JP6620464B2 - フレキシブル透明基板及びそれを用いたシースルー型のled表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、LED素子用のフレキシブル透明基板及びそれを用いたシースルー型のLED表示装置に関する。
マトリックス状に実装されたLED素子を選択的に発光させることにより、所望の文字、記号、又は図柄を構成して表示するドットマトリックス表示装置に代表される各種のLED表示装置の普及が進んでいる。例えば、電子部品を収納した筐体面に表示窓を形成し、複数のLED素子をマトリックス状に配線基板上に配列したLED表示パネルを設け、表示制御装置でこのLED表示パネルのLED素子を表示制御するように構成されているLED表示装置等が、その一般的な態様として知られている(特許文献1参照)。
ここで、特許文献1に記載のLED表示装置は、あくまで、当該表示装置の前面側、即ち、LED素子の発光面側に位置する者に視覚情報を伝える機能を有する表示装置であることが前提に設計されている。
ところが、近年のLED表示装置の広範な普及の中で、LED表示装置の前面側に位置する者が、LED表示装置の背面側に位置する文字、図形、その他の展示物等、視認可能なあらゆる視覚情報を視認することが可能な、シースルー型のLED表示装置が求められるようになった。
LED表示装置において、LED素子を実装するLED素子用の回路基板には、金属配線部や絶縁保護膜等、一般に有色であって可視光の透過性に乏しい部分が、不可欠な構成要素として、通常、基板の表面積に対して一定以上の面積割合で存在する。よって、「シースルー型」とするためには、LED素子用基板の層構成に特段の工夫が必要となる。
例えば、LED素子の光を両面に向けて発光することを企図したLED表示パネルであり、金属配線部を透明電極で形成することとしたものが開発されている(特許文献2参照)。この両面発光型のLED表示装置の層構成を応用すれば、金属配線部がシースルー機能の確保に必要な光透過性を妨げることは回避することができる。しかしながら、特許文献2に記載のある透明電極は、LED素子用基板の全面に配置される回路全体に安定的に均一な電圧を正確にかける上での信頼性や、製造コストの面で、従来、広く用いられている銅箔等の金属配線に劣る。又、基板からの放熱を促進するために金属配線は熱伝導性が高いものであることが好ましいが、この点においても、銅箔等が明らかに優位である。この金属箔優位の傾向は、特に、表示面の画面サイズが大型になるほど顕著となる。
一方、金属配線部を従来通り銅箔等の金属箔で形成する場合にも、金属箔を基板に接着する接着剤層に金属箔の表面の微細な凹凸が転写され、エッチング処理後に金属配線の非形成部に残存する接着剤層の表面がマット面となることによって、LED素子用基板全体としてヘーズ値が悪化するという問題があった。
特開2006−145682号公報 特開2009−239235号公報
本発明は、以上のような状況に鑑みてなされたものであり、LED表示装置の前面側に位置する者が、LED表示装置の背面側にある視覚情報を視認することが可能なシースルー型のLED表示装置であって、信頼性と経済性に優れた装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、LED素子用のフレキシブル透明基板を、以下に説明する本願特有の構成を備えるものとすることによって上記課題を解決することができることを見出すに至った。具体的に本発明は以下のものを提供する。
(1) LED素子用のフレキシブル透明基板であって、可撓性を有し、ヘーズ値が20%以下である透光性の支持基板と、前記支持基板の表面に、接着剤層を介して積層されている金属配線部と、LED素子の実装用領域を除く領域を覆って、前記支持基板及び前記金属配線部上に積層されているヘーズ値が20%以下である透光性の絶縁保護膜と、を備え、前記支持基板の表面における前記金属配線部による被覆率が40%以下であって、前記接着剤層を形成する接着剤が、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、又はエポキシ系樹脂から選択された一の樹脂を主材樹脂とする接着剤であって、前記絶縁保護膜を形成する絶縁性樹脂の主材樹脂が、前記接着剤の主材樹脂と同一の樹脂であるフレキシブル透明基板。
(1)の発明は、LED素子用のフレキシブル透明基板において、1)支持基板と絶縁保護膜とをいずれもヘーズ値が20%以下の透光性を有する層とし、2)金属配線部による支持基板の被覆率を40%以下とし、3)金属配線部を支持基板に接着する接着剤と、絶縁保護膜との主材樹脂を同一の樹脂とした。構成1)及び2)を備えることにより、LED素子用基板の基本的な層構成を、シースルー機能を発揮するために必要な透光性を担保可能な構成とした上で、更に、構成3)を備えることにより、金属配線部の形成に伴い、接着剤層の表面に不可避的に形成されるマット面の微細な凹凸に起因するヘーズ値の悪化を解消、又は改善することができるものとした。これは、上記の接着剤層表面の凹凸に、同層を構成する樹脂と同一の樹脂、即ち、光線屈折率が等しい樹脂が埋まり込むことによるものである。
以上より、(1)の発明によれば、信頼性及び経済性に優れる金属配線部が形成された回路基板を用いて、背面側にある視覚情報の視認性にも優れるシースルー型のLED表示装置を構成することができるフレキシブル透明基板を得ることができる。尚、本明細書における「ヘーズ値」とは、JISK7136に準じた透明性試験によって測定したヘーズ値(%)のことを言うものとする。
(2) 前記接着剤及び前記絶縁保護膜の主材樹脂が、いずれもウレタン系樹脂である(1)に記載のフレキシブル透明基板。
(2)の発明は、(1)のフレキシブル透明基板において、微細な凹凸が不可避的に形成される接着剤層の主材樹脂と絶縁保護膜の主材樹脂とを、いずれも、屈曲性及び絶縁性に優れるウレタン系樹脂とした。これにより、(1)のLED素子用のフレキシブル透明基板の耐屈曲性とフレキシビリティ、及び絶縁性を更に向上させることができる。
(3) 前記接着剤及び前記絶縁保護膜の主材樹脂が、いずれもアクリル系樹脂である(1)に記載のフレキシブル透明基板。
(3)の発明は、(1)のフレキシブル透明基板において、微細な凹凸が不可避的に形成される接着剤層の主材樹脂と絶縁保護膜の主材樹脂とを、いずれも、透明性に優れるアクリル系樹脂とした。これにより、(1)のLED素子用のフレキシブル透明基板の透光性を向上させることができる。これにより、シースルー型のLED表示装置に用いた場合において、背面側の視覚情報の視認性を更に向上させることができる。
(4) 前記被覆率が10%以下である(1)から(3)のいずれかに記載のフレキシブル透明基板。
(4)の発明は、(1)から(3)のいずれかに記載のフレキシブル透明基板において、金属配線部による支持基板の被覆率を10%以下とした。フレキシブル透明基板において、十分な透光性を有する部分の割合である基板開口率が概ね90%以上となることによって、例えば、図9に示すような、背面側の視覚情報の視認性が極めて高いシースルー型のLED表示装置とすることができる。
(5) 前記金属配線部が、銅箔からなる(1)から(4)のいずれかに記載のフレキシブル透明基板。
(5)の発明は、(1)から(4)のいずれかに記載のフレキシブル透明基板の金属配線部を電気抵抗が極めて小さく、熱伝導性が高い銅箔で形成するものとした。これにより、(1)から(4)のいずれかに記載のフレキシブル透明基板において、相対的により小さい基板の被覆率を保持しながら、LED素子への安定的な電気供給の確保と放熱性の向上に寄与することができる。
(6) 前記銅箔が、相対的に表面粗さが大きい粗化面と相対的に表面粗さが小さい光沢面を有する銅箔であって、前記粗化面が前記接着剤層側に向けられて積層されている(5)に記載のフレキシブル透明基板。
(6)の発明によれば、上記粗化面の凹凸に起因するフレキシブル透明基板のヘーズ値の悪化については、上記作用により回避した上で、銅箔と支持基板との密着性、及び、フレキシブル透明基板の放熱性を更に高めることができる。
(7) (1)から(6)のいずれかに記載のフレキシブル透明基板にLED素子を実装してなる、シースルー型のLED表示装置。
(7)の発明によれば、(1)から(6)のいずれかに記載のフレキシブル透明基板の上述の技術的メリットを享受しながら、LED表示装置の前面側に位置する者が、LED表示装置の背面側にある視覚情報を視認することが可能なシースルー型のLED表示装置を得ることができる。
(8) 前記LED素子がドライバIC付LED素子である(7)に記載のシースルー型のLED表示装置。
(8)の発明によれば、(7)のシースルー型のLED表示装置に実装するLED素子を、より面積が小さい回路でより複雑な発光制御が可能である、ドライバIC付LED素子とした。これにより、(7)のシースルー型のLED表示装置における情報表示性能を所望の品位に保持したまま、金属配線部による支持基板の被覆率を小さい比率に保持することができ、背面側の情報の視認性を更に容易に向上させることができる。又、例えば、マルチカラータイプのLED表示装置の配線基板として用いる場合等、より複雑で精緻な点灯制御を行うことができる配線構造が求められる場合にも、(7)の発明の効果を十分に享受することができる。
本発明によれば、LED表示装置の前面側に位置する者が、LED表示装置の背面側にある視覚情報を視認することが可能なシースルー型のLED表示装置であって、信頼性と経済性に優れた装置を提供することができる。
本発明のフレキシブル透明基板にLED素子を実装してなるシースルー型のLED表示装置の前面側の部分拡大平面図である。 図1より絶縁保護膜を除去した状態の図面であって、本発明のフレキシブル透明基板の金属配線部の配置態様の説明に供する図面である。 図1のA−A部分の断面を表した断面図であり、本発明のフレキシブル透明基板におけるLED素子の実装態様の説明に供する図面である。 本発明のシースルー型のLED表示装置の正面図である。 本発明のシースルー型のLED表示装置の実施形態の一例を示す正面図である。 本発明のシースルー型のLED表示装置におけるフレキシブル透明基板の基板開口率と背面側に配置される視認情報の視認性との相関の説明に供する図面(視認性が不十分である例)である。 本発明のシースルー型のLED表示装置におけるフレキシブル透明基板の基板開口率と背面側に配置される視認情報の視認性との相関の説明に供する図面(文字情報の視認が可能な程度の視認性を備える例)である。 本発明のシースルー型のLED表示装置におけるフレキシブル透明基板の基板開口率と背面側に配置される視認情報の視認性との相関の説明に供する図面(視認性が十分である例)である。 本発明のシースルー型のLED表示装置におけるフレキシブル透明基板の基板開口率と背面側に配置される視認情報の視認性との相関の説明に供する図面(極めて好ましい視認性を備える例)である。
以下、本発明のLED素子用のフレキシブル透明基板と、当該透明基板にLED素子を実装してなるシースルー型のLED表示装置(以下、単に「LED表示装置」とも言う)の各実施形態について順次説明する。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されず、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
<フレキシブル透明基板>
[全体構成]
本発明のフレキシブル透明基板1は、図1及び図4に示す通り、LED素子2を実装することによって本発明のLED表示装置10を構成することができるLED素子用の配線基板である。
図1から図3に示す通り、フレキシブル透明基板1は、好ましくは熱可塑性樹脂からなる支持基板11の表面に、金属箔等からなる導電性の金属配線部13が、接着剤層12を介して積層されている。そして、図3に示す通り、フレキシブル透明基板1の耐マイグレーション特性向上のために、絶縁保護膜15が、支持基板11及び金属配線部13上における「LED素子実装領域」を除く領域を覆って積層されている。
ここで、絶縁保護膜15は、支持基板11の表面上においては、接着剤層12を介して、支持基板11上に積層されている。この接着剤層12は、金属配線部13のエッチング処理後に支持基板11上に残存しているものである。尚、上記の「LED素子実装領域」とは、LED素子2の金属配線部13への接合箇所、及びその周辺部であってLED素子2から発光される光がフレキシブル透明基板1の外部へ到達するための経路として必要な空間のことを言う。図1及び図3では、絶縁保護膜15のLED素子実装用貫通孔151の位置が、LED素子実装領域と重なるように絶縁保護膜15が配置されている。
本発明のフレキシブル透明基板は、「透光性」を有する配線基板である。但し、必ずしもその全体が完全に透明であることを必須とはせず、その表面の少なくとも60%以上の部分が「透光性」を有する配線基板であればよい。本明細書における、「透光性を有する」とは、無色透明、或いは、有色の半透明であって、当該透明又は半透明であるフィルム又はシートを通して、それらの背面側に位置する視覚情報を、所望の使用環境の下で、視認可能であることを意味する。透光性を有する部分のヘーズ値の他、当該部分の可視光域における光線透過率が80%程度以上であることがその目安となる。
フレキシブル透明基板1は、絶縁保護膜15を接着剤層12の主剤樹脂と同一の樹脂を主材樹脂として形成することにより、接着剤層12に不可避的に形成されるマット面の凹凸に起因するヘーズ値の悪化を回避して、シースルー型のLED表示装置10に好ましい光学特性を付与するものである。
フレキシブル透明基板1は、図3及び図4に示すように、LED素子2が、ハンダ層(図視せず)を介して、金属配線部13の上に導電可能な態様で実装されることによりLED表示装置10を構成する。
フレキシブル透明基板1のサイズについては、特段の限定はないが、特に屋外での使用を前提とした大型の表示装置にも好ましく用いることができることを特徴とする。例えば、対角線の長さが32インチ以上、より好ましくは65インチ以上の大型の表示画面を備えるシースルー型のLED表示装置においても、基板のサイズ加工の自由度が高いため、フレキシブル透明基板1をLED素子実装用の回路基板として好ましく用いることができる。
[支持基板]
本発明のシースルー型のLED表示装置10に用いるフレキシブル透明基板1を構成する支持基板11は、先ず、フレキシブル透明基板1の可撓性と透光性を有するフィルム又はシートであることが求められる。例えば、具体的には、支持基板11はヘーズ値が20%以下、好ましくは10%以下の樹脂フィルムとする。又、「透光性を有する」とは、無色透明、或いは、有色の半透明であって、当該透明又は半透明であるフィルム又はシートを通して、それらの背面側に位置する視覚情報を、所望の使用環境の下で、視認可能であることを意味する。上記ヘーズ値の他、可視光域における光線透過率が80%程度以上であることがその目安となる。支持基板11の厚さは、特に限定されないが、フレキシブル透明基板1としての耐熱性及び絶縁性等を担保できる範囲であれば、フレキシブル透明基板1に透光性、可撓性を付与し、製造コストも抑制するという観点からは、できるだけ薄いものであることが一般的には好ましい。具体的には、概ね10μm以上100μm以下程度であることが好ましい。又、ロール・トゥ・ロール方式による製造を行う場合の生産性を良好に維持する観点からも上記厚さ範囲であることが好ましい。
支持基板11の材料とする樹脂は、耐熱性が高いものであることが求められる。具体的には、熱収縮開始温度が100℃以上の樹脂、又は、アニール処理等によって、同温度が100℃以上となるように耐熱性を向上させた樹脂であることが好ましい。通常LED素子から発せられる熱により同素子周辺部は90℃程度の温度に達する。又、例えば熱硬化型の絶縁保護膜を形成する場合、熱硬化のための加熱温度も100℃近くまで達する場合が想定される。以上の両観点から、支持基板11を形成する樹脂は、上記温度以上の耐熱性を有するものであることが好ましい。尚、本明細書における「熱収縮開始温度」とは、TMA装置に測定対象の熱可塑性樹脂からなるサンプルフィルムをセットし、荷重1gをかけて、昇温速度2℃/分で120℃まで昇温し、その時の収縮量(%表示)を測定し、このデータを出力して温度と収縮量を記録したグラフから、収縮によって、0%のベースラインから離れる温度を読みとり、その温度を熱収縮開始温度としたものである。
支持基板11には、フレキシブル透明基板1に必要な絶縁性を付与しうる樹脂であることが求められる。一般的には、支持基板11は、JIS C6481に準拠して測定した体積固有抵抗率(本明細書において「体積固有抵抗率」とはこの値のことを言うものとする)が1014Ω・cm以上であることが好ましく、1018Ω・cm以上であることがより好ましい。尚、体積固有抵抗率の測定は、例えば、エーディーシー製デジタル超高抵抗/微少電流計5450/5451等を用いることによって測定することができる。
以上、可撓性と透明性、耐熱性、絶縁性、及び耐光性や耐候性等の要件を満たすことが求められる支持基板11として用いる樹脂の好ましい例として、ポリイミド(PI)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、非晶ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、液晶ポリマー等を挙げることができる。中でも、アニール処理等の耐熱性向上処理を施すことによって耐熱性と寸法安定性を向上させたポリエチレンナフタレート(PEN)を特に好ましく用いることができる。
[接着剤層]
フレキシブル透明基板1の表面への金属配線部13の形成は、接着剤層12を介したドライラミネート法によって行われる。接着剤層12を形成する接着剤は、主剤樹脂、硬化剤及び溶剤を含んでなり、又、必要に応じてその他の各種の添加剤を含有する。その他の添加剤としては、密着性助剤等を例として挙げることができる。接着剤は、主剤樹脂と硬化剤を使用直前に混合する2液タイプのものであることが好ましい。主剤樹脂は、接着剤層を形成する際に、硬化剤と反応して架橋され高分子量化する。そのような主材樹脂としてウレタン系、アクリル系、及びエポキシ系の樹脂を適宜選択することができる。これらの主材樹脂のうち、特に機械特性、電気特性の観点からは、屈曲性、絶縁性に優れるウレタン系の接着剤を、接着剤層12を形成する接着剤として好ましく用いることができる。又、上記接着剤のうち、光学特性の観点からは、透明性に優れるアクリル系の接着剤を、接着剤層12を形成する接着剤として好ましく用いることができる。フレキシブル透明基板1の使用環境によっては、耐熱性、耐薬品性に優れるエポキシ系の接着剤も好ましく使用することができる。
[金属配線部]
図2及び図3に示す通り、金属配線部13は、フレキシブル透明基板1の表面に金属箔等の導電性基材によって形成される配線パターンである。金属配線部13は、例えば、1000個以上のLED素子2の間を導通して必要な電流を流して電気を供給する機能を有するとともに、フレキシブル透明基板1における放熱部としての作用をも発揮するものである。
金属配線部13を構成する金属の熱伝導率λは200W/(m・K)以上500W/(m・K)以下が好ましく、300W/(m・K)以上500W/(m・K)以下がより好ましい。
金属配線部13を構成する金属の電気抵抗率Rは3.00×10−8Ωm以下が好ましく、2.50×10−8Ωm以下がより好ましい。ここで、熱伝導率λの測定は、例えば、京都電子工業社製の熱伝導率計QTM−500を用いることができ、電気抵抗率Rの測定は、例えば、ケースレー社製の6517B型エレクトロメータを用いることができる。これによれば、例えば、銅の場合、熱伝導率λは403W/(m・K)であり、電気抵抗率Rは1.55×10−8Ωmとなる。これにより、LED素子間の発光バラツキが小さくなってシースルー型のLED表示装置全体としての安定した発光が可能となり、又、LED素子の寿命も延長される。
金属配線部13の配置は、LED素子2を実装することができる配置であれば特定の配置等に限定されない。但し、フレキシブル透明基板1においては、支持基板11の一表面における金属配線部13による覆われている部分の割合、即ち、金属配線部による基板被覆率が、40%以下となるような配置とする。又、この金属配線部による基板被覆率は、10%以下であることがより好ましい。
金属配線部13を構成する金属としては、アルミニウム、金、銀、銅等の金属箔が例示できる。金属配線部13の厚さは、フレキシブル透明基板1に要求される耐電流の大きさ等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、一例として厚さ10μm〜50μmが挙げられる。放熱性向上の観点から、金属配線部13の厚さは、10μm以上であることが好ましい。又、金属層厚みが上記下限値に満たないと、支持基板11の熱収縮の影響が大きく、はんだリフロー処理時に処理後の反りが大きくなりやすいため、この観点からも金属配線部13の厚さは10μm以上であることが好ましい。一方、同厚さが、50μm以下であることによって、フレキシブル透明基板1の十分な可撓性を保持することができ、重量増大によるハンドリング性の低下も防止できる。
ここで、金属配線部13は、相対的に表面粗さが大きい粗化面と相対的に表面粗さが小さい光沢面を有する銅箔であって、粗化面が接着剤層12の側に向けられて積層されていることが好ましい。そして、この粗化面の表面粗さRzは、1.0以上10.0以下であることが好ましい(RzはJISB0601で規定される十点平均粗さとする)。放熱性の観点から、表面粗さを上記範囲内とすることで、特に支持基板11との積層面側の表面積を増大することで、放熱性を更に高めることができる。又、表面凹凸によって支持基板11との密着性を向上できるので、このことによっても放熱性を向上させることができる。
上記の粗化面の表面粗さは、エッチング処理前の段階で、接着剤層12の全面に転写されてしまうため、従来は、これがLED素子用基板のヘーズ値の悪化の要因となるものであったが、本発明においては、このように金属配線部のマット面由来のヘーズ値の悪化が発生している場合であっても、絶縁保護膜15の主材樹脂を接着剤層12の主材樹脂と屈折率が等しい同一の樹脂とし、これを微細な接着剤層12表面の凹凸に追従し埋まり込ませることによって上記のヘーズ値の悪化を低減させることができる。
尚、電解銅箔の製箔方法は、以下の通りである。電解浴に部分的に浸漬された回転ドラム陽極にそれに間隔を置いて対面する円弧状陰極を備え、間に電解液を流通せしめる電解設備において、回転ドラムに銅を電着させ、最終的に所定の厚さの銅箔をドラムから剥離することにより銅箔を製箔する方法により電解銅箔を製造することができる。この方法で製造された銅箔は、製箔時に回転ドラム側に密着していた側の面が表面の粗さが極めて小さい光沢面となり、反対側の面が比較的表面の粗さが大きい粗化面となる。
金属配線部13の厚さは、フレキシブル透明基板1に要求される耐電流の大きさ等に応じて、上記の支持基板の表面における前記金属配線部による被覆率が本願所定範囲とすることができる範囲内で、適宜設定すればよく、特に限定されないが、一例として厚さ10μm〜50μmが挙げられる。放熱性向上の観点から、金属配線部13の厚さは、10μm以上であることが好ましい。又、金属層厚みが上記下限値に満たないと、支持基板11の熱収縮の影響が大きく、はんだリフロー処理時に処理後の反りが大きくなりやすいため、この観点からも金属配線部13の厚さは10μm以上であることが好ましい。一方、同厚さが、50μm以下であることによって、フレキシブル透明基板の十分なフレキシブル性を維持することができ、重量増大によるハンドリング性の低下等も防止できる。
[絶縁保護膜]
絶縁保護膜15は、熱硬化型又は紫外線硬化型インキによって、金属配線部13と支持基板11の表面上の電気的接合が必要となる一部分を除いた他の部分に、主としてフレキシブル透明基板1の耐マイグレーション特性を向上させるために、必要に応じて積層される。絶縁保護膜15には、支持基板11と同様、フレキシブル透明基板1の可撓性と透光性を保持しうるものであることが求められる。絶縁保護膜15に具体的に求められるヘーズ値及びその他の光学特性は、支持基板11に求められる同特性と同様であり、ヘーズ値が20%以下、好ましくは10%以下とする。
絶縁保護膜15を形成する絶縁性インキとして熱硬化型インキを好ましく用いることができる。熱硬化型インキは、熱硬化温度が100℃以下程度のものであれば、公知のインキを適宜好ましく用いることができる。具体的には、ウレタン系、アクリル系、又はエポキシ系の樹脂であって、接着剤層12を形成する接着剤の主材樹脂と同一の樹脂を主材樹脂とする絶縁性インキを用いることができる。又、これらのうちでも、ウレタン系の熱硬化型の絶縁インキは、特に屈曲性及び絶縁性に優れる点から、フレキシブル透明基板1の絶縁保護膜15を形成するための材料として好ましく用いることができる。
[その他の機能層]
フレキシブル透明基板1は、上述の可撓性と透光性、耐熱性、絶縁性、及び耐光性や耐候性等の要件を阻害しない範囲で、必要に応じて更に他の機能層を備えるものであってもよい。特に屋外使用時における、耐UV特性、耐熱性、防水性、防汚性を向上させるために、例えば、絶縁保護膜15の表面等に、例えば、フッ素樹脂からなるオーバーコート層等、これらの特性を向上させることが可能なコーティング層を別途積層するものについても、フレキシブル透明基板の好ましい実施形態の一例として挙げることができる。
<シースルー型のLED表示装置>
図4に示すLED表示装置10は、フレキシブル透明基板1に、LED素子2を実装し、その他必要な部材と一体化することにより得ることができる。LED表示装置10は、例えば図5に示すように、ショーウインドー等の前面に配置する実施態様が想定される。この場合、LED表示装置10の前面側に位置する者が、LED表示装置10に表示される情報の認知と同時並行的に、LED表示装置10の背面側にある視覚情報を視認することができる。例えば、図4に模式的に示されている通り、LED表示装置10の背面側に位置するショーウインドー内の商品等の様子をLED表示装置10に表示される文字情報等と同時に視認することができる等の実施形態をLED表示装置10の好ましい実施形態の一例として挙げることができる。
尚、図6〜9は、それぞれ、シースルー型のLED表示装置10におけるフレキシブル透明基板1の基板開口率と背面側に配置される視認情報の視認性との相関の説明に供する図面である。「フレキシブル透明基板の基板開口率」とは、フレキシブル透明基板の表面のうち金属配線部が存在しない部分の面積比率として定義される。つまり、(100(%)−フレキシブル透明基板の金属配線部による被覆率)(%))と、同義である。例えば、図9は、基板開口率が90%以上(被覆率10%以下)のシースルー型のLED表示装置を模式的に示しているものであるが、この場合、シースルー型の表示装置として、背面側の視覚情報についての極めて良好な視認性を有し得ることが分かる。同様に、図8は、基板開口率が80%であり上記の視認性が実用上十分である場合、図7は、基板開口率が60%であり、例えば、文字情報等、その一部が視認できなくても、情報の内容を理解可能である場合を、それぞれ示している。尚、図6は、基板開口率が40%(金属配線による被覆率が60%)である場合であって、この場合は、背面側の情報の視認が困難でありシースルー型の表示装置としての機能が発揮し難いことを示している。
[LED素子]
フレキシブル透明基板1に実装されることによりシースルー型のLED表示装置10を構成するLED素子2は、P型半導体とN型半導体が接合されたPN接合部での発光を利用した発光素子である。P型電極、N型電極を素子上面、下面に設けた構造と、素子片面にP型、N型電極の双方が設けられた構造が提案されている。いずれの構造のLED素子2も、本発明のLED表示装置10に用いることができるが、特に、1素子におけるRGB発光のコントロールを最小現の回路配置によって実現可能な、ドライバIC付LED素子(Wordsemi製 WS2812C 等)を、シースルー型のLED表示装置10に搭載するLED素子として、特に好ましく用いることができる。
<フレキシブル透明基板の製造>
フレキシブル透明基板の製造方法については、特に限定されるものではなく、従来公知の電子基板の製造方法によって製造することができる。具体的な製造方法の例を以下に説明する。
[エッチング工程]
先ず、支持基板11の表面に、金属配線部13の材料とする銅箔等の金属配線部13を積層してフレキシブル透明基板1の材料とする積層体を得る。積層方法としては、金属箔を接着剤によって支持基板11の表面に接着する方法により金属配線部13を積層する。次に、上記の積層体の金属箔の表面に、金属配線部13の形状にパターニングされたエッチングマスクを形成する。エッチングマスクは、将来、金属配線部13となる金属箔の配線パターン形成部分がエッチング液による腐食を免れるために設けられる。エッチングマスクを形成する方法は特に限定されず、例えば、フォトレジスト又はドライフィルムをフォトマスクを通して感光させた後で現像することにより積層シートの表面にエッチングマスクを形成してもよいし、インクジェットプリンター等の印刷技術により積層シートの表面にエッチングマスクを形成してもよい。次に、エッチングマスクに覆われていない箇所における金属箔を浸漬液により除去する。これにより、金属箔のうち、金属配線部13となる箇所以外の部分が除去される。最後に、アルカリ性の剥離液を使用して、エッチングマスクを除去する。これにより、エッチングマスクが金属配線部13の表面から除去される。尚、上述の通り、このエッチング工程においてはマスキングされていない部分の銅箔等は除去されて非導通部分が形成されるが、当該部分の接着剤層12は支持基板11表面に残存し、完成したフレキシブル透明基板1の支持基板11の略全面において接着剤層12として存在することとなる。
又、フレキシブル透明基板1における金属配線部13へのLED素子2の接合は、ハンダ層を介したハンダ接合により好ましく行うことができる。このハンダ接合は、リフロー方式、或いは、レーザー方式によることができる。リフロー方式は、金属配線部13にハンダを介してLED素子2を搭載し、その後、フレキシブル透明基板をリフロー炉内に搬送して、リフロー炉内で金属配線部13に所定温度の熱風を吹きつけることで、ハンダペーストを融解させ、LED素子2を金属配線部13にハンダ付けする方法である。又、レーザー方式とは、レーザーによってハンダを局所的に加熱して、LED素子2を金属配線部13にハンダ付けする手法である。尚、支持基板11については、選択する材料樹脂に応じて、予め当該樹脂にアニール処理による耐熱性向上処理を施しておくことが好ましい。
[絶縁保護膜形成工程]
金属配線部形成後、絶縁保護膜15を更に積層する。この積層は公知の方法によって行うことができる。採用する材料によりスクリーン印刷等の印刷法或いは、ドライラミネーション、熱ラミネーション法等、各種のラミネート処理方法によることができる。接着剤層12の表面の微細な凹凸への埋まり込みをより完全に確保する観点からは、上記各方法の中でも、スクリーン印刷による方法が特に好ましい。
[ハンダ処理工程]
金属配線部13へのLED素子2の接合は、ハンダ加工により行うことができる。このハンダ加工による接合は、リフロー方式、或いは、レーザー方式によることができる。リフロー方式は、金属配線部13にハンダを介してLED素子2を搭載し、その後、フレキシブル透明基板1をリフロー炉内に搬送して、リフロー炉内で金属配線部13に所定温度の熱風を吹きつけることで、ハンダペーストを融解させ、LED素子2を金属配線部13にハンダ付けする方法である。又、レーザー方式とは、レーザーによってハンダを局所的に加熱して、LED素子2を金属配線部13にハンダ付けする手法である。この処理における加熱は使用するハンダの種類によって様々であるが、一般に170℃程度であり、特に低融点のハンダを用いた場合には135℃程度である。
金属配線部13へのLED素子2のハンダ接合を行う際は、支持基板11における裏面側からのレーザー照射によって、ハンダのリフローを行う方法とすることが好ましい。これにより、加熱によるハンダの有機成分の発火とそれに伴う基材の損傷をより確実に抑制することができる。
<LED表示装置の作成>
(実施例1)
本発明のLED表示装置の実施例として、サイズが400mm×500mmのフィルム状の支持基板の表面に、電解銅箔からなる金属配線部をエッチング処理(電解銅箔マット面を基材側に向けて積層した)によって、又、ウレタン系の絶縁性樹脂からなる絶縁保護膜をスクリーン印刷によって順次形成することによって、図3と同様の層構成からなるフレキシブル透明基板の試験用サンプルを作成し、これに、LED素子を16×16のマトリックス状に配置して実施例及び比較例の各LED表示装置の試験用サンプルとした。
支持基板とする透明な樹脂フィルムとしては厚さ75μmのポリエチレンテレフタレート(PET)を用いた。
金属配線部は、フレキシブル透明基板上における金属配線部による被覆率が、各実施例、比較例毎に、それぞれ下記表1の割合(%)となるように配線幅を調整した。
金属配線部を構成する銅箔を支持基板に接着する接着剤は、ウレタン系の接着剤1(「KTEP」、ロックペイント社製)を用いた。但し、実施例4と比較例2のフレキシブル透明基板の試験用サンプルにおいては、アクリル系の接着材2(「RCA−3000」、太陽インキ社製)を用いた。
絶縁保護膜を形成する樹脂はウレタン系樹脂を主材樹脂とする絶縁性樹脂1(「FR−IT−NSD9」、アサヒ化研社製)を用いた。但し、実施例4と比較例3のフレキシブル透明基板の試験用サンプルにおいては、アクリル系樹脂を主材樹脂とする絶縁性樹脂2(「RCA―3000」、太陽インキ社製)を用いた。各絶縁保護膜の厚さは、いずれも10μmとした。
LED素子として、ドライバIC付LED素子(Wordsemi製、「WS2812C」)を用いた。
<開口部の透光性確認試験>
各実施例の透明部分、即ち、基板に対する垂直線上において、金属配線部が存在せず、フレキシブル透明基板―接着剤層―絶縁保護膜のみが存在する透明部分のヘーズ値(%)を、JISK7136に準じて、株式会社村上色彩研究所 ヘーズ値・透過率系HM150にて測定した。結果を表1に示す。
尚、同試験方法によって、上記のPETからなる支持基板、絶縁性樹脂1又は絶縁性樹脂2からなる絶縁保護膜について、それぞれの積層前の単独樹脂層としてのヘーズ値(%)、を別途測定した。結果を併せて表1に示す。
<背面側視覚情報の視認性確認試験>
実施例及び比較例のLED表示装置を屋外の地面に垂直に設置して、その背面側に文字を表示した板と、図4に示すような3体の形態や色彩の異なる複数体のマネキンで構成した展示品とを、それぞれ配置して、それらを各実施例及び比較例のLED表示装置の試験用サンプルの前面側から視認可能であるか否かを検証した。各実施例、比較例について、各10人の試験者による感応試験を行い結果を集計して評価した。評価基準は下記の通りとした。結果を表1に示す。評価基準は下記の通りとした。
(マネキンからなる展示物の視認性についての評価基準)
A:10人中8人以上が、表示装置が展示物の前にあることによるストレスなく良好に視認できると感じた。
B:10人中5人以上が、上記ストレスなく良好に視認できると感じた。
C:10人中上記ストレスなく良好に視認できると感じた試験者は4人以下。且つ、上記ストレスは感じるが十分に視認できと感じた者が5人以上。
D:上記ストレスの有無に限らず視認できると感じた試験者が4人以下。
(文字情報の視認性についての評価基準)
A:10人中8人以上が、表示装置が展示物の前にあることによるストレスなく文字を読みとれると感じた。
B:10人中5人以上が、上記ストレスなく文字を読み取れると感じた。
C:10人中上記ストレスなく文字を読み取れると感じた試験者は4人以下。且つ、上記ストレスは感じるが十分に文字を読み取れると感じた者が5人以上。
D:上記ストレスの有無に限らず文字を読み取れると感じた試験者が4人以下。
Figure 0006620464
以上の通り、絶縁保護膜と接着剤層の樹脂を同一のもので構成することによって、シースルー型のLED表示装置全体としてみた場合のヘーズ値が改善されていることが分かる。本発明のLED表示装置は、LED表示装置の前面側に位置する者が、LED表示装置の背面側にある視覚情報を視認することが可能なシースルー型のLED表示装置であって、信頼性と経済性に優れた装置であることが分かる。
1 フレキシブル透明基板
11 支持基板
12 接着剤層
13 金属配線部
15 絶縁保護膜
151 LED素子実装用貫通孔
2 LED素子
10 LED表示装置

Claims (4)

  1. フレキシブル透明基板にLED素子を実装してなるLED表示装置であって、
    前記フレキシブル透明基板は、
    可撓性を有し、対角線の長さが32インチ以上であって、ヘーズ値が20%以下である透光性の支持基板と、
    前記支持基板の表面に、接着剤層を介して積層されている金属配線部と、
    LED素子の実装用領域を除く領域を覆って前記支持基板及び前記金属配線部上に積層されていて、ヘーズ値が20%以下である透光性の絶縁保護膜と、を備え、
    前記支持基板の表面における前記金属配線部による被覆率が10%以下であって、
    前記接着剤層を形成する接着剤が、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、又はエポキシ系樹脂から選択された一の樹脂を主材樹脂とする接着剤であって、
    前記絶縁保護膜を形成する絶縁性樹脂の主材樹脂が、前記接着剤の主材樹脂と同一の樹脂であって、
    前記金属配線部が、相対的に表面粗さが大きい粗化面と相対的に表面粗さが小さい光沢面を有する銅箔であって、前記粗化面が前記接着剤層側に向けられて積層されている、
    シースルー型のLED表示装置
  2. 前記接着剤及び前記絶縁保護膜の主材樹脂が、いずれもウレタン系樹脂である請求項1に記載のシースルー型のLED表示装置
  3. 前記接着剤及び前記絶縁保護膜の主材樹脂が、いずれもアクリル系樹脂である請求項1に記載のシースルー型のLED表示装置
  4. 前記LED素子がドライバIC付LED素子である請求項1から3の何れかに記載のシースルー型のLED表示装置。
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