JP2019139978A - 発光部材 - Google Patents

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【課題】柔軟性と防水性とを備えた発光部材を提供する。【解決手段】非導電性繊維からなる布帛の表面に導電性部材からなる回路が形成された回路基布3と回路上に実装されたLED部品4とで構成された発光部材であって、主に回路基布を被覆する第一防水性樹脂層9と、主にLED部品の電極を被覆する第二防水性樹脂層10と、を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、発光部材に関する。詳しくは、LEDが実装された柔軟性、防水性を備える発光部材に関する。
従来、可撓性を有する発光部材としては、フィルム状のフレキシブル基板上に形成された回路にLEDが実装された帯状フレキシブル発光体(特許文献1)などが知られている。しかしながら、フィルム状の基材を使用しているためその柔軟性は不十分であった。また、この発光部材を対象物に固定する際には接着剤を用いる必要があるため、柔軟性を更に損なうという問題があった。
また水の存在する環境で発光部材を使用する場合には、透明な樹脂チューブの中に発光部材を挿入して使用するため、より一層柔軟性を損なうものであった。
特開2017−117516号公報
本発明は、柔軟性と防水性とを備えた発光部材を提供する。
本発明者らは鋭意検討した結果、非導電性繊維からなる布帛の表面に導電性材料からなる回路を形成し、この回路上に実装されたLED部品とで発光部材を構成したうえで、この発光部材全体を防水性樹脂により被覆するに際し、主に布帛と回路部分とを被覆する第一防水性樹脂被膜と、主にLED部品の電極を被覆する第二防水性樹脂被膜とを有する構成とすることで、柔軟性と防水性とを両立した発光部材を得ることができることを見出した。
すなわち本発明の発光部材は、非導電性繊維からなる布帛の表面に導電性部材からなる回路が形成された回路基布と前記回路上に実装されたLED部品とで構成された発光部材であって、主に前記回路基布を被覆する第一防水性樹脂層と、主に前記LED部品の電極を被覆する第二防水性樹脂層と、を有する発光部材である。
前記第一防水性樹脂層のJIS K7161による10%伸長時の引張応力が10.0MPa未満であり、その厚みが10μm以上200μm以下であることが好ましい。これによれば、柔軟性が高く、縫製による接合が容易な発光部材を得ることができる。
前記第二防水性樹脂層を構成する樹脂材料が、UV硬化性アクリル樹脂またはエチレン−酢酸ビニル共重合体であることが好ましい。このような樹脂材料は有効成分100%の液状の態様で用いることができる。したがって、付与の際に電極の凹凸に追従させて電極を充分に被覆することが可能である。硬化後は体積収縮による電極の露出や発光部材の変形を防止できる。硬化方法としては低温かつ短時間で完結するUV照射あるいは冷却による凝固という方法が採用できるので、回路基布へのダメージが少なく、製造コストを下げることが可能となる。
前記回路のシート抵抗が、0.10Ω/□(スクエア)以下であることが好ましい。前記回路が、銅または銀を主成分とする金属膜であることが好ましい。前記回路が、導電性粒子を含有する樹脂組成物からなることが好ましい。
本発明によれば、柔軟性と防水性とを備えた発光部材が得られる。
本発明の発光部材の一例を示す図である。
以下、図1を参照しながら本発明の発光部材について説明する。本発明の発光部材は、非導電性繊維からなる布帛1を基材として用いる。非導電性繊維としては、合成繊維(ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリル等)、半合成繊維(アセテート、トリアセテート等)、再生繊維(レーヨン、キュプラ等)、天然繊維(綿、麻、羊毛、絹等)等、特に限定されないが、強度や耐薬品性などの観点から合成繊維が好ましい。特に好ましい合成繊維としてはポリエステル、ポリアミド等が挙げられる。繊維の形態としてはモノフィラメント糸、マルチフィラメント糸、紡績糸、カバーリング糸等であってもよい。布帛1の形態としては、織物(平織、綾織、朱子織等)、編物(丸編、経編等)、不織布が挙げられ、特に限定されない。
非導電性繊維からなる布帛1の表面に、導電性材料からなる回路2が形成されることで本発明の回路基布3が得られる。回路2を形成している導電性材料としては、各種金属の他にカーボン等が挙げられる。回路2は金属含有率が95%以上である金属膜からなることが好ましい。このような回路2を形成する方法としては、金属めっき法等が挙げられる。用いられる金属種としては、金、銀、銅、ニッケル、スズ、亜鉛等が挙げられる。
布帛1表面に形成される回路2は、導電性粒子を含有する樹脂組成物であってもよい。用いられる導電性粒子としては、金属粒子や金属酸化物、導電性高分子等からなる粒子の他にカーボン粒子やカーボンナノチューブ等が挙げられる。導電性粒子の粒径は0.01〜10μmであることが好ましい。
導電性粒子を含有する樹脂組成物に用いられる樹脂成分としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリアミン樹脂等の合成樹脂や、天然ゴム、ダンマル、マスチック等の天然樹脂が挙げられる。樹脂組成物における前記導電性材料の含有率は、20質量%〜95質量%であることが好ましい。導電性粒子を含有する樹脂組成物を用いて回路2を形成する方法としては各種印刷法が採用され、必要に応じて印刷後に乾燥が実施される。
回路2を厚み方向に重ね合わせて多層回路としてもよい。回路2を多層化することで部品実装密度を高めることが出来る。
上記構成からなる回路基布3の回路2上には、接合部材8を介してLED部品4が実装される。接合部材8としては、導電性粒子を含有する樹脂組成物、はんだなどが挙げられる。
導電性粒子を含有する樹脂組成物を用いて接合する方法としては、(1)回路側電極に導電性粒子を含有する樹脂組成物を塗布し、(2)LED部品4側電極と回路側電極に塗布した導電性粒子を含有する樹脂組成物が合わさるようにして回路2上にLED部品4を置き、(3)導電性粒子を含有する樹脂組成物を乾燥、必要に応じて熱硬化、UV硬化する。(1)の塗布方法としてはスクリーン印刷、ディスペンサー等が挙げられる。導電性粒子を含有する樹脂組成物の組成は回路用と同じである。
上記手順(1)と(2)は逆でも良い。逆の場合は、(1)LED部品側電極と回路側電極が合わさるようにして回路2上にLED部品4を置く、(2)LED部品側電極と回路側電極が連結するように導電性粒子を含有する樹脂組成物を塗布する、(3)導電性粒子を含有する樹脂組成物を乾燥、必要に応じて熱硬化、UV硬化する。この場合、(2)の塗布方法としてはディスペンサー等が挙げられる。
はんだを用いて接合する方法としては、回路側電極にクリームはんだを印刷した後にはんだの融点以上になるように加熱してはんだをリフローさせて接合する方法や、ワイヤ状のはんだとはんだごてを使って回路側電極と部品側電極をはんだ付けする方法等が挙げられる。
本発明の発光部材は、前記回路基布3を主に被覆する第一防水性樹脂層9を有している。第一防水性樹脂層9を構成する樹脂成分としては、ポリウレタンエラストマー、ポリエステルエラストマー、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。第一防水性樹脂層9は防水性とともに高い柔軟性を有することが求められる。そのため、第一防水性樹脂層9はJIS K7161による10%伸長時の引張応力が10.0MPa未満であり、且つ、厚みが10μm以上200μm以下であることが好ましい。10%伸長時の引張応力と厚みがこの範囲内であれば、実際の使用において十分な柔軟性を有する発光部材が得られる。
第一防水性樹脂層9の防水性は、表裏に第一防水性樹脂層9を形成した回路基布3(幅10mm、長さ120mm)と、対電極となる真鍮板(幅60mm、長さ120mm)とを、JIS L0848:2004に規定される酸性人工汗液に間隔60mm、浸漬深さ100mmになるようにして72時間浸漬し、回路基布3と金属板間に直流電源と電流計を直列に接続し、10Vの直流電圧を90秒間印加した際に流れる電流量を評価の指標とした。この電流量が1mA未満となるような樹脂を、防水性樹脂として本発明に利用することができる。
第一防水性樹脂層9は、主に回路基布3を被覆している。第一防水性樹脂層9を形成する方法としては、液状の防水性樹脂を浸漬法、コーティング法、スプレー法、印刷法等で塗布した後に、必要であれば乾燥、熱硬化、UV硬化、冷却による固化が行われる。予めシート状の防水性樹脂層をラミネートする場合は、熱融着、接着剤による圧着等が行われる。第一防水性樹脂層9を形成する工程は、LED部品4を実装する前に実施されてもよいし、LED部品4を実装した後でもよい。第一防水性樹脂層9の厚みを薄く制御してより柔軟性の高い発光部材を得るという観点では、LED部品4を実装する前に第一防水性樹脂層9を形成することが好ましい。
第二防水性樹脂層10は、主にLED部品4を被覆している。第二防水性樹脂層10を構成する樹脂成分としては、UV硬化性アクリル樹脂またはエチレン−酢酸ビニル共重合体が挙げられる。これによれば、有効成分100%の液状態様で利用する事ができる。付与時に電極7の凹凸に追従させて電極7を充分に被覆することが可能となり、硬化後は体積収縮による電極7の露出や発光部材の変形が起きにくい。また、硬化方法として、低温かつ短時間で完結するUV照射あるいは冷却による凝固を利用できるので、回路基布3へのダメージが少なく、製造コストを下げることが可能となる。有効成分100%の液状樹脂としては上記の他にエポキシ樹脂、シリコーン樹脂なども考えられるが、エポキシ樹脂は熱硬化温度が高く、また硬化時間も比較的長い。シリコーン樹脂は回路基布3との密着性に乏しい。
第二防水性樹脂層10の防水性は、回路基布3の一部を露出させ、LED部品4を実装し、回路基布3とLED部品4の導電部を第二防水性樹脂層10で被覆した事以外は第一防水性樹脂層9の評価方法、評価基準と同じである。
第二防水性樹脂層10を形成する方法は、UV硬化性アクリル樹脂の場合は、ディスペンサーや筆、刷毛等で付与した後にUV照射によって硬化させる。第二防水性樹脂層10をエチレン−酢酸ビニル共重合体で形成する場合は、エチレン−酢酸ビニル共重合体が常温では固体であるので、加熱により溶融した状態でグルーガンやディスペンサー等で付与した後に冷却して固化させる。固体状の小片を部品の上に置いた後、加熱して溶融、流動させた後に、冷却し固化する方法も可能である。第二防水性樹脂層10を形成する際、発光部材の導電部を余すところなく被覆することが肝要である。第一防水性樹脂層9との境界部分に隙間ができないように配慮することが望まれる。第二防水性樹脂層10は少なくともLED部品4の電極7を被覆している必要があるが、LED部品4全体を被覆していても良い。
以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例により何らの制限を受けるものではない。
[実施例1]
<導電性布帛の作製>
布帛(ポリエステル織物、経糸:ポリエステル加工糸(33dtex)、緯糸:ポリエステル加工糸(69dtex)、平織り(織り密度:経189本/2.54cm、緯120本/2.54cm))の片面に日栄化工株式会社製保護フィルムPET75−RC611を貼りあわせて布帛の片面を保護した。上記布帛を塩化パラジウム0.3g/L、塩化第一錫30g/L、36%塩酸300mL/Lを含む水溶液に常温で30秒間浸漬後、充分に水洗しすることで布帛の表面に塩化パラジウムを付与した。次に、酸濃度0.1Nのホウ弗化水素酸水溶液に40℃で1分間浸漬後、充分に水洗することで塩化パラジウムを還元した。次に、PET75−RC611を剥がし、塩化第二銅9g/L、37%ホルマリン9mL/L、32%水酸化ナトリウム40mL/L、N,N,N’,N’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン20g/L及び安定化剤を含む水溶液に40℃で15分間浸漬後、充分に水洗することで布帛上に銅被膜を形成した。最後に、得られた銅被覆布帛を大和化成株式会社製電解銀めっき浴ダインシルバーGPE-ST15に浸漬し、電流密度2A/dm、常温で1.5分間通電し、充分に水洗する事で銅被覆上に銀被覆が形成された導電性布帛を得た。得られた導電性布帛の原子吸光分析による金属被覆量は銅:30g/m、銀:5g/mであった。三菱ケミカルアナリテック製抵抗率計ロレスタMCP−T360によるシート抵抗値は0.017Ω/□(スクエア)であった。
<回路布帛の作製>
上記導電性布帛の非金属被覆面にシーダム株式会社製ウレタン系ホットメルトシート(商品名:エセランSHM−101PUR)を重ね、株式会社ハシマ製エアー駆動式全自動転写用プレスHP−4536A−12で130℃、0.5MPa、30秒間熱プレスして貼り合わせた。次に、Gravotech社製レーザ裁断機LS900で回路パターンを切り出すことで接着層付き回路布帛を得た。回路パターンは、電源用として幅2mm、長さ300mmの直線パターンと、信号用として幅1mm、長さ300mmの直線パターンと、GND用として幅2mm、長さ300mmの直線パターンを電源用/信号用/GND用の順に間隔1mmで平行になるように並べた。
<第一防水性樹脂層の形成>
基布として宇仁繊維株式会社製ポリエステルオーガンジーKK2040の上に、回路布帛の非金属被覆面を被覆するための第一防水性樹脂層としてJIS K7161による10%伸長時の引張応力が0.76MPaであり、厚みが170μmであるシーダム株式会社製ポリウレタンシート(商品名:ハイグレスDUS202、厚み100μm)とシーダム株式会社製ウレタン系ホットメルトシート(商品名:エセランSHM101PUR、厚み70μm)の積層品を重ね、さらにその上に回路布帛を重ね、さらにその上に部品実装用の開口部を設けた金属被覆面を被覆するための第一防水性樹脂層ハイグレスDUS202(厚み100μm)/エセランSHM101PUR(厚み70μm)の積層品を重ね、株式会社ハシマ製エアー駆動式全自動転写用プレスHP−4536A−12で130℃、0.5MPa、30秒間熱プレスして貼り合わせることで、第一防水性樹脂層を形成した回路基布を得た。部品実装用の開口部は回路の延伸方向30mm毎に5050サイズのシリアルフルカラーLEDチップと3216サイズのチップコンデンサを実装できるように形成した。
<部品の実装>
回路基布の部品実装用開口部に露出している金属被覆面に、接合部材としてデュポンエレクトロニクスマテリアル社製銀ペーストPE873を、ディスペンサーを用いて塗布し、さらにその上に5050サイズのWorldSemi社製シリアルフルカラーLEDチップWS2812Bと3216サイズの0.1μFチップコンデンサを設置し、熱風循環乾燥炉で80℃、30分加温することで銀ペーストに含まれる溶剤を除去し、部品と回路基布を電気的に接合した。
<第二防水性樹脂層の形成>
95質量部のSARTOMER社製ウレタンアクリレートオリゴマーCN981と、5質量部のBASF社製光重合開始剤IRGACURE184とを混合してUV硬化性アクリル樹脂組成物を得た。次に上記UV硬化性樹脂組成物を、ディスペンサーを用いて回路基布と部品(LEDチップとチップコンデンサ)の導電部が完全に覆われるように塗布した。次に波長365nmのUVLEDライトで積算光量10,000mJ/cm照射して硬化させることにより第二防水性樹脂層を形成した。
<発光部材の柔軟性の評価>
発光部材を幅10mm(余白幅1.5mm/電源回路幅2mm/スペース幅1mm/信号回路幅1mm/スペース幅1mm/GND回路幅2mm/余白幅1.5mm)、長さ300mmで切り出した。次に切り出した発光部材を株式会社島津製作所製引張試験機EZtestCEに装着し、回路伸延方向に50mm圧縮する際の応力を測定し、柔軟性の指標とした。評価基準は○:0.1N未満、×:0.1N以上とした。結果を表1に示す。
<発光部材の防水性の評価>
第一の防水性樹脂層および第二の防水性樹脂層の防水性の評価方法に従い、発光部材の防水性を評価した。評価基準は○:電流量が1mA未満、×:電流量が1mA以上とした。結果を表1に示す。
[実施例2]
第二防水性樹脂層の形成方法を以下に示すエチレン−酢酸ビニル共重合体を用いる方法に変えた以外は実施例1と同じ方法で発光部材を作製し柔軟性と防水性を評価した。
<第二防水性樹脂層の形成>
太洋電気産業株式会社製エチレン−酢酸ビニル共重合体の棒状成型品(商品名:ホットスティックHB−40S)をグルーガンで加熱溶融しながら回路布帛と部品の導電部が完全に覆われるように塗布した。次に室温まで放冷することで固化させ第二防水性樹脂層を形成した。
[実施例3]
<回路布帛の作製>
第一防水性樹脂層となるJIS K7161による10%伸長時の引張応力が0.76MPaであり、厚みが170μmであるシーダム株式会社製ポリウレタンシート(商品名:ハイグレスDUS202、厚み100μm)とシーダム株式会社製ウレタン系ホットメルトシート(商品名:エセランSHM101PUR、厚み70μm)の積層品に太陽インキ製造株式会社製銀ペースト(品番TR70901)を乳剤厚み15μm、ステンレス150メッシュ、線径60μmの版でスクリーン印刷した。その後、熱風循環乾燥炉で130℃、30分間乾燥することで、回路パターンを形成した。得られた回路パターンを、基布である宇仁繊維株式会社製ポリエステルオーガンジーKK2040の上に重ね、株式会社ハシマ製エアー駆動式全自動転写用プレスHP−4536A−12で130℃、0.5MPa、30秒間熱プレスして貼り合わせることで回路基布を得た。
<第一防水性樹脂層の形成>
得られた回路基布に部品実装用の開口部を設けた金属被覆面を被覆するための第一防水性樹脂層ハイグレスDUS202(厚み100μm)/エセランSHM101PUR(厚み70μm)の積層品を重ね、株式会社ハシマ製エアー駆動式全自動転写用プレスHP−4536A−12で130℃、0.5MPa、30秒間熱プレスして貼り合わせることで、第一防水性樹脂層を形成した回路基布を得た。部品実装用の開口部は回路の延伸方向30mm毎に5050サイズのシリアルフルカラーLEDチップと3216サイズのチップコンデンサを実装できるように形成した。
<部品の実装>
回路基布の部品実装用電極に、接合部材としてデュポンエレクトロニクスマテリアル社製銀ペーストPE873を、ディスペンサーを用いて塗布し、さらにその上に5050サイズのWorldSemi社製シリアルフルカラーLEDチップWS2812Bと3216サイズの0.1μFチップコンデンサを設置し、熱風循環乾燥炉で80℃、30分加温することで銀ペーストに含まれる溶剤を除去し、部品と回路基布を電気的に接合した。
<第二防水性樹脂層の形成>
95質量部のSARTOMER社製ウレタンアクリレートオリゴマーCN981と、5質量部のBASF社製光重合開始剤IRGACURE184とを混合してUV硬化性アクリル樹脂組成物を得た。次に上記UV硬化性樹脂組成物を、ディスペンサーを用いて回路基布と部品の導電部が完全に覆われるように塗布した。次に波長365nmのUVLEDライトで積算光量10,000mJ/cm2照射することで硬化させることで第二防水性樹脂層を形成した。
[実施例4]
部品の実装方法を以下に示すはんだによる接合に変えた以外は実施例1と同じ方法で発光部材を作製し柔軟性と防水性を評価した。
<部品の実装>
回路基布の部品実装用電極に、接合部材として株式会社ニホンゲンマ製はんだペーストSB6−HLGQ−20を厚み100μmのステンシルで印刷し、さらにその上に5050サイズのWorldSemi社製シリアルフルカラーLEDチップWS2812Bと3216サイズの0.1μFチップコンデンサを設置し、160℃に加熱したホットプレート上に置いて加熱、はんだペーストをリフローさせることで部品と回路基布を電気的に接合した。
[比較例1]
幅10mm、長さ300mm、二層フレキシブル基板上にシリアルフルカラーLEDが実装された市販の帯状フレキシブル発光部材(ピースコーポレーション製NeoPixel RGB TAPE 1907−04)の柔軟性と防水性を評価した。
[比較例2]
幅10mm、長さ300mm、二層フレキシブル基板上にシリアルフルカラーLEDが実装された市販の帯状フレキシブル発光体がシリコーンゴム製チューブに挿入された発光部材(ピースコーポレーション製シリコン防水 NeoPixel RGB TAPE 9769−02)の柔軟性と防水性を評価した。
本発明の発光部材は、柔軟性と防水性を備えるため、衣料やインテリア用品等に容易に接合することができる。回路基布は布帛であるため、通常の縫製方法によって衣料やカーテン等の繊維製品に縫合できる。防水性を有しているため汗や雨などで濡れても漏電の虞がない。
1:布帛
2:回路
3:回路基布
4:LED部品
5:LEDチップ
6:基板
7:電極
8:接合部材
9:第一防水性樹脂層
10:第二防水性樹脂層

Claims (6)

  1. 非導電性繊維からなる布帛の表面に導電性部材からなる回路が形成された回路基布と前記回路上に実装されたLED部品とで構成された発光部材であって、前記回路基布を被覆する第一防水性樹脂層と、前記LED部品の電極を被覆する第二防水性樹脂層と、を有する発光部材。
  2. 前記第一防水性樹脂層のJIS K7161による10%伸長時の引張応力が10.0MPa未満であり、前記第一防水性樹脂層の厚みが10μm以上200μm以下である請求項1に記載の発光部材。
  3. 前記第二防水性樹脂層がUV硬化性アクリル樹脂またはエチレン−酢酸ビニル共重合体からなる請求項1または2に記載の発光部材。
  4. 前記回路基布における前記回路のシート抵抗が、0.10Ω/□(スクエア)以下である請求項1〜3のいずれか一項に記載の発光部材。
  5. 前記回路基布における前記回路が、銅または銀を主成分とする金属膜である請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光部材。
  6. 前記回路基布における前記回路が、導電性粒子を含有する樹脂組成物からなる請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光部材。
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