発光構造物
【課題】体積が小さい薄型の発光源であって、光源を実際の大きさよりも大きく見せ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、からなり、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発光構造物とした。
【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、からなり、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発光構造物とした。
【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を組み付けた発光物に関する。
【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。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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２７４４５５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、体積が小さい薄型の発光源であって、光源を実際の大きさよりも大きく見せ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】
【０００８】
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。
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、
からなる発光構造物である。
【０００９】
本発明によると、発光素子から出射した光を回折格子を通して見ると、その光が複数の光に見える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、体積が小さい薄型の発光源であって、光源を実際の大きさよりも大きく見せる薄型の発光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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発光構造物の断面を示す図である。
【図１４】回折光の干渉の条件を説明する図である。
【図１５】発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。
【図１６】発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。
【図１７】複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。
【図１８】複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。
【図１９】発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。
【図２０】複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
〔実施形態〕
本発明の実施形態による発光構造物は、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、からなる。
【００１４】
（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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
〈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。
【００２０】
〈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。
【００２１】
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。ＰＩ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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
〈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。
【００２７】
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。
【００２８】
（発光構造物）
〈構成〉
図１３は、本発明の実施形態にかかる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記した回折格子フィルム２００が組み付けられる。回折格子フィルム２００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、より薄くすることが可能となる。
【００２９】
図１４は、回折光の干渉の条件を説明する図である。発光ダイオードから角度θの方向に出た光が、回折格子フィルム２００により干渉するとする。回折格子フィルム２００により回折光が干渉する条件は、（式１）のように表される。
【００３０】
【数１】
【００３１】
ｄ：回折格子の格子間隔
θ：光の方向と回折格子フィルムの面の法線とのなす角
ｍ：任意の整数
λ：発光ダイオードの光の波長
ほぼ同じ方向に出た光の光路差が、発光源の波長（λ）の整数倍になったときに干渉する。この式から、回折光が干渉する光の方向（角度）が決まる。ここで、(式１)におけるsinθは、(式２)のように表される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
Ｌ：発光面と回折格子フィルムとの間の距離
ｘ：発光面の中心から回折格子フィルムに下ろした垂線の足からの距離
発光面と回折格子フィルムとの間の距離（Ｌ）及び回折格子の格子間隔（ｄ）を調整することにより、回折格子フィルムにおいて回折光が干渉する位置を任意に決定することができる。
【００３４】
回折格子フィルムの面から観測者までの距離は、発光面と回折格子フィルムとの距離（
Ｌ）に比べて非常に大きい。そのため、回折格子フィルムから出た光の光路差による干渉は、無視できる。
【００３５】
図１５は、回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。回折格子フィルムは、正方格子のものを使用している。発光ダイオードの発光を回折格子フィルムを通じて観測すると、回折格子フィルム上で、中央に直接光１０１が見られ、その周りに、複数の回折光の干渉１０２が見られる。発光ダイオード２２１の発光面は、一定の面積を有している。よって、回折光が干渉する位置も一定の面積を有する。直接光の中心と回折光が干渉する位置の中心との距離（図１４のｘ）を発光ダイオードの発光面の直径と等しくなるようにしている。こうすることにより、光源の面積を擬似的に大きく見せることができる。直接光の中心と回折光が干渉する位置の中心との距離（図１４のｘ）は、発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）を調整することにより決定できる。
【００３６】
図１６は、回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。発光ダイオードの発光を回折格子フィルムを通じて観測すると、回折格子フィルム上で、中央に直接光１０１が見られ、その周りに少し離れて回折光による干渉１０２が見られる。図１５の場合より、発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）を長くしている。こうすることにより、１つの光源が、回折格子フィルム上で、複数の光源が存在するように見せることができる。
【００３７】
図１７は、複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。発光ダイオードは、正方格子の格子点上に並べられている。その正方格子の格子間隔は、発光ダイオードの発光面の直径の約３倍である。回折格子フィルムは、正方格子のものを使用している。発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）及び回折格子の格子間隔（図１４のｄ）は、図１５の場合と同様に調整されている。こうすることにより、より少ない発光ダイオードによって、回折格子フィルムのほぼ全面を発光させることができる。
【００３８】
図１８は、複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。発光ダイオードは、三角格子の格子点上に並べられている。その三角格子の格子間隔は、発光ダイオードの発光面の直径の約３倍である。回折格子フィルムは、正方格子のものを使用している。発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）及び回折格子の格子間隔（図１４のｄ）は、図１５の場合と同様に調整されている。こうすることにより、より隙間を小さくして回折格子フィルムのほぼ全面を発光させることができる。
【００３９】
図１９は、回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。発光ダイオードの発光を回折格子フィルムを通じて観測すると、回折格子フィルム上で、中央に直接光１０１が見られ、その周りに少し離れて回折光による干渉１０２が見られる。回折格子フィルムは、三角格子のものを使用している。こうすることにより、光源の面積を擬似的に大きく見せることができる。三角格子の回折格子フィルムを使用することにより、直接工の周りの回折光の干渉の強さをより均質にすることができる。直接光の中心と回折光が干渉する位置の中心との距離（図１４のｘ）は、発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）を調整することにより決定できる。
【００４０】
図２０は、複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。発光ダイオードは、三角格子の格子点上に並べられている。その三角格子の格子間隔は、発光ダイオードの発光面の直径の約３倍である。回折格子フィルムは、三角格子のものを使用している。発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）及び回折格子の格子間隔（図１４のｄ）は、図１９の場合と同様に調整されている。こうすることにより、より少ない発光ダイオードによって、回折格子フィルムのほぼ全面をより均質に発
光させることができる。
【００４１】
（本実施形態の効果）
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することにより、発光源を大きく見せることが可能となる。また、発光源を複数に見せることが可能となる。さらに、表面実装型の発光ダイオードを使用することにより、発光構造物をより薄型にすることができる。
【００４２】
本発明の実施形態の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、本発明の発光ダイオード組込み発光フィルムは、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発光構造物を使用した光源装置は、維持管理の手間を少なくすることができる。
【００４３】
また、本実施形態の発光構造物は、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。
【００４４】
本実施形態の発光構造物は、自動車のリアコンビネーションランプ、ルームランプ、フットランプ、メータパネル等への利用が期待できる。一般光源としては、室内装飾用ランプやディスプレイ用ランプとして活用できる。
【００４５】
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、寿命も長く、熱も出にくく、環境にもやさしい光源の実現が可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
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
【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を組み付けた発光物に関する。
【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。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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２７４４５５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、体積が小さい薄型の発光源であって、光源を実際の大きさよりも大きく見せ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】
【０００８】
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。
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、
からなる発光構造物である。
【０００９】
本発明によると、発光素子から出射した光を回折格子を通して見ると、その光が複数の光に見える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、体積が小さい薄型の発光源であって、光源を実際の大きさよりも大きく見せる薄型の発光源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【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発光構造物の断面を示す図である。
【図１４】回折光の干渉の条件を説明する図である。
【図１５】発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。
【図１６】発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。
【図１７】複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。
【図１８】複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。
【図１９】発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。
【図２０】複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
〔実施形態〕
本発明の実施形態による発光構造物は、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、からなる。
【００１４】
（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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
〈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。
【００２０】
〈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。
【００２１】
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。ＰＩ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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
〈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。
【００２７】
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。
【００２８】
（発光構造物）
〈構成〉
図１３は、本発明の実施形態にかかる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記した回折格子フィルム２００が組み付けられる。回折格子フィルム２００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、より薄くすることが可能となる。
【００２９】
図１４は、回折光の干渉の条件を説明する図である。発光ダイオードから角度θの方向に出た光が、回折格子フィルム２００により干渉するとする。回折格子フィルム２００により回折光が干渉する条件は、（式１）のように表される。
【００３０】
【数１】
【００３１】
ｄ：回折格子の格子間隔
θ：光の方向と回折格子フィルムの面の法線とのなす角
ｍ：任意の整数
λ：発光ダイオードの光の波長
ほぼ同じ方向に出た光の光路差が、発光源の波長（λ）の整数倍になったときに干渉する。この式から、回折光が干渉する光の方向（角度）が決まる。ここで、(式１)におけるsinθは、(式２)のように表される。
【００３２】
【数２】
【００３３】
Ｌ：発光面と回折格子フィルムとの間の距離
ｘ：発光面の中心から回折格子フィルムに下ろした垂線の足からの距離
発光面と回折格子フィルムとの間の距離（Ｌ）及び回折格子の格子間隔（ｄ）を調整することにより、回折格子フィルムにおいて回折光が干渉する位置を任意に決定することができる。
【００３４】
回折格子フィルムの面から観測者までの距離は、発光面と回折格子フィルムとの距離（
Ｌ）に比べて非常に大きい。そのため、回折格子フィルムから出た光の光路差による干渉は、無視できる。
【００３５】
図１５は、回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。回折格子フィルムは、正方格子のものを使用している。発光ダイオードの発光を回折格子フィルムを通じて観測すると、回折格子フィルム上で、中央に直接光１０１が見られ、その周りに、複数の回折光の干渉１０２が見られる。発光ダイオード２２１の発光面は、一定の面積を有している。よって、回折光が干渉する位置も一定の面積を有する。直接光の中心と回折光が干渉する位置の中心との距離（図１４のｘ）を発光ダイオードの発光面の直径と等しくなるようにしている。こうすることにより、光源の面積を擬似的に大きく見せることができる。直接光の中心と回折光が干渉する位置の中心との距離（図１４のｘ）は、発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）を調整することにより決定できる。
【００３６】
図１６は、回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。発光ダイオードの発光を回折格子フィルムを通じて観測すると、回折格子フィルム上で、中央に直接光１０１が見られ、その周りに少し離れて回折光による干渉１０２が見られる。図１５の場合より、発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）を長くしている。こうすることにより、１つの光源が、回折格子フィルム上で、複数の光源が存在するように見せることができる。
【００３７】
図１７は、複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。発光ダイオードは、正方格子の格子点上に並べられている。その正方格子の格子間隔は、発光ダイオードの発光面の直径の約３倍である。回折格子フィルムは、正方格子のものを使用している。発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）及び回折格子の格子間隔（図１４のｄ）は、図１５の場合と同様に調整されている。こうすることにより、より少ない発光ダイオードによって、回折格子フィルムのほぼ全面を発光させることができる。
【００３８】
図１８は、複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。発光ダイオードは、三角格子の格子点上に並べられている。その三角格子の格子間隔は、発光ダイオードの発光面の直径の約３倍である。回折格子フィルムは、正方格子のものを使用している。発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）及び回折格子の格子間隔（図１４のｄ）は、図１５の場合と同様に調整されている。こうすることにより、より隙間を小さくして回折格子フィルムのほぼ全面を発光させることができる。
【００３９】
図１９は、回折格子フィルム上で回折光が干渉する位置を例示する図である。発光ダイオードの発光を回折格子フィルムを通じて観測すると、回折格子フィルム上で、中央に直接光１０１が見られ、その周りに少し離れて回折光による干渉１０２が見られる。回折格子フィルムは、三角格子のものを使用している。こうすることにより、光源の面積を擬似的に大きく見せることができる。三角格子の回折格子フィルムを使用することにより、直接工の周りの回折光の干渉の強さをより均質にすることができる。直接光の中心と回折光が干渉する位置の中心との距離（図１４のｘ）は、発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）を調整することにより決定できる。
【００４０】
図２０は、複数の発光ダイオードの光が回折格子フィルム上で干渉する位置を例示する図である。発光ダイオードは、三角格子の格子点上に並べられている。その三角格子の格子間隔は、発光ダイオードの発光面の直径の約３倍である。回折格子フィルムは、三角格子のものを使用している。発光面と回折格子フィルムとの距離（図１４のＬ）及び回折格子の格子間隔（図１４のｄ）は、図１９の場合と同様に調整されている。こうすることにより、より少ない発光ダイオードによって、回折格子フィルムのほぼ全面をより均質に発
光させることができる。
【００４１】
（本実施形態の効果）
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することにより、発光源を大きく見せることが可能となる。また、発光源を複数に見せることが可能となる。さらに、表面実装型の発光ダイオードを使用することにより、発光構造物をより薄型にすることができる。
【００４２】
本発明の実施形態の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、本発明の発光ダイオード組込み発光フィルムは、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発光構造物を使用した光源装置は、維持管理の手間を少なくすることができる。
【００４３】
また、本実施形態の発光構造物は、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。
【００４４】
本実施形態の発光構造物は、自動車のリアコンビネーションランプ、ルームランプ、フットランプ、メータパネル等への利用が期待できる。一般光源としては、室内装飾用ランプやディスプレイ用ランプとして活用できる。
【００４５】
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、寿命も長く、熱も出にくく、環境にもやさしい光源の実現が可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
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
【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、からなり、
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
発光構造物。
【請求項２】
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又は液晶ポリマーフィルムである
請求項１に記載の発光構造物。
【請求項３】
前記発光素子は発光ダイオードである
請求項１または２に記載の発光構造物。
【請求項４】
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フィルム又はＰＰＭＡフィルムである
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の発光構造物。
【請求項５】
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４のいずれか１つに記載の発光構造物。
【請求項６】
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５のいずれか１つに記載の発光構造物。
【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、からなり、
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
発光構造物。
【請求項２】
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又は液晶ポリマーフィルムである
請求項１に記載の発光構造物。
【請求項３】
前記発光素子は発光ダイオードである
請求項１または２に記載の発光構造物。
【請求項４】
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フィルム又はＰＰＭＡフィルムである
請求項１乃至３のいずれか１つに記載の発光構造物。
【請求項５】
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４のいずれか１つに記載の発光構造物。
【請求項６】
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５のいずれか１つに記載の発光構造物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−２１６５５５（Ｐ２０１２−２１６５５５Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１２９２９４（Ｐ２０１２−１２９２９４）
【出願日】平成２４年６月６日（２０１２．６．６）
【分割の表示】特願２００６−１２９２８８（Ｐ２００６−１２９２８８）の分割
【原出願日】平成１８年５月８日（２００６．５．８）
【出願人】（５０６０１２８００）ニューパラダイムテクノロジー株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年６月６日（２０１２．６．６）
【分割の表示】特願２００６−１２９２８８（Ｐ２００６−１２９２８８）の分割
【原出願日】平成１８年５月８日（２００６．５．８）
【出願人】（５０６０１２８００）ニューパラダイムテクノロジー株式会社 (4)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]