JP2011090849A - フレキシブル発光装置およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】薄型でフレキシブル性を有したまま、電圧降下を低減し、相当長尺にすることができ、かつ屋外設置が可能なフレキシブル発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】帯状のFPC2の長手方向に沿って複数個のLEDチップ3を所定間隔で実装したLED搭載基板1と、LED搭載基板1の長手方向に沿って平行に配置するとともに、LED搭載基板1に実装されたLEDチップ3に流す電流を供給する長尺の少なくとも2本の可撓性導電板5,6と、LED搭載基板1および可撓性導電板5,6を封止する絶縁性かつ透光性のフレキシブル外装7とを有する。FPCに形成された導電パターンとは別の可撓性導電板5,6を導電パターンと電気的に接続することによってFPCの導電パターンでは不足していた電流容量を増大させ、電圧降下を低減する。フレキシブル外装7により絶縁性、防水性が高くなる。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数個のLED(発光ダイオード)を一列に並べて柔軟性のある素材で封入することにより、起伏のある壁面や構造物に付設することのできるフレキシブル発光装置およびその製造方法に関する。
フレキシブル発光装置としては、本願出願人が先に提案して特許を取得した特許文献1に記載されたものがある。
これは、横長に形成され、中心線に沿って折り曲げ可能に形成されたフレキシブル基板の片面に、第1のピッチ毎に一対の電極部が位置するように回路パターンを設け、電極部のそれぞれにクリーム半田を塗布し、塗布されたクリーム半田上にLEDのリードが接触するようにフレキシブル基板にLEDを搭載し、フレキシブル基板を加熱してクリーム半田を溶融させた後固化させることでLEDをフレキシブル基板に固着し、少なくともフレキシブル基板を収納体に納めたものである。
また、特許文献2には、所定の長さに形成された可撓性の基板と、この可撓性の基板に所定間隔に取付けられた複数個のLED素子と、この複数個のLED素子をそれぞれ点灯できるように、前記可撓性の基板に形成された点灯回路とからなる照明装置が開示されている。
特許文献3には、複数の照明セクションを具える照明セグメントを具えており、前記セクションの各々は、LEDが装着されたプリント回路基板を具えており、前記セクションは、プリント回路基板コネクタで相互接続されており、前記コネクタは、互いに最も近い隣接するプリント回路基板の端部で、前記プリント回路基板を直列に配置し、前記コネクタは、変形可能であり、加えられた力に応じて向きを変え、前記セクションは、互いに電気的に接続されて、前記LEDは、電気的に直列に接続されており、前記セグメントは、前記LEDを通る電流を制御する電流レギュレータを有している照明装置が開示されている。
特許文献4には、矩形波発生回路と、矩形波信号の立ち上がりおよび立ち下がり時間を遅らせる遅延回路と、遅延回路からの信号を増幅する増幅回路からなる明滅制御回路を有するLEDランプをフレキシブルな2本の平行導体からなる電源供給線に並列に接続することによって、各LEDランプが別個の時定数のもとにバラバラな周期で無段階の輝度変化にて明滅を行うLEDを用いた照明装置が開示されている。
特許文献5には、COB(Chip On Board)式LEDを光源とし、内層固定座、LED直列ランプセット、一対の主線、外層固定体を具え、内層固定座が予め成型され、はんだ付けで直列連接されたLED直列ランプセットが内層固定座の凹溝内に挿入されて二つの凸条で挟持され、且つLED直列ランプセットが内層固定座に埋め込まれた一対の主線と連接され導電し、さらに押し出し成型加工により、外層固定体で被覆され、これによりCOB式LEDのレイアウトピッチが安定し、且つ光源方向が一致性を具備するものとされたフレキシブル発光体装置が開示されている。
特許文献6には、流れ点滅効果を有するフレキシブルチューブライトであって、透明な内部被覆層であって、内部被覆層が押出し成形によって軟質透明プラスチックで形成したストリップ型部材であり、ストリップ型部材が内部に長手方向に伸びた貫通孔を備えており、ストリップ型部材の側壁内部に内部被覆層と同じ長さを有する2本の銅線が長手方向に伸びており、内部被覆層の下部側壁の中央線に沿って長手方向に開放溝が形成されている内部被覆層と、複数のプリント回路板であって、個々のプリント回路板が複数のLED、相当する量の直列制限抵抗及びLED駆動チップを備えており、個々のプリント回路板が両端にワイヤを備えており、プリント回路板がワイヤによって互いに直列に接続されており、プリント回路板の電力供給線が並列に銅線に接続されており、プリント回路板の信号線が直列に制御装置に接続されており、LED駆動チップの信号線が直列に制御装置に接続されており、プリント回路板が前記内部被覆層の貫通孔内に配置される複数のプリント回路板と、前記内部被覆層及び前記複数のプリント回路板を包むための透明な外部被覆層であって、押出し成形によって軟質透明プラスチックで形成され、前記内部被覆層と同じ長さを有する外部被覆層とを有するフレキシブルチューブライトが開示されている。
特許文献7には、配線を設けてなるフレキシブル基板に所定の間隔をおいて発光素子を配置して、上記フレキシブル基板を軟性樹脂で覆った発光体であって、上記発光素子は、数個の発光体を一組とした一つのユニットを複数配列することで一つの発光体を構成すると共に、上記フレキシブル基板の一端部のみに外部電源への配線コードを接続し、上記各ユニット間に薄板状の電極金具を配置して上記ユニットを電気的に接続するとともに、上記電極金具が形成された箇所を切断することにより、発光体の長さを所望の長さに形成可能としたフレキシブル発光体が開示されている。
特許第3018016号公報 特開2005−222903号公報 特開2005−507142号公報 特開2006−236875号公報 特開2003−347593号公報 特表2008−533688号公報 特許第3916651号公報
前掲の特許文献1及び2に開示された照明装置は、LEDの発光方向がフレキシブル基板(可撓性の印刷配線基板)の板面と同じ方向であるので、起伏のある壁面や構造物に取り付けた場合、壁面に垂直な方向に光が放射されないという問題がある。
この点、特許文献3及び4に開示された照明装置では、LEDの発光方向がプリント回路基板ないしフレキシブルな電源供給線に対して垂直であるため、起伏のある壁面や構造物に取り付けた場合、壁面に垂直な方向に光が放射されるが、LEDや各照明セクション間を接続する導線がプリント回路基板ないし電源供給線に対して突出しているため、取付面からの高さが高く、薄型には適用できないという問題がある。
特許文献5及び6に開示されたフレキシブル発光体装置では、1個のLEDを搭載したフレキシブル基板を複数、抵抗や導体によって直列に接続し、全体を可撓性樹脂により封止しているが、各フレキシブル基板を接続する工程が煩雑となり、通常の表面実装プロセスで製造するには不向きである。
さらに、特許文献3〜7に開示されたフレキシブル照明装置は、フレキシブル基板を使用しているため、長尺の照明装置を実現しようとするとフレキシブル基板の導体部分の電圧降下が大きくなり電力ロスやそれに伴う減光が無視できなくなる。
そこで本発明は、薄型でフレキシブル性を有したまま、電圧降下を低減し、相当長尺にすることができ、かつ屋外設置が可能なフレキシブル発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明のフレキシブル発光装置は、帯状のFPC(Flexible Printed Circuit board)の長手方向に沿って複数個のLEDチップを所定間隔で実装したLED搭載基板と、このLED搭載基板の長手方向に沿って平行に配置するとともに、前記LED搭載基板に実装されたLEDチップに流す電流を供給する長尺の少なくとも2本の可撓性導電板と、前記LED搭載基板および前記可撓性導電板を封止する絶縁性かつ透光性のフレキシブル外装とを有することを特徴とする。
本発明のフレキシブル発光装置の製造方法は、帯状のFPCの長手方向に沿って複数個のLEDチップを所定間隔で実装したLED搭載基板と、このLED搭載基板の長手方向に沿って平行に配置するとともに、前記LED搭載基板に実装されたLEDチップに流す電流を供給する長尺の少なくとも2本の可撓性導電板とを、前記可撓性導電板と前記LED搭載基板の導電パターンとが電気的に接続されるように接合し、一体化された前記LED搭載基板および前記可撓性導電板の周囲を絶縁性かつ透光性の樹脂で封止することを特徴とする。
本発明においては、複数のLEDチップをFPCに面実装することにより所定の長さのLED搭載基板を作り、FPCに形成された導電パターンとは別の可撓性導電板を導電パターンと電気的に接続することによってFPCの導電パターンでは不足していた電流容量を増大させ、電圧降下を低減する。これにより、薄型で長尺のフレキシブル発光装置が可能となる。さらに、LED搭載基板と可撓性導電板の周囲をフレキシブル外装で封止することにより防水構造とすることができ、屋外使用が可能となる。
本発明によれば、帯状のFPCの長手方向に沿って複数個のLEDチップを所定間隔で実装したLED搭載基板と、このLED搭載基板の長手方向に沿って平行に配置するとともに、前記LED搭載基板に実装されたLEDチップに流す電流を供給する長尺の少なくとも2本の可撓性導電板と、前記LED搭載基板および前記可撓性導電板を封止する絶縁性かつ透光性のフレキシブル外装とを有する構成のフレキシブル発光装置であるため、薄型でフレキシブル性を有したまま、電圧降下を低減し、相当長尺にすることができ、かつ屋外設置が可能となる。
本発明の実施の形態1を示す斜視図である。 本発明の実施の形態1の断面図である。 本発明の実施の形態1の回路図である。 本発明の実施の形態1の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態1の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態1の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態1の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態1の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態1の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態1の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態1の製造工程を示す説明図である。 複数のLEDに電流を供給する方法の1例を示す回路図である。 複数のLEDに電流を供給する方法の他の例を示す回路図である。 本発明の実施の形態2を示す斜視図である。 本発明の実施の形態2の断面図である。 本発明の実施の形態2の回路図である。 本発明の実施の形態2の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態2の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態2の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態2の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態2の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態2の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態2の製造工程を示す説明図である。 本発明の実施の形態2の製造工程を示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図1及び図2に示すように、本発明の実施の形態1に係るフレキシブル発光装置は、帯状のFPC2の長手方向に沿って複数個のLEDチップ3を所定間隔で実装したLED搭載基板1と、LED搭載基板1の一方の面の両側に平行に配置するとともに、LED搭載基板1に実装されたLEDチップ3に流す電流を供給する長尺の2本の可撓性導電板5,6と、LED搭載基板1および可撓性導電板5,6を封止する絶縁性かつ透光性のフレキシブル外装7とを有する。フレキシブル外装7の内部は透明の軟質アクリルからなる充填物10で充填し、内部のLED搭載基板1、可撓性導電板5,6を絶縁し、外部から水が侵入しないようにする。またフレキシブル外装7の端部には軟質の合成樹脂からなるエンドキャップ11を設けて充填物10とフレキシブル外装7の端部を封止している。
LEDチップ3は、白色、電球色、赤、青、緑、オレンジ、紫等の、使用目的に応じた色のものを使用することができる。
LED搭載基板1には、LEDチップ3のほかに、電流制限用抵抗4も必要個数、実装されている。
可撓性導電板5,6は銅板が好適に使用できるが、可撓性のある導電材料であればそれ以外のものも使用できるし、また網線のようなものでもよい。可撓性導電板5,6の厚みは、10m〜15mあるいはそれ以上の長さでも電圧降下の少ない断面積を有する厚みとし、3mm幅、0.3mm厚のものを使用する。
可撓性導電板5,6の端部には、直流電源と接続するためのリード線8,9の端部を半田付け等で接続する。
フレキシブル外装7は、軟質アクリル(PMMA)、シリコンゴム等の、絶縁性、耐候性があり、自在に曲げることができるものを使用することができる。
図3はFPC2に搭載されるLEDチップ3と抵抗4の接続状態を示すものであり、本例では6個のLED−1〜LED−6と2個の抵抗器R−1,R−2を直列接続し、+電源ラインと−電源ラインに接続したものを1群とし、それを必要な群、繰り返して所定長さのフレキシブル発光装置を形成している。
複数のLEDに電流を供給する場合、図5に示すようにLEDのそれぞれに抵抗を接続して電源ラインに接続する方法があるが、これではLEDの個数だけ抵抗が必要になり、その抵抗により消費される電力ロスも大きくなり、省エネルギーには不向きである。
これとは逆に、図6に示すようにLEDを直列接続して抵抗を1つで済ます考え方があるが、LEDの個数により直流電源の電圧を変える必要がある。例えば15mの長さのライトで3cm置きにLEDを配置する場合、LEDの数は500個にも達し、LED1個のバイアス電圧を3Vとすると1500Vという、実現不可能な電圧となり、これも採用できない。
本実施の形態1のように、複数個のLEDと抵抗を1群として直流電圧に直列接続することにより、例えば24Vの直流電源を使用することができる。
本発明の実施の形態1に係るフレキシブル発光装置の製造工程を図4A〜図4Hに示す。
まず、図4Aに示すように、FPC2に電流供給用導電パターン2a(+用)と2b(−用)、LEDチップ接続用パターン2c、抵抗接続用パターン2d、およびスルーホール2eを形成したFPC2を準備する。
次に、図4Bに示すように、LEDチップ接続用パターン2cにはLEDチップ3を、抵抗接続用パターン2dには抵抗4をそれぞれセットし、表面実装によりLEDチップ3と抵抗4を搭載してLED搭載基板1を製造する。
次に図4Cに示すようにLED搭載基板1上の電流供給用導電パターン2a、2b上に可撓性導電板5,6を載置し、LED搭載基板1の電流供給用導電パターン2a,2bに所定間隔で形成されたスルーホール2eを通してLED搭載基板1と可撓性導電板5,6をハンダ付けして物理的、電気的に接続し、図4Dに示す中間部品を得る。
次いで、図4Eに示す可撓性合成樹脂よりなるフレキシブル外装7の内部空洞に、図4Dの中間部品を挿入し(図4F参照)、図4Gに示すように可撓性導電板5,6の端部にリード線8,9の端部を半田付け等により接続する。
最後に、フレキシブル外装7の空洞部内に軟質アクリルからなる充填物10を充填してLED搭載基板1と可撓性導電板5,6、リード線8,9の端部を封止し、端部にエンドキャップ11を装着して、図4Hに示すフレキシブル発光装置を得る。
なお、スルーホール2eの位置を、FPC2におけるLEDチップ接続用パターン2cの位置の両側にすることにより、LED搭載基板1と可撓性導電板5,6とを接続する半田の盛り上がり部分が他の部分に比べて可撓性を低くする。すなわち、スルーホール2eの位置が、半田の盛り上がりにより曲がりにくくなる。このスルーホール2eの位置には、LEDチップ3が搭載されており、他の部分よりも曲がりにくいことにより、LEDチップ3の保護につながる。また、LED搭載基板1と可撓性導電板5,6とは、スルーホール2eにより所定間隔で電気的に接続されているので、途中が断線しても、他の導通箇所から給電されるため、LEDチップ3の点灯を継続することができる。
以上の実施の形態1の回路構成では、多数のLEDチップ3を同時に点灯するか、消灯するかのオンオフ制御で使用するものであるが、他の点灯制御を行う回路構成とすることもできる。
図7〜図10は本発明の実施の形態2を示すものである。本実施の形態2では、R(赤)、G(緑)、B(青)の三色のLEDチップ3R,3G,3BをFPC2に搭載し、それぞれを外部から点滅制御できるようにしたものである。
図7及び図8に示すように、本発明の実施の形態2に係るフレキシブル発光装置は、帯状のFPC2の長手方向に沿って3色のLEDチップ3R,3G,3Bを所定間隔で3対実装したLED搭載基板1と、LED搭載基板1の一方の面の両側に平行に配置するとともに、LED搭載基板1に実装されたLEDチップ3に流す電流を供給する長尺の4本の可撓性導電板5,6R,6G,6Bと、LED搭載基板1および可撓性導電板5,6R,6G,6Bを封止する絶縁性かつ透光性のフレキシブル外装7とを有する。フレキシブル外装7の内部は透明の軟質アクリルからなる充填物10で充填し、内部のLED搭載基板1、可撓性導電板5,6R,6G,6Bを絶縁し、外部から水が侵入しないようにする。またフレキシブル外装7の端部には軟質の合成樹脂からなるエンドキャップ11を設けて充填物10とフレキシブル外装7の端部を封止している。
LED搭載基板1には、LEDチップ3R,3G,3Bのほかに、電流制限用抵抗4も実装されている。
図9はFPC2に搭載されるLEDチップ3R,3G,3Bと抵抗4の接続状態を示すものであり、本例では3個のLED−R1〜LED−R3と1個の抵抗器R−11を直列接続したものを+電源ラインとR制御ラインに接続した赤色LED点灯制御系統と、3個のLED−G1〜LED−G3と1個の抵抗器R−12を直列接続したものを+電源ラインとG制御ラインに接続した緑色LED点灯制御系統と、3個のLED−B1〜LED−B3と1個の抵抗器R−13を直列接続したものを+電源ラインとB制御ラインに接続した青色LED点灯制御系統とにより所定長さのフレキシブル発光装置を形成している。
その他の構成については実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
本発明の実施の形態1に係るフレキシブル発光装置の製造工程を図10A〜図10Hに示す。
まず、図10Aに示すように、FPC2に電流供給用導電パターン2a(+用)と青色制御用パターン2f、緑色制御用パターン2g、赤色制御用パターン2h、LEDチップ接続用パターン2c、抵抗接続用パターン2d、およびスルーホール2eを形成したFPC2を準備する。
次に、図10Bに示すように、LEDチップ接続用パターン2cにはLEDチップ3R,3G,3Bを、抵抗接続用パターン2dには抵抗4をそれぞれセットし、表面実装によりLEDチップ3R,3G,3Bと抵抗4を搭載してLED搭載基板1を製造する。
次に図10Cに示すようにLED搭載基板1上の電流供給用導電パターン2a、2f上に可撓性導電板5,6Bを載置し、LED搭載基板1の下面から可撓性導電板6G,6Rを当てがい、LED搭載基板1の電流供給用導電パターン2a、青色制御用パターン2f、緑色制御用パターン2g、赤色制御用パターン2hに形成されたスルーホール2eを通してLED搭載基板1と可撓性導電板5,6B,6G,6Rをハンダ付けして物理的、電気的に接続し、図10Dに示す中間部品を得る。
次いで、図10Eに示す可撓性合成樹脂よりなるフレキシブル外装7の内部空洞に、図10Dの中間部品を挿入し(図10F参照)、図10Gに示すように可撓性導電板5,6B,6G,6Rの端部にリード線8,9R,9G,9Bの端部を半田付け等により接続する。
最後に、フレキシブル外装7の空洞部内に軟質アクリルからなる充填物10を充填してLED搭載基板1と可撓性導電板5,6B,6G,6R、リード線8,9R,9G,9Bの端部を封止し、端部にエンドキャップ11を装着して、図10Hに示すフレキシブル発光装置を得る。
この実施の形態2においては、リード線9R,9G,9Bに印加する電圧を制御することにより、赤、緑、青のLEDチップ3R,3G,3Bを点灯制御することができ、電飾として応用することができる。さらに、リード線9R,9G,9Bに印加する電圧を順次パルス状に切り換えることにより、光の流れ制御を行うことができる。この流れ制御の場合は、LEDチップ3R,3G,3Bは同じ色のLEDでもよい。
本発明は、薄型でフレキシブル性を有したまま、電圧降下を低減し、相当長尺にすることができ、かつ屋外設置が可能なフレキシブル発光装置として、各種の照明、電飾の分野において利用することができる。
1 LED搭載基板
2 FPC
2a 電流供給用導電パターン(+用)
2b 電流供給用導電パターン(−用)
2c LEDチップ接続用パターン
2d 抵抗接続用パターン
2e スルーホール
2f 青色制御用パターン
2g 緑色制御用パターン
2h 赤色制御用パターン
3,3R,3G,3B LEDチップ
4 抵抗
5,6,6R,6G,6B 可撓性導電板
7 フレキシブル外装
8,9,9R,9G,9B リード線
10 充填物
11 エンドキャップ

Claims (2)

  1. 帯状のFPCの長手方向に沿って複数個のLEDチップを所定間隔で実装したLED搭載基板と、
    このLED搭載基板の長手方向に沿って平行に配置するとともに、前記LED搭載基板に実装されたLEDチップに流す電流を供給する長尺の少なくとも2本の可撓性導電板と、
    前記LED搭載基板および前記可撓性導電板を封止する絶縁性かつ透光性のフレキシブル外装と
    を有するフレキシブル発光装置。
  2. 帯状のFPCの長手方向に沿って複数個のLEDチップを所定間隔で実装したLED搭載基板と、このLED搭載基板の長手方向に沿って平行に配置するとともに、前記LED搭載基板に実装されたLEDチップに流す電流を供給する長尺の少なくとも2本の可撓性導電板とを、前記可撓性導電板と前記LED搭載基板の導電パターンとが電気的に接続されるように接合し、
    一体化された前記LED搭載基板および前記可撓性導電板の周囲を絶縁性かつ透光性の樹脂で封止することを特徴とするフレキシブル発光装置の製造方法。
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