(57)【要約】  照明システムは、複数の照明要素を有する照明回路を担持する回路基板を有する。照明要素を担持する回路基板の表面は、少なくとも部分的に反射性である。スペーサ層は回路基板の上にあり、トップ反射器はスペーサ層の上にある。スペーサ層は、回路基板とトップ反射器との間の光キャビティエアギャップを定め、トップ反射器及び／又は回路基板は、光出力構造体のアレイを具備する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
-複数の照明要素を有する照明回路を担持する回路基板であって、前記照明要素を担持する回路基板の表面が少なくとも部分的に反射性である前記回路基板と、
-前記回路基板上のスペーサ層と、
-前記スペーサ層上のトップ反射器とを有する照明システムであって、前記スペーサ層が前記回路基板とトップ反射器との間のエアギャップを定め、前記トップ反射器及び／又は前記回路基板が光出力構造体を具備し、前記回路基板が、共通の導体領域により囲まれる絶縁した導体領域のアレイを持つパターン化されたトップ導体を有し、一つ以上の照明要素が、各絶縁した導体領域と、前記共通の導体領域との間に接続されている、照明システム。
【請求項２】
前記照明要素を担持する前記回路基板の前記表面は、反射フォイルを具備する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項３】
前記照明要素を担持する前記回路基板の前記表面は、塗料被覆を持つ、請求項１に記載の照明システム。
【請求項４】
前記スペーサ層は、各格子開口部に関連する同じ数の一つ以上の照明要素を伴って、格子を定める、請求項１に記載の照明システム。
【請求項５】
前記スペーサ層は、部分的に透明な材料で形成される、請求項４に記載の照明システム。
【請求項６】
前記光出力構造体は、ホールのアレイを有する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項７】
前記回路基板は、前記回路基板の反対側に底部導体を有し、前記照明システムは、前記共通の導体領域と前記底部導体との間に接続される交流電源を有する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項８】
前記照明要素は、ＬＥＤを有する、請求項１に記載の照明システム。
【請求項９】
前記照明要素は、側部放射ＬＥＤを有する、請求項８に記載の照明システム。
【請求項１０】
照明システムを製造する方法であって、当該方法は、
-複数の照明要素を有する照明回路を担持する回路基板を供給するステップであって、前記照明要素を担持する前記回路基板の表面が少なくとも部分的に反射性であるステップと、
-前記回路基板上にスペーサ層を供給するステップと、
-前記スペーサ層の上にトップ反射器を供給するステップとを有し、
前記スペーサ層は、前記回路基板と前記トップ反射器との間のエアギャップを定め、前記トップ反射器及び／又は前記回路基板は、光出力構造体のアレイを具備し、前記回路基板が、共通の導体領域により囲まれる絶縁した導体領域のアレイを持つパターン化されたトップ導体を有し、一つ以上の照明要素が、各絶縁した導体領域と、前記共通の導体領域との間に接続されている、方法。
【請求項１１】
前記照明要素を担持する前記回路基板の前記表面に、反射フォイルを供給するステップを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記照明要素を担持する前記回路基板の前記表面に、塗料被覆を供給するステップを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記スペーサ層は、印刷により形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記光出力構造体は、ホールのアレイを有する、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明システムに関し、特に、例えばＬＥＤ光源を使用する光放射シートの形式の照明システムに関する。本発明は、また、製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用する照明システムは、ますます普及してきた。斯様な光出力装置は、対象物の照明のため、画像の表示のため、又は、単に装飾的な目的のために使用できる。
【０００３】
ＬＥＤは、ＬＥＤチップのｎ型半導体領域及びｐ型半導体領域を、電流を流すためのそれぞれの端子ピンに接続することにより作られる。ＬＥＤチップは、例えば樹脂のパッケージに埋め込まれる。ＬＥＤチップからの光が一つ以上の指定された方向に放射されるように、パッケージは設けられる。
【０００４】
ＬＥＤは小さな形状ファクタを持ち、これは、薄くて且つ用途が広い設計を形成可能にする。１つの例は、表面の上に配置できるか、又は表面と一体化できる光放射シートである。光放射シートは、例えば組込形ＬＥＤ又は組込形ＬＥＤのアレイを具備する。ＬＥＤは、シート内のそれぞれの位置で光を放射する。
【０００５】
小さな形状ファクタのＬＥＤは、非常に高い輝度、例えば１０６ｃｄ／ｍ２を超える輝度に変換する。
【０００６】
よって、ＬＥＤの集積されたアレイを持つ光放射シートの課題は、シートがＬＥＤの場所で局所的高輝度領域を持つということである。個々のＬＥＤは、不必要なシャドウイング効果だけでなくグレアを作る。多くの用途において、シートの領域間により均一な光出力強度を得ることが望ましく、例えば１〜１０ｃｍ２のより大きい領域にわたってＬＥＤ光出力を例えば広げることが望ましい。光拡散層又は光散乱表面のような２次光学部品が、この目的のために使用できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光放射シートの他の例は、光を広げて、これにより更に均一な出力を生成するために、光キャビティを使用する。光キャビティは、例えば、出力の均一性が特に重要であるＬＣＤ用のバックライトユニットに使われる。斯様なキャビティは、フォイルの形式であり、縁に取り付けられたＬＥＤにより照明される。
【０００８】
この種のフォイルの１つの例は、ＰＭＭＡ（ポリ（メタクリル酸メチル）透明な熱可塑性材料）導波路であり、時々、光皮膜と呼ばれる。光は全内反射により導波路内で捕捉され、光出力構造体は光出力表面で均一な光を生成するために用いられる。これらの光出力構造体は、例えば全内反射を中断するために、屈折率の変化又は光の角度の変化を提供する。例えば、これらは、光散乱領域を有する。光出力領域は、光強度が低いので、ＬＥＤ位置に対して、ＬＥＤから、より離れたところで、より近づけて一緒に設けられ、より多くの光出力領域が、光出力表面の領域にわたって均一な強度のために必要とされる。
【０００９】
図１は、ＰＭＭＡ導波路光放射シートを示し、エッジ結合されたＬＥＤ１０（例えば赤、緑及び青）、導波路１２及び不規則なパターンの光出力構造体１４を示す。当該パターンは、良好な均一性を確実にするために正確に計算されている。導波路は、例えば厚さ１ｍｍである。
【００１０】
図２は、図１の構造体の断面を示す。
【００１１】
光出力構造体は、散乱塗料ドット、微細溝、マイクロプリズム、マイクロレンズ、表面粗さを持つ領域、燐光体ドットのような様々な形式をとることができる。導波路は、通常、射出成形により作られる。
【００１２】
ＰＭＭＡ（又は光に対して透明な他のプラスチック材料（例えばポリカーボネート））が、慎重に研磨された又はマイクロ構造の壁及び差込みを持つ金属の型に注入される。高い圧力及び温度での注入の後、プラスチックは、冷却し、凝固する。
【００１３】
ＰＭＭＡがバックライトの光ガイドとして使用できる一方、火災安全上の要件は、一般照明においてＰＭＭＡを許容しない。このために、ＰＭＭＡは、主に閉システムで使われる。
【００１４】
ポリカーボネート（ＰＣ）も使用できる。ＰＣは、より耐火性があり、照明に使用できる。しかしながら、その高い吸収特性のため、ＰＣは、広域照明を実現する際の好適な材料ではない。
【００１５】
また、これら両方とも、成形されたプラスチック光ガイドの解決策は、相当な重みを照明器具全体に加える。
【００１６】
従って、均一な照明分布を得るため、火に対して安全で軽量な態様のニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明によると、
-複数の照明要素を有する照明回路を担持する回路基板であって、照明要素を担持する回路基板の表面が少なくとも部分的に反射性である回路基板と、
-前記回路基板上のスペーサ層と、
-スペーサ層上のトップ反射器とを有する照明システムであって、スペーサ層が回路基板とトップ反射器との間のエアギャップを定め、トップ反射器及び／又は回路基板が光出力構造体を具備し、回路基板が、共通の導体領域により囲まれる絶縁した導体領域のアレイを持つパターン化されたトップ導体を有し、一つ以上の照明要素が、各絶縁した導体領域と、共通の導体領域との間に接続されている、照明システムが提供される。
【００１８】
この構造体は、フォイルのような反射層の間のエアキャビティを定めるために、スペーサ層を使用する。照明要素は、照明システムの光出力表面の領域間に分散され、均一な光出力の生成を容易にする。照明システムがサイズに合せて切られるように、照明要素の並列接続が提供される。カットの後でも残りの接続が依然機能するので、これは可能である。残りの絶縁領域が使用でき、共通の導体領域の残りの部分が、依然電気的に完全なままである。
【００１９】
エッジマウントされる光源が必要とされないという点で、システムをコンパクト可能にもする。
【００２０】
構造体は製造しやすく、例えば、印刷回路基板の上にスペーサ層を印刷し、その後トップ反射器を取り付けて製造する。
【００２１】
回路基板、スペーサ及びトップ反射器は、任意の適切な材料から作られる。特に、光透明度は重要でないので、キャビティは防火安全要件に合う材料から作られる。これは、既存のＰＭＭＡベースの光ガイドを越えて有利である。
【００２２】
（ＰＣ及びＰＭＭＡのような）固体光ガイドデザインと比較して、材料及び重みの低減された使用がある。
【００２３】
照明要素を担持する回路基板の表面は、反射フォイルを具備できる。これは、（ＰＣＢのような）回路基板の所望の反射率を提供する。代わりに、照明要素を担持する回路基板の表面は、塗料被覆を持つ。これは、反射性が低くなりそうであるが、適用しやすい。
【００２４】
スペーサ層は、各格子開口部内に同じ数の一つ以上の照明要素を伴って、格子を定める。このとき、各格子開口部は、光源領域を定め、格子は、均一な光出力が得られるように、照明システムの全体の領域にわたって好ましくは反復している。
【００２５】
スペーサ層は、部分的に透明な材料で形成できるので、格子開口部の間での混合がある。しかしながら、スペーサ層は、反射性、吸収性又は光散乱性であり得る。
【００２６】
光出力構造体のアレイは、ホールのアレイを有することができる。これらは規則的パターンが可能なので、ホール配置は各格子開口部に対して同じである。
【００２７】
回路基板は、基板の反対側に底部導体を有し、システムは、共通の導体領域と底部導体との間に接続される交流電源を有する。
【００２８】
照明要素は、ＬＥＤ、例えば側部放射ＬＥＤを有する。
【００２９】
本発明は、また、照明システムを製造する方法を提供し、当該方法は、
-複数の照明要素を有する照明回路を担持する回路基板を供給するステップであって、前記照明要素を担持する前記回路基板の表面が少なくとも部分的に反射性であるステップと、
-前記回路基板上にスペーサ層を供給するステップと、
-前記スペーサ層の上にトップ反射器を供給するステップとを有し、前記スペーサ層は、前記回路基板と前記トップ反射器との間のエアギャップを定め、
前記トップ反射器及び／又は前記回路基板は、光出力構造体のアレイを具備する。
【００３０】
前記スペーサ層は、印刷により形成できる。
【００３１】
本発明の例は、添付の図面を参照して詳細に説明されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、既知の光放射シートを斜視図で示す。
【図２】図２は、図１の光放射シートを断面図で示す。
【図３】図３は、本発明のシステムで使用される、キャビティの１つの反射器として機能する印刷回路基板のデザインを示す。
【図４】図４は、照明要素がどのように図３の印刷回路基板と接続されるかを示す。
【図５】図５は、照明要素の回路接続を示す。
【図６】図６は、複数の照明要素のための電気的接続を示す。
【図７】図７は、スペーサ層及び照明要素位置決めの２つの可能性があるデザインを示す。
【図８】図８は、３つの可能性があるキャビティデザインを断面図で示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、ＬＥＤの光を拡散及び抽出できる２つの反射面により実現されるエアキャビティを有する光ガイドを持つ照明システムを提供する。表面は、格子を定める好ましくは可撓性の材料のスペーサ層により間隔を置かれる、フォイルとして形成される。
【００３４】
本発明のシステムの好適な例は、ＬＥＤのような照明要素を担持する印刷回路基板を持つ。この基板は、反射性があるように作られるので、キャビティの１つの反射器として機能する。他の反射器は、印刷回路基板上に設けられ、間隔はスペーサ層により定められる。
【００３５】
図３は、キャビティの１つの反射器として機能する、本発明のシステムで使用される印刷回路基板３０のデザインを示す。
【００３６】
回路基板３０は、共通の導体領域３６により囲まれる絶縁した導体領域３４のアレイを持つパターン化されたトップ導体３２を有する。導体領域３４の周りの分離ギャップは、導体領域３４を分離するために印刷されるパターンにより形成される。
【００３７】
絶縁した領域は、好ましくは、行及び列に配列される、間隔を置いた領域の通常の格子を定める。共通の導体領域は、このように、絶縁した領域が形成される開口部の格子を持つ連続シートとして定められる。
【００３８】
トップ導体が誘電層３７の上に設けられ、底部導体３８がある。このように、図３に示される３つのパターンは、印刷回路基板３０を定めるために重ねられる。
【００３９】
領域３４の全ては浮いていて、電源に接続されていない。電源への接続は、トップ電極３２及び底部導体３８の共通の導体領域３６上でなされる（図３、図５）。誘電層３７は、従来の回路基板積層体を有する。
【００４０】
回路基板３０は、可撓性であり、３つの層３６、３７、３８は、例えばポリイミド誘電体の両側に置かれる２つの銅の導体層を有する。
【００４１】
図４は、照明要素がどのように図３の印刷回路基板に接続されているかを示す。各導体領域３４は、１つのＬＥＤのアノード及び他のＬＥＤのカソードに接続されている。２つのＬＥＤは、導体領域３４と３６との間で逆並列にある。
【００４２】
これは、交流駆動信号の両方のフェーズで照明があることを意味する。
【００４３】
ＬＥＤ対の全ては並列に取り付けられ、これは、ドライブ接続を他に変更する必要なく、且つ、残ったＬＥＤの輝度を変えることなく、任意の数のＬＥＤが除去可能であるという点で、照明システムの切断対処機能を与える。しかしながら、これは、多くの可能な接続スキームのうちの単なる１つである。
【００４４】
図５は、回路基板３０を断面図で示し、トップ導体層３４との電気的接続をなす１対の逆並列ダイオード５０を示す。トップ端末が共通の導体領域３６に接続され、底部端末が絶縁した領域３４に接続される。
【００４５】
図６は、底部電極３８とトップ電極３２の被接続部分との間に電圧を付与する電源６０を示す。このように電源により駆動される負荷は、逆並列ダイオード対と各ダイオード対と関連したキャパシタとを有する。（回路基板を通る）キャパシタは、駆動周波数では、回路の正しい動作を妨げない。
【００４６】
ＬＥＤは、表面実装された装置、例えば可撓性のＰＣＢにはんだ付けされた、側部発光ＬＥＤである。ＬＥＤのはんだ付け後に、可撓性のスペーサ格子が、３Ｄ印刷／製造技術で印刷／製造される。
【００４７】
格子は、スペーサとして役に立ち、光セルのアレイを定める。１つのＬＥＤ又は一組のＬＥＤからの光は、格子の範囲内に含まれ、さもなければ、種々異なる格子セル内のＬＥＤからの光は混合できる。
【００４８】
図７ａ及び図７ｂは、スペーサ格子７０の例を示す。基本的に、格子壁の通常の矩形のアレイは、一連の格子開口部を定める。格子開口部のＬＥＤ又は複数のＬＥＤは、図７ａの例のスペーサ壁内にある（例えばＬＥＤセット７２）。図７ｂの例において、ＬＥＤパッケージ７２は格子開口部間の境界にあるので、１つのＬＥＤ出力は１つの格子開口部に向けられ、他のＬＥＤ出力は反対の格子開口部に向けられる。
【００４９】
格子は、一定間隔を維持可能なことが必要であり、従って、ＬＥＤの必要な密度より密度の高い格子パターンを持ってもよい。これは、ＬＥＤセットが一つおきの格子開口部ごとにだけ備えられる図７ａに示される。もちろん、各格子開口部にＬＥＤセットがあってもよい。
【００５０】
示されるように、格子は基本的に矩形であり、又は、六角形の格子、実際他の任意のパターンでもよい。
【００５１】
格子パターンの形状は、ＬＥＤの照明パターンを考慮して選択される。よって、図７ａ及び図７ｂに模式的に示されるように、格子開口部は、正多角形でなくてもよいが、例えば側部放射ＬＥＤのＬＥＤ出力を考慮してデザインされる側壁をずらして並べてもよい。
【００５２】
格子は、３Ｄ印刷／高速プロトタイピング技術で用いられているような材料から形成される。共通の技術は、アクリル酸塩、エポキシ樹脂及びアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）プラスチックのようなフォトポリマーが用いられるステレオリソグラフィーであるか、又はナイロン、ポリスチレン、微細なアルミデ（Ａｌｕｍｉｄｅ）のような材料を使用する選択的レーザー焼結ＳＬＳである。
【００５３】
格子開口部の寸法は、通常は、１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲にある。格子厚は、ほぼ０．５ｍｍ〜５ｍｍであり、例えばほぼ１ｍｍである。
【００５４】
トップ反射器は、スペーサ層の上に設けられる。スペーサ層により定められるエアギャップは光キャビティを定め、光がキャビティから離れることを可能にする出力構造体に到達するまで、ＬＥＤにより放射される光は、光キャビティ内に含まれる。
【００５５】
最も単純な形式において、光出力構造体は、光の漏出を可能にする開口部を有する。これら開口部は、底部回路基板若しくはトップ反射器に形成でき、又は、両方の面からの照明が所望される場合は両方に形成できる。
【００５６】
光出力は、キャビティのトップで部分的に透過材料、例えば部分的に反射性且つ部分的に透過性である材料を用いても達成できる。
【００５７】
図８は、３つの可能なキャビティデザインを断面図で示す。
【００５８】
図８（ａ）は、２枚の反射フォイルを使用するデザインを示し、一方のフォイル８０が、マウントされたＬＥＤ５０間でＰＣＢに取付けられ、他方のフォイル８２がスペーサ格子７０のトップに取り付けられる。
【００５９】
トップ反射器フォイル８２は、エアキャビティ内部で広がる光の抽出を可能にする開口部８４を具備する。これらの開口部は、トップ反射器フォイル間に一様に分布できるか、又は、ＬＥＤ５０（若しくはＬＥＤセット）が配置される格子セルの領域間に均一な出力照明（すなわちユニット領域当たりの均一な光出力強度）を提供するようにデザインされているパターンを持つことができる。
【００６０】
図８（ｂ）は、トップ反射フォイル８２だけを使用するデザインを示す。エアキャビティの下部の表面は、白色に塗られているか又は他の反射コーティングで塗られているＰＣＢ３０自体により形成される。光出力構造体は、また、トップ反射器内に開口部８４を有する。
【００６１】
図８（ｃ）は、散乱パターン８６を持つ底部フォイル８０と組み合わせた、部分的に透明なトップフォイル８２を使用するデザインを示す。パターン８６は、部分的に透明なトップフォイルと組み合わせた、均一な光出力を達成するようにデザインされている。光出力構造体は、散乱塗料ドット、微細溝、マイクロプリズム、マイクロレンズ、表面粗さを持つ領域、燐光体ドットのような、従来技術で知られている他の形式をとることができる。
【００６２】
図８の例において、光は、一方側だけから抽出される。しかしながら、両側でダブルの抽出を持つエアキャビティを実現することは、簡単である。
【００６３】
よって、本発明の照明システムの基本構成は、可撓性でもよいＰＣＢフォイルと、可撓性でもよい格子内にＬＥＤを持つスペーサ格子とを有する。トップ反射フォイルは、反射キャビティを完成させる。
【００６４】
格子は、可撓性材料又は剛性材料から作られる。格子は不透明（散乱）であり得るし、又は光学的に透明でもあり得、いずれにせよ格子セル間の混合がある。代わりに、吸収性又は反射性でもあり得、光は、逃げ出すまで格子セル内に基本的に含まれる。
【００６５】
部分的に透明な材料が使われる場合、光が隣接セル間で拡散し、改良された色混合が得られる。
【００６６】
光出力構造体は、開口部又は光窓であり得る。例えば、トップ反射器フォイルは反射器層が印刷される透明基板を有し、反射器層自体が窓を定める。よって、開口部は、完全なフォイルに設けられるのではなく、被覆層だけに設けられる。
【００６７】
反射フォイル又は複数のフォイルは、好ましくは９８％を超える公称の反射率を持つ。塗料のような被覆が高い反射率の第２のフォイルの代わりに使われる場合、出力輝度は低くなる。例えば、塗料の反射率は約７０％であり、塗料内での高い吸収損失を与える。
【００６８】
効率は低くなるが、本発明は、キャビティの両側上に低い反射率の被覆で適用できる。よって、照明要素を担持する回路基板の表面及びトップ反射器は、可視光スペクトルに対して好ましくは各々少なくとも７０％の反射性である。
【００６９】
種々異なる色のＬＥＤが使用でき、例えば各格子領域内に赤、緑及び青のＬＥＤが使用でき、さもなければ、照明システムの表面間に所望のカラーパターンが使用できる。
【００７０】
説明された例では、全てのＬＥＤは、共通に制御される。しかしながら、ＬＥＤは、導体領域３４に個々の接続を供給することにより、独立して制御可能である。これは、より複雑なＰＣＢデザインを必要とするが、光出力パターンを制御可能にする。
【００７１】
光が多重反射を必要とすることのなしに格子セルの領域を満たすように、ＬＥＤは側部放射であり得る。側部放射とは、光出力の方向がＬＥＤが取り付けられる回路基板の平面と実質的に平行であることを意味し、例えば、光出力がこの平行平面に±２０度の範囲内にある。側部放射ＬＥＤモジュールは、良く知られている。
【００７２】
上記例では、スペーサ層は、印刷されている。しかしながら、スペーサ層は、予備成形され（例えば、印刷されるか又はスタンプされ）、積層工程により印刷回路基板に付与されてもよい。
【００７３】
本発明は、通常の照明アプリケーション、バックライティング、装飾的な照明システム、放射窓、カーテン、ブラインド及び他のパネルに適用できる。
【００７４】
開示された実施例に対する他のバリエーションは、図面、明細書及び添付の請求の範囲の検討から、請求された本発明を実施する際に、当業者により理解され遂行できる。請求項において、用語「を有する」は他の要素又はステップを除外しないし、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項において引用されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが効果的に使用できないことを示さない。請求項内の何れの参照符号も、範囲を制限するものとして解釈されてはならない。
【図１】
2014502029.tif 000003
【図２】
2014502029.tif 000004
【図３】
2014502029.tif 000005
【図４】
2014502029.tif 000006
【図５】
2014502029.tif 000007
【図６】
2014502029.tif 000008
【図７ａ】
2014502029.tif 000009
【図７ｂ】
2014502029.tif 000010
【図８】
2014502029.tif 000011
【国際調査報告】
2014502029.tif 000012
2014502029.tif 000013