オリガミセンサー
一態様において、本発明は、柔軟型基板と、該基板上に配置された光学素子と、を備えた光学センサーを提供する。柔軟型基板が、光学素子に作用する変形部を有し、該変形部が、少なくとも部分的に光学素子を囲む基板変形領域内に設けられる。本発明の目的は、ロールツーロール製造に適合する光学センサー構造を提供することである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟型ホイル上に、光学センサーを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な光学センサーにおいては、光が、発光源から、導光媒体を介して、受光検出器まで進まなければならない。光学センサーの測定精度及び信頼性を向上させるために、単一のセンサーに代え、光学センサーのアレイを製造することが求められる。これが、柔軟型ホイル上に有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及び有機フォトダイオード（ＯＰＤ）を印刷することにより実施されてよい。製造時間及び組み立て費用を減らすために、好ましくは、印刷が、ロール−ツーロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）プロセスで実施される。
【０００３】
しかしながら、ＯＬＥＤ及びＯＰＤの両方が、擬似的な二次元であり、通常、互いに向かい合う場合にのみ、相互に作用することが可能である。従って、典型的なセンサー構造が、各電気光学部品及びそれらの間に挟まれた誘導素子に対する分離層を備えた層状構造である。例えば、積層及び相互接続電子ホイルによって、このようなセンサー構造を組み立てることは、ロール−ツーロールプロセスにおいては困難でありうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／１０２６５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学センサーの組み立てに関連する複雑さを減らすための一つの方法は、ＯＬＥＤ及びＯＰＤの両方を、同じホイル内で製造することである。これが、上記のような典型的な光学センサーから一つの層を除外する。誘導素子が、ホイル上に位置され、ＯＬＥＤからＯＰＤに光を導く。特許文献１が、この試みの実施例を示している。残念なことに、ホイル上における導光素子の正確な位置調節が、このセンサー構造を、ロール−ツーロールプロセスにおける使用に適さないものにする。さらに、十分な反射性を維持しつつ、平面光学素子上に導光素子を配置することが、困難となりうる。
【０００６】
本発明の目的は、ロール−ツーロールプロセスに適合する光学センサー構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、本発明は、柔軟型基板及び基板上に配置された光学素子を備えた光学センサーを提供する。柔軟型基板が、光学素子に作用する変形部を備える。変形部が、少なくとも部分的に光学素子を囲む基板変形領域内に設けられる。
【０００８】
他の態様において、本発明は、柔軟型基板及び基板上に配置された光学素子を備えた光学センサーを提供する。柔軟型基板が、光学素子に作用する変形部を備える。光源及び検出器の少なくとも一方の光学表面が、光学的に有効である基板に向けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、少なくとも部分的に光学素子を囲む基板変形領域内に設けられた変形部を示す。
【図２】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、変形領域が、少なくとも部分的に弱化されている。
【図３】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、変形領域が、少なくとも部分的に切断されている。
【図４】本発明による光学センサー内の変形領域の上面図である。
【図５】本発明による光学センサーの例示的な実施形態である。
【図６】単一の有機光学素子の例示的な積層体の断面図である。
【図７】光源及び検出器の組の断面図である。
【図８】本発明による光学センサーの例示的な実施形態である。
【図９】本発明による光学センサーの例示的な実施形態である。
【図１０】本発明による導光素子を備えた光学センサーの例示的な実施形態である。
【図１１】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、センサー活性材料が、導光素子の形状及び／または大きさを変更する。
【図１２】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、基板が、偏光フィルタを形成する。
【図１３】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、基板が、部分的に二重となっている。
【図１４】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、導光素子が、完成型の層である。
【図１５】例示的なセンサーアレイである。
【図１６】完成したセンサーの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明が、添付の図面と併用される本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からいっそう容易に明らかとなるだろう。
【００１１】
図１Ａは、本発明による光学センサーの例示的な実施形態の第一製造段階を概略的に示すものであって、変形部５が、基板２内に設けられる前を示す。センサー１が、柔軟型基板２及び基板２上に配置された２つの光学素子３を備える。基板２が、２つの変形領域４を含む。
【００１２】
その完成型の光学センサーが、図１Ｂに概略的に示されており、柔軟型基板２が、少なくとも一つの光学素子に作用する変形部５及び５’を備える。典型的には、基板２のみが、変形されてよく、光学素子３が、変形されない。変形部５が、少なくとも部分的に光学素子を囲む基板変形領域４内に設けられる。変形部５、例えば、曲げまたは折り畳み部が、制限されるものではないが、モールディングまたはエンボス加工のような技術によって達成される。
【００１３】
好ましくは、基板２が、圧延方向及び圧延方向と反対の方向の両方において、完全に柔軟である。しかしながら、圧延方向において柔軟である基板２のみが、ロール−ツーロール製造に適合しうる。
【００１４】
基板２の変形部５を容易にするために、基板変形領域４が、少なくとも部分的に弱化され、または、少なくとも部分的に基板２から切り離される。図２が、本発明によるセンサーの実施形態１００を示し、基板変形領域４が、弱化される。図２Ａ及び２Ｂが、各々、第一製造段階であって、その完成型光学センサーの実施形態を示す。図２が、２つの光学素子３及び３’を示す。弱化変形領域４及び４’が、例えば、基板２内に弱化点を設けることによって製造されてよい。局部的な弱化が、制限するものではないが、アブレーション、ミリングまたは溶媒若しくは熱の局部的な適用等の方法によって達成されてよい。また、光学素子３の周囲に弱化領域を設けるまたは光学素子３を部分的に切り離すことが、光学素子の再配置を容易にする。
【００１５】
図３において、実施形態１００と似たセンサーの実施形態１０１が示されているが、ここで、基板変形領域４が、基板２から少なくとも部分的に切り離されている。図３Ａが、この実施形態の光学センサーの第一製造段階を示し、図３Ｂが、完成型のセンサーを示す。部分的な切り離しが、制限するものではないが、切断、ミリングまたは掘削のような方法によって達成される。
【００１６】
切断または弱化領域の方向が、任意に選択されてよく、従って、基板２に関して、及び互いに関して、配向を自由なものとすることが可能となる。これが、他の方法で容易に達成できない光学的配置を可能にしうる。
【００１７】
基板２の柔軟性が、ロールツーロールプロセスによって、例えば、重要な処理ステップの後で基板２を再形成することによってもたらされるいくつかの幾何学的な制約を克服するために使用されてよい。特に、ロールツーロールプロセスの間、基板２が、好ましくは、平坦であり、柔軟である。センサーデバイスの重要な処理の後、光学素子３が、基板２から部分的に切り離されてよく、その柔軟性が、光学素子３を再配置するために使用されてよい。
【００１８】
少なくとも部分的に基板２が弱化される領域によって光学素子３を囲むこと、または、基板２から部分的に切り離すことが、光学素子構造に関する設計の自由度を高める。
【００１９】
好ましくは、基板２が、ポリエチレンナフタレートまたはポリエチレンテレフタラートのような透明なプラスチックホイルから形成される。しかしながら、他の、金属ホイルのような透明でない材料を使用することも可能である。光学素子３が、様々な構造及び材料を使用して構築されてよい。
【００２０】
本発明による光学センサーにおいて、光学素子が、発光源、受光検出器または導光素子であってよい。
【００２１】
図４が、図２及び３において説明されたようなセンサーの２つの実施形態の光学素子の上面図を示す。図４Ａが、基板変形領域４を備えたセンサー１００の上面図を図示し、変形領域が、少なくとも部分的に弱化され、素子３を囲む。図４Ｂが、センサー１０１の上面図を図示し、基板変形領域４が、少なくとも部分的に、基板２から切り離される。明細書に開示された実施形態において、少なくとも部分的に囲むことが、光学素子と直接的に隣接する外形に沿って広がる弱化または切断を含むことが示されている。外形が、少なくとも２つの異なる方向に広がり、好ましくは、光学素子３の４つの側面うち３つの側面に沿って広がる。光学的機能に作用するように十分に弱化領域が近接しているが、素子を傷つけないように十分に離れている。
【００２２】
図２、３及び４に示されたような実施形態１００及び１０１において、作用を受けた光学素子３が、発光源及び受光検出器であってよい。光源及び検出器の組が、その間に適用された媒体を検出し、測定しまたは分析するために使用されてよい。いくつかの場合、例えば化学センサーに対しては、光源と検出器との間内に光導波路を備えた検出器及び光源を構成することが好ましい。光導波路が、検出活性材料として機能してよく、または、光導波路が、センサー活性材料を含むことが出来る。
【００２３】
図５が、本発明による、発光源６、受光検出器７、及び導光素子８を備えた光学センサーの実施形態１０２を示す。この実施形態において、また、導光素子８が、部分的に表面から切り離され、基板２の変形部５によって作用される。
【００２４】
一実施形態において、発光源６が、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）または小分子有機発光ダイオード（ＳＭＯＬＥＤ）を含んでよい。受光検出器７が、有機フォトダイオード（ＯＰＤ）または小分子有機フォトダイオード（ＳＭＯＰＤ）を含んでよい。
【００２５】
材料の汚染を防ぐために、基板２上に有機材料を堆積するには非接触式印刷技術を使用することが好ましい。しかしながら、例えば、光学素子３が、基板２の両側で処理される場合、または、ある機能性を有する層が、この層の上端上に他の機能層を印刷する前に、バリア層によって保護される場合、接触式被覆技術が使用されてよい。
【００２６】
ある機能性を有するさらなるホイルが、ともに積層されてよい。印刷され、積み重ねられ、または積層された光学素子３とともに、異なる発光ポリマー材料を使用することにり異なる波長を有するＯＬＥＤを使用することが可能である。好ましくは、単一の光学素子３が、透明であり柔軟であるバリア層で封止され、それらが、湿気から保護される。
【００２７】
ホイルを介した導波を取り除くことが求められる場合、上面上において受光し発光する光学素子３が製造されてよい。この光が、有機半導体ポリマーの上端上における薄層を介して誘導されるだけでよい。これらの層が、柔軟型基板２と比較して、極めて薄く、それとともに、積み重ねられた層を介した光の内部誘導を減らす。最先端において、これらの素子が、トップーエミッション型ー素子（ｔｏｐ−ｅｍｉｓｓｉｖｅ−ｅｌｅｍｅｎｔ）と呼ばれる。
【００２８】
図６が、単一の有機光学素子の可能な構造の断面図を示す。パターン化された耐湿性セラミック様の層９が、柔軟型基板２上に堆積される。耐湿性セラミック様の層９の上端上において、湿気に対する拡散経路長を増やすために、有機層１０が、設けられる。有機層１０が、パターン化されてもよいが、多少、小さな大きさである。有機層１０が、湿気を透過しないパターン化セラミック層１１で覆われてよい。好ましくは、パターン化セラミック層１１の形状が、有機層１０を覆う。これらの層が、柔軟型基板２上にバリアスタックを仕上げる。
【００２９】
バリアスタックの上部上に設けられた活性有機光学素子３が、パターン化アノード１３とパターン化カソード１４との間に挟まれたパターン化有機発光または受光材料１２を備える。カソード１４に対するコンタクトが、アノード１３の材料と同じ材料であり、酸素及び湿気によるカソード１４の劣化を防ぐ。
【００３０】
電気的活性有機層が、パターン化された封止材によって湿気から保護されてよく、該封止材が、パターン化セラミック層１５と、好ましくは湿気に対する拡散経路長を増やすための該パターン化セラミック層１５よりも大きさが小さいパターン化有機層１６と、好ましくはパターン化セラミック層１５と同じ大きさのセラミック層１７とを備える。
【００３１】
光学素子が、ボトムーエミッション型またはトップーエミッション型であってよい。図７Ａが、ボトムーエミッション型有機光学素子３と、発光源６と、受光検出器７と、の組に対する可能な構造を示す。光源６と、検出器７と、の両方が、パターン化バリアスタックと、例えばインジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）から形成されたパターン化透明アノード１８と、パターン化発光ポリマー１９または受光ポリマー２０と、ホール用のパターン化透明層２１と、パターン化反射金属カソード２２と、を備える。デバイスが、湿気及び酸素に対して、パターン化バリアスタックを用いて封止される。図７Ａに示されるようなボトムーエミッション型光学素子３の場合、カソード２２が、反射型であり、光２３が、基板２上のバリア及び基板２自体を介して、各々、発光、受光される。ボトムーエミッション型光学素子３において、基板２と、基板２上のバリアと、アノード１８と、ホールトランスポート層２１と、が、透明である。
【００３２】
図７Ｂに示されるようなトップーエミッション型有機光学素子３の場合、光源６と検出器７とが、パターン化バリアスタックと、アノード材料２４のようなパターン化反射金属層と、パターン化ホールトランスポート層２１と、パターン化発光ポリマー１９または受光ポリマー２０と、電子注入用のカソード材料のようなパターン化透明金属薄層２５と、を備える。トップーエミッション型デバイスの場合、アノード２４が、反射型であり、光２３が、透明カソード２５と透明封止材とを介し、各々、発光、受光される。
【００３３】
このスタック設計の特別な特徴は、無機バリア層が設けられ、これらが、完全に、個々の有機素子を封止することである。従って、例えば、レーザーによって、弱化領域または切り離し部により個々の素子を分離することが、有機素子を、環境に露出させない。従って、有機光学素子が、切断または弱化領域内の素子に入り込む湿気から保護される。典型的には、湿気との接触が、有機素子の寿命を縮め、従って、望ましくない。
【００３４】
図８は、本発明による光学センサーの３つの他の実施形態を図示し、センサーが、基板２上に配置された受光検出器７と、発光源６と、を備える。検出器７が、光源６から放出された光２３に反応する。基板２の変形部５が、光源６と検出器７との少なくとも一方を傾けるように配置され、光源６から、検出器７への光の移動に対する光路２６を提供する。
【００３５】
図８Ａが、実施形態１０３を示し、基板２の変形部５が、発光源６を傾けるように配置され、光源６から、検出器７への光２３の移動に対する光路２６を提供する。図８Ｂが、実施形態１０４を示し、基板２の変形部５が配置され、光源６から、検出器７への光２３の移動に対する光路２６を提供する。図８Ｃが、実施形態を示し、基板２の変形部５が、発光源６と受光検出器７との両方を傾けるように配置され、光源６から、検出器７への光２３の移動に対する光路２６を提供する。
【００３６】
図９が、本発明の実施形態１０６を図示し、光源６と検出器７との組が、媒体２７の存在を検出しうる。どのように、光源６からの光２３が、媒体２７によって反射されまたは吸収されうるかを図９Ａが図示し、これによって、反射の量が媒体２７を特徴づける。図９Ｂが、実施形態１０７を概略的に示し、媒体２７が、人間または動物の皮膚２８を含む。この実施形態のセンサーが、体内または体上の測定に対するスマートバンデージ（ｓｍａｒｔ ｂａｎｄａｇｅ）に使用されてよい。光２３が、毛細血管または静脈２８中の血液の量及び容量に依存して、多かれ少なかれ吸収されうる。再配置された光学素子３により、二次元構造が、形成される。平面構造と比較して、二次元構造は、センサーが、わずかに皮膚上で押し付けられる場合に、毛細血管が閉じることをそれが防ぎうるという利点を有しうる。
【００３７】
図８Ｃに示されたセンサー１０５をベースとし、図１０に図示された本発明による光学センサーのさらに他の実施形態１０８において、センサーが、導光素子８をさらに備える。導光素子８が、制限されるものではないが、印刷、エンボス加工、またはモールディングのような技術を用いて設けられてよい。導光素子８が、光学素子３を備えた基板２上に直接的に印刷され、該基板２内にエンボス加工され、または、該基板２上にモールドされてよい。あるいは、導光素子８が、インジェクションモールディングまたはエンボス加工技術を使用して別々に形成されることが可能である。この実施形態において、導光素子８が、少なくとも部分的に、光源６と検出器７との間に配置される。導光素子８が、流体内の検体の量に対して反応するセンサー活性材料を含む。流体との用語が、センサーを囲む液体及び気体に対する総称として解釈される。あるいは、導波路自体が、センサー活性材料から構成されてよい。
【００３８】
弱化領域が、導光素子８に対してまたは導光素子８の周囲で有機光学素子３を傾けることを可能にし、検出構造に関して、光学素子３を最適に配置する。
【００３９】
他の実施形態において、センサー活性材料が、センサーを囲む流体中のある検体分子の量に応じて、例えば、導光素子８の吸収の特徴といった導光特性を変える。導光素子８を介して送られる光の変化が、例えば、フォトダイオードである検出器７によって測定されうる。
【００４０】
本発明による光学センサーの一実施形態において、センサーを囲む流体中の検体の量に応じて、センサー活性材料が、導光素子８の反射特性を変化させる。
【００４１】
図８Ｃに示されたセンサー１０５をベースとし、図１１に図示された実施形態１０９において、発光源６と受光検出器７とが、導光素子８と隣接しており、センサー活性材料が、センサーを囲む流体中の検体の量に応じて、導光素子８の形状及び／または大きさを変え、受光検出器７及び／または発光源６の傾斜角（ｔｉｌｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ）２９を変える。
【００４２】
検体の存在によって引き起こされるセンサー活性材料の体積変化が、その光学特性の変化の原因となりうる。体積変化が、光源６及び／または検出器７の傾斜角の変化を機械的に引き起こすために使用されてもよく、これによって、光学素子３の配置を変える。また、体積変化が、誘導構造の厚さの変動を引き起こしうる。光学特性のこれらの変化、及び引き起こされた光学的形状の変化が、導波路を介した光の輸送に影響を及ぼす。
【００４３】
上記の構造を有することで、より高感度、または、より選択的なセンサーを形成するように、色の変化と、体積の変化と、の両方を組み合わせることが可能となる。例えば、曲がることができ、これによって、基板２が、ヒンジのように機能する一つの光源６と検出器７との組が、光学的形状の変化により、反射光の違いを測定し、一方、固定された位置の光学素子３の組が、色の変化を測定しうる。
【００４４】
図１１Ａが、ある量の検体を含む流体に露出されない間におけるセンサー１０９を示す。この状態において、デバイスと、導光素子８との間に、ある傾斜角が存在する。図１１Ｂに示されるように、センサー１０９が、ある量の検体を含む流体に露出される状態において、導光素子８の大きさ及び／または形状が、変更され、それとともに傾斜角も変更される。角度の変化が、導光素子８の反射特性の変化を生じ、この結果、光路２６を変える。
【００４５】
センサー活性材料に検体を輸送するために、導光素子８が、流体輸送システムを備えてよい。典型的には、センサー活性材料の層が、液体または気体の輸送のための開放構造を有し、例えば、これは、マイクロ流体チャンネルである。流体輸送システムが、センサー活性材料と検体との間の十分な接触を可能にしうる。
【００４６】
他の実施形態１１０が、図１２に図示される。この実施形態において、光学的に有効な基板２が、偏光フィルタを形成する。この実施形態の第一製造段階が、図１２Ａに示されている。センサー１１０が、基板２上に配置された受光検出器７と発光源６とを備える。光源６と検出器７とが、光学面を有する。光学面とは、例えばＯＬＥＤである発光源６の表面を意味し、ここで、光が、光源６から出て結合される。例えばＯＰＤである受光検出器７においては、光学面は、光を受け入れる表面である。基板２が、光学的に有効な基板２である。光学的に有効とは、基板２が、例えば、偏光機能といった光学的機能を備えることを意味する。しかしながら、カラーフィルタのような他の光学的機能も可能である。光源６と検出器７との光学表面が、光学的に有効な基板２に向けられる。従って、光源６によって放出された光が、光学的に有効な基板２を介して進み、光が、光学的に有効な基板２を介して検出器７によって受容される。
【００４７】
図１２Ｂが、完成型のセンサーを示し、導光素子８が、少なくとも部分的に光源６と検出器７との間に配置される。導光素子８が、光学的に活性である場合にランダム偏光のルミネセンス光（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｌｉｇｈｔ）３９を放出するルミネセント染料３２を含む。ルミネセンス光３９の特徴が、センサーを囲む流体中の検体の量によって決まる。光源６から、導光素子８を介して、検出器７まで進む光が、第一に、光源６が配置されるとすぐに、偏光フィルタの一部によって、直線的に偏光され、第二に、検出器７が配置されるとすぐに、基板２の一部によって、直線的に偏光され、第二の偏光が、第一の偏光に対して９０度回転される。直線的に偏光された光２３が、導光素子８を介して進み、ルミネセント染料３２を活性化し、ランダム偏光のルミネセンス光３９を放出する。検出器７が、ランダム偏光のルミネセンス光３９の一部の特徴を受け入れる。ルミネセント染料３２と接触しなかった直線的に偏光された光が、９０度回転された偏光によって遮られ、検出器７に受容されない。検出器７の信号から、センサーを囲む流体中の検体の量が測定されうる。
【００４８】
図１２Ｃは、検出器７と光源６との曲げ線３０を、基板３１の偏光方向に関して４５度回転して配置することにより、光学センサーが、偏光方向に９０度回転しうることを示している。
【００４９】
図１２Ｄは、図１２Ｂに示されたような完成型の実施形態の断面図を概略的に表す。
【００５０】
導光素子８が、検体を、ルミネセント染料に輸送するための流体輸送システムを備えてよい。
【００５１】
また、柔軟型基板２の使用が、構造上の利点となり得、部分的に基板２を二重化するように、柔軟型基板２上の少なくとも一つの光学素子が、部分的に切り離され、基板２に戻るように折り畳まれる。基板２が二重化される前に、光学面が、基板２から離れるように方向づけされうる。基板２を二重化した後で、光学面が、基板２に向かうように再度方向づけされ、光学的機能を有する柔軟型基板２を使用することを可能にする。
【００５２】
図１３が、実施形態１１１の断面図を示す。この実施形態が、部分的に二重化された基板２の例示的な構造であり、基板２が、偏光機能を有する。基板２’（基板２’は、左に示される）から切開された後、光源６が形成されるとすぐに、基板３３の第一部分が、基板２に戻るように折り畳まれる。矢印４０が、折り畳みによる基板Ｘ４１の一部の動きを示す。光源６からの光２３を直線的に偏光させるように、基板２’’（基板２’’は、右に示される）から切開された後、検出器が形成されるとすぐに、基板３４の第二部分が、折り畳まれ、光源６の上端上に配置される。第二部分３４に対しては、明確にするために、動きが示されていない。部分的に二重化された基板２の上端上で、導光素子８が、ルミネセント染料３２を含んで設けられてよい。
【００５３】
直線的に偏光された光２３が、導光素子８を介して進み、ルミネセント染料３２を活性化し、ランダム偏光のルミネセンス光３９を放出する。検出器７が、ランダム偏光のルミネセンス光３９の一部の特徴を受容する。検出器信号から、センサーを囲む流体中の検体の量が、測定されうる。ルミネセント染料３２と接触しなかった直線的に偏光された光２３が、検出器７によって登録されることなく導光素子８から出て結合される。図１３が、単一のセンサーノードの断面図を示すが、センサーノードが、図１４、１５及び１６に示されるセンサーアレイと同様なセンサーアレイの一部となる可能性があることを強調する。
【００５４】
さらに、部分的に二重化された基板２が、導光素子８を提供してよく、ここで、内部光反射が捕らえられる。
【００５５】
図１４は、擬似的な面内光学センサーアレイ１１２を概略的に図示する。図１４Ａが、アレイの第一製造段階を示し、このアレイが、所定位置内の面の外に再配置された部分的に切り離された光源６と検出器７との組を備える。
【００５６】
完成型のセンサーアレイが、図１４Ｂの断面図に示されている。光源６と検出器７のアレイが形成されるとすぐに、導光を目的とした材料の完全な層が、基板２の上端上に設けられることが理解できる。光源６から放出された光が、導光層を介して誘導され、検出材料６４に達する。検出材料が、検出器７によって受容される光２３に影響を及ぼす。
【００５７】
導光素子８として完成型の層を使用することで、光学素子３を取付けることに関する課題、例えば、移動の課題を回避しうる。導光材料が、検出材料または成分を含んでよく、または、検出材料または成分が、導光層の上端上に堆積されてよい。検出材料または成分が、光学素子４０の上端上に堆積されてもよい。
【００５８】
センサーアレイ１１２を製造する一つの方法が、導光層を、既に配置された光学素子３を備えた完成型の基板２領域の上端上に設けることであり、印刷、インジェクションモールディングまたは被覆のような技術を用いるが、これらに制限するものではない。製造のバリエーションは、光源６と検出器とが、所定位置に形成される前に、導光材料を被覆することである。上端上の層が硬化される前に、光学素子３が、変形されなければならない。光学素子３が、部分的に切り離され、導光層内にエンボス加工されてよい。
【００５９】
光源６と検出器７とのアレイを備えたバンデージのようないくつかの用途において、透明な導光層が、検出層の代わりに保護層としてのみ機能しうる。
【００６０】
図１５が、上記の様々なセンサーノードによる４つの光学センサーアレイを示す。ここまで、完成型の光学センサーシステムから離れて、単一のセンサーノードの構造のみが説明された。図１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃのセンサーアレイが、発光源６と受光検出器７とを備えた柔軟型基板２をベースとした透過型または反射型センサーノードのアレイを備え、発光源６と受光検出器７との間が、導光媒体を用いて補完される。これらのセンサーアレイを仕上げるために、光源６と検出器とが、導光素子８に対して曲げられる。単一の測定ノードの代わりにセンサーノードのアレイを使用することで、光学センサーの質及び信頼性を改善しうる。各センサーノードまたはセンサーノード群が、例えば、異なる波長の光に対して感応性を有する検出器と光源６との組を備えて構成されることが可能である。
【００６１】
センサーアレイにおけるクロストークを防ぐために、各光源６と検出器との組が、それ独自の導光素子８を有してよい。クロストークとは、光学的な分離が不完全であるために、検出器７が、意図せず、隣接するセンサー素子からの光を受容する現象である。
【００６２】
図１５Ａが、図１０に示されたようなセンサーノード１０８を備えたセンサーアレイの実施例を示す。光導波路を設けた後で、平面の光源６と検出器とが、導波路に対して曲げられる。
【００６３】
図１５Ｂが、センサーアレイの実施例を示し、これによって、弱化領域の切断方向が、任意に選択され、曲げられたデバイスの完全な自由性を示す。この設計が、他の方法では、容易に達成できない。
【００６４】
図１５Ｃは、吸着の変化と、体積の変化との両方が、結合される概略的な構造を示す。一組の光源６と検出器とが、固定位置を有し、他の組の光源６と検出器とが曲がることが可能であり、これによって、基板２が、図１１に示されたセンサーノード１０９に対して説明されたようにヒンジとして機能する。
【００６５】
図１５Ｄは、図１４における実施形態１１２に対して説明されたような光学的誘導システムを有さない光学センサーアレイの実施例を示す。
【００６６】
図１６は、センサーノード３５のアレイと、プリント回路３６と、電子部品３７と、バッテリー３８とを備えた完成型の光学センサーシステムを図示する。センサーの製造方法が、平面基板２の大部分を、手をつけずに残しうるため、センサーアレイが、従来型の（柔軟型）プリント回路基板（Ｆ）ＰＣＢに容易に接続されうる。逆に、基板自体が、プリント回路基板を代替するものとして使用されてよい。また、モールド・インターコネクション・デバイス（ＭＩＤ）が、使用されてもよく、これによって、光学部材とＰＣＢとの両方が、モールディング技術を用いて形成される。
【００６７】
本発明による光学センサーの他の実施形態において、センサーが、柔軟型基板２と、該基板２上に配置された光学素子３とを備える。柔軟型基板２が、光学素子３に作用する変形部５を備える。光源６と検出器７との少なくとも一方の光学面が、光学的に有効である基板２に向けられる。
【００６８】
電気―光学素子３を備えたホイルが、別個に製造されたセンサー活性光学素子に積層されてよい。この光学素子が、検出材料と、例えば、検体に対するその透過性及びその光学的な伝導性に関して光学的検出のために最適化された基板材料またはマトリックスと、好ましくは、制限するものではないが、印刷、被覆またはエンボス加工技術を用いて設けられたミラーまたは回折格子のような補助素子とを備える。
【００６９】
提供された詳細な図面、具体的な実施例、特定の形成が、説明のみの目的を果たす。ＯＬＥＤ−スタックの多くの層が、内部光学干渉を引き起こし、ＯＬＥＤの光出力プロファイルが、視角に依存しうる。この光において、基板の変形部が、光源と検出器との少なくとも一方を傾けるように配置されてよく、光源の発光プロファイルの主要な発光方向を検出器に向け、または、検出器の受光プロファイルの主要な受光方向を、光源に向ける。ＯＬＥＤの発光プロファイルの主要な方向が、例えば、ＯＬＥＤの光学面に対して約４５°の角度であってよい。同様な検討事項が、有機フォトダイオード（ＯＰＤ）または他の種の有機電気―活性材料を備えた受光検出器に当てはまる。ＯＰＤまたはＳＭＯＰＤが、例えば、ＯＰＤまたはＳＭＯＰＤの光学面に対して４５°の角度である、ある角度での受光プロファイルにおける主要な受光方向を有してよい。添付の特許請求の範囲に表現されたような本発明の範囲から逸脱することなく、他の置換、修正、変更及び省略が、設計、操作条件、及び例示的な配置において行われてよい。
【符号の説明】
【００７０】
１ センサー
２ 基板
３ 光学素子
４ 基板変形領域
５ 変形部
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟型ホイル上に、光学センサーを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
典型的な光学センサーにおいては、光が、発光源から、導光媒体を介して、受光検出器まで進まなければならない。光学センサーの測定精度及び信頼性を向上させるために、単一のセンサーに代え、光学センサーのアレイを製造することが求められる。これが、柔軟型ホイル上に有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）及び有機フォトダイオード（ＯＰＤ）を印刷することにより実施されてよい。製造時間及び組み立て費用を減らすために、好ましくは、印刷が、ロール−ツーロール（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏｌｌ）プロセスで実施される。
【０００３】
しかしながら、ＯＬＥＤ及びＯＰＤの両方が、擬似的な二次元であり、通常、互いに向かい合う場合にのみ、相互に作用することが可能である。従って、典型的なセンサー構造が、各電気光学部品及びそれらの間に挟まれた誘導素子に対する分離層を備えた層状構造である。例えば、積層及び相互接続電子ホイルによって、このようなセンサー構造を組み立てることは、ロール−ツーロールプロセスにおいては困難でありうる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／１０２６５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学センサーの組み立てに関連する複雑さを減らすための一つの方法は、ＯＬＥＤ及びＯＰＤの両方を、同じホイル内で製造することである。これが、上記のような典型的な光学センサーから一つの層を除外する。誘導素子が、ホイル上に位置され、ＯＬＥＤからＯＰＤに光を導く。特許文献１が、この試みの実施例を示している。残念なことに、ホイル上における導光素子の正確な位置調節が、このセンサー構造を、ロール−ツーロールプロセスにおける使用に適さないものにする。さらに、十分な反射性を維持しつつ、平面光学素子上に導光素子を配置することが、困難となりうる。
【０００６】
本発明の目的は、ロール−ツーロールプロセスに適合する光学センサー構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様において、本発明は、柔軟型基板及び基板上に配置された光学素子を備えた光学センサーを提供する。柔軟型基板が、光学素子に作用する変形部を備える。変形部が、少なくとも部分的に光学素子を囲む基板変形領域内に設けられる。
【０００８】
他の態様において、本発明は、柔軟型基板及び基板上に配置された光学素子を備えた光学センサーを提供する。柔軟型基板が、光学素子に作用する変形部を備える。光源及び検出器の少なくとも一方の光学表面が、光学的に有効である基板に向けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、少なくとも部分的に光学素子を囲む基板変形領域内に設けられた変形部を示す。
【図２】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、変形領域が、少なくとも部分的に弱化されている。
【図３】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、変形領域が、少なくとも部分的に切断されている。
【図４】本発明による光学センサー内の変形領域の上面図である。
【図５】本発明による光学センサーの例示的な実施形態である。
【図６】単一の有機光学素子の例示的な積層体の断面図である。
【図７】光源及び検出器の組の断面図である。
【図８】本発明による光学センサーの例示的な実施形態である。
【図９】本発明による光学センサーの例示的な実施形態である。
【図１０】本発明による導光素子を備えた光学センサーの例示的な実施形態である。
【図１１】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、センサー活性材料が、導光素子の形状及び／または大きさを変更する。
【図１２】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、基板が、偏光フィルタを形成する。
【図１３】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、基板が、部分的に二重となっている。
【図１４】本発明による光学センサーの例示的な実施形態であって、導光素子が、完成型の層である。
【図１５】例示的なセンサーアレイである。
【図１６】完成したセンサーの略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明が、添付の図面と併用される本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からいっそう容易に明らかとなるだろう。
【００１１】
図１Ａは、本発明による光学センサーの例示的な実施形態の第一製造段階を概略的に示すものであって、変形部５が、基板２内に設けられる前を示す。センサー１が、柔軟型基板２及び基板２上に配置された２つの光学素子３を備える。基板２が、２つの変形領域４を含む。
【００１２】
その完成型の光学センサーが、図１Ｂに概略的に示されており、柔軟型基板２が、少なくとも一つの光学素子に作用する変形部５及び５’を備える。典型的には、基板２のみが、変形されてよく、光学素子３が、変形されない。変形部５が、少なくとも部分的に光学素子を囲む基板変形領域４内に設けられる。変形部５、例えば、曲げまたは折り畳み部が、制限されるものではないが、モールディングまたはエンボス加工のような技術によって達成される。
【００１３】
好ましくは、基板２が、圧延方向及び圧延方向と反対の方向の両方において、完全に柔軟である。しかしながら、圧延方向において柔軟である基板２のみが、ロール−ツーロール製造に適合しうる。
【００１４】
基板２の変形部５を容易にするために、基板変形領域４が、少なくとも部分的に弱化され、または、少なくとも部分的に基板２から切り離される。図２が、本発明によるセンサーの実施形態１００を示し、基板変形領域４が、弱化される。図２Ａ及び２Ｂが、各々、第一製造段階であって、その完成型光学センサーの実施形態を示す。図２が、２つの光学素子３及び３’を示す。弱化変形領域４及び４’が、例えば、基板２内に弱化点を設けることによって製造されてよい。局部的な弱化が、制限するものではないが、アブレーション、ミリングまたは溶媒若しくは熱の局部的な適用等の方法によって達成されてよい。また、光学素子３の周囲に弱化領域を設けるまたは光学素子３を部分的に切り離すことが、光学素子の再配置を容易にする。
【００１５】
図３において、実施形態１００と似たセンサーの実施形態１０１が示されているが、ここで、基板変形領域４が、基板２から少なくとも部分的に切り離されている。図３Ａが、この実施形態の光学センサーの第一製造段階を示し、図３Ｂが、完成型のセンサーを示す。部分的な切り離しが、制限するものではないが、切断、ミリングまたは掘削のような方法によって達成される。
【００１６】
切断または弱化領域の方向が、任意に選択されてよく、従って、基板２に関して、及び互いに関して、配向を自由なものとすることが可能となる。これが、他の方法で容易に達成できない光学的配置を可能にしうる。
【００１７】
基板２の柔軟性が、ロールツーロールプロセスによって、例えば、重要な処理ステップの後で基板２を再形成することによってもたらされるいくつかの幾何学的な制約を克服するために使用されてよい。特に、ロールツーロールプロセスの間、基板２が、好ましくは、平坦であり、柔軟である。センサーデバイスの重要な処理の後、光学素子３が、基板２から部分的に切り離されてよく、その柔軟性が、光学素子３を再配置するために使用されてよい。
【００１８】
少なくとも部分的に基板２が弱化される領域によって光学素子３を囲むこと、または、基板２から部分的に切り離すことが、光学素子構造に関する設計の自由度を高める。
【００１９】
好ましくは、基板２が、ポリエチレンナフタレートまたはポリエチレンテレフタラートのような透明なプラスチックホイルから形成される。しかしながら、他の、金属ホイルのような透明でない材料を使用することも可能である。光学素子３が、様々な構造及び材料を使用して構築されてよい。
【００２０】
本発明による光学センサーにおいて、光学素子が、発光源、受光検出器または導光素子であってよい。
【００２１】
図４が、図２及び３において説明されたようなセンサーの２つの実施形態の光学素子の上面図を示す。図４Ａが、基板変形領域４を備えたセンサー１００の上面図を図示し、変形領域が、少なくとも部分的に弱化され、素子３を囲む。図４Ｂが、センサー１０１の上面図を図示し、基板変形領域４が、少なくとも部分的に、基板２から切り離される。明細書に開示された実施形態において、少なくとも部分的に囲むことが、光学素子と直接的に隣接する外形に沿って広がる弱化または切断を含むことが示されている。外形が、少なくとも２つの異なる方向に広がり、好ましくは、光学素子３の４つの側面うち３つの側面に沿って広がる。光学的機能に作用するように十分に弱化領域が近接しているが、素子を傷つけないように十分に離れている。
【００２２】
図２、３及び４に示されたような実施形態１００及び１０１において、作用を受けた光学素子３が、発光源及び受光検出器であってよい。光源及び検出器の組が、その間に適用された媒体を検出し、測定しまたは分析するために使用されてよい。いくつかの場合、例えば化学センサーに対しては、光源と検出器との間内に光導波路を備えた検出器及び光源を構成することが好ましい。光導波路が、検出活性材料として機能してよく、または、光導波路が、センサー活性材料を含むことが出来る。
【００２３】
図５が、本発明による、発光源６、受光検出器７、及び導光素子８を備えた光学センサーの実施形態１０２を示す。この実施形態において、また、導光素子８が、部分的に表面から切り離され、基板２の変形部５によって作用される。
【００２４】
一実施形態において、発光源６が、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）または小分子有機発光ダイオード（ＳＭＯＬＥＤ）を含んでよい。受光検出器７が、有機フォトダイオード（ＯＰＤ）または小分子有機フォトダイオード（ＳＭＯＰＤ）を含んでよい。
【００２５】
材料の汚染を防ぐために、基板２上に有機材料を堆積するには非接触式印刷技術を使用することが好ましい。しかしながら、例えば、光学素子３が、基板２の両側で処理される場合、または、ある機能性を有する層が、この層の上端上に他の機能層を印刷する前に、バリア層によって保護される場合、接触式被覆技術が使用されてよい。
【００２６】
ある機能性を有するさらなるホイルが、ともに積層されてよい。印刷され、積み重ねられ、または積層された光学素子３とともに、異なる発光ポリマー材料を使用することにり異なる波長を有するＯＬＥＤを使用することが可能である。好ましくは、単一の光学素子３が、透明であり柔軟であるバリア層で封止され、それらが、湿気から保護される。
【００２７】
ホイルを介した導波を取り除くことが求められる場合、上面上において受光し発光する光学素子３が製造されてよい。この光が、有機半導体ポリマーの上端上における薄層を介して誘導されるだけでよい。これらの層が、柔軟型基板２と比較して、極めて薄く、それとともに、積み重ねられた層を介した光の内部誘導を減らす。最先端において、これらの素子が、トップーエミッション型ー素子（ｔｏｐ−ｅｍｉｓｓｉｖｅ−ｅｌｅｍｅｎｔ）と呼ばれる。
【００２８】
図６が、単一の有機光学素子の可能な構造の断面図を示す。パターン化された耐湿性セラミック様の層９が、柔軟型基板２上に堆積される。耐湿性セラミック様の層９の上端上において、湿気に対する拡散経路長を増やすために、有機層１０が、設けられる。有機層１０が、パターン化されてもよいが、多少、小さな大きさである。有機層１０が、湿気を透過しないパターン化セラミック層１１で覆われてよい。好ましくは、パターン化セラミック層１１の形状が、有機層１０を覆う。これらの層が、柔軟型基板２上にバリアスタックを仕上げる。
【００２９】
バリアスタックの上部上に設けられた活性有機光学素子３が、パターン化アノード１３とパターン化カソード１４との間に挟まれたパターン化有機発光または受光材料１２を備える。カソード１４に対するコンタクトが、アノード１３の材料と同じ材料であり、酸素及び湿気によるカソード１４の劣化を防ぐ。
【００３０】
電気的活性有機層が、パターン化された封止材によって湿気から保護されてよく、該封止材が、パターン化セラミック層１５と、好ましくは湿気に対する拡散経路長を増やすための該パターン化セラミック層１５よりも大きさが小さいパターン化有機層１６と、好ましくはパターン化セラミック層１５と同じ大きさのセラミック層１７とを備える。
【００３１】
光学素子が、ボトムーエミッション型またはトップーエミッション型であってよい。図７Ａが、ボトムーエミッション型有機光学素子３と、発光源６と、受光検出器７と、の組に対する可能な構造を示す。光源６と、検出器７と、の両方が、パターン化バリアスタックと、例えばインジウムドープ酸化スズ（ＩＴＯ）から形成されたパターン化透明アノード１８と、パターン化発光ポリマー１９または受光ポリマー２０と、ホール用のパターン化透明層２１と、パターン化反射金属カソード２２と、を備える。デバイスが、湿気及び酸素に対して、パターン化バリアスタックを用いて封止される。図７Ａに示されるようなボトムーエミッション型光学素子３の場合、カソード２２が、反射型であり、光２３が、基板２上のバリア及び基板２自体を介して、各々、発光、受光される。ボトムーエミッション型光学素子３において、基板２と、基板２上のバリアと、アノード１８と、ホールトランスポート層２１と、が、透明である。
【００３２】
図７Ｂに示されるようなトップーエミッション型有機光学素子３の場合、光源６と検出器７とが、パターン化バリアスタックと、アノード材料２４のようなパターン化反射金属層と、パターン化ホールトランスポート層２１と、パターン化発光ポリマー１９または受光ポリマー２０と、電子注入用のカソード材料のようなパターン化透明金属薄層２５と、を備える。トップーエミッション型デバイスの場合、アノード２４が、反射型であり、光２３が、透明カソード２５と透明封止材とを介し、各々、発光、受光される。
【００３３】
このスタック設計の特別な特徴は、無機バリア層が設けられ、これらが、完全に、個々の有機素子を封止することである。従って、例えば、レーザーによって、弱化領域または切り離し部により個々の素子を分離することが、有機素子を、環境に露出させない。従って、有機光学素子が、切断または弱化領域内の素子に入り込む湿気から保護される。典型的には、湿気との接触が、有機素子の寿命を縮め、従って、望ましくない。
【００３４】
図８は、本発明による光学センサーの３つの他の実施形態を図示し、センサーが、基板２上に配置された受光検出器７と、発光源６と、を備える。検出器７が、光源６から放出された光２３に反応する。基板２の変形部５が、光源６と検出器７との少なくとも一方を傾けるように配置され、光源６から、検出器７への光の移動に対する光路２６を提供する。
【００３５】
図８Ａが、実施形態１０３を示し、基板２の変形部５が、発光源６を傾けるように配置され、光源６から、検出器７への光２３の移動に対する光路２６を提供する。図８Ｂが、実施形態１０４を示し、基板２の変形部５が配置され、光源６から、検出器７への光２３の移動に対する光路２６を提供する。図８Ｃが、実施形態を示し、基板２の変形部５が、発光源６と受光検出器７との両方を傾けるように配置され、光源６から、検出器７への光２３の移動に対する光路２６を提供する。
【００３６】
図９が、本発明の実施形態１０６を図示し、光源６と検出器７との組が、媒体２７の存在を検出しうる。どのように、光源６からの光２３が、媒体２７によって反射されまたは吸収されうるかを図９Ａが図示し、これによって、反射の量が媒体２７を特徴づける。図９Ｂが、実施形態１０７を概略的に示し、媒体２７が、人間または動物の皮膚２８を含む。この実施形態のセンサーが、体内または体上の測定に対するスマートバンデージ（ｓｍａｒｔ ｂａｎｄａｇｅ）に使用されてよい。光２３が、毛細血管または静脈２８中の血液の量及び容量に依存して、多かれ少なかれ吸収されうる。再配置された光学素子３により、二次元構造が、形成される。平面構造と比較して、二次元構造は、センサーが、わずかに皮膚上で押し付けられる場合に、毛細血管が閉じることをそれが防ぎうるという利点を有しうる。
【００３７】
図８Ｃに示されたセンサー１０５をベースとし、図１０に図示された本発明による光学センサーのさらに他の実施形態１０８において、センサーが、導光素子８をさらに備える。導光素子８が、制限されるものではないが、印刷、エンボス加工、またはモールディングのような技術を用いて設けられてよい。導光素子８が、光学素子３を備えた基板２上に直接的に印刷され、該基板２内にエンボス加工され、または、該基板２上にモールドされてよい。あるいは、導光素子８が、インジェクションモールディングまたはエンボス加工技術を使用して別々に形成されることが可能である。この実施形態において、導光素子８が、少なくとも部分的に、光源６と検出器７との間に配置される。導光素子８が、流体内の検体の量に対して反応するセンサー活性材料を含む。流体との用語が、センサーを囲む液体及び気体に対する総称として解釈される。あるいは、導波路自体が、センサー活性材料から構成されてよい。
【００３８】
弱化領域が、導光素子８に対してまたは導光素子８の周囲で有機光学素子３を傾けることを可能にし、検出構造に関して、光学素子３を最適に配置する。
【００３９】
他の実施形態において、センサー活性材料が、センサーを囲む流体中のある検体分子の量に応じて、例えば、導光素子８の吸収の特徴といった導光特性を変える。導光素子８を介して送られる光の変化が、例えば、フォトダイオードである検出器７によって測定されうる。
【００４０】
本発明による光学センサーの一実施形態において、センサーを囲む流体中の検体の量に応じて、センサー活性材料が、導光素子８の反射特性を変化させる。
【００４１】
図８Ｃに示されたセンサー１０５をベースとし、図１１に図示された実施形態１０９において、発光源６と受光検出器７とが、導光素子８と隣接しており、センサー活性材料が、センサーを囲む流体中の検体の量に応じて、導光素子８の形状及び／または大きさを変え、受光検出器７及び／または発光源６の傾斜角（ｔｉｌｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ）２９を変える。
【００４２】
検体の存在によって引き起こされるセンサー活性材料の体積変化が、その光学特性の変化の原因となりうる。体積変化が、光源６及び／または検出器７の傾斜角の変化を機械的に引き起こすために使用されてもよく、これによって、光学素子３の配置を変える。また、体積変化が、誘導構造の厚さの変動を引き起こしうる。光学特性のこれらの変化、及び引き起こされた光学的形状の変化が、導波路を介した光の輸送に影響を及ぼす。
【００４３】
上記の構造を有することで、より高感度、または、より選択的なセンサーを形成するように、色の変化と、体積の変化と、の両方を組み合わせることが可能となる。例えば、曲がることができ、これによって、基板２が、ヒンジのように機能する一つの光源６と検出器７との組が、光学的形状の変化により、反射光の違いを測定し、一方、固定された位置の光学素子３の組が、色の変化を測定しうる。
【００４４】
図１１Ａが、ある量の検体を含む流体に露出されない間におけるセンサー１０９を示す。この状態において、デバイスと、導光素子８との間に、ある傾斜角が存在する。図１１Ｂに示されるように、センサー１０９が、ある量の検体を含む流体に露出される状態において、導光素子８の大きさ及び／または形状が、変更され、それとともに傾斜角も変更される。角度の変化が、導光素子８の反射特性の変化を生じ、この結果、光路２６を変える。
【００４５】
センサー活性材料に検体を輸送するために、導光素子８が、流体輸送システムを備えてよい。典型的には、センサー活性材料の層が、液体または気体の輸送のための開放構造を有し、例えば、これは、マイクロ流体チャンネルである。流体輸送システムが、センサー活性材料と検体との間の十分な接触を可能にしうる。
【００４６】
他の実施形態１１０が、図１２に図示される。この実施形態において、光学的に有効な基板２が、偏光フィルタを形成する。この実施形態の第一製造段階が、図１２Ａに示されている。センサー１１０が、基板２上に配置された受光検出器７と発光源６とを備える。光源６と検出器７とが、光学面を有する。光学面とは、例えばＯＬＥＤである発光源６の表面を意味し、ここで、光が、光源６から出て結合される。例えばＯＰＤである受光検出器７においては、光学面は、光を受け入れる表面である。基板２が、光学的に有効な基板２である。光学的に有効とは、基板２が、例えば、偏光機能といった光学的機能を備えることを意味する。しかしながら、カラーフィルタのような他の光学的機能も可能である。光源６と検出器７との光学表面が、光学的に有効な基板２に向けられる。従って、光源６によって放出された光が、光学的に有効な基板２を介して進み、光が、光学的に有効な基板２を介して検出器７によって受容される。
【００４７】
図１２Ｂが、完成型のセンサーを示し、導光素子８が、少なくとも部分的に光源６と検出器７との間に配置される。導光素子８が、光学的に活性である場合にランダム偏光のルミネセンス光（ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｌｉｇｈｔ）３９を放出するルミネセント染料３２を含む。ルミネセンス光３９の特徴が、センサーを囲む流体中の検体の量によって決まる。光源６から、導光素子８を介して、検出器７まで進む光が、第一に、光源６が配置されるとすぐに、偏光フィルタの一部によって、直線的に偏光され、第二に、検出器７が配置されるとすぐに、基板２の一部によって、直線的に偏光され、第二の偏光が、第一の偏光に対して９０度回転される。直線的に偏光された光２３が、導光素子８を介して進み、ルミネセント染料３２を活性化し、ランダム偏光のルミネセンス光３９を放出する。検出器７が、ランダム偏光のルミネセンス光３９の一部の特徴を受け入れる。ルミネセント染料３２と接触しなかった直線的に偏光された光が、９０度回転された偏光によって遮られ、検出器７に受容されない。検出器７の信号から、センサーを囲む流体中の検体の量が測定されうる。
【００４８】
図１２Ｃは、検出器７と光源６との曲げ線３０を、基板３１の偏光方向に関して４５度回転して配置することにより、光学センサーが、偏光方向に９０度回転しうることを示している。
【００４９】
図１２Ｄは、図１２Ｂに示されたような完成型の実施形態の断面図を概略的に表す。
【００５０】
導光素子８が、検体を、ルミネセント染料に輸送するための流体輸送システムを備えてよい。
【００５１】
また、柔軟型基板２の使用が、構造上の利点となり得、部分的に基板２を二重化するように、柔軟型基板２上の少なくとも一つの光学素子が、部分的に切り離され、基板２に戻るように折り畳まれる。基板２が二重化される前に、光学面が、基板２から離れるように方向づけされうる。基板２を二重化した後で、光学面が、基板２に向かうように再度方向づけされ、光学的機能を有する柔軟型基板２を使用することを可能にする。
【００５２】
図１３が、実施形態１１１の断面図を示す。この実施形態が、部分的に二重化された基板２の例示的な構造であり、基板２が、偏光機能を有する。基板２’（基板２’は、左に示される）から切開された後、光源６が形成されるとすぐに、基板３３の第一部分が、基板２に戻るように折り畳まれる。矢印４０が、折り畳みによる基板Ｘ４１の一部の動きを示す。光源６からの光２３を直線的に偏光させるように、基板２’’（基板２’’は、右に示される）から切開された後、検出器が形成されるとすぐに、基板３４の第二部分が、折り畳まれ、光源６の上端上に配置される。第二部分３４に対しては、明確にするために、動きが示されていない。部分的に二重化された基板２の上端上で、導光素子８が、ルミネセント染料３２を含んで設けられてよい。
【００５３】
直線的に偏光された光２３が、導光素子８を介して進み、ルミネセント染料３２を活性化し、ランダム偏光のルミネセンス光３９を放出する。検出器７が、ランダム偏光のルミネセンス光３９の一部の特徴を受容する。検出器信号から、センサーを囲む流体中の検体の量が、測定されうる。ルミネセント染料３２と接触しなかった直線的に偏光された光２３が、検出器７によって登録されることなく導光素子８から出て結合される。図１３が、単一のセンサーノードの断面図を示すが、センサーノードが、図１４、１５及び１６に示されるセンサーアレイと同様なセンサーアレイの一部となる可能性があることを強調する。
【００５４】
さらに、部分的に二重化された基板２が、導光素子８を提供してよく、ここで、内部光反射が捕らえられる。
【００５５】
図１４は、擬似的な面内光学センサーアレイ１１２を概略的に図示する。図１４Ａが、アレイの第一製造段階を示し、このアレイが、所定位置内の面の外に再配置された部分的に切り離された光源６と検出器７との組を備える。
【００５６】
完成型のセンサーアレイが、図１４Ｂの断面図に示されている。光源６と検出器７のアレイが形成されるとすぐに、導光を目的とした材料の完全な層が、基板２の上端上に設けられることが理解できる。光源６から放出された光が、導光層を介して誘導され、検出材料６４に達する。検出材料が、検出器７によって受容される光２３に影響を及ぼす。
【００５７】
導光素子８として完成型の層を使用することで、光学素子３を取付けることに関する課題、例えば、移動の課題を回避しうる。導光材料が、検出材料または成分を含んでよく、または、検出材料または成分が、導光層の上端上に堆積されてよい。検出材料または成分が、光学素子４０の上端上に堆積されてもよい。
【００５８】
センサーアレイ１１２を製造する一つの方法が、導光層を、既に配置された光学素子３を備えた完成型の基板２領域の上端上に設けることであり、印刷、インジェクションモールディングまたは被覆のような技術を用いるが、これらに制限するものではない。製造のバリエーションは、光源６と検出器とが、所定位置に形成される前に、導光材料を被覆することである。上端上の層が硬化される前に、光学素子３が、変形されなければならない。光学素子３が、部分的に切り離され、導光層内にエンボス加工されてよい。
【００５９】
光源６と検出器７とのアレイを備えたバンデージのようないくつかの用途において、透明な導光層が、検出層の代わりに保護層としてのみ機能しうる。
【００６０】
図１５が、上記の様々なセンサーノードによる４つの光学センサーアレイを示す。ここまで、完成型の光学センサーシステムから離れて、単一のセンサーノードの構造のみが説明された。図１５Ａ、１５Ｂ及び１５Ｃのセンサーアレイが、発光源６と受光検出器７とを備えた柔軟型基板２をベースとした透過型または反射型センサーノードのアレイを備え、発光源６と受光検出器７との間が、導光媒体を用いて補完される。これらのセンサーアレイを仕上げるために、光源６と検出器とが、導光素子８に対して曲げられる。単一の測定ノードの代わりにセンサーノードのアレイを使用することで、光学センサーの質及び信頼性を改善しうる。各センサーノードまたはセンサーノード群が、例えば、異なる波長の光に対して感応性を有する検出器と光源６との組を備えて構成されることが可能である。
【００６１】
センサーアレイにおけるクロストークを防ぐために、各光源６と検出器との組が、それ独自の導光素子８を有してよい。クロストークとは、光学的な分離が不完全であるために、検出器７が、意図せず、隣接するセンサー素子からの光を受容する現象である。
【００６２】
図１５Ａが、図１０に示されたようなセンサーノード１０８を備えたセンサーアレイの実施例を示す。光導波路を設けた後で、平面の光源６と検出器とが、導波路に対して曲げられる。
【００６３】
図１５Ｂが、センサーアレイの実施例を示し、これによって、弱化領域の切断方向が、任意に選択され、曲げられたデバイスの完全な自由性を示す。この設計が、他の方法では、容易に達成できない。
【００６４】
図１５Ｃは、吸着の変化と、体積の変化との両方が、結合される概略的な構造を示す。一組の光源６と検出器とが、固定位置を有し、他の組の光源６と検出器とが曲がることが可能であり、これによって、基板２が、図１１に示されたセンサーノード１０９に対して説明されたようにヒンジとして機能する。
【００６５】
図１５Ｄは、図１４における実施形態１１２に対して説明されたような光学的誘導システムを有さない光学センサーアレイの実施例を示す。
【００６６】
図１６は、センサーノード３５のアレイと、プリント回路３６と、電子部品３７と、バッテリー３８とを備えた完成型の光学センサーシステムを図示する。センサーの製造方法が、平面基板２の大部分を、手をつけずに残しうるため、センサーアレイが、従来型の（柔軟型）プリント回路基板（Ｆ）ＰＣＢに容易に接続されうる。逆に、基板自体が、プリント回路基板を代替するものとして使用されてよい。また、モールド・インターコネクション・デバイス（ＭＩＤ）が、使用されてもよく、これによって、光学部材とＰＣＢとの両方が、モールディング技術を用いて形成される。
【００６７】
本発明による光学センサーの他の実施形態において、センサーが、柔軟型基板２と、該基板２上に配置された光学素子３とを備える。柔軟型基板２が、光学素子３に作用する変形部５を備える。光源６と検出器７との少なくとも一方の光学面が、光学的に有効である基板２に向けられる。
【００６８】
電気―光学素子３を備えたホイルが、別個に製造されたセンサー活性光学素子に積層されてよい。この光学素子が、検出材料と、例えば、検体に対するその透過性及びその光学的な伝導性に関して光学的検出のために最適化された基板材料またはマトリックスと、好ましくは、制限するものではないが、印刷、被覆またはエンボス加工技術を用いて設けられたミラーまたは回折格子のような補助素子とを備える。
【００６９】
提供された詳細な図面、具体的な実施例、特定の形成が、説明のみの目的を果たす。ＯＬＥＤ−スタックの多くの層が、内部光学干渉を引き起こし、ＯＬＥＤの光出力プロファイルが、視角に依存しうる。この光において、基板の変形部が、光源と検出器との少なくとも一方を傾けるように配置されてよく、光源の発光プロファイルの主要な発光方向を検出器に向け、または、検出器の受光プロファイルの主要な受光方向を、光源に向ける。ＯＬＥＤの発光プロファイルの主要な方向が、例えば、ＯＬＥＤの光学面に対して約４５°の角度であってよい。同様な検討事項が、有機フォトダイオード（ＯＰＤ）または他の種の有機電気―活性材料を備えた受光検出器に当てはまる。ＯＰＤまたはＳＭＯＰＤが、例えば、ＯＰＤまたはＳＭＯＰＤの光学面に対して４５°の角度である、ある角度での受光プロファイルにおける主要な受光方向を有してよい。添付の特許請求の範囲に表現されたような本発明の範囲から逸脱することなく、他の置換、修正、変更及び省略が、設計、操作条件、及び例示的な配置において行われてよい。
【符号の説明】
【００７０】
１ センサー
２ 基板
３ 光学素子
４ 基板変形領域
５ 変形部
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柔軟型基板（２）と、
前記柔軟型基板（２）上に配置された光学素子（３）と、
を備え、
前記柔軟型基板（２）が、前記光学素子（３）に作用する変形部（５）を備え、
前記変形部（５）が、少なくとも部分的に前記光学素子（３）を囲む基板変形領域（４）内に設けられることを特徴とする光学センサー（１）。
【請求項２】
前記基板変形領域（４）が、前記基板（２）の変形を容易にするような、前記基板（２）から少なくとも部分的に切り離されているか、または少なくとも部分的に弱化されていることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項３】
前記光学素子（３）が、発光源（６）と、受光検出器（７）と、導光素子（８）と、からなる群から構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項４】
前記発光源（６）が、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）または小分子有機発光ダイオード（ＳＭＯＬＥＤ）を含むことを特徴とする請求項３に記載の光学センサー。
【請求項５】
前記受光検出器（７）が、有機フォトダイオード（ＯＰＤ）または小分子有機フォトダイオード（ＳＭＯＰＤ）を含むことを特徴とする請求項３に記載の光学センサー。
【請求項６】
前記センサーが、前記基板（２）上に配置された受光検出器（７）と発光源（６）とを備え、
前記検出器が、前記発光源（６）によって放出された光（２３）に反応し、
前記発光源（６）と前記受光検出器（７）との少なくとも一方を傾けるように、前記基板（２）の前記変形部（５）が配置され、前記発光源（６）から、前記検出器（７）へ、光（２３）が進むための光路（２６）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項７】
前記センサーが、導光素子（８）をさらに備え、
前記導光素子（８）が、少なくとも部分的に前記発光源（６）と前記検出器（７）との間に配置され、
前記導光素子（８）が、前記センサーを囲む流体中の検体の量に反応するセンサー活性材料を含むことを特徴とする請求項６に記載の光学センサー。
【請求項８】
前記センサーを囲む流体中の検体の量に応じて、前記センサー活性材料が、前記導光素子（８）の導光特性を変えることを特徴とする請求項７に記載の光学センサー。
【請求項９】
前記センサーを囲む流体中の検体の量に応じて、前記センサー活性材料が、前記導光素子（８）の反射特性を変えることを特徴とする請求項８に記載の光学センサー。
【請求項１０】
前記発光源（６）と前記受光検出器（７）との少なくとも一方が、前記導光素子（８）と隣接し、
前記センサーを囲む流体中の検体の量に応じて、前記センサー活性材料が、前記導光素子（８）の形状及び／または大きさを変え、前記発光源（６）及び／または前記受光検出器（７）の傾斜角を変えることを特徴とする請求項８に記載の光学センサー。
【請求項１１】
前記導光素子（８）が、検体を、前記センサー活性材料に輸送するための流体輸送システムを備えることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の光学センサー。
【請求項１２】
前記発光源（６）と前記検出器（７）との少なくとも一方の光学面が、光学的に有効である前記基板（２）に向けられていることを特徴とする請求項６に記載の光学センサー。
【請求項１３】
光学的に有効である前記基板（２）が、偏光フィルタを形成することを特徴とする請求項１２に記載の光学センサー。
【請求項１４】
導光素子（８）が、少なくとも部分的に前記発光源（６）と前記検出器（７）との間に配置され、
前記導光素子（８）が、光学的に活性化された場合に、ランダム偏光のルミネセンス光（３９）を放出するルミネセント染料（３２）を含み、ルミネセンス光（３９）の特徴が、前記センサーを囲む流体中の検体の量に応じて決まることを特徴とする請求項１３に記載の光学センサー。
【請求項１５】
柔軟型基板（２）と、
前記柔軟型基板（２）上に配置された光学素子（３）と、
を備え、
前記柔軟型基板（２）が、前記光学素子（３）に作用する変形部（５）を備え、
発光源（６）と検出器（７）との少なくとも一方の光学面が、光学的に有効である前記基板（２）に向けられていることを特徴とする光学センサー（１）。
【請求項１】
柔軟型基板（２）と、
前記柔軟型基板（２）上に配置された光学素子（３）と、
を備え、
前記柔軟型基板（２）が、前記光学素子（３）に作用する変形部（５）を備え、
前記変形部（５）が、少なくとも部分的に前記光学素子（３）を囲む基板変形領域（４）内に設けられることを特徴とする光学センサー（１）。
【請求項２】
前記基板変形領域（４）が、前記基板（２）の変形を容易にするような、前記基板（２）から少なくとも部分的に切り離されているか、または少なくとも部分的に弱化されていることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項３】
前記光学素子（３）が、発光源（６）と、受光検出器（７）と、導光素子（８）と、からなる群から構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項４】
前記発光源（６）が、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）または小分子有機発光ダイオード（ＳＭＯＬＥＤ）を含むことを特徴とする請求項３に記載の光学センサー。
【請求項５】
前記受光検出器（７）が、有機フォトダイオード（ＯＰＤ）または小分子有機フォトダイオード（ＳＭＯＰＤ）を含むことを特徴とする請求項３に記載の光学センサー。
【請求項６】
前記センサーが、前記基板（２）上に配置された受光検出器（７）と発光源（６）とを備え、
前記検出器が、前記発光源（６）によって放出された光（２３）に反応し、
前記発光源（６）と前記受光検出器（７）との少なくとも一方を傾けるように、前記基板（２）の前記変形部（５）が配置され、前記発光源（６）から、前記検出器（７）へ、光（２３）が進むための光路（２６）が設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学センサー。
【請求項７】
前記センサーが、導光素子（８）をさらに備え、
前記導光素子（８）が、少なくとも部分的に前記発光源（６）と前記検出器（７）との間に配置され、
前記導光素子（８）が、前記センサーを囲む流体中の検体の量に反応するセンサー活性材料を含むことを特徴とする請求項６に記載の光学センサー。
【請求項８】
前記センサーを囲む流体中の検体の量に応じて、前記センサー活性材料が、前記導光素子（８）の導光特性を変えることを特徴とする請求項７に記載の光学センサー。
【請求項９】
前記センサーを囲む流体中の検体の量に応じて、前記センサー活性材料が、前記導光素子（８）の反射特性を変えることを特徴とする請求項８に記載の光学センサー。
【請求項１０】
前記発光源（６）と前記受光検出器（７）との少なくとも一方が、前記導光素子（８）と隣接し、
前記センサーを囲む流体中の検体の量に応じて、前記センサー活性材料が、前記導光素子（８）の形状及び／または大きさを変え、前記発光源（６）及び／または前記受光検出器（７）の傾斜角を変えることを特徴とする請求項８に記載の光学センサー。
【請求項１１】
前記導光素子（８）が、検体を、前記センサー活性材料に輸送するための流体輸送システムを備えることを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の光学センサー。
【請求項１２】
前記発光源（６）と前記検出器（７）との少なくとも一方の光学面が、光学的に有効である前記基板（２）に向けられていることを特徴とする請求項６に記載の光学センサー。
【請求項１３】
光学的に有効である前記基板（２）が、偏光フィルタを形成することを特徴とする請求項１２に記載の光学センサー。
【請求項１４】
導光素子（８）が、少なくとも部分的に前記発光源（６）と前記検出器（７）との間に配置され、
前記導光素子（８）が、光学的に活性化された場合に、ランダム偏光のルミネセンス光（３９）を放出するルミネセント染料（３２）を含み、ルミネセンス光（３９）の特徴が、前記センサーを囲む流体中の検体の量に応じて決まることを特徴とする請求項１３に記載の光学センサー。
【請求項１５】
柔軟型基板（２）と、
前記柔軟型基板（２）上に配置された光学素子（３）と、
を備え、
前記柔軟型基板（２）が、前記光学素子（３）に作用する変形部（５）を備え、
発光源（６）と検出器（７）との少なくとも一方の光学面が、光学的に有効である前記基板（２）に向けられていることを特徴とする光学センサー（１）。
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１６】
【図１２】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１３】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１５Ｃ】
【図１５Ｄ】
【図１６】
【図１２】
【公表番号】特表２０１２−５１７０１６（Ｐ２０１２−５１７０１６Ａ）
【公表日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４９１０５（Ｐ２０１１−５４９１０５）
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２０１０／０５００４８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９０５１９
【国際公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【出願人】（５１１０９５８５０）ネーデルランドセ・オルガニサティ・フォール・トゥーヘパスト−ナトゥールウェテンスハッペライク・オンデルズーク・テーエヌオー (16)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＮＬ２０１０／０５００４８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０９０５１９
【国際公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【出願人】（５１１０９５８５０）ネーデルランドセ・オルガニサティ・フォール・トゥーヘパスト−ナトゥールウェテンスハッペライク・オンデルズーク・テーエヌオー (16)
【Ｆターム（参考）】
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