(57)【要約】【課題】体積が小さい薄型の発光源であって、均一に面発光する薄型の発光源を提供することを課題とする。【解決手段】表面に導電部が形成された複数片の耐熱性フィルムと、前記導電部に接合される複数の発光素子と、前記複数片の耐熱性フィルムが貼り付けられる下地フィルムと、を備える発光素子組込み発光フィルムと、前記発光素子組込み発光フィルムの前記発光素子の発光面側に、前記発光素子から所定の間隔をあけて組み付けられる回折格子フィルムと、前記回折格子フィルムから所定の間隔をあけて組み付けられる光拡散フィルムと、からなる面状発光構造物とした。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に導電部が形成された複数片の耐熱性フィルムと、
前記導電部に接合される複数の発光素子と、
前記複数片の耐熱性フィルムが貼り付けられる下地フィルムと、
を備える発光素子組込み発光フィルムと、
前記発光素子組込み発光フィルムの前記発光素子の発光面側に、前記発光素子から所定の間隔をあけて組み付けられる回折格子フィルムと、
前記回折格子フィルムから所定の間隔をあけて組み付けられる光拡散フィルムと、
からなる面状発光構造物。
【請求項２】
前記下地フィルムは前記耐熱性フィルムよりも耐熱性の劣るフィルムである
請求項１に記載の面状発光構造物。
【請求項３】
前記耐熱性フィルムは、ポリイミドフィルム、ＰＰＳ、耐熱ウレタンフィルム及び液晶ポリマーフィルムのうちの少なくとも１つである
請求項１及び２のいずれか１つに記載の面状発光構造物。
【請求項４】
前記発光素子は発光ダイオードである
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の面状発光構造物。
【請求項５】
前記下地フィルムは、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ＰＰフィルム、ＰＥフィルム、ＰＳフィルム及びＰＰＭＡフィルムのうちの少なくとも１つである
請求項１乃至４のいずれか１つに記載の面状発光構造物。
【請求項６】
前記回折格子フィルムは、ポリエチレンテレフタレートフィルムと、ＰＭＭＡとからなる、
請求項１乃至５のいずれか１つに記載の面状発光構造物。
【請求項７】
前記回折格子フィルムは、正方格子又は三角格子の回折格子を有する、
請求項１乃至６のいずれか１つに記載の面状発光構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を組み込んだ発光フィルムに回折格子フィルム及び光拡散フィルムを組み付けた面状発光構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電球、蛍光灯、陰極線管等の光源の代替として、発光ダイオード（ＬＥＤ（Light Emitting Diode））が利用されている。発光ダイオードは、寿命が５万時間以上（半減期）であるため、長時間使用する光源に適している。また、電球等と比較して、低電力、低発熱等の長所を有する。
【０００３】
発光ダイオードを使用して面状に発光させる光源基板には、硬質な基板の上に、リードフレームを立てて複数の発光ダイオードを配置してハンダで接着して構成したものがある。硬質な基板には、樹脂やアルミニウム等が用いられる。発光ダイオードは、いわゆる砲弾型のものが用いられている。
【０００４】
また、フレキシブル基板の上に、複数の発光ダイオードを配置した光源基板もある。フレキシブル基板の表面は、銅箔などで配線されている。光源基板にフレキシブル基板を用いることにより、設置場所の自由度が増す。フレキシブル基板として、例えば、ＰＥＴ（Polyethylene terephthalate）フィルムが使用される。
【０００５】
一定数の光源を発光させる場合、その一定数の光源が必要である。また、自動車などのリアコンビネーションランプは、アクリル成形品にダイアモンドカットを入れたカバーを１つの電球などの光源の前に配置し、数倍から数十倍の数の光源に見えるように回折効果を狙ったものである。リアコンビネーションランプは、自動車などのリアにある、光源であるランプ類（ストップランプ、テールランプ、ウィンカーランプ、車幅灯等）とカバー（レンズ）とが一体となっているものである。
【０００６】
しかし、光源からカバーまで距離及び電球などの光源自体の形状により、リアコンビネーションランプの体積が大きくなってしまう欠点がある。そのため、自動車の後部に取り付ける場合、トランクが狭くなるなどの問題点がある。
【０００７】
そこで、発光ダイオード組み込みフィルムの前面に回折格子フィルムを配置した発光物が考えられている。この発光物によれば、薄型で光源を実際の大きさよりも大きく見せることができる。しかしながら、光の回折現象を利用して光源を大きく見せているので、回折格子フィルムの面において、均一に発光させることができなかった。さらに、白色のＬＥＤ等を使用した場合には、光の波長の違いにより、回折格子フィルム面上で色ずれが発生することがあった。
【０００８】
また、従来の面発光体として、例えば、広告用のバックライトがあるが、これは蛍光灯を複数本用いて面光度が均一になるように設計され利用されている。コンピュータのディスプレイのバックライトには、冷陰極管が用いられている。光源としての蛍光灯や冷陰極管は寿命が短く廃棄には公害上問題である。
【特許文献１】特開平７−１３５３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、体積が小さい薄型の発光源であって、均一に面発光する薄型の発光
源を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
【００１１】
即ち、本発明の態様は、
表面に導電部が形成された複数片の耐熱性フィルムと、
前記導電部に接合される複数の発光素子と、
前記複数片の耐熱性フィルムが貼り付けられる下地フィルムと、
を備える発光素子組込み発光フィルムと、
前記発光素子組込み発光フィルムの前記発光素子の発光面側に、前記発光素子から所定の間隔をあけて組み付けられる回折格子フィルムと、
前記回折格子フィルムから所定の間隔をあけて組み付けられる光拡散フィルムと、
からなる面状発光構造物である。
【００１２】
本発明によると、複数の発光素子から出射した光が回折格子フィルム及び光拡散フィルム透過することにより、光拡散フィルム上で略均一に面発光する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、体積が小さい薄型の発光源であって、均一に面発光する薄型の発光源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。
【００１５】
〔実施形態〕
本発明の実施形態による面状発光構造物は、発光ダイオード組込み発光フィルムと、回折格子フィルムと、光拡散フィルムからなる。
【００１６】
（発光ダイオード組み込み発光フィルム）
〈構成〉
図１は、本発明の実施形態に係る発光ダイオード組込み発光フィルムの断面を示す図である。土台のフィルムとしての非耐熱性のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム５（本発明の下地フィルムに相当）の上に複数片の耐熱性のＰＩ（ポリイミド）フィルム４が接合されている。ＰＩフィルム４上には、導電性材料である銅箔が貼り合わされ、銅箔により配線パターンが形成されている。発光ダイオード１が銅箔の上に配置され、発光ダイオード１の各端子と銅箔とが、ハンダ２により電気的に接続されている。発光ダイオードは、単色のものを使用しても、白色のものを使用してもよい。
【００１７】
耐熱性フィルムとしてＰＩフィルムの代わりに、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）フィルム、耐熱ウレタンフィルム、液晶ポリマーフィルム等の有機フィルムが、使用され得る。また、下地フィルムとしてＰＥＴフィルムの代わりに、ＰＰ（ポリプロピレン）フィルム、ＰＥ（ポリエチレン）フィルム、ＰＳ（ポリスチレン）フィルム、ＰＭＭＡフィルム等の有機フィルムが使用され得る。
【００１８】
図２は、耐熱性のＰＩフィルム４上に銅箔で形成される配線パターンを示す図である。ＰＩフィルム４上に２本の略平行の導電部３が形成されている。この２本の略平行の導電部３の間隔は、発光ダイオード１の１対の端子の間隔に合わせてある。この略平行の導電部３上で、向かい合う位置に、間隔をおいて、ハンダ２が載せられている。このハンダ２
が載せられた位置に、発光ダイオード１が配置される。略平行の導電部３の一端には、電源に接続するための導電部３が更に形成される。図２では、略平行の導電部３のうち、左側の上方には電源の正の電極に接続される導電部３Ａが形成され、右側の下方には電源の負の電極に接続される導電部３Ｂが形成されている。図３は、図２の配線パターンに発光ダイオード１を配置した図である。複数の発光ダイオード１が１列に配置されている。
【００１９】
図４は、実施形態の電気回路を示す図である。複数の発光ダイオード１が並列に電気的に接続され、電源に接続される。発光ダイオード１を並列接続することにより、仮に１つの発光ダイオード１が故障して断線した場合でも、他の発光ダイオード１の発光に影響しない。発光ダイオード１を均一に発光させるために、発光ダイオード１と並列に電気抵抗や低電圧装置を接続することもできる。
【００２０】
図５は、発光ダイオード１を接合したＰＩフィルム４をＰＥＴフィルム５に貼り合わせた図である。ＰＩフィルム４に接合された発光ダイオード１の列が、それぞれ略平行になるように並べられている。図５のそれぞれのＰＩフィルム４は、図４の回路を構成している。例えば、ＰＩフィルム４上の上方の導電部３Ａが正の電極に、下方の導電部３Ｂが負の電極になるように、ＰＩフィルム４が並べられている。それぞれ極性の同じ電極は接続されて、電源に接続される。このとき、各発光ダイオード１は並列に接続されている。
【００２１】
発光ダイオード組み込み発光フィルム上の発光ダイオードは、例えば、正方格子の格子点上、三角格子の格子点上に並べることができる。このとき、各格子点の間隔は、発光ダイオードの発光部分の直径の２倍から３倍であることが望ましい。
【００２２】
〈変形例〉
図６は、図３に示す配線パターンの変形例を示す図である。図３に示すようにＰＩフィルム４上に１列に発光ダイオード１を配置する代わりに、図６の例では、ＰＩフィルム４上に複数列に発光ダイオード１を配置している。この配置であっても、各発光ダイオード１は並列に電気的に接続されている。この場合も、発光ダイオード１を均一に発光させるために、発光ダイオード１と並列に電気抵抗や低電圧装置を接続することもできる。
【００２３】
〈製造方法〉
図７を参照して、本発明の実施形態に係る発光ダイオード組込み発光フィルムの製造方法を説明する。導電性の銅箔と耐熱性のＰＩフィルム４とを接着剤で接着する。銅箔の厚さは、好ましくは４乃至２０μｍである。接着剤として、ＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）、ポリエステル、ウレタン等の熱可塑性接着剤が使用される。貼り合わせた複合
フィルムの銅箔側にマスキング法により図２等のような配線パターンをエッチングにより形成する。配線パターン上の発光ダイオード１を配置する位置に、ハンダ２を付着させる。ハンダ２には、好ましくは鉛を含まないものが使用される。ハンダ２を付着させた位置に、発光ダイオード１を載せる。発光ダイオード１には、好ましくは発光ダイオードチップ（表面実装型の発光ダイオード）を使用する。発光ダイオードチップを使用することにより、砲弾型の発光ダイオードを使用するより薄型にすることができる。必要に応じて、電気抵抗等の素子も同様に配置することもできる。配置する発光ダイオード１の数や位置は、使用目的等に応じて自由に選択することができる。発光ダイオード１等の素子の端子には、フラックスを付ける。溶接剤であるフラックスを使用することにより、ハンダが付き易くなる。
【００２４】
発光ダイオード１を載置した複合フィルムをリフロー炉に入れる。ハンダ２が溶融することにより、配線パターンの導電部３と発光ダイオード１とが電気的に接続される。耐熱性のＰＩフィルム４を使用していることにより、リフロー炉の中で、フィルムが変形することはない。リフロー炉から発光ダイオード１と接合したＰＩフィルム４を取り出す。Ｐ
Ｉフィルム４とＰＥＴフィルム５とを接着剤で接合する。ＰＥＴフィルム５の代わりに、別の汎用のプラスチックフィルムを使用することもできる。ＰＩフィルム４の導電部３を適切に電気的に接続して、発光ダイオード組込み発光フィルムが完成する。
【００２５】
（回折格子フィルム）
〈構成〉
図８は、本発明の実施形態にかかる回折格子フィルムの断面を示す図である。回折格子フィルムは、土台のフィルムとしてのＰＥＴフィルム３０２と、ＰＥＴフィルム３０２に接合される複数の円柱状のＰＭＭＡフィルムと、からなる。
【００２６】
図９は、回折格子フィルム２００における、回折格子のパターン（配置）を示す図である。図９に示すように回折格子となる円柱２１１は、正方格子の格子点上に配置される。当該円柱の直径は、約０．１μｍ以上約１０μｍ以下とすることが好ましい。また、円柱の高さは、円柱の直径の約１．０倍以上約１．５倍以下とすることが好ましい。円柱の中心とその円柱に隣接する円柱の中心との距離は、円柱の直径の約２．５倍以下とすることが好ましい。この距離が回折格子の格子間隔（周期）となる。
【００２７】
図１０は、図９に示す回折格子のパターンの変形例を示す図である。図９に示すように正方格子の格子点上に円柱を配置する代わりに、図１０の例では、三角格子の格子点上に円柱を配置している。このように配置することにより、正方格子の場合と違った方向に回折光が出現することが期待される。
【００２８】
図１１は、図９に示す回折格子のパターンの変形例を示す図である。図９に示すように円柱とする代わりに、正方形の柱としている。また、これ以外にも、円柱の円の代わりに、断面を、楕円などの閉曲線、三角形、正方形その他の多角形（長方形、角が丸い多角形を含む）等とすることも可能である。
【００２９】
〈製造方法〉
図１２を参照して、本発明の実施形態にかかる回折格子フィルムの製造方法を説明する。ＰＥＴフィルム３０２の表面に、ＵＶ（Ultra Violet、紫外線）硬化塗料３０１（ＰＭＭＡ）を塗布する(図１２(Ａ））。ＵＶ硬化塗料３０１をコートしてマスク３０３をかけて所望の配置にパターニングする。パターニングは、電子ビームレジストを塗布して、電子ビームでパターン形成し現像することによりできる。また、フォトレジストを用いて形成することもできる。その後、マスク３０３をした表面側からＵＶ照射して、ＵＶ硬化塗料３０１を硬化させる（図１２（Ｂ））。未硬化部分は、酸で洗浄することによって、所望のパターンの回折格子フィルムを得ることができる（図１２（Ｃ））。また、エッチングや熱プレスによって、円柱を形成することにより、回折格子フィルムを作成することもできる。
【００３０】
ＰＥＴフィルム３０２の代わりに、別の汎用のプラスチックフィルムを使用することもできる。
【００３１】
（光拡散フィルム）
光拡散フィルム４００は、一方の面から入射した光を他方の面から光を多方向に散乱させて出射するフィルムである。光拡散フィルム４００は、例えば、ＰＥＴフィルム等に酸化チタン（ＴｉＯ2）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、二酸化珪素（ＳｉＯ2）等の粉末
を混ぜたものである。ＰＥＴフィルム等に、ＴｉＯ2、ＣａＣＯ3、ＳｉＯ2等の粉末を混
ぜることで、フィルムの表面を不均一に粗くする。これにより、フィルムの表面で光を散乱（拡散）することができる。
【００３２】
（面状発光構造物）
〈構成〉
図１３は、本発明の実施形態にかかる面状発光構造物の断面を示す図である。上記した発光ダイオード組込み発光フィルム２２０の発光ダイオードの発光面側に、発光ダイオード２２１から所定の間隔をあけて上述した回折格子フィルム２００が組み付けられる。発光ダイオード組込み発光フィルム２２０と回折格子フィルム２００との間隔は、発光フィルム２２０上の発光ダイオード２２１の発光部分の直径の１倍から３倍の距離であることが望ましい。さらに、回折格子フィルム２００から所定の間隔をあけて光拡散フィルム４００が組み付けられる。回折格子フィルム２００と光拡散フィルム４００との間隔は、発光ダイオード組込み発光フィルム２２０と回折格子フィルム２００との間隔よりも小さいことが望ましい。この構成により、光拡散フィルム４００の面上で、ほぼ均一に 発光さ
せることができる。
【００３３】
回折格子フィルム２００及び光拡散フィルム４００は、樹脂、金属その他適切な物質によって、発光ダイオード組み込みフィルム２２０に固定される。発光ダイオード２２１から発光した光は、回折格子フィルム２００及び光拡散フィルム４００を通じて、外部から視認される。発光ダイオードとして、発光ダイオードチップ（表面実装型の発光ダイオード）を使用することにより、面状発光構造物をより薄くすることが可能となる。
【００３４】
（本実施形態の作用効果）
本発明の実施形態によると、回折格子フィルムを発光ダイオードから適切な距離の位置に配置し、さらに光拡散フィルムを回折格子フィルムの外側に配置することにより、面状で略均一に発光させることが可能となる。光源として白色のものを使用した場合、光の波長の違いにより、回折格子フィルム面上で色ずれが発生するが、光拡散フィルムを使用して光を拡散することで、光拡散フィルム表面上で色ずれを減少させることが出来る。また、表面実装型の発光ダイオードを使用することにより、面状発光構造物をより薄型にすることができる。
【００３５】
本発明の実施形態の面状発光構造物によれば、発光ダイオードチップ及びフレキシブルなフィルムを使用するので、より薄型の発光光源を提供できる。そのため、本発明の面上発光構造物は、面発光体や広告用の蛍光灯に変わる光源として幅広い用途が期待できる。また、発光ダイオードは、低消費電力、長寿命であるため、本発明の実施形態の面状発光構造物を使用した光源装置は、維持管理のコストを削減することができる。
【００３６】
また、本実施形態の面状発光構造物は、高価なＰＩフィルムをハンダ付けに必要な部分に使用し、他の部分にＰＩフィルムより耐熱性が劣るが安価な汎用のプラスチックフィルムを使用することにより、大きな面積の発光ダイオード組込み発光フィルムを安価に製造することができる。すなわち、リフロー炉にてＰＩフィルム上の導電性パターンに発光ダイオードをハンダ付けすることにより、発光ダイオードのハンダ付けの自動化を実現する。さらに、ハンダ付け終了後、ＰＩフィルムをＰＥＴ等の汎用プラスチックフィルムに貼り付けることにより耐熱性の劣る安価な材料の利用が可能となる。
【００３７】
本実施形態の面状発光構造物は、例えば、広告掲示のバックライトとしてとして活用できる。また、本実施形態の面状発光構造物は、薄型であるため、曲面上に設置して使用することも容易である。
【００３８】
また、フィルムをベースに製品を作成するために非常に、軽く、且つ、安価に作成でき、寿命が長く、熱が出にくく、環境にやさしい面状均一光源の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態における発光ダイオード組込み発光フィルムの断面図である。
【図２】本発明の実施形態における発光ダイオード組込み発光フィルムの配線パターンを示す図である。
【図３】図２の配線パターンに発光ダイオードを配置した図である。
【図４】本発明の実施形態の回路図を示す。
【図５】本発明の実施形態における発光ダイオード組込み発光フィルムの上面図を示す。
【図６】図３に示す発光ダイオードを配置した配線パターンの変形例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における発光ダイオード組込み発光フィルムの製造方法を示す図である。
【図８】本発明の実施形態にかかる回折格子フィルムの断面を示す図である。
【図９】回折格子フィルムにおける、回折格子のパターン（配置）を示す図である。
【図１０】図９に示す回折格子のパターンの変形例を示す図である。
【図１１】図９に示す回折格子のパターンの変形例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態にかかる回折格子フィルムの製造方法を説明する図である。
【図１３】本発明の実施形態にかかる面状発光構造物の断面を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    発光ダイオード（ＬＥＤ）
２    ハンダ
３    導電部
３Ａ  導電部（＋）
３Ｂ  導電部（−）
４    耐熱性フィルム（ＰＩフィルム）
５    下地フィルム（ＰＥＴフィルム）
１０１    直接光
１０２    回折光
２００    回折格子フィルム
２０１    回折格子フィルム
２０２    回折格子フィルム
２０３    回折格子フィルム
２１１    円柱
２１２    四角柱
２２０    発光ダイオード組み込み発光フィルム
２２１    発光ダイオード
３０１    ＵＶ硬化塗料
３０２    ＰＥＴ
３０３    マスク
４００    光拡散フィルム
【図１】
2008204809.tif 000003
【図２】
2008204809.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008204809.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008204809.tif 000011
【図１０】
2008204809.tif 000012
【図１１】
2008204809.tif 000013
【図１２】
2008204809.tif 000014
【図１３】
2008204809.tif 000015