(57)【要約】  光出力装置は、基板構成部であって、第１及び第２光透過性基板１、２、並びに前記基板間にはさまれる電極構成部３ａ、３ｂ含む基板構成部を有する。複数の光源装置４は、前記基板構成部の構造体に組み込まれ、前記電極構成部に接続される。前記電極構成部は、間隔を置いて配置される不透明ワイヤから成る少なくとも半透明の導体構成部を有し、前記ワイヤは、導電性インクを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板構成部を有する光出力装置であり、前記基板構成部が、
第１及び第２光透過性基板、並びに前記基板間にはさまれる電極構成部と、
前記基板構成部の構造体に組み込まれ、前記電極構成部に接続される複数の光源装置とを有する光出力装置であって、
前記電極構成部が、間隔を置いて配置される不透明ワイヤから成る少なくとも半透明の導体構成部を有し、前記ワイヤが、導電性インクを有する光出力装置。
【請求項２】
前記電極構成部が、前記基板の一方に設けられる請求項１に記載の光出力装置。
【請求項３】
前記導体構成部が、導電性粒子を含むインクを有する請求項１又は２に記載の光出力装置。
【請求項４】
前記インクが、熱可塑性結合剤内の銀粒子を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項５】
前記インクが、0.025 mmの厚さにおいて0.1 Ohm/square以下のシート抵抗を持つ請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項６】
硬化した前記インクが、0.025 mmの厚さにおいて0.075 Ohm/square以下のシート抵抗を持ち、より好ましくは、0.025 mmの厚さにおいて0.030 Ohm/square以下のシート抵抗を持ち、より好ましくは、0.025 mmの厚さにおいて0.015 Ohm/square以下のシート抵抗を持つ請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項７】
前記光源装置が、少なくとも15 mmの間隔を置いて配置される請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項８】
前記光源装置が、少なくとも30 mmの間隔を置いて配置される請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項９】
前記電極構成部が、1000 μm未満の幅の複数のワイヤを有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記電極構成部が、600 μm未満の幅の複数のワイヤを有する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記電極構成部が、75 μmより大きい幅の複数のワイヤを有する請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項１２】
前記電極構成部が、150 μmより大きい幅の複数のワイヤを有する請求項１１に記載の光出力装置。
【請求項１３】
前記電極構成部が、0.08 mm乃至0.8 mmの幅の複数のワイヤを有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項１４】
前記光源装置が、ＬＥＤ装置又はＬＥＤ装置群を有する請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項１５】
各光源装置が、３つの色付きＬＥＤから成る一群を有し、前記電極のパターンが、各ＬＥＤに至る個々の供給電極線を有する請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項１６】
前記電極構成部につながるほぼ完全に透明な電極を持つ第２電極構成部を更に有する請求項１乃至１５のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項１７】
前記第２電極構成部が、導電性材料として透明な導電性酸化物を有する請求項１６に記載の光出力装置。
【請求項１８】
各光源装置が、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、ポリマーＬＥＤ又はレーザダイオードを有する請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の光出力装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の光出力装置を有する照明システム。
【請求項２０】
光出力装置を製造する方法であって、
基板構成部の或る第１光透過性基板上に、導電性インクを用いて、不透明ワイヤから成る少なくとも半透明の導体構成部を規定するよう、電極構成部を印刷するステップと、
前記電極構成部に接続される複数の光源装置を設けるステップと、
第２光透過性基板を設け、前記電極構成部を前記基板間にはさみ込み、それによって、前記光源装置を前記基板構成部の構造体内に組み込むステップとを有する方法。
【請求項２１】
２つの前記基板を、熱可塑性の層又は樹脂を用いて結合するステップを更に有する請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記熱可塑性の層又は樹脂が、ポリビニルブチラール又はＵＶ樹脂を有する請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記熱可塑性の層又は樹脂の厚さが、0.3 mm乃至2 mmである請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記インクが、熱可塑性結合剤内の銀粒子を有する請求項２０乃至２３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記印刷が、シルクスクリーン印刷を含む請求項２０乃至２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
前記印刷が、インクジェット印刷又はオフセット印刷を含む請求項２０乃至２４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、とりわけ光透過性基板の構造体と結合される離散光源を用いる、光出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このタイプの照明装置の或る既知の例は、所謂「ガラス内ＬＥＤ」装置である。図１に例が示されている。一般に、電極を形成する透明な導電性被覆（例えばＩＴＯ）を備えるガラス板が用いられる。導電性被覆は、半導体ＬＥＤ装置に接続される電極を作成するためにパターン化される。組立体は、熱可塑性層（例えばポリビニルブチラール、ＰＶＢ）内にＬＥＤを入れて、ガラスを積層することによって完成させられる。
【０００３】
このタイプの装置の用途は、棚の照明、ショーケースの照明、ファサード照明、オフィスの仕切りの照明、壁の外装材の照明及び装飾照明である。前記照明装置は、他の物体の照明、画像の表示、又は単なる装飾目的のために用いられ得る。
【０００４】
現在のガラス内ＬＥＤ製品に関する１つの問題は、透明な導電層が、高い電気抵抗を持ち、故に、多くの電力が失われることである。更に、ＩＴＯ層は、非常に細い導体線を形成するようパターン化されることができない。なぜならば、これは、電気抵抗を更に増加させるからである。この問題に対して、半透明の導電性メッシュを用いる解決策が、提案されている。例えば、米国特許公報第ＵＳ５，２１８，３５１号は、（半）透明導電体の役割を果たすワイヤのメッシュの使用を開示している。これは、リソグラフィプロセスを必要とし、それ故、大規模且つ大量に生産するのが困難であり、高くつく。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、導電性が高く、非常に透明な電極構成部が、低コストのプロセスで設けられ得る光源装置を集積した光出力装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、基板構成部を有する光出力装置であり、前記基板構成部が、
第１及び第２光透過性基板、並びに前記基板間にはさまれる電極構成部と、
前記基板構成部の構造体に組み込まれ、前記電極構成部に接続される複数の光源装置とを有する光出力装置であって、
前記電極構成部が、間隔を置いて配置される不透明ワイヤから成る少なくとも半透明の導体構成部を有し、前記ワイヤが、導電性インクを有する光出力装置が供給される。
【０００７】
本発明は、導電性が高いインクによる印刷を用いて作成される導電性ワイヤ、即ち、導電性メッシュを設ける。導電率は、好ましくは、0.1 Ohm/sq/mil未満であり、より好ましくは、0.75 Ohm/sq/mil未満である。
【０００８】
この電気抵抗は、光出力用途に適しており、前記ワイヤは、電気抵抗を増加させずに複雑なパターンで配置され得る。
【０００９】
前記光透過性基板の材料は、透明（光学的に透明）であってもよく、又は拡散透過性材料であってもよい。
【００１０】
前記インクは、銀、又は他の導電性粒子、例えば、熱可塑性結合剤内の銀粒子を含んでもよい。
【００１１】
前記光源装置は、好ましくは、少なくとも15 mmの、より好ましくは、30 mmより大きい、更により好ましくは、50 mmより大きい間隔を置いて配置される。前記間隔が大きければ大きいほど、前記電極のパターンの前記ワイヤはもっと間隔を置いて配置され得る。これは、全体の透明度を高める。
【００１２】
前記電極構成部は、好ましくは、幅が1000 μm未満の、より好ましくは、幅が600 μm未満の複数のワイヤを有する。前記幅が小さければ小さいほど、前記透明度は高い。しかしながら、前記幅は、必要とされる低い抵抗を供給するために、好ましくは、75 μmより大きく、例えば、150 μmより大きい。
【００１３】
前記光源装置は、ＬＥＤ装置、又はＬＥＤ装置群を有してもよい。例えば、各装置は、３つの色付きＬＥＤから成る一群であってもよく、その場合、前記電極パターンは、各ＬＥＤに至る個々の供給電極線と、各光源装置から通じている別々の電極線又は共用ドレイン電極線とを有する。
【００１４】
前記半透明の電極構成部に加えて、例えば、透明材料として、例えばＩＴＯなどの透明な導電性酸化物を用いる、前記電極構成部につながる完全に透明な導体構成部が設けられてもよい。
【００１５】
前記光源装置は、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤ、ポリマーＬＥＤ又はレーザダイオードを有し得る。
【００１６】
本発明は、光出力装置を製造する方法であって、
基板構成部の或る第１光透過性基板上に、導電性インクを用いて、不透明ワイヤから成る少なくとも半透明の導体構成部を規定するよう、電極構成部を印刷するステップと、
前記電極構成部に接続される複数の光源装置を設けるステップと、
第２光透過性基板を設け、前記電極構成部を前記基板間にはさみ込み、それによって、前記光源装置を前記基板構成部の構造体内に組み込むステップとを有する方法も提供する。
【００１７】
２つの前記基板は、熱可塑性の層又は樹脂、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）又は紫外線（ＵＶ）樹脂を用いて結合され得る。
【００１８】
前記印刷は、シルクスクリーン印刷、インクジェット印刷又はオフセット印刷を含み得る。
【００１９】
ここで、添付図面を参照して、本発明の例を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】既知のガラス内ＬＥＤ装置を示す。
【図２】本発明が適用され得る図１の装置の単一のＬＥＤをより詳細に示す。
【図３】本発明の第１の導体構成部のレイアウトを示す。
【図４】本発明の第２の導体構成部のレイアウトを示す。
【図５】本発明の第３の導体構成部のレイアウトを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
異なる図において、同様のパーツを示すために、同じ参照符号が用いられている。
【００２２】
既知のガラス内ＬＥＤ照明装置の構造が、図２に示されている。前記照明装置は、ガラス板１及び２を有する。ガラス板の間には、（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に接続されるＬＥＤ４がある。熱可塑性材料の層５（例えばＰＶＢ又はＵＶ樹脂）は、ガラス板１及び２の間に設けられる。
【００２３】
ガラス板は、一般に、1.1 mm乃至2.1 mmの厚さを持ち得る。ＬＥＤにつながる電極間の間隔は、一般に、0.01乃至3 mmであり、例えば約0.15 mmである。熱可塑性層は、0.3 mm乃至2 mmの一般的な厚さを持ち、電極の電気抵抗は、2乃至80 Ohm/square、又は10乃至30 Ohm/squareの範囲内にある。
【００２４】
電極は、好ましくは、ほぼ透明であり、故に、装置の通常の使用中には、それらは観察者には知覚できない。透明度は、好ましくは８０％より大きく、より好ましくは９０％より大きく、更により好ましくは９９％より大きい。
【００２５】
本発明は、図２の既知の構造と同様の構造を供給するが、導電性インクを用いて形成される間隔を置いて配置される不透明ワイヤを含む少なくとも半透明の導体構成部を有する電極構成部を用いる。従って、導体構成部が印刷され得る。
【００２６】
様々な印刷法が用いられてもよく、現在好ましい方法は、スクリーン印刷又は（従来からシルクスクリーン印刷として知られている）セリグラフィである。これは、従来より、ステンシル及び多孔性布地を用いて縁の鋭い像を作成する印刷技術である。
【００２７】
導電性のスクリーン印刷された線を備えるガラス板は、自動車業界から既知である。自動車業界は、窓表面上に形成される霜を取り除くために電熱素子を含む後部窓を備える自動車を製造している。後部窓には、シルクスクリーン印刷プロセスによって、金属材料の格子が印刷され、前記金属材料の格子は、次いで、電熱素子を形成するようガラス窓上で加熱される。
【００２８】
ほとんどの場合、電熱素子を形成する格子構成は、窓の両側に沿って延在する母線、及び窓を水平に横切って延在する一連の微細線から成り、微細線は、母線に接続される。電熱素子が形成される格子材料は、一般に、シルクスクリーン印刷に適している油などの印刷媒体中に分散させられた銀粉及び少量の柔らかい鉛ガラスを含む混合物である。格子材料は、シルクスクリーン印刷プロセスにおいてガラス基板に塗布される。
【００２９】
自動車の窓の電熱器のために作成される導電性ワイヤは、高い電気抵抗を持つ。このため、このようなワイヤは、ガラス内ＬＥＤを接続するのに適していない。なぜなら、これは、望ましくない電力損失を招くからである。
【００３０】
本発明は、図２の既知の構造を参照して、全体的な透明度及び低い電気抵抗の望ましい組み合わせを供給するよう選択される抵抗及び寸法を持つ、導電性インクを用いて印刷される電極３ａ及び３ｂを用いる。詳細には、電極３は、非常に細く、電極間に広い間隔を持ち、故に、全導電性構造部は、上記の、望ましい高い透明度を持つ半透明である。
【００３１】
図３は、本発明による構造の上面図を示しており、印刷された電極３ａ及び３ｂと、２つのＬＥＤ４と、２本の母線６ａ及び６ｂとを示している。母線に電圧を印加することによって、母線間に、電極及びＬＥＤを通して、電流が流れるであろう。
【００３２】
印刷される電極には多くの設計上の問題がある。以下、これらについて述べる。
【００３３】
インクの組成
下記の表１に導電性インクの幾つかの例を示す。ワイヤについて低い電気抵抗を達成するためには、導電性が高いインクを用いることが重要である。一般に、適切なインクは、熱可塑性結合剤内の銀の微粉粒子を有し、硬化したインクは、1 mil(= 0.025 mm)の厚さにおいて0.075 Ω/square未満のシート抵抗を持つ。
【００３４】
表１：導電性インクの例
【表１】
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【００３５】
表１を見て分かるように、全てのインクがこの目的に適している訳ではない。例えば、Electrodag 423SSは、非常に高い抵抗を持ち、それ故、例えばガラス加熱用途にしか適さない。表１に挙げられている他のインクは、全て、適する。
【００３６】
ワイヤの寸法
現在、スクリーン印刷を用いて達成される最も優れた解像度は、一般に、5 mil (125 μm)である。
【００３７】
これは、幅125 μmの不透明ワイヤを用いて９９％の光透過率を達成するため、ワイヤ間の間隔は12.5 mmより大きくなければならないことを意味する。
【００３８】
例えば75 μmの幅を持つより細いワイヤが印刷され得る場合には、間隔は、少なくとも7.5 mmに減らされ得る。
【００３９】
一般に、ＬＥＤ間の間隔は、60 mmである。その場合には、ワイヤの幅は、600 μmまでであり得る。同様に、ＬＥＤの間隔が100 mmである場合、９９％の透明度を達成するためには、ワイヤの幅は、1000 μmまでであり得る。当然、透明度の要件がより低いこともあり得る。これは、所与の間隔に対してより広い電極を許容するであろう。
【００４０】
ワイヤは、好ましくは、観察者とガラスとの間の好ましい距離に応じて、前記観察者には見えないよう十分に細い。これとは対称的に、電気抵抗を減らすためには、好ましくは、ワイヤは、可能な限り広い。
【００４１】
ワイヤの抵抗
上記のように、ワイヤの抵抗は、あまり高くてはならない。なぜなら、これは、高い電力損失を招くからである。それでも許容可能である最も高い抵抗は、ＬＥＤの抵抗と同じオーダーの大きさの抵抗であると考えられ得る。
【００４２】
例えば、Nichaの白色ＬＥＤのモデル NFSW036BTは、180 mAの規定最大電流及び684 mWの最大電力を持つ。このことから、このＬＥＤの一般的な抵抗は、21 Ohmであると算出され得る。
【００４３】
（上記の表１中の）好ましいインクは、＜0.015 Ω/sq/milの導電率を持つElectrodag 18DB70Xである。それ故、100 mmという一般的なＬＥＤの間隔の例を用いると、長さ100 mmのワイヤの全抵抗は、＜21 Ωの抵抗を持たなければならない。
抵抗は、
【数１】
2010525504.tif 000004
を用いて算出され得る。
【００４４】
この式は、比抵抗（ρ）、長さ（l）及び断面積（A）を持つ導体の抵抗（R）に関する。比抵抗は、スクエア抵抗から、
【数２】
2010525504.tif 000005
を用いて算出され得る。
【００４５】
これは、
【数３】
2010525504.tif 000006
を与える。
【００４６】
結論として、このインクの場合は、（1 milの被覆厚を用いる）ワイヤの許容される最も小さい幅は、75 μm = 3 milである。電力損失は、この幅を増大させることによって更に減らされ得る。
【００４７】
従って、1 mil = 25 μmのワイヤ厚では、好ましいワイヤの幅は、＞75 μmである。その場合、好ましいワイヤの間隔は7.5 mmである。
【００４８】
当然、厚さが大きくされ得る場合には、幅は、それに応じて減らされ得る。
【００４９】
ここで、比較するために、従来技術のガラス内ＬＥＤにおいて用いられるＩＴＯ導体の寸法を説明する。ＩＴＯ被覆を用いると、10×10 cmの被覆に25 Ohmの一般的な抵抗が適用される。 しかしながら、ＬＥＤが接続される場合、電流は、ＬＥＤの近くに集められ、抵抗を増加させる。これは、著しい影響を及ぼし、結果的に、同じ10×10 cmの平板に対して抵抗がほぼ50 Ohmまで増加する。これは、10×10 cmのＩＴＯ被覆の場合、抵抗がほとんど許容できないことを示している。加えて、ＩＴＯ層が更にパターン化される場合には、ＩＴＯワイヤはより細くなり、抵抗は許容できない値まで増加する。
【００５０】
印刷法
好ましい印刷法は、シルクスクリーン印刷である。しかしながら、インクジェット印刷又はオフセット印刷などの他の印刷技術も用いられ得る。オフセット印刷においては、インクは、プレート及びローラーに転写され、次いで、ガラス面に転写される。この方法において達成される解像度は、通常、シルクスクリーン印刷より優れている。
【００５１】
導電性ワイヤのパターン
印刷を用いる利点は、印刷は、ＬＥＤを駆動するために複雑な接続パターンを用いることを可能にすることである。本発明は、例えば、ＬＥＤの赤色／緑色／青色を制御するためにＬＥＤまで３つのワイヤを引くのに用いられてもよい。他の例においては、ＬＥＤの色温度又は強度を制御するために多数のワイヤが用いられてもよい。本発明は、ガラス板において各ＬＥＤまで別々のワイヤを引くことによる、又は追加の電子回路を付加してパッシブ若しくはアクティブマトリックスディスプレイを作成することによる、ＬＥＤの個別制御のために用いられてもよい。
【００５２】
図４は、複雑なワイヤパターンの例を示しており、２つのＬＥＤのＲＧＢ制御を示している。この場合には、電極３ａ、３ｃ及び３ｄは、赤色、緑色及び青色の設定を制御するために用いられ、電極３ｂは、ＬＥＤパッケージ４のＬＥＤを介して３ａ、３ｃ及び３ｄにつながる共通電極である。ここでは、各ＬＥＤパッケージ４は、赤色、緑色及び青色を備える３つのＬＥＤを含む。（図３の）母線６ｂは、ここでは、各ＬＥＤのための別々のコネクタに置き換えられている。１本の母線に接続される共用電極３ａ、３ｂ又は３ｃを備える３本の母線を用いることも可能である。
【００５３】
場合によっては、或る特定の領域を完全に透明にすることが望ましいかもしれない。この場合には、図５に示されているような、シルクスクリーン導体３と完全に透明な（例えばインジウムスズ酸化物）導体７との組み合わせが用いられてもよい。この実施例は、例えば、中央において画像が表示される大きなガラス窓のために用いられ得る。
【００５４】
ほぼ完全に透明な導体の他の例は、インジウム亜鉛酸化物、酸化スズ又はフッ素をドープした酸化スズである。
【００５５】
一般に、前記装置は、大きなガラス板に埋め込まれる多くのＬＥＤ装置を有する。ＬＥＤ間の一般的な間隔は、1 cmから10 cmまでであり得る。
【００５６】
上記の例から明らかであろうように、各電極ギャップは、１つのＬＥＤによって接続されてもよく、又は多数のＬＥＤによって共用されてもよい。
【００５７】
本発明の光出力装置においては、光の放射方向は、ＬＥＤ装置から導体構成部に向かう方向若しくは導体構成部から離れる方向、又は両方であり得る。複数の光源は、規則的なアレイに配設されることができ、又は所与の照明効果を達成するために、任意の所望のパターンに配設されてもよい。
【００５８】
透明基板は、一般に、ガラス又はプラスチックであってもよい。
【００５９】
上記のように、導電性ワイヤ間の間隔及びワイヤ幅が、共に、透明度及び抵抗を規定する。一般に、前記間隔は、前記幅よりかなり大きく、例えば、少なくとも１０倍大きく、場合により、少なくとも５０倍大きい、又は１００倍以上大きいことが好ましい。
【００６０】
導体構成部は、個々の電極線が接続されるバスを含み得る。
【００６１】
上記の例は、基板の構造体に組み込まれるＬＥＤ装置しか示していない。しかしながら、基板の構造体にはマクロコントローラ又はコンデンサなどの他の電子部品が組み込まれてもよい。独立制御を可能にするために各ＬＥＤ装置に個々の外部接続が必要とされないように、各ＬＥＤ装置に制御器が設けられてもよい。その代わりに、マイクロコントローラが、接続されるネットワークとして通信することができ、その場合、前記装置の周辺に渡す必要がある接続の数は減らされる。
【００６２】
前記装置の構造体には、付加機能を与えるよう、センサ、例えば、圧力センサ、温度センサ又は光センサも組み込まれてもよい。
【００６３】
電極構成部は、例えばアクティブ又はパッシブマトリックスにおいて、ＬＥＤの個別制御を可能にすることができる、又はＬＥＤは、別々に制御されるグループに配設されてもよい。
【００６４】
基板は、好ましくは透明であるが、拡散性であってもよい。異なる基板特性により、異なる光出力効果が得られ得る。
【００６５】
当業者には、様々な修正例が明らかであろう。
【図１】
2010525504.tif 000007
【図２】
2010525504.tif 000008
【図３】
2010525504.tif 000009
【図４】
2010525504.tif 000010
【図５】
2010525504.tif 000011
【国際調査報告】
2010525504.tif 000012
2010525504.tif 000013
2010525504.tif 000014