JP6133296B2 - ３ｄトポグラフィを含むワイヤベースの照明モジュール - Google Patents

Description

本発明は、格子形状照明モジュール及びこのような格子形状照明モジュールの製造方法に関する。

様々なアプリケーションについて、比較的広範な面積に亘って均一な照明を提供することが所望されている。このようなアプリケーションには、例えばＬＣＤタイプのフラットスクリーンテレビセットのバックライトや、照明及び／又は雰囲気を形成するための大面積照明器具が含まれる。このような均一な照明は、冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ）等の従来の光源を用いて実現することができる。しかしながら、ＣＣＦＬベースの発光パネルは、ある程度の厚みを有する必要がある。

より薄い発光パネルを提供するために、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）を用いることが知られている。ＬＥＤのアレイを、非常にコンパクトな（薄い）の発光パネルを提供するプリント回路基板（ＰＣＢ）上に配置して、比較的大きな面積に亘って均一な光を提供することができる。
しかしながら、この構成は、ＰＣＢのコストがこのＰＣＢ上に搭載されるＬＥＤのコストよりも高くなる場合があり、特に非常に大きなパネルについてコストのかかるソリューションとなる。

特許文献１には、コストのかかるＰＣＢを用いずにＬＥＤのアレイを設ける別の方法が提示されている。特許文献１によれば、ＬＥＤの代わりに、並列導電性ワイヤのアレイが搭載されている。互いに隣接する導電性ワイヤにＬＥＤを取り付けた後に、ワイヤのアレイは、ＬＥＤアレイ格子を形成するように幅方向に延伸される。

特許文献１は、大面積ＬＥＤアレイを製造するコスト効率の良い方法を提供するが、その方法は、例えば機械的特性の観点からＬＥＤアレイの性能をさらに改善することが所望されている。

国際公開第２００７／１２２，５６６号

従来技術の上述した及びその他の欠点に鑑みて、本発明の概略的な目的は、発光パネル用の改良された照明モジュールを提供することであり、具体的には向上した機械的特性を示す照明モジュールを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、格子形状照明モジュールが提供される。当該モジュールは、ノードを含む格子を規定する複数の導電性ワイヤと、複数の固体光源であって、各光源が、ノードのそれぞれに配置されており、且つ複数の導電性ワイヤのうちの２つの導電性ワイヤに接続されている、固体光源と、を備えており、この導電性ワイヤは、格子形状照明モジュールが３Ｄトポグラフィを形成するようにプリーツ加工される。
導電性ワイヤの各々は、複数のプリーツを形成するようにプリーツ加工されており、各プリーツは、互いに隣接する２つの固体光源の間に配置される。
間隔（精度）の信頼性を高めるために、導電性ワイヤの各々は、導電性ワイヤに接続されたそれぞれ互いに隣接する固体光源のペアの間に少なくとも１つのプリーツを形成するようにプリーツ加工される。

「固体光源」は、本願の文脈において、電子と正孔との再結合によって光が生成されるような光源を意味すると理解すべきである。固体光源の例としては、発光ダイオード（ＬＥＤｓ）及び半導体レーザを含む。
導電性ワイヤ、有利には金属ワイヤは、プリーツを形成するように曲げられてもよい。プリーツは、丸められているか、又は導電性ワイヤの特性及び／又は格子形状照明モジュールの使用目的に応じて多少なりとも鋭いコーナー部を有してもよい。

格子形状照明モジュールに含まれる固体光源の位置は、平面又は湾曲面等の空間に光源面を一緒に、少なくともほぼ一緒に規定してもよく、プリーツは、光源面から垂直に延びてもよい。
本発明は、ワイヤベースの格子形状照明モジュールの機械的安定性が、導電性ワイヤを曲げたり又はプリーツ加工することによって改善され、且つ格子形状照明モジュールの得られた３次元トポグラフィによって、発光装置他の部分に関して固体光源を位置決めする及び／又は固体光源を保護するためにさらに利用できるようにするという認識に基づいている。

具他的には、格子形状照明装置の様々な実施形態は、例えば反射器と拡散器との間に挟まれたときに、照明パネルの剛性を高めることができる。
また、格子形状照明モジュールは、「音響的に透明」であると考えることができるような開放構造(open grid)である。吸音材がパネルの背後に配置されており、格子形状照明モジュール通じて自由に伝搬する音波がこの吸音材により吸収されるので、本発明の様々な実施形態に係る格子形状照明モジュールは、発光吸音パネルの使用に非常に適している。

格子状光源アレイの３Ｄトポグラフィが、固体光源を反射シートから離間させて用いることができるので、本発明の様々な実施形態に係る格子形状照明モジュールを有する照明パネルを薄くすることができ、それによって、光の広がりを増大させて、より薄い照明パネルが均一な光を放射するように構成することができる。
さらに、熱交換領域が固体光源の所与の密度を増大させるので、改善された熱放散を提供することができる。熱放散は、３Ｄ構造体をヒートシンクにステープル留めすることによってさらに改善することができる。概して、三次元構造体は、格子形状照明モジュールへの構成要素の容易な取り付けを可能にする。

互いに隣接する固体光源同士間にプリーツを配置することにより、プリーツは、反射器及び／又は拡散器等の別の構造体又は光学素子に関して固体光源を間隔を置いて配置するように便利に用いることができる。プリーツはすべて、固体光源によって規定された光源面から実質的に同じ伸長を有しており、固体光源及び別の素子の間で実質的に同じ距離で提供されており、又はプリーツは、空間的に変化する距離が所望される場合には、光源面から様々な伸長を示すことができる。

様々な実施形態によれば、さらに、導電性ワイヤの各々は、複数のプリーツを形成することができ、少なくとも３つのプリーツが、互いに隣接する２つの固体光源の間に配置されている。

これにより、プリーツは、信頼性の高い配置間隔による機能性が、光源面から「上方」及び「下方」の両方で実現できるように構成することができる。これは、プリーツがいわゆる折畳み式のプリーツのように配置されている場合であり、すなわち、方向性が交互に入れ替わるようなプリーツを指すような場合である。
配置間隔は、追加の構成要素を用いずに、導電性ワイヤのみを用して実現することができる。しかしながら、導電性ワイヤが、格子形状照明モジュールを離間して配置する構造体に接触する場合のシャドウ効果を回避するために、さらなる間隔を空ける間隔構成要素を追加することが有利であり得る。このようなさらなる間隔構成要素は、好ましくは、光学的に透明であり、格子形状照明モジュールを離隔するか、又はその製造中に格子形状照明モジュールに追加されるように構造体に含められる。

用語「光学的に透明」は、「入射光の少なくとも一部を通過させる」ことを意味すると理解すべきであり、「完全に」透明な状態だけでなく、部分的に透明（半透明）な状態も含む。
また他の実施形態について、プリーツを折畳み式プリーツとして形成することは、機能性の観点、製造の観点の両方から有利であり得る。

本発明の様々な実施形態に係る格子形状照明モジュールは、さらに、光学的に透明な第１シート及び第２シートをさらに含む発光装置に有利に含まれてもよく、ここで、格子形状照明モジュールは、第１及び第２シートの間に挟まれており、固体光源によって放射された光が、第１シートを通過するように配置される。
発光装置は、例えば大面積照明パネルであってもよい。このような大面積照明パネルは、例えばオフィスや家庭環境において、例えば日光代替品として用いることができる。

様々な実施形態によれば、第２シートは、格子形状照明モジュールに対向する反射面を有してもよく、格子形状照明モジュールは、固体光源が、第２シートの反射面に向けて光を放射するように向き合わせするように配置してもよく、その光は、第１シートに向けて反射される。
固体光源と光拡散シートとの間の距離は、均一な光パターンを提供するために固体光源のピッチにほぼ等しくしなければならないという一般的な経験則がある。光拡散シートの反対側の光反射シートから固体光源を離間させるために、本発明の様々な実施形態に係る格子形状照明モジュールの３Ｄトポグラフィを用いることによって、光源と光拡散シートとの間の光学距離を増大させることができるが、これは、依然として均一な照明を提供するような薄い照明パネルを提供する。

様々な実施形態によれば、発光装置は、第１シートと第２シートとの間に挟まれたセル状空間構造体をさらに含むことができ、このセル状空間構造体は、第１シートと第２シートとの間に複数のセルを形成する。格子形状照明モジュールは、この格子形状照明モジュールに含まれる固体光源の各々が、複数のセルの対応する１つに設けられるように配置してもよい。
ハニカム構造体とすることができるセル状空間構造体は、発光装置の構造強度を増大することができ、格子形状照明モジュールの支持をさらに提供することができる。また、セル状空間構造体の壁部は、発光装置のグレアを低減することができる。

具体的には、格子形状照明モジュールは、各導電性ワイヤが、それぞれ互いに隣接するＬＥＤ等の固体光源のペアの間に少なくとも１つのプリーツを形成するように構成することができる。プリーツの間隔は、プリーツが、ハニカム状構造体のセル内に固体光源を位置決めするように、ハニカム状構造体のセル状隔壁の間隔に適合させることができる。
さらなる実施形態によれば、格子形状照明モジュールの導電性ワイヤの各々は、複数のプリーツを形成することができ、少なくとも３つのプリーツが、互いに隣接する２つの固体光源の間に配置されている。格子形状照明モジュールは、プリーツの少なくとも１つが、第１及び第２シートのうちの一方と接触するとともに、プリーツの少なくとも２つが、第１及び第２シートのうちの他方と接触するように第１シートと第２シートとの間に挟まれる。

本発明の第２の態様によれば、３Ｄトポグラフィを有する格子形状照明モジュールを製造する方法が提供される。当該製造方法は、ワイヤの長さ方向に対して直交する幅方向に延びる幅を有するワイヤのアレイを形成するために、複数の導電性ワイヤを並行して配置するステップであって、幅方向及び長さ方向が初期アレイ面を規定する、配置するステップと；複数の固体光源をワイヤのアレイ上に配置して、固体光源の各々を少なくとも２つの互いに隣接するワイヤに電気的に結合するステップと；初期アレイ面に対して垂直方向に延びるプリーツを形成するように、ワイヤのアレイをプリーツ加工するステップと；ワイヤのアレイ延伸して、ワイヤのアレイの幅を増大させるステップと；を含む。

この方法によって、３Ｄトポグラフィを有する格子形状固体光源アレイを製造するのに便利で合理的な方法が提供される。
本発明の様々な実施形態に係る方法のさらなる効果及び変形形態は、本発明の第１の態様に関連して上述した構成と大部分は類似している。

本発明の様々な実施形態に係る発光パネルの例示的な用途を概略的に示す図であり、部屋の照明用の発光パネルの形態を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る発光パネルの概略的且つ部分的な切断斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る発光パネルの概略的且つ部分的な切断斜視図である。 本発明の例示的実施形態に係る製造方法のフローチャートである。 図４の方法の対応するステップの結果を概略的に示す図である。 図４の方法の対応するステップの結果を概略的に示す図である。 図４の方法の対応するステップの結果を概略的に示す図である。

本発明のこれらの態様及び他の態様を、本発明の現在の好ましい実施形態を示す添付図面を参照しながら、より詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る格子形状照明モジュールの実施形態の例示的な用途を示す図であり、部屋３の天井２に配置された発光パネル１の形態を示している。発光パネル１は、日光代替品として意図されており、均一な白色光を放射する。

図１の発光パネルの概略的な切断斜視図である図２を参照して、第１の例示的な実施形態に係る発光パネル１は、光拡散フォイル１０（又は薄い蛍光体膜）の形態の第１シートと、光反射フォイル１１の形態の第２シートと、ハニカム状支持構造体１２と、格子形状照明モジュール１３とを備える。ハニカム状支持構造体１２と格子形状照明モジュール１３とが、図２に示されるように、光拡散フォイル１０と光反射フォイル１１との間に挟まれている。

また、図２に示されるように、格子形状照明モジュール１３は、複数の導電性ワイヤを備えており、ここで、金属ワイヤ１５ａ，１５ｂ（２つのワイヤのみが、図面の混乱を避けるために、参照番号が割り当てられている）によって、ノード１６ａ〜１６ｃを含む格子と、複数の固体光源とが規定される。ここで、各ＬＥＤ１７ａ〜１７ｃは、ノード１６ａ〜１６ｃのぞれぞれに配置されており、且つノード１６ａ〜１６ｃにおいて互いに隣接する金属ワイヤに電気的且つ機械的に接続されている。また、図２に確認されるように、金属ワイヤ１５ａ，１５ｂは、これら金属ワイヤに接続された互いに隣接するＬＥＤ１７ａ〜１７ｃの間で（金属ワイヤの一方にのみプリーツの参照符号を付した）プリーツ１８ａ，１８ｂを形成するように、曲げられている。

格子形状照明モジュール１３は、プリーツ１８ａ，１８ｂにおいてハニカム状支持構造体１２の壁部によって支持されており、それによって、発光ダイオード１７ａ〜１７ｃは、光拡散フォイル１０と光反射フォイル１１との間に間隔を置いて配置されており、且つ光反射フォイル１１に向けられている。こうして、ＬＥＤ１７ａ〜１７ｃによって放射された光は、ＬＥＤ１７ａ〜１７ｃから光反射フォイル１１に、次に光反射フォイル１１から光拡散フォイル１０に伝搬する。これは、発光パネル１が比較的薄く形成されており、依然として均一な照明を提供することができることを意味している。

なお、図２（以下で参照する図３も同様）は、図１の発光パネル１の簡略図であり、格子形状照明モジュール用のドライバ及び電気コネクタ（複数可）等の様々な構造体と、発光パネル１を天井２に装着するための構造体とが、明確に示されていないことに留意すべきである。しかしながら、このような構造体は、当業者には明らかな多くの様々な方法で提供することができる。発光パネルは、有利には吸音材料も含むことができる。

図３は、図２を参照して上述した第１の実施形態とは異なる第２の実施形態に係る発光パネル１を示しており、図３の発光パネル１は、セル状支持構造体を有しておらず、格子形状照明モジュールの構成が異なっている。図３の格子形状照明モジュール２３では、金属ワイヤ１５ａ，１５ｂは、互いに隣接するＬＥＤ１７ａ〜１７ｃの間に３つのプリーツ２８ａ〜２８ｃを形成するように曲げられる。図２の実施形態のように、プリーツ２８ａ〜２８ｃは、折畳み式のプリーツであり、光反射フォイル１１に向けられたセンタープリーツ２８ｂと、光拡散フォイル１０に向けられた２つのサイドプリーツ２８ａ，２８ｃとを有する。ここで示されている例示的な実施形態では、サイドプリーツ２８ａ，２８ｃは、絶対的な振幅が等しく、且つセンタープリーツ２８ｂの振幅よりも小さい。これにより、ＬＥＤ１７ａ〜１７ｃは、さらなる間隔手段を必要とせずに、光反射フォイル１１及び光拡散フォイル１０の両方から確実に離間させることができる。しかしながら、金属ワイヤ１５ａ，１５ｂによるシャドウ効果を回避するために、サイドプリーツ２８ａ，２８ｃと光拡散フォイル１０との間に光学的に透明な間隔構造体又は「支持棒(stand off)」を追加することが有益である。

最後に、図２の格子形状照明モジュール１３を製造する例示的な方法を、図４のフローチャート及び図５ａ〜５ｃを参照しながら以下で説明する。図３の格子形状照明モジュール２３は、同様の方法を用いて製造されており、相違は、プリーツ２８ａ〜２８ｃの数及び構成が異なるだけである。
最初のステップ１００では、固体光源を含む導電性ワイヤ、ここでは金属ワイヤ１５ａ，１５ｂの初期アレイ３０が提供され、ここでＬＥＤ１７ａ〜１７ｃは、金属ワイヤのうちの互いに隣接するワイヤに機械的且つ電気的に接続されている。ＬＥＤ１７ａ〜１７ｃは、例えばワイヤ１５ａ，１５ｂに半田付けされてもよい。初期アレイ３０を提供するための方法が、ＷＯ２００７／１２２，５６６号に詳細に説明されており、その全体が参照として本明細書に組み込まれる。

続くステップ１０１において、初期アレイ３０のワイヤ１５ａ，１５ｂが、互いに隣接するＬＥＤ１７ａ〜１７ｃの間にプリーツ１８ａ，１８ｂを形成するように曲げられる。
最後に、ステップ１０２において、初期アレイ３０は、初期アレイ３０の金属ワイヤ１５ａ，１５ｂの長さ伸長方向に対して垂直な幅方向に延伸される。その結果、図２の格子形状照明モジュール１３が形成される。

さらに、開示された実施形態に対する変形形態は、図面、明細書の開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求の範囲に記載された発明を実施する際に当業者によって理解され且つ実現することができる。例えば、格子形状照明モジュールは、他の構成としてプリーツ加工されてもよい。

請求項において、単語「備える、有する、含む(comprising)」は他の要素又はステップを除外するものではなく、不定冠詞「１つの(a), (an)」は複数を除外するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に用できないことを示すものではない。

Claims (11)

1. 格子形状照明モジュールであって、当該格子形状照明モジュールは：
   ノードを含む格子を規定する複数の導電性ワイヤと；
   複数の固体光源であって、各光源が、前記ノードのそれぞれに配置されており、且つ前記複数の導電性ワイヤのうちの２つの導電性ワイヤに接続されている、固体光源と；を備えており、
   前記導電性ワイヤは、前記格子形状照明モジュールが３次元トポグラフィを形成するようにプリーツ加工され、
   前記導電性ワイヤの各々は、複数のプリーツを形成するようにプリーツ加工されており、各プリーツは、互いに隣接する２つの固体光源の間に配置され、少なくとも１つのプリーツは、前記導電性ワイヤに接続されたそれぞれ互いに隣接する固体光源のペアの間に配置される、
   格子形状照明モジュール。
2. 少なくとも３つのプリーツが、互いに隣接する２つの固体光源の間に配置される、
   請求項１に記載の格子形状照明モジュール。
3. 前記導電性ワイヤの各々は、折畳み式プリーツを形成するようにプリーツ加工される、
   請求項１又は２に記載の格子形状照明モジュール。
4. 前記固体光源の各々は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の格子形状照明モジュール。
5. 発光装置であって、当該発光装置は：
   光学的に透明な第１シートと；
   第２シートと；
   第１シートと第２シートの間に挟まれた請求項１乃至４のいずれか一項に記載の格子形状照明モジュールであって、固体光源によって放射された光が第１シートを通過するように配置される、格子形状照明モジュールとを有する、
   発光装置。
6. 第２シートは、前記格子形状照明モジュールに対向する反射面を有しており、
   前記格子形状照明モジュールは、前記固体光源が第２シートの反射面に向けて光を放射するように向き合わせされるように配置されており、その光が第１シートに向けて反射される、
   請求項５に記載の発光装置。
7. 第１シートは、光を拡散的に透過するように構成される、
   請求項５又は６に記載の発光装置。
8. 前記発光装置が、第１シートと第２シートとの間に挟まれたセル状空間構造体をさらに備えており、該セル状空間構造体は、第１シートと第２シートとの間に複数のセルを形成し、
   前記格子形状照明モジュールは、該格子形状照明モジュールに含まれる前記固体光源の各々が、複数のセルのうちの対応する１つに設けられるように配置される、
   請求項５乃至７のいずれか一項に記載の発光装置。
9. 前記セル状空間構造体は、ハニカム構造の壁を有し；
   前記格子形状照明モジュールの前記導電性ワイヤの各々は、前記導電性ワイヤに接続されたそれぞれ互いに隣接する固体光源のペアの間に少なくとも１つのプリーツを形成するようにプリーツ加工されており；
   前記プリーツの各々は、前記ハニカム構造の壁によって支持される、
   請求項８に記載の発光装置。
10. 前記格子形状照明モジュールの前記導電性ワイヤの各々は、複数のプリーツを形成しており、少なくとも３つのプリーツが、互いに隣接する２つの固体光源の間に配置されており、
    前記格子形状照明モジュールは、前記プリーツの少なくとも１つが、第１及び第２シートのうちの一方と接触するとともに、前記プリーツの少なくとも２つが、第１及び第２シートの他方と接触するように第１シートと第２シートとの間に挟まれる、
    請求項５乃至７のいずれか一項に記載の発光装置。
11. ３次元トポグラフィを有する格子形状照明モジュールの製造方法であって、当該製造方法は：
    ワイヤの長さ方向に対して直交する幅方向に延びる幅を有するワイヤのアレイを形成するために、複数の導電性ワイヤを並行して配置するステップであって、前記幅方向及び前記長さ方向が、初期アレイ面を規定する、配置するステップと；
    複数の固体光源を前記ワイヤのアレイ上に配置して、固体光源の各々を少なくとも２つの隣接するワイヤに電気的に結合するステップと；
    前記初期アレイ面に対して垂直方向に延びるプリーツを形成するように、前記ワイヤのアレイをプリーツ加工するステップであって、前記導電性ワイヤの各々は、複数のプリーツを形成するようにプリーツ加工されており、各プリーツは、互いに隣接する２つの固体光源の間に配置され、少なくとも１つのプリーツは、前記導電性ワイヤに接続されたそれぞれ互いに隣接する固体光源のペアの間に配置される、加工するステップと；
    前記ワイヤのアレイを延伸して、該ワイヤのアレイの幅を増大させるステップと；を含む、
    製造方法。

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