JP2006147333A - Ｌｅｄ実装用プリント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤとその制御回路を含むプリント基板において、高放熱基板を使用せず、制御回路で発生した熱によるＬＥＤへの影響を回避する構成を提供する。
【解決手段】 ＬＥＤが実装される第１領域と、前記ＬＥＤの制御回路を構成する要素のうちの発熱要素が実装される第２領域と、前記第２領域で発生した熱の伝導を制限するために前記第１領域と前記第２領域との間に形成されるスリット状貫通孔と、を備えるプリント基板。
【選択図】 図１

Description

本発明はＬＥＤ実装用プリント基板及びそれを利用したＬＥＤ照明装置に関する。

高輝度、長寿命等の利点を有するＬＥＤが照明装置の光源として使用されつつある。このような背景の中で、ＬＥＤを用いた照明装置のさらなる高輝度化が要請されている。ところで、通常、電流量を増加させればＬＥＤの輝度は上昇する。しかし、電流量を増加されせばそれに伴いＬＥＤの制御回路からの発熱も増加し、その影響を受けてＬＥＤが損傷する恐れがある。そのため、高放熱基板を用いることで熱的緩和を図るのが一般的であった。

しかし、高放熱基板を用いると製造コストが上昇する。また、部品実装上も片面実装となり基板のサイズを大きくせざるを得ない。
そこで、本発明は製造コストの低減を図れるとともに、部品実装上の制約も少なく、さらにサイズ面でも有利なＬＥＤ実装用のプリント基板を提供することを目的とする。

本発明は上記課題の少なくとも一つを解決するために次の構成からなる。すなわち、
ＬＥＤが実装される第１領域と、
前記ＬＥＤの制御回路を構成する要素のうちの発熱要素が実装される第２領域と、
前記第２領域で発生した熱の伝導を制限するために前記第１領域と前記第２領域との間に形成されるスリット状貫通孔と、
を備えるプリント基板である。

上記構成では、プリント基板は、ＬＥＤが実装される第１領域と、制御回路が実装される第２領域とに分けられ、これらの領域の境界にスリット状貫通孔が形成される。このようにスリット状貫通孔によって第１領域と第２領域とを一部において分断したことから、第２領域で発生した熱が第１領域に伝導されることを効果的に制限することができる。すなわち、第１領域に実装されたＬＥＤは、第２領域の制御回路で発生した熱の影響を受けにくい。
以上のように、スリット状貫通孔を設けるという簡易な構造によって、実装されたＬＥＤへの熱的影響を格段に減少させることができるプリント基板となる。したがって、コストが低減され、部品実装上の制約が少なくなり、さらにサイズ面でも有利なプリント基板を実現できる。

以下、本発明の構成要素について説明する。

（プリント基板及びスリット状貫通孔）
プリント基板はＬＥＤ及びその制御回路を実装するために用いられる。材質は特に限定されないが、例えば、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等が使用される。
プリント基板は第１領域と第２領域とを備える。第１領域にはＬＥＤ等の発光素子が実装される。第２領域には発光素子の制御回路を構成する要素のうち少なくとも発熱要素（抵抗、トランジスタ、ダイオード等）が実装される。制御回路の全構成要素を第２領域に実装してもよい。また、発熱要素であっても制御回路の特性上、発光素子の近傍に配置せざるを得ないものは第１領域に実装される。
第２領域で発生した熱がプリント基板を介して、直接第１領域へ伝導しＬＥＤに影響を与えることを回避するため、第１領域と第２領域との境界にスリット状貫通孔を設ける。これにより、第２領域で発生した熱の第１領域に対する伝導が制限される。すなわち、ＬＥＤが熱による影響を受けることを低減できる。一方、スリット状貫通孔を形成した場合、第２領域で発生した熱の一部は第１領域と第２領域との連続した部分より伝導されることが予想される。しかし、第２領域から第１領域への経路長が長くなるため、経路長の長さに比例して放熱量も増加し、最終的に第１領域に到達する熱量は少なくなる。よって、ＬＥＤは熱の影響を受けにくい。

ＬＥＤと発熱要素とを結ぶ仮想直線がスリット状貫通孔上を通過するように、スリット状貫通孔を形成することが好ましい。スリット状貫通孔の長辺の長さは、第２領域で発生した熱を制限するために、できるだけ長いことが好ましい。ただし、プリント基板の十分な強度が確保できるとともに、配線上問題がないようにスリットの長さを設定する。例えば、スリット状貫通孔の長辺の長さは、第１領域と第２領域との境界の７０％以上にすることが好ましい。さらに好ましくは８０％以上である。境界に対する長さの上限は特に限定されないが、例えば、９０％である。

プリント基板内の熱を効率的に放熱させるため、プリント基板の表面の一部に放熱パターンを形成することが好ましい。特に第１領域に実装されるＬＥＤへの熱的影響を低減するために、第１領域の表面に放熱パターンを形成するが好ましい。放熱パターンの材質は特に限定されない。材質の例としては銅を挙げることができる。より効率的に放熱するためにプリント基板の裏面にも放熱パターンを形成することが好ましい。放熱パターンはＬＥＤ実装面及び裏面ともに第１領域の３０％以上であることが好ましい。さらに、好ましくは５０％以上である。放熱パターンを形成する領域の上限は特に限定されないが、約９０％である。

（ＬＥＤ）
ＬＥＤは照明用光源として用いられる。ＬＥＤの種類は特に限定されないが、例えば、レンズ形状の封止部材を有する砲弾タイプやＳＭＤタイプ（表面実装型）の素子を用いる。ＬＥＤの発光色も特に限定されず、例えば、白色ＬＥＤを使用することができる。

（制御回路）
制御回路はＬＥＤの動作状態を制御するために用いられる。具体的には例えば、ＬＥＤに流れる電流を一定に制御するために制御回路が用いられる。制御回路を構成する素子としては例えば、抵抗、トランジスタ等が使用される。それらの素子は、電流量を増加させた場合の発熱量が大きく、その熱はプリント基板内を伝導してＬＥＤを損傷する恐れがある。そこで、本発明では、上記の通りプリント基板に形成されたスリット状貫通孔を利用して、制御回路を構成する素子（発熱要素）からの熱の伝導を積極的に抑制する。

（カバー）
カバーはプリント基板とともに使用されて照明装置を構成する。また、外部との接触を防止する役割も有する。カバーは、プリント基板を覆うようにＬＥＤの外表面側に取付られる。カバーの材質は特に限定されず、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂等を使用することができる。
カバーの外表面の一部を凸レンズ状にし、カバーにレンズ効果を付与することもできる。この構成により、ＬＥＤの光がカバーを通過する際に収れんされる。このようなカバーに形成されるレンズに加えて、又はこれとは別にレンズを使用してＬＥＤの光を制御してもよい。

特にプリント基板をカバーで覆った場合には第２領域で発生した熱がプリント基板の上方の空間を介して第１領域へと伝導する恐れがある。そこで、カバーのプリント基板側に遮へい板を形成し、その遮へい板の先端がプリント基板の第１領域と第２領域との境界又は境界近傍に接するように形成することが好ましい。これにより、空間を介して第１領域へ伝導する熱を制限することができるため、ＬＥＤは熱的影響を受けにくくなる。
なお、遮へい板の材質は、特に限定されない。カバーと遮へい板は一体成型した場合は、遮へい板の材質はカバーと同じとなる。

上述のようにプリント基板をカバーで覆って、第１領域と第２領域の境界又は境界近傍に、先端がプリント基板に接する遮へい板を形成した場合、第１領域の上方の空間と第２領域の上方の空間がともに密封状態が高くなる。特にスリット状貫通孔が遮へい板により塞がれる場合には実質的な密封状態となる。この空間にプリント基板から空間中に排出された熱が充満され、ＬＥＤに熱的影響を及ぼす。そのため、プリント基板の第１領域と第２領域ともに通気孔を形成することが好ましい。

カバーは、本発明の一態様ではプリント基板に固定される。固定方法として、ねじを使用する場合、カバーの一部にねじ孔を形成するとともに、プリント基板の対応する位置にもねじ孔を形成する。ここで、ねじ孔の一部としてスリット状貫通孔を利用することが好ましい。これにより、別途ねじ孔を形成する手間が省ける。また、限られたプリント基板内を有効に活用することができる。

図１は本発明の実施例であるプリント基板１の平面図である。図１(a)はプリント基板１のＬＥＤ実装面側の図であり、(b)はプリント基板１の裏面側の図である。プリント基板１はＬＥＤ照明装置に使用され、ＬＥＤ及びその制御回路が実装される。
プリント基板１は第１領域１０と第２領域２０とを備える。第１領域１０と第２領域２０との境界にスリット状貫通孔２が形成されている。ＬＥＤは第１領域１０のＡ−Ａ上に実装される。プリント基板１は両面銅張りの積層板である。

プリント基板１は第１領域１０と第２領域２０とを備える。第１領域１０にはＬＥＤ等の素子が実装される。第２領域２０には制御回路（抵抗）の素子が実装される。第２領域２０で発生した熱がプリント基板１を介して直接第１領域１０へと伝導し、ＬＥＤに影響を与えることを回避するため、第１領域１０と第２領域２０との境界にスリット状貫通孔２を設ける。これにより、第２領域２０で発生した熱の第１領域１０に対する伝導を制限できる。すなわち、ＬＥＤが基板から伝わる発熱要素による熱の影響を受けることを低減できる。一方、スリット状貫通孔２を形成した場合、第２領域２０で発生した熱の一部は第１領域１０と第２領域２０との連続した部分より伝導されると予想される。しかし、第２領域２０から第１領域１０への経路長が長くなるため、経路長の長さに比例して放熱量は増加し、最終的に第１領域に到達する熱量は少なくなる。
この実施例では第１領域１０の面積は第２領域２０の面積の４倍である。これにより、第１領域１０で発生した熱及び第２領域２０から第１領域１０へ伝導される熱は、第１領域１０の表面より効率的に放熱される。
さらに、第１領域１０には放熱パターン３を形成することで効率的に放熱させることができる。特にＬＥＤを含む領域に放熱パターン３を形成することにより、ＬＥＤへの熱の影響を低減できる。裏面側にも同様な放熱パターン３を形成し、より効率的に放熱させることができる。この実施例ではＬＥＤ実装面及び裏面のパターン３の面積は第１領域１０の面積の６０％である。

以上のような構成により、第１領域１０と第２領域２０との境界にスリット状貫通孔２を形成することにより、第２領域２０から第１領域１０までの経路長を長くすることができる。そのため、プリント基板１の第１領域１０にＬＥＤを実装し、第２領域２０に発熱素子（抵抗）を実装することで、電流量を増加したとしても、ＬＥＤは熱的影響を受けにくい。すなわち、コストが低減され、部品実装上の制約がなくなり、さらにサイズ面でも有利なプリント基板を実現できる。

図２に本発明における他の実施例であるＬＥＤ照明装置３０の分解斜視図を示す。ＬＥＤ照明装置３０はプリント基板３６のＬＥＤ実装面側にカバー３１が取付けられ、カバー３１とプリント基板３６がねじ３３を用いて取付面４１へと固定される。ＬＥＤ３８は第１領域１００に実装される。ＬＥＤ３８としてＳＭＤタイプの白色ＬＥＤが使用される。ＬＥＤ照明装置３０は車両内における照明に使用される。
なお、プリント基板３６は上記実施例と同様であるためその説明を省略する。

カバー３１はプリント基板３６とともに使用されＬＥＤ照明装置３０を構成する。また、カバー３１はプリント基板３６と外部との接触を防止する役割も有する。カバー３１の材質はポリカーボネート樹脂である。
カバー３１の外表面にはプリント基板１０のＬＥＤ実装部の直上領域が凸レンズ状に形成されている。この構成によりＬＥＤ３８の光がカバーを通過する際に収れんされ、所望の範囲を照射する光が生成される。
プリント基板３６はカバー３１により覆われるため、第２領域２００で発生した熱がプリント基板３６の上方の空間を介して第１領域１００へと伝導する恐れがある。そこで、カバー３１において、第１領域１００と第２領域２００の境界又は境界近傍の上方に、先端がプリント基板３６に接する遮へい板３４を形成する。これにより、空間を介して第１領域１００へ伝導する熱を制限することができるため、ＬＥＤ３８は熱的影響を受けにくくなる。なお、遮へい板３４の材質はカバーと同じ材質のポリカーボネート樹脂である。
プリント基板３６をカバー３１で覆って、第１領域１００と第２領域２００の境界又は境界近傍に、先端がプリント基板３６に接する遮へい板３４を形成すると、第１領域１００の上方の空間と第２領域２００の上方の空間とがともに密封状態が高くなる。この空間にプリント基板３６の表面から放出された熱が充満され、ＬＥＤ３８に熱的影響を及ぼす恐れがある。そのため、プリント基板３６の第１領域１００と第２領域２００にそれぞれ通気孔３９を設けている。

カバー３１及びプリント基板３６を固定するためにねじ３３を用いる。そのため、カバー３１の一部にねじ孔３５を形成するとともに、プリント基板３６の対応する位置にもねじ孔４０を形成する。また、プリント基板３６の製造工程を削減し、プリント基板３６内を有効に活用するため、スリット状貫通孔３７の一部をねじ孔として利用することとした。

取付面４１には、カバー３１及びプリント基板３６を固定するためのねじ孔４２を設けておく。また、車体内部からＬＥＤ照明装置３０への配線、及びプリント基板３６で生じた熱を放熱させるために開口部４３を形成する。

上記のように構成されるＬＥＤ照明装置３０は車両内の照明用として使用される。車両内の壁面に開口部を形成し、ＬＥＤ照明装置３０を固定するためのねじ孔を形成する。ＬＥＤ照明装置３０の電気配線を行った後に、ＬＥＤ照明装置３０をねじにより固定することとなる。
カバー３１の外表面が凸レンズ状に形成されているため、所望の距離にＬＥＤの光が収れんされる。従って、車両内照明におけるマップランプ等として好適に利用できる。

以上のような構成により、プリント基板で生じた熱は効率的に外部へと放熱される。そのため、ＬＥＤへの電流を増加させたとしても、ＬＥＤは熱的影響を受けにくい。よって、本構成においてもＬＥＤの高輝度化を実現できる。

この発明は上記発明の実施の態様及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。

図１は本発明の実施例で使用するプリント基板の表面図を示す。(a)はプリント基板のＬＥＤ実装面側の表面図である。(b)はプリント基板の裏面側の表面図である。 図２は本発明の他の実施例であるＬＥＤ照明装置の分解斜視図を示す。

符号の説明

１ ３６ プリント基板
２ ３７ スリット状貫通孔
３ 放熱用パターン
１０ １００ 第１領域
２０ ２００ 第２領域
３０ ＬＥＤ照明装置
３１ カバー
３４ 遮へい板

Claims (10)

1. ＬＥＤが実装される第１領域と、
   前記ＬＥＤの制御回路を構成する要素のうちの発熱要素が実装される第２領域と、
   前記第２領域で発生した熱の伝導を制限するために前記第１領域と前記第２領域との間に形成されるスリット状貫通孔と、
   を備えるプリント基板。
2. 前記ＬＥＤと前記発熱要素とを結ぶ仮想直線が、前記スリット状貫通孔上を通過する、ことを特徴とする請求項１に記載のプリント基板。
3. 前記スリット状貫通孔の長辺の長さが、前記第１領域と前記第２領域との境界の長さの７０％以上である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント基板。
4. 前記第１領域の表面積が前記第２領域の表面積の２倍以上である、ことを特徴とする請求項１〜３に記載のプリント基板。
5. 前記第１領域のＬＥＤ実装面側及び／又は裏面側にそれぞれ放熱用パターンが形成されている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプリント基板。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のプリント基板と、
   前記プリント基板に実装されたＬＥＤ及び制御回路と、
   前記プリント基板のＬＥＤ実装面側を覆うように取付られるカバーと、
   を備えるＬＥＤ照明装置。
7. 前記カバーの前記プリント基板側に遮へい板が形成されており、該遮へい板の先端が前記プリント基板の前記第１領域と前記第２領域との境界又は境界近傍に接し、前記第１領域の上方の空間と前記第２領域の上方の空間とを分離する、ことを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ照明装置。
8. 前記カバーの外表面において、前記プリント基板に実装されたＬＥＤの直上領域が凸レンズ状に形成されている、ことを特徴とする請求項６又は７に記載のＬＥＤ照明装置。
9. 前記プリント基板が少なくとも一つの貫通孔を有し、該貫通孔とスリット状貫通孔の一部を利用して前記カバーが前記プリント基板に固定される、ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
10. 前記カバーと前記プリント基板とで囲まれた空間に生じる熱を排出するために、前記プリント基板に放熱用の通気孔が形成される、ことを特徴とする請求項６〜９のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
    

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