(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＥＤを印刷配線により接続した発光装置において、配線パターンの劣化を抑える。【解決手段】発光装置４００は、交流電源４０１と、交流電源４０１と接続された抵抗４０２と、抵抗４０２と接続された発光ユニット４０３とを備える。発光ユニット４０３は、第１の配線４０３Ａと第２の配線４０３Ｂとの間で並列に逆向きに配置された第１のＬＥＤ４０３Ｃ及び第２のＬＥＤ４０３Ｄを有する。各回路素子は、印刷された配線パターンにより接続される。第１のＬＥＤの順方向電圧降下Ｖｆ１と第２のＬＥＤの順方向電圧降下Ｖｆ２とを等しく又はほぼ等しくすることにより、配線パターン間の電圧時間平均を０に近づけることが可能である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤを印刷配線により接続した発光装置であって、
交流電源と、
前記交流電源と接続された抵抗と、
前記抵抗と接続された発光ユニットと
を備え、
前記交流電源、前記抵抗、及び前記発光ユニットは、配線パターンにより接続されており、
前記発光ユニットは、前記配線パターンに含まれる第１の配線パターンと第２の配線パターンとの間で並列に逆向きに配置された第１のＬＥＤ及び第２のＬＥＤを有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記配線パターンは、導電性粒子を含む薄膜であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記導電性粒子は銀粒子であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第１のＬＥＤと前記第２のＬＥＤの順方向電圧降下がほぼ等しいことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンの間の距離は０．３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記交流電源により与えられる交流電圧の大きさは、３．３Ｖ以上２４Ｖ以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項７】
前記交流電源の周波数は３０Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の発光装置。
【請求項８】
前記交流電源の周波数は１００ｋＨｚ以下であることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記抵抗は、前記発光ユニットの一端側の第１の抵抗と、前記発光ユニットの他端側の第２に抵抗とを有することを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１０】
前記抵抗は、配線パターンにより形成されている抵抗パターンであることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、より詳細には、ＬＥＤを印刷配線により接続した発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）は照明用途等に広く用いられている。ＬＥＤは単体でも用いられるが、図１に示すように複数のＬＥＤを並列に配置して用いられることも少なくない。図１の照明回路１００は、直流電源１０１と、直流電源１０１と並列に配置された複数の抵抗１０２Ａ、１０２Ｂと、各抵抗と直列に接続されたＬＥＤ１０３Ａ、１０３Ｂとを備えている。
【０００３】
照明回路１００の明るさを調整する場合には、直流電源１０１により与えられる直流印加電圧を変えればよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１の回路図を実際に作製する方法は複数あり、たとえば銀インクなどの導電性インクをインクジェット方式により所定のパターンに印刷することにより作製することもできる。このように印刷回路として作製した配線図を図２に示す。照明回路２００には、直流電源２０１に加えて、チップ抵抗２０２Ａ、２０２Ｂ及びＬＥＤ２０３Ａ、２０３Ｂが印刷配線間に取り付けられている。具体的には、第１の配線パターン２０４Ａと第２の配線パターン２０４Ｂとの間にチップ抵抗２０２Ａ、２０２Ｂ、第２の配線パターン２０４Ｂと第３の配線パターン２０４Ｃとの間にＬＥＤ２０３Ａ、２０３Ｂが取り付けられている。
【０００５】
銀インクとしては、具体的には、水又はアルコール溶媒にナノメートルサイズの銀粒子を含み、乾燥後に導電性薄膜を形成するものを用いることができる。形成されるパターンは、任意のパターンが可能である。
【０００６】
特に銀の場合に影響が顕著であるが、配線パターンの間にはパターン間距離に反比例する電界がかかることとなり、これが回路の劣化を速めてしまう問題がある。劣化、すなわち抵抗値の増大は、温度、湿度などにも依存するが、印加電圧及びパターン間距離に大きく影響を受け、パターン間に加わる電界が強いほど劣化が速くなる。原因としては、正電極側でのエレクトロマイグレーションと酸化が挙げられる。
【０００７】
図２の回路の場合、チップ抵抗２０２の抵抗素子の大きさに制約があることから、第１の配線パターン２０４Ａと第２の配線パターン２０４Ｂとの間の距離を一定の幅より小さくすることは困難である。また、ＬＥＤ２０３Ａ、２０３Ｂについても同様であり、さらにＬＥＤの端子間電圧は順方向電圧降下Ｖｆよりも下げることができない。このように、ＬＥＤを印刷配線により接続した発光装置において回路乃至配線パターンの劣化を十分に抑えることは容易ではない。
【０００８】
図１では複数のＬＥＤを並列に配置した例を示したが、図３に示すように直列化することもある。このような場合においても、実際に印刷配線を用いて作製すると同様の問題が生じる。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ＬＥＤを印刷配線により接続した発光装置において、配線パターンの劣化を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、ＬＥＤを印刷配線により接続した発光装置であって、交流電源と、前記交流電源と接続された抵抗と、前記抵抗と接続された発光ユニットとを備え、前記交流電源、前記抵抗、及び前記発光ユニットは、配線パターンにより接続されており、前記発光ユニットは、前記配線パターンに含まれる第１の配線パターンと第２の配線パターンとの間で並列に逆向きに配置された第１のＬＥＤ及び第２のＬＥＤを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記配線パターンは、導電性粒子を含む薄膜であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第３の態様は、第２の態様において、前記導電性粒子は銀粒子であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様において、前記第１のＬＥＤと前記第２のＬＥＤの順方向電圧降下がほぼ等しいことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第５の態様は、第１から第４のいずれかの態様において、前記第１の配線パターンと前記第２の配線パターンの間の距離は０．３ｍｍ以上であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第６の態様は、第１から第５のいずれかの態様において、前記交流電源により与えられる交流電圧の大きさは、３．３Ｖ以上２４Ｖ以下であることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第７の態様は、第１から第６のいずれかの態様において、前記交流電源の周波数は３０Ｈｚ以上であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第８の態様は、第７の態様において、前記交流電源の周波数は１００ｋＨｚ以下であることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第９の態様は、第１から第８のいずれかの態様において、前記抵抗は、前記発光ユニットの一端側の第１の抵抗と、前記発光ユニットの他端側の第２に抵抗とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第１０の態様は、第１から第９のいずれかの態様において、前記抵抗は、配線パターンにより形成されている抵抗パターンであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の一態様によれば、交流電源と、当該交流電源と接続された抵抗と、当該抵抗と接続された発光ユニットとを備える発光装置において、当該発光ユニットが、第１の配線パターンと第２の配線パターンとの間で並列に逆向きに配置された第１のＬＥＤ及び第２のＬＥＤを有することによって、配線パターンの劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】複数のＬＥＤを並列に配置した従来の発光装置を示す図である。
【図２】図１の回路を印刷配線により作製した配線図である。
【図３】複数のＬＥＤを直列に配置した従来の発光装置を示す図である。
【図４】本発明の一態様にかかる発光装置を示す図である。
【図５】図４の回路を印刷配線により作製した配線図である。
【図６】本発明の一態様における交流電圧を示す図である。
【図７】交流電圧を印加することによる劣化抑制を検証するためのサンプルパターンを示す図である。
【図８】図７のサンプルパターンを用いた試験結果を示すグラフである。
【図９】本発明の一態様にかかる発光装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２３】
（本発明の概要）
図４に、本発明の一態様にかかる発光装置を示す。発光装置４００は、交流電源４０１と、交流電源４０１と接続された抵抗４０２と、抵抗４０２と接続された発光ユニット４０３とを備える。発光ユニット４０３は、第１の配線４０３Ａと第２の配線４０３Ｂとの間で並列に逆向きに配置された第１のＬＥＤ４０３Ｃ及び第２のＬＥＤ４０３Ｄを有する。各回路素子は、印刷された配線パターンにより接続される。図５は、図４の回路図を実際に作製した配線図の一例である。第１の配線パターン５０３Ａと第２の配線パターン５０３Ｂとの間には距離がある。
【００２４】
交流電源４０１により与えられる電圧をＶｉｎとすると、Ｖｉｎが正で第１のＬＥＤ４０３Ｃの順方向電圧降下Ｖｆ１を超える場合には、第１のＬＥＤ４０３Ｃが発光し、Ｖｉｎが負でその大きさが第２のＬＥＤ４０３Ｄの順方向電圧降下Ｖｆ２を超える場合には、第２のＬＥＤ４０３Ｄが発光する。
【００２５】
このように、交流電源４０１の電圧が正負のいずれであってもいずれかのＬＥＤを通して電流が流れるようにすることで、第１の配線パターン４０３Ａと第２の配線パターン４０３Ｂの間に加わる電界の時間平均を０に近づけることができる。これにより、電圧が加わることにより配線パターンの劣化が抑制されることになる。
【００２６】
第１のＬＥＤ４０３Ｃの順方向電圧降下Ｖｆ１と第２のＬＥＤ４０３Ｄの順方向電圧降下Ｖｆ２とを等しく又はほぼ等しくすることにより、配線パターン間の電圧時間平均を一層０に近づけることが可能である。逆に、交流電源４０１が正又は負の一方のときにのみ電流が流れる図１〜３に示した従来例の回路では、一方向に電圧がかかり続けることとなり、劣化が進行する。
【００２７】
図５では、抵抗４０２を抵抗チップなどではなく配線パターンにより設けている。このようにすることで、部品コストなどの実装コストを低減できることに加えて、抵抗パターン５０２の長さを長くすることによって電位差の勾配を緩やかにすることができる。抵抗パターン５０２の長さを抵抗パターン５０２の両端間の直線距離より長くし、たとえば２倍以上、３倍以上等とすることができる。配線パターンではなく、面実装の抵抗素子とすることもある。
【００２８】
第１の配線パターン５０３Ａと第２の配線パターン５０３Ｂとの間の距離は、たとえば配線パターンの印刷可能最小間隔以上となる。銀インクの場合にはたとえば０．３ｍｍが最小間隔となる。ＬＥＤの大きさは２ｍｍ×１．２ｍｍ程度であるため、接続のために、その長さよりは短くすることが必要である。並列に配置されるＬＥＤ間の距離はたとえば１ｍｍである。
【００２９】
なお、図４及び５では２つのＬＥＤを並列に配置しているが、図３のようにさらにそれぞれのＬＥＤに対して直列のＬＥＤを加えてもよい。
【００３０】
（交流電源の詳細）
本発明の一態様では、交流電源により与えられる交流電圧は、直流電圧にＰＷＭ信号を加えて生成される。図６にその一例を示す。横軸が時間ｔであり、縦軸が電圧Ｖである。交流電圧の周期Ｔは、正の電圧Ｖ０がパルス幅Ｗ１の間続いて０となり、その後負の電圧−Ｖ０がパルス幅Ｗ２の間続いて０となる。ＰＷＭ信号のデューティ比は（Ｗ１＋Ｗ２）／Ｔとなり、正と負のパルス幅が同一の値Ｗ０であればデューティ比は２Ｗ０／Ｔとなる。
【００３１】
交流電圧の大きさＶ０としては、３．３Ｖ、５Ｖ、１０Ｖなどとすることができる。高輝度ＬＥＤを点灯させる場合には１２Ｖ、２４Ｖを用いることがある。たとえば、３．３Ｖ以上２４Ｖ以下とすることができる。
【００３２】
周波数ｆ（＝１／Ｔ）としては、３０Ｈｚ以上が望ましい。液晶テレビなどにおいて人間がちらつきを感じにくくなるリフレッシュレートは６０Ｈｚ程度であることから、周波数ｆを３０Ｈｚ以上とすると、本発明にかかる照明装置では一周期内で二度点灯し、点灯の周期が６０Ｈｚ程度となる。周波数ｆが大きくなりすぎると制御回路の負担が増大するため１００ｋＨｚ以下とすることができる。
【００３３】
図７に、交流電圧を印加することによる劣化抑制を検証するためのサンプルパターンを示す。印加電圧は１２Ｖの直流電圧と１２Ｖ、６０Ｈｚの交流電圧であり、前者の場合は電極７０１をグランドに接続して電極７０２に電圧を印加、後者の場合は電極７０１と電極７０２の間に交流電圧を印加する。電極７０２と電極７０３の間で抵抗値を計測する。この試験によって、両方向からの電界を加えることによる劣化抑制の効果を比較することができる。
【００３４】
図８に、試験結果を示す。横軸に電圧印加の経過時間、縦軸に抵抗値変化率(劣化後の抵抗値を開始時の抵抗値で割ったもの)を示している。１０００分経過後の抵抗値変化率は、直流の場合は１．３７５であるのに対し、交流の場合は１．０８８であり、交流電圧を用いると、直流電圧に比べて劣化が１／４程度に大幅に抑えられていることが分かる。
【００３５】
なお、ここで用いた６０Ｈｚは本発明における周波数ｆが３０Ｈｚの場合に相当することは上述のとおりである。
【００３６】
（抵抗パターンの詳細）
図５では、抵抗パターン５０２は発光ユニット５０３の一端側にのみ設けているが、図９に示すように発光ユニット９０３の両端側に設けてもよい。第１の抵抗９０２Ａと第２の抵抗９０２Ｂは、チップ抵抗とするほか、図示のように配線パターンにより形成することができる。第１の抵抗９０２Ａと第２の抵抗９０２Ｂの抵抗値を同一又はほぼ同一とすることができる。
【符号の説明】
【００３７】
４００  発光装置
４０１  交流電源
４０２  抵抗
４０３  発光ユニット
４０３Ａ  第１の配線
４０３Ｂ  第２の配線
４０３Ｃ  第１のＬＥＤ
４０３Ｄ  第２のＬＥＤ
５００  発光装置
５０１  交流電源
５０２  抵抗パターン
５０３Ａ  第１の配線パターン
５０３Ｂ  第２の配線パターン
５０３Ｃ  第１のＬＥＤ
５０３Ｄ  第２のＬＥＤ
９００  発光装置
９０２Ａ  第１の抵抗パターン
９０２Ｂ  第２の抵抗パターン
９０３  発光ユニット
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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