JP4067801B2 - 照明装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、可撓性基板に発光素子を実装した照明装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
発光ダイオード(以下、単に「LED」という。)は、発光効率が高く、またその寿命が長いことから、次世代光源として注目されている。このLEDを利用した照明装置として、円柱表面に貼着して柱を照明灯とするようなものが考えられている。このように使用するには、照明装置を円柱表面に沿って湾曲させる必要がある。
【0003】
しかしながら、単に、湾曲自在な可撓性基板にLEDを半田付けにより実装したものでは、可撓性基板を湾曲させると、可撓性基板上のLEDを実装する部分(以下単に、「LED実装部」という。)も湾曲してしまうため、半田が剥がれ、LEDと配線パターンとの間で断線したり、LED自体が可撓性基板から剥がれたりするおそれがある。
【0004】
そこで、特開平11−163412号公報に記載のように、可撓性基板を湾曲させた際にLED実装部が変形しないように、LED実装部に補強用の肉厚部を射出成形により形成し、この肉厚部上にLEDを実装するようにしたものが提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の照明装置では、可撓性基板に新たに肉厚部を設けているため、肉厚部を形成する材料が新たに必要となりコストアップすると共に、肉厚部の重量により可撓性基板全体の重量が増加してしまう。これらのコストアップ及び重量増加は、照明装置の低価格化及び軽量化のニーズに反するものであり、また重量増加は照明装置を装着面に装着するための装着手段の強化、装着時の作業性の低下等弊害を招くものである。
【0006】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、重量増加を伴うことなく、可撓性基板上の発光素子を実装する部分を補強できる照明装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、配線パターンが施された可撓性基板に複数の発光素子が実装されてなる照明装置であって、前記可撓性基板は、当該可撓性基板の所定個所が屈曲してなる碗部または冠部を複数有し、当該碗部または冠部は、可撓性基板における碗部または冠部のない部分と略平行な平坦部を有すると共に、当該平坦部のみに前記発光素子が実装し、前記碗部または冠部は、その周囲が前記碗部または冠部のない部分に囲まれ、前記平坦部の厚みは、前記碗部または冠部のない部分の厚みと同じであり、且つ、平坦部の材質が、前記碗部または冠部のない部分の材質と同じであることを特徴としている。この構成によれば、碗部又は冠部の剛性を高くでき、可撓性基板上の発光素子を実装する部分を、重量増加を伴わずに補強することができる。したがって、基板を湾曲させる場合でも、碗部又は冠部では湾曲せず、基板における碗部又は冠部間が湾曲するので、発光素子に断線が生じたり、発光素子が基板から外れたりすることはない。
【0008】
また、前記碗部又は冠部は、前記可撓性基板の主面と略平行な平坦部を有し、前記発光素子がこの平坦部に実装されていることを特徴としている。したがって、碗部又は冠部に発光素子を容易に実装できる。
さらに、配線パターンが、前記碗部又は冠部の表面まで這設され、発光素子は、当該配設された配線パターンを通じて給電される構成を特徴としている。このため、配線パターンは可撓性基板の表面側にあり、発光素子を配線パターンに電気的に容易に接続できる。
【0009】
しかも、1つの碗部又は冠部に、複数の発光素子が実装されていることを特徴としているので、碗部又は冠部の数を少なくでき、多数の発光素子を効率良く、可撓性基板に実装できる。また、前記複数の発光素子には、発光色の異なる発光素子が含まれていることを特徴としているので、発光素子から発せらた光を混色させやすい。
【0010】
さらに、複数の碗部又は冠部は、2方向に略等間隔で形成されていることを特徴としている。特に複数の碗部又は冠部は、略マトリクス状に配列されていることを特徴としているので、可撓性基板を隣接する行間・列間で湾曲させることができる。
しかも、前記発光素子が発光ダイオードであることを特徴としているので、高発光効率、長寿命化が期待できる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る照明装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
<第1の実施の形態>
1.照明装置の構成
図1は本発明に係る照明装置の全体を示す平面図である。照明装置1は、同図に示すように、表面に配線パターン2を備える基板3と、この基板3上の配線パターン2上に配設された複数のLED5と、配線パターン2に接続された給電端子6と、この給電端子6に接続されて給電端子に給電するための給電ケーブル7とを備え、複数のLED5は、図外の電源から給電ケーブル7、給電端子6及び配線パターン2を介して給電され発光する。
【0012】
基板3は、例えば略矩形状の薄板で、塑性変形可能で可撓性を有する材料、例えばガラスエポキシ(ガラス繊維強化プラスチック)が使用されている。基板3には、LED5を実装する位置に対応する複数箇所が基板3の法線方向(厚さ方向)に屈曲されて、碗部4が形成されている。この複数の碗部4は、縦横方向に等間隔をおいてマトリクス状に規則正しく配設されている。なお、基板3において碗部4が形成されていない部分を、以下「非加工部8」という。
【0013】
基板3上の薄膜銅の配線パターン2は、例えばエッチング加工等の公知の方法により形成されている。給電ケーブル7の給電端子6とは反対側の端部は、図外のコントローラに接続されている。このコントローラは、商用電源から供給された交流電力を直流電力に整流し、この整流された交流電力の電圧値を各LED5用に調整している。
【0014】
なお、給電端子6は、一端がコントローラに接続された接続ケーブル7の他端と基板3の配線パターン2の起端・終端とを電気的に接続するためのものである。接続ケーブル7は、その他端に例えば圧着端子が接続されており、この圧着端子を介して給電端子6の配線パターン2に接続されている。
図2は、基板3の一部を拡大した斜視図である。配線パターン2は、碗部4の表面まで這設され、縦方向に配列された複数の碗部4の表面に亘って配設されている。基板3は、LED5を実装する位置を除く略全面に、配線パターン2を保護する保護層10(図5参照)を有している。この保護層10には、ノボラック系樹脂、ポリビニルフェノール等のレジストが使用されている。
【0015】
各碗部4には、同図に示すように、3個のLED5が実装されている。3個のLED5の発光色は、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、青色(B)であり、以下、赤、緑、青の各発光色をそれぞれR、G、Bと表し、各発光色に関連する構成部分の番号に、このR、G、Bを添字として付加して示す。碗部4内の3個のLED5R、5G、5Bのそれぞれは、基板3の一端側、図1では右側から赤、緑、青の順で、発光色に対応する配線パターン2R、2G、2Bに接続されている。
【0016】
図3は基板3の拡大縦断面図であり、図4は基板3の拡大平面図である。各碗部4内の3個のLED5R、5G、5Bは、三角形の頂点位置に配設されている。各LED5R、5G、5Bの上端部は、図3に示すように、基板3の非加工部8の上面よりも上方に張り出しており、LED5R、5G、5Bの上端部から発せられる光が、碗部4の側面4aにより遮られないようにしている。
【0017】
碗部4は、基板3の厚さ方向の裏面側(LED5を実装している面とは反対側も面)に、先細りの略截頭円錐状に窪んでいる。すなわち、碗部4は、基板3の法線方向の主軸を有し且つ基板3表面から離れるにしたがって細くなる略截頭円錐形状に形成されている。このため、基板3をプレスして碗部4を形成した後に、基板3が金型から外れやすい構成となっている。また、碗部4の底面4bは、基板3の非加工部8に略平行な平坦状になっており、この平坦な部分にLED5R、5G、5Bが実装されている。
【0018】
非加工部8上面から碗部4の底面4bまでの深さdは(図3参照)、基板3の非加工部8における厚さTの30%〜100%の範囲が良い。これは、碗部4の深さdが厚さTの100%以上になると、碗部4の形成が困難になり、また30%以下になると、碗部4が浅くその補強効果が小さくなるからである。
具体的には、本実施の形態で使用している基板3の厚さTは約0.2mmである。そして非加工部8上面から碗部4の底面4bまでの深さdは(図3参照)、0.1mmであり、基板3の非加工部8における厚さT0.2mmの約50%としている。なお、基板3の配線パターン2の厚さは上記の厚さTには含まれていない。
【0019】
図5は、LED5Gを実装している部分の拡大縦断面図である。LED5Gは、緑色を発光するベアチップ12Gと、このベアチップ12Gを封止する封止部13とからなる。ベアチップ12Gは、その下面のカソード電極が、Auめっき(図示せず)された配線パターン2Gの陰極側に銀ペースト14により電気的及び機械的に接続され、上面のアノード電極が配線パターン2Gの陽極側に金線15を介して接続されている。そしてこの状態で、ベアチップ12Gが封止部13により封止されている。なお、LED5R、5Bは、上記LED5Gと同様な構成で、そのベアチップ12R、12Bが配線パターン2R、2Bに接続され、封止部13により封止されている。
【0020】
封止部13は、合成樹脂材料で、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト等が用いられている。これらの合成樹脂材料は、LED5の発光時の発熱を考慮すると、耐熱性に優れたものが好ましい。
2.製造方法
図6は、配線パターン2が形成された基板3に碗部4を形成して、その碗部4にLED5R、5G、5Bを配設するまでの工程を説明するための概略図である。なお、基板3上への配線パターン2R、2G、2Bの形成及びLED5R、5G、5Bの実装については公知の方法を用いているため、その説明は省略する。
【0021】
まず、図6の(a)に示すような、表面に配線パターン2及び保護層(図示省略)が形成された基板3を用意する。次に基板3におけるLED5R、5G、5Bを実装する位置に対応するようにプレス成形により複数の碗部4を形成する。
このプレス成形に使用される金型は、基板3上の碗部4に対応した位置が先細りの截頭円錐状に凸出する凸部を有する雄型と、逆に基板3上の碗部4に対応した位置が截頭円錐状に凹入する凹部を有する雌型とからなる。そして、基板3を雄型と雌型との間にセットした状態で、例えば雄型をプレス機等の加圧機を用いて雌型方向にプレスすることにより、基板3が雄型、雌型に沿って塑性変形し、図6の(b)に示すように、複数の碗部4が形成される。なお、碗部4の深さは、碗部4の形成時に配線パターン2が断線しない範囲の深さである。
【0022】
次に、碗部4の表面の配線パターン2R、2G、2Bのそれぞれに、対応するベアチップ12R、12G、12Bを、銀ペースト14、金線15により接続、実装し、これらのベアチップ12R、12G、12Bを合成樹脂材料により封止して封止部13を形成する。
以上のように、基板3をプレス成形することで碗部4を形成している。このため、従来の照明装置において射出成形で肉厚部を形成する場合に必要であった前処理(基板の目粗し、脱脂等)が不要になり、また、射出成形時に隣接する肉厚部間へ基板に沿って漏出した樹脂がバリとして残り、このバリ取りを行う仕上げ作業等も不要となる。
【0023】
さらに、従来の基板表面の配線パターン上に肉厚部を設けたものでは、LEDと基板とが離れることなり、その電気的接続に手間がかかっていたが、上記構成では、碗部4の配線パターン2R、2G、2B上に各LED5R、5G、5Bを実装するため、従来に比べて、LED5R、5G、5Bを配線パターン2R、2G、2Bに容易に接続できる。
3.照明装置の装着状態
図7は、円柱状の柱17に照明装置を装着した例を示す概略横断面図である。同図に示すように、基板3は、LED5R、5G、5Bを実装している側を表面として、放熱板16を介して柱17に螺子、接着剤等の装着手段(図示省略)を用いて装着されている。
【0024】
放熱板16は、LED5R、5G、5Bの発光時に発生する熱を放出するためのもので、例えばステンレスの金属板が使用されている。
図7に示すように、基板3に可撓性を有する材料を用いているので、柱17の装着面が円弧状に湾曲している場合でも、装着面の形状に沿って基板3を装着することができる。
【0025】
基板3の碗部4は、基板3をその法線方向に屈曲して形成されているため、非加工部8に比べて曲げ剛性が高くなっている。このため、基板3を湾曲させた状態で、柱17の装着面に装着しても、基板3の非加工部8が湾曲し、碗部4の底面4bでは湾曲することがほとんどない。従って、LED5R、5G、5Bと基板3とを電気的・機械的に接合する銀ペースト14、金線15に負荷が作用することはほとんどない。
【0026】
複数の碗部4は、基板3にマトリクス状に規則正しく配列されている。このため、基板3は、複数の碗部4が横方向に並ぶ横列間で、例えば図1の仮想線L1で山折りとなるように上に凸状に湾曲させることができ、また、同様に複数の碗部4が縦方向に並ぶ縦列間、例えば図1の仮想線L2で山折りとなるように上に凸状に湾曲させることができる。なお基板3は、仮想線L1、L2で谷折りとなるように下に凸状に湾曲させることも当然可能である。また、仮想線L1、L2の位置はあくまで例示であり、他の位置でも同様に湾曲させることができるのは言うまでもない。
【0027】
<第2の実施の形態>
図8は第2の実施の形態を例示する拡大縦断面図である。第1の実施の形態は、基板3を屈曲させて碗部4を形成したが、第2の実施の形態では、同図に示すように、基板3を屈曲させて複数の冠部20を形成し、この冠部20の表面の配線パターン2R、2G、2B上にLED5R、5G、5Bを実装するようにしたものである。なお、本実施の形態で使用している基板3、LED5R、5G、5B等は上記第1の実施の形態と同様であるため、第1の実施の形態と同一の符号を付して以下説明する。
【0028】
図9は基板3の拡大平面図である。各冠部20は、基板3の法線方向を表面(LED5を実装している面)向きに屈曲して形成されている。冠部20は、基板3の厚さ方向の表面側に、先細りの略截頭四角錐状に張り出している。すなわち、冠部20は、基板3の法線方向の主軸を有し且つ基板3表面から離れるにしたがって細くなる略截頭四角錐形状に形成されている(図8参照)。このため、冠部20の上面20bは、基板3の非加工部8に略平行な平坦状になっており、この冠部20の平坦な部分にLED5R、5G、5Bが実装されている。
【0029】
冠部20は、平面視においてその隅部が円弧状をしている。これは、基板3を湾曲させた際に、隅部の応力が集中するのを防止するためである。複数の冠部20は、基板3上に縦横方向に等間隔をおいてマトリクス状に規則正しく配列されている。なお、冠部20上の3個のLED5R、5G、5Bは、第1の実施の形態と同様に、所定順序で三角状形状の頂点位置になるように配設されている。
【0030】
基板3の非加工部8の上面から冠部20の上面20bまでの高さhは(図8参照)、基板3の非加工部8における厚さTの約30%〜100%の範囲が良い。これは、冠部20の高さhが厚さTの100%以上になると、冠部20の形成が困難であり、また30%以下になると、冠部20の高さが小さくその補強効果が小さくなるからである。具体的には、冠部20の高さhは、0.1mmであり、基板3の非加工部8における厚さT0.2mmの約50%にしている。
【0031】
図10は、円柱状の柱17に本実施の形態における照明装置を装着した例を示す概略横断面図である。同図に示すように、基板3上のLED5を実装する位置に、曲げ剛性を高める冠部20が形成されているため、第1の実施の形態と同様に、基板3を装着面に沿って湾曲させた状態で、柱17の装着面に装着しても、基板3の非加工部8が湾曲し、冠部20の上面で湾曲することがほとんどない。(変形例)
以上、本発明を各実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記各実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば以下のような変形例を実施することができる。
【0032】
(1)上記の各実施の形態では、LED5に特に光学手段を設けていないが、図11に示すように、このLED5が装着されている碗部4にレンズ21を設けても良い。レンズ21は、碗部4に実装されているLED5の全体を覆うように設けられている。レンズ21は、碗部4の底面4bから上方に半球状に盛り上がるような形状をしている。
【0033】
このようにレンズ21を設けることにより、各LED5R、5G、5Bから発せられた光の一部は、レンズ21内で空気との境界で反射して互いに混ざり合うため、色ムラをなくす効果がある程度得られる。より色ムラを改善する必要がある場合には、例えば、レンズ21内に、光散乱効果のある粉末、例えばシリカ等を混入させると良い。
【0034】
(2)上記の各実施の形態では、ワイヤボンド実装されたベアチップ12を封止部13により封止したLED5を使用したが、ベアチップをフリップチップ実装、或いはSMD(Surface Mounted Device 表面実装)型のLEDを使用しても良い。ベアチップをフリップチップ実装する場合、ベアチップの下面を金属ボール状のバンブを介して配線パターンに接続すれば良い。また、SMD型のLEDを使用する場合には、その側面の電極と配線パターンとを半田等により接続すれば良い。
【0035】
(3)上記の各実施の形態では、基板3上の碗部4又は冠部20の平面視形状が、円形状、四角形状であるが、他の形状でも良い。具体的には、6角形等の多角形状、楕円形状にすることもできる。
(4)上記の各実施の形態では、碗部4又は冠部20は、直交する2方向(縦・横方向)に等間隔をおいてマトリクス状に配列され、基板3における縦・横方向に隣接する碗部4又は冠部20間が、上又は下に凸状に湾曲するようにしている。しかし、碗部4又は冠部20は、図12に示すように、90°以外の角度で交差する2方向(D1方向、D2方向)に等間隔を置いて規則正しく配列させても良い。このようにすると、D1方向及びD2方向の斜め方向に隣接する碗部4又は冠部20間を湾曲させることができる。つまり、同図に示す仮想線L3、L4で山折り又は谷折り状に湾曲させることができる。
【0036】
さらに、D1、D2方向に隣接する碗部4又は冠部20の間隔を大きくすると、図12に示すように、仮想線L5、L6で山折り又は谷折り状に湾曲させることができる。このように、隣接する碗部4又は冠部20の間隔を大きくすると、基板3の湾曲する方向が増加し、表面にLED5を多数実装しているにも拘わらず、多方向に湾曲可能になる。
【0037】
(5)上記の各実施の形態では、3個のLED5R、5G、5Bを3角形状に配置しているが、碗部4の底面4bの面積が大きければ、3個のLED5R、5G、5Bを直線状に配置しても良い。さらに、碗部4に、発光色の異なる3個のLED5R、5G、5Bを1組として、複数組、例えば2組のLED5R、5G、5Bを配設しても良い。
【0038】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る照明装置は、可撓性基板の複数箇所が基板法線方向に屈曲されて、碗部又は冠部が形成され、この碗部又は冠部に発光素子が実装されている。このため基板における発光素子を実装する部分を、従来のような重量増加を招くことなく、補強することができる。したがって、基板を湾曲させる場合でも、碗部又は冠部ではほとんど湾曲せず、それ以外の箇所が湾曲するので、発光素子に断線が生じたり、基板から外れたりすることはない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における照明装置の全体を示す平面図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態における基板の一部を拡大した斜視図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態における基板の拡大縦断面図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態における基板の拡大平面図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態におけるLEDの実装部の拡大縦断面図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態における基板へのLEDの実装工程を説明する説明図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態における照明装置を柱に装着した状態を示す概略横断面図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態における基板の拡大縦断面図である。
【図9】本発明の第2の実施の形態における基板の拡大平面図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態における照明装置を柱に装着した状態を示す概略横断面図である。
【図11】碗部にレンズを設けた変形例を示す縦断面図である。
【図12】基板上に複数の碗部が互いに所定角度で交差する2方向に等間隔をおいて形成された変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
2 配線パターン
3 基板
4 碗部
5 発光ダイオード
20 冠部
Claims (4)
- 配線パターンが施された可撓性基板に複数の発光素子が実装されてなる照明装置であって、
前記可撓性基板は、当該可撓性基板の所定個所が屈曲してなる碗部または冠部を複数有し、
当該碗部または冠部は、可撓性基板における碗部または冠部のない部分と略平行な平坦部を有すると共に、当該平坦部のみに前記発光素子が実装し、
前記碗部または冠部は、その周囲が前記碗部または冠部のない部分に囲まれ、
前記平坦部の厚みは、前記碗部または冠部のない部分の厚みと同じであり、且つ、平坦部の材質が、前記碗部または冠部のない部分の材質と同じである
ことを特徴とする照明装置。 - 前記配線パターンが前記碗部または冠部の平坦部表面まで這設されている
ことを特徴とする請求項1記載の照明装置。 - 前記前記碗部または冠部のない部分の主面から前記平坦部の主面までの深さまたは高さは、前記可撓性基板における当該碗部または冠部のない部分の厚さの30%〜100%である
ことを特徴とする請求項1または2記載の照明装置。 - 前記深さまたは高さは、前記可撓性基板における当該碗部または冠部のない部分の厚さの50%である
ことを特徴とする請求項1または2記載の照明装置。
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