JP5830711B2

JP5830711B2 - 発光モジュール

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Publication number: JP5830711B2
Application number: JP2010239103A
Authority: JP
Inventors: 秀治河地; 重次住山; 智深野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: US20130134866A1; CN103189679A; EP2634474A4; EP2634474A1; JP2012094303A; US9013096B2; CN103189679B; WO2012056848A1

Description

本発明は、発光パネルを用いた発光モジュールに関する。

エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子は、発光層を正電極及び負電極で挟持させた発光部が透明基板上に形成されたものであり、電極間に電圧印加されたとき、発光層にキャリアとして注入された電子及びホールの再結合により生成された励起子によって発光する。

ＥＬ素子は、発光層の蛍光物質に有機物を用いた有機ＥＬ素子と、無機物を用いた無機ＥＬ素子に大別される。特に、有機ＥＬ素子は、低電圧で高輝度の発光が可能であり、蛍光物質の種類によって様々な発光色が得られ、また、平面状の発光パネルとしての製造が容易であることから、近年、照明器具に用いることが注目されている。

発光部の透明電極として用いられるＩＴＯは、面内抵抗が大きいので、発光層に対する電位勾配が大きくなり、発光層における輝度バラツキを生じさせることがある。このような輝度バラツキを抑制するために、正電極及び負電極を発光パネル外へ取り出すための給電電極を複数設けることにより、発光層に対する電位勾配が小さくなるようにした面状発光素子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７（ａ）（ｂ）は、この種の平面状の発光パネルを用いた発光モジュールの構成例を示す。この発光モジュール１０１は、発光部１０２を有する発光パネル１０３と、発光パネル１０３の発光部１０２に電力供給する回路基板１０４と、これらを収容するケース部１０５とを備える。また、発光パネル１０３の発光部１０２の正電極及び負電極に夫々電気的に接続された複数の給電電極１０３ａ，１０３ｂが、発光パネル１０３の周縁部に沿って配置されている。ケース部１０５は、発光パネル１０３を支持するケース本体１５０と、ケース本体１５０の非発光方向に配置され、回路基板１０４等を保護する背面蓋１５１と、を備える。複数の給電電極１０３ａ，１０３ｂのうち、一部の給電電極が、回路基板１０４と配線１０７によって電気的に接続され、他の給電電極は同じ極性のもの同士が配線１０８によって接続されている。

これらの電極間の接続には、アルミ等から成るワイヤを配線とするワイヤボンディングが用いられている。一般的に、ワイヤボンディングにおいては、熱によるワイヤの伸縮等によって、ワイヤが断線しないように、図８（ａ）に示すように、配線１０７，１０８はアーチ状になるように設けられ、多少の緩みが与えられている。

特開２０１０−２３２２８６号公報

この種の発光モジュールは、近年、発光面積の大型化がなされる一方で、モジュール形状のスリム化が求められている。発光面積を大型化するには、図７（ａ）（ｂ）に示したように、複数の給電電極を、なるべく発光パネル１０３の周縁部よりに設けて、発光層の面積を大きくする必要がある。しかしながら、発光パネル１０３の周縁部に設けられた給電電極１０３ａ，１０３ｂ同士を配線１０８でワイヤボンディングするには、アーチ状に設けられるワイヤを収容する空間がモジュール内に必要となる。そのため、図８（ａ）に示すように、背面蓋１５１の周縁部が所定の厚みとなるようにモジュールを設計する必要があり、モジュールの厚み感が増してしまう。ところが、このような厚み感を抑制するために、図８（ｂ）に示すように、背面蓋１５１の周縁部を面取りしようとすると、配線１０８が、背面蓋１５１の内面に接触して破損する虞がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発光パネルを収容するケース部の厚み感を抑制し、スリムな形状を持つ発光モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る発光モジュールは、発光層を正電極及び負電極で挟持させた発光部と、前記正電極及び負電極と電気的に接続された給電電極と、を有する発光パネルと、前記給電電極に電気的に接続されて前記発光部に電力供給する回路基板と、前記発光パネル及び前記回路基板を収容するケース部と、を備え、前記発光パネルの給電電極は、該発光パネルの周縁領域に複数配置され、前記回路基板は、前記発光パネルの周縁部より中央よりの領域に配置され、前記給電電極と前記回路基板との電気的接続は、前記発光パネルの中央よりの領域から周縁部に伸びる配線により成されていることを特徴とする。

上記発光モジュールにおいて、前記給電電極は、同じ極性が互いに隣り合わないように配置されていることが好ましい。

上記発光モジュールにおいて、前記回路基板に搭載される回路部品は、前記発光パネルの中央よりの領域に集中して配置されることが好ましい。

上記発光モジュールにおいて、前記給電電極よるも中央よりの領域に配置された配線用ランド基板を備え、前記給電電極と前記回路基板との電気的接続は、前記配線用ランド基板を介在して成されていることが好ましい。

上記発光モジュールにおいて、前記回路基板と前記配線用ランド基板とが分離して配置されていることが好ましい。

本発明によれば、回路基板と給電電極との電気的接続が、発光パネルの中央よりの領域から周縁部に伸びる配線により成されているので、配線の頂頭部は、発光パネルの周縁部よりも中央よりに位置する。そのため、ケース部の周縁部を面取りした場合でも、配線がケース部の内面に接触し難くなる。これにより、発光モジュールの厚み感を抑制し、スリムな形状とすることができる。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る発光モジュールの分解斜視図、（ｂ）は同発光モジュールの一部分解斜視図。同発光モジュールの周縁部近傍を模式的に示す上面図。同発光モジュールに用いられる発光パネルの側断面を模式的に示す図。同発光モジュールの周縁部近傍を示す側断面図。同発光モジュールの斜視図。上記実施形態の変形例に係る発光モジュールの周縁部近傍を模式的に示す上面図。（ａ）は従来の発光モジュールの分解斜視図、（ｂ）は同発光モジュールの周縁部近傍を模式的に示す上面図。（ａ）（ｂ）は従来の発光モジュールの周縁部近傍を示す側断面図。

本発明の一実施形態に係る発光モジュールについて、図１乃至図５を参照して説明する。図１（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態の発光モジュール１は、発光部２を有する発光パネル３と、発光部２に電力供給する回路基板４と、発光パネル３及び回路基板４を収容するケース部５と、を備える。発光部２は、後述するように、発光層を正電極及び負電極で挟持させたものであり、ここでは有機ＥＬ素子が用いられる。発光パネル３は、発光部２の正電極及び負電極と電気的に接続された複数の給電電極３ａ，３ｂを有する。給電電極３ａ，３ｂは、発光パネル３の周縁領域に複数配置され、回路基板４と電気的に接続されている。回路基板４は、発光パネル３の周縁部よりも中央よりの領域に配置される。なお、発光モジュール１は、図中の破線矢印方向に光を導出するものとし、以下の説明において、この方向を発光方向といい、破線矢印方向と正対する方向を非発光方向という。

本実施形態においては、発光モジュール１は、給電電極３ａ，３ｂよりも中央よりの領域に配置された配線用ランド基板（以下、ランド基板）６を備える。給電電極３ａ，３ｂは、ランド基板６を介在して回路基板４と電気的に接続されている。回路基板４とランド基板６との電気的接続は、配線７によって成されている。また、ランド基板６と給電電極３ａ，３ｂとの電気的接続は、配線８によってなされている。本例では、給電電極３ａを発光部２の正電極に接続された電極、給電電極３ｂを発光部２の負電極に接続された電極であるものとする。また、これら配線７，８は、いずれも発光パネル３の中央よりの領域から周縁部に伸びるように設けられる。

ケース部５は、発光パネル３を支持するケース本体５０と、ケース本体５０の非発光方向に配置され、回路基板４等を保護する背面蓋５１と、を備える。なお、発光パネル３の形状は、発光モジュール１の用途に応じた任意の形状が用いられ、ケース部５は発光パネル３の形状に対応した形状に形成されるが、本例では、図示したような長尺矩形状のものとする。ケース部５の構成材料としては、例えば、ＡＢＳ樹脂やアクリル樹脂、ポリスチレン樹脂等のプラスチック材料、又は表面に絶縁処理が施されたアルミニウム等の金属材料が用いられる。

ケース本体５０は、発光方向に開口した凹部５２（後述する図４も参照）を有する缶形状の部材であり、この凹部５２に発光パネル３が嵌装されている。凹部５２の底部は、発光パネル３を支持する支持部５３と、給電電極３ａ，３ｂを非発光方向に露出させるため、それら給電電極３ａ，３ｂと対応する位置に形成された複数の開口部５４とを備える。発光パネル３は、接着部材（不図示）によって支持部５３に貼着される。接着部材は、適宜に緩衝部材又は充填剤等として機能するものが好ましい。支持部５３の非発光方向の面には、回路基板４及びランド基板６が配置される。回路基板４は、支持部５３の中央よりの領域に、支持部５３の長手方向と平行に配置される。ランド基板６は、回路基板４の両端部を挟むように、支持部５３の長手方向とは直角方向に夫々配置される。これら回路基板４及びランド基板６は、耐熱性、耐湿性及び応力緩和性に優れる芯材入りのアクリル系両面接着テープ等によって支持部５３に接着固定される。支持部５３には、背面蓋５１を係止するための係止部５５が設けられている。

背面蓋５１は、発光方向に開口した凹部５６（図４参照）を有する缶形状の部材であり、この凹部５６によって、回路基板４、ランド基板６及び配線７，８を収容するための空間が確保される。背面蓋５１の外周縁は、周縁部近傍に向かうに従って傾斜するように、面取りされた形状に形成されている。また、背面蓋５１は、その中央よりの領域が更に凹んだ収容部５７を有し、この収容部５７によって、回路基板４に搭載される各種の回路部品４１を収容するための空間が確保される。また、背面蓋５１の側面部には、ケース本体５０の係止部５５と係止するための係止部５８が設けられている。

回路基板４には、配線回路及びランド基板６と配線７で接続するための結線部４２ａ，４２ｂ（後述する図２参照）が形成された汎用のプリント配線板が用いられる。配線板には、好ましくは、ガラス繊維布にエポキシ樹脂等を含侵させて硬化させたガラス繊維板（例えば、ＦＲ−４（ＦＬＡＭＥＲｅｔａｒｄａｎｔＴｙｐｅ４））等、難燃性及び低導電率を両立した基材が用いられる。この回路基板４には、発光モジュール１外に配された調光装置等から出力される調光制御信号を受信する調光制御回路や、発光パネル３に供給する電流を制御する電流制御回路といった各種の回路部品４１が搭載される。また、各配線回路の両端部の結線部４２ａ，４２ｂには、好ましくは、金めっき等が施される。更に、回路基板４には、外部電力を取り入れると共に、他の発光モジュール１と接続するための外部コネクタ（不図示）が搭載されている。なお、背面蓋５１には、外部コネクタを露出させるための端子口（不図示）が形成されている。

ランド基板６には、回路基板４と同様の汎用のプリント配線板が用いられる。図２に示すように、ランド基板６は、その長手方向に平行に配置された正電極線６ａ及び負電極線６ｂが形成されている。給電電極３ａ，３ｂとランド基板６の正電極線６ａ及び負電極線６ｂとを接続する配線８は、上述したように、発光パネル３の中央よりの領域から周縁部に伸びるように配置されている。正電極線６ａ及び負電極線６ｂは、結線部のみが露出し、他の部分が絶縁材料によって被覆されていてもよい（不図示）。

次に、発光パネル３の構成について、上述した図１（ａ）（ｂ）に加えて、図３を参照して説明する。発光パネル３は、透光性を有する基板３１上に、発光部２を形成し、発光部２の外側を封止材３２で被覆したものである。発光部２は、透明導電膜から成る正電極２ａ、発光機能を有する発光層２ｂ、光反射性を有する負電極２ｃを、順に基板３１上に積層形成したものである。

基板３１は、ソーダライムガラスや無アルカリガラス等の透光性ガラスや、透光性樹脂材料等から成り、矩形板状に形成される。

正電極２ａは、発光層２ｂにホールを注入するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、導電性化合物又はこれらの混合物から成る電極材料が用いられ、好ましくは、仕事関数が４ｅＶ以上のものが用いられる。特に、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ：インジウムチンオキサイド）、ＳｎＯ_２（酸化スズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等の透光性の導電材料が好ましい。正電極２ａは、これらの電極材料を、基板３１の表面に、例えば、真空蒸着法やスパッタリング法等の方法により成膜及びパターニングすることによって形成される。

発光層２ｂは、例えば、アントラセン、ナフタレン、ピレン、テトラセン、トリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、トリス（４−メチル−８−キノリナート）アルミニウム錯体、ジスチルアリーレン誘導体、及びこれらの発光性化合物から成る基を分子構造の一部に有する化合物、高分子材料、各種蛍光色素の混合材料等が用いられる。なお、ここでは、発光パネル３として、発光層２ｂに有機材料を用いた例を示すが、発光層２ｂに無機材料を用いてもよい。発光層２ｂは、正電極２ａの表面に上述した化合物を、例えば、真空蒸着法により成膜及びパターニングすることによって形成される。なお、発光層２ｂは、複数の異なる材料が積層されたものであってもよく、これら複数層の間に電位を調整するためのバッファ層等を介在させてもよい。

負電極２ｃは、発光層２ｂに電子を注入するための電極であり、仕事関数の小さい金属、合金、導電性化合物又はこれらの混合物から成る電極材料が用いられ、好ましくは、仕事関数が５ｅＶ以下のものが用いられる。特に、リチウム、アルミニウム、アルミニウム−リチウム合金、マグネシウム−銀混合物、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３混合物、Ａｌ／ＬｉＦ混合物等の反射性の導電材料が好ましい。負電極２ｃも正電極２ａと同様の方法により形成される。

なお、正電極２ａ及び発光層２ｂの間には、正電極２ａから発光層２ｂへのホール注入効果を促進するホール注入・輸送層（不図示）が設けられてもよい。また、発光層２ｂ及び負電極２ｃの間には、好ましくは、負電極２ｃから発光層２ｂへの電子注入効果を促進する電子注入・輸送層（不図示）が設けられる。

このように構成された発光パネル３においては、回路基板４から所定の電力が供給されることにより、発光層２ｂが発光する。発光した光は、正電極２ａを透過して、又は負電極２ｃによって反射されて、基板３１側から発光パネル３外へ取り出される。なお、発光パネル３の発光面には、基板３１を傷や汚れ等から保護するため、アクリル樹脂等から成る保護層や、基板３１からの光取り出し効率を高めるための拡散層等が設けられてもよい（不図示）。

ＩＴＯ等の透明電極材料は、導電性材料としては比較的電気伝導度が低いため、特に、発光部２の面積を大きくすること望まれる発光パネル３においては、給電点から遠ざかるにつれて電圧降下が生じ、発光部２に輝度のバラツキが生じることがある。そこで、ＩＴＯの電圧降下を防止するための金属のパターン、すなわち補助電極が形成される。

補助電極は、基板３１側への光の出射を妨げないよう、発光層２ｂが形成される箇所に対応する部分が開口するように、スパッタリング等の方法により成膜される。ここで、補助電極は、その開口箇所の周縁部がＩＴＯ等から成る正電極２ａと接すると共に、その一部が延出されて、上述した正極取り出し用の給電電極３ａとなるようにパターンニングされる（図１（ａ）、図２参照）。給電電極３ａを構成する金属の種類としては、ＩＴＯに対する密着性と導電性が良く、湿度や熱による変質が少なく、しかも、超音波接合可能な金属が好ましい。例えば、モリブデン、アルミニウム、モリブデンの３層スパッタ膜や、銀パラジウム銅の合金膜等が用いられる。

また、負極取り出し用の給電電極３ｂが、負電極２ｃと接するように、且つ正電極２ａ及び給電電極３ａと接しないように、基板３１上にパターンニングされて形成される。この給電電極３ｂは、負極層２ｃの補助電極の一部として形成されてもよい。これら給電電極３ａ，３ｂは、同プロセスにより同時に形成される。これらのパターニングの後、透明電極上に発光層２ｂ等を有する発光部２が形成される。これらの電極及び発光部２は、いずれもナノオーダーの薄膜であり、基板３１の厚みに比べれは、実質的には殆ど厚みがない。

給電電極３ａ，３ｂは、図１（ａ）及び図２に示したように、同じ極性が互いに隣り合わないように配置されていることが望ましい。つまり、同じ極性の給電電極３ａ，３ｂが夫々離れた位置に設けられることにより、給電点が分散し、発光部２に対する印加電圧が均一化するので、輝度バラツキが生じ難くなる。

封止材３２は、図１（ａ）に示すように、発光部２等を覆い、かつ給電電極３ａ，３ｂが露出するように、基板３１上に接着固定される。封止材３２は、ピンホールが無く、封止能力の高い銅箔が好適に用いられる。

回路基板４とランド基板６、及びランド基板６と給電電極３ａ，３ｂは、図４に示すように、夫々配線７，８をボンディングすることにより結線される。配線７，８には、純アルミニウム線が好適に用いられる。この純アルミニウム線は、超音波接合により、常温かつ短時間で、各結線部を接合することができる。配線７，８の径は、発光パネル３の消費電流や材質等を考慮して決定される。

上述のようにして構成された発光モジュール１は、給電電極３ａ，３ｂとランド基板６とを接続する配線８が、発光パネル３の中央よりの領域から周縁部に伸びるように配置されているので、配線８の頂頭部は、発光パネル３の周縁部よりも中央より位置する。そのため、背面蓋５１の周縁部を面取りした場合でも、配線８が、背面蓋５１の内面に接触し難くなる。これにより、図５に示すように、背面蓋５１の周縁部を面取りしたことにより、発光モジュール１の厚み感を抑制し、スリムな形状を有する発光モジュール１が得られる。

発光モジュール１は、図１（ａ）に示したように、回路基板４に搭載される回路部品４１が、発光パネル３の中央よりの領域に集中して配置されることが望ましい。こうすれば、図５に示したように、発光モジュール１の中央は背高になるが、それ以外の部分を低背化することができ、モジュール単品としてはスリムな形状に見せることができる。また、この低背化されたスペースに、複数の発光モジュール１同士を接続する際の配線をセッティングすることができ、発光モジュール１を用いた照明器具等の器具設計の自由度を高めることができる。

また、本実施形態においては、ランド基板６は、給電電極３ａ，３ｂよりも中央よりの領域に配置されると共に、給電電極３ａ，３ｂは、ランド基板６を介在して回路基板４と電気的に接続されている（例えば、図２参照）。こうすれば、給電電極３ａ，３ｂとランド基板６とを近接させ、配線８の結線距離を短くすることができる。これにより、回路基板４の熱等による配線８の伸縮量が少なくなり、結線箇所及び配線８自体に課される熱応力も小さくなるので、配線８の断線を抑制することができる。更に、本実施形態においては、回路基板４とランド基板６とが分離して配置され、これらが配線７によって接続されている。こうすれば、ランド基板６と給電電極３ａ，３ｂとを接続する配線８が、回路基板４全体の熱伸縮の影響を受け難くなるので、配線８の断線等を抑制することができる。

次に、本実施形態の変形例に係る発光モジュールについて、図６を参照して説明する。この変形例に係る発光モジュール１は、回路基板４に、給電電極３ａ，３ｂと並列に配された回路パターン（不図示）が内装されており、給電電極３ａ，３ｂと回路基板４とが、配線９により直接電気的に接続されているものである。また、回路基板４には、配線９を結線するための結線部４３ａ，４３ｂが設けられている。配線９は、上述した配線８（図２参照）と同様、発光パネル３の中央よりの領域より周縁部に伸びるように配設されている。その他の構成も、上述の実施形態と同様である。

この構成によれば、モジュールの組立に際して、複数の基板をケース本体に接合する必要がなく、また、それらの間の電気的な接続を行なう必要もないので、作業工程が少なくなり、モジュールの生産性を向上させることができる。

なお、本発明は、給電電極が発光パネルの周縁部に並列に配置されると共に、給電電極と回路基板とを接続する配線が、発光パネルの中央よりの領域から周縁部に伸びる配線により成されていれば、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態においては、発光パネル３の長手方向の両端部に給電電極３ａ，３ｂが形成された例を示したが、これと直交する方向の両端部にも給電端子（不図示）が形成され、これらの給電電極の近傍にランド基板が設けられてもよい。

１発光モジュール
２発光部
２ａ正電極
２ｂ発光層
２ｃ負電極
３発光パネル
３ａ給電電極
３ｂ給電電極
４回路基板
４１回路部品
５ケース部
６ランド基板（配線用ランド基板）
７配線
８配線
９配線

Claims

発光層を正電極及び負電極で挟持させた発光部と、前記正電極及び負電極と電気的に接続された給電電極と、を有する発光パネルと、
前記給電電極に電気的に接続されて前記発光部に電力供給する回路基板と、
前記発光パネル及び前記回路基板を収容するケース部と、を備えた発光モジュールであって、
前記発光パネルの給電電極は、該発光パネルの周縁領域に複数配置され、
前記回路基板は、前記発光パネルの周縁部より中央よりの領域に配置され、
前記給電電極と前記回路基板との電気的接続は、前記発光パネルの中央よりの領域から周縁部に伸びる配線により成されていることを特徴とする有機発光モジュール。
前記給電電極は、同じ極性が互いに隣り合わないように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
前記回路基板に搭載される回路部品は、前記発光パネルの中央よりの領域に集中して配置されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光モジュール。
前記給電電極よりも中央よりの領域に配置された配線用ランド基板を備え、
前記給電電極と前記回路基板との電気的接続は、前記配線用ランド基板を介在して成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光モジュール。
前記回路基板と前記配線用ランド基板とが分離して配置されていることを特徴とする請求項４に記載の発光モジュール。