JP6166863B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、透光性および導電性を持つ支持体で支持した発光素子を備えた発光装置に関する。

発光素子を基材などに電気的に接続する方法として、素子発光面電極では導電接続材料として金属細線を用いたワイヤボンディング法による接続が、反対側電極ではハンダあるいは導電性ペーストを用いた接続が一般的である。

特許文献１には、ワイヤボンディング法を用いない発光素子の接続方法が開示されている。この方法では、素子電極と基材導電層の接続のため、導電接続材料として前駆体層が必要である。

特開２００９−３８３３１号公報

ワイヤボンディング法で発光素子を電気的に接続する場合、ワイヤが金属細線であるため、発光素子側と基材側とに同種あるいは金などの透光性をもたない電極に接続する必要がある。また、一般的なハンダあるいは導電性ペーストは、透光性を持たない。

そこで、本発明は、発光素子を透光性および導電性を持つ支持体で安定して保持し、かつ、接触抵抗を小さくすることを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明は、屈曲性を有し透光性の一対の支持体と、前記支持体に設けられた一対の導電層と、前記一対の支持体間に挟まれ前記導電層にそれぞれ接続される一対の電極を備えた発光素子と、前記一対の支持体間に充填された透光性を持つ電気絶縁性の中間層と、を有し、前記発光素子から発光された光が前記支持体の両面から放出されることを特徴とする発光装置にある。
また第１基体とその第１基体の表面に形成された第１導電層とを備えた透光性を持つ第１支持体と、第２基体とその第２基体の表面に形成された第２導電層とを備えて前記第１導電層と前記第２導電層とが対向するように配置された第２支持体と、前記第１導電層と前記第２導電層とにそれぞれ接する一対の電極を備えた発光素子と、前記第１支持体と前記第２支持体との間に充填された透光性を持つ電気絶縁性の中間層と、を有し、前記第１支持体および前記第２支持体の少なくとも一方は屈曲性を持ち、前記発光素子を中心として外側に突出した状態に変形され、かつ、前記発光素子から発光された光が前記第1支持体と前記第２支持体の両面から放出されることを特徴とする発光装置にある。

本発明によれば、発光素子を透光性および導電性を持つ支持体で安定して保持し、かつ、接触抵抗を小さくすることができる。

本発明に係る発光装置の第１の実施の形態における一部拡大断面図である。 本発明に係る発光装置の第１の実施の形態の斜視図である。 本発明に係る発光装置の第２の実施の形態における一部拡大断面図である。 本発明に係る発光装置の第２の実施の形態の端部近傍の断面図である。

本発明に係る発光装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明に係る発光装置の第１の実施の形態における一部拡大断面図である。図２は、本実施の形態の発光装置の斜視図である。また、図２には、発光装置４０と電源との接続状態を模式的に示した。

この発光装置４０は、第１支持体１０と第２支持体２０と発光素子３２と中間層３０とを有している。発光素子３２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光素子３２の一方の端部には、発光素子３２よりも面積が小さい第１電極３３が設けられている。発光素子３２の第１電極３３が設けられた端部に対して反対側の端部には、第２電極３４が設けられている。第１電極３３および第２電極３４は、たとえば金で形成されている。

第１支持体１０は、平板状の第１基体１２と、第１基体の一方の表面に形成された第１導電層１４とからなる。第２支持体２０は、平板状の第２基体２２と、第２基体２２の一方の表面に形成された第２導電層２４とからなる。第１支持体１０および第２支持体２０は、いずれも屈曲性および透光性を有する。

第１基体１２および第２基体２２は、たとえば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）、ポリエチレンサクシネート（ＰＥＳ）、アートン（ＡＲＴＯＮ）、アクリル樹脂などで形成することができる。第１基体１２および第２基体２２の厚さは、たとえば１２５μｍ程度である。

第１導電層１４および第２導電層２４は、たとえば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などで形成される。第１導電層１４および第２導電層２４の厚さは、たとえば１μｍ程度である。

第２支持体２０は、第２導電層２４が第１導電層１４と対向するように配置される。第１支持体１０と第２支持体２０との間には、発光素子３２が配置される。発光素子３２の第１電極３３は、第１導電層１４に接している。発光素子３２の第２電極３４は、第２導電層２４と接している。

中間層３０は、第１支持体１０および第２支持体２０の間に充填されている。中間層３０は、透光性および屈曲性を持つ電気絶縁性の材料で形成される。ここで、透光性は、日本工業規格ＪＩＳＫ７１０５で測定した全光透過率が５０％以上であることが好ましい。中間層３０は、たとえばアクリル系エラストマーなどの熱可塑性樹脂で形成される。中間層３０の厚さは、発光素子３２の第１電極３３側の端部と第２電極３４側の端部の間の距離よりも小さく、たとえば１７５μｍないし２９０μｍである。

第１支持体１０および第２支持体２０の形状は、たとえばシート状でほぼ同じ大きさの長方形であり、少しずれて対向している。その結果、第１支持体１０および第２支持体２０の端部には、第１導電層１４および第２導電層２４がそれぞれ第２支持体２０あるいは第１支持体１０に覆われずに露出している。中間層３０は、第１導電層１４および第２導電層２４がそれぞれ第２支持体２０あるいは第１支持体１０に覆われずに露出した部分に、若干はみ出している。露出した第１導電層１４および第２導電層２４には、それぞれ電源４２から延びた配線４４，４５が接続されている。

本実施の形態の発光装置４０は、５個の発光素子３２を有している。これらの発光素子３２は、電気的に並列に電源４２に接続されている。

この発光装置４０は、たとえば以下の方法で製造される。

まず、第１基体１２および第２基体２２となるポリエチレンテレフタラートのシートの一方の表面に、第１導電層１４および第２導電層２４となるＩＴＯの層をスパッタリングなどによって形成する。次に、中間層３０の材料であるアクリル系エラストマーに発光素子３２とほぼ同じ大きさの貫通孔を形成する。

この中間層３０の材料を、第１支持体１０の第１導電層１４が形成された方の表面に密着させる。第１支持体１０の材料の表面に中間層３０の材料を密着させた後に発光素子３２とほぼ同じ大きさの貫通孔を形成してもよい。

その後、中間層３０の材料に形成された貫通孔に、発光素子３２を配置していく。発光素子３２をすべての貫通孔に配置した後、中間層３０の材料の第１支持体１０と反対側の表面に、第２支持体２０の第２導電層２４が形成された方の表面を密着させる。その後、熱ドラムで挟むことにより、加圧しながら加熱する。

このようにして形成した発光装置４０を、第１支持体１０および第２支持体２０が屈曲性を持つ範囲で変形された状態で設置する。つまり、第１支持体１０および第２支持体２０が、塑性変形したり割れを生じたりしない弾性変形の範囲で変形されて設置される。その後、発光装置４０に電源４２を接続する。

このような状態で、電源４２によって発光素子３２の電極３３，３４間に電圧が印加されることにより、発光素子３２は発光する。発光素子３２が発生した光は、中間層３０および第１支持体１０を透過する。つまり、その光は、発光装置４０の外部から視認されることになる。このように、本実施の形態では、平板状の発光装置４０を変形させた状態で発光させることができる。

また、第２支持体２０も透光性を持つため、発光素子３２が発生した光は発光装置４０の両面から放出される。さらに、発光素子３２以外の部分が透光性を持つため、あたかも宙に浮いているような光を発することができる。

発光素子３２自体が透光性を持つ場合には、第１支持体１０に設けられた第１導電層１４に接する第１電極３３を発光素子３２の端部よりも小さくしておくと、第１電極３３の端部の第１電極３３で覆われていない部分からも光が第１支持体１０に向かって放出される。その結果、発光装置４０の外部に到達する光量が増大する。

複数の発光素子３２は、電気的に並列に電源４２に接続されている。つまり、それぞれの発光素子３２の電極３３，３４には同じ電圧が印加される。その結果、発光素子３２が同じものであれば、それぞれの発光素子３２には同じ電流が流れ、それぞれの発光素子３２の発光強度は同じとなる。また、第１導電層１４および第２導電層２４には、発光素子３２の数に比例した電流が流れることになる。第１導電層１４および第２導電層２４にＩＴＯを用いると、ＩＴＯは電気抵抗が比較的大きいため、電気回路の安定化に寄与する。

第１支持体１０は屈曲性を持ち、中間層３０の厚さは発光素子３２に比べて小さい。このため、第１支持体１０は、発光素子３２を中心として外側に若干突出した状態に弾性変形する。この弾性変形によって、第１支持体１０は発光素子３２に向かって付勢された状態となる。その結果、第１導電層１４と電極３３との接触状態が向上し、接触抵抗が小さくなる。また、発光素子３２は、安定して支持される。

同様に、第２支持体２０も屈曲性を持つ。このため、第２導電層２４と第２電極３４との接触状態も向上し、接触抵抗が小さくなる。また、発光素子３２はさらに安定して支持される。

なお、発光装置４０全体を屈曲させる必要がない場合には、第１支持体１０あるいは第２支持体２０の一方を、硝子などの屈曲性を持たない材料で形成してもよい。この場合であっても、第１支持体１０および第２支持体２０のいずれかが屈曲性を持っていれば、第１支持体１０および第２支持体２０のいずれかは発光素子３２に向かって付勢された状態となり、接触抵抗の減少および安定した支持が図られる。

第１導電層１４および第２導電層２４の材料として、発光素子３２よりも柔らかいものを用いると、第１導電層１４および第２導電層２４が発光素子３２に押しつけられることによって、発光素子３２の外形に合わせて変形する。その結果、第１導電層１４および第２導電層２４と発光素子３２の電極３３，３４との接触状態が向上し、接触抵抗が減少する。
［第２の実施の形態］
図３は、本発明に係る発光装置の第２の実施の形態における一部拡大断面図である。

この発光装置４１は、第１の実施の形態の発光装置４０（図１参照）に、第３支持体５０と第２中間層６０と第２発光素子６２とを追加したものである。また、第１基体１２の第１導電層１４に対して反対側の面には第４導電層１５が設けられている。

第２発光素子６２は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。第２発光素子３２の両端部には、一対の電極３３，３４が設けられている。第２発光素子３２の電極３３，３４は、たとえば金で形成されている。

第３支持体５０は、平板状の第３基体５２と、第３基体５２の表面に設けられた第３導電層５４とからなる。第３基体５２は、屈曲性および透光性を有する。

第３基体５２は、たとえば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）、ポリエチレンサクシネート（ＰＥＳ）、アートン（ＡＲＴＯＮ）、アクリル樹脂などで形成することができる。第３基体５２の厚さは、たとえば１２５μｍ程度である。

第３導電層５４および第４導電層１５は、たとえば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などで形成される第３導電層５４および第４導電層１５の厚さは、たとえば１μｍ程度である。

第３支持体５０は、第３導電層５４が第１支持体１０の第４導電層１５と対向するように配置される。第１支持体１０第３支持体５０との間には、第２発光素子６２が配置される。第２発光素子６２の第１電極６３は、第３導電層５４に接している。第２発光素子３２の第２電極６４は、第１支持体１０の第４導電層１５と接している。

第２中間層６０は、第１支持体１０および第３支持体５０の間に充填されている。第２中間層６０は、透光性および屈曲性を持つ電気絶縁性の材料で形成される。ここで、透光性は、日本工業規格ＪＩＳＫ７１０５で測定した全光透過率が５０％以上であることが好ましい。第２中間層６０は、たとえばアクリル系エラストマーなどの熱可塑性樹脂で形成される。第２中間層６０の厚さは、第２発光素子６２の第１電極６３側の端部と第２電極６４側の端部の間の距離よりも小さく、たとえば１７５μｍないし２９０μｍである。

図４は、本実施の形態における発光装置の端部近傍の断面図である。

第３支持体５０の形状は、第１支持体１０および第２支持体２０とほぼ同じ大きさの長方形のシート状である。第３支持体５０は、第１支持体１０に対して第２支持体２０と同じ方向に少しずれて対向している。その結果、一方の端部では、第１導電層１４および第４導電層１５が露出している。また、他方の端部では、第２導電層２４および第３導電層５４が間隙を挟んで対向している。

端部で露出した第１導電層１４および第４導電層１５は、たとえばコネクタ７０によって互いに電気的に接続されている。間隙を挟んで対向している第２導電層２４および第３導電層５４には、それぞれ電源４２から延びた配線４４，４５が接続されている。

この発光装置４１は、たとえば以下の方法で製造される。

まず、第１基体１２となるポリエチレンテレフタラートのシートの両表面に、第１導電層１４および第４導電層１５となるＩＴＯの層をスパッタリングなどによって形成する。また、第２基体２２および第３基体５２となるポリエチレンテレフタラートのシートの一方の表面に、第２導電層２４および第３導電層５４となるＩＴＯの層をスパッタリングなどによって形成する。

次に、中間層３０および第２中間層６０の材料であるアクリル系エラストマーに発光素子３２あるいは第２発光素子６２とほぼ同じ大きさの貫通孔をそれぞれ形成する。この中間層３０および第２中間層６０の材料を、第１支持体１０の両面にそれぞれ密着させる。第１支持体１０の材料の両表面に第１中間層３０および第２中間層６０の材料を密着させた後に第１発光素子３２あるいは第２発光素子６２とほぼ同じ大きさの貫通孔を形成してもよい。

その後、中間層３０の材料に形成された貫通孔に、発光素子３２を配置していく。また、第２中間層６０の材料に形成された貫通孔に、第２発光素子６２を配置していく。第１発光素子３２をすべての貫通孔に配置した後、中間層３０の材料の第１支持体１０と反対側の表面に、第２支持体２０の第２導電層２４が形成された方の表面を密着させる。第２発光素子６２をすべての貫通孔に配置した後、第２中間層６０の材料の第１支持体１０と反対側の表面に、第３支持体５０の第３導電層５４が形成された方の表面を密着させる。その後、熱ドラムで挟むことにより、加圧しながら加熱する。

あるいは、第１の実施の形態における発光装置４０と同様のものを２種類製造しておき、それらを接着させることによって、本実施の形態の発光装置４１を製造してもよい。この場合、第１基体１２は、２枚の絶縁性のシートを貼りあわせたものとなる。

このようにして形成した発光装置４１を、第１支持体１０、第２支持体２０および第３支持体５０が屈曲性を持つ範囲で変形された状態で設置する。つまり、第１支持体１０、第２支持体２０および第３支持体５０のいずれもが、塑性変形したり割れを生じたりしない弾性変形の範囲で変形されて設置される。その後、発光装置４１に電源４２を接続する。

このような状態で、電源４２によって発光素子３２，６２の電極３３，３４間に電圧が印加されることにより、第１発光素子３２および第２発光素子６２は発光する。第１発光素子３２が発生した光は、第１中間層３０、第１支持体１０、第２中間層６０および第３支持体５０を透過し、第３支持体５０の外面から視認される。また、第１発光素子３２が発生した光は、第２支持体２０の外面からも視認される。同様に、第２発光素子６２が発生した光は、第３支持体５０の外面および第２支持体２０の外面から視認される。つまり、それらの光は、発光装置４１の外部から視認されることになる。

異なる中間層に配置された発光素子が発生した光は、外部に到達するまでに通過する媒体の材質・厚さが異なる。そこで、必要に応じて、それぞれの中間層に配置された発光素子に流す電流を変化させて、外部から視認される発光強度が同程度になるように調整してもよい。

また、第１支持体１０および第３支持体５０のいずれかが屈曲性を持っていれば、第１支持体１０および第３支持体５０のいずれかは第２発光素子６２を中心として外側に若干突出した状態に弾性変形する。この弾性変形によって、第１支持体１０および第３支持体５０のいずれかは、第２発光素子６２に向かって付勢された状態となる。その結果、第２発光素子６２の電極３４，３５のいずれかは、第４導電層１５あるいは第３導電層５４第１との接触状態が向上し、接触抵抗が小さくなる。また、第２発光素子６２は、安定して支持される。

同一の中間層３０，６０に配置された発光素子３２，６２同士を過度に近接させると、支持体１０，２０，５０の弾性変形による付勢が小さくなる。このため、電極３４，３５と導電層１４，１５，２４，５２との接触状態が悪化したり、発光素子３２，６２の支持の安定が損なわれる可能性がある。

しかし、本実施の形態のように近接させる発光素子３２，６２を異なる中間層３０，６０に配置することにより、それらの発光素子３２，６２の間に存在する第１支持体１０が弾性変形する。これにより、異なる中間層３０，６０に配置された発光素子３２，６２を近接して配置した場合であっても、電極３４，３５と導電層１４，１５，２４，５２との接触状態を適切に維持したり、発光素子３２，６２を安定して支持することができる。ただし、この場合であっても、異なる中間層３０，６０に配置された発光素子３２，６２を過度に近接させると、その間の第１支持体１０が十分に変形できない可能性もある。そこで、異なる中間層３０，６０に配置された発光素子３２，６２は、第１支持体１０の厚さ程度は離間して配置した方がよい。

さらに、異なる中間層３０，６０に配置された発光素子３２，６２を近接させて、第１支持体１０を挟んで少なくとも一部が重なるように配置してもよい。この場合であっても、第２支持体２０および第３支持体５０が屈曲性を持っていれば、第２支持体２０および第３支持体５０がそれぞれ弾性変形して、重なり合って配置された発光素子３２，６２を両端部側から付勢する。これにより、電極３４，３５と導電層１４，１５，２４，５２との接触状態は適切に維持され、発光素子３２，６２は安定して支持される。

このように、本実施の形態では、２つの中間層３０，６０を設け、それぞれの中間層３０，６０に発光素子３２，６２を配置しているため、発光素子３２，６２を非常に近接して配置することができる。つまり、各層での回路形成密度を低下させることができる。

その結果、発光素子の密度を高め、発光装置４１の発光強度を高めることができる。また、発光装置４１での発光によって描く図形、文字などの形態の自由度が高まる。さらに、異なる中間層３０，６０に配置された発光素子３２，６２として異なる色の光を発生させるものを用いると、混色によって多彩な色を発生させることができる。

また、発光ダイオードなどの発光素子３２，６２で異なる色を発生させるものは、素子の大きさが異なる場合がある。このような場合など、同一の中間層に高さの異なる発光素子を配置すると、高さの小さい発光素子はその両端部側の支持体での付勢がなくなり、電極３３，３４と導電層１４，１５，２４，５２との接触が維持できなくなったり、発光素子の支持の安定性が損なわれる可能性がある。しかし、本実施の形態のように、複数の中間層を設けることにより、高さが同じ発光素子のみを同一の中間層に配置することができる。その結果、高さの小さい発光素子も、その両端部側の支持体で十分に付勢することができ、電極と導電層との接触を適切に維持し、発光素子を安定して支持することができる。

本実施の形態では、第１中間層３０に配置された第１発光素子３２と第２中間層６０に配置された第２発光素子６２とを電気的に直列に接続しているが、これらを並列に電源に接続してもよい。この場合、たとえば第１支持体１０の両面が露出した部分で、第１導電層１４と第４導電層１５とを独立して、電源４２に接続すればよい。このように異なる中間層に位置する発光素子を並列に電源４２に接続することにより、それらの発光素子を互いに独立して制御することができる。また、異なる中間層に位置する発光素子を並列に電源４２に接続することにより、それぞれの導電層を流れる電流を高めることなくより高い発光強度が得られる。
［他の実施の形態］
上述の各実施の形態は単なる例示であり、本発明はこれらに限定されない。たとえば、上述の実施の形態では、発光素子が配置された層は、１層または２層としていたが、３層以上の積層構造としてもよい。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。

１０…第１支持体、１２…第１基体、１４…第１導電層、１５…第４導電層、２０…第２支持体、２２…第２基体、２４…第２導電層、３０…中間層、３２…発光素子、３３…第１電極、３４…第２電極、４０…発光装置、４１…発光装置、４２…電源、４４…配線、４５…配線、５０…第３支持体、５２…第３基体、５４…第３導電層、６０…第２中間層、６２…第２発光素子

Claims (2)

1. 屈曲性を有し透光性の一対の支持体と、
   前記支持体に設けられた一対の導電層と、
   前記一対の支持体間に挟まれ前記導電層にそれぞれ接続される一対の電極を備えた発光素子と、前記一対の支持体間に充填された透光性を持つ電気絶縁性の樹脂で形成された中間層と、を有し、
   前記支持体は前記発光素子を中心として外側に突出した状態に変形され、前記発光素子の一方の端部には、前記発光素子より面積が小さい電極が設けられ、かつ、断面形状において、前記中間層の樹脂が前記発光素子の前記一方の端部と前記電極側面周辺に亘って充填し、前記発光素子を中心として前記外側に突出した状態に変形された形状であり、前記発光素子から発光された光が前記支持体の両面から放出されることを特徴とする発光装置。
2. 前記導電層の材料が前記発光素子より柔らかく、前記導電層に前記発光素子が押しつけられることにより、前記導電層が前記発光素子の外形に合せて変形することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

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