JP4031784B2 - 発光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光モジュールおよびその製造方法に関するものであり、さらに詳しくは、例えば太陽電池やその他の電池と組み合わせた小型照明や壁面照明などの大型照明や案内標識、警告などに使用することのできる発光モジュールおよびその製造方法に関するものである。
従来、この種の発光モジュールとしては、特許文献１に記載されたような、金属基板を基材にし、その基材を絶縁層で絶縁した後に回路パターンを形成し、発光ダイオード（ＬＥＤ）を実装するようなタイプや、特許文献２に記載されたような、可視光を透過しないガラスエポキシ基板をベースにして回路パターンを形成し、ＬＥＤを実装するようなタイプが主流であった。
しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された発光モジュールは、基板が決められ、それぞれの決まった製造方法のみで形成されている。また、可視光が透過しないとか、透過率が低いとか、フレキシブル性がないとか、あるいは屋外での耐久性がないとかの理由などで、それぞれの使用用途が限定されるという欠点があった。さらに、通常、チップＬＥＤの実装に際し、クリーム半田を用いて実装するのが一般的であり、耐熱性が必要になるため、実装する基板の種類が限定されることになり、さらに、チップＬＥＤを補強するために補強材などを使用する必要があった。
本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、使用用途に応じて、可視光を透過させることができたり、信頼性が高かったり、耐久性に優れたり、反射性能を備えたりするなど、広い用途範囲に柔軟に対応することのできる発光モジュールと、このような発光モジュールを簡単に製造することのできる製造方法とを提供することにある。
本発明の第１の観点によれば、透光性を有し絶縁性を有する第１基板の上に、少なくとも、導電層、導電性接着層、所定個数の発光素子群が順次積層されてなる構造体が、透光性を有する第２基板と、第３基板との間にそれぞれ接着層を介して挟まれた構造を備えてなり、導電層が、発光素子群を発光させるための回路パターンを有しており、第３基板と接着層との間に、第３基板の全表面または一部表面を覆う反射層が設けられていることを特徴とする発光モジュールが提供される。ここで、導電性接着層は、回路パターンと発光素子群とを電気的に接続している。
本発明の第２の観点によれば、透光性を有し絶縁性を有する第１基板の上に、少なくとも、導電層、導電性接着層および所定個数の発光素子群が順次積層されてなる複数の構造体が、透光性を有する第２基板と、第３基板との間にそれぞれ接着層を介して挟まれた構造を備えてなり、導電層が、発光素子群を発光させるための回路パターンを有しており、第３基板と接着層との間に、第３基板の全表面または一部表面を覆う反射層が設けられていることを特徴とする発光モジュールが提供される。
本発明の第３の観点によれば、本発明の第１または第２の観点による発光モジュールの製造方法であって、第１基板の上に導電性ペーストを所定パターンで印刷または塗布し、その後、同ペーストを熱硬化させることで、導電層の回路パターンを得ることを特徴とする発光モジュールの製造方法が提供される。
本発明の第４の観点によれば、本発明の第１または第２の観点による発光モジュールの製造方法であって、第１基板の上に金属箔を接着剤によりラミネートし、この金属箔の上にレジスト材を塗布し、次いで、所定パターンで露光し、現像し、不要部分をエッチングにより除去し、その後、レジスト材を取り除くことで、導電層の回路パターンを得ることを特徴とする発光モジュールの製造方法が提供される。
本発明の第５の観点によれば、本発明の第１または第２の観点による発光モジュールの製造方法であって、第１基板の上に金属膜を蒸着またはスパッタリングにより成膜し、この金属膜の上にレジスト材を塗布し、次いで、所定パターンで露光し、現像し、不要部分をエッチングにより除去し、その後、レジスト材を取り除くことで、導電層の回路パターンを得ることを特徴とする発光モジュールの製造方法が提供される。
本発明の第６の観点によれば、本発明の第１または第２の観点による発光モジュールの製造方法であって、発光素子群を導電性接着層により導電層に接着させるに際し、第１基板の上に、接着用導電性ペーストにより導電性接着層の所定パターンを形成し、同パターンの上に発光素子群を実装し、その後、同ペーストを熱硬化させることを特徴とする発光モジュールの製造方法が提供される。
本発明の第７の観点によれば、本発明の第１または第２の観点による発光モジュールの製造方法であって、発光素子群を導電性接着層により導電層に接着させるに際し、第１基板の上に、クリーム半田により導電性接着層の所定パターンを形成し、同パターンの上に発光素子群を実装し、その後、リフロー炉による加熱処理を行うことを特徴とする発光モジュールの製造方法が提供される。
本発明の第１の観点に係る発光モジュールにあっては、使用用途に応じて、可視光を透過させることができたり、信頼性が高かったり、耐久性に優れたり、反射性能を備えたりするなど、広い用途範囲に柔軟に対応することができる。
また、本発明の第１の観点に係る発光モジュールにあっては、例えば、第２基板および第３基板にガラス基板を用いた場合に、信頼性の高い、光透過型の発光素子モジュールを得ることが可能となる。
本発明の第２の観点に係る発光モジュールにあっては、大面積を有する発光モジュールを得ることが可能となる。
本発明の第３の観点に係る発光モジュールの製造方法にあっては、１５０℃以下の温度で硬化することのできる銀ペーストなどの導電性ペーストを用いて、第１基板として価格的に有利なＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを使用することが可能になり、第１基板に回路パターンの形成を行うことができる。さらに、第１基板としてガラス基板などを用いた場合でも、導電性ペーストの種類を変更することにより、第１基板と導電層との密着性が良好なものを得ることができる。
本発明の第４の観点に係る発光モジュールの製造方法にあっては、使用するエッチング薬液に耐えることのできる基板に容易に回路パターンを形成することができる。
本発明の第５の観点に係る発光モジュールの製造方法にあっては、使用するエッチング薬液に耐えることのできる基板に容易に回路パターンを形成することができる。
本発明の第６の観点に係る発光モジュールの製造方法にあっては、１５０度以下の温度で硬化することのできる銀ペーストなどの導電性ペーストを用いて、第１基板として価格的に有利なＰＥＴフィルムを使用することが可能になり、第１基板上に形成した回路パターンに発行素子群を実装することができる。さらに、回路パターンである導電層の種類に合わせて、導電性接着層の接着用導電性ペーストとして密着性が良好なものを使用することができる。
本発明の第７の観点に係る発光モジュールの製造方法にあっては、リフロー工程に耐えることのできる、例えばガラスやポリイミドフィルムなどからなる第１基板を用いた場合に、発光素子群と回路パターンである導電膜との密着性がより高くなり、信頼性がいっそう高い発光素子モジュールを提供することができる。
本発明の第１の観点または第２の観点に係る発光モジュールは、第１基板および第２基板が、フィルム、ガラス基板またはプラスチック基板からなるのが好ましい。この場合には、幅広い使用用途を備えた発光モジュールを提供することができる。このとき、第１基板および第２基板は、厚さが例えば０．１〜１０ｍｍ程度であって、ガラス板またはプラスチック板からなるのがいっそう好ましい。この場合には、入手が容易でコスト的にも有利である、信頼性に優れている、使用用途に適していることなどを考慮して、材料の組み合わせを決めることが好ましい。
本発明の第１の観点または第２の観点に係る発光モジュールは、導電層が、導電性ペースト、金属箔または金属膜からなっていてもよい。この場合には、幅広い使用用途を備えた発光モジュールを容易に提供することができる。このとき、金属箔または金属膜としては、厚さが０.０１ｍｍ〜０.１ｍｍ程度の銀、アルミニウム、金、銅などからなる箔または膜が好ましく挙げられるが、それぞれの用途、発光モジュールのサイズ、コスト、第１基板の種類などを考慮して選択する必要がある。
本発明の第１の観点または第２の観点に係る発光モジュールは、第１基板が、フィルムからなり、このフィルムが、内部に金属箔層または金属膜層を有していてもよい。この場合には、発光素子群が発光して第１基板側へ漏れた光が金属箔層または金属膜層で反射することのできる積層構造をとることが可能となる。このとき、積層構造をとるフィルムは、発光素子側が透明である必要がある。このようなフィルムとしては、ＰＥＴフィルムやＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルムなどが挙げられる。また、ここでの金属箔層または金属膜層としては、厚さが７〜２０μｍ程度のアルミニウム、銀などからなる箔層または膜層が挙げられる。
本発明の第１の観点または第２の観点に係る発光モジュールの回路パターンは、直列状に接続される発光素子群の複数列がさらに並列状に接続されるパターンであるのが好ましい。この場合には、前記発光素子群をいっそう簡単かつ確実に散点模様状に発光させることができる。
本発明の第１の観点または第２の観点に係る発光モジュールは、透明接着層が、例えば約１００℃〜約１３０℃で架橋可能な低温架橋型ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）からなるのが好ましい。この場合には、第１基板および第２基板に、ポリカーボネートなどからなる耐熱温度の低いプラステチック基板を使用することができる。
本発明の第１の観点または第２の観点に係る発光モジュールは、第３基板が、フィルム、ガラス基板またはプラスチック基板からなるからなるのが好ましい。この場合には、幅広い使用用途を備えた発光モジュールを提供することができる。このとき、第１基板および第２基板は、厚さが例えば０．１〜１０ｍｍ程度であって、ガラス板またはプラスチック板からなるのがいっそう好ましい。この場合には、入手が容易でコスト的にも有利である、信頼性に優れている、使用用途に適していることなどを考慮して、材料の組み合わせを決めることが好ましい。
本発明の第１の観点または第２の観点に係る発光モジュールは、第３基板と接着層との間に、第３基板の全表面または一部表面を覆う反射層が設けられていてもよい。この場合には、発光素子群が発光して第１基板側へ漏れた光が反射層で反射することのできる構造をとることが可能となる。
以下、例示としての目的だけで、添付図面を参照して本発明の３つの実施形態を説明する。
図１〜図３を参照して実施形態１を説明する。絶縁性を有する第１基板１としては、１.８ｍｍ厚さのガラス基板を用いた。ここで、第１基板１としては、プラスチック基板またはフィルムも可能であり、使用用途および使用形態などを考慮して選択することができる。
例えば、採光型モジュールや薄膜シースルー型太陽電池などの太陽電池と組み合わせて使用したり、ビルの側面のカーテンウォ−ルに使用したりする場合など、光を透過させる必要があれば、第１基板には光透過型絶縁基板を用いることになる。この際、第１基板として、ガラス製のもの、ＰＥＴ製のもの、ポリカーボネート（ＰＣ）製のものなどの、光が透過するグレードのものを使用する。また、防湿性が求められる屋外用の照明、例えば街路灯などには、ガラス製のものを使用すれば防湿性を確保することができる。
第１基板１としては、ＰＥＴ/Ａｌ/ＰＥＴのように、アルミニウム箔で挟んだ３層フィルムを使用することもできる。また、光の透過が求められる場合は、ガラス基板や弗素系フィルム、ガラス繊維などを積層したフィルムを使用すればよい。
図１に示すような回路パターンを形成した。導電層２として、回路形成用導電性ペーストである銀ペーストを使用した。スクリーン印刷法により、銀ペーストを印刷して印刷厚さ５０μｍを得た。その後、銀ペーストを１５０℃の温度で３０分間、熱硬化させた。
ここで、銀ペーストは、少なくとも、フィラーとしての銀粉末、バインダーとしての樹脂、および溶剤から構成されている。バインダーは、第１基板１の種類により、ポリエステル系、フェノール系、エポキシ系、またはこれらの混合系などのものから、第１基板１との密着性や収縮性などを考慮して適宜選択する。
次に、図３に示すような隙間２３の両端のランドパターン２２・２２に、導電性接着層５としての導電性接着用銀ペーストをスクリーン印刷法により印刷した。ここでは印刷工程を用いたが、銀ペーストはディスペンサなどを用いて塗布しても構わない。使用する導電性接着用銀ペーストの物性に合わせて、接着の安定性を考慮し、どちらかの方法を選択することができる。
次に、発光素子としてのチップＬＥＤ４を用いて、隙間２３で回路パターン１０が絶縁されないように、チップＬＥＤ４の両極を、隙間２３の両端のランドパターン２２・２２に印刷した導電性接着用銀ペーストで導通するように、マウンターを用いてマウントした。その後、銀ペーストを１５０℃の温度で１０分間、熱硬化させ、チップＬＥＤ４を接着させた。
第１基板１として、耐熱性があるガラス基板を用いているので、チップＬＥＤ４との密着性を向上させるために、導電層２としてクリーム半田を使用しても構わない。クリーム半田をスクリ−ン印刷法によりランドパターン２２・２２の上に印刷し、チップＬＥＤ４をマウントし、リフロー炉に通して、接着させてもよい。
透明接着層５としてはＥＶＡ層を用いた。透光性を有する第２基板６としては厚さ４.０ｍｍのガラス板を用いた。第１基板１と第２基板６とを接着させるためのＥＶＡ層は、チップＬＥＤ４を保護するために、チップＬＥＤ４の高さよりも厚いＥＶＡ層を挟み、１３０℃の温度で２０分間、保持し、ＥＶＡを溶かした後、１５０℃の温度で４５分間、保持し、ＥＶＡを架橋させることにより、形成する。
このように作製した発光モジュールは、信頼性に優れたものになる。また、光を透過するので、発光モジュールを採光型太陽電池やシースルー型太陽電池の受光面とは反対側の面に設置しても、昼間の採光の邪魔にはならない。また、アーケードや通路などにおい昼間の明かり取り用のガラス板やポリカーボネート板の裏面側に設置しても、昼間の採光の邪魔にはならない。従って、屋外使用にも充分耐えられる信頼性の高い光透過型発光モジュールを簡単な製造方法で提供することができる。
また、本発明の発光モジュールは、チップＬＥＤを用いることで、導電性ペーストなどにより形成された回路パターンの隙間２３から透光性を有する第２基板の側への発光もしくは第１基板での反射光によって、両面から発光体を視認することができるので、道路中央分離帯の警告灯もしくは路側帯の警告灯、道路コーナー部などでの路側帯照明などに用いることが可能となる。
また、本発明の発光モジュールは、チップＬＥＤを用いることで、導電性ペーストなどにより形成された回路パターンの隙間２３から透光性を有する第２基板の側への発光もしくは第１基板での反射光によって、両面から発光体を視認することができるので、道路中央分離帯の警告灯もしくは路側帯の警告灯、道路コーナー部などでの路側帯照明などに用いることが可能となる。
図１〜図４を参照して実施形態２を説明する。第１基板１としては、外側から内側へ、黒ＰＥＴ層（厚さ５０μｍ）/Ａｌ層（厚さ７μｍ）/白ＰＥＴ層（厚さ５０μｍ）が積層されてなる３層フィルムを用いた。そして、図３に示すような回路パターン１０を形成した。
導電層２としては、アルミニウム箔を使用した。すなわち、約１０μｍのアルミニウム箔をＰＥＴの両面に接着剤により接着し、レジスト材（感光フィルム）を接着し、所定パターンで露光し、現像し、その後にエッチングを行い、レジスト材を除去することで、所望の回路パターンを得た。
導電層２として、ここではアルミニウム箔を使用したが、銅箔や銀箔などの別の金属箔でも構わない。使用用途に合わせ、また、見栄えを考慮して、適宜選択することが必要である。このとき、エッチング液として、アルミニウム箔の場合には塩化第二鉄液などを使用することができ、銅箔の場合には燐酸系のエッチング液などを使用することができる。また、ここでは金属箔を接着剤で貼り合わせたが、スパッタリングや蒸着などにより金属膜である導電層２を形成してもよい。
次に、隙間２３の両端のランドパターン２２・２２に、導電性接着層４として導電性接着用銀ペーストをスクリーン印刷法により印刷した。ここでは印刷工程を用いたが、銀ペーストはディスペンサなどを用いて塗布しても構わない。使用する導電性接着用銀ペーストの物性に合わせて、接着の安定性を考慮し、どちらかの方法を選択することができる。
その後、発光素子としてのチップＬＥＤ４を用いて、隙間２３で回路パターン１０が絶縁されないように、チップＬＥＤ４の両極を、隙間２３の両端のランドパターン２２・２２に印刷した銀ペーストで導通するように、マウンターを用いてマウントした。その後、銀ペーストを１５０℃の温度で１０分間、熱硬化させ、チップＬＥＤ４を接着させ、構造体３１を作製した。
透明接着層５としてはＥＶＡ層を用いた。透光性を有する第２基板６としては、図４に示すように、湾曲した基板６１である４.２ｍｍ厚さのガラス板を用いた。第１基板１である前記３層フィルムと第２基板６である湾曲基板６１とを接着させるためのＥＶＡ層は、チップＬＥＤ４を保護するために、チップＬＥＤ４の高さよりも厚いＥＶＡを挟み、１４０℃の温度で２０分間、保持し、ＥＶＡを溶かした後、１５０℃の温度で４５分間、保持し、ＥＶＡを架橋させることにより、形成する。このようにすることにより、湾曲型であって防湿性に優れた高信頼性の発光モジュールを提供することができる。
また、第２基板６の湾曲基板６１としてポリカーボネート製のものを使用する場合には、ＥＶＡとしては、１００℃から１３０℃程度の低温で架橋するものを使用すればよい。さらに、第２基板６として弗素系フィルムなどのフィルムを用いた場合は、湿気が透過するために、導電層２および導電接着層４を保護するための防湿用コーティング材を塗布する必要がある。使用場所によっては、紫外線吸収剤などを添加する必要がある。湾曲基板６１により、円柱状の物体に巻き付けたりすることが可能になるフレキシブルな発光モジュールを提供することができる。
図１〜図３および図５を参照して実施形態３を説明する。第１基板１として、厚さが１８８μｍの長方形ＰＥＴシート（シートサイズ：２６８ｍｍ×３００ｍｍ）を４枚用いた。それぞれの第１基板１に、図３に示すような回路パターン１０を形成した。導電層２としては、回路形成用銀ペーストを使用した。スクリーン印刷法により、銀ペーストを印刷し、印刷厚さ５０μｍとした。その後、１５０℃の温度で３０分間、熱硬化させた。
次に、隙間２３の両端のランドパターン２２・２２に、導電性接着層４としての導電性接着用銀ペーストをスクリーン印刷法により印刷した。その後、発光素子としてのチップＬＥＤ４を用いて、隙間２３で回路パターン１０が絶縁されないように、チップＬＥＤ４の両極を、隙間２３の両端のランドパターン２２・２２に印刷した導電性接着用銀ペーストで導通するように、マウンターを用いてマウントした。その後、１５０℃の温度で１０分間、熱硬化させ、チップＬＥＤ４を接着させ、図５に示すような構造体１１１を作製した。
絶縁性を有する第３基板９として、４.０ｍｍ厚さのガラス基板（基板サイズ：５６０ｍｍ×６５０ｍｍ）を使用し、接着層８としてＥＶＡ層を形成した。その上に構造体１１１を４枚置き、これらの構造体１１１を配線７で接続した。さらにその上に接着層５としてのＥＶＡ層を形成した。すなわち、チップＬＥＤ４の高さよりも厚いＥＶＡ層を挟み、さらにその上に第２の絶縁基板６としての４.０ｍｍ厚さのガラスを置き、１３０℃の温度で２０分間、保持し、ＥＶＡを溶かした後、１５０℃の温度で４５分間、保持し、ＥＶＡを架橋させた。
このように作製した発光モジュールは、簡単な方法で大面積での散点模様状の発光が可能であり、かつ、信頼性に優れたものになる。第１基板１、第２基板６および第３基板９の組み合わせを考慮することにより、さまざまな用途に合わせた大面積の発光モジュールを提供することできる。
本発明の発光モジュールは、太陽電池やその他の電池と組み合わせて小型または大型の照明や案内標識などに広く適用することができる。
１：第１基板
２：導電層
３：導電性接着層
４：チップＬＥＤ（発光素子）
５：透明接着層
６：第２基板
７：配線
８：接着層
９：第３基板
１０：回路パターン
２２：ランドパターン
２３：隙間
３１：構造体
１１１：構造体
２：導電層
３：導電性接着層
４：チップＬＥＤ（発光素子）
５：透明接着層
６：第２基板
７：配線
８：接着層
９：第３基板
１０：回路パターン
２２：ランドパターン
２３：隙間
３１：構造体
１１１：構造体
Claims (13)
- 透光性を有し絶縁性を有する第１基板の上に、少なくとも、導電層、導電性接着層、所定個数の発光素子群が順次積層されてなる構造体が、透光性を有する第２基板と、第３基板との間にそれぞれ接着層を介して挟まれた構造を備えてなり、導電層が、発光素子群を発光させるための回路パターンを有しており、第３基板と接着層との間に、第３基板の全表面または一部表面を覆う反射層が設けられていることを特徴とする発光モジュール。
- 透光性を有し絶縁性を有する第１基板の上に、少なくとも、導電層、導電性接着層および所定個数の発光素子群が順次積層されてなる複数の構造体が、透光性を有する第２基板と、第３基板との間にそれぞれ接着層を介して挟まれた構造を備えてなり、導電層が、発光素子群を発光させるための回路パターンを有しており、第３基板と接着層との間に、第３基板の全表面または一部表面を覆う反射層が設けられていることを特徴とする発光モジュール。
- 第１基板および第２基板がフィルム、ガラス基板またはプラスチック基板からなる請求項１または２に記載の発光モジュール。
- 導電層が、導電性ペースト、金属箔または金属膜からなる請求項１または２に記載の発光モジュール。
- 第１基板が、内部に金属箔層または金属膜層を有している請求項１または２に記載の発光モジュール。
- 回路パターンは、直列状に接続される発光素子群の複数列がさらに並列状に接続されるパターンである請求項１または２に記載の発光モジュール。
- 透明接着層が、低温架橋型ＥＶＡからなる請求項１または２に記載の発光モジュール。
- 第３基板が、フィルム、ガラス基板またはプラスチック基板からなる請求項１または２に記載の発光モジュール。
- 請求項１または２に記載の発光モジュールの製造方法であって、第１基板の上に導電性ペーストを所定パターンで印刷または塗布し、その後、同ペーストを熱硬化させることで、導電層の回路パターンを得ることを特徴とする発光モジュールの製造方法。
- 請求項１または２に記載の発光モジュールの製造方法であって、第１基板の上に金属箔を接着剤によりラミネートし、この金属箔の上にレジスト材を塗布し、次いで、所定パターンで露光し、現像し、不要部分をエッチングにより除去し、その後、レジスト材を取り除くことで、導電層の回路パターンを得ることを特徴とする発光モジュールの製造方法。
- 請求項１または２に記載の発光モジュールの製造方法であって、第１基板の上に金属膜を蒸着またはスパッタリングにより成膜し、この金属膜の上にレジスト材を塗布し、次いで、所定パターンで露光し、現像し、不要部分をエッチングにより除去し、その後、レジスト材を取り除くことで、導電層の回路パターンを得ることを特徴とする発光モジュールの製造方法。
- 請求項１または２に記載の発光モジュールの製造方法であって、発光素子群を導電性接着層により導電層に接着させるに際し、第１基板の上に、接着用導電性ペーストにより導電性接着層の所定パターンを形成し、同パターンの上に発光素子群を実装し、その後、同ペーストを熱硬化させることを特徴とする発光モジュールの製造方法。
- 請求項１または２に記載の発光モジュールの製造方法であって、発光素子群を導電性接着層により導電層に接着させるに際し、第１基板の上に、クリーム半田により導電性接着層の所定パターンを形成し、同パターンの上に発光素子群を実装し、その後、リフロー炉による加熱処理を行うことを特徴とする発光モジュールの製造方法。
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