(57)【要約】【課題】円錐台側面形状の発光面を有するＬＥＤ照明装置又はＬＥＤ表示装置において、当該円錐台側面形状に追従する位置にＬＥＤ素子を配置することができる円錐台形状のフレキシブル基板を提供すること。【解決手段】樹脂基板１１と、樹脂基板１１の一方の表面に形成されている金属配線部１３と、を備え、樹脂基板１１は、可撓性を有し且つ円錐台側面を展開してなる扇状の外形を有する樹脂フィルムからなる、フレキシブル基板１とし、又、これを用いて円錐台形状の回路基板１Ａを形成する。【選択図】図２
2017224394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂基板と、前記樹脂基板の一方の表面に形成されている金属配線部と、を備え、
前記樹脂基板は、可撓性を有し且つ円錐台側面を展開してなる扇状の外形を有する樹脂フィルムからなる、フレキシブル基板。
【請求項２】
請求項１に記載のフレキシブル基板の一対の直線縁部が接合されてなる円錐台形状の回路基板。
【請求項３】
円錐台形状のブロック体又は中空体である取付け台座部の側面に請求項１に記載のフレキシブル基板が着設されてなる円錐台形状の回路基板。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の回路基板に、ＬＥＤ素子が実装されてなる円錐台形状のＬＥＤ光源。
【請求項５】
請求項４に記載のＬＥＤ光源を用いてなる円錐台形状のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル基板、それを用いてなる円錐台形状の回路基板及び円錐台形状のＬＥＤ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ素子を光源とするＬＥＤ照明装置やＬＥＤ表示装置が急速に普及している。これらのＬＥＤ装置において、ＬＥＤ素子を光源として実装するためには、支持基板と配線部とからなる各種のＬＥＤ素子用基板が用いられる。このようなＬＥＤ素子用基板として、従来は、ガラスエポキシ板等の剛性を有する平板からなるリジット基板が広く用いられていた（特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、発光面が曲面によって構成されている照明装置又は表示装置の光源としてＬＥＤ素子を用いる場合には、当該発光面の全体から均一な発光を得て、好ましい照明効果又は表示品位を得るために、当該発光曲面の形状に追従する位置、即ち、当該曲面から等距離にある位置に均等にＬＥＤ素子を配置することが求められる。しかし、リジット基板は、可撓性を有さない平板であるため、たとえ、複数の基板を組合せたとしても、近似的にしか、そのような発光曲面の形状に追従する位置への配置を行うことはできない。又、近似的にそのような配置を行う場合においても、複数のリジット基板を組合せるためのコネクターが必須であり、生産コストや最終製品意匠性の面で著しく不利である。
【０００４】
ＬＥＤ素子の発光曲面への追従性を高めるための手段として、例えばポリエステル系の樹脂シート等、可撓性を有する樹脂基板に、金属回路を形成したフレキシブル基板（特許文献２参照）を用いることが考えられる。フレキシブル基板は、曲面に対するフレキシブルな追従が可能であることに加えて、従来のリジット基板と比較して、設計自由度が高く、ロール・トゥ・ロールでの大量生産も可能である等、生産性においても相対的に優れている。このため、今後、更なる需要の拡大が見込まれている。
【０００５】
フレキシブル基板の採用により、例えば、円柱の側面のような曲面に対しては、当該曲面に滑らかに追従する光源を構成することが可能となる。しかしながら、例えば、図１に示すように、円錐台形状の側面に沿って発光面を有する照明装置（例えば、シーリングライト等）の光源をＬＥＤ素子によって構成する場合には、通常、矩形状の平面形状を有するものであるフレキシブル基板を、複数組合せて曲面上に分離配置せざるを得ず、ＬＥＤ素子を切れ目無く均等な配置密度で配置することは、尚、困難であり、且つ、生産性においても、必ずしもリジット基板に対する有意性を確保できるものではなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２７８２６６号公報
【特許文献２】特開２０１２−５９８６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、円錐台側面形状の発光面を有するＬＥＤ照明装置又はＬＥＤ表示装置において、当該円錐台側面形状に追従する位置にＬＥＤ素子を配置することができるフレキシブル基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、フレキシブル基板を、扇状の外形と可撓性とを有する樹脂フィルムからなる樹脂基板によって構成することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的に本発明は以下のものを提供する。
【０００９】
（１）  樹脂基板と、前記樹脂基板の一方の表面に形成されている金属配線部と、を備え、前記樹脂基板は、可撓性を有し且つ円錐台側面を展開してなる扇状の外形を有する樹脂フィルムからなる、フレキシブル基板。
【００１０】
（２）  （１）に記載のフレキシブル基板の一対の直線縁部が接合されてなる円錐台形状の回路基板。
【００１１】
（３）  円錐台形状のブロック体又は中空体である取付け台座部の側面に（１）に記載のフレキシブル基板が着設されてなる円錐台形状の回路基板。
【００１２】
（４）  （２）又は（３）に記載の回路基板に、ＬＥＤ素子が実装されてなる円錐台形状のＬＥＤ光源。
【００１３】
（５）  （４）に記載のＬＥＤ光源を用いてなるＬＥＤ照明装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、円錐台側面形状の発光面を有するＬＥＤ照明装置又はＬＥＤ表示装置において、当該円錐台側面形状に追従する位置にＬＥＤ素子を配置することができるフレキシブル基板を提供することができる。これにより、上記の形状からなる発光面を有する照明装置等において、発光面全体からの均一な発光による好ましい照明効果又は表示品位を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】円錐台形状のＬＥＤ光源の斜視図である。
【図２】円錐台形状の回路基板を構成することができるフレキシブル基板の平面図である。
【図３】図１の円錐台形状のＬＥＤ光源の層構成を模式的に示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のフレキシブル基板と、当該フレキシブル基板を用いてなる円錐台形状の回路基板、及び、当該錐台形状の回路基板にＬＥＤ素子を実装してなる円錐台形状のＬＥＤ光源、そして、当該円錐台形状のＬＥＤ光源を用いてなるＬＥＤ照明装置及びＬＥＤ表示装置の各実施形態について順次説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されず、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【００１７】
＜フレキシブル基板＞
図２及び図３に示す通り、フレキシブル基板１は、扇状の外形からなり可撓性を有する樹脂基板１１の表面に、金属配線部１３が形成されてなる回路基板である。このフレキシブル基板１はＬＥＤ素子用の回路基板として好ましく用いることができるものである。
【００１８】
フレキシブル基板１に係る上記の「扇状の外形」とは、例えば、図１に示すような、円錐台の回路基板１Ａの側面を展開してなる平面図形の形状のことを言う。具体的には、図２に示す樹脂基板１１の外縁の形状を、その代表的な具体例として挙げることができる形状である。尚、本明細書における「円錐台側面を展開してなる扇状の外形」とは、全体として、外径が、上記の通りの扇状又は略扇状でれば足りるものとする。本発明の効果を特段に阻害しない限りにおいて、外周の一部に切り欠きや切り込みが形成されていても、「円錐台側面を展開してなる扇状の外形」に含まれるものとする。
【００１９】
尚、図２に示す通り、樹脂基板１１は、同一中心且つ同一中心角であって径の異なる一対の扇形の円弧部分に沿う一対の円弧状縁部Ｒ１、Ｒ２と、円弧状縁部Ｒ１、Ｒ２の両端側をそれぞれ直線状に接続する一対の直線縁部Ｌ１、Ｌ２とによって、外形が形成されている。
【００２０】
フレキシブル基板１のサイズについては特段の限定はない。フレキシブル基板１は設計の自由度が高いので、例えば、Ｒ１の長さが６０インチ以上となる大型の回路基板とすることもできる。このような大型のフレキシブル基板は、例えば屋外に設置する巨大なＬＥＤ表示装置の光源を、従来のＬＥＤ素子用の基板よりも遙かに容易に構成することができる。
【００２１】
フレキシブル基板１は、図２及び図３に示す通り、可撓性を有する樹脂フィルムからなる樹脂基板１１の表面に、金属箔からなる導電性の金属配線部１３が、接着剤層１２を介して形成されている。金属配線部１３は、樹脂基板１１上に、例えばマトリックス形状等、その他、所望の配置で実装されるＬＥＤ素子２を導通することができる態様で形成されている。尚、本明細書における樹脂フィルムには、円錐台形状の回路基板を形成可能な程度の可撓性を有する物である限り、フィルム状物のみならずシート状物のものも包含されるものとする。
【００２２】
又、フレキシブル基板１は、図３に示す通り、樹脂基板１１及び金属配線部１３上に、熱硬化型インキ等からなる絶縁性保護膜１５が形成されていることが好ましい。この絶縁性保護膜１５は、フレキシブル基板１の耐マイグレーション特性向上のために、金属配線部１３の表面のうちＬＥＤ素子２を実装するための接続部分を除く全面、及び、樹脂基板１１の表面のうち金属配線部１３の非形成部分の概ね全面を覆う態様で形成されることが好ましい。
【００２３】
又、フレキシブル基板１には、図３に示す通り、光の利用効率を向上するための反射層、或いは、表示コントラストの向上を目的とする黒色層等の光学フィルム層１６が、絶縁性保護膜１５の上に更に積層されているものであることが好ましい。但し、絶縁性保護膜１５にこれらの光学的機能を兼ね備えさせることにより、光学フィルム層を設置せずに必要な光学的機能を絶縁性保護膜１５によって担保することもできる。
【００２４】
［樹脂基板］
樹脂基板１１を構成する樹脂フィルムの材料は、特に限定されないが、熱可塑性樹脂であることが好ましい。樹脂基板１１は高い耐熱性及び絶縁性をもつものであることが求められる。このような材料樹脂の好ましい例として、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、非晶ポリアリレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、フッ素樹脂、液晶ポリマー等を挙げることができる。中でも、アニール処理等の耐熱性向上処理を施すことによって耐熱性と寸法安定性を向上させたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）を特に好ましく用いることができる。又、難燃性の無機フィラー等の添加によって難燃性を向上させたポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）も樹脂基材の材料樹脂として選択することができる。
【００２５】
樹脂基板１１を形成する樹脂は、熱収縮開始温度が１００℃以上のもの、又は、上記のアニール処理等によって、同温度が１００℃以上となるように耐熱性を向上させたものを用いることが好ましい。通常ＬＥＤ素子から発せられる熱により同素子周辺部は９０℃程度の温度に達する場合がある。この観点から、樹脂基板を形成する熱可塑性樹脂は、上記温度以上の耐熱性を有するものであることが好ましい。尚、本明細書における「熱収縮開始温度」とは、ＴＭＡ装置に測定対象の熱可塑性樹脂からなるサンプルフィルムをセットし、荷重１ｇをかけて、昇温速度２℃／分で１２０℃まで昇温し、その時の収縮量（％表示）を測定し、このデータを出力して温度と収縮量を記録したグラフから、収縮によって、０％のベースラインから離れる温度を読みとり、その温度を熱収縮開始温度としたものである。又、本明細書における「熱硬化温度」とは、測定対象の熱硬化型樹脂を加熱した際の熱硬化反応の立ち上がり位置の温度を測定算出し、その温度を熱硬化温度としたものである。
【００２６】
又、樹脂基板１１には、高い絶縁性が求められる。一般的には、樹脂基板１１は、その体積固有抵抗率が１０１４Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、１０１８Ω・ｃｍ以上であることがより好ましい。
【００２７】
樹脂基板１１の厚さは、特に限定されないが、耐熱性及び絶縁性を有するものであること、及び、製造コストのバランスとの観点から、概ね１０μｍ以上５００μｍ以下、好ましくは、５０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。又、ロール・トゥ・ロール方式による製造を行う場合の生産性を良好に維持する観点からも上記厚さ範囲であることが好ましい。
【００２８】
［接着剤層］
図３に示す通り、フレキシブル基板１の表面への金属配線部１３の形成は、接着剤層１２を介したドライラミネート法によって行われることが好ましい。この接着剤層１２を形成する接着剤は、公知の樹脂系接着剤を適宜用いることができる。それらの樹脂接着剤のうち、ウレタン系、ポリカーボネート系、又はエポキシ系の接着剤等を特に好ましく用いることができる。
【００２９】
［金属配線部］
金属配線部１３は、フレキシブル基板１において、樹脂基板１１の少なくともいずれかの表面に金属箔等の導電性基材によって形成される配線パターンである。金属配線部１３の配置は、ＬＥＤ素子２を所望のピッチでマトリックス状に実装することができる配置であれば水平方向においても垂直方向においても特定の配置に限定されない。
【００３０】
金属配線部１３の材料として用いられる金属としては、アルミニウム、金、銀、銅等の金属箔が例示できる。金属配線部１３の厚さは、フレキシブル基板１に要求される耐電流の大きさ等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されないが、一例として厚さ１０μｍ以上５０μｍ以下が挙げられる。金属層厚みが上記の下限値に満たないと、基板の熱収縮の影響が大きく、はんだリフロー処理時に処理後の反りが大きくなりやすいため、金属配線部１３の厚さは１０μｍ以上であることが好ましい。一方、同厚さが、５０μｍ以下であることによって、フレキシブル基板１の好ましい可撓性を保持することができ、重量増大によるハンドリング性の低下等も防止できる。
【００３１】
［ハンダ層］
フレキシブル基板１において、金属配線部１３とＬＥＤ素子２との接合する際は、ハンダ層１４を介した接合を行う。このハンダによる接合方法の詳細は後述するが、大きく分けて、リフロー方式、或いは、レーザー方式の２方式のいずれかによって行うことができる。
【００３２】
［絶縁保護膜］
絶縁性保護膜１５は、上述の通り、熱硬化型インキによって、金属配線部１３と樹脂基板１１の表面上の電気的接合が必要となる一部分を除いた他の部分に、主としてフレキシブル基板１の耐マイグレーション特性を向上させるために形成される。
【００３３】
熱硬化型インキとしては、熱硬化温度が１００℃以下程度のものであれば、公知のインキを適宜好ましく用いることができる。具体的には、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、エポキシ系及びフェノール系樹脂、エポキシアクリレート樹脂、シリコーン系樹脂等、を其々ベース樹脂とする絶縁性インキを好ましく用いることができるインキの代表例として挙げることができる。又、これらのうちでも、ポリエステル系の熱硬化型の絶縁インキは、可撓性に優れる点から、フレキシブル基板１の絶縁性保護膜１５を形成するための材料として特に好ましい。尚、絶縁性の熱硬化型インキによる絶縁性保護膜１５の形成は、スクリーン印刷等公知の方法によって行うことができる。
【００３４】
［光学フィルム層］
光学フィルム層１６は、フレキシブル基板１を用いたＬＥＤ装置の光学特性を向上させるための部材として積層される。光学フィルム層１６は照明効果を向上させるための反射性能を発揮する反射フィルムであってもよいし、表示効果を向上させるためにコントラストの向上に寄与する黒色又は暗色のフィルムであってもよい。以下、主には、光学フィルム層１６が反射フィルムである場合について説明する。
【００３５】
光学フィルム層１６は、円錐台形状のＬＥＤ光源１０の光学特性の向上を目的として、フレキシブル基板１の発光面側の最表面に、ＬＥＤ素子実装領域を除く領域を覆って積層される。尚、光学フィルム層１６には、ＬＥＤ素子２の実装のピッチ及び実装領域の形状と大きさに適応可能な開口部がパンチング加工等により形成されている。
【００３６】
光学フィルム層１６が、反射フィルムである場合、その材料として、例えば、白色ポリエステル発泡タイプの白色ポリエステル、白色ポリエチレン樹脂、銀蒸着ポリエステル等を、最終製品の用途とその要求スペック等に応じて適宜用いることができる。
【００３７】
＜フレキシブル基板の製造＞
フレキシブル基板１の製造方法については、従来公知の電子基板の製造方法によることができる。例えば、化学処理を伴うエッチング工程によって樹脂基板の各表面に各金属配線部をそれぞれ形成する従来方法によって製造することができる。
【００３８】
＜円錐台形状の回路基板＞
フレキシブル基板１の一対の直線縁部Ｌ１、Ｌ２を接合することにより、図１に示す通り、円錐台形状の回路基板１Ａとすることができる。回路基板１Ａは、上記の接合による他、円錐台形状の取付け台座部の側面に沿ってフレキシブル基板１を着設することによっても形成することができる。フレキシブル基板１の径が長い円弧部分である円弧状縁部Ｒ１は、回路基板１Ａの上縁部になり、径が短い円弧部分である円弧状縁部Ｒ２は、回路基板１Ａの下縁部となる。
【００３９】
尚、上記の「円錐台形状の取付け台座部」とは、可撓性を有さない円錐台形状のブロック体又は中空体であって、その側面に沿ってフレキシブル基板１を着設することにより、フレキシブル基板１からなる回路基板１Ａの表面形状を、所望の好ましい円錐台形状に保持できるものであればよい。取付け台座部の材料としては、所定以上の絶縁性や耐熱性を有する硬質の樹脂や、或いはセラミック等を適宜用いることができる。又、フレキシブル基板１との接続部において要求される絶縁性を確保できる構造を備えるものであれば金属製の台座部を用いることもできる。
【００４０】
回路基板１Ａは、ＬＥＤ素子２が実装されることにより円錐台形状のＬＥＤ光源１０となる。ＬＥＤ光源１０は、例えば、シーリングライト等、発光面が円錐台形状からなるＬＥＤ照明装置や、同様の表示面を有する巨大なＬＥＤドットマトリックス表示装置の光源として、それらの装置内に配置される。
【００４１】
尚、フレキシブル基板１は、例えば、樹脂基板１１の両面に、それぞれ金属配線部が形成されていて、それらが、樹脂基板１１内を貫通するスルーホールを介して導通されている多層回路基板であってもよい。このような多層構成とすることにより、上述のＬＥＤドットマトリックス表示装置にも本発明の回路基板１Ａを好ましく用いることができる。
【００４２】
＜円錐台形状のＬＥＤ光源＞
フレキシブル基板１、或いは、回路基板１Ａの金属配線部１３に、ＬＥＤ素子２を実装することにより、円錐台形状のＬＥＤ光源１０を得ることができる。
【００４３】
ＬＥＤ素子２は、Ｐ型半導体とＮ型半導体が接合されたＰＮ接合部での発光を利用した発光素子である。Ｐ型電極、Ｎ型電極を素子上面、下面に設けた構造と、素子片面にＰ型、Ｎ型電極の双方が設けられた構造が提案されている。いずれの構造のＬＥＤ素子２も、本発明の円錐台形状のＬＥＤ光源１０に用いることができるが、上記のうち素子片面にＰ型、Ｎ型電極の双方が設けられた構造のＬＥＤ素子を特に好ましく用いることができる。
【００４４】
＜円錐台形状のＬＥＤ光源の製造方法＞
円錐台形状のＬＥＤ光源１０の製造方法について説明する。ＬＥＤ素子２の実装は、フレキシブル基板１を円錐台形状の回路基板１Ａへ加工する前、或いは、円錐台形状の回路基板１Ａへの加工後のいずれにおいても、行うこともできるが、フレキシブル基板１を円錐台形状の回路基板１Ａへ加工する前に行うことが好ましい。金属配線部１３へのＬＥＤ素子２の接合は、ハンダ加工により好ましく行うことが好ましい。このハンダによる接合は、リフロー方式、或いは、レーザー方式によることができる。
【００４５】
＜円錐台形状のＬＥＤ照明装置及びＬＥＤ表示装置＞
円錐台形状のＬＥＤ光源１０は、水平方向における３６０°全方向に情報を伝達する構造を備える液晶型の大型ＬＥＤ表示装置のバックライトとして用いることができる。又、同様の構造を備えるドットマトリックス表示装置における発光表示面の光源とすることもできる。
【００４６】
円錐台形状の側面に沿って滑らかな曲面状の発光面を有する、ＬＥＤ照明装置円又はＬＥＤ表示装置の光源として、本発明に係る円錐台形状のＬＥＤ光源１０を配置することにより、発光面における発光状態の均一性によって担保される好ましい表示品位を、リジット基板や分割配置を前提とするフレキシブル基板を用いた場合よりも、より高い水準でより容易に保持するこができる。ＬＥＤ光源１０によれば、多数のＬＥＤ素子２を、いずれも上記のような曲面からなる発光面に、正確に追従する態様で配置することができるからである。このようなＬＥＤ素子２の配置によれば、個々のＬＥＤ素子２から発光されるいずれの光の方向も、発光面の各位置における接面に対して垂直な方向に統一され、よって、全てのＬＥＤ素子２からの発光方向が発光面に沿って連続的且つ均一な差分で滑らかに変化していくという発光態様を実現することができる。このような発光状態によれば、視認性に悪影響を与える光ムラも極めて生じにくく、例えば、ＬＥＤ表示装置で動画を表示する場合においても、画像の切れ目を極めて感じにくくさせて高品位の画像を表示することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１        フレキシブル基板
１Ａ      回路基板１Ａ
１１      樹脂基板
１２      接着剤層
１３      金属配線部
１４      ハンダ層
１５      絶縁性保護膜
１６      光学フィルム層
２        ＬＥＤ素子
１０      ＬＥＤ光源
【図１】
2017224394.tif 000003
【図２】
2017224394.tif 000004
【図３】
2017224394.tif 000005