CN106104813B - 附有半导体功能元件的功能丝线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种附有半导体功能元件的功能丝线，具备即使于经过纺织加工的状态亦可轻易地将相邻的附有半导体功能元件的功能丝线彼此电性连接的构造等。附有半导体功能元件的功能丝线1，配置成平行状态的1对导电线3a,3b间配置有连结正负电极2a,2b而与导电方向一致的多个半导体功能元件2；多个半导体功能元件2的正电极2a与导电线3a连接，同时多个半导体功能元件2的负电极2b与导电线3b连接；具备元件封装区域11与导电线区域12；该元件封装区域11由多个半导体功能元件2与1对导电线3a,3b当中配置有多个半导体功能元件2的导电线部分11a,11b所构成；导电线区域12仅由1对导电线3a,3b当中的元件封装区域11以外的导电线部分12a,12b所构成；导电线区域12的1对导电线部分12a,12b的至少一个的表面以绝缘构件13被覆。

Description

附有半导体功能元件的功能丝线
技术领域
本发明关于一种附有半导体功能元件的功能丝线，特别是具备粒状的多个半导体功能元件与并联所述多个半导体功能元件的可挠性的1对导电线。
背景技术
以往在纺织品中已提出具备受光功能或发光功能等的各种附有半导体功能元件纤维构造体(纺织构造体)。此种附有半导体功能元件纤维构造体，由例如以置入有多个半导体功能元件(太阳电池单元、发光二极管、旁通二极管等)的绳状附有半导体功能元件的功能丝线作为经线或纬线，并以多个导电线或绝缘线作为纬线或经线编织来形成。
然而，上述附有半导体功能元件的功能丝线，由于受到纺织加工前对于线材状态所附加的张力以及纺织加工后对于纤维构造体的弯曲或变形应力，故附有半导体功能元件的功能丝线中1对导电线会相互接触而电性短路，因此有无法发挥半导体功能元件的受光功能或发光功能的问题。
因此，为了解决上述问题，例如在专利文献1中已揭示一种剖面圆形的附有半导体功能元件的功能丝线，其中于两端具有正负电极的多个粒状的半导体功能元件包夹在1对导电线间而电性并联，并且将所述半导体功能元件与1对导电线整体地埋设入可挠性的透明合成树脂中。
【先前技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利5138976号公报(特开2007-214599号公报)
发明内容
【发明所欲解决的课题】
然而，如专利文献1中，以合成树脂将附有半导体功能元件的功能丝线的多个半导体功能元件与1对导电线整体地被覆的构造中，当附有半导体功能元件的功能丝线的导电线方向的途中部电性串联或并联在其他的附有半导体功能元件的功能丝线时，会被合成树脂妨碍，故附有半导体功能元件的功能丝线彼此的连接会有困难，因此不易进行发电电流或发电电压的调整，而有无法有效活用附有半导体功能元件的功能丝线的优点的问题。
此外，若将附有半导体功能元件的功能丝线以合成树脂整体地被覆来构成的话，因为附有半导体功能元件的功能丝线会变粗，故作为线材的柔软性会降低。因此，例如在以附有半导体功能元件的功能丝线作为纬线，以绝缘线作为经线而纺织加工成织布状后，纤维构造体的可挠性与伸长特性会受损。也就是说，对于附有半导体功能元件的功能丝线的合成树脂的被覆量越大，一般线材有功能越难发挥的问题。
此外，若于附有半导体功能元件的功能丝线未以合成树脂被覆的状态进行纺织加工的话，如上所述，附有半导体功能元件的功能丝线中1对导电线当中未配置半导体功能元件的导电线部分会有电性短路的问题。
本发明的目的在于提供一种在附有半导体功能元件的功能丝线，其具备即使于经过纺织加工的状态亦可轻易地将相邻的附有半导体功能元件的功能丝线彼此电性连接的构造，并具备有即使于纺织加工后亦不会损失可挠性与伸长特性的构造等。
【用以解决课题的状态手段】
本发明附有半导体功能元件的功能丝线，其为绳状地附有半导体功能元件的功能丝线，具备:于两端具有正负电极的粒状的多个半导体功能元件，以及并联所述多个半导体功能元件的可挠性的1对导电线，其中，配置成平行状态的上述1对导电线间配置有连结正负电极而与导电方向一致的上述多个半导体功能元件，上述多个半导体功能元件的正电极通过导电接合材而与一个导电线电性连接，同时上述多个半导体功能元件的负电极通过导电接合材而与另一个导电线电性连接；其特征在于：具备元件封装区域与导电线区域；该元件封装区域由多个半导体功能元件与上述1对导电线当中配置有多个半导体功能元件的导电线部分所构成；该导电线区域仅由上述1对导电线当中的元件封装区域以外的导电线部分所构成；其中，上述导电线区域的1对导电线部分的至少一个的表面以绝缘构件被覆。
【发明功效】
根据本发明，由于元件封装区域的导电线部分并未绝缘加工，故可实现一种附有半导体功能元件的功能丝线，其即使为经过纺织加工的状态亦可轻易地将相邻的功能丝线彼此电性连接。而由于导电线区域的导电线部分被绝缘加工，故可实现一种附有半导体功能元件的功能丝线，其可防止因1对导电线彼此接触所致的电性短路。而由于将导电线区域的导电方向的线宽设定为元件封装区域的导电方向的线宽以下，故可实现一种附有半导体功能元件的功能丝线，其即使于纺织加工后亦不会损及可挠性与伸长特性。
除了本发明的构成以外，亦可采用如下各种构成。
(a)绝缘构件使安装于导电线部分的热收缩管收缩来形成。
(b)绝缘构件于导电线部分涂布热硬化性树脂后使其热硬化来形成。
(c)导电线区域的1对导电线部分的各自表面以不同颜色的绝缘构件被覆。
(d)被覆绝缘构件的导电线区域的导电方向的线宽为设定成小于元件封装区域的导电方向的线宽。
附图说明
图1为实施例附有半导体功能元件的功能丝线的顶视图。
图2为图1的部分扩大顶视图。
图3为附有半导体功能元件的功能丝线的剖面图。
图4为附有半导体功能元件的功能丝线的部分透视图。
图5为变更形态附有半导体功能元件的功能丝线的部分透视图。
具体实施方式
以下，针对用以实施本发明的形态根据实施例进行说明。
【实施例】
首先，针对附有半导体功能元件的功能丝线1的整体构造进行说明。
如图1～图4所示，附有半导体功能元件的功能丝线1具备:于两端具有正负电极2a,2b的粒状的多个半导体功能元件2，以及并联所述多个半导体功能元件2的1对导电线3a,3b而构成可挠性的绳状。
如图3所示，半导体功能元件2由球状太阳电池单元2构成。也就是说，球状太阳电池单元2使用直径1.0mm～2.0mm(本实施例为直径1.2mm)左右的球状p型硅单结晶2c来制造。该p型硅单结晶2c表面的一部分形成有平坦面2d，除该平坦面2d与该平坦面2d近傍部以外的部份，球面大部分扩散n型杂质而形成n型扩散层2e，且从n型扩散层2e的内表面起1μm左右的位置形成有球面状的pn接合2f。
于平坦面2b的p型表面(球状太阳电池单元2的一端)连接有由掺铝的银合金所构成的正电极2a(阳极)斑点状的低电阻，而于包夹p型硅单结晶2c中心的正电极2a的相反侧的n型表面(球状太阳电池单元2的另一端)连接有由掺锑的银合金所构成的负电极2b(阴极)斑点状的低电阻。该正负电极2a,2b以外的p型硅单结晶2c与n型扩散层2e的整个表面形成有由透明SiO2膜所构成的抗反射膜2g。
该球状太阳电池单元2除了连结正负电极2a,2b的导电方向以外，从所有方向的光皆可受光。因此，即使直射光的入射方向有所变动亦可受光，包含反射光的任何方向的光皆可受光，可有效利用球状太阳电池单元2的周边所进入的光，并使效率最大化。又，球状太阳电池单元2的导电方向为与包含1对导电线3a,3b的平面平行且与1对导电线3a,3b垂直的方向。
1对导电线3a,3b隔着既定的间隔(约与球状太阳电池单元2的直径相同)而配置成平行状态。多个球状太阳电池单元2的正电极2a的外面通过导电接合材4而分别与导电线3a电性连接，而多个球状太阳电池单元2的负电极2b的外面通过导电接合材4而分别与导电线3b电性连接。
导电线3a,3b的材质并无需特别限定，只要是导电性线材则一般的铝线或铜线亦可使用，亦可为选自玻璃纤维、碳纤维、聚酯纤维、酰胺纤维、聚乙烯纤维、液晶聚合物纤维当中的任一个或多种类的纤维的集束或铰线的表面上被覆有螺旋状的一个或多个金属细线。此外，亦可为于玻璃纤维、二氧化硅纤维、玄武岩纤维、碳纤维、聚酯纤维、聚酰亚胺纤维、酰胺纤维、液晶聚合物纤维上实施金属电镀的导电性线材。
又，导电线3a,3b的尺寸为直径0.3mm左右，但为了使入射至球状太阳电池单元2的光可有效地受光，以设定为球状太阳电池单元2直径的1/10～1/15左右的尺寸为宜。此外，为了涂布导电接合材4与球状太阳电池单元2的接触部并加热硬化而与球状太阳电池单元2连接，导电线3a,3b以具备150℃以上的耐热性为宜。再者，考量到导电线3a,3b因电阻的消耗电力，电阻以0.001～20Ω/m的范围为宜。
导电接合材4例如由导电性环氧树脂(环氧树脂中混入有银粉者)所构成。当1对导电线3a,3b间固定球状太阳电池单元2时，将导电性环氧树脂涂布于导电线3a,3b与球状太阳电池单元2的正负电极2a,2b的接触部，再加热导电性环氧树脂并使其干燥使其硬化，然后球状太阳电池单元2固定于1对导电线3a,3b。
接着，针对元件封装区域11与导电线区域12进行说明。
如图1、图2、图4所示，附有半导体功能元件的功能丝线1具备：元件封装区域11，其由多个球状太阳电池单元2与1对导电线3a,3b当中配置有多个球状太阳电池单元2的导电线部分11a,11b所构成；导电线区域12，其仅由1对导电线3a,3b当中的元件封装区域11以外的导电线部分12a,12b所构成，且所述元件封装区域11与导电线区域12在导电线3a,3b的长度方向串联地反复形成多组。又，图1所示的附有半导体功能元件的功能丝线1，其仅不过为图示整体中一部分的元件封装区域11与导电线区域12。
元件封装区域11中，在平行状态配置的1对导电线3a,3b间配置有连结正负电极2a,2b而与导电方向一致的多个球状太阳电池单元2，多个球状太阳电池单元2的正电极2a与一个导电线3a电性连接，多个球状太阳电池单元2的负电极2b与另一个导电线3b电性连接。相邻的球状太阳电池单元2彼此间空着设定间隔(例如约与球状太阳电池单元2的直径相同的间隔)。
导电线区域12设置于附有半导体功能元件的功能丝线1的导电线方向的两端部或元件封装区域11间等。导电线区域12中1对导电线部分12a,12b的至少一个的表面以绝缘构件13被覆。而在本实施例中，导电线区域12中1对导电线部分12a,12b的各自表面皆以绝缘构件13被覆。
绝缘构件13以分别使安装于导电线部分12a,12b的热收缩管收缩来形成。热收缩管由以聚乙烯为主材料的合成树脂所构成，由于对醇类、丙酮、甲苯等有机溶剂或酸及碱性水溶液有耐受性，故不会因一般的树脂加工等而破损。也就是说，使用附有半导体功能元件的功能丝线1制作的纤维构造体亦可进行一般的树脂加工。此外，热收缩管由于比重小于1，故使用附有半导体功能元件的功能丝线1制作的纤维构造体亦可达成轻量。
又，即使1对导电线部分12a,12b以一般的热收缩管被覆，由于弯曲硬度位于1.152gf·cm2/cm左右，为2.0gf·cm2/cm以下，故于纺织加工时可作为通常的线材轻易地使用。此外，导电线区域12即使于纺织加工后亦可确保充分的可挠性。
又，绝缘构件13并无需局限于热收缩管，亦可于导电线3a,3b涂布热硬化性树脂经热硬化形成。也就是说，绝缘构件13亦可使用例如绝缘清漆(硅氧树脂、环氧树脂等)。藉由将附有半导体功能元件的功能丝线1含浸于涂覆液状的绝缘清漆，再以红外线灯等仅使必需绝缘的区域(导电线区域12)加热硬化，而让导电区域的导电线3a,3b以绝缘构件13被覆。
当绝缘构件13使用绝缘清漆时，绝缘清漆可薄层涂覆。由于可轻易地将导电线区域12构成为与元件封装区域11等同或以下的尺寸，可相当于一般线材来处理使用，并可连续且自动地进行制织加工或制编加工。此外，亦可提升对于弯曲及伸长变形的耐久性。绝缘构件13若使用可挠性、伸缩性、伸长性的材料的话，则可适当变更。
接着，针对元件封装区域11与导电线区域12间的尺寸关系进行说明。
如图4所示，被覆着绝缘构件13的导电线区域12的导电方向的线宽α1设定为小于元件封装区域11的导电方向的线宽β1。也就是说，导电线区域12中包含绝缘构件13的厚度的线宽α1设定为平均1.74mm左右(最大1.84mm)，元件封装区域11中包含导电接合材4的导电方向的线宽β1设定为平均1.84mm左右，藉此使导电线区域12的尺寸设定为等同或低于元件封装区域11的尺寸。
又，球状太阳电池单元2中与导电方向垂直且与包含1对导电线3a,3b的平面垂直的高度方向中，于元件封装区域11中封装有球状太阳电池单元2的构造上，被覆绝缘构件13的导电线区域12的高度α2等同或低于元件封装区域11的高度β2(球状太阳电池单元2的直径)。
因此，藉由将导电线区域12的尺寸(导电方向的宽度)设定为与元件封装区域11的尺寸(导电方向的宽度)等同或以下，导电线区域12不会比元件封装区域11粗。因此，当进行纺织加工(制织加工、制编加工)时，可将附有半导体功能元件的功能丝线1以与使用通常的线材时相同的方式来使用，故可连续且自动地进行纺织加工。可实现即使于纺织加工后亦不会损失可挠性与伸长特性的附有半导体功能元件的功能丝线1。
接着，针对本发明的附有半导体功能元件的功能丝线1的作用及效果进行说明。
在使用通用纤维作为经线，使用通用纤维与附有半导体功能元件的功能丝线1作为纬线而进行纺织加工的阶段中，受到附加张力或滚轮等的挤压，于纤维构造体内会引起弯曲及伸长变形，但由于导电线部分12a,12b被绝缘加工，故可防止相邻的导电线3a,3b彼此电性接触而短路，以确实维持着受光功能或发光功能等的状态进行纺织加工。
此外，元件封装区域11中导电线3a,3b及导电接合材4由于未受被覆，故即使为纺织状态亦可轻易与相邻的功能丝线彼此电性连接。因此，可藉由调整纤维构造体中附有半导体功能元件的功能丝线1的串联及并联而任意地构成发电性能(或发光性能)。
根据该附有半导体功能元件的功能丝线1，与光的入射方向无关，若光射入到附有半导体功能元件的功能丝线1，且该光照射极性一致而配置的多个球状太阳电池单元2时，则球状太阳电池单元2所形成的近球面状的pn接合2f会受光，而藉由球状太阳电池单元2的光电产生功能(受光功能)转换成电能。
该转换电能经由连接于pn接合2f的两极并包夹球状太阳电池单元2中心而对向的正负电极2a,2b，并通过导电线3a,3b往外部输出。附有半导体功能元件的功能丝线1若受光则会输出约0.6V的输出电压。附有半导体功能元件的功能丝线1的输出电流的大小，与球状太阳电池单元2的数量成比例。
也就是说，使用附有半导体功能元件的功能丝线1制作的纤维构造体，可通过串联的元件数自由设定发电电压，通过并联的元件数自由设定发电电流。当制作纤维构造体时将多个附有半导体功能元件的功能丝线1进行串联·并联时，即使有部分会产生阴影的部分，但仍可将非阴影的其他部分对球状太阳电池单元2的输出的影响停留在最小限度。而且，该纤维构造体其上下两面可相同效率受光。
该附有半导体功能元件的功能丝线1可为长线状连续地制造。元件封装区域11中球状太阳电池单元2(半导体功能元件2)的数目、球状太阳电池单元2的大小、相邻的球状太阳电池单元2间的间隔等可因应规格适当设定。
又，相邻的球状太阳电池单元2间的设定间隔以球状太阳电池单元2宽度的1/2倍以上且2倍以下的间隔为宜。藉由该设定间隔，可确保附有半导体功能元件的功能丝线1的透光性与可挠性，此外于纺织加工时可设置与该附有半导体功能元件的功能丝线1交叉的经线或纬线的配设空间。
使用该附有半导体功能元件的功能丝线1制作的纤维构造体为可挠性，通过调整球状太阳电池单元2彼此间的间隙或由导电线3a,3b或绝缘线所构成的网目等可调整透光性能(透光率)。可制作置入有许多球状太阳电池单元2的纤维构造体，并可提升纤维构造体的受光性能。又，当以发光二极管取代球状太阳电池单元2为作为半导体功能元件2时，可提升发光性能。
接着，针对部分变更上述实施例的例子进行说明。
[1]上述实施例中，附有半导体功能元件的功能丝线1A中1对导电线部分12a,12的各自表面以绝缘构件13被覆，但并无需特别局限于此构造，亦可如图5所示，导电线区域12中1对导电线部分12a,12b的至少一个(导电线部分12b)的表面以绝缘构件13被覆。根据该构造，可防止相邻的导电线3a,3b彼此电性接触而短路，并可减少绝缘构件13的材料而降低成本。
[2]上述实施例中，导电线区域12中1对导电线部分12a,12b的各自表面亦可以不同颜色的绝缘构件13被覆。根据此构造，藉由于绝缘区域中被覆正极侧导电线3a的热收缩管与被覆负极侧导电线3b的热收缩管使用不同颜色，可使纺织加工后纤维构造体的正极与负极轻易地判断。
[3]上述实施例中，亦可仅将导电线区域12中1对导电线部分12a,12b当中的一个表面以绝缘构件13被覆而形成绝缘状态，而从导电线部分12a,12b当中未绝缘的另一个取出所发出的电力。
也就是说，正极侧导电线部分12a未被覆时，以多个附有半导体功能元件的功能丝线1的正极侧导电线部分12a与正极电源线接触、且正极电源线与附有半导体功能元件的功能丝线1垂直的方式编织以制作纤维构造体，当负极侧导电线部分12b未被覆时，以多个附有半导体功能元件的功能丝线1的负极侧导电线部分12b与负极电源线接触、且负极电源线与附有半导体功能元件的功能丝线1垂直的方式编织以制作纤维构造体。根据此构造，可从1处取出纤维构造体所发的电力。
[4]除此以外，本发明亦包含发明所属技术领域具有通常知识者在未偏离本发明主旨下，所做的以下各种变更形态:对上述实施例的各种变更加以附加并为可实施的变更形态。
【产业上可利用性】
附有半导体功能元件的功能丝线及附有半导体功能元件的功能丝线的纤维构造体为轻量且具有优异的可挠性及伸长特性。因此，可设置在曲面形状的建筑物或车体的外面。此外，可广泛利用于付与张力而设置的膜构造建筑物的屋顶或墙壁、帐篷或店铺型遮阳棚等遮蔽太阳光的目的所使用的纺织构件，而在建筑领域外，可利用于帘幕或百叶窗等室内领域；汽车或列车、船舶等移动体领域；户外服或帽子、背包等运动领域，一般的衣服或帽子、背包的衣料领域、杂货领域等。再者，亦可单以折迭等紧密形状保管，使用作为灾害等必要时获取电源的手段。
附图标记
1 附有半导体功能元件的功能丝线
2 球状太阳电池单元(半导体功能元件)
3a,3b 1对导电线
4 导电接合材
11 元件封装区域
11a,11b 1对导电线部分
12 导电线区域
12a,12b 1对导电线部分
13 绝缘构件

Claims (5)

1.一种附有半导体功能元件的功能丝线，其为绳状地附有半导体功能元件的功能丝线，具备:
于两端具有正负电极粒状的多个半导体功能元件与并联所述多个半导体功能元件的可挠性的1对导电线；
其中，
在以平行状态配置的上述1对导电线间，配置有连结正负电极而与导电方向一致的上述多个半导体功能元件，上述多个半导体功能元件的正电极通过导电接合材而与一个导电线电性连接，同时上述多个半导体功能元件的负电极通过导电接合材而与另一个导电线电性连接，其特征在于：
具备元件封装区域与导电线区域，
该元件封装区域由多个半导体功能元件与上述1对导电线当中配置有多个半导体功能元件的导电线部分所构成，
该导电线区域在上述1对导电线当中的元件封装区域与元件封装区域之间，且仅由至少一个的表面以绝缘构件被覆的1对导电线部分所构成。
2.根据权利要求1所述的附有半导体功能元件的功能丝线，其特征在于，上述绝缘构件使安装于上述导电线部分的热收缩管加以收缩来形成。
3.根据权利要求1所述的附有半导体功能元件的功能丝线，其特征在于，上述绝缘构件于上述导电线部分涂布热硬化性树脂后并热硬化来形成。
4.根据权利要求1所述的附有半导体功能元件的功能丝线，其特征在于，上述导电线区域的1对导电线部分的各自表面以不同颜色的绝缘构件加以被覆。
5.根据权利要求1～4中任1项所述的附有半导体功能元件的功能丝线，其特征在于，被覆有上述绝缘构件的上述导电线区域的导电方向的线宽为设定成小于上述元件封装区域的导电方向的线宽。
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