JP2005340365A - 発光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 可視光が透過するかまたは反射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。
【解決手段】 発光モジュールは、第１透光性絶縁基板１（透明ガラス板）の上に、光吸収層２（酸化錫）、金属膜層３（銀）、発光素子７（チップＬＥＤ）と抵抗素子８（チップ抵抗）とからなる複数の発光素子群４、透明接着層５（ＥＶＡフィルム）、および第２透光性絶縁基板６（透明ガラス板）が順次積層された構造からなる。金属膜層３は、光吸収層２の上に部分的に形成された、発光素子群４を発光させるための回路パターンからなっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池やその他の電池と組み合わせて小型照明や案内標識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、照明器具と太陽電池とを組み合わせたさまざまな照明装置が提案されてきた。このような照明装置としては例えば、特許文献１のように、透光性基板上に透光性発光部と太陽電池とがこの順で積層されたもの、特許文献２のように、発光面と受光面とが同一面上になるように、発光面を有するパネル状発光体の近傍に太陽電池の受光面が配置されたもの、特許文献３のようにように、太陽光発電部とその起電力により発光する発光部とが１枚の平板状基板に実装されたものなどがあった。

特開昭５９−２１７９９１号公報 特開昭６０−７８４７７号公報 特開２００１−３５１４１８号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に記載された装置によれば、発光部が可視光透過型のものであっても、太陽電池などが積層されてモジュール構造にされると可視光は透過することができず、そのために用途が限られるという欠点があった。また、特許文献３に記載された装置によれば、表面に太陽光発電部を、裏面に該太陽光発電部の起電力により発光する発光部を、それぞれ実装する１枚の平板状基板に、スルーホールを形成し、裏面にプリント配線と太陽電池モジュールの起電力を利用する回路・素子群とを実装するものであるため、これも可視光は透過することができず、用途が限られるという欠点があった。

本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、可視光を透過させるかまたは反射させることのできる、広い用途範囲を備えた発光モジュールと、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１つの観点によれば、第１透光性絶縁基板または第１反射性絶縁基板の上に、光吸収層、金属膜層、所定個数の発光素子群、透明接着層および第２透光性絶縁基板または第２反射性絶縁基板が順次積層された構造を備えてなり、金属膜層が、発光素子群を発光させるための回路パターンを有していることを特徴とする発光モジュールが提供される。

すなわち、本発明に係る発光モジュールは、発光素子群（発光素子と抵抗素子とからなるもの）とこの発光素子群を発光させるための機能が備わった部分（回路パターン）とを上下２枚の透光性絶縁基板または反射性絶縁基板で一体化した可視光透過型または可視光反射型の発光モジュールである。

本発明の他の観点によれば、本発明の１つの観点による発光モジュールを製造するに際し、第１透光性絶縁基板または第１反射性絶縁基板の上に光吸収層を形成し、この光吸収層に、直列接続される発光素子と抵抗素子とからなる発光素子群どうしを分離するためのパターニングを行い、光吸収層の上に所定のマスクパターンで金属膜層を形成し、光吸収層および金属膜層に、発光素子群における発光素子と抵抗素子とを分離するためのパターニングを行って、金属膜層に前記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。

すなわち、本発明に係る発光モジュールの製造方法は、第１透光性絶縁基板または第１反射性絶縁基板の上に、光吸収層、金属膜層、所定個数の発光素子群、透明接着層および第２透光性絶縁基板を順次積層するとともに、前記金属膜層には、前記発光素子群を発光させるための所定の回路パターンを光吸収層の利用による特定の技術によって形成するものである。

本発明に係る発光モジュールにあっては、第１透光性絶縁基板または第１反射性絶縁基板の上に、光吸収層、金属膜層、発光素子群、透明接着層および第２透光性絶縁基板または第２反射性絶縁基板が順次積層された構造を備えてなり、発光素子群とこの発光素子群を発光させるための機能が備わった部分とを上下２枚の透光性絶縁基板または反射性絶縁基板で一体化したものである。したがって、可視光は透過するかまたは反射することができるようになり、従来のものに比べて広い用途範囲を備えている。また、バッライトを使ったものよりも薄い上、微小な点光源であるので新しいタイプの照明デザインが可能であり、直流低電圧で発光できるので電池駆動しやすく、モバイル型として持ち運びしやすい。さらに、エポキシの回路基板を用いていないのでデザイン性に優れ、基板を被覆する必要がないのでコンパクトにすることができ、しかも、ガラス基板などでＬＥＤや回路パターンを完全に封止することができるので、屋外での使用に長期間耐えることができる。

本発明に係る発光モジュールの製造方法にあっては、第１透光性絶縁基板または第１反射性絶縁基板の上に、光吸収層、金属膜層、発光素子群、接着層および第２透光性絶縁基板または第２反射性絶縁基板を順次積層し、金属膜層に、発光素子群を発光させるための回路パターンを形成するものであるので、可視光が透過するかまたは反射する発光モジュールを簡単に製造することができる。

本発明に係る発光モジュールは、第１透光性絶縁基板または第１反射性絶縁基板の上に、光吸収層、金属膜層、所定個数の発光素子群、透明接着層および第２透光性絶縁基板または第２反射性絶縁基板が順次積層された構造からなる（図１参照）。第１透光性絶縁基板および第２透光性絶縁基板は、厚さが例えば０．１〜１０ｍｍ程度であって、透明なガラス板またはプラスチック板からなるのが好ましい。この場合には、入手が容易でコスト的にも有利な材料を用いて可視光を確実に透過させることができる。また、第１反射性絶縁基板および第２反射性絶縁基板は、厚さが例えば０．１〜１０ｍｍ程度であって、全面に金属反射層の設けられたものであるのが好ましい。この場合には、可視光を確実に反射させることができる。１

光吸収層は、酸化錫（ＳｎＯ₂）、錫添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などからなる透明電極で構成することが好ましい。この場合には、透明電極のエネルギーギャップに相当する波長よりも大きい波長の可視光を透過させることができる。金属膜層は、光吸収層の上に部分的に形成することが好ましい。この場合には、金属膜層が形成されていない部分では、光吸収層（場合によっては透明電極）のエネルギーギャップに相当する波長よりも大きい波長の可視光を透過させることができる。

本発明に係る発光モジュールには金属膜層（導電膜）が形成されるが、その膜厚は例えば０．０１〜１００μｍ程度である。金属膜層の材質としては、導電性を示すものであればよく、例えば金、銀、銅、白金、ニッケル、チタン、タンタル、タングステン、アルミニウムなどが挙げられるが、銀が好ましい。この金属膜層は、例えばスパッタリング法、電着法、無電解メッキ法、ディップコート法、ＣＶＤ法などにより形成される。

本発明に係る発光モジュールは、発光素子群のそれぞれの例として、直列接続された（例えば２個の）発光素子と、（例えば1個の）抵抗素子とからなるものが挙げられる（図３参照）。ここで、発光素子としては例えばチップＬＥＤが、抵抗素子としては例えばチップ抵抗が、それぞれ挙げられる。この場合には、例えばリフロープロセスを用いることで、金属膜層がはんだに「食われる」ことなく、チップＬＥＤとチップ抵抗とを簡単に実装することができる。

本発明に係る発光モジュールは、回路パターンが、所定個数（例えば２４個）の発光素子群を並列接続するためのものであるのが好ましい（図２参照）。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発光させることができる。

本発明に係る発光モジュールは、透明接着層として、例えば、約１００℃〜約１２０℃で架橋可能なエチレン−酢酸ビニル（ＥＶＡ）フィルムからなるものが用いられる。この場合には、このようなＥＶＡフィルムを用いることで、チップＬＥＤおよびチップ抵抗を破損することなく確実にラミネートすることができる。

本発明に係る発光モジュールの製造方法は、第１透光性絶縁基板または第１反射性絶縁基板の上に、光吸収層、金属膜層、所定個数の発光素子群、透明接着層および第２透光性絶縁基板または第２反射性絶縁基板が順次積層された構造を備えてなり、金属膜層が、発光素子群を発光させるための回路パターンを有している発光モジュールを製造するに際し、第１透光性絶縁基板または第１反射性絶縁基板の上に光吸収層を形成し、この光吸収層に、直列接続される発光素子と抵抗素子とからなる発光素子群どうしを分離するためのパターニングを行い、光吸収層の上に所定のマスクパターンで金属膜層を形成し、光吸収層および金属膜層に、発光素子群における発光素子と抵抗素子とを分離するためのパターニングを行って、金属膜層に前記回路パターンを得るものである。

発光素子群どうしを分離するためのパターニングおよび発光素子群における発光素子と抵抗素子とを分離するためのパターニングは、光吸収層に吸収される波長のレーザ光を第１透光性絶縁基板側から入射させることで行うのが好ましい。この場合には、これらのパターニングを簡単かつ確実に行うことができる。

金属膜層の回路パターンは、レーザパターニングおよび／またはエッチングによって形成するのが好ましい。この場合には、金属膜層のレーザパターニング部および／またはエッチング除去部で、光吸収層（場合によっては透明電極）のエネルギーギャップに相当する波長よりも大きい波長の可視光を透過させることができる。

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実施形態を説明する。図１において、発光モジュールは、第１透光性絶縁基板１の上に、光吸収層２、金属膜層３、所定個数の発光素子群４、透明接着層５および第２透光性絶縁基板６が順次積層された構造からなる。

まず、発光部の作製に当たり、予め光吸収層２が形成された第１透光性絶縁基板１を用いる。すなわち、この第１透光性基板１の片側表面と全周囲端面とには、光吸収層２が部分的に形成されている。ここでは、第１透光性絶縁基板１には透明ガラス板を用いる。また、光吸収層２には酸化錫（ＳｎＯ₂）からなる透明電極を用いる。

次に、図２に示すような回路パターンを形成するため、以下に示す工程１〜６を実施する。この回路パターンは、図３に示すような２個の発光素子（チップＬＥＤ）７と１個の抵抗素子（チップ抵抗）８とが直列状に接続されてなる発光素子群４を２４個、並列接続することができるような回路パターンである。

（工程１） ２４個の発光素子群４を並列接続する際に、隣り合う発光素子群４どうしを分離するための、光吸収層２のパターニングを、レーザ光によって行う。この際、光吸収層２によく吸収される波長のレーザ光を第１透光性絶縁基板１の側から入射させることにより、光吸収層２が短冊状に分離されて分離ライン９（図４）が形成される。ここでは、光吸収層２に酸化錫を用いているため、ＹＡＧ基本波レーザを用い、幅１００μｍの分離ライン９を１１本形成する。図４は、そのレーザ加工パターンである。

（工程２） 光吸収層２の上に金属膜層３を形成する。ここでは、ＲＦマグネトロンスパッタリング法により銀を約３０００Åの膜厚で形成して金属膜層３とするが、この金属膜層３は、導電性を示すものであれば、製法、膜厚に限らず何でもよい。

（工程３） 金属膜層３の上に、図５に示すマスクパターンで保護層を形成する。図５のマスクパターンは、縦方向に延びる１００１〜１０１２に示す１２個の帯状長方形パターンと、横方向に延びる１０１３〜１０１５に示す３個の帯状長方形パターンとで構成されている。１００１〜１０１２の長方形パターンはそれぞれ、１０１３〜１０１５の長方形パターンと３箇所で交わるか、あるいは接触している。この際、１００１〜１０１２の長方形マスクパターンは、図４に示す分離ライン９で分離された光吸収層２の短冊どうしが導通されない位置に形成する必要がある。一方、１０１３〜１０１５の長方形マスクパターンは、１２個に分離された光吸収層２の短冊がすべて導通される位置に形成する必要がある。

（工程４） エッチング液を用いて金属膜層３をエッチングする。ここでは、金属膜層３に銀を用いているため、硫酸鉄系のエッチング液を用いる。これにより、図５のマスクパターンで、金属膜層３および保護層が残る。

（工程５） 保護層を除去する。ここでは、保護層にレジスト膜を用いているため、レジスト膜の除去にはレジスト膜除去用の溶剤を用いる。これにより、金属膜層３が図５のマスクパターンで形成される。

（工程６） 発光素子群４を構成する２個の発光素子７と１個の抵抗素子８との電極部を分割するための、光吸収層２および金属膜層３のパターニングをレーザ光によって行う。この際、光吸収層２によく吸収される波長のレーザ光を第１透光性絶縁基板１の側から入射させることにより、光吸収層２および金属膜層３が図４の加工パターンに対して垂直な方向に短冊状に分離された分離ライン１１０１〜１１０６（図６）が形成される。ここでは、光吸収層２に酸化錫を用いているため、ＹＡＧ基本波レーザを用い、幅１００μｍの分離ライン１１０１〜１１０３を、図５における１０１４の長方形金属膜層３と１０１５の長方形金属膜層３との間に、また、分離ライン１１０１〜１１０３と同じ幅の分離ライン１１０４〜１１０６を、１０１３の長方形金属膜層３と１０１４の長方形金属膜層３との間に形成する。図６はそのレーザ加工パターンである。

以上の工程１〜６を経て、図２に示す２個の発光素子７と１個の抵抗素子８とが直列状に接続された発光素子群４を２４個、並列接続できるような回路パターン（図３）を形成することができる。

次に、図５に示すマスクパターンの形状に形成された金属膜層３における１００１〜１０１２の長方形パターン上のそれぞれに、４個の発光素子７と２個の抵抗素子８とを、分離ライン１１０１、１１０６の両端の金属膜層３上に抵抗素子８の両極が接続されるように、また、１１０２、１１０３、１１０４、１１０５の両端の金属膜層３上に発光素子７の両極が接続されるように、ソルダーはんだを用いてマウントする。

この際、金属膜層３における１０１３、１０１５の長方形パターンの部分がすべての発光素子群４の共通陽極となるように、また、金属膜層３における１０１４の長方形パターンの部分がすべての発光素子群４の共通陰極となるように、マウントする。ここでは、発光素子７には白色チップＬＥＤ、抵抗素子８には抵抗値が１８０Ωのチップ抵抗を用いる。また、これらの共通陽極および共通陰極は逆であってもよい。

次に、ソルダーはんだをリフロー炉で溶かして、電気的接続を行う。最後に、第２透光性絶縁基板６との間に透明接着層５を挟んでラミネートする。ここでは、第２透光性絶縁基板６に透明ガラス板を用い、透明接着層５に約１００℃〜約１２０℃で架橋可能なＥＶＡフィルムを用いて、ラミネートする。

以上で、発光素子７と抵抗素子８と発光素子７を発光させるための回路パターンとを２枚の透光性絶縁基板１、６で一体化した可視光透過型の発光モジュールが完成する。

この発光モジュール（モジュールサイズが１８６ｍｍ×３００ｍｍ）の仕様は、入力電圧１０Ｖで、消費電流が約３７３ｍＡ、最大消費電力が３．７３Ｗ（１００ｍＷ／ｃｍ² ）である。また、試作した発光モジュールによれば、可視光を透過させることができた。

本発明は、太陽電池やその他の電池と組み合わせて小型照明や案内標識などに広く適用することができる。

図１（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、本発明による発光モジュールの一例の製造方法を説明するための発光モジュールの平面図、ａ−ａ'断面図およびｂ−ｂ'断面図である。 図２は、発光素子群を発光させるために必要な回路パターンを示す図である。 図３は、発光素子群の構成図である。 図４は、発光素子群を並列に接続するためのレーザ加工パターンを示す図である。 図５は、複数の発光素子群を発光させるために必要な、金属膜層を除去させないためのマスクパターンを示す図である。 図６は、発光素子群を構成する１個の抵抗素子と２個の発光素子とをマウントする位置を決めるためのレーザ加工パターンを示す図である。

符号の説明

１：第１透光性絶縁基板子
２：光吸収層
３：金属膜層
４：発光素子群
５：透明接着層
６：第２透光性絶縁基板子
７：発光素子（チップＬＥＤ）
８：抵抗素子（チップ抵抗）
９：分離ライン

Claims (10)

1. 第１透光性絶縁基板または第１反射性絶縁基板の上に、光吸収層、金属膜層、所定個数の発光素子群、透明接着層および第２透光性絶縁基板または第２反射性絶縁基板が順次積層された構造を備えてなり、金属膜層が、発光素子群を発光させるための回路パターンを有していることを特徴とする発光モジュール。
2. 第１透光性絶縁基板および第２透光性絶縁基板が、透明なガラス板またはプラスチック板からなる請求項１に記載の発光モジュール。
3. 第１反射性絶縁基板および第２反射性絶縁基板が、全面に金属反射層の設けられたものである請求項１に記載の発光モジュール。
4. 光吸収層が、透明電極からなり、金属膜層が、透明導電膜からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光モジュール。
5. 発光素子群のそれぞれが、直列接続された発光素子と抵抗素子とからなる請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光モジュール。
6. 回路パターンが、所定個数の発光素子群を並列接続するためのものである請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光モジュール。
7. 透明接着層が、約１００℃〜約１２０℃で架橋可能なＥＶＡフィルムからなる請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光モジュール。
8. 第１透光性絶縁基板または第１反射性絶縁基板の上に、光吸収層、金属膜層、所定個数の発光素子群、透明接着層および第２透光性絶縁基板または第２反射性絶縁基板が順次積層された構造を備えてなり、金属膜層が、発光素子群を発光させるための回路パターンを有している発光モジュールを製造するに際し、第１透光性絶縁基板または第１反射性絶縁基板の上に光吸収層を形成し、この光吸収層に、直列接続される発光素子と抵抗素子とからなる発光素子群どうしを分離するためのパターニングを行い、光吸収層の上に所定のマスクパターンで金属膜層を形成し、光吸収層および金属膜層に、発光素子群における発光素子と抵抗素子とを分離するためのパターニングを行って、金属膜層に前記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。
9. 発光素子群どうしを分離するためのパターニングおよび発光素子群における発光素子と抵抗素子とを分離するためのパターニングを、光吸収層に吸収される波長のレーザ光を第１透光性絶縁基板側から入射させることで行う請求項８に記載の発光モジュールの製造方法。
10. 金属膜層の回路パターンを、レーザパターニングおよび／またはエッチングによって形成する請求項８または９に記載の発光モジュールの製造方法。

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