されてから発光に至
るまでの時間はせいぜいマイクロ秒あるいはそれ以下であるため、非常に応答速度が速い
ことも特長の一つである。また、数ボルト〜数十ボルト程度の直流電圧で十分な発光が得
られるため、消費電力も比較的少ない。
表示部102の表示素子として好ましい。また、液晶素子のようにバックライトを設けな
いため、消費電力が少なく、さらに部品点数を少なくすることができ、トータルの厚さも
薄くできる点においてもEL素子は、表示部102の表示素子として好ましい。
74153)に限定されるものではない。また、EL素子の作製方法及び材料は公知の作
製方法及び公知の材料を用いればよいため、ここでは説明を省略する。
、パッシブマトリクス型の表示装置でよく、その場合には特開2003−174153に
記載の技術以外の作製方法を用いて柔軟性を有するフィルム上に表示素子を作製すればよ
い。
示部102とを電気的に接続させることで、図1(B)に示す電子機器100が完成する
。さらに、電子機器100の外観を向上させるために、表示部102以外を金属カバーや
、プラスチックカバーや、ゴム製のカバーで覆ってもよい。
であれば特に限定されない。例えば、手首に装着する場合、成人の手首付近の腕回りは1
8cm±5cmであるので、画面サイズは最大で腕回りの23cm×手首から肘までの距
離となる。また、成人の手首から肘までの距離は1フィート(30.48cm)以下であ
り、円筒状の支持構造体に配置できる23cm×30.48cmが腕装着型の電子機器1
00の表示部の最大の画面サイズといえる。なお、ここでいう画面サイズは、曲面を有す
る状態でのサイズではなく、平坦な画面とした場合のサイズを指す。また、複数の表示部
を一つの電子機器に設けてもよく、例えば第1の表示部よりも小さい第2の表示部を有す
る電子機器としてもよい。支持構造体101の寸法は、表示部の画面サイズよりも大きい
ものを用いる。EL素子を用いた場合、画面サイズが支持構造体上に配置できるサイズで
あれば、表示パネルとFPCのみの合計重量は1g以上10g未満とすることができる。
二次電池103とが重なった厚さ)は、5mm以下とすることができる。また、電子機器
の最も厚い部分は、表示パネルとFPCとの接続部分であるが、1cm未満とすることが
できる。
方向に支持構造体の一部が動くことによって腕にはめることができる。電子機器100の
総重量は100g未満、好ましくは50g以下であり、最も厚い部分が1cm以下と薄く
、軽量化された電子機器を提供することができる。
を複数有する。図7(A)では曲率中心700と、曲率中心701を図示している。
断した平面1701において、曲線1702の一部を円の弧に近似して、その円の半径を
曲率半径1703とし、円の中心を曲率中心1704とする。図9(B)に曲面1700
の上面図を示す。図9(C)に、平面1701で曲面1700を切断した断面図を示す。
曲面を平面で切断するとき、切断する平面により、曲線の曲率半径は異なるものとなるが
、曲面を、最も曲率半径の小さい曲線を有する平面で切断したときにおいて、曲線の曲率
半径を面の曲率半径とする。
を有する電子機器100を湾曲させた場合には、二次電池の曲率中心1800に近い側の
支持構造体1805に接する外装体1801(露出裏面)の曲率半径1802は、曲率中
心1800から遠い側のフィルム1803の曲率半径1804よりも小さい(図8(A)
)。電子機器100を湾曲させて断面を円弧状とすると曲率中心1800に近い外装体の
露出裏面には圧縮応力がかかり、曲率中心1800から遠いフィルムの露出面には引っ張
り応力がかかる(図8(B))。電子機器100は、曲率中心に近い側の外装体1801
の曲率半径が10mm以上、好ましくは30mm以上となる範囲で変形することができる
。
円弧を有する形状にすることができ、例えば図8(C)に示す形状などとすることもでき
る。二次電池の曲面が複数の曲率中心を有する形状となる場合は、複数の曲率中心それぞ
れにおける曲率半径の中で、最も曲率半径が小さい曲面において、外装体1801の曲率
中心に近い方の面の曲率半径が、10mm以上、好ましくは30mm以上となる範囲で電
子機器100が変形することができる。
、電子機器100の側面図を図7(C)に示す。
本実施の形態では、二次電池を充電する方法としてアンテナを用いて充電させる例を示す
。
させないことが好ましい。出入力端子が露出していると、雨などの水によって出入力端子
がショートする恐れや、出入力端子が人体に触れて感電する恐れがある。アンテナを用い
ればその出入力端子を電子機器の表面に露出させない構成とすることができる。
ため、その他の詳細な説明はここでは省略することとする。
表示モジュールを貼り付ける。二次電池に電気的に接続するRF給電用コンバータとアン
テナを設ける。また、RF給電用コンバータと表示部の一部が重なるように固定する。
ど変わらない重量とすることができる。
。充電器301上に電子機器300を配置すれば、充電器301のアンテナから電力を電
子機器300に供給して、電子機器300の二次電池に充電することができる。
示させることが可能である。
本実施の形態では、二次電池を湾曲させる場合に生じる恐れのある皺や電解液の漏洩の恐
れを改善する構成の一例を図4に示す。
において一箇所)で固定している。従って、二次電池が繰り返し曲げられることや衝撃を
与えられた時に一箇所でも封止ができなくなると、中の電解液が漏れてしまう。二次電池
が繰り返し曲げられることや衝撃を与えられた時に一箇所で固定していると、曲げのスト
レスがその一箇所に集中してしまい、封止ができなくなってしまう。
図4は2枚のフィルムで正極や負極を封止する二次電池400の断面模式図を示している
。二箇所で固定することによって曲げのストレスが緩和され、封止を維持することができ
る。
00を配置する例を示す。
FPC403と二次電池から伸びたFPC404とが開口部を介して電気的に接続してい
る。
がある程度確保することができるのであれば、表示部402よりも大きい面積としてもよ
く、そのくり抜かれた開口に表示部をはめこんでもよい。この場合、二次電池400と表
示部402を接して設けることもできる。開口が大きければ大きいほど支持構造体の重量
を軽量化できるため、総重量を軽量なものとすることができる。
器の写真図を図5に示す。
構造体であるステンレスで寸法が決定されている。表示パネルの外寸は51.5mm×9
2.15mmであり、表示領域は42.12mm×74.88mmである。電子機器の総
重量は、40g以上50g以下であり、表示パネルとFPCのみの合計重量は約2gとす
ることができる。なお、本明細書でFPCとは、フレキシブルプリント配線基板のことで
あり、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂などのベース部材上に複数の金属箔(Cu、Ni、
Au等)パターンが形成されて構成される。配列された複数の金属箔パターンの先端を横
切るように、FPCの先端の辺に沿って圧着用の異方性導電膜(ACF)が形成されてい
る。表示パネルに設けられた外部接続端子とFPCとは、FPCに形成されたACFを用
いて圧着することで電気的に接続される。
チウム(LiFePO4)を用いている。リン酸鉄リチウムは、安全性の高い二次電池と
することができる。
体601及びシート状の正極活物質層602と、セパレータ607と、負極集電体604
と、負極活物質層605を積層し、その他の領域を電解液610で満たし、これらをフィ
ルム608と、凹部を有するフィルムからなる外装体609に収容する。
電体601が8層の合計16層の構造を示している。なお、図6は負極の取り出し部の断
面を示しているため、8層の負極集電体604を超音波接合させている。
重なった厚さ)は、3.2mmである。また、電子機器の最も厚い部分は、表示パネルと
FPCとの接続部分(外部接続端子が設けられる領域)であり、6mmである。なお、I
Cチップ、パッシブ電子部品などを直接固着し、FPCに設けてもよい。ただし、この場
合、ICチップなどはFPCの一部としてみなさないものとする。Lや、Cや、R部品な
どのパッシブ電子部品や、駆動回路用ICチップや、CPUや、メモリなどを直接固着し
、FPCに設ける場合、その部分が電子機器の最も厚い部分になる場合もある。
ネルギー密度が高くなるような二次電池の構成、例えば正極活物質の材料、負極活物質の
材料を適宜変更することにより、さらなる小型化、軽量化が実現できる。例えば、正極活
物質としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)を用いれば、体積エネルギー密度が高く
なるため、本実施例と同じ容量の二次電池を作製すると、薄さをさらに薄くし、重さをさ
らに軽くすることができる。
。
いるものである。図5の表示部の解像度は326ppiであり、一つの画素に3つのトラ
ンジスタを設け、それらのトランジスタは酸化物半導体(InGaO3(ZnO)m)を
用いている。支持構造体の端部に充電用及び表示映像信号入力用の接続端子が設けられて
おり、使用者が使用していない時、即ち、充電時や、表示映像信号入力する時は外部充電
装置または外部駆動装置と接続させる。また、使用者が使用している時、即ち、腕に装着
し、表示させている状態で配線などのコードが外部駆動装置と接続されていない。
イン性に優れており、アクセサリー(装身具)としての利用ができる。
101 支持構造体
102 表示部
103 二次電池
104 FPC
105 矢印
201 正極集電体
202 正極活物質層
203 正極
204 負極集電体
205 負極活物質層
206 負極
207 セパレータ
208 フィルム
209 外装体
210 電解液
300 電子機器
301 充電器
400 二次電池
401 支持構造体
402 表示部
403 FPC
404 FPC
601 正極集電体
602 正極活物質層
604 負極集電体
605 負極活物質層
607 セパレータ
608 フィルム
609 外装体
610 電解液
Claims (3)
- 曲面を有し、且つ腕に装着可能な構造体と、
前記構造体を前記腕に装着した際、前記腕と反対側になる前記構造体の一方の面に配置された、二次電池と、
前記二次電池上に配置された、表示部と、を有し、
前記二次電池は、前記曲面に配置され、
前記表示部は、前記曲面に配置されることを特徴とする腕装着型電子機器。 - 曲面を有し、且つ腕に装着可能な構造体と、
前記構造体を前記腕に装着した際、前記腕と反対側になる前記構造体の一方の面に配置された、二次電池と、
前記二次電池上に配置された、表示部と、を有し、
前記二次電池は、前記曲面に配置され、
前記表示部は、前記曲面に配置され、
前記二次電池は、フィルムを用いて封止され、
前記フィルムの一辺は、折り曲げ部を有し、
前記フィルムの三辺は、接着層を有することを特徴とする腕装着型電子機器。 - 請求項2において、
前記二次電池は、リード電極を有し、
前記フィルムは、前記三辺のうち一辺に、前記リード電極を配置した辺を有し、
前記リード電極と、前記フィルムとの間に、封止層を有することを特徴とする腕装着型電子機器。
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