JP2008535233A - フレキシブルｌｅｄアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】フレキシブル発光デバイスの熱放散特性を改善する。
【解決手段】単一の構造化導電層（５）を有するフレキシブル基板（２）と、前記基板（２）に配置された複数のＬＥＤ（３）とを備え、前記構造化導電層（５）が前記ＬＥＤ（３）を駆動するための電極を形成している発光デバイスであって、前記構造化導電層は、複数の熱放散パッド（８）を備え、各パッドは、各ＬＥＤ（３）の面積よりもかなり広い面積を有し、各ＬＥＤ（３ａ）は、前記パッド（８ａ）の少なくとも１つに熱接続されていると共に、２つのパッド（８ａ、８ｂ）の間に電気的に直列に接続されている。このような構造により、各ＬＥＤは比較的広い熱放散面積に熱接続され、ＬＥＤ内に累積した熱エネルギーはこの領域にわたって分散し、次にこの領域から上下に放散される。アドレシングを単一の導電層によって処理できるので、多層基板と比較して基板のフレキシビリティを改善できる。２つのパッドの間に各ＬＥＤを直列に接続することにより、パッドに対し、導電層の極めて広い部分を使用でき、本発明を用いなければ、単一層構造で問題となり得る、導電トラックが占める面積も極めて少なくて済むことになる。
【選択図】図３

Description

本発明は、フレキシブルＬＥＤアレイに関し、より詳細には、ＬＥＤを駆動するための電極を形成する単一の構造化導電層を備えたフレキシブル基板に配置された複数のＬＥＤを備えた発光デバイスに関する。

米国特許出願第US2003/006777号には、フレキシブル発光ユニットが開示されており、このユニットは、複数の赤、緑および青色ＬＥＤを有する多層基板を備え、各色のＬＥＤは直列接続されている。

一般的なマルチＬＥＤデバイス、特にフレキシブルＬＥＤアレイに関連する問題は、熱放散にある。この熱放散を満足できるように処理しない場合、ＬＥＤの温度が上昇し、光効率が劣化することになる。上記米国特許出願2003／006777号に開示されているユニットでは、基板の裏面に接合された放熱プレート上に設けられたフィン構造によって熱放散を処理している。かかる解決案は、ＬＥＤから一方向に熱を放散できるだけであり、必要な熱放散を達成できない。更にかかる解決案によってユニットがかさばったものとなり、かなりの程度、所望するフレキシビリティが損なわれる。

本発明の目的は、これら問題を解決すること、および熱放散が改善されたフレキシブル照明デバイスを提供することにある。

本発明の別の目的は、構造が簡単で、製造上コスト的に効果的であるフレキシブル照明デバイスを提供することにある。

上記およびそれ以外の目的は、前記構造化導電層が、複数の熱放散パッドを備え、各パッドが、各ＬＥＤの面積よりもかなり広い面積を有し、各ＬＥＤが、前記パッドの少なくとも１つに熱接続されていると共に、２つのパッドの間に電気的に直列に接続されている、冒頭記載のタイプの発光デバイスによって達成される。

この構造により、各ＬＥＤは比較的広い熱放散領域に熱接続され、ＬＥＤ内に累積した熱エネルギーはこの領域にわたって分散され、この領域から上下に放散される。

単一導電層によって問題を処理できるので、基板のフレキシビリティは多層基板と比較して改善される。２つのパッドの間に各ＬＥＤを直列に接続することによってパッドのために極めて広い部分の導電層を使用でき、導電トラックが占める領域はほとんど必要ないが、本発明を用いない場合、このことは単一層構造では問題となり得る。

ターミナルの１つがこのパッドに電気的に接続され、他方のターミナルが別のパッドに至る導電トラックに電気的に接続された状態となるよう、パッドのうちの１つの頂部に各ＬＥＤを取り付け、例えばダイ取り付けできる。これによって、パッド間のＬＥＤの直列接続を簡単に実現できる。ダイ取り付けは、適当な熱接続を配慮したものである。

ＬＥＤは複数の異なるカラーを発光するようになっているＬＥＤを含むことができ、これらＬＥＤは同じカラーを有するＬＥＤしか含まない組として直列に接続される。このようなＬＥＤの組の直列接続によって、発光デバイスの個々のラインをアドレシングすることが可能となる。かかるアドレシングを使って、デバイスにわたって存在する熱勾配を補償することができる。例えば垂直方向の温度勾配を期待する場合、ＬＥＤの直列接続される組を水平方向に配向することができ、印加電流はこの組の垂直位置に応じて変わることができ、温度が変化する結果、変化する光強度を補償できる。

ＬＥＤをグループに配置することができ、各グループは異なるカラー（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光を発生するようになっているＬＥＤを含み、組み合わせると白色光を発光するように選択することが好ましい。かかるグループの配置は、通常白色光が望まれる照明用途で有利となり得る。しかしながら、他のグループ配置も好ましい。

一実施形態によれば、各パッドは１つのＬＥＤだけにしか熱接続されておらず、異なるパッド上に位置する数個のＬＥＤがグループ内で密に配置されるよう、パッド上で非対称に位置決めされることが好ましい。パッドは、基本的には四角形であり、２つずつのアレイとなっている４つのパッドに接続されたＬＥＤが各パッドの内側に向いたコーナーに位置決めされるよう、直線グリッドパターンに配置することが好ましい。これにより、４つのグループにＬＥＤをグループ分けできるようにしながら、パッドを形成するために導電層の広い部分を効果的に使用できる簡単なレイアウトにすることができる。四角形のパッドを使用することにより、パッド間の直線ラインに起因し（この場合、導電層は除去されているか、またはエッチングで除かれる）、フレキシブル基板に対する導電層の調節が容易となるという利点が得られる。

第２の実施形態によれば、異なるパッド上に位置決めされた数個のＬＥＤがグループ状に密に配置されるよう、各パッドは複数のＬＥＤに熱接続される。これらＬＥＤはパッドの周辺に対称的に位置決めできる。これらパッドが四角形であり、パッドのコーナーに４つのＬＥＤが位置する場合、導電層の面積を有効に活用でき、ＬＥＤを４つのグループにグループ分けできる簡単なレイアウトが得られる。

次に、現時点で好ましい本発明の実施形態を示す添付図面を参照し、本発明の上記およびそれ以外の特徴についてより詳細に説明する。

図１は、制御ユニット１と、フレキシブル基板２と、このフレキシブル基板の上に配置された複数のＬＥＤ３とを備えた発光デバイスを示す。制御ユニット１は、デバイスを電源に接続し、発光するようにＬＥＤを駆動するために必要な駆動回路と、インターフェースと、コネクタなどを含む。制御ユニットは、回路すべてを密に維持しているので、電子回路を良好に保護できる。しかしながら、フレキシブルデバイスの一部を形成する制御ユニットは剛性となる。

別の態様として、基板の上に、すなわちその面に沿って制御回路を分散させてもよい。これによって完全にフレキシブルなデバイスが得られるが、部品を物理的に最適に保護することができなくなる。

デバイスの電源を、コネクタまたは制御ユニット１に含まれるバッテリーさえも備えた、従来のタイプのものにすることができる。しかしながら、非接続タイプの電源を設けことが有利となり得る。例えば、容量性または誘導性給電を使用してもよい。

図２に、より明瞭に示されるように、基板はフレキシブル層６、例えばポリイミド、ポリエステルなどの層の上に配置された、一般に銅製の単一の導電層５が配置されている。この基板には、表面へのデバイスの取り付けを容易にするために、接着剤の層７も設けることが好ましい。

図２ａ〜２ｂでは、簡潔にするために２つのＬＥＤ３しか示していない。一般に図１のデバイスは、数百個または数千個のＬＥＤを含むことができる。これらＬＥＤ３は、導電層５内に形成された熱放散パッド８にダイ取り付けされ、導電層内にも形成されたトラック９にワイヤーボンディングされている。以下、図３を参照し、パッド８およびトラック９についてより詳細に説明する。

図２ａに示されるように、シリコーンの液状の粒子１０を塗布することにより、ワイヤーボンディングされたＬＥＤを機械的に保護できる。しかしながら、図２Ｂに示されるように、組み立てられたＬＥＤの組立体にはシリコーン層１１をコーティングし、必要な機械的な保護をすることが好ましい。適当な厚みとした場合、かかる保護層は主にＬＥＤ３から側方への熱移動にも寄与できる。

図２ｂに示された実施形態は、更にセミブロッキングシート１２と、拡散シート１３とを備える。セミブロッキングシート１２は、各ＬＥＤのすぐ上に位置する不透明な領域１４を備え、垂直方向に直接的に光が抽出されることを防止し、側面からの発光だけを可能にしている。拡散シート１２は、照明用に適した極めて拡散された光を抽出することを保証している。

図３は、パッド８およびトラック９内にどのように導電層５が構成されているかを、より詳細に示す。図３の左側部分から分かるように、パッド８は層５の領域のうちの、より広い部分を構成しており、各パッド８はその表面に取り付けられたＬＥＤ３よりもかなり広い面積を有する。このように、各パッドの面積が比較的広くなっていることにより、ＬＥＤが発生する熱エネルギーを満足できるように熱放散することが保証されている。一例として、ＬＥＤの電力が約１００ｍＷの場合に、露出した状態でダイに取り付けられた（すなわちパッケージされていない）ＬＥＤダイの場合、１つのＬＥＤからの熱を放散するのに約２５ｍｍ２の面積が適当である。図３の例では、パッド８は形状が四角形であり、直線グリッドパターンに配置されている。ＬＥＤ３の直列接続を可能にするように、基板の領域の狭い部分しか構成しないトラック９が配置されている。図３の右側部分により詳細に示されるように、異なるパッド８ｂの表面に取り付けられているＬＥＤ３ａは、パッド８ａから延びるトラック９ａがワイヤーボンドされている。

図示されている例では、ＬＥＤ３は、各々が４つのＬＥＤから構成されたグループとしてまとめられている。このようなグループ分けは、異なるパッド８の４つの隣接するコーナーのいずれもが１つのＬＥＤを支持するように、各ＬＥＤ３を長方形パッド８の１つのコーナーに位置決めすることによって達成できる。このようなＬＥＤのグループ分けは、異なるカラーのＬＥＤから放出される光を組み合わせるのに有利に使用できる。例えば４つのＬＥＤのグループは、組み合わせによって白色光を放出するように、１つのＲ（赤色）、１つのＢ（青色）および２つのＧ（緑色）ＬＥＤを含むことができる。当然ながら、種々のＲＧＢＸ代替色、例えば赤色、緑色、青色およびアンバー色、または赤色、緑色、赤色および黄色を含む他の組み合わせも可能である。グループ内の所定の場所のＬＥＤを同じ場所の別のＬＥＤに直列接続できるように保証することが望ましい。これについては、図３を参照してこれまで説明し、図３のレイアウトに対応するＬＥＤの３つのグループの回路図を示す図４には更に明瞭に示されている。１つのグループ１５内のＬＥＤは、次のグループ１６内のそれぞれのＬＥＤに直列に接続されていることは明らかであり、同じ位置のＬＥＤ（例えば上部右側コーナー）は組内で直列に接続されていることが明らかである。

図３に示された実施形態では、各パッド８には１つのＬＥＤ３しか取り付けられていないことに留意すべきである。これとは異なり、図５に示されるように、ワイヤーボンディングおよび導電トラック９が適当に適合していることを条件に、１つのパッド８０に数個のＬＥＤ３１、３２、３３、３４を取り付けることもできる。図示されているケースでは、１つのパッド８０ａからのトラック９０ａは、別のパッド８０ｂの表面に取り付けられた複数のＬＥＤ３１〜３４にワイヤーボンディングされている。上記のような同様なグループ分けを達成するために、各パッドの直線グリッドパターン内の四角形の各パッド８０のコーナーに４つのＬＥＤ３１〜３４を取り付けることができる。図６には、図５のレイアウトに対応する回路図が示されている。これとは異なり（図示せず）、パッドの片側の２つのコーナーに位置する２つのＬＥＤを各パッドに設けるよう、図５のパッドは２つに分割されている。当業者であれば、明らかに他の構造を想到することができよう。当業者であれば、本発明は上記好ましい実施形態だけに限定されないことが理解できよう。むしろ、特許請求の範囲内で種々の変形および変更が可能である。例えば適当な熱放散を達成する限り、パッド８、８０の形状および配置を変えることができ、本明細書に開示した四角形を、例えば六角形に置換することも可能である。

更に、別の実施形態では、各ＬＥＤは、２つのパッドの間に直接電気的に接続される。すなわち、図３および５の例とは異なり、トラックは、不要である。かかる実施形態は、原理だけを示すようになっている図７に略図で示されている。

図７から分かるように、パッド８００は、６つのパッド８０１、８０２、８０３、８０４、８０５、８０６の端部部分が１つの領域８０７で合流するように基板を共にカバーする別の形状となっている。この領域では、パッドのそれぞれのペアの間に３つのＬＥＤ３００を電気的に直列に接続できる。一例として、図３および５の実施形態に類似するように、１つのペア内の１つのパッドに各ＬＥＤをダイ取り付けし、ペア内の別のパッドにワイヤーボンディングする。これとは異なり、適当な方法で合計６つのパッドに、３つのＬＥＤ３０２、３０３、３０４を含むＬＥＤユニット３０１を（熱的および電気的に）取り付けてもよい。この後者のケースでは、パッドにユニット３０１をどのように熱接続したかに応じ、熱放散機能を合計６つのパッドで分担することが可能となる。

図７に示された構造は単なる例にすぎないことに留意すべきである。当業者であれば、異なるパッドの正確な形状だけでなく、各接合領域８０７におけるＬＥＤの数を決定できよう。しかしながら、デバイスのフレキシビリティを低下しないように注意を払わなければならない。この理由から、導電層の屈曲を容易にするよう、パッドの間のラインは基本的には直線ラインを少なくとも規則的に形成するように保証することが好ましい。

要約すれば、本発明は、単一の構造化導電層を有するフレキシブル基板と、前記基板に配置された複数のＬＥＤとを備え、前記構造化導電層が前記ＬＥＤを駆動するための電極を形成している発光デバイスに関する。前記構造化導電層は、複数の熱放散パッドを備え、各パッドは、各ＬＥＤの面積よりもかなり広い面積を有し、各ＬＥＤは、前記パッドの少なくとも１つに熱接続されていると共に、２つのパッドの間に電気的に直列に接続されている。

このような構造により、各ＬＥＤは比較的広い熱放散面積に熱接続され、ＬＥＤ内に累積した熱エネルギーはこの領域にわたって分散し、次にこの領域から上下に放散される。

本発明によれば、アドレシングを単一の導電層によって処理できるので、多層基板と比較して基板のフレキシビリティを改善できる。２つのパッドの間に各ＬＥＤを直列に接続することにより、パッドに対し、導電層の極めて広い部分を使用でき、本発明を用いなければ、単一層構造で問題となり得る、導電トラックが占める面積も極めて少なくて済むことになる。

本発明の一実施形態に係わる発光デバイスの斜視略図を示す。 図１のデバイスの一部の側断面図を示す。 図１のデバイスの一部の側断面図を示す。 図１のデバイスの第１実施形態に係わる導電層のレイアウトに取り付けられたＬＥＤをより詳細に示す。 図３のレイアウトの回路略図を示す。 図１のデバイスの第２実施形態に係わる導電層のレイアウトに取り付けられたＬＥＤをより詳細に示す。 図５のレイアウトの回路略図を示す。 図１のデバイスの第３実施形態に係わる導電層のレイアウトに取り付けられたＬＥＤをより詳細に示す。

符号の説明

２ フレキシブル基板
３ ＬＥＤ
５ 導電層
８ａ、８ｂ パッド

Claims (9)

1. 単一の構造化導電層（５）を有するフレキシブル基板（２）と、前記基板（２）に配置された複数のＬＥＤ（３）とを備え、前記構造化導電層（５）が前記ＬＥＤ（３）を駆動するための電極を形成している発光デバイスにおいて、
   前記構造化導電層は、複数の熱放散パッド（８）を備え、各パッドは、各ＬＥＤ（３）の面積よりもかなり広い面積を有し、
   各ＬＥＤ（３ａ）は、前記パッド（８ａ）の少なくとも１つに熱接続されていると共に、２つのパッド（８ａ、８ｂ）の間に電気的に直列に接続されていることを特徴とする発光デバイス。
2. ＬＥＤ（３ａ）のターミナルの１つが前記パッドに電気的に接続され、他方のターミナルが別のパッド（８ｂ）に至る導電トラック（９ａ）に電気接続された状態となるよう、前記パッド（８ａ）のうちの１つの頂部に各ＬＥＤ（３ａ）が取り付けられている請求項１記載のデバイス。
3. 前記ＬＥＤ（３）が複数の異なるカラーの光を発生するようになっているＬＥＤを備え、同じカラーを有するＬＥＤだけを含む組として直列に接続されている請求項１又は請求項２記載のデバイス。
4. 前記ＬＥＤは、グループ（１５、１６）に配置されており、各グループは、異なるカラー（Ｒ、Ｇ、Ｂ）の光を発生するようになっていると共に、好ましくは組み合わせによって白色光を発光するように選択されたＬＥＤを含む請求項３記載のデバイス。
5. 各パッド（８）は、１つのＬＥＤにしか熱接続されていない請求項１乃至４の何れか１項に記載のデバイス。
6. 異なるパッドに設けられたいくつかのＬＥＤがグループとして密に配置されるよう、各ＬＥＤがパッド（８）に非対称に位置決めされている請求項５記載のデバイス。
7. パッドは基本的には四角形であり、直線グリッドパターンに配置されており、２つずつのアレイとなっている４つのパッドに接続されたＬＥＤは、各パッド（８）の内側に向いているコーナーに位置している請求項６記載のデバイス。
8. 異なるパッド上に位置する数個のＬＥＤが、グループ内で密に配置されるよう、各パッド（８０）は複数のＬＥＤ（３１、３２、３３、３４）に熱接続されている請求項１乃至４の何れか１項に記載のデバイス。
9. 前記ＬＥＤ（３１、３２、３３、３４）は、パッドの周辺に対称的に位置している請求項８記載のデバイス。

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