JP6015126B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、フレキシブル基板を用いた湾曲可能な発光装置に関する。

近年、フレキシブル基板を用いた湾曲可能な発光装置が提案されている（特許文献１の段落０００６及び段落００６３等を参照。）。湾曲可能な発光装置は、イルミネーションやネオンサインなどに利用することができる。

特開２００２−２８９００４号公報

しかしながら、特許文献１に記載された発光装置では、一定の発光状態を維持したままで発光装置を湾曲することが難しいという問題があった。

一態様に係る発光装置は、一方向に長く湾曲可能な管体と、管体に収容されたフレキシブル基板と、フレキシブル基板に実装された複数の第１発光素子と、を備える。ここで、フレキシブル基板は、一方向に伸びた一対の長辺を有する第１基板部と、第１基板部の一方の長辺側に互いに離間して設けられた複数の第２基板部と、を有する。また、管体は、設置側に設けられた第１基板部の他方の長辺側を位置決めするための第１位置決め手段と、視認側に設けられた第２基板部の第１基板部から遠い側を位置決めするための第２位置決め手段と、を有する。さらに、第１発光素子は、第１基板部に実装されている。

本発明の一実施形態に係る発光装置の分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置の内部構造を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置の短手方向における断面図である。 本発明の一実施形態に係る発光装置の回路図である。

以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る発光装置１００について説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。

図１に発光装置１００の分解斜視図を示す。図２は図１におけるフレキシブル基板の先端部分の拡大図であり、図３は発光装置１００の長手方向に垂直をなす方向（短手方向）における断面図である。また、図４は発光装置１００の回路図である。

各図に示すように、発光装置１００は、一方向に長く湾曲可能な管体４０と、管体４０に収容されたフレキシブル基板２０と、フレキシブル基板２０に実装された複数の第１発光素子１０ａと、を備える。ここで、フレキシブル基板２０は、一方向に伸びた一対の長辺を有する第１基板部２０ａと、第１基板部２０ａの一方の長辺側に互いに離間して設けられた複数の第２基板部２０ｂと、を有する。また、管体４０は、設置側に設けられた第１基板部２０ａの他方の長辺側を位置決めするための第１位置決め手段４０ａと、視認側に設けられた第２基板部２０ｂの第１基板部２０ａから遠い側を位置決めするための第２位置決め手段４０ｂと、を有する。さらに、第１発光素子１０ａは、第１基板部２０ａに実装されている。

これにより、湾曲し易く且つ輝度むらの少ない発光装置とすることができる。すなわち、発光装置１００では、第１基板部２０ａの一長辺側を設置側とし且つ第２基板部２０ｂの端部を視認側とすることで、第１基板部２０ａの主面が設置面に交差するように構成している。これにより、設置面に沿って管体４０を湾曲する際に、フレキシブル基板２０を容易に湾曲することができる。さらに、第２基板部はそれぞれが離間しているので、第１発光素子からの光を遮りにくく、輝度むらを抑制することができる。

以下、発光装置１００を構成する主な部材などについて説明する。

（発光素子１０）
発光素子１０として、典型的には、表面実装型の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いることができる。発光素子１０の発光色は、白色、青色等、用途に合わせて適宜選択すればよい。発光装置１００では、第１基板部２０ａに第１発光素子１０ａを実装し、第２基板部２０ｂに第２発光素子１０ｂを実装している（以下、第１発光素子１０ａと第２発光素子１０ｂをまとめて発光素子１０ともいう。）。なお、第２発光素子１０ｂは必ずしも必要なく、第１発光素子１０ａのみを用いてもよい。

（フレキシブル基板２０）
フレキシブル基板２０は、発光素子１０等を実装するためのものであり、その内部には発光素子１０等を駆動するための配線が任意に設けられている。フレキシブル基板２０は、一方向（管体４０の長手方向）に伸びた一対の長辺を有する第１基板部２０ａと、第１基板部２０ａの一方の長辺側に互いに離間して設けられた複数の第２基板部２０ｂと、を有する。第１基板部２０ａの形状は、典型的には、一対の長辺と一対の短辺とを有する一方向に長い長方形とすることができる。また、第２基板部２０ｂの形状は、典型的には、第１基板部２０ａの一方の長辺側に一辺を有する矩形（長方形又は正方形）とすることができる。

図２に示すように、第２基板部２０ｂの形状は、第１基板部２０ａから離れた側の隅部が面取りされていることが好ましい。つまり、管体４０の湾曲にともなって第２基板２０ｂは多少位置ずれするので、第２基板部２０ｂの隅部を面取りしていないと、管体４０を湾曲させた際に第２基板部２０ｂが第２位置決め手段４０ｂに引っ掛かり易い。そこで、第２基板部２０ｂの隅部を面取りすることにより、湾曲時に第２基板部２０ｂが第２位置決め手段４０ｂに引っ掛かることを抑制することができる。

フレキシブル基板はあらゆる方向に湾曲できるように極めて柔らかく構成されることが一般的であるが、ここではある程度の硬さを有するものが好ましい。図３に示すように、発光装置１００では、フレキシブル基板２０の大部分が宙に浮いた構成となっているので、ある程度の硬さがないと、管体４０を設置面に沿って湾曲させた際に、フレキシブル基板２０自体が意図しない方向にねじれてしまい、その結果として発光素子１０が種々の方向に向いて光の方向を制御することが難しくなるからである。ここで、フレキシブル基板２０の硬さは、その厚さに依存する。そこで、フレキシブル基板２０がある程度の硬さを有するように、その厚さを、好ましくは４０〜１６０μｍ、より好ましくは６０〜１４０μｍ、さらに好ましくは８０〜１２０μｍとすることができる。

（発光素子１０とフレキシブル基板２０との関係）
図２に示すように、第１発光素子１０ａは、隣接する２つの第２基板部２０ｂの間における第１基板部２０ｂの一領域に実装することができる。これにより、第１発光素子１０ａからの光が２つの第２基板部２０ｂの間を通りやすくなるので、第１発光素子１０ａからの光が第１基板１０ａの反対側に回り込み易くなり輝度むらをより軽減することができる。

図３に示すように、第１基板部２０ａから折れ曲がるようにして第１基板部２０ａと第２基板部２０ｂを繋げることができる。この場合、第１基板部２０ａの一対の主面のうち第２基板部２０ｂから離れた側の主面に第１発光素子１０ａを実装することが好ましい。これにより、第１発光素子１０ａからの光が第２基板部２０ｂで遮られ難くなるので、輝度むらをより軽減することができる。さらに、第２基板部２０ｂは互いに離間しているので、第１基板部２０ａと第２基板部２０ｂの傾きを異ならせても（第１基板部２０ａと第２基板部２０ｂが同一面とならないように構成しても）、管体４０を設置面に沿って湾曲させる際に、フレキシブル基板２０を無理なく湾曲させることができる。

発光装置１００では、第１発光素子１０ａとして、実装される基板に対して主として水平方向に発光するサイドビュー型ＬＥＤを用いている。したがって、図２や図３では、第１発光素子１０ａは主に上方向に発光することになる。つまり、第１発光素子１０ａとしてサイドビュー型ＬＥＤを用いることで、設置面に対して第１基板部２０ａを立てた（縦に配置した）状態であっても、正面方向（図３では上方）に光を出射させることができる。ただし、一横方向（図３では左方）に主に光を出射させたい場合は、第１発光素子１０ａとして、実装される基板に対して主に垂直方向に発光するトップビュー型ＬＥＤを用いることもできる。

第２基板部２０ｂには、第２発光素子１０ｂを実装することができる。これにより、第１発光素子１０ａからの光が届きにくい個所の輝度を補うことができる。特に、隣接する２つの第２基板部２０ｂの間の領域に第１発光素子１０ｂが配置される場合に、より効果的である。ここでは、図２に示すように、１つの第２基板部２０ｂに１つの第２発光素子１０ｂを載置させている。もちろん、１つの第２基板部２０ｂに複数の第２発光素子１０ｂを実装することもできるし、複数の第２基板部２０ｂのうち一部のみに第２発光素子１０ｂを実装することもできる。

第１発光素子１０ａは、その前面（光が出射される発光面（図２及び３では上方の面））が第１基板部２０ａにおける長辺側端部と一致していることが好ましい。両者が離れていると、第１発光素子１０ａからの光が前方の第１基板部２０ａに当たってしまい、第１基板部２０ａの裏側への光の回り込みが抑制されるためである。しかし、現実には、両者を一致させることは難しく、一部の光は第１基板部２０ａで遮られてしまう。そこで、第２発光素子１０ｂとしてサイドビュー型ＬＥＤを用いることができる。これにより、第１発光素子１０ａでカバーし難い側（第１基板部２０ａの一対の主面のうち第１発光素子１０ａが実装されていない主面の側（図３の右側））の輝度を容易に確保することができる。特に、第２基板部２０ｂの角度を制御して、第２発光素子１０ｂからの光の出射方向を、設置面に対して斜め上方とすることが好ましい。これにより、第１発光素子１０ａと第２発光素子１０ｂの発光が相まって、正面方向に輝度の高い発光装置とすることができる。なお、第２発光素子１０ｂを用いる場合、図２に示すように、第１発光素子１０ａと同じ側に設けることが好ましい。一回のリフロー工程で両者をフレキシブル基板２０に接続できるからである。

発光装置１００では、１８個の第１発光素子１０ａと、１８個の第２発光素子１０ｂと、を用いている。つまり、第１基板部２０ａに１８個の第１発光素子１０ａが所定の間隔で一列に配置されている。具体的には、第１基板部２０ａにおいて第１発光素子１０ａが設けられていない領域（隣接する２つの第１発光素子１０ａの間の領域）のそれぞれに第２基板部２０ｂが設けられ、第２基板部２０ｂのそれぞれに第２発光素子１０ｂがひとつずつ設けられている。換言すれば、１８個の第１発光素子１０ａと１８個の第２発光素子１０ｂが一方向（長手方向）にジグザグ且つ交互に配置されている。

図２に示すように、第１基板部２０ａは、長手方向における端部近傍に、ケーブル６０を接続するための接続部２０ａ−１を有する。ケーブル６０と接続部２０ａ−１は、はんだ等で接続できる。ここでは、プラス側とマイナス側の一対の接続部２０ａ−１が、第１基板部２０ａの両端にそれぞれ設けられている。また、フレキシブル基板２０には、トランジスタ等の種々の電子部品３０で構成される定電流回路を設けてもよい（図２では、便宜的に、定電流回路を構成する一電子部品に符号３０を付している。）。

図４に、第１基板部２０ａと第２基板部２０ｂを合わせたフレキシブル基板２０全体としての回路図を示す。説明の便宜上、第１発光素子１０ａと第２発光素子１０ｂを合わせて発光素子１０としており、両者を区別せずに図示している。図４に示すように、発光装置１００で用いたフレキシブル基板２０には、その両端にプラス側とマイナス側からなる一対の接続部２０ａ−１がそれぞれ設けられているが、中央部分にも二対の接続部２０ａ−１が近接して設けられている。つまり、図４に示すフレキシブル基板２０では、それぞれが１８個の発光素子１０を有する２つの単位ユニットからなり、中央部分にある二対の接続部２０ａ−１の間の所定の個所（例えば図４の「切断ライン」）でフレキシブル基板２０を切断しても、切断ライン近傍の接続部２０ａ−１にケーブル６０を接続すれば発光素子１０等に導通可能となっている（つまり、フレキシブル基板２０は途中で切断しても使用できるように構成されている。）。ユーザとしては、単位ユニットを基準としてフレキシブル基板２０を切断して短くし、これに合せて管体４０も切断して短くすれば、発光装置１００の長さを任意に調整することができる。これにより、汎用性の高い発光装置とすることができる。

（管体４０）
管体４０は、内部に空洞を有する筒状（チューブ状）のものであり、一方向（長手方向）に長く湾曲可能なように構成されている。その材料としては、シリコン樹脂などの柔らかい性質を有する部材を用いることができる。管体４０は透明でもよいが、外部から見たときに発光素子１０の実装個所だけが明るく見えるのを抑制するために、光拡散剤を混在させて乳白色としてもよい。これにより、輝度むらを軽減することができる。

管体４０は、その内面に、第１基板部２０ａにおける第２基板部２０ｂが設けられていない長辺側を位置決めするための第１位置決め手段４０ａと、第２基板部２０ｂにおける第１基板部２０ａから遠い側を位置決めするための第２位置決め手段４０ｂと、を有する。通常、第１基板部２０ａと第２基板部２０ｂは一枚の基板からなるので、図３のように折り曲げると、元の状態（一平面を有する一枚の基板）に戻ろうとする。そこで、管体４０では、第１位置決め手段４０ａと第２位置決め手段４０ｂにより、フレキシブル基板２０が折れ曲がった状態を維持している。

図３に示すように、第１位置決め手段４０ａ及び第２位置決め手段４０ｂは、典型的には、管体４０の内側に形成された溝により構成することができる。これにより、比較的簡単な構成でフレキシブル基板２０を位置決めすることができる。図３のように、第２位置決め手段４０ｂを一対の凸部からなる溝で構成する場合（凸部と凸部の間が凹部となり、凹部で第２基板部２０ｂが位置決めされる。）、第１基板部２０ａを延長させた面に近い側（内側）の凸部を遠い側（外側）の凸部よりも高くすることができる。これにより、第２基板部２０ｂを第２位置決め手段４０ｂから外れにくくすることができる。フレキシブル基板２０を折り曲げた状態だとフレキシブル基板２０の復元力で第２基板部２０ｂが内側に外れやすいが、内側の凸部を高くすることでそれを防ぐことができるからである。

一方、第２位置決め手段４０ｂが設けられた側で管体４０が縮むように湾曲させた場合（図３でいえば、紙面の手前と奥にある管体４０の両端を右側にして湾曲させた場合）は特に、第２基板部２０ｂが内側に外れやすくなる。しかし、図３のように、内側の凸部を高くしておけば、このように湾曲した場合であっても、第２基板部２０ｂの外れを抑制できるので好ましい。

ここで、第１位置決め手段４０ａ及び第２位置決め手段４０ｂにおいては、フレキシブル基板２０を完全に固定させるのではなく、管体４０を湾曲させた際にフレキシブル基板２０が多少スライドするように、両者の間に余裕を持たせることが好ましい。これにより、管体４０をより湾曲し易くすることができる。なお、発光装置１００では、第１位置決め手段４０ａ及び第２位置決め手段４０ｂを、管体４０の長手方向の全域に形成しているが、長手方向の一領域に形成することもできる。

図３に示すように、第１位置決め手段４０ａは管体４０の設置側に形成されており、第２位置決め手段４０ｂは管体４０の視認側に形成されている。ここで、設置側とは、管体４０を外部（ビルの外壁等）に設置する側を意味する。図３で説明すると、管体４０の下側が設置側であり、設置側における平坦領域が設置面となる。半導体装置１００を外部に設置する手段は問わないが、例えば、両面テープを用いて管体４０の設置面を外部に設置することができる。一方、視認側とは、設置側と反対の側を意味する。図３で説明すると、管体４０の上側が視認側であり、視認側において管体４０から光が取り出される領域が視認面となる。

管体４０の設置面と第１基板部２０ａとで形成される角度は、管体４０が湾曲していない状態において、好ましくは７５〜１０５度、より好ましくは８０〜１００度、さらに好ましくは８５〜９５度とすることができる（図３では９０度としている。）。両者のなす角度を９０度（垂直）に近づけることで、第１発光素子１０ａからの光の方向を設計し易いだけでなく、設置面に沿って管体４０を湾曲し易いからである。

第１基板部２０ａと第２基板部２０ｂとで形成される角度は、管体４０が湾曲していない状態において、好ましくは１２０〜１５０度、より好ましくは１２５〜１４５度、さらに好ましくは１３０〜１４０度とすることができる（図３では１３５度としている。）。両者のなす角度が９０度に近いと、フレキシブル基板２０の復元力に起因して、第２位置決め手段４０ｂから第２基板部２０ｂが外れやすく、両者のなす角度が１８０度に近いと第１発光素子１０ａからの光を効率よく外部に取り出すことができないからである。

管体４０は、その内部に突起４０ｃを有することができる。突起４０ｃは、第１基板部２０ａにおける一対の主面のうち第１発光素子１０ａが実装されていない側の主面に当接することで、管体４０を湾曲させた際にフレキシブル基板２０の意図しない変形を抑制することができる。これにより、管体４０を設置面に沿って湾曲させても、発光素子１０が意図しない方向に向くことを抑制できるので、発光状態を変化させることなく湾曲させることができる。特に、突起４０ｃが設けられていない側で管体４０が縮むように湾曲させた場合（図３でいえば、紙面の手前と奥にある管体４０の両端を左側にして湾曲させた場合）に、突起４０ｃで第１基板部２０ａが傾くのを抑えることができるので好ましい。
なお、発光装置１００では、突起４０ｃを、管体４０の長手方向の全域に形成しているが、長手方向の一領域に形成することもできる。

（キャップ５０及びケーブル６０）
図１に示すように、管体４０の両端にはキャップ５０を設けることができる。管体４０の両端は典型的には解放されているが、キャップ５０で両端を塞ぐことにより防水機能を持たせることができる。これにより、屋外でも使用可能な発光装置とすることができる。キャップ５０には、発光素子１０や電子部品３０に電力を供給するためのケーブル６０を貫通させており、ケーブル６０は最終的にフレキシブル基板２０に設けられた接続部２０ａ−１接続される。ここでは、プラス側及びマイナス側からなる一対の接続端２０ａ−１に対応して、一対のケーブル６０がひとつのキャップ６０を貫通するように構成されている。

１００・・・発光装置
１０・・・発光素子
１０ａ・・・第１発光素子
１０ｂ・・・第２発光素子
２０・・・フレキシブル基板
２０ａ・・・第１基板部
２０ａ−１・・・接続部
２０ｂ・・・第２基板部
３０・・・電子部品
４０・・・管体
５０・・・キャップ
６０・・・ケーブル

Claims (10)

1. 一方向に長く湾曲可能な管体と、前記管体に収容されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に実装された複数の第１発光素子と、を備える発光装置であって、
   前記フレキシブル基板は、前記一方向に伸びた一対の長辺を有する第１基板部と、前記第１基板部の一方の長辺側に互いに離間して設けられた複数の第２基板部と、を有し、
   前記管体は、設置側に設けられた前記第１基板部の他方の長辺側を位置決めするための第１位置決め手段と、視認側に設けられた前記第２基板部の前記第１基板部から遠い側を位置決めするための第２位置決め手段と、を有し、
   前記第１発光素子は、隣接する前記第２基板部の間における前記第１基板部の一領域に実装されている、ことを特徴とする発光装置。
2. 一方向に長く湾曲可能な管体と、前記管体に収容されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に実装された複数の第１発光素子と、を備える発光装置であって、
   前記フレキシブル基板は、前記一方向に伸びた一対の長辺を有する第１基板部と、前記第１基板部の一方の長辺側に互いに離間して設けられた複数の第２基板部と、を有し、
   前記管体は、設置側に設けられた前記第１基板部の他方の長辺側を位置決めするための第１位置決め手段と、視認側に設けられた前記第２基板部の前記第１基板部から遠い側を位置決めするための第２位置決め手段と、を有し、
   前記第２基板部は、前記第１基板部から折れ曲がるようにして前記第１基板部と繋がっており、
   前記第１発光素子は、前記第１基板部の一対の主面のうち前記第２基板部から離れた側の主面に実装されている、ことを特徴とする発光装置。
3. 一方向に長く湾曲可能な管体と、前記管体に収容されたフレキシブル基板と、前記フレキシブル基板に実装された複数の第１発光素子と、を備える発光装置であって、
   前記フレキシブル基板は、前記一方向に伸びた一対の長辺を有する第１基板部と、前記第１基板部の一方の長辺側に互いに離間して設けられた複数の第２基板部と、を有し、
   前記管体は、設置側に設けられた前記第１基板部の他方の長辺側を位置決めするための第１位置決め手段と、視認側に設けられた前記第２基板部の前記第１基板部から遠い側を位置決めするための第２位置決め手段と、を有し、
   前記第１発光素子は、前記第１基板部に実装されており、
   前記第２基板部には、第２発光素子が実装されている、ことを特徴とする発光装置。
4. 前記第２基板部は、前記第１基板部から折れ曲がるようにして前記第１基板部と繋がっており、
   前記第１発光素子は、前記第１基板部の一対の主面のうち前記第２基板部から離れた側の主面に実装されている、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
5. 前記第２基板部には、第２発光素子が実装されている、ことを特徴とする請求項１、２又は４に記載の発光装置。
6. 前記管体は、その内部に突起を有し、
   前記突起は、前記第１基板部における一対の主面のうち前記第１発光素子が実装されていない側の主面に当接されている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記第１位置決め手段及び前記第２位置決め手段はそれぞれ、前記管体の内側に形成された溝からなる、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光装置。
8. 前記第１発光素子は、サイドビュー型ＬＥＤである、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光装置。
9. 前記第２発光素子は、サイドビュー型ＬＥＤである、ことを特徴とする請求項３、５又は５を引用する請求項６〜８のいずれか一項に記載の発光装置。
10. 前記フレキシブル基板は途中で切断しても使用できるように構成されている、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の発光装置。

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