JP2020087651A - 発光装置及び発光装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板としてフレキシブル基板を用いる場合において、製造時に百度以上に加熱する必要がなく、凹凸の少ない発光装置を提供する。【解決手段】フレキシブル基板３１に配置された有機発光ダイオード３４と、有機発光ダイオード３４に一端部側が接続され、フレキシブル基板３１の面内方向外側に延出する電極４２と、電極４２の他端部側と接続されたリード線２１と、電極４２と有機発光ダイオード３４との接続部分、及び、電極４２とリード線２１との接続部分を、接着層４４を介して挟む一対の樹脂層４１と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置及び発光装置の製造方法に関する。

従来から、光線力学療法のため、患部に貼り付ける発光装置が知られている。しかしながら、従来の発光装置は、フレキシブルではないことから、皮膚等の曲面に追随するフレキシブルな発光装置が望まれていた。

そこで、特許文献１には、フレキシブル基板に形成した有機発光ダイオードを発光装置の発光体に用いることが開示されている。

国際公開第２０１７／０３８６５５号 特開２０１８−１２９６７３号 特開２００１−２１０９３３号

航空電子技報、Ｎｏ．３９ （２０１７）、ｐ１−２０

ここで、特許文献１に記載の発光体に電力を供給するためには、フレキシブル基板からリード線を取り出す必要がある。フレキシブル基板からリード線を取り出すためには、導電性接着剤を用いるＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）技術や、フレキシブル基板に金属部品を機械的にはさんで電極と接続させ、ハンダ付等によって当該部品にリード線を接続する金属カシメという技術等がある。

しかしながら、前者の技術では、百数十度以上に加熱する必要があり、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基板のような耐熱性が低いフレキシブル基板では溶けてしまうという問題があった。また、後者の技術では、直接肌に接する部材としては凹凸が大きすぎるという問題があった。さらにこれらの技術を用いると、接続部も含めて柔軟性を確保し、完全なフレキシブル性を実現することが困難であった。なぜなら、耐熱性を確保するためにはある程度の厚みがあり、耐熱性に優れた基板を用意する必要があった。これらは材料面でのコスト高の要因にもなり、実装に設備の導入が必要である。後者は特にウエアラブルデバイスとして実用化したときに肌に貼り付けると違和感があり、デザイン的にも好ましくない。
また、特許文献２には音センサモジュールの導体パターンについて記載されている。また、特許文献３には、導体パターンの形成方法について記載がある。また、非特許文献１には、フィルム型接続技術について記載されている。しかしながら、これらの記載は微細配線パターンとＦＰＣとの接続については記載があるがフレキシブル基板上に掲載された電極とリード線を接続し、例えばフレキシブル基板上に形成された発光デバイスからフレキシブル性を失うことなくリード線を取り出すことができる、皮膚に貼り付けられるような柔軟かつ信頼性のある接続を提供することについては記載がなく、新たな手法を開発する必要があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板としてフレキシブル基板を用いる場合において、接続部も含め完全なフレキシブル性を実現すること、また製造時に必要以上に加熱する必要がなく、凹凸の少ない発光装置及びそのような発光装置の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、第一態様に係る発光装置は、フレキシブル基板に配置された有機発光ダイオードと、前記有機発光ダイオードに一端部側が接続され、前記フレキシブル基板の面内方向外側に延出する電極と、前記電極の他端部側と接続されたリード線と、前記電極と前記有機発光ダイオードとの接続部分、及び、前記電極とリード線との接続部分を、接着層を介して挟む一対の樹脂層と、を備えることを特徴とする。

上記第一態様によれば、電極と有機発光ダイオードとの接続部分、及び、電極とリード線との接続部分に、接着層を介して挟む一対の樹脂層を備えるので、これらの接続部分の強度を有することができ、もって、製造時に百度以上に加熱する必要がなく、フレキシブル基板が溶けることがない。また、ハンダ等がないため、凹凸を少なくすることができる。

第二態様に係る発光装置は、前記有機発光ダイオードの端部と前記リード線の端部は、互いに対向して配置されており、前記電極は、前記端部間を跨って、前記有機発光ダイオードの一面及び前記リード線の一面に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、リード線と有機発光ダイオードが重なることを防止することができ、もって発光装置の厚みを薄くすることができる。

第三態様に係る発光装置は、前記フレキシブル基板を一方のフレキシブル基板としたとき、前記有機発光ダイオードは、一方のフレキシブル基板と他方のフレキシブル基板に挟まれており、前記電極の端部は、前記他方のフレキシブル基板の端部と接触する、ことを特徴とする。

この構成によれば、電極と、他方のフレキシブル基板とが重なることを防止することができ、もって発光装置の厚みを薄くすることができる。また、電極と有機発光ダイオードとの接触面積を大きくすることができる。また、電極の端部と他方のフレキシブル基板との間に気泡が内包することを抑制することができる。

第四態様に係る発光装置は、前記電極の端部と前記他方のフレキシブル基板との接触部分は、前記一対の樹脂層に挟まれている、ことを特徴とする。

この構成によれば、電極が剥がれることを抑制することができる。

本発明の発光装置の製造方法は、フレキシブル基板に配置された有機発光ダイオードと、前記有機発光ダイオードに一端部側が接続され、前記フレキシブル基板の面内方向外側に延出する電極との接続部分を、接着層を介して一方の樹脂層に貼り付ける工程と、リード線の一端部を、接着層を介して他方の樹脂層に貼り付ける工程と、前記一方の樹脂層と前記他方の樹脂層を貼り合わせて、前記リード線を前記電極の他端部側と接続させるとともに、前記電極と前記有機発光ダイオードとの接続部分、及び、前記電極とリード線との接続部分を、前記接着層を介して挟む工程と、を有することを特徴とする。

この構成によれば、フレキシブル基板に配置された有機発光ダイオードとリード線を簡便な手順により電極で容易かつ安価に接続することができる。また、接続時に加熱が不要であり、大がかりな製造装置も不要である。

本発明によれば、基板としてフレキシブル基板を用いる場合において、製造時に百度以上に加熱する必要がなく、凹凸の少ない発光装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る発光装置の正面図である。 図１に示す発光装置のＡ−Ａ矢視概略断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示す発光装置の製造方法を示す図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、発光装置の変形例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｂ）は、発光装置の他の変形例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の複数の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素及びステップに対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る発光装置１０の正面図である。

図１に示すように、発光装置１０は、コード部２０と、本体部３０と、コネクタ部４０と、を備える。

コード部２０は、不図示の電源部から本体部３０に電力を供給する機能を有する。コード部２０は、リード線２１と、雄型中継コネクタ２２と、を備える。リード線２１は、例えば２本で構成される。リード線２１の一端部は、被覆が剥かれて、芯線としての導電体２１Ａが露出している。リード線２１の他端部は、雄型中継コネクタ２２に接続されている。雄型中継コネクタ２２は、発光装置１０外部の雌型中継コネクタ２３に接続されている。雌型中継コネクタ２３は、不図示の電源部に接続されているリード線２４に接続されている。

本体部３０は、人間や動物等の生体の患部（生体内の臓器やその近傍を含む）に貼り付けられ、当該患部に光を当てる機能を有する。本体部３０は、一対のフレキシブル基板３１と、発光部３２と、を備える。

一対のフレキシブル基板３１は、例えばポリエチレンテレフタレート等の透明な樹脂で形成されている。フレキシブル基板の厚みは５〜２００μｍであることが好ましく、１０μｍ〜１２５μｍであることがより好ましく、１０μｍ〜８０μｍであることが特に好ましい。一対のフレキシブル基板３１の間には発光部３２が配置されている。発光部３２は、リード線２１を介して電力が供給されることにより発光する機能を有する。発光部３２は、背面側（紙面奥側）から順に、カソード３３と、有機発光ダイオード３４と、アノード３５と、を含んで構成される。有機発光ダイオード３４は、有機材料で構成され、例えばカソード３３とアノード３５から電圧が加えられることにより発光する。

コネクタ部４０は、コード部２０と本体部３０、特にリード線２１と発光部３２とを接続する機能を有する。コネクタ部４０は、一対の樹脂層４１と、一対の電極４２と、接着層４４（図２参照）を備える。

一対の樹脂層４１は、例えばポリエチレンテレフタレート等の透明な樹脂で形成されていて、一方の樹脂層と他方の樹脂層がリード線、電極等を挟み込むように配置される。樹脂層４１の厚みは１０〜５０μｍが好ましく、２０〜３０μｍがより好ましい。一対の樹脂層４１の間には一対の電極４２が設けられている。一対の電極４２のうち一方の電極（図１では右側）は、リード線２１の導電体２１Ａとカソード３３とを接続する。一対の電極４２のうち他方の電極（図１では左側）は、リード線２１の導電体２１Ａとアノード３５とを接続する。なお、電極４２の形状は限定されないが、本実施形態では例えば正面視がフック型形状に形成されている。フック型形状にすると、リード線２１側との接続部側に引っ張り応力（図面の下方向）や剥離応力(図面の手前方向)が発生した場合でも、カソード３３やアノード３５との接続部への応力を緩和でき接続信頼性を向上することができる。また電極４２は、ここでは一本で描かれているが、一本の電極を複数に分割して配設することも好ましい。例えば５０μｍ幅のライン／スペース、１００μｍ幅のライン／スペースで複数本並べた電極としてコネクタ部を形成すると、接着面積が増えることによる接着力の補強効果や、配線数の分散効果よる信頼性の向上を図ることができる。接着層４４は、非導電性で劣化しにくい接着剤または粘着剤で構成されており、例えばアクリル系接着剤やアクリル系粘着剤などを採用することができる。接着層４４の厚みは１０〜１００μｍが好ましく、３０〜７０μｍがより好ましく、４０〜６０μｍがさらに好ましい。発光装置全体の厚みを薄くする点では接着層の厚みは薄い方が好ましいが、薄すぎると接着力や凹凸追従性が不十分になることから、程よい厚みに制御することが好ましい。

図２は、図１に示す発光装置１０のＡ−Ａ矢視断面図である。なお、図２は、概略図であるため、各構成間のサイズ比は、実際の構成間のサイズ比とは異なり、例えば接着層４４等が他の構成に比べて大きく描かれている。また、リード線２１のハッチングは省略している。

図２に示すように、一対のフレキシブル基板３１は、一方のフレキシブル基板３１Ａと他方のフレキシブル基板３１Ｂとで構成され、有機発光ダイオード３４を含む発光部３２は、一方のフレキシブル基板３１Ａと他方のフレキシブル基板３１Ｂに挟まれている。

電極４２は、発光部３２に一端部側が接続され、一対のフレキシブル基板３１の面内方向外側に延出している。また、電極４２の一端部は、他方のフレキシブル基板３１Ｂの端部と接触している。電極４２の他端部側は、リード線２１の導電体２１Ａに接続されている。ここで、発光部３２の端部とリード線２１の端部（導電体２１Ａ）は、互いに対向して配置されており、電極４２は、これらの端部間を跨って、発光部３２の一面及びリード線２１の一面に配置されている。

電極４２と発光部３２との接続部分、及び、電極４２とリード線２１との接続部分は、接着層４４を介して一対の樹脂層４１によって挟まれている。また、電極４２の一端部と他方のフレキシブル基板３１Ｂとの接触部分も、一対の樹脂層４１に挟まれている。また、リード線２１の導電体２１Ａ付近の被覆部分も、一対の樹脂層４１に挟まれている。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、図１に示す発光装置１０の製造方法を示す図である。

図３（Ａ）に示すように、発光装置１０の製造方法は、一対のフレキシブル基板３１に配置された発光部３２と、当該発光部３２に一端部側が接続され、フレキシブル基板３１の面内方向外側に延出する電極４２と、を用意する工程を有する。続いて、発光装置１０の製造方法は、発光部３２と電極４２との接続部分を、接着層４４を介して一対の樹脂層４１のうち一方の樹脂層４１Ａに貼り付ける工程を有する。

また、図３（Ｂ）に示すように、発光装置１０の製造方法は、上記工程の前又は後に、リード線２１の一端部を、接着層４４を介して一対の樹脂層４１のうち他方の樹脂層４１Ｂに貼り付ける工程を有する。

続いて、図３（Ｃ）に示すように、発光装置１０の製造方法は、一方の樹脂層４１Ａと他方の樹脂層４１Ｂをそれぞれの接着層４４を介して貼り合わせて、リード線２１を電極４２の他端部側と接続させるとともに、電極４２と発光部３２（有機発光ダイオード３４）との接続部分、及び、電極４２とリード線２１との接続部分を挟む工程を有する。
なお、図３（Ｂ）に示す工程を省略して、図３（Ｃ）において、新しい接着層４４を用いることなく、一方の樹脂層４１Ａの接着層４４を利用して、リード線２１の一端部を挟んだ状態で、一方の樹脂層４１Ａを他方の樹脂層４１Ｂに貼り合わせてもよい。

以上の図３に示す工程で発光装置を製造すれば、フレキシブル基板に配置された有機発光ダイオードとリード線を簡便な手順により電極で容易かつ安価に接続することができる。また、接続時に加熱が不要であり、大がかりな製造装置も不要である。

以上、本実施形態では、発光装置１０は、フレキシブル基板３１に配置された有機発光ダイオード３４と、有機発光ダイオード３４に一端部側が接続され、フレキシブル基板３１の面内方向外側に延出する電極４２と、電極４２の他端部側と接続されたリード線２１と、電極４２と有機発光ダイオード３４との接続部分、及び、前記電極とリード線との接続部分を、接着層を介して挟む一対の樹脂層４１と、を備える。

この構成によれば、電極４２と有機発光ダイオード３４との接続部分、及び、電極４２とリード線２１との接続部分を、接着層４４を介して挟む一対の樹脂層４１を備えるので、これらの接続部分の強度を有することができ、もって、製造時に百度以上に加熱する必要がなく、フレキシブル基板３１が溶けることがない。また、ハンダ等がないため、凹凸を少なくすることができる。

また、本実施形態では、発光装置１０は、有機発光ダイオード３４の端部とリード線２１の端部は、互いに対向して配置されており、電極４２は、これらの端部間を跨って、有機発光ダイオード３４の一面及びリード線２１の一面に配置されている。

この構成によれば、リード線２１と有機発光ダイオード３４が重なることを防止することができ、もって発光装置１０の厚みを薄くすることができる。

また、本実施形態では、発光装置１０は、有機発光ダイオード３４は、一方のフレキシブル基板３１Ａと他方のフレキシブル基板３１Ｂに挟まれており、電極４２の端部は、他方のフレキシブル基板３１Ｂの端部と接触する。

この構成によれば、電極４２と、他方のフレキシブル基板３１Ｂとが重なることを防止することができ、もって発光装置１０の厚みを薄くすることができる。また、電極４２と有機発光ダイオード３４との接触面積を大きくすることができる。また、電極４２の端部と他方のフレキシブル基板３１Ｂとの間に気泡が内包することを抑制することができる。

また、本実施形態では、電極４２の端部と他方のフレキシブル基板３１Ｂとの接触部分は、一対の樹脂層４１に挟まれている、ことを特徴とする。

この構成によれば、電極４２が剥がれることを抑制することができる。

なお、本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。また、前述した実施形態及び後述する変形例が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。ここでリード線２１のかわりにフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）、フレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ）を用いることができる。これらの材料はポリイミドの他にポリエステル等の柔らかい樹脂を使うことができる。

例えば、電極４２の形状は、図１に示すようなフック型形状である場合を説明したが、他の形状であってもよい。電極４２の形状は、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示す形状や、図５（Ａ）〜（Ｂ）に示す形状等であってもよい。このような配置をとると接続部の強度が更に向上し高い信頼性をうることが可能である。なお、図４及び図５では、有機発光ダイオード３４の記載は省略されている。

（基板や樹脂層の材料）
以下において、本発明の本体部３０を構成するフレキシブル基板３１や、コネクタ部４０を構成する樹脂層４１として使用可能な材料について説明する。
本発明を特に生体に適用する場合は、医療用のグレードであるプラスチックを用いることが好ましい。例えば医療用熱可塑性高分子材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリウレタン、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリフェニルスルホン樹脂およびその類縁体等をあげることができる。また、伸縮性のあるストレッチャブル（好ましくはさらにフレキシブル）な材料を用いることもできる。伸縮性があると曲面から形成される生体への密着性がより高まるという利点がある。伸縮性がある材料として、例えばエラストマーである、天然ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム等をあげることができる。また、生体適合フィルムを好ましく使うことができる。例えば表面に親水性をもたせた材料、より生体との密着性を良くするために親水性のモノマーをグラフトしたハイドロゲル表面をもたせた材料等を用いることができる。

基板や樹脂層は熱可塑性樹脂を主成分とすることが好ましい。主成分とは、基板や樹脂層の全体の質量の５０質量％以上を占める成分のことを言い、熱可塑性樹脂を８０質量％以上含むことが好ましく、９０質量％以上含むことがより好ましい。また、基板や樹脂層は、単層であっても、２層以上の積層体であってもよいが、単層であることが好ましい。基板や樹脂層は、無機膜を主成分とする層などの熱可塑性樹脂を主成分としない層を有していてもよい。これら基板や樹脂層には、水蒸気・酸素透過性を抑制するバリア層などが形成されたフレキシブル材料を用いることが好ましい。

一般に高分子材料は、水分や酸素透過性が高く有機半導体を用いた有機発光ダイオードにダメージを与えることが多い。そのため、バリア層を形成した基板上に有機発光ダイオードを形成し、封止膜も同様に水分・酸素透過性が小さい基板を用いることが望ましい。バリア層の具体的な例は、無機物と有機物を積層した例、実質的に無機物だけで形成した例等があり公知のものが広く使われる。その中で水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）が１０^-2単位：g/m²/day以下同様）以下のものが好ましく、１０^-4のものが更に好ましく、１０^-5以下のものが特に好ましく用いられる。なお、ＷＶＴＲ値は既存の測定装置（例えばデルタパーム）を持ち入れば測定することができる。
本発明では、フレキシブル基板を用いるが、フレキシブル基板が硬化性樹脂成分を含むことを排除するものではない。基板に硬化性樹脂を用いる場合は、フレキシブル性を完全に失わない程度に、硬化を制御することや、基板中の含有量を制御することが好ましい。

（接着層の材料）
本発明のコネクタ部４０を構成する接着層４４は、非導電性で劣化しにくい接着剤または粘着剤で構成される。ここでいう接着剤は接着後に被接着材料を破壊せずに剥離することができない材料であり、粘着剤は粘着後に被接着材料を破壊せずに再利用可能な状態で剥離することができる材料を意味する。
接着層に用いることができる接着剤または粘着剤として、アクリル樹脂系、シリコーン樹脂系、エチレン酢酸ビニル系、ポリイミド系をあげることができる。接着層に用いることができる接着剤または粘着剤は、凹凸追従性を考慮して貼り合わせ時の押圧により容易に変形するものであることが好ましい。接着層の材料としてはＵＶ硬化型や熱硬化型の接着剤をもちいると強度がさらに向上おする。

（有機発光ダイオードの発光層の材料）
有機発光ダイオードの発光層の材料としては特に制限はない。医療用に用いる場合は、疾患の状況に応じて種々の発光材料を選択することができる。例えば、皮膚ガンやニキビ等の皮膚疾患には４００〜５００ｎｍ程度の青色光が効果的な場合があり、光化学療法剤を併用する場合は体内で生成するポルフィリン誘導体の吸収である５００〜７００ｎｍに発光極大を有する材料であれば制限なく使用できる。また、生体内においてはヘモグロビンおよび水の吸収が大きな吸収を有する波長域は光が体内に浸透しづらい。よって体外から光照射し体内により深く浸透効果をもたらすには６００ｎｍ以上の長波の光が望ましく、生体組織内の水による光の吸収をさけるには１２００ｎｍ程度までの発光ピークを持つ発光材料が望ましい。ただし、ポルフィリン誘導体に代表される光増感物質は、青色、緑色の領域にも吸収を有しておりこの吸収を利用すれば６００ｎｍ以上の赤色領域の発光以外にも種々の光を活用することができる。発光層の材料としては真空蒸着型のオリゴマーを含む低分子化合物、高分子化合物や、塗布型の低分子化合物を用いることが好ましい。低分子化合物としては公知の化合物を用いることができ、制限はない。例えば、Zhigang Li, hong Meng編、organic Lighit Emitting Materials and Devices、Taylor & Francisに記載された材料を用いることができる。高分子化合物としては、例えば、住友化学製の高分子系の赤色燐光発光材料を挙げることができる。塗布型の低分子化合物としては、発光層のホスト材料として1,3-bis(carbazol-9-yl)benzene(mCP)などを挙げることができ、ｍＣＰはドーパントとして用いる赤色燐光材料（Bis(2-benzo[b]thiophene-2-yl-pyridine)(acetylacetonate)iridium(III),(Ir(btp)₂(acac))）などと組み合わせて用いることができる。これらの材料には限定されず、公知の発光材料を広く活用できる。

なお、発光層以外の有機発光ダイオードを構成する層（例えば、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層、正孔阻止層、電子阻止層などに用いられる材料としては特に制限はなく、公知の材料を用いることができる。

１０…発光装置
２０…コード部
２１…リード線
３０…本体部
３１…フレキシブル基板
３２…発光部
３４…有機発光ダイオード
４０…コネクタ部
４１…樹脂層
４２…電極
４４…接着層

Claims (5)

1. フレキシブル基板に配置された有機発光ダイオードと、
   前記有機発光ダイオードに一端部側が接続され、前記フレキシブル基板の面内方向外側に延出する電極と、
   前記電極の他端部側と接続されたリード線と、
   前記電極と前記有機発光ダイオードとの接続部分、及び、前記電極とリード線との接続部分を、接着層を介して挟む一対の樹脂層と、
   を備えることを特徴とする発光装置。
2. 前記有機発光ダイオードの端部と前記リード線の端部は、互いに対向して配置されており、
   前記電極は、前記有機発光ダイオード及び前記リード線の端部間を跨って、前記有機発光ダイオードの一面及び前記リード線の一面に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記フレキシブル基板を一方のフレキシブル基板としたとき、
   前記有機発光ダイオードは、一方のフレキシブル基板と他方のフレキシブル基板に挟まれており、
   前記電極の端部は、前記他方のフレキシブル基板の端部と接触する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
4. 前記電極の端部と前記他方のフレキシブル基板との接触部分は、前記一対の樹脂層に挟まれている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. フレキシブル基板に配置された有機発光ダイオードと、前記有機発光ダイオードに一端部側が接続され、前記フレキシブル基板の面内方向外側に延出する電極との接続部分を、接着層を介して一方の樹脂層に貼り付ける工程と、
   リード線の一端部を、接着層を介して他方の樹脂層に貼り付ける工程と、
   前記一方の樹脂層と前記他方の樹脂層を貼り合わせて、前記リード線を前記電極の他端部側と接続させるとともに、前記電極と前記有機発光ダイオードとの接続部分、及び、前記電極とリード線との接続部分を、前記接着層を介して挟む工程と、
   を有する発光装置の製造方法。