JP5389800B2 - 光出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、特に、透明基板構造と関連付けられる個別光源を用いる光出力装置に関する。

この種類の発光装置の一つの知られる例は、いわゆる「ガラス内ＬＥＤ」装置である。一つの例は図１に示される。通常、電極を形成する透明伝導性被膜（例えばＩＴＯ）を用いたガラス板が使用される。伝導性被膜は、半導体ＬＥＤ装置へ接続される電極を作製するために、パターン処理される。アセンブリは、熱可塑性層（例えば、ポリビニールブチラール、ＰＶＢ）内部にＬＥＤとガラスを薄膜積層することによって完成される。

この種類の発光装置の応用例は、棚、ショーケース、ファサード、オフィスパーティション、外壁、及び装飾用照明である。照明装置は、他の対象物の照明用、画像の表示用、又は単に装飾目的用に使用され得る。

この種類の発光装置の一つの問題は、画像又は動的パターンを表示するためなどに、ガラス内の個別のＬＥＤをオン及びオフにさせる構造を提供することは困難であることである。このことは、層構造が単純に維持されるべき場合に、二次元透明電極パターンが望ましいものの、クロスオーバーが避けられる必要があるので、困難である。個別の配線が（二次元パターンの代わりに）各ＬＥＤに関して使用される場合、このことは、非常に高い配線抵抗値（例えばＩＴＯ電極）を生じさせ、これにより、これらの配線における高い電気的損失を生じさせる。

本発明の目的は、光源の独立した制御である一方で、簡単な伝導体パターンを用いる制御を提供することである。

本発明に従うと、光出力装置であって、
−基板配置
−前記基板配置の構造へ一体化される複数の光源回路であって、各光源回路が２つの端子を有する光源装置配置及び１つのトランジスタ回路を含む、光源回路と、
−外部電源を受ける一群の電源接続部であって、各光源回路が前記光源回路への電源の供給に関して当該電源接続部の対と関連付けられており、少なくとも２つの光源回路が前記電源接続部の対を共有する、電源接続部と、
−前記電源接続部、前記光源装置の端子及び前記トランジスタ回路の間における内部接続を提供する一群の非重複電極と、
を含み、各光源装置配置が個別に独立して制御可能である、光出力装置が提供される。

この配置は、非重複電極を用いて、個別にアドレス可能な光源回路を提供し、これにより、単一の電極層が使用され得るようにされるが、このことは、複数の光源回路への電源の数を低減させる。このことは、電源接続部の幅が、光源回路間における所与のピッチに関して増加されることを可能にする、又は、ピッチが低減されることを可能にする。トランジスタ回路は、共有される電源接続部にもかかわらず、独立した制御が達成されることを可能にする。

各光源装置配置は単一の光源装置を含み得、各トランジスタ回路は単一のトランジスタを含み得る。このことは、単純な構造を提供する。

各トランジスタは、ＭＯＳＦＥＴを含み得、各トランジスタは、自身のゲートを対応する制御接続部へ接続させている。

一つの例において、各トランジスタは、自身のソース及びドレインを対応する電源接続部へ接続させ得、前記ソース及びドレインのうちの一つは前記トランジスタを介して電源接続部へ接続されている。これらが隣り合わせにある場合、電源接続部は、共有され、幅に関して倍にされ得、狭い制御ラインが、（低電流要件により）トランジスタを制御するのに使用され得る。

別の例において、前記電源接続部の同一の対を共有する前記少なくとも２つの光源回路は、前記電源接続部の間に直列に接続され得、各トランジスタは前記光源装置配置の両端に並列に接続される。この配置において、電流経路は、一連の光源装置配置を通じるように構成され、並列トランジスタは、制御される光源装置配置がバイパスされることを可能にする。

好ましくは、この場合において、電源配置は、前記電源接続部の同一の対を共有する光源回路の各群に関して電流供給源を含む。このようにして、いかなる数の光源装置配置が直列に接続されるとしても、これらは全て照らされ得る。制御回路が、前記トランジスタ回路を制御するために設けられ得、前記トランジスタへ適用される制御レベルが、どの光源回路がオンにされ、どの光源装置がオフにされるかに従い選択される。このことは、電圧レベルが静的でない場合に、要件とされ得る。

全ての例において、制御回路は、デューティサイクル制御を用いて光源の光強度を調光するために設けられ得る。

好ましくは、前記電源接続部のうちの一つは、全ての光源回路間で共有されている。

前記光源装置は、１つのＬＥＤ装置又はＬＥＤ装置のグループを含み得、例えば、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、ポリマＬＥＤ又はレーザダイオードを含み得る。

本発明は、本発明の光出力装置と、前記制御回路へ供給される信号を制御する発光制御器と、を含む発光システムにも関する。

本発明は、請求項に記載の特徴の全ての可能な組合せに関することを特記される。

本発明の例は、添付の図面を参照にして以下に詳細に説明される。

同一の参照符号は、異なる図面における類似の部分を示すのに使用される。

図１は、ガラス照明装置における既知のＬＥＤを示す。 図２は、図1の装置の単一のＬＥＤをより詳細に示す。 図３は、多重光源装置の独立した制御を提供する一つの手法を示す。 図４は、本発明の光出力装置の第１の例を示す。 図５は、本発明の光出力装置の第２の例を示す。

ガラス照明装置におけるＬＥＤの構造が図２に示される。照明装置は、ガラス板１及び２を含む。ガラス板の間に、（例えば、ＩＴＯを用いて形成される）（半）透明電極３ａ及び３ｂ、並びに、透明電極３ａ及び３ｂへ接続されるＬＥＤ４がある。熱可塑性材料の層５が、ガラス板１及び２の間に設けられる（例えば、ＰＶＢ又はＵＶ樹脂など）。

ガラス板は、通常、1.1mm〜2.1mmの厚さを有し得る。ＬＥＤへ接続する電極間の空間は、通常、0.01mm〜3mmであり、例えば0.15mm前後である。熱可塑性層は、0.3mm〜0.2mmの通常厚さを有し、電極の電気抵抗値は2〜80オーム、又は10〜30オーム/平方の範囲にある。

電極は、好ましくは、装置の通常の使用において観者に対して感知できないようにされるように、実質的に透明である。（例えば、伝導体配置がパターン加工されないので、又はパターンが視認され得ないので）伝導体配置が光透過性における変動を導入しない場合、50%以上の透明度は、システムが透明であるのに十分であり得る。より好ましくは、透明性は、70%、より好ましくは90%、そしてより更に好ましくは99%より高い。伝導体配置が（例えば細い配線が使用されるなどにより）パターン加工される場合、透明性は、80%、より好ましくは90%、そしてより最も好ましくは99%より高い。

電極は、ＩＴＯなどの透明材料から作製され得る、又は銅などの不透明な材料から作製され得るが、通常の使用において可視でないように十分に薄くされ得る。適切な材料の例は、米国特許第5,218,351号に開示される。

図３は、個別のＬＥＤを制御する電極パターンの例を示す。個別の配線１０〜１５は、いくつかの対応するＬＥＤ４を制御するのに使用される。配線は、電極材料３の層におけるカット６を入れるためにレーザを用いて作製される。この解決法の課題は、配線１０〜１５が非常に細いことであり、このことは、非常に高い抵抗値を生じさせ、したがって、電力の高い損失を生じさせる。

本発明は、基板（ガラスなど）に埋め込まれた多重光源（ＬＥＤなど）を制御するための代替的な解決法を提供する。個別の光源の制御は、画像又は他の動的パターンの表示を可能にする。

本発明は、（少なくとも一つの光源及び制御トランジスタを含む）光源回路が設けられ、これらが電源接続部の関連付けられる対から電力を供給される配置を提供する。少なくとも２つの光源回路が電源接続部の同一の対を共有するので、これにより電源接続部の数は低減され、電源接続部の寸法が増加され得る。

図４は、本発明に従う第１の実施例を示す。この配置において、各光源４はトランジスタ７を有し、このトランジスタのゲートは制御配線１８へ接続されている。トランジスタ及び光源は、一緒に光源回路を形成する。

各光源４は、ハイ電源レール電極１０,１１,１４,１５と共有ロー電源レール電極２０との間で直列に接続される。各ハイ電源レール電極１０,１１,１４,１５は、２つの光源４の間で共有され、これにより、２つの隣接する光源は電源接続部の同一の対を共有するようにされる。したがって、電源接続部はより幅広くされ得る。

この配置において、n個の光源に関して、(n/2+1)個の電源接続部が存在する。示されるように、これらの電極は、スコア線によって分割される、基板における伝導体の領域によって規定される。これらの電極領域は、光源、トランジスタ及び電源・制御ラインの間における内部（すなわち基板上）接続を規定する。全ての電極は、単一の層によって規定され、非重複であり、そして電源又は制御信号は周辺へ印加される。

各光源と関連付けられるトランジスタ７は、光源が電源接続部のうちの１つから絶縁されるようにさせる。示される例において、一つの対の１つの光源は、ハイ電源レールから絶縁され、他のものは、ロー電源レールから絶縁され得るが、このことは、そうである必要はない。代わりに、トランジスタは、全て、ハイ又はロー電源レールと関連付けられ得る。

各トランジスタの制御ゲートは、制御配線１８へ接続される。電圧を制御配線１８へ適用することによって、トランジスタはオン及びオフに切り替えられ得、このことは、その後、対応する光源４をオン又はオフにし得る。

図３と比較されると、電極配線の数はおよそ2の因数だけ（n+1からn/2+1）低減されているが、その理由は、図３における電極１１及び１２が図４における１１へ、並びに図３における１３及び１４が１４へ統合されているからである。

２の因数よりも多く電極の数を低減させることも可能である。このことは、図５に示されるように、電源ラインの同一の対を用いてより多くの光源に電源供給することによって達成される。

示される例において、３つの光源回路４・７が電源接続部の同一の対を共有する（これらの３つの光源回路のどれ１つも両方の電源接続部へ直接接続されていないものの）。光源回路のこれらの群は、図５において列にあり、ハイ電源レールは上部にあり、ロー電源レールは下部にある。光源は、電源接続部間において直列に接続され、各トランジスタ７は光源４の両端に並列に接続される。「共有」電源接続部は、同一の電源接続部が光源回路へ電力を供給するために直接的又は間接的に使用されることを意味することを理解され得る。

したがって、図５における各列において、３つの制御ライン１８が存在し、列における各光源回路に関して１つある。（使用時における中間電圧での）電極領域は、光源の間に設けられ、また、電源接続部を規定する。

この配置において、電流経路は、一連の光源４を通じて設定され、並列トランジスタ７は、制御される光源装置配置がバイパスされるのを可能にする。したがって、トランジスタ７は動的シャント部として使用される。このことは、トランジスタが光源に並列に接続されることを意味する。トランジスタがオンにされる場合、電流はトランジスタを通じて流れ、光源はオフに維持される。使用されるトランジスタは好ましくはＭＯＳＦＥＴである。

この配置において、電流の流れは、光源のオン／オフ状態に独立して電源ライン間において維持され、このことは、多重光源が図４の態様とは異なり、一体に連ねられることを可能にする。

全ての例において、トランジスタは、関連付けられる光源が周期的にオン及びオフにされるように制御され得る。このことは、デューティサイクルを用いて光源強度を調光するために使用され得る。例えば、光源を50%のデューティサイクルを用いてオン及びオフにすることによって、光出力強度は、50%までに低減され得る。好ましくは、このことは、人間の目が強度変調を観測し得ないように、高周波数で実施化され得る。

図５の例において、トランジスタを切り替えるのに必要とされる参照レベルは、主参照レベルとトランジスタの参照レベル間において、列において光を発する光源の数に依存する。このことは、電圧レベルが、どの光源がオンにされ、どのトランジスタがオンにされるかに依存し得るという理由からである。

光源に関するタイミング及びデューティサイクルを決定する切り替えコマンドは、主電源ライン参照レベルに参照がされるデジタル回路によって発生され得る。レベルシフタは、この場合、デジタル回路とトランジスタとの間において使用され得、これにより、デジタル回路によるデジタル制御信号出力は、トランジスタゲートへの印加に関する適切な電圧レベルへ変換される。

図５の例における光源の各ストリングは、同様に所要な電圧レベルはオンにされる光源に依存するので、好ましくは、電流供給源によって駆動される。スイッチモード電流供給源が使用され得る。

好ましい実施例において、トランジスタ７は、裸眼に対して不可視である。このことは、透明パッケージにおいて透明トランジスタを埋め込むことによって達成され得る。透明トランジスタは知られており、この応用例に関して適切である既存のトランジスタ設計が存在する。ほとんど見ることが出来ない非常に小さいトランジスタの使用は、別の選択肢である。

上述の例は、光源の小さいアレイを示していた。しかし、本発明は、通常、大型ガラス板に埋め込まれる多くのＬＥＤ装置として実施化されることを理解され得る。ＬＥＤ間の一般的な距離は1cm乃至10cm、例えば約3cmであり得る。

各光源は、単一のＬＥＤ又は多重ＬＥＤをも含み得る。

上述の例は、ガラス基板を使用するが、プラスチック基板も使用され得ることは明らかである。

ＬＥＤアレイ及び所要な制御回路は、１つの一体型装置へ統合され得る、又はこれらは、低抵抗値相互接続配線で接続され得る。

上述の詳細な例において、電極の数は、光源回路（ロー電源レール２０）の間で１つの共通電極を有することによって低減される。当然、電極２０は、各ハイ電力レール電極が１つのロー電源レール電極と対応するように、部分的に分割もされ得る。このことは、駆動回路をより簡単にし得る。

様々な修正態様が当業者によって明らかである。

Claims (20)

1. 光出力装置であって、
   基板配置と、
   前記基板配置の構造へ一体化される複数の光源回路であって、各光源回路が２つの端子を有する光源装置配置及び１つのトランジスタ回路を含む、光源回路と、
   外部電源を受ける一群の電源接続部であって、各光源回路が前記光源回路への電源の供給に関して当該電源接続部の対と関連付けられており、少なくとも２つの光源回路が前記電源接続部の対を共有する、電源接続部と、
   前記対応するトランジスタ回路を制御するための制御信号を受ける一群の制御接続部と、
   前記電源接続部、前記光源装置の端子及び前記トランジスタ回路の間における内部接続を提供する一群の非重複電極と、
   を含み、
   各光源装置配置が個別に独立して制御可能である、光出力装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、各光源装置配置が単一の光源装置を含む、装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置であって、各トランジスタ回路が単一のトランジスタを含む、装置。
4. 請求項３に記載の装置であって、各トランジスタがＭＯＳＦＥＴを含む、装置。
5. 請求項１乃至４の何れか一項に記載の装置であって、各トランジスタは、自身のゲートを、対応する制御接続部へ接続させている、装置。
6. 請求項５に記載の装置であって、各トランジスタが、自身のソース及びドレインを対応する電源接続部へ接続させており、前記ソース及びドレインのうちの一つは前記トランジスタを介して電源接続部へ接続されている、装置。
7. 請求項５に記載の装置であって、前記電源接続部の同一の対を共有する前記少なくとも２つの光源回路が、前記電源接続部の間に直列に接続され、各トランジスタは前記光源装置配置の両端に並列に接続される、装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、更に、前記電源接続部の同一の対を共有する光源回路の各群に関して電流供給源を含む電源配置を含む、装置。
9. 請求項７又は８に記載の装置であって、更に、前記トランジスタ回路を制御する制御回路を含み、前記トランジスタへ適用される制御レベルが、どの光源回路がオンにされ、どの光源装置がオフにされるかに従い選択される、装置。
10. 請求項１乃至９の何れか一項に記載の装置であって、デューティサイクル制御を用いて光源の光強度を調光する制御回路を含む、装置。
11. 請求項１乃至１０の何れか一項に記載の装置であって、前記電源接続部のうちの一つが、全ての光源回路間で共有されている、装置。
12. 請求項１乃至１１の何れか一項に記載の装置であって、前記電極が少なくとも半透明伝導体を含む、装置。
13. 請求項１乃至１２の何れか一項に記載の装置であって、前記光源装置が１つのＬＥＤ装置又はＬＥＤ装置のグループを含む、装置。
14. 請求項１３に記載の装置であって、前記光源装置又は各光源装置が、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、ポリマＬＥＤ又はレーザダイオードを含む、装置。
15. 請求項１乃至１４の何れか一項に記載に記載の光出力装置と、前記制御回路へ供給される信号を制御する発光制御器と、を含む発光システム。
16. 請求項１５に記載の発光システムであって、前記基板配置が、第１及び第２透明基板並びに前記基板配置に埋め込まれた電極配置を含み、前記複数の光源回路が前記電極配置へ接続されている、発光システム。
17. 請求項１６に記載の発光システムであって、熱可塑性層又は樹脂層が前記基板間に設けられている、発光システム。
18. 請求項１６又は１７に記載の発光システムであって、前記電極配置が透明伝導性材料から形成される、発光システム。
19. 請求項１８に記載の発光システムであって、前記電極配置が透明金属酸化物から形成される、発光システム。
20. 請求項１５乃至１９に記載の発光システムであって、前記トランジスタ回路のトランジスタが透明パッケージにおける透明トランジスタを含む、発光システム。

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