JP3142868U - 内照式看板用基板光源モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードからの発熱を効率よく外部に伝え、放熱させ、発光ダイオードのベアチップの温度を下げ、ＬＥＤを長寿命に使えるようにする。施工及び保守メンテの手間がかからない内照式看板用基板光源モジュールを安価に提供する。
【解決手段】 ＬＥＤ、抵抗器などを取付けた露出金属回路基板を、支持体として使用するアルミ・樹脂複合板のアルミ面に、電気絶縁のための導熱シートを介在させて実装したり、電気絶縁のための導熱シートを介在させず直接密接させ実装する構造の内照式看板用基板光源モジュールである。導熱シートを介在させない場合は、アルミ・樹脂複合板のアルミ板により、露出金属回路基板に電気的短絡が生じないよう、アルミ板を複数個に分割する構造とする。
【選択図】図１

Description

本考案は、アルミ、樹脂、アルミの三枚の平板を重ねて一枚にした既製のアルミ・樹脂複合板を、ＬＥＤを装着した露出金属回路基板の支持板として使用する内照式基板光源において、アルミ・樹脂複合板のアルミ板の少なくとも一面を導熱・放熱のヒートシンクとして使用する、導熱・放熱構造に関する内照式看板用基板光源モジュールに関するものである。

露出金属回路基板を取付ける看板用取付板は耐候性、耐火性、加工性、軽量性のなどの要求から、一般的にはアルミ・樹脂複合板や、鉄板が使用されている。アルミ・樹脂複合板は中心コアが樹脂板で両面をアルミ板で挟み込む構造が一般的である。これは、看板のように大面積に露出金属回路基板を使用するＬＥＤモジュールを装着する場合、薄くて、丈夫で、軽量なため、内照式看板基板光源モジュールを構成する上で有効な素材である。
また、ＬＥＤは近年、光度アップ、省電力・ＣＯ_２削減の特長が評価され、サイン・ディスプレイ用光源として用いられるようになった。また、屋内外の看板照明は周辺の照明環境の明るさが増していることから、より明るいものが求められている。このことはＬＥＤ光源においても例外ではなく、明るい看板が求められている。その結果、光度アップすることになり、消費電力が多くなり、発熱量も増加し、その結果ＬＥＤが短寿命となる問題が生ずる。これを解決する方法の一つとして、ＬＥＤの導熱・放熱を高め、ＬＥＤのベアチップの温度を下げ、寿命を長くする方法が採用されている。

特許文献１によれば、基体（絶縁物）の片側に銅箔の回路パターンを形成し、その銅箔上にＬＥＤを実装し、基板の裏側にあたる他方の面上にも銅箔を設け、その銅箔と金属台とを接触させて導放熱させている構造が開示されている。この構造では、ＬＥＤを取付ける銅箔の厚みは３５μｍであり、例えば２００μｍ〜５００μｍ厚の金属導体回路基板に比べると導熱・放熱が数段劣る。

この構造は、基体面の銅箔にエッチングなどにより回路パターンを形成する必要がある。このため、ＬＥＤの取付けピッチが変わる度に、回路パターンの変更を余儀なくされる。それに伴い、型代や版代に、費用がかかるという問題がある。

この構造を、看板などの大画面に適合する場合、ＬＥＤを取付ける部分が分散し、基体の製造設備も大型となりコストアップとなる。

特許文献２には、露出金属回路基板と一体に作られたソケットにＬＥＤや抵抗器を装着した露出金属回路基板の金属導体部分とハウジングの金属部分を直接接触させる構造が開示されている。

この構造は、小形の照明器具に適用するもので、外郭底面の金属部が、内外方向の絶縁部により複数個に分割されている。これに対し、アルミ・樹脂複合板を用いた筐体では、内外面と直角方向にアルミ、樹脂が分割されており、ＬＥＤの支持台となるアルミ・樹脂複合板と筐体の製作が、工程分離して製作することができる。また、本提案の露出金属回路基板ではＬＥＤの間隔の伸縮が自在で、任意の大きさにになることが多い看板寸法に対しフレキシビリティが高いので、看板製作・施工期間の短縮など、コストにおいても有利になる。特に、大面積（例えば２ｍ×４ｍ）の看板になるほど効果を発揮する。

特許文献３には、ＬＥＤや抵抗器を装着するソケットをモールドした露出金属回路基板モジュールが開示されている。この文献には直列、並列、直並列回路の露出金属回路基板の構造も開示されており、この開示された基板を活用すれば好都合である。
特開２００５−１０９２２８ 特開２００６−１０００５２ 特許３８６２２７２３

アルミ・樹脂複合板のアルミ面に露出金属回路基板の金属部の一部を、間に介在物なしで密接させ、ＬＥＤや抵抗器からの熱をアルミ・樹脂複合板のアルミ面に直接伝え、導熱・放熱させ、長寿命または同じ寿命ならより明るい内照式看板用基板光源モジュールを格段にローコストで提供しようとするものである。

また、アルミ・樹脂複合板のアルミ面に、露出金属回路基板の一部を間に介在物を挟んで密接させ、ＬＥＤや抵抗器からの熱をアルミ・樹脂複合板のアルミ面に伝え、導熱・放熱させ、長寿命または同じ寿命ならより明るい内照式看板用基板光源モジュールを提供しようとするものである。

露出金属回路基板の金属部とアルミ・樹脂複合板のＡＬ面の間に、絶縁と導熱を兼ねる導熱シートを挟まず、電気的な短絡を生ぜず、直接アルミ面に熱を伝え、放熱させる構造の場合、導熱シート部材が不要となり、シートの取付作業が不要となるのでコストダウンになる。

露出金属回路基板をアルミ・樹脂複合板に直接密接させた時、アルミ板により露出金属回路基板が電気的に短絡することがないよう、アルミ・樹脂複合板のアルミ板の一部を削除し、露出金属回路基板の異極間で短絡が生じないようにする。

アルミ・樹脂複合板で、露出金属回路基板の取付面と反対になるアルミ板から導熱・放熱を有効働かせるために、アルミ・樹脂複合板と露出金属回路基板とを固定する金属保持部材を裏面に突き出し、保持部材を介して裏面のアルミ板に熱を導熱・放熱させる。

また、露出金属回路基板の金属面とアルミ・樹脂複合板のアルミ面を接触させるために、金属面とアルミ面の間に部分的にアルミ板をスポット溶接などで固着し、両者を接触させてもよい。

請求項１によれば、導熱シートを使用せず、アルミ板に直接導熱・放熱を行うので、導熱・放熱の効率がよくなり、ＬＥＤの寿命を長くするか、同じ寿命に設定する場合では明るさを増すことができる。しかも、導熱・放熱・絶縁のためのシートが不要となるので、コストダウンを図ることができる。

請求項２によれば、導熱シートを使用しても、アルミ板に導熱・放熱が行えるので、ＬＥＤの寿命を長くしたり、同じ寿命に設定する場合では明るさを増すことができる効果がえられる。

４並３直の回路パターンに合せて加工した露出金属回路基板を、アルミ板の一部を削除したアルミ・樹脂複合板に取付けた構造を図１に示す。
図５には複合板のアルミ削除部を直線の格子状にした構造を示す。この形状の場合、特別な機械、治具を必要とせず、容易に加工することができ、品質も安定する。
また、格子状に削除する代わり、図５の（ｉ）、（ｉｉ）のアルミ部分を接続しておいても、４並３直の露出金属回路基板を短絡させない構造とすることができる。その結果として、外観が向上する。

以下、本考案の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は本考案の内照式看板用基板光源モジュールの図を示す。図２は露出金属回路基板と複合板とを密接する構造の各種を示す図で、（ａ）図はアルミ上面を導放熱接続とする構造を（ｂ）図はアルミ上面及び下面を導放熱面とする構造を（ｃ）図は露出金属回路基板とアルミ上面の間にアルミ板のスペーサーを部分的に介在させた構造を示す図である。（ｄ）図は露出金属回路基板のソケット部をアルミ・樹脂複合板内に収納した図で、露出金属回路基板の下面とアルミ・樹脂複合板のアルミ上面が接触する構造を示す図である。図３はソケットをモールドした露出金属回路基板にＬＥＤ、抵抗器を取付け、電源線を接続する等の内照式看板基板光源モジュールの加工を示す図である。図４は図３の構造の回路を示す図である。図５はアルミ板の一部を格子状に削除したアルミ・樹脂複合板（支持板）を示す図である。図６は看板筐体にアルミ・複合板を用い、その筐体に露出金属回路基板を直接取付ける場合の、基板の短絡防止のためのアルミ削除の状態例を模式的に示す図である。

図１は看板筐体内に本提案の内照式看板用基板光源モジュールを複数配設した実施例で、（＋）側の口出線を渡り配線で一括接続し、（−）側の口出線も一括接続し、外部電源装置（図示省略）又は筐体内の電源装置（図示省略）と接続した構造である。筐体前面の表示面には絵や文字が描かれ、内部式看板用基板光源モジュールからのＬＥＤ光を受けて、看板として使用する。一般的に筐体の主要材料は金属やアルミ複合板であり、内部式看板用基板光源モジュールからの熱を筐体に伝え、外部に放熱する。
また、図示していないが別の実施例として、アルミ・樹脂複合板自体を、看板筐体にすることもできる。このとき、ＬＥＤに電気的短絡が生じないよう筐体の底面になるアルミ・樹脂複合板だけでなく、側面のアルミ・樹脂複合板も必要に応じアルミ板の一部を削除する必要がある。その削除実施例を図６に示す。

図２（ａ）はアルミ・樹脂複合板を固定する露出金属保持部材が裏面のアルミ板に接触しない状態を示す図で、本図では固定する金属保持部材をねじで表している。熱は→で示すように露出金属回路基板からアルミ・樹脂複合板の上面のアルミ板に伝わり放熱する。

図２（ｂ）はアルミ・樹脂複合板を固定する露出金属保持部材が裏面のアルミ板を貫通している状態を示す図で、本図では金属保持部材をねじで表している。熱は→で示すように露出金属回路基板からアルミ・樹脂複合板の上面アルミ板に伝わる他、露出金属回路基板から金属保持部材を経由して下面アルミ板にも伝わるので、一層放熱の効果を上げることができる。

図２（ｃ）は金属回路基板とアルミ上面の間にアルミ板のスペーサーを部分的に介在させた構造を示す図で、熱は→で示すように露出金属回路基板からスペーサーを介してアルミ・樹脂複合板の上面アルミ板に伝わり放熱する。さらに、図２（ｂ）のように金属保持部材を下面アルミまで通し、導放熱させてもよい。

図２（ｄ）は露出金属回路基板を平坦な状態で、アルミ樹脂複合板に接触するよう、ソケット部をアルミ・樹脂複合板内に収まるようにした図である。この結果、露出金属回路基板の折曲加工がなくなり、導放熱の効果もある安価な露出金属回路基板看板光源モジュールが得られる。

図３は特許文献３に記載さている構成の露出金属回路基板を使用したもので、アルミ・樹脂複合板に固定する際、ソケットの下方の凸部がアルミ・樹脂複合板に当たらない程度（密接していて

用する場合、標準的な印加電圧は３．５Ｖである。従って１２Ｖの電源では、３個直列に接続すると抵抗器の電圧低下を含めて、丁度よい電源回路電圧となる。図３の場合、４並列のＬＥＤを３直列に接続したもので、４並列毎に露出金属回路基板の片側の回路基板をカットした構造を示す“４並列−３直列”の構造図である。
また、２４Ｖ電源の場合は、“４並列−６直列”にすることもできる。一般的には市販の電源回路装置の電圧は１２Ｖ又は２４Ｖなので、標準電圧３．５Ｖの白色ＬＥＤを使用する場合、“ｎ並列×３直列”、“ｎ並列×６直列”で構成すると好都合である。

図４は図３に示す露出金属回路基板光源の回路図を示す。回路図では“４並列−３直列”を表しているが、［００２４］で説明したように、白色ＬＥＤを使用する場合、“ｎ並列×３直列“又は“ｎ並列×６直列”もある。

図５はアルミ・樹脂複合板のアルミで４並列された露出金属回路基板が次の４並列の露出金属回路基板と電気的に短絡しないよう、アルミ板の一部を削除した構造例を示す。図３の（イ）の４並列接続ＬＥＤのからの熱は（１）と（２）に、（ロ）の４並列接続ＬＥＤからの熱は（３）と（４）に、（ハ）の４並列接続ＬＥＤからの熱は（５）と（６）に伝わり放熱される。ここで（イ）のＬＥＤのカソード側（（−）極）と（ロ）のＬＥＤのアノード側（（＋）極）は電気的に同極となっているので露出金属回路基板のアルミ板の（ｉ）の削除は必ずしも必要としない。同様に（ｉｉ）の削除も必ずしも必要としない。

別の実施例をあげると、ＬＥＤが短絡しない寸法形状に切断したアルミ板を、樹脂板に後から取付けた複合板を、内照式看板用基板光源モジュールの複合基板として使用しても同様の効果が得られる。

露出金属回路基板の、露出金属基板をアルミ・樹脂複合板から浮かせて取付けた場合とアルミ・樹脂複合板に密接させた場合のＬＥＤのカソード電極部の温度を次図に示す。

この結果からもわかるように露出金属回路基板の露出金属基板をアルミ・樹脂複合板に密接させることによりＬＥＤのカソード電極部温度は約１０℃さがり、ＬＥＤの寿命は１．５〜２倍伸びると推定される。
このことは、ＬＥＤの消費電力が１Ｗ、２Ｗと高出力化するに伴い、発熱量も増加するので、本提案の構造による放熱の効果は有効に作用することは明らかである。

本提案によれば、サイン・ディスプレイの広告看板の内照式基板光源モジュールとして薄くて、軽く、長寿命で環境への負荷が少ないＬＥＤを用いた内照式看板用基板光源モジュールを提供することができる。

は本提案によるアルミ・樹脂複合板取付用の内照式基板光源モジュールを看板筐体に収納した構造例を示す。 は露出金属回路基板とアルミ・樹脂複合板を密接させた構造で、アルミ上面を導熱・放熱面とした構造例を示す。 は露出金属回路基板とアルミ・樹脂複合板との密接構造で、アルミ上面及び下面を導熱・放熱接続とした構造例を示す。 は露出金属回路基板とアルミ・樹脂複合板のアルミ面の間にアルミ板スペーサーを介在させた構造例を示す。 は露出金属回路基板のソケット部をアルミ・樹脂複合板の中に挿入させた、平坦な露出金属基板とアルミ・樹脂複合板のアルミ面と接触させた構造例を示す。 は本提案のアルミ・樹脂複合板に取付ける内照式看板用基板光源モジュール加工図例を示す。 は［図３］の構造の回路図を示す。 はアルミ板の一部を格子状に削除したアルミ・樹脂複合板（支持板）図で、アルミ板の削除のパターン形状例を示す。 はアルミ・樹脂複合板が看板筐体を兼ねている構造のアルミ削除状態図例を示す。

符号の説明

１ 看板筐体
２ 内照式看板用基板光源
３ アルミ・樹脂複合板
３．１ アルミ板（上面）
３．２ 樹脂部
３．３ アルミ板（下面）
４ ＬＥＤ（発光ダイオード）
５ 口出線（＋）
５‘ 口出線（−）
６ 表示面
７ 金属回路基板
８ ソケット
９、９’ 基板削除部
１０ 金属保持部材（取付ねじ）
１１ 抵抗器
（イ）、（ロ）、（ハ） ＬＥＤの４並列接続部（ｎ並列部）
（１）〜（６） 分割後のアルミ板（上面）

Claims (5)

1. ＬＥＤを実装した露出金属回路基板から成るＬＥＤモジュールにおいて、支持板として使用するアルミ・樹脂複合板のアルミ板部分を、電気的短絡が生じないよう分割し、露出金属回路基板の一部を導熱絶縁テープなどの介在物を使用せず、アルミ板上に直接密接させ、アルミ板面を導熱・放熱板として使用する内照式看板用基板光源モジュール構造。
2. ＬＥＤを実装した露出金属回路基板から成るＬＥＤモジュールにおいて、支持板として使用するアルミ・樹脂複合板のアルミ板部分に、露出金属回路基板の一部を導熱絶縁シートを介して密接させ、アルミ板面を導熱・放熱板として使用する内照式看板用基板光源モジュール構造。
3. アルミ・樹脂複合板の少なくとも片面のみを、導熱・放熱用のアルミ板とした請求項１乃至２の内照式看板用基板光源モジュール構造。
4. アルミ・樹脂・アルミと積層して構成される支持板において、金属回路基板を固定すると同時に、導熱伝路となす金属保持部材により、金属回路基板取付面と反対側にあるアルミ板を結合し、該アルミ板を導熱・放熱面とした請求項１乃至２の内照式看板用基板光源モジュール構造。
5. 前記アルミ・樹脂複合板のアルミ板削除部が直線形状からなる請求項１乃至２の内照式看板用基板光源モジュール構造。

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