JP2017501592A - 発光膜構造体 - Google Patents

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Abstract

可撓性発光膜構造体(10)は、単一の可撓性ポリマ箔(100)と、ポリマ箔(100)の第１の側(106)にあって素子用電極領域(104)を有する可撓性導電パターン層(102)と、ポリマ箔(100)を通って第１の側(106)において第２の側(110)から導電パターン層(102)の電極領域(104)まで延伸し、少なくとも１つの電極領域(104)に重なる少なくとも１つの空洞(108)と、少なくとも１つの空洞(108)にあって電極領域(104)へ電気的に接続された少なくとも１つの非有機発光ダイオードフリップチップ(112)と、ポリマ箔(100)の第２の側(110)に層形成された第１の可撓性遮蔽箔(114)とを有している。【選択図】図１

Description

分野
本発明は発光膜構造体に関するものである。
背景
有機LEDすなわちOLEDは、原理的には可撓性のある比較的薄い発光膜を形成可能なことを示している。しかし有機材料は、実用面から十分に長い寿命を見込むためには、周囲の酸素および湿気に対する非常に良好な保護が必要である。そのためOLEDは、２枚のガラス板の間に封入され、薄さと可撓性不足の原因となっている。
SMD(表面実装部品)の製造工程では、LED(発光ダイオード)素子と平坦なベアチップをポリマ基板の表面で接合して、ある程度の可撓性がある比較的薄い発光構造体を得ることができる。この構造体の全厚は主に、LEDデバイスの厚さとポリマ基板の厚さの合計で決まる。この全厚によって、発光面の可撓性の絶対限界が生ずる。
しかし、いくつかの適用例では、現今で可能なよりも可撓性があって薄い構造体が必要である。そこで、これらの発光膜の厚さと可撓性を改善する必要がある。
概要説明
本発明は、改良された可撓性発光膜構造体とその製造方法を提供することを企図している。本発明の一態様によれば、請求項１に記載の発光膜構造体が提供される。
本発明の他の態様によれば、請求項６に記載の製造方法が提供される。
本発明によれば、発光膜の可撓性および厚さが改善され、そのため形状変化の大きい表面へもこれを搭載することが可能になる。
添付図面を参照して本発明の例示的実施例を以下に説明するが、これは例示にすぎない。
可撓性発光膜構造体の例を示す図である。 単一の可撓性ポリマ箔と可撓性導電層とを示す図である。 単一の可撓性ポリマ箔とパターン形成された可撓性導電層とを示す図である。 単一の可撓性ポリマ箔と接続領域が露出した状態の可撓性導電層とを示す図である。 単一の可撓性ポリマ箔と第２の可撓性遮蔽箔上の可撓性導電層を示す図である。 接続領域上の接着剤を示す図である。 接続領域に接合されたLEDを示す図である。 少なくとも１つの発光ダイオードチップと非導電性弾性材料が充填された空洞の壁との間の間隙を示す図である。 単一の可撓性ポリマ箔上の発光箔を示す図である。 ロールツーロール工程の例を示す図である。 製造方法の流れ図である。
実施例の説明
以下の実施例は例示にすぎない。本明細書ではいくつかの箇所で「一」実施例と称することがあるが、これは、必ずしもそのような言及が同一の実施例を指すものとは限らず、すなわち特徴事項がある単一の実施例に適用されるにすぎないことを意味する。様々な実施例の単一の特徴事項同士を組み合わせて、他の実施例を提供してもよい。さらに、用語「含む」および「有する」は、記載した実施例を既述の特徴事項のみから成るものとして限定するように解すべきでなく、そのような実施例は、具体的に言及しなかった特徴事項／構造を含むものであってもよい。
なお、各図は様々な実施例を示すが、これらは単純化され、いくつかの構造および／または機能体を示すにすぎない。各図に示す接続線は、電気的接続および／または物理的接続を示すことがある。当業者に明らかなように、説明した装置は、各図および本文に記載した機能体および構造体以外のものを含んでもよい。明らかに、いくつかの機能、構造体、電源および信号の細部は、実際の発明とは無関係である。したがって、これらをここで詳細に説明する必要はない。
図１は、可撓性発光膜構造体10の例を示す。図２ないし図９は、発光膜構造体10の製造工程の様々な段階の例を示す。
本構造体の厚さを減らし発光膜10の可撓性を改善するには、発光膜構造体10の全厚を薄く保たねばならない。
可撓性発光膜構造体10は、厚さが約1 mmを下回ることのある層状構造体である。厚さは、例えば約0.1 mmまたはこれより小さいことさえある。通常、薄膜が望ましいが、膜を厚くして、例えば約2 mmの厚さでもよい。
可撓性発光膜構造体10は薄いだけでなく、小さい曲率半径を有していてもよい。曲率半径は、例えば10 mmを下回ってもよい。曲率半径は、例えば約1 mmにまで減らしてもよい。可撓性発光膜10を載置する表面は、平面状、曲面状、または曲面の組合せでもよい。
図２に示すように、可撓性発光膜構造体10は単一の可撓性ポリマ箔100を有し、これは膜10の基板と考えることができる。箔100は、例えばポリイミド(PI)、ポリエチレンテレフタラート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)または液晶ポリマ(LCP)などのプラスチックを含んでよい。可撓性発光膜構造体10は可撓性導電層102も有し、これは、パターンを形成して発光膜構造体10を動作させる電気回路の導体を形成することができる。
図３は、パター形成された可撓性導電層102を有する可撓性発光膜10の例を示す。導電パターンは素子用の電極領域104を有する。
ある実施例では、パター形成された導電層102は、ポリマ箔100の第１の側106に金属化ポリマ層構造体を有してもよい。金属化ポリマ層構造体は、ポリマ箔100の第１の側106に積層してもよい。ポリマ箔100の第１の側106にある金属化ポリマ層構造体は、導電パターンをポリマ箔の上に転写印刷法で積層することによって処理できる。別の可能な方法は、蒸発および電解蒸着を組み合わせることである。非常に簡単な方法は、例えばエッチング、機械加工ツーリングまたはレーザアブレーションなどで導電性トレースがパターン形成された市販の積層金属、典型的には銅またはアルミニウム被覆ポリマ箔を利用することである。このとき金属化ポリマ層には、導体および電極領域104の回路パターンを持たせてもよい。
ある実施例では、導電層102は、導体および電極領域104の回路パターンを少なくとも１つの印刷用導電性インクで印刷して形成してもよい。図３は、導電パターン102のこれら２つの実施例を示す。
導体は、図には詳細に示されていないが、パターン形成された導電層102に含まれている。
図１および図４に示すように、可撓性発光膜10は、ポリマ箔100に少なくとも１つの空洞108を有している。この少なくとも１つの空洞108は、ポリマ箔100を通って第２の側110から第１の側106にある導電パターン102の電極領域104まで延伸している。各空洞108の底面は、少なくとも一部が少なくとも１つの電極領域104に重なっている。少なくとも１つの空洞108は、電極領域104を露出させて、発光ダイオードチップおよび他の電気素子などの素子を少なくとも１つの空洞108を通って第２の側110から装着可能なように形成されている。少なくとも１つの空洞108によって、例えば各素子を接合する何らかの作業も可能になる。
図１、図５ないし図９に示す実施例では、膜構造体は、導電パターン102にある第２の可撓性遮蔽箔118を有し、導電パターン102がポリマ箔100と第２の遮蔽箔118の間にあるようになっている。第２の遮蔽箔118は、金属被覆様のミラーを有し、発光ダイオードチップ112の発した光放射を反射するようにしてもよい。第２の遮蔽箔118は、ポリマ箔100を機械的に支持し、ポリマ箔100を機械的に保護することができる。第２の遮蔽箔118は、膜構造体10の第１の側106に積層してもよい。
図１、図６ないし図９に示す実施例では、膜構造体10は、少なくとも１つの発光ダイオードチップ112と電極領域104の間に導電性接着剤116を有してもよい。導電性接着剤116は、空洞108を通って第２の側110から施してもよい。
ある実施例では、導電性接着剤116は等方性接着剤である。ある実施例では、導電性接着剤116は異方性接着剤である。
図１および図７に示すように、可撓性発光膜構造体10は、少なくとも１つの非有機発光ダイオードフリップチップ112を有している。有機発光ダイオード(OLED)の場合、電流をOLEDに供給すると発光する動作構造部は、有機化合物を有している。有機化合物は一般に、少なくとも１つの炭素系化学物質を有する材料であると考えられる。非有機発光ダイオードは、発光する動作構造部に炭素系化学物質を有していない。
発光ダイオードチップ112は、第２の側110から空洞108内に配置される。少なくとも１つの発光ダイオードチップ112のそれぞれは、少なくとも１つの空洞108の空洞に配置してもよい。少なくとも１つの発光ダイオードチップ112のそれぞれは、電極領域104に電気的に接続されている。電極領域104はパッドと称することもある。各フリップチップ発光ダイオードチップ108は、同じ側または表面にアノード700およびカソード702を有していてもよい。アノード700およびカソード702は、発光ダイオードチップ112の電気的端子である。有機発光チップ112を使用することによって、膜10の輝度は、1000 cd/m2を超えることができ、または5000 cd/m2を超えることすらある。例えば、Luxenon 3535L SMD LEDは、亜リン酸で被覆された1 mm x 1 mmチップを有し、30〜35 lmを出力できる。最大発光出力角が約160°であるとすれば、LEDは、立体角
Figure 2017501592
 の光を出力する。したがってLEDの輝度は、約30 lm/5.19 sr = 5.8 cdである。1000 cd/m2を得るには、約173個のLEDチップが必要となる。そこで１平方メートルでは、14 x 14個のLEDチップを使用することになろう。そこでLEDチップ間のピッチすなわち距離は、約7.9 cmとなる。5000 cd/m2を得るには、５倍の個数のLEDチップが必要であり、LEDは865個となる。数字を丸めると、約900個のLEDチップで、ピッチは3.4 cmとなる。無機発光ダイオードチップ112は耐久性があり、薄い可撓性基板箔100上の印刷導体に、例えば現用のロールツーロール接合機で接合可能である。
本出願において発光ダイオードチップ112は、パッケージ実装すなわちカプセル封入されていない発光ダイオードダイである。すなわち、発光ダイオードチップ112は半導体構造体を有するが、ケース、カプセルまたはハウジングは有していない。なお、パッケージ実装発光ダイオードチップは一般に、例えばプラスチックケース、カプセルまたはハウジングを有している。発光ダイオードチップは光放射を発光する。光放射は、紫外光、可視光または赤外光でよい。発光ダイオードチップ112は、単色発光ダイオードチップまたはRGB(赤緑青)発光ダイオードチップでよい。ここで選んだタイプの発光ダイオードチップ112は、膜構造体10の発光色を電気的に制御することができる。発光ダイオードチップ112は、発光膜100の適用例に応じて密に配置したり疎らに配置したりしてよい。発光ダイオードチップ112を疎らに配置すると、製造に時間を要さず、製造コストが下がることになる。
発光ダイオード112を疎らに配置すると、それらの相互間隔すなわちピッチは、チップの寸法に応じて制約される。導体技術および達成されるシート抵抗からは、別の制約を受ける。バルク抵抗は、銀インクより、例えば銅、アルミニウム、銀および／または金の方がはるかに良好である。そのため、これらの金属をエッチングおよび積層すれば、高密度になる。ピッチがチップサイズの約1.5倍であれば、高密度が達成される。ピッチがチップサイズの約２倍の場合、印刷法を用いることで高密度が達成される。しかし、チップの疎らな配置は、原理的に疎らでよいが、発光の輝度および均等性は、チップを膜構造体10内で疎らに配置できる程度に依存している。
図１、図７および図８に示す実施例では、少なくとも１つの発光ダイオードチップ112と空洞108の壁1080の間の間隙200に非導電性弾性材料202を充填してもよい。ある実施例では、少なくとも１つの発光ダイオードチップ112は、非導電性弾性材料202で囲繞してもよい。弾性非導電性材料202をそれぞれの間隙200に施してもよい。
図１および図９に示すように、可撓性発光膜構造体10は、ポリマ箔100の第２の側110に層形成された第１の可撓性遮蔽箔114を有している。第１の遮蔽箔114はプラスチック、エポキシまたはシリコンでよい。第１の遮蔽箔114は、内部に発光チップ112を有するポリマ箔100に積層してもよい。エポキシおよびシリコンをポリマ箔100上に施してもよい。第１の遮蔽箔114は、発光チップ112および他の素子を機械的に保護することができる。第１の遮蔽箔114は、可撓性発光膜10に内側において光を所望のやり方で導波するようにしてもよく、また可撓性発光膜10から外方へ光を所望の方向に導波するようにしてもよい。
図１および図９に示す実施例では、第１の遮蔽箔114は、少なくとも１つの発光ダイオードチップ112上に配置された発光箔120を有してもよい。発光箔120は、第１の遮蔽箔114の層上に積層してもよく、この層は、少なくとも１つの層を含んでもよい。第１の遮蔽箔114が層122、124をいくつか含む場合、発光箔120は、第１の遮蔽箔114の２つの層の間にあってもよい。
ある実施例において、発光箔114は亜リン酸箔でよい。ある実施例では、発光箔114は、導電層102に応じてパターン形成してもよい。
可撓性発光膜構造体10は、広い発光表面を有していてもよい。可撓性発光膜構造体10の面積は、１平方メートル以上でよい。または、可撓性発光膜構造体10の面積は、１平方デシメートル以上でよい。ある実施例では、可撓性発光膜構造体10の面積は、１平方センチメートル以上でよい。
可撓性発光膜構造体10は、図10に示すようにロールツーロール(R2R)法を用いて製造してもよい。そのような処理によって、幅が広くて薄い可撓性発光膜を製造可能になり、長い寿命が見込まれる。効率および輝度も、現状のOLEDより良好に出来る。可撓性発光膜10の見込まれる寿命は、10,000時間を超えることがあり、または100,000時間にもなることがある。
可撓性発光膜10は、概略以下の通りとなろう。
- 基板膜100はポリマベースであり、
- 基板膜は薄く(100 mmを下回り)、
- 基板膜は広い表面を有してもよく、
- 導体は、印刷技術を使用して基板膜10上に印刷してもよく、または金属を用いた箔のエッチングを使用してもよく、
- LEDは、パッケージ実装されていない無機LEDチップであり、
- LEDの導体への接続は、接合技術に基づくものであり、
- 製造工程はロールツーロール法を使用し、
- 輝度は、1000 cd/m2を超え、または5000 cd/m2を超えることさえある。
図１１は、製造方法の流れ図の例を示す。工程1100において、ポリマ箔100の第１の側106において素子用電極領域104を有する可撓性導電パターン層102を用意する。工程1102では、第１の側106でポリマ箔100を通って第２の側110から導電パターン層102の電極領域104へ延伸する少なくとも１つの空洞108を形成し、電極領域104を露出させて、少なくとも１つの空洞108を通って第２の側110から素子の装着を行なう。工程1104では、少なくとも１つの非有機発光ダイオードフリップチップ112のそれぞれをその少なくとも１つの空洞108の空洞内に配置する。工程1106では、露出させた電極領域104に、少なくとも１つの非有機発光ダイオードフリップチップ112を電気的に接続する。工程1108では、第１の可撓性遮蔽箔114をポリマ箔100の第２の側110に設ける。
技術の進展に伴い当業者に明らかとなろうが、本発明概念は異なったやり方で実現可能である。本発明とその実施例は、上述した例示的実施例に限定されず、特許請求の範囲内で変化させてもよい。

Claims (10)

  1. 単一の可撓性ポリマ箔(100)と、
    素子用電極領域(104)を有し、前記ポリマ箔(100)の第１の側(106)にある層としての可撓性導電パターン層(102)と、
    前記ポリマ箔(100)を通って第１の側(106)において第２の側(110)から前記導電パターン層(102)の電極領域(104)まで延伸し、それぞれが少なくとも１つの電極領域(104)に重なっている少なくとも１つの空洞(108)と、
    該少なくとも１つの空洞(108)内にあって前記電極領域(104)と電気的に接続された少なくとも１つの非有機発光ダイオードフリップチップ(112)と、
    前記ポリマ箔(100)の第２の側(110)に層形成された第１の可撓性遮蔽箔(114)とを含むことを特徴とする可撓性発光膜構造体(10)。
  2. 請求項１に記載の膜構造体において、前記導電パターン層(102)は、金属化されたポリマ構造体、および少なくとも１つの印刷可能な導電性インクに基づく導体のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする膜構造体。
  3. 請求項１に記載の膜構造体において、前記膜構造体は、前記少なくとも１つの発光ダイオードチップ(112)と前記電極領域(104)の間に導電性接着剤(116)を含むことを特徴とする膜構造体。
  4. 請求項１に記載の膜構造体において、前記膜構造体は、前記導電パターン層(102)上に第２の可撓性遮蔽箔(118)を含み、該導電パターン層(102)が前記ポリマ箔(100)と前記第２の遮蔽箔(118)の間にあることを特徴とする膜構造体。
  5. 請求項１に記載の膜構造体において、第１の遮蔽箔()は、前記少なくとも１つの発光ダイオードチップ(112)上に配置された発光箔(120)を含むことを特徴とする膜構造体。
  6. 素子用電極領域(104)を有する可撓性導電パターン層(102)をポリマ箔(100)の第１の側(106)に用意(1100)し、
    前記ポリマ箔(100)を通って第１の側(106)において第２の側(110)から前記導電パターン層(102)の電極領域(104)まで延伸する少なくとも１つの空洞(108)を形成(1102)し、該空洞は、前記電極領域(104)を露出させて、前記少なくとも１つの空洞(108)を通って第２の側(110)から素子の装着を行なうためのものであり、
    少なくとも１つの非有機発光ダイオードフリップチップ(112)のそれぞれを前記少なくとも１つの空洞(108)の空洞に配置(1104)し、
    前記少なくとも１つの非有機発光ダイオードフリップチップ(112)を前記露出した電極領域(104)へ電気的に接続(1106)し、
    前記ポリマ箔(100)の第２の側(110)に第１の可撓性遮蔽箔(114)を設ける(1108)ことを含むことを特徴とする可撓性発光膜構造体の製造方法。
  7. 請求項６に記載の方法において、前記導電パターン層(102)は、(1)金属化ポリマ構造体を前記ポリマ箔(100)の第１の側(106)に積層し、該金属化ポリマ構造体をパターン形成することと、(2)前記ポリマ箔(100)の第１の側(106)に少なくとも１つの導電性インクで導体を印刷することのうちの少なくとも一方を備えることを特徴とする方法。
  8. 請求項６に記載の方法において、前記少なくとも１つの非有機発光ダイオードフリップチップ(112)を前記電極領域(104)に電気的に接続することは、導電性接着剤(116)を前記電極領域(104)に施し、前記少なくとも１つの発光ダイオードチップ(112)を該電極領域(104)に接合することによることを特徴とする方法。
  9. 請求項６に記載の方法において、第２の可撓性遮蔽箔(118)を前記導電パターン層(102)に積層して、該導電パターン層(102)が前記ポリマ箔(100)と第２の遮蔽箔(118)の間になるようにすることを特徴とする方法。
  10. 請求項６に記載の方法において、発光箔(120)を前記少なくとも１つの発光ダイオードチップ(112)の上に積層することを特徴とする方法。
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