JP4583956B2 - 面状光源装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、面状光源装置に関し、特に、発光ダイオード等の自発光型光源を用いた面状光源装置に関する。

面状光源装置は、均一な照度分布を必要とする用途に広く使われており、発光ダイオード等の自発光型光源を用いた面状光源装置もすでに実用化されている。面状光源装置を構成する面状光源要素は、通常、短冊や棹のような長方形や、正方形等の所定の形状に形成されている。しかし、用途によっては、照明装置が組み込まれる部分は決まっているため、これらの形状の面状光源要素を所望の形状に組合せ、更に各々の面状光源要素を電気的に配線して、任意の形状の面状光源装置を製作している。
特開２００３−１６７５４０号公報

このように任意の形状の面状照明装置を作成するためには、あらかじめ定められた形状の面状光源要素を組み合わせる必要があるため、組み立てられた面状照明装置の形状の自由度は低い。また、電気的な配線も煩雑であり、生産効率上も改善の必要があった。

本発明の目的は、任意の形状への成形が容易で、かつ最低限の電気配線で動作させることのできる面状光源装置を提供することにある。

本発明の面状光源装置の製造方法は、基板と、基板上に形成された光源とを備えた複数の単位基板が、少なくとも一方向に互いに隣接して配列され、接続部を介して一体に形成されている光源基板と、光源基板の面内方向に敷設された少なくとも１本の基幹配線であって、各々は接続部を介して隣接する単位基板間を延び、すべての単位基板を連結するように互いに接続されている基幹配線と、各単位基板内で基幹配線から分岐して、光源に駆動電力を供給する分岐配線とを有し、すべての単位基板は、互いに共通の位置に、基幹配線と接続されて、駆動電力の供給を受けるコネクタを有している面状光源集合体を準備するステップと、面状光源集合体を１以上の所定の接続部で切断するステップと、いずれかの基幹配線に電源を接続するステップとを有している。

このような構成の面状光源装置では、単位基板は接続部によって一体化されていればよく、その組み合わせ方に制約はない。したがって、面状光源装置を、面状光源装置が組み込まれる部分にあわせた形状に容易に形成することができる。また、すべての単位基板が基幹配線によって連結されているため、単位基板間の配線も不要である。

複数の単位基板は、格子状に互いに隣接して配列されていることが好ましい。

すべての単位基板は、互いに共通する２以上の位置にコネクタを有していてもよい。

面状光源装置の製造方法は、駆動電力を発生させる電源装置を、少なくとも一つのコネクタに接続するステップを含んでいてもよい。

接続部は、単位基板の一般部よりも切断強度が小さくなるように構成することができる。この場合、接続部は、単位基板の一般部よりも肉厚が小さくなるようにすることが好ましい。

光源は、複数の色の光源からなり、基幹配線および分岐配線は複数の色ごとに設けられているように構成することができる。光源は発光ダイオードとすることができる。

以上説明したように、本発明の面状光源装置は、面状光源装置が組み込まれる部分にあわせた形状に容易に形成されることができる。また、すべての単位基板が基幹配線によって連結されているため、単位基板間の配線も不要である。したがって、本発明によれば、任意の形状への成形が容易で、かつ最低限の電気配線で動作させることができる面状光源装置を提供することができる。

本発明の面状光源装置は、一般照明、看板などのサイン、表示板、非発光表示デバイスのバックライト等、面状光源が必要とされる広汎な用途に利用することができる。以下、図面を参照して本発明の面状光源装置の実施形態を詳細に説明する。

図１には、面状光源装置の平面図を示す。面状光源装置１は、複数の単位基板３が格子状に配列され、接続部１１を介して一体化されたシート状の光源基板２を有している。

図２には、図１に示す面状光源装置１の部分拡大平面図を示す。単位基板３は、基板４と、基板４上に形成された光源５ａ、５ｂと、定電流回路６（図６参照）と、コネクタ７ａ，７ｂとを備えている。各単位基板３をつなぐ基幹配線２１が、接続部１１を通って敷設されている。単位基板３の縦横比は本実施形態では約１：２であるが、これに限定されない。面状光源装置１の縦横比は、後述するように、単位基板３の縦横の配列数を調整することによって任意に設定することが可能で、四角形以外の形状にすることもできる。光源５ａ、５ｂ、定電流回路６、およびコネクタ７ａ，７ｂは、基板４の両面に設けることもできる。また、光源５ａ、５ｂ、定電流回路６、およびコネクタ７ａ，７ｂは、各単位基板３で共通の位置に設けられていることが好ましい。

光源５ａ、５ｂは、本実施形態では赤、緑、青の３色が一つのパッケージになった、いわゆるフルカラータイプの発光ダイオードであるが、単色タイプでもよく、白色ダイオードでもよい。搭載する光源の数は１つまたは３つ以上でもよい。光源としては、発光ダイオードの他、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）、小型電球等の自発光型光源を広く用いることができる。

コネクタ７ａ，７ｂは、光源５ａ、５ｂを駆動する電力を、光源基板２の外部に設けられた直流電源４１（図５参照）から供給するための接続端子で、各単位基板３の外周部に２箇所設けられている。コネクタは１つまたは３つ以上設けてもよい。

図３には、図２の３−３線に沿った単位基板および接続部の断面図を示す。単位基板３の基板４は上部基板４ａと下部基板４ｂとの積層構造で、上部基板４ａと下部基板４ｂとの間に基幹配線２１が敷設されている。上部基板４ａおよび下部基板４ｂは、金属板に絶縁物をラミネートしたいわゆるメタルコア基板や、窒化アルミニウム、セラミック等の放熱性の高いものが望ましいが、紙フェノールやガラスエポキシ等、従来から基板材料として使用されているものもよい。同図には示していないが、後述する分岐配線３１も上部基板４ａと下部基板４ｂとの間に形成されている。基幹配線２１および分岐配線３１は、後述するように色別の配線および接地用配線を有しているが、多層配線構造とすることによって互いに分離される。接続部１１には、上部基板４ａと下部基板４ｂの各々に切欠き１２ａ，１２ｂが設けられている。

図４には、接続部の部分平面図を示す。同図は、分かりやすいように接続部が分離された状態で示しているが、実際には、互いに隣接する単位基板３の外周部から張り出した複数の突起部１３同士が接続部１１で接合されて、一体に形成されている。接続部１１を貫通して延びる基幹配線２１同士も、同様に接続されている。基幹配線２１は、接続部１１で、突起部１３の形状にあわせて幅が絞られている。

このように、接続部１１には切欠き１２ａ，１２ｂが設けられ、かつ隣接する単位基板３同士は突起部１３だけで接合されているため、接続部１１は、基板４の接続部１１以外の部位である一般部に比べて断面積が小さくなっており、切断強度もこれに応じて低下している。このため、後述するように、単位基板３同士を接続部１１で容易に切断することができる。

面状光源装置の回路構成をさらに図面を参照して説明する。図５には、面状光源装置１の概略回路構成図を、図６には、単位基板のより詳細な回路構成図を示す。図５では、各光源の基幹配線および分岐配線は、単線で模式的に示している（接地側配線も図示を省略している。）。図５，６では、基幹配線２１は太線で、分岐配線３１は細線で各々示している。

図５を参照すると、基幹配線２１は、光源基板２すなわち各単位基板３の面内を、図中ｘ、ｙで示す、単位基板３の各辺に沿った互いに直交する２方向に敷設され、図中破線丸印で示す接続部１１を通って、ｘ、ｙ方向に、隣接する単位基板３間を延びている。また、ｘ方向の配線とｙ方向の配線とは、交点で電気的に接続されている。このような構成によって、すべての単位基板３は基幹配線２１によって電気的に連結されている。ｘ方向の基幹配線２１は光源５ａ、５ｂを避けるために迂回しているが、直線状でもよい。

各単位基板３内で、基幹配線２１は当該単位基板３内のコネクタ７ａ，７ｂと接続されている。図ではｘ方向の基幹配線２１がコネクタ７ａ，７ｂと接続されているが、ｙ方向の基幹配線２１が接続されていてもよい。光源基板２を構成するいずれか一つの単位基板３の、いずれか一方のコネクタ（図の場合左上の単位基板３のコネクタ７ａ）には直流電源４１が接続されている。直流電源４１はＰＷＭ(Pulse Width Modulation)回路によって各色光源のデューティー比を制御できる。

分岐配線３１は、各単位基板３内で基幹配線２１から分岐して、光源５ａ、５ｂに駆動電力を供給する。光源５ａ、５ｂは図５，６では直列に接続されているが、並列接続でもよい。図６を参照すると、光源５ａは第１の赤色光源５ａｒと、第１の青色光源５ａｂと、第１の緑色光源５ａｇからなり、光源５ｂは第２の赤色光源５ｂｒと、第２の青色光源５ｂｂと、第２の緑色光源５ｂｇからなっている。

定電流回路６は、光源５ａ、５ｂに定められた値の電流を安定的に流すための回路で、フィードバック回路等の点灯回路から構成されている。定電流回路６は、第１，第２の赤色光源５ａｒ，５ｂｒを制御する赤色光源定電流回路６ｒと、第１，第２の青色光源５ａｂ，５ｂｂを制御する青色光源定電流回路６ｂと、第１，第２の緑色光源５ａｇ，５ｂｇを制御する緑色光源定電流回路６ｇとからなっている。

コネクタ７ａ，７ｂは各々、赤色光用端子Ｖｒと、青色光用端子Ｖｂと、緑色光用端子Ｖｇと、接地端子Ｖｒｅｔとを備えている。赤色光用端子Ｖｒは、赤色光用の基幹配線２１および赤色光用の分岐配線３１を経由して、各単位基板３の第１の赤色光源５ａｒのアノード側に接続されている。第１の赤色光源５ａｒの下流側は第２の赤色光源５ｂｒに接続され、さらにその下流側は赤色光源定電流回路６ｒに接続されている。赤色光源定電流回路６ｒは、接地用の分岐配線３１および接地用の基幹配線２１を経由して、接地端子Ｖｒｅｔに接続されている。青色光用端子Ｖｂおよび緑色光用端子Ｖｇも同様の構成である。

なお、本発明の面状光源装置は以上説明した構成に限定されない。例えば、基幹配線および分岐配線は上部基板４ａと下部基板４ｂとの間に設けられているが、いずれか一方または両方は、基板の面上に設けられてもよく、この場合、基板の表面、裏面の一方または両方でもよい。すなわち、基板は多層基板である必要はない。また、基板は硬質材料である必要はなく、例えばフレキシブル基板のような可撓性のある基板でもよい。この場合、後述する面状光源集合体の分離は、切断場所を点線などで表示し、当該箇所をはさみで切断するようにしてもよい。

ここで、図７を参照して、面状光源装置１を任意の形状に形成する方法について説明する。まず、同図（ａ）に示すように、面状光源装置１が組み込まれる部分よりも大きな形状の面状光源集合体５１を用意する。面状光源集合体５１とは、基板４と、基板４上に形成された光源５ａ，５ｂとを備えた複数の単位基板３が、互いに隣接して配列され、接続部１１を介して一体化されている光源基板２と、光源基板２の面内方向に敷設された基幹配線２１であって、各々は接続部１１を介して隣接する単位基板３間を延び、すべての単位基板３が基幹配線２１によって連結されるように互いに接続されている基幹配線２１と、各単位基板３内で基幹配線２１から分岐して、光源５ａ，５ｂに駆動電力を供給する分岐配線３１とを有している面状光源の集合体である。次に、同図（ｂ）に示すように、面内照明装置１が組み込まれる部分にあわせて、面状光源集合体５１を切断する。面状光源装置１が組み込まれる部分が図中に太線で表示した部分であれば、図中破線丸印で示した接続部１１を切断する。次に、同図（ｃ）に示すように、いずれか一つのコネクタを直流電源４１に接続する。上述の説明から明らかな通り、すべての単位基板３は相互に電気的に接続されているため、どのコネクタを直流電源４１に接続してもよいが、通常は切断された面状光源集合体５１の外周部に面するいずれかのコネクタを接続するのが好ましい。このように、面状光源集合体５１をどのような形状に切断しても、すべての単位基板３は常に相互に電気的に接続される。

なお、面状光源集合体５１を個々の単位基板３に分割し、各単位基板３を一つの面状光源装置とすることも可能である。また、面状光源集合体５１を複数の光源基板２に分割し、あるいは複数の面状光源集合体５１から複数の光源基板２を形成し、これらを互いに組み合わせて一つの面状光源装置とすることも可能である。このような構成は、光源基板２同士の間隔をあけた面状光源装置を作製する場合に利用できる。この場合、光源基板２同士の接続は、各々の光源基板２の少なくとも１つのコネクタを適宜の方法で互いに接続すればよい。

次に、以上説明した面状光源装置１の制御方法について説明する。赤、青、緑のすべての光源を点灯させるには、赤色光用端子Ｖｒ、青色光用端子Ｖｂ、および緑色光用端子Ｖｇのすべての端子と接地端子Ｖｒｅｔとの間に、直流電流を流せばよい。これによって、単位基板に接続された全ての光源５ａ，５ｂが点灯し、直流電流のＯＮ／ＯＦＦによって点滅制御が可能となる。

赤の光源だけを点灯させるには、赤色光用端子Ｖｒと接地端子Ｖｒｅｔとの間のみに直流電流を流せばよい。これによって、第１の赤色光源５ａｒと第２の赤色光源５ｂｒとが点灯し、直流電流のＯＮ／ＯＦＦにより点滅制御が可能となる。青または緑の光源だけを点灯させる場合も同様である。赤と青、青と緑、緑と赤の光源だけを点灯させる場合も、同様に点灯させる光源だけに直流電流を供給すればよい。

赤色光、青色光、および緑色光の調光制御をするには、赤色光用端子Ｖｒ、青色光用端子Ｖｂ、および緑色光用端子Ｖｇの各端子と接地端子Ｖｒｅｔとの間に、ＰＷＭ回路によりデューティー比を制御された直流電流を流せばよい。これによって、全ての光源５ａ，５ｂがデューティー比に応じて点灯し、調光制御が可能となる。調光制御をするには、供給する電源の供給容量に応じて、制御する単位基板を増減してもよく、ＰＷＭ回路による電源制御だけではなく、別系統から直接定電流回路を制御して、光源の点灯を制御するようにしてもよい。

最後に、本発明の効果についてまとめて述べる。第一に、本発明の面状光源装置は、シート状の面状光源集合体を分割することによって、任意の形状に成形されることができる。すなわち、面状光源集合体は容易に切断可能な複数の単位基板の集合であり、照明装置が組み込まれる部分の形状にあわせて任意の接続部で切断して、面状光源装置を整形できるため、形状の自由度が大きい。第二に、各単位基板は基幹配線によって相互に接続され、どのように切断しても必ずすべての単位基板が電気的に接続されるので、単位基板同士の内部接続の必要がない。外部からの電源は、いずれかひとつのコネクタに接続するだけでよいので、配線作業がほとんど不要である。これは、生産効率の向上につながるだけでなく、配線自体の信頼性の向上にもつながる。第三に、接続部は切断容易な形状となっているので、任意の形状への成形作業が容易である。さらに、各単位基板を同一の構成とすることによって、面状光源集合体の製作を単純化することができ、異なるサイズの面状光源集合体の製作も容易となる。

本発明の面状光源装置の平面図である。 図１に示す面状光源装置の部分拡大平面図である。 図２の３−３線に沿った面状光源装置の断面図である。 接続部の部分平面図である。 面状光源装置の概略回路構成図である。 単位基板のより詳細な回路構成図である。 面状光源装置を任意の形状に形成する方法の説明図である。

符号の説明

１ 面状光源装置
２ 光源基板
３ 単位基板
４ 基板
５ａ、５ｂ 光源
６ 定電流回路
７ａ，７ｂ コネクタ
１１ 接続部
１２ａ，１２ｂ 切欠き
１３ 突起部
２１ 基幹配線
３１ 分岐配線
４１ 直流電源
５１ 面状光源集合体

Claims (8)

1. 基板と、該基板上に形成された光源とを備えた複数の単位基板が、少なくとも一方向に互いに隣接して配列され、接続部を介して一体に形成されている光源基板と、該光源基板の面内方向に敷設された少なくとも１本の基幹配線であって、各々は該接続部を介して隣接する該単位基板間を延び、すべての該単位基板を連結するように互いに接続されている基幹配線と、該各単位基板内で該基幹配線から分岐して、該光源に駆動電力を供給する分岐配線とを有し、すべての前記単位基板は、互いに共通の位置に、前記基幹配線と接続されて、前記駆動電力の供給を受けるコネクタを有している面状光源集合体を準備するステップと、
   前記面状光源集合体を１以上の所定の前記接続部で切断するステップと、
   いずれかの前記基幹配線に電源を接続するステップと、
   を有している、面状光源装置の製造方法。
2. 前記複数の単位基板は、格子状に互いに隣接して配列されている、請求項１に記載の面状光源装置の製造方法。
3. すべての前記単位基板は、互いに共通する２以上の位置に前記コネクタを有している、請求項１または２に記載の面状光源装置の製造方法。
4. 前記駆動電力を発生させる電源装置を、少なくとも一つの前記コネクタに接続するステップを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の面状光源装置の製造方法。
5. 前記接続部は、前記単位基板の一般部よりも切断強度が小さい、請求項１から４のいずれか１項に記載の面状光源装置の製造方法。
6. 前記接続部は、前記単位基板の一般部よりも肉厚が小さい、請求項５に記載の面状光源装置の製造方法。
7. 前記光源は、複数の色の光源からなり、
   前記基幹配線および前記分岐配線は前記複数の色ごとに設けられている、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の面状光源装置の製造方法。
8. 前記光源は発光ダイオードである、請求項１から７のいずれか１項に記載の面状光源装置の製造方法。

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