(57)【要約】【課題】発光ダイオードの発光効率を低下させる原因物質が発光ダイオードに取り込まれるおそれがなく、また、吸湿性が従来よりも低減された発光モジュールを提供する。【解決手段】透明ガラス板８、第１封止層７、複数個のＬＥＤ４が実装されたＬＥＤ基板６およびＬＥＤ封止層５を積層した。そして、ＬＥＤ封止層５の上に、厚さ０．０１２ｍｍのＰＥＴ基材に蒸着によってＳｉＯｘ蒸着膜がコーティングされてなる中間膜層３を積層した。その後、中間膜層３の上に、封止材である厚さ０．６ｍｍのＥＶＡシートを３枚積層した第２封止層２を設けた。そして、第２封止層２の上に厚さ５．０ｍｍの第２基板としての透明ガラス板１１を積層した。以上の各積層が完了した積層体を熱圧着装置に投入して、約１５０度で１時間の熱圧着処理を行い、封止剤であるＥＶＡを架橋させることで発光モジュール１を完成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、第１封止層と、複数個の発光ダイオードが実装された発光ダイオード基板と、発光ダイオードの光出射面を露出させて発光ダイオードを封止する発光ダイオード封止層と、第２封止層と、第２基板とが順次積層された構造を備えてなり、発光ダイオード基板と第１封止層または第２封止層との間に、実装された発光ダイオードの光出射面を覆うとともに該光出射面からの出射光の透過を確保する一方でガス状物質の透過を阻止する中間膜層が設けられていることを特徴とする発光モジュール。
【請求項２】
中間膜層は、ＰＶＡフィルムからなる層、ＰＶＡフィルムにＳｉＯｘがコーティングされてなる層、またはＰＥＴフィルムにＳｉＯｘがコーティングされてなる層である請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
中間膜層は、実装された発光ダイオードの光出射面を覆う１枚の方形フィルムまたは複数枚の短冊状フィルムからなっている請求項１または２に記載の発光モジュール。
【請求項４】
中間膜層は、その厚さが０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍである請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光モジュール。
【請求項５】
中間膜層は、実装された発光ダイオードの光出射面と接している請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光モジュール。
【請求項６】
第１基板および第２基板は、少なくとも一方が透明基板である請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光モジュール。
【請求項７】
透明基板と第１封止層または第２封止層との間に半導体光電変換層が設けられている請求項６に記載の発光モジュール。
【請求項８】
第１封止層、発光ダイオード封止層および第２封止層は、ＥＶＡシートからなっている請求項１〜７のいずれか１つに記載の発光モジュール。
【請求項９】
発光ダイオード封止層は、発光ダイオード露出用の穴が開けられたＥＶＡシートからなり、第１封止層および第２封止層は、このような穴が開けられていないＥＶＡシートからなっている請求項８に記載の発光モジュール。
【請求項１０】
発光ダイオード露出用の穴が開けられたシートは、その厚さが実装された発光ダイオードの高さよりも０．２ｍｍ〜０．５ｍｍだけ薄い請求項９に記載の発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光モジュールに関するものであり、さらに詳しくは、太陽電池やその他の電池と組み合わせて例えば照明装置や案内標識などに使用することのできる発光モジュール、特に複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）が含まれている発光モジュールの改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年において、ＬＥＤが含まれている発光モジュールは、低消費電力、長寿命などの観点からその市場が急速に拡大している。このような発光モジュールの１つの例としては、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１８１０５号公報
【０００４】
また、ＬＥＤが含まれている発光モジュールの別の例としては、第１基板と、第１封止層と、絶縁基板に配線パターンが形成され、この配線パターンに対応して複数個のＬＥＤが実装されているＬＥＤ基板と、ＬＥＤの光出射面を露出させてＬＥＤを封止するＬＥＤ封止層と、第２封止層と、第２基板とが順次積層されてなるものが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような発光モジュールでは、第１封止層および第２封止層を構成する材料として例えばＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）シートが使用されている。このため、ＥＶＡの主剤である酢酸ビニルまたは添加剤である架橋剤および紫外線吸収剤が、ＬＥＤの発光により生じる紫外線および発熱作用によって一部分解されることがある。分解により生じた物質は、低分子のガス状態にあってＬＥＤの発光効率を低下させる原因物質になる。
【０００６】
例えば白色光を発するＬＥＤの場合には、長期寿命(長期信頼性)を確保するためにＬＥＤ封止層の封止剤として透明なシリコーン樹脂を用いるのが一般的である。しかしながら、シリコーン樹脂は、多孔性樹脂であり、ガス透過率が高く、ＬＥＤの発光効率を低下させるガス状の前記原因物質を透過させてしまう性質を有している。
【０００７】
また、封止剤であるＥＶＡは、厚さが厚いほど吸湿し易くなる性質を有している。そして、吸湿した場合には、白濁することで発光モジュールの発光特性を低下させるとともに、ＬＥＤおよびＬＥＤを実装しているＬＥＤ基板の配線部の腐食を招くおそれがある。さらに、発光モジュールの中に発電用として太陽電池を封入した場合には、吸湿したＥＶＡによって、太陽電池における電極部の変色や発電性能の低下が起きることがある。
【０００８】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、発光ダイオードの発光効率を低下させる原因物質が発光ダイオードに取り込まれるおそれがなく、また、吸湿性が従来よりも低減された発光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、第１基板と、第１封止層と、複数個の発光ダイオードが実装された発光ダイオード基板と、発光ダイオードの光出射面を露出させて発光ダイオードを封止する発光ダイオード封止層と、第２封止層と、第２基板とが順次積層された構造を備えてなり、発光ダイオード基板と第１封止層または第２封止層との間に、実装された発光ダイオードの光出射面を覆うとともに該光出射面からの出射光の透過を確保する一方でガス状物質の透過を阻止する中間膜層が設けられていることを特徴とする発光モジュールが提供される。
【００１０】
中間膜層は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の封止剤（例えばシリコーン樹脂）の表面に発光モジュールの封止剤（例えばＥＶＡ）が直接接しないようにするものである。また、中間膜層は発光モジュールにおける封止層の積層を分断する構造を兼ねるものとなる。
【００１１】
ここで、中間膜層としては例えば、ＰＶＡ（ポリ酢酸ビニル）フィルムからなる層、ＰＶＡフィルムにＳｉＯｘがコーティングされてなる層、またはＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムにＳｉＯｘがコーティングされてなる層などが好ましく使用される。
【００１２】
中間膜層は例えば、実装された発光ダイオードの光出射面を覆う１枚の方形フィルムまたは複数枚の短冊状フィルムなどが好ましく使用される。
【００１３】
中間膜層は、その厚さが０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍであるのが好ましい。厚さが０．０１ｍｍに満たないときにはフィルムの取り扱いが容易ではなく、一方、０．０５ｍｍを超えるときには発光ダイオードからの出射光の透過が不充分になるおそれがあるからである。
【００１４】
中間膜層は、ガス状物質の透過をいっそう確実に阻止するために、実装された発光ダイオードの光出射面と接しているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明にあっては、発光ダイオード基板と第１封止層または第２封止層との間に、ガス状物質の透過を阻止する中間膜層、すなわちガスブロック性能を有する中間膜層が配置されている。これにより、ＬＥＤの封止剤（例えばシリコーン樹脂）が発光モジュールの封止剤（例えばＥＶＡ）に接することがなくなり、ＬＥＤの発光効率の低下を招く封止剤の分解成分がＬＥＤに取り込まれるおそれがなくなる。さらに、配置された中間膜層は発光モジュールに用いる封止層の積層を分断する構造を兼ねるものとなる。そして、分断されていない封止層の厚さを薄くすることが可能になることから、吸湿性を低減する効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための３つの実施形態について説明する。なお、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。
【００１７】
実施形態１
実施形態１を図１〜図６に基づいて説明する。図１に示されたように、厚さ５．０ｍｍの第１基板としての透明ガラス板８に、封止材である厚さ０．６ｍｍのＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）シートを２枚積層した第１封止層７を設けた。次いで、第１封止層７に多数の発光ダイオード（ＬＥＤ）４を実装したＬＥＤ基板６を積層し、ＬＥＤ４へ電力を供給するための配線を施した。
【００１８】
その後、ＬＥＤ基板６の上に、厚さ０．６ｍｍであってφ１０．０ｍｍのＬＥＤ露出用の穴１０が穴開け加工より複数個施された封止材であるＥＶＡシートを３枚積層して、ＬＥＤ封止層５を設けた。ＬＥＤ封止層５の積層厚さは、例えば実装後のＬＥＤ４の高さが２．０ｍｍである場合には、０．６ｍｍ×３＝１．８ｍｍとなり、実装後のＬＥＤ高さよりも２．０ｍｍ−１．８ｍｍ＝０．２ｍｍだけ低いものとなる。
【００１９】
次いで、ＬＥＤ封止層５の上に、厚さ０．０１２ｍｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム基材に蒸着によってＳｉＯｘ（シリカ）蒸着膜がコーティングされてなる中間膜層３を積層した。この実施形態では、中間膜層３としては、三菱樹脂株式会社製の商品名「テックバリアＴＣＢ-ＨＩ３」のものを使用し、ＳｉＯｘ非蒸着面がＬＥＤ４の上面である光出射面に接するように配置した。この状態を示す概略断面図が図４である。
【００２０】
その後、中間膜層３の上に、封止材である厚さ０．６ｍｍのＥＶＡシートを３枚積層した第２封止層２を設けた。そして、第２封止層２の上に厚さ５．０ｍｍの第２基板としての透明ガラス板１１を積層した。
【００２１】
以上の各積層が完了した積層体を熱圧着装置に投入して、約１５０度で１時間の熱圧着処理を行い、封止剤であるＥＶＡを架橋させることで発光モジュール１を完成した。
【００２２】
この熱圧着による封止・接着作用により、それぞれのＬＥＤ４の周囲に設けられた空間が周囲からのＥＶＡの流入により塞がれて封止・接着され、ＬＥＤ４の光出射面が中間膜層３で被覆され、中間膜層３の上面からはさらに封止剤であるＥＶＡで封止される。
【００２３】
実装後のＬＥＤ４の高さとＬＥＤ封止層５の厚さとの間における上記のような関係は、次のような理由によるものである。
【００２４】
すなわち、ＬＥＤ４の高さとＬＥＤ封止層５の厚さとの差が０．２ｍｍより小さいときには、製造時のバラツキ（例えばＬＥＤ４の実装高さバラツキ）により中間膜層３がＬＥＤ４の光出射面に接しない構造となってしまい、充分なガスバリア機能を果さないことがある。一方、この差が０．５ｍｍより大きいときには、積層された中間膜層３が大きく変形して、第２封止層２の中に気泡やシワが発生するため、接着不良・外観不良が発生してしまうおそれがある。さらに、この実施形態で使用したＰＥＴ基材にＳｉＯｘ蒸着を施した中間膜層３の場合には、中間膜層３の変形する角度が大きくなると、表面の蒸着膜にクラックが発生して、充分なガスバリア機能を果さなくなってしまうことがある。
【００２５】
従って、ＬＥＤ４の実装高さと、ＬＥＤ露出用の穴１０を穴開け加工により施したＬＥＤ封止材５の厚さとの差は、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍであることが好ましく、０．２ｍｍ〜０．３ｍｍであればいっそう好ましい。
【００２６】
この実施形態では、中間膜層３としてＰＥＴ基材にＳｉＯｘ蒸着を施したものを用いたが、中間膜層は、ガスバリア性を有するフィルムであれば他のものであってもよい。例えば、ＰＶＡフィルム、ＰＶＡフィルム＋ＳｉＯｘコートフィルムなどを用いても同様の効果が得られるものである。
【００２７】
また、中間膜層３の平面サイズは、この実施形態においては発光モジュールの外形平面寸法と同サイズで作製したが、ＬＥＤ４の光出射面を確実にカバーすることができれば、いかなるサイズでもよい。例えば、複数枚の短冊状カバーフィルムをＬＥＤ４の配列に従って配置してもよい。
【００２８】
さらに、この実施形態で用いた封止剤はＥＶＡであるが、ＥＶＡ以外の封止剤、例えばポリオレフィン系の熱圧着性樹脂、ＥＥＡやＥＡＡなどの熱圧着性樹脂などを用いても同様の効果を得ることができる。
【００２９】
なお、この実施形態において、封止材であるＥＶＡシートは０．６ｍｍの厚さのものを使用したが、その他の厚さのＥＶＡシートや例えばポリオレフィン系封止材を用いても同様の効果を得ることができる。
【００３０】
また、この実施形態では、第１基板および第２基板として透明ガラス板８・１１を使用したが、例えばポリカーボーネート板やアクリル板のようなプラスチック製透明基板を用いてもよい。さらに、透明ガラス板８・１１に代えて、不透明あるいは半透明のガラス板、プラスチック板、フィルムまたはシートを用いてもよい。
【００３１】
実施形態２
次に、実施形態１の積層体を基本として、封止層の中に半導体光電変換層を配置した発光モジュールの実施形態２を説明する。
【００３２】
図２に、実施形態２に係る発光モジュールの概略断面図を示す。実施形態１の積層体と同じように、透明ガラス板８、第１封止層７、複数個のＬＥＤ４が実装されたＬＥＤ基板６、ＬＥＤ封止層５および中間膜層３を積層した。
【００３３】
次に、中間膜層３の上に、封止材である厚さ０．６ｍｍのＥＶＡシートを３枚積層した別の封止層１３を設けた。そして、この封止層１３の上に、半導体光電変換層としての光透過型太陽電池９をその発電面が上になるように配置した。さらに、太陽電池９の上に、封止材である厚さ０．６ｍｍのＥＶＡシートを２枚積層した第２封止層１２を設けた。そして、第２封止層１２の上に厚さ５．０ｍｍの第２基板としての透明ガラス板１１を積層した。
【００３４】
以上の各積層が完了した積層体を熱圧着装置に投入して、約１５０度で１時間の熱圧着処理を行い、封止剤であるＥＶＡを架橋させることで、発電機能を持ち合わせた発光モジュール２１を作製した。
【００３５】
この実施形態で作製した発電機能を持ち合わせた発光モジュール２１は、太陽電池９の発電面を所定方向へ向けて、主に建物の壁面などに設置して利用される。すなわち、昼間には太陽光によって太陽電池９で発電が行われ、その発電された電気が蓄電池システムで蓄電されるかまたは系統と連携して電力会社などへ売電される。夜間は、前記蓄電池システムに蓄えられた電気により、あるいは系統からの商用電力を受けて、ＬＥＤ４が発光する。ＬＥＤ４からの光は、光透過型太陽電池９の光透過部から透明ガラス板１１を経て外部へ出るので、照明（イルミネーション）として使用される。
【００３６】
実施形態３
次に、実施形態２と同様の構造であって、ＬＥＤの出射方向が実施形態２とは反対になるように半導体光電変換層を封止層の中に配置した発光モジュールの実施形態３を説明する。
【００３７】
図７に、実施形態３に係る発光モジュールの概略断面図を示す。厚さ５．０ｍｍの第２基板としての透明ガラス板１１の上に、封止材である厚さ０．６ｍｍのＥＶＡシートを２枚積層した第２封止層１２を設けた。次に、第２封止層１２の上に、半導体光電変換層としての光透過型太陽電池９をその発電面が下になるように配置した。
【００３８】
さらに、太陽電池９の上に、実施形態２と同じように、第１封止層７、複数個のＬＥＤ４が実装されたＬＥＤ基板６、ＬＥＤ封止層５および中間膜層３を積層した。
【００３９】
次に、中間膜層３の上に、封止材である厚さ０．６ｍｍのＥＶＡシートを３枚積層した別の封止層１３を設けた。そして、この封止層１３の上に、厚さ５．０ｍｍの第１基板としての透明ガラス板８を積層した。
【００４０】
以上の各積層が完了した積層体を熱圧着装置に投入して、約１５０度で１時間の熱圧着処理を行い、封止剤であるＥＶＡを架橋させることで、発電機能を持ち合わせた発光モジュール３１を作製した。
【００４１】
この実施形態で作製した発電機能を持ち合わせた発光モジュール３１は、太陽電池９の発電面を例えば上方へ向けて、すなわち、透明ガラス板１１を上方へ向けて、主に建物の庇などに設置して利用される。ＬＥＤ４からの光は透明ガラス板８を経て外部（例えば下方）へ出る。
【００４２】
実施形態１〜３に係る発光モジュール１・２１・３１は、封止剤であるＥＶＡがきわめて安価であり、かつ、長期信頼性を確保することができるので、低コストで高信頼性の発光モジュールを提供することができる。
【００４３】
さらに配置された中間膜層３は、発光モジュール１・２１・３１に用いる封止層の積層を分断する構造を兼ねるものとなり、分断されていないＥＶＡの厚さを薄くすることが可能になることから、ＥＶＡの吸湿性を低減する効果も得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明による発光モジュールは、その利用範囲が例えば建築物の壁面や庇、自動車のＴＯＰライト部などのように広いものである。また、発電機能を持ち合わせた発光モジュールは、昼間には太陽光を受光することにより発電し、夜間には発光ダイオードにより発光することが可能になり、照明装置や案内標識などとして利用することのできる環境配慮型商品である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る発光モジュールの概略縦断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態２に係る発光モジュールの概略縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１または実施形態２に係る発光モジュールを構成する発光ダイオード封止層の平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態１または実施形態２に係る発光モジュールの一部の概略縦断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態１または実施形態２に係る発光モジュールを構成する発光ダイオードおよび発光ダイオード基板の平面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態１または実施形態２に係る発光モジュールを構成する中間膜層の平面図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態３に係る発光モジュールの概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    ：      発光モジュール
２    ：      第２封止層
３    ：      中間膜層
４    ：      発光ダイオード（ＬＥＤ）
５    ：      発光ダイオード封止層
６    ：      発光ダイオード基板
７    ：      第１封止層
８    ：      透明ガラス板（第１基板）
９    ：      半導体光電変換層（太陽電池）
１０  ：      発光ダイオード露出用の穴
１１  ：      透明ガラス板（第２基板）
１２  ：      第２封止層
１３  ：      別の封止層
２１  ：      発光モジュール
３１  ：      発光モジュール
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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