JP7031547B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来、ＬＥＤ等の発光素子を用いた発光装置が、照明用などに広く用いられている。このような発光装置には、発光素子を有する発光部と、発光素子に電流を供給して発光部を駆動する駆動部とが、配線パターンが形成された基板に搭載されたものがある（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１２－１４６６０１号公報 特開２０１７－１３９４０４号公報

近年、例えば車両の車室内の照明では、高級車を中心に、運転者等のユーザに指定された発光色の光を発することが可能な発光装置が用いられるようになっている。このような発光装置では、車載ネットワークを介して指定された発光色の情報を取得する通信機能や、発光色に応じたＰＷＭ制御によって異なる色度の光を発する複数の発光素子の輝度を調整する機能等が必要となり、これらの機能を実現するために演算処理機能を有するＩＣ（Integrated Circuit）が基板に搭載される。この場合、ＩＣの発熱が大きくなるので、ＩＣの熱が発光素子に与える悪影響を抑制する必要がある。また、発光素子は発熱量が大きいので、複数の発光素子の熱がＩＣに与える悪影響をも抑制する必要がある。

そこで、本発明は、異なる色度の光を発する複数の発光素子を有する発光モジュール、及び発光モジュールを駆動する駆動ＩＣがプリント基板に実装された発光装置において、発光モジュール及び駆動ＩＣの熱が相互に影響することを抑制することが可能な発光装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］～［５］の発光装置を提供する。

［１］異なる色度の光を発する複数の発光素子を有する発光モジュールを有し、これらの複数の発光素子のそれぞれの発光光を混合して混合光を発する発光装置であって、通信により前記混合光の指令情報を取得する受信部、及び前記指令情報に基づいて前記複数の発光素子をＰＷＭ駆動する駆動部を有する駆動ＩＣと、前記発光モジュール及び前記駆動ＩＣが実装されたプリント基板とを備え、前記発光モジュールが前記プリント基板の第１実装面に実装されると共に、前記駆動ＩＣが前記プリント基板の前記第１実装面の裏面にあたる第２実装面に実装されている、発光装置。

［２］前記発光モジュール及び前記駆動ＩＣは、それぞれのリード端子同士が前記プリント基板の表裏に重ならないように配置されている、上記［１］に記載の発光装置。

［３］前記プリント基板は、前記第１実装面の配線パターンと前記第２実装面の配線パターンとを接続する複数のスルーホールビアを有し、前記複数のスルーホールビアが前記第１実装面のうち前記発光モジュールと対向する領域には設けられていない、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。

［４］前記発光モジュールのリード端子にはんだ付けにより接続された前記第１実装面の配線パターンは、前記駆動ＩＣの裏面にあたる領域の外側まで面状に形成されている、上記［１］乃至［３］の何れか１つに記載の発光装置。

［５］前記発光モジュールは、前記駆動ＩＣが前記第２実装面にリフロー方式ではんだ付けされた後に、前記第１実装面にリフロー方式ではんだ付けされており、前記発光モジュールが前記駆動ＩＣをはんだ付けする際の温度よりも低い温度ではんだ付けされている、上記［１］乃至［４］の何れか１つに記載の発光装置。

本発明に係る発光装置によれば、発光モジュール及び駆動ＩＣの熱が相互に影響することを抑制することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置を示し、（ａ）及び（ｃ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 図２は、発光装置の回路構成例を示す回路図である。 図３（ａ）は、プリント基板の第１の実装面の配線パターンを示す平面図であり、図３（ｂ）は、第１の実装面側から基材を透視して見た第２の実装面の配線パターンを示す平面図である。

［実施の形態］
（発光装置の構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る発光装置を示し、（ａ）及び（ｃ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。図２は、発光装置の回路構成例を示す回路図である。

この発光装置１は、例えば車両（自動車）の車室内の照明のために用いられ、運転者等のユーザにより指定された発光色の光を発することが可能である。ユーザは、例えばカーナビゲーションシステムのタッチパネルディスプレイのタッチ操作によって発光色を選択指定することが可能である。指定された発光色を示す指令情報は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）の車載ネットワークによって発光装置１に伝達される。

発光装置１は、異なる色度の光を発する複数の発光素子（ＬＥＤ）を有する発光モジュール２と、発光モジュール２を駆動する駆動ＩＣ３と、発光モジュール２及び駆動ＩＣ３が実装されたプリント基板４と、コネクタ５とを備えている。また、発光装置１は、その他の受動素子として、コンデンサＣ_１～Ｃ_５、抵抗器Ｒ_１～Ｒ_３、ツェナダイオードＺＤ_１，ＺＤ_２、及びインダクタＬ_１を有している。プリント基板４は、ガラスエポキシ等の絶縁性樹脂からなる平板状の基材４１の両面に銅箔からなる配線パターンが形成された２層のソリッド基板である。

発光モジュール２は、赤色光を発する第１の発光素子２１、緑色光を発する第２の発光素子２２、及び青色光を発する第３の発光素子２３を有している。第１乃至第３の発光素子２１～２３は素子基板２４に搭載され、素子基板２４はハウジング２５に収容されている。また、発光モジュール２は、ハウジング２５から突出した６本のリード端子２６を有しており、これらのリード端子２６が第１乃至第３の発光素子２１～２３のそれぞれのアノード及びカソードに接続されている。第１乃至第３の発光素子２１～２３は、駆動ＩＣ３から供給される電流を受けて発光する。発光装置１は、第１乃至第３の発光素子２１～２３のそれぞれの発光光を混合した混合光を照明光として発する。

駆動ＩＣ３は、車載ネットワークを介した通信により混合光の指令情報を取得する受信部３０１、及び指令情報に基づいて第１乃至第３の発光素子２１～２３をＰＷＭ駆動する駆動部３０２を有している。受信部３０１及び駆動部３０２は、例えばマイクロプロセッサが予め記憶されたプログラムを実行することにより実現される。また、駆動ＩＣ３は、ＩＣチップが樹脂あるいはセラミックからなるパッケージ３１により封止され、パッケージ３１から１４本のリード端子３２が突出している。本実施の形態では、パッケージ３１が長方形状であり、１４本のリード端子３２がパッケージ３１の両長辺にあたる側面から突出して２列の列状に配置されている。

コネクタ５は、第１乃至第４のコネクタピン５１～５４と、樹脂からなるホルダ５５とを有している。第１乃至第４のコネクタピン５１～５４は、プリント基板４の端部に設けられた４つのランド４４のそれぞれに接続されている。第１のコネクタピン５１は電源端子であり、発光装置１に電源を供給する。第２のコネクタピン５２及び第３のコネクタピン５３は通信用端子であり、インダクタＬ_１を介して通信信号を駆動ＩＣ３に伝送する。駆動ＩＣ３の受信部３０１は、この通信信号を受信する。第４のコネクタピン５４はグランド端子であり、電気的に接地されている。

図３（ａ）は、プリント基板４の第１の実装面４ａの配線パターンを示す平面図であり、図３（ｂ）は、第１の実装面４ａ側から基材４１を透視して見た第２の実装面４ｂの配線パターンを示す平面図である。図３（ａ）及び（ｂ）では、配線パターンをグレーで示しており、このうちソルダーレジスト等の絶縁膜に覆われた部分を薄いグレーで、また絶縁膜に覆われていない複数のパッド４２、スルーホールビア４３、及びランド４４を濃いグレーで、それぞれ示している。複数のパッド４２には、発光モジュール２及び駆動ＩＣ３のリード端子２６，３２や各受動素子の電極がそれぞれはんだ付けされる。

プリント基板４には、９つのスルーホールビア４３が形成されている。これらのスルーホールビア４３は、基材４１を貫通する貫通孔の内面に銅めっきが施されており、第１実装面４ａの配線パターンと第２実装面４ｂの配線パターンとを電気的に接続している。

発光モジュール２は第１実装面４ａに実装され、駆動ＩＣ３は第２実装面４ｂに実装されている。図３（ａ）及び（ｂ）では、実装される電子部品の外形を実線で示している。また、図３（ａ）では、第１の実装面４ａ側から見た駆動ＩＣ３の外径を破線で示し、図３（ｂ）では、第２実装面４ｂに投影した発光モジュール２の外形を破線で示している。

（発光装置の動作）
上記のように構成された発光装置１は、駆動ＩＣ３の受信部３０１が所定の時間間隔で混合光の指令情報を受信し、受信した指令情報に応じて駆動部３０２が第１乃至第３の発光素子２１～２３のＰＷＭ駆動のデューティー比を設定する。デューティー比は、単位時間内において電流が供給される時間の割合を示し、デューティー比が１００％であれば電流が常時供給され、０％であれば電流が供給されないこととなる。

指令情報に示される発光色は、例えば、赤、緑、青の原色の他、黄緑や紫などの中間色も含まれる。第１の発光素子２１のデューティー比は、発光色のＣＩＥ１９３１色度図における色度座標値のＣｘ値が大きいほど高く設定され、第２の発光素子２２のデューティー比はＣｘ値が大きいほど高く設定される。また、第３の発光素子２３のデューティー比は、Ｃｘ値とＣｙ値の合計値が小さいほど高く設定される。

第１乃至第３の発光素子２１～２３は、駆動ＩＣ３から供給される電流に応じた輝度の光を発し、これらが混色されて発光モジュール２から出射される。出射された光は、例えばレンズにより拡散され、あるいは線状の導光体によって導かれて車内を照明する。

（発光装置１の放熱構造）
発光モジュール２は、第１乃至第３の発光素子２１～２３の発光に伴って発熱し、駆動ＩＣ３もまた受信部３０１による通信ならびに駆動部３０２による電流供給に伴って発熱する。このため、仮に発光モジュール２及び駆動ＩＣ３の２部品が同一の実装面において上下に並んで配置されると、上側に配置される部品の温度が下側の部品の熱の影響を受けてさらに高くなってしまう。本実施の形態では、下記（１）～（４）の放熱構造により、発光モジュール２及び駆動ＩＣ３の熱が相互に影響してしまうことを抑制している。

（１）実装面（第１実装面４ａ及び第２実装面４ｂ）の分散
本実施の形態では、発光モジュール２が第１実装面４ａに実装され、駆動ＩＣ３が第１の実装面４ａの裏面にあたる第２実装面４ｂに実装されている。これにより、例えば上記のように一方の部品の熱が上方に配置された他方の部品に直接的に影響してしまうことを抑制している。また、例えば発光装置１がケースに収容された状態で用いられる場合には、仮に発光モジュール２及び駆動ＩＣ３が同一の実装面に実装されていると、プリント基板４によって区画されたケース内空間の狭い範囲に両部品が配置されることとなるので、両部品の熱が相互に影響を与えてしまう。本実施の形態では、発光モジュール２が実装される実装面と、駆動ＩＣ３が実装される実装面とが異なるので、これらの熱の相互影響が緩和される。

（２）リード端子２６，３２の配置
発光モジュール２及び駆動ＩＣ３は、それぞれのリード端子２６，３２がプリント基板４の表裏に重ならないように配置されている。より具体的には、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、２列の列状に配置された駆動ＩＣ３の複数のリード端子３２の列間に位置するように発光モジュール２が配置されている。この構成は、発光モジュール２の熱の一部がリード端子２６からプリント基板４に放熱され、また駆動ＩＣ３の熱の一部がリード端子３２からプリント基板４に放熱されることを考慮したものである。つまり、仮にこれらのリード端子２６，３２がプリント基板４の表裏の同じ位置に重なるように配置されていると、プリント基板４の温度が両リード端子２６，３２に挟まれた部分において局所的に高くなり、放熱が阻害されてしまうが、本実施の形態では、発光モジュール２のリード端子２６がプリント基板４に接する部位と駆動ＩＣ３のリード端子３２がプリント基板４に接する部位とが分離されているので、リード端子２６，３２がプリント基板４の表裏の同じ位置に配置された場合に比較して、プリント基板４への放熱がされやすくなっている。

（３）スルーホールビア４３の配置
本実施の形態では、プリント基板４に９つのスルーホールビア４３が設けられているが、これらのスルーホールビア４３は、第１実装面４ａのうち発光モジュール２と対向する領域（図３（ａ）の発光モジュール２の実線及び図３（ｂ）の破線に示す領域）には設けられていない。スルーホールビア４３は、前述のように基材４１を貫通する貫通孔の内面に銅めっきが施され、第１実装面４ａの配線パターンと第２実装面４ｂの配線パターンとを電気的に接続するものであるため、スルーホールビア４３を介して第１実装面４ａと第２実装面４ｂとの間での熱伝導が発生しやすい。このため、発光モジュール２と対向する領域にスルーホールビア４３を設けないことにより、発光モジュール２から駆動ＩＣ３への熱伝導や、駆動ＩＣ３から発光モジュール２への熱伝導を抑制することが可能となる。

（４）第１実装面４ａにおける配線パターンの形状
図３（ａ）に示すように、発光モジュール２のリード端子２６にはんだ付けにより接続された第１実装面４ａの配線パターンは、図３（ａ）に破線で示す駆動ＩＣ３の裏面にあたる領域の外側まで面状に形成されている。これにより、発光モジュール２の熱がリード端子２６から配線パターンに熱伝導し、放熱が促進される。つまり、配線パターンは金属導体からなるので、ガラスエポキシ等の樹脂からなる基材４１に比較して熱伝導性が高く、上記のように配線パターンを形成することにより、駆動ＩＣ３のパッケージ３１の熱が直接的に熱伝導する領域の外側まで熱を拡散させて広い面積で放熱を行わせることができる。なお、発光モジュール２の発熱量は駆動ＩＣ３の発熱量よりも大きく、第１実装面４ａへの発光モジュール２の投影面積は第２の実装面４ｂへの駆動ＩＣ３の投影面積よりも広いので、上記の配線パターンの形状によって発光モジュール２の過熱を効果的に抑制することが可能である。

なお、発光モジュール２の複数のリード端子２６のうち、全てのリード端子２６に接続された配線パターンが駆動ＩＣ３の裏面にあたる領域の外側まで面状に形成されていなくともよく、少なくとも一部のリード端子２６に接続された配線パターンが駆動ＩＣ３の裏面にあたる領域の外側まで面状に形成されていれば、上記の効果を得ることができる。

（発光装置１の製造方法）
発光装置１は、第２実装面４ｂに実装される駆動ＩＣ３及びコンデンサＣ３をリフロー方式ではんだ付けした後に、第１実装面４ａに実装される発光モジュール２及び他の電子部品をリフロー方式ではんだ付けする。ここで、リフロー方式とは、パッド４２にペースト状のクリームはんだ（はんだペースト）をメタルマスクを用いて塗布し、部品搭載後に高温のリフロー炉ではんだペーストを溶融させてはんだ接合する方式である。本実施の形態では、第１実装面４ａに実装される電子部品をはんだ付けする際の炉の温度が、第２実装面４ｂに実装される電子部品をはんだ付けする際の炉の温度よりも低い。これは、駆動ＩＣ３よりも発光モジュール２の方が、製造時における熱の悪影響を受けやすいことを考慮したものである。

つまり、本実施の形態では、発光モジュール２の実装面と駆動ＩＣ３の実装面とが異なるため、それぞれのはんだ付けの際の温度に差異を設けることができ、発光モジュール２に与える熱のダメージを抑えながら各電子部品を確実にはんだ付けすることが可能となる。また、第１実装面４ａに対する２回目のリフロー加熱の温度が第２実装面４ｂに対する１回目のリフロー加熱の温度よりも低いので、１回目のリフロー加熱で溶融したはんだが２回目のリフロー加熱で溶融してしまうことを防ぐことができる。

なお、本発明では、発光装置１をその製造方法で特定しているが、このことについては、いわゆる不可能・非実際的事情を有することから、かような特定は許されるものと思料される。つまり、発光モジュール２が駆動ＩＣ３をはんだ付けする際の温度よりも低い温度ではんだ付けされていることを発光モジュール２の構造や性質で特定することは、およそ実際的ではなく、不可能である。このため、上記のように製造された発光装置１をその製造方法で特定することは、許容されるべきと考えられる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。

１ 発光装置
２ 発光モジュール
２１～２３ 第１乃至第３の発光素子
３ 駆動ＩＣ
３０１ 受信部
３０２ 駆動部
３２ リード端子
４ プリント基板
４３ スルーホールビア
４ａ 第１実装面
４ｂ 第２実装面

Claims (4)

1. 異なる色度の光を発する複数の発光素子を有する発光モジュールを有し、これらの複数の発光素子のそれぞれの発光光を混合して混合光を発する発光装置であって、
   通信により前記混合光の指令情報を取得する受信部、及び前記指令情報に基づいて前記複数の発光素子をＰＷＭ駆動する駆動部を有する駆動ＩＣと、
   前記発光モジュール及び前記駆動ＩＣが実装されたプリント基板とを備え、
   前記発光モジュールが前記プリント基板の第１実装面に実装されると共に、前記駆動ＩＣが前記プリント基板の前記第１実装面の裏面にあたる第２実装面に実装され、
   前記発光モジュールのリード端子にはんだ付けにより接続された前記第１実装面の配線パターンは、前記駆動ＩＣの裏面にあたる領域の一部から外側まで面状に形成されている、
   発光装置。
2. 前記発光モジュール及び前記駆動ＩＣは、それぞれのリード端子同士が前記プリント基板の表裏に重ならないように配置されている、
   請求項１に記載の発光装置。
3. 前記プリント基板は、前記第１実装面の配線パターンと前記第２実装面の配線パターンとを接続する複数のスルーホールビアを有し、
   前記複数のスルーホールビアが前記第１実装面のうち前記発光モジュールと対向する領域には設けられていない、
   請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記発光モジュールは、前記駆動ＩＣが前記第２実装面にリフロー方式ではんだ付けされた後に、前記第１実装面にリフロー方式ではんだ付けされており、
   前記発光モジュールが前記駆動ＩＣをはんだ付けする際の温度よりも低い温度ではんだ付けされている、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の発光装置。

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