JP4285419B2 - 車両用表示器の照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用計器等の表示器の、照明装置に関するものであり、自動車等に用いて好適である。

従来の車両用表示器の照明装置として、導光板の側面に対向して発光ダイオードを配置し、発光ダイオードから導光板の側面に入射した光を、導光板の表面から照明光として出射させる照明装置が知られている。

ところで、発光ダイオードは発光に伴って発熱し、且つ被熱により劣化する特性を有するので、発光ダイオードが発する熱を放熱する必要がある。

そこで、発光ダイオードが実装されるプリント基板として金属板をベースとした金属系配線板を採用して放熱性を向上させた照明装置が提案されている（特許文献１参照）
特開２００４−２７９２６３号公報

一般に、車両用表示器は自動車等の運転席前方のインストルメントパネル内に乗員が視認可能に組み込まれている。近年、インストルメントパネル周辺に配置される各種機器、たとえば空調装置、エアバッグシステム等の高機能化に対応するため、インストルメントパネルの小型化、特に視認方向寸法である奥行き寸法の低減の強い要求がある。これにともない、車両用表示器の照明装置においても、奥行き寸法を低減する、すなわち薄型化することが必要となっている。

上述した従来の車両用表示器の照明装置に用いられている金属系配線板、すなわちメタルベース基板の製造工程においては、プレス加工等による切断工程がある。この切断工程において配線パターンを損傷させる、たとえば銅箔等の配線パターンが引きずられてベースの金属板に接触すること等を防止するために、メタルベース基板の切断位置を、配線パターンから所定の距離、たとえば１．５ｍｍ離れた位置に設定している。

上述した従来の車両用表示器の照明装置では、メタルベース基板は導光板の側面に対向して、すなわち導光板の厚さ方向に沿って配置されるとともに、発光ダイオードはメタルベース基板の導光板側表面に実装されている。

導光板の厚さ寸法は、発光ダイオードの直径寸法あるいは相当寸法と同等となっている。

一方、メタルベース基板の導光板の厚さ方向寸法は、メタルベース基板の発光ダイオード用配線パターン寸法、すなわち発光ダイオードの導光板の厚さ方向寸法よりも少なくとも３ｍｍ（１．５ｍｍ×２）大きいものとなる。

このため、従来の車両用表示器の照明装置では、メタルベース基板の導光板の厚さ方向寸法が導光板の厚さ寸法よりも大きくなり、車両用表示器の照明装置の奥行き寸法を低減することが困難となっている。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたもので、発光ダイオードを実装する回路基板の構成に工夫を凝らして、発光ダイオードが発する熱を効率良く放熱しつつ、奥行き寸法を低減可能な車両用表示器の照明装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的を達成する為、以下の技術的手段を採用する。

本発明の請求項１に記載の車両用表示器の照明装置は、導光板と、導光板の側面に対向して配置された発光ダイオードと、発光ダイオードが実装された回路基板とを備え、発光ダイオードから導光板の側面に入射した光を導光板の表面から照明光として出射させる車両用表示器の照明装置であって、発光ダイオードを挟み側面と対向する位置に配置された第１伝熱部材を備え、回路基板としてフレキシブルプリント基板が用いられ、フレキシブルプリント基板は第１伝熱部材の側面と対向する面に密着固定され、且つフレキシブルプリント基板の一部は第１伝熱部材における導光板の表面側の面に折り曲げて密着固定されることを特徴としている。

フレキシブルプリント基板は、樹脂等の電気絶縁材料からなる柔軟なフィルムに薄い電気導体、たとえば銅箔を貼着して回路パターンを形成したものであり、必要に応じて折り曲げることが可能である。

ところで、従来のメタルベース基板を用いた照明装置においては、メタルベース基板の端部を発光ダイオード実装部分より少なくとも１．５ｍｍ外側にとる、言い換えると、第１伝熱部材に相当する金属板における照明装置の光照射方向寸法を発光ダイオードの寸法より３ｍｍ長くする必要があった。

これに対して、本発明の請求項１に記載の車両用表示器の照明装置においては、発光ダイオードが実装されたフレキシブルプリント基板を発光ダイオードの直近で折り曲げることが可能であり、フレキシブルプリント基板が密着固定される第１伝熱部材の厚さ寸法（照明装置の光照射方向の寸法）を発光ダイオードの寸法とほぼ同等とすることができる。すなわち、上述した従来の照明装置のメタルベース基板における３ｍｍの余裕代を省略することができる。

これにより、発光ダイオードが発する熱を効率良く放熱しつつ、奥行き寸法を低減可能な車両用表示器の照明装置を提供することができる。

本発明の請求項１に記載の車両用表示器の照明装置は、導光板の裏面側に導光板に沿って配置された第２伝熱部材を備え、第２伝熱部材は第１伝熱部材に熱伝導可能に固定され、フレキシブルプリント基板の一部は第２伝熱部材における導光板側の面に折り曲げて密着固定されることを特徴としている。

このような構成とすれば、発光ダイオードが発する熱が伝達される部材重量が増大する、言い換えると発光ダイオードが発する熱が伝達される部材の熱容量が増大する。

これにより、発光ダイオードが発する熱をより素早く放散させて発光ダイオードの点灯中における発光ダイオード温度を低下させることができる。

また、フレキシブルプリント基板を第１伝熱部材および第２伝熱部材に密着固定することにより、フレキシブルプリント基板の接触面積、つまり接合面積を増大させて、フレキシブルプリント基板と第１伝熱部材および第２伝熱部材との接合強度を向上することができる。

この場合、本発明の請求項２に記載の車両用表示器の照明装置のように、第１伝熱部材および第２伝熱部材にヒートパイプを密着させた構成とすれば、発光ダイオードが発する熱を効率良く放熱させて発光ダイオードの点灯中における発光ダイオード温度を低下させることができる。

本発明の請求項３に記載の車両用表示器の照明装置は、第２伝熱部材の導光板と反対側の面には放熱器が密着固定されることを特徴としている。

この構成によれば、発光ダイオードが発する熱を効率良く放熱させることができる。

この場合、本発明の請求項４に記載の車両用表示器の照明装置のように、ヒートパイプの一部を放熱器に直接接触させる構成とすれば、発光ダイオードが発する熱を一層効率良く放熱させることができる。

本発明の請求項５に記載の車両用表示器の照明装置は、放熱器を通過する空気の流れを生じさせる送風機を備えることを特徴としている。

この構成によれば、発光ダイオードが発する熱をより一層効率良く放熱させることができる。

以下、本発明による車両用表示器の照明装置を、車両のインストルメントパネルに設置された表示器１００の照明装置としての照明ユニット１に適用した場合を例に図面に基づいて説明する。表示器１００の具体的な用途としては、ナビゲーションシステム、あるいはスピードメータ、タコメータ等の計器がある。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による照明ユニット１の正面図である。

図２は、本発明の第１実施形態による照明ユニット１が装着される表示器１００の断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図に相当する。

図３は、図２中のＩＩＩ矢視図である。

図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

図５は、図１中のＶ−Ｖ線断面図である。

図６は、図３中のＶＩ−ＶＩ線断面図である。

図７は、図３中のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。

表示器１００は、図２に示すように、カバー１０１、液晶パネル１０２および液晶パネル１０２の背面側（図２の下側）に配置される照明ユニット１等から構成されている。

カバー１０１は、たとえば樹脂材料等から形成され、液晶パネル１０２および照明ユニットを収容保持している。

液晶パネル１０２は、図２に示すように、カバー１０１内に支持されている。液晶パネル１０２としては、たとえばＴＦＴ液晶、あるいはＳＴＮ液晶が用いられる。液晶パネル１０２の裏側、つまり図２の下側には、液晶パネル１００を透過照明するための照明ユニット１が配置されている。

以下、照明ユニット１の構成について説明する。

照明ユニット１は、大きくは、図２に示すように、導光板２、発光ダイオード３、発光ダイオード３が実装されるフレキシブルプリント基板４、発光ダイオード３が発する熱を照明ユニット１外部へ放散させて発光ダイオード３の温度を所定範囲に維持するための第１伝熱部材５および第２伝熱部材６等から構成されている。

導光板２は、透光性材質、たとえば無色透明のポリカーボネート樹脂から平板状に形成されている。導光板２は、側面２１から入射した発光ダイオード３からの光を内部に導き、導光板２の表面２２から照明光として出射させるものである。

導光板２の裏面２３には、図２に示すように、反射シート１１が配置されている。反射シート１１は、たとえば白色に着色された樹脂フィルム等から形成され、導光板２内を進行する光を導光板２の表面２２へ向けて反射することにより、表面２２から出射する光量を増大させて発光ダイオード３が発する光の利用効率を高めている。

導光板２の表面２２には、図２に示すように、拡散シート１０が配置されている。拡散シート１０は、たとえば透光性の樹脂フィルム等から形成され、反射シート１１で反射して導光板２の表面２２から出射した光を拡散反射することにより、導光板２の表面２２から照射される光の輝度を表面２２全域において均一化している。

発光ダイオード３は、本発明の第１実施形態による照明ユニット１においては、発光色が白色のいわゆる白色発光ダイオードが用いられている。発光ダイオード３は、表面実装用のチップタイプが用いられている。発光ダイオード３は、本発明の第１実施形態による照明ユニット１においては、図１に示すように、１０個実装されている。発光ダイオード３は、図２に示すように、後述するフレキシブルプリント基板４に実装され、且つ導光板２の側面２１に対向して配置されている。すなわち、発光ダイオード３は、図２中において右方向へ向けて光を出射する。なお、発光ダイオード３の個数が１０個である必要は無く、導光板２の発光面積、要求照度等の条件に応じて変更可能である。

発光ダイオード３が実装される回路基板として、本発明の第１実施形態による照明ユニット１においては、フレキシブルプリント基板４が用いられている。フレキシブルプリント基板４は、たとえば、ポリイミド樹脂フィルム、ポリエステル樹脂フィルム等の電気絶縁性フィルムに、銅箔等の導体パターンを印刷したもの等が用いられる。フレキシブルプリント基板４は、上述の構成により柔軟性を具備し、容易に折り曲げることができる。フレキシブルプリント基板４は、図１に示すように、外部の電気回路に接続されて各発光ダイオード３に電力を供給するためのフィーダー部４１が設けられている。

上述した発光ダイオード３を挟み導光板２の側面２１と対向する位置には、図２に示すように、第１伝熱部材５が配置されている。第１伝熱部材５は、熱伝導性に優れる材質、たとえば、アルミニウム、銅等から細長い角材状に形成されている。第１伝熱部材５の導光板２の側面と対向する面である側面５１と、第１伝熱部材５の導光板２の表面２２側の面である表面５２には、図２に示すように、フレキシブルプリント基板４が折り曲げられて密着固定されている。フレキシブルプリント基板４は、第１伝熱部材５に、たとえば接着等により固定されている。

導光板２の裏面２３側には、導光板２に沿って、図２に示すように、第２伝熱部材６が配置されている。第２伝熱部材６は、熱伝導性に優れる材質、たとえば、アルミニウム、銅等から略板状に形成されている。第２伝導部材６は、図２に示すように、第1伝熱部材５に熱伝導可能なように密着させて固定されている。第２伝導部材６には、図５に示すように、第１伝熱部材５を固定するためのめねじ孔６４が設けられている。すなわち、図５に示すように、ボルト１２をめねじ孔６４にねじ込むことにより、第２伝熱部材６が第1伝熱部材５に固定される。ここで、両者を固定する前に、第1伝熱部材５および第２伝熱部材６の接合面には、たとえばシリコングリス等が塗布される。これにより、両者がボルト１２により結合後に両者の接合面に生じる微細な隙間をシリコングリスで充填して、第1伝熱部材５および第２伝熱部材６間の熱伝導を良好なものとしている。第２伝熱部材６には、フレキシブルプリント基板４の一部が、図２に示すように、第２伝熱部材６の導光板２側の面である表面６１に折り曲げて密着固定されている。フレキシブルプリント基板４は、第２伝熱部材６に、たとえば接着等により固定されている。第２伝熱部材６には、図４に示すように、肉抜き孔６３が設けられている。肉抜き孔６３は、発光ダイオード３が発する熱を放散させる機能を妨げないような位置、形状に形成されている。肉抜き孔６３を設けることにより、照明ユニット１を軽量化することができる。

ヒートパイプ７が、図２に示すように、第１伝熱部材５および第２伝熱部材６に密着するように配置されている。ヒートパイプは、一般的には、金属等のパイプ内に熱媒体を封入し、熱媒体の相変化を利用して熱伝達を行うものであり、熱伝導性が非常に高い。ヒートパイプは目的に応じて、様々な形状、特性のものが汎用品として市販されている。ヒートパイプ７は、本発明の第１実施形態による照明ユニット１においては、図４に示すように、略Ｌ字状に形成されるとともに、第２伝熱部材６に設けられた溝６２内に収容されている。溝６２の形状は、その内部にヒートパイプ７がほぼ全面に亘り密着するような形状に形成されている。ヒートパイプ７を第２伝熱部材６の溝６２内に装着する際は、予め、ヒートパイプ７の表面、第１伝熱部材５の裏面５３および第２伝熱部材６の溝６２の壁面にシリコングリス等が塗布されている。これにより、ヒートパイプ７および溝６２間に生じる微細な隙間をシリコングリスで充填して、ヒートパイプ７、第１伝熱部材５および第２伝熱部材６の３者間の熱伝導を良好なものとしている。

第１伝熱部材５、第２伝熱部材２およびヒートシンク７を上述のように配置したことにより、発光ダイオード３の点灯時に発光ダイオード３が発生する熱を第２伝熱部材へ伝導することができる。

第２伝熱部材６の導光板２と反対側の面（図２において下側の面）である裏面６５には、放熱器であるヒートシンク８が配置されている。ヒートシンク８は、熱伝導性に優れる材質、たとえば、アルミニウム等から角筒状に形成されている。ヒートシンク８の内側には、図６に示すように、複数個の薄いフィン８１が筒の軸と平行に形成されている。ヒートシンク８は、第２伝熱部材６にボルト（図示せず）等により固定されている。ヒートシンク８を第２伝熱部材６に固定する際は、予め、ヒートシンク８および第２伝熱部材６の裏面６５にシリコングリス等が塗布されている。これにより、ヒートシンク８および第２伝熱部材６間に生じる微細な隙間をシリコングリスで充填して、ヒートシンク８および第２伝熱部材６間の熱伝導を良好なものとしている。

第２伝熱部材６の裏面６５上且つ角筒状のヒートシンク８の一端側には、図３に示すように、ヒートシンク８を通過する空気の流れを生じさせる送風機９が配置されている。送風機９は、たとえば遠心式ファンが用いられている。送風機９は、図３に示すように、翼車９２が駆動用の電動機９３の回転軸９３ａに固定されている。翼車９２および電動機９３は、たとえば樹脂製のケーシング９１に収容されている。翼車９２は、図７に示すように、複数個のブレード９２ａが回転軸Ｃを中心として放射状に配置されている。電動機９３に駆動されて翼車９２が、図７において反時計回りに回転すると、空気は、ケーシング９１に設けられた空気取入れ口９１ａから吸い込まれ、図７中の矢印の方向に流れて吐出口９１ｂからヒートシンク８内へ向かって流出する。

以上説明した本発明の第１実施形態による照明ユニット１においては、発光ダイオード３が実装される回路基板としてフレキシブルプリント基板４を採用した。そして、フレキシブルプリント基板４を、第１伝熱部材５の導光板２の側面２１と対向する面である側面５１、第１伝熱部材５の導光板２の表面２２側の面である表面５２、および第２伝熱部材６の導光板２側の面である表面６１の３つの面に折り曲げて密着固定されている。

この構成によれば、フレキシブルプリント基板４は発光ダイオード３の導光板２の表面２２側端部および裏面２３側端部それぞれの直近で折り曲げられている。

これにより、従来の照明装置のメタルベース基板において必要とされている発光ダイオードの両側の３ｍｍの余裕代を省略することができる。すなわち、図２中の寸法ｈである照明ユニット１の奥行き寸法を、従来の照明装置のメタルベース基板の場合よりも小さくすることができる。したがって、表示器１００の奥行き寸法、つまり図２中の寸法Ｈを小さくして、表示器１００のインストルメントパネルへの搭載性を高めることができる。

また、以上説明した本発明の第１実施形態による照明ユニット１においては、第１伝熱部材５および第２伝熱部材６にヒートパイプ７を密着させて配置するとともに、第２伝熱部材６の裏面６５に、ヒートシンク８およびヒートシンク８を通過する空気流を生じさせる送風機９を配置した。

これにより、発光ダイオード３の点灯時において、発光ダイオード３から発生し第１伝熱部材５へ伝導された熱を素早く第２伝熱部材６へ伝達しすることができる。さらに、ヒートパイプ７を介して第２伝熱部材６へ高効率で伝達された発光ダイオード３が発生した熱を、効果的に空気中へ放散することができる。したがって、発光ダイオード３の温度を所定値以下に確実に維持できる。また、発光ダイオード３からの熱を素早く伝達させて複数個の発光ダイオード３の温度をほぼ一様に保つことができる。

以上により、発光ダイオード３が発する熱を効率良く放熱しつつ、奥行き寸法ｈを低減可能な照明ユニット１を実現できる。

ところで、以上説明した本発明の第１実施形態による照明ユニット１においては、第２伝熱部材６の裏面６５にヒートシンク８および送風機９が取り付けられており、照明ユニット１の奥行き寸法ｈには、厳密にはヒートシンク８および送風機９の内どちらか突出している方を含めるべきである。通常、表示器１００のインストルメントパネルへの搭載に際しては、液晶パネル１０２の周縁部における奥行き寸法Ｈが重要となる。すなわち、インストルメントパネルにおいて、液晶パネル１０２の周縁部では隣接配置される他の機器等との間隔が厳しくなっている。ところが、液晶パネル１０２の中央部では隣接配置される他の機器等との間隔に比較的余裕がある。したがって、照明ユニット１の奥行き寸法ｈは、ヒートシンク８および送風機９を含めないものとしても実質的には問題ない。

なお、以上説明した本発明の第１実施形態による照明ユニット１では、第２伝熱部材６の裏面６５にヒートシンク８および送風機９を備えているが、必要に応じて、送風機９を省略する、あるいはヒートシンク８および送風機９を省略してもかまわない。

（第２実施形態）
図８に、本発明の第２実施形態による照明ユニット１が装着される表示器１００の断面図を示す。
これは、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図に相当する。

本発明の第２実施形態による照明ユニット１は、本発明の第1実施形態による照明ユニット1に対して、以下の点が異なる。すなわち、第２伝熱部材６、ヒートシンク８および送風機９を廃止するとともに、フレキシブルプリント基板４の一部を、図８に示すように、第１伝熱部材５の裏面５３へ折り曲げて密着固定している。

この場合、ヒートパイプ７は、本発明の第１実施形態におけるような略Ｌ字状ではなく、真っ直ぐな棒状のものが第１伝熱部材５の長手方向に沿って組み込まれている。

本発明の第２実施形態による照明ユニット１においても、発光ダイオード３が発する熱を効率良く放熱しつつ、奥行き寸法ｈを低減可能な照明ユニット１を実現できる。

特に、発光ダイオード３から発生される総熱量が比較的少ない場合には、部品点数を低減できるのでコスト的に有利である。

（第３実施形態）
図９に、本発明の第２実施形態による照明ユニット１が装着される表示器１００の断面図を示す。
これは、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図に相当する。

本発明の第３実施形態による照明ユニット１は、上述した本発明の第２実施形態による照明ユニット1に対して、ヒートパイプ７を省略した点のみが異なる。

本発明の第３実施形態による照明ユニット１においても、発光ダイオード３が発する熱を効率良く放熱しつつ、奥行き寸法ｈを低減可能な照明ユニット１を実現できる。

特に、発光ダイオード３から発生される総熱量が比較的少ない場合には、部品点数を低減できるのでコスト的に有利である。

なお、以上説明した、本発明の第１〜第３実施形態による照明ユニット１においては、光源である発光ダイオード３の個数を１０個としているが、１０個である必要は無く、必要に応じて増減してよい。。

本発明の第１実施形態による照明ユニット１の正面図である。 本発明の第１実施形態による照明ユニット１が装着される表示器１００の断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図に相当する。 図２中のＩＩＩ矢視図である。 図２中のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 図１中のＶ−Ｖ線断面図である。 図３中のＶＩ−ＶＩ線断面図である。 図３中のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 本発明の第２実施形態による照明ユニット１が装着される表示器１００の断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図に相当する。 本発明の第３実施形態による照明ユニット１が装着される表示器１００の断面図であり、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図に相当する。

符号の説明

１ 照明ユニット（車両用表示器の照明装置）
２ 導光板
２１ 側面
２２ 表面
２３ 裏面
３ 発光ダイオード
４ フレキシブルプリント基板（回路基板）
５ 第１伝熱部材
５１ 側面
５２ 表面
５３ 裏面
６ 第２伝熱部材
６１ 表面
６２ 溝
６３ 肉抜き孔
６４ めねじ孔
６５ 裏面
７ ヒートパイプ
８ ヒートシンク（放熱器）
８１ フィン
９ 送風機
９１ ケーシング
９２ 翼車
９２ａ ブレード
９３ 電動機
１０ 拡散シート
１１ 反射シート
１００ 表示器（車両用表示器）
１０１ カバー
１０２ 液晶パネル
Ｃ 回転軸
Ｈ 奥行き寸法
ｈ 奥行き寸法

Claims (5)

1. 導光板と、
   前記導光板の側面に対向して配置された発光ダイオードと、
   前記発光ダイオードが実装された回路基板と、を備え、
   前記発光ダイオードから前記導光板の前記側面に入射した光を前記導光板の表面から照明光として出射させる車両用表示器の照明装置であって、
   前記発光ダイオードを挟み前記側面と対向する位置に配置された第１伝熱部材を備え 前記回路基板としてフレキシブルプリント基板が用いられ、
   前記フレキシブルプリント基板は前記第１伝熱部材の前記側面と対向する面に密着固定され、且つ前記フレキシブルプリント基板の一部は前記第１伝熱部材における前記導光板の表面側の面に折り曲げて密着固定され、
   前記導光板の裏面側に前記導光板に沿って配置された第２伝熱部材を備え、
   前記第２伝熱部材は前記第１伝熱部材に熱伝導可能に固定され、
   前記フレキシブルプリント基板の一部は前記第２伝熱部材における前記導光板側の面に折り曲げて密着固定されることを特徴とする車両用表示器の照明装置。
2. 前記第１伝熱部材および前記第２伝熱部材にヒートパイプが密着することを特徴とする請求項１に記載の車両用表示器の照明装置。
3. 前記第２伝熱部材の前記導光板と反対側の面には放熱器が密着固定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両用表示器の照明装置。
4. 前記ヒートパイプの一部を前記放熱器に直接接触させたことを特徴とする請求項３に記載の車両用表示器の照明装置。
5. 前記放熱器を通過する空気の流れを生じさせる送風機を備えることを特徴とする請求項３または請求項４のどちらか一つに記載の車両用表示器の照明装置。

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