(57)【要約】【課題】  本発明は照明用ＬＥＤランプの電気回路基板に関するものであり、寒冷地や冷凍室内などの極低温環境下においてもＬＥＤランプの性能を劣化させないＬＥＤ搭載用電気回路基板を提供する。【解決手段】  ＬＥＤ搭載用回路基板の構成材料に無機物を主体とした基台を使用し、その表面に電気ヒーターとなる配線回路を被膜したことによって、極低温環境下においてもＬＥＤおよびＬＥＤ搭載用回路基板を適正な温度範囲に保温し、劣化の止を実現した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明用ＬＥＤを搭載する電気回路基板に電気ヒーターを設けたことを特徴とする照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板。
【請求項２】
請求項１において電気回路基板を構成する基台を熱伝道性の高い無機物にて構成し、無機物で構成した電気回路基板の外部表面にヒーターとなる構造物をＰＶＤ方式にて形成したことを特徴とする照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板。
【請求項３】
請求項２の電気回路基板表面を、基板の保温と、ヒーターとなる構造物およびＬＥＤを点灯させるための配線回路を樹脂にて被覆したことを特徴とする照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板。
【請求項４】
請求項２において、ヒーターとなる構造物が照明用ＬＥＤを点灯させるための配線回路と同一基板面に配置されたことを特徴とする照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板。
【請求項５】
請求項２において、ヒーターとなる構造物が照明用ＬＥＤを点灯させるための配線回路と同一基板面に設けないことを特徴とする照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板。
【請求項６】
ヒーター一体型照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板上のヒーター構造物へ電気を供給する配線の一部に、サーモスイッチを設けたことを特徴とする照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は照明用ＬＥＤを搭載する電気回路基板の構造と構造形成材料および回路配線手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来照明用ＬＥＤランプ搭載電気回路基板の構造は、照明用ＬＥＤを搭載する有機物を主体として形成された電気回路基板を、基台となる金属（アルミニウムや銅など）の板の片面に接着剤で貼り付けており、さらには放熱特性を高めるために基台となる金属の板の片面をヒートシンクに接着剤で貼り付けられている。【０００３】  照明用ＬＥＤを搭載する電気回路基板と基台となる金属の板の間、および、基台となる金属の板とヒートシンクの間には各々を貼り合わせるために有機物を主体として生成された接着剤が用いられている。【０００４】  照明用ＬＥＤを搭載する電気回路基板はガラスエポキシなど有機物を主体とした基板の表面に、金属にて電気回路を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８７７５２号公報
【特許文献２】特許３５３９５４０号公報
【本発明が解決しようとする課題】
【０００６】  前述のごとく従来照明用ＬＥＤランプの構造は、有機物を主体として形成された電気回路基板を、基台となる金属の板の片面に有機物を主体として生成された接着剤を用いて貼り付けており、さらには放熱特性を高めるために基台となる金属の板の片面をヒートシンクに、有機物を主体として生成された接着剤によって貼り付けられている。前期のごとく従来の照明用ＬＥＤランプの構造では放熱に対する対策は練られているが、寒冷地や冷凍室内など極低温領域において使用するために必要となる対策は取られていない。通常市販されている汎用性の高い多くの照明用ＬＥＤの使用可能環境温度はおよそマイナス４０℃〜プラス１００℃の近辺となっているが、照明用ＬＥＤの寿命劣化を考慮するとマイナス２０℃〜プラス８０℃の範囲で使用することが望ましい。
従来の照明用ＬＥＤランプは寒冷地や冷凍室内など極低温環境下においての耐久性に乏しく実使用不向きのため、従来の白熱灯や蛍光灯から照明用ＬＥＤランプへの変換が遅れている。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、寒冷地や冷凍室内など極低温環境下においても通常の照明用ＬＥＤを使用しながら照明用ＬＥＤランプの特長である長寿命かつ小消費電力を達成する環境にやさしい照明用ＬＥＤランプを構成するのに必要となる「ヒーター一体型照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板」の構造及び製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明は、上記の課題を解決するために、次に述べる手段を講じたことを特徴とするものである。本発明の要旨は、照明用ＬＥＤ搭載基板にヒーター機能を設け極低温環境下においても照明用ＬＥＤの劣化を防ぐ構造を持ったヒーター一体型照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板およびその製造方法である。
【０００８】  即ち、請求項１の発明は極低温環境下における照明用ＬＥＤの劣化を防ぐことを目的として照明用ＬＥＤを搭載する電気回路基板にヒーターを設け、ヒーター一体型照明ＬＥＤ搭載電気回路基板としたことを特徴とする。
【０００９】  請求項２の発明は、ヒーター一体型照明ＬＥＤ用電気回路基板の基台を熱伝導性の高く、かつ、電気的絶縁性の優れた無機物で形成し、基台の外部表面にヒーターとなる構造物をＰＶＤ方式にて形成したことを特徴とする照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板である。
【００１０】  請求項３の発明は前記ヒーター一体型照明ＬＥＤ用電気回路基板の保温と、ヒーターとなる構造物およびＬＥＤを点灯させるための回路の保護のために熱伝道性が低く、かつ、電気的絶縁性の優れた樹脂にて照明用ＬＥＤを搭載する部位と外部機器とを接続するためのパッドを除いて被覆したことを特徴とする照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板である。
【００１１】  請求項４の発明はヒーターとなる構造物を、照明用ＬＥＤを点灯させるために配線された回路と同一面に配置することにより、ヒーターとなる構造物とＬＥＤを点灯させるための配線回路を同一工程にて形成することを可能としたことを特徴とする照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板である。
【００１２】  請求項５の発明はヒーターとなる構造物と、照明用ＬＥＤを点灯させるために配線された回路の形成面とが基台外部の別個の面に配置されたことにより、ヒーターとなる構造物を多数面に形成することが可能となり、より強力な発熱を可能にしたことを特徴とする照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板である。
【００１３】  請求項６の発明はヒーター一体型照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板上のヒーター構造物へ電気を供給する配線の一部に、サーモスイッチを設けることにより温度環境に応じてヒーターの電源を自動的にＯＮ−ＯＦＦすることが可能となり、省電力に貢献することを特徴とする照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板である。
【発明の効果】
【００１４】  従来構造の電気回路基板に照明用ＬＥＤを搭載して作製されたＬＥＤランプの使用環境温度は通常マイナス２０℃〜プラス８０℃の範囲におさえられており、極寒地や冷凍室内にての使用は実質的に不可能であった。
本発明は照明用ＬＥＤを搭載する電気回路基板にヒーターとサーモスイッチを付随させることにより、極寒地（マイナス２０℃以下）や冷凍室内での使用に耐えられる長寿命のＬＥＤランプを提供し、従来の白熱灯や蛍光灯に比較し使用電気量を減らすことによるコストダウンと排ガス減少という効果を生み出す。
【００１５】  請求項２に記載の発明によれば、電気回路基板を構成する基台を電気的絶縁性の優れた無機物（セラミックなど）で形成することにより、従来の有機物を主体とした（ガラスエポキシなど）電気回路基板に比較してシンプルな構造となり製造工程数の大幅な削減となる。すなわち従来の導電性を有する金属（アルミニゥムなど）を基台とした電気回路基板を構成する場合、金属製基台の外部面に電気的絶縁性に優れたガラスエポキシなどの有機基板を有機物を主体とした接着剤で貼り付け、その表面に電気回路を作製する必要があった。この構造では構造が複雑になっていることと、有機物を多用しているために熱伝導性が低いという問題が生じていた。本発明では基台そのものが電気的絶縁性にすぐれているため、ガラスエポキシ等の有機基板は不要となり基台表面に直接電気回路を形成するシンプルな構造とすることが可能となり、製造コストを大幅に減らすことができる。なお、本発明の電気回路基板はヒーターとなる電気配線回路とＬＥＤ搭載用電気配線回路間の有機物の使用を廃絶できるため、ヒーターで発生された熱を照明用ＬＥＤに高効率で伝導することが可能となる。
【００１６】  本発明の電気回路基板を構成する基台の材質を例えば窒化アルミニゥムとすれば熱伝導特性はおよそ２００Ｗ／ｍ・ｋであり、従来の有機物（エポキシ樹脂など）を主体とした回路基板（約１Ｗ／ｍ・ｋ）に比較して大幅な熱伝導特性を確保することができる。すなわち電気ヒーターにて加温する場合、より短時間で加熱することが可能となり電気使用量を削減することができる。
【００１７】  請求項３に記載の発明によれば、電気回路基板外面を熱伝道性の低い樹脂（例えばウレタン系樹脂やシリコン系樹脂など）にて覆うことにより、ヒーターにて暖められた電気回路基板の保温力を高めヒーターにかかる消費電力を抑えるとともに、ＬＥＤ点灯用配線回路の保護膜となり信頼性の高く長寿命のヒーター一体型照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板を提供することができる。
【００１８】  請求項４に記載の発明によれば、ヒーター用の配線回路とＬＥＤ点灯用の配線回路を回路基板の同一面に配置したことにより、ヒーター用の配線回路とＬＥＤ点灯用の配線回路をＰＶＤ方式やメッキ方式や印刷方式にて形成する際に同一の工程にて形成することが可能となり、回路基板の製造コストを大幅に抑えることが可能となる。すなわち、ＰＶＤ法やメッキ法または印刷法のいずれかの工法を使用して配線を形成する場合、各工法とも必ずマスクを使用した工程がはいっているが、同一面に回路を配線することによってヒーター用の配線回路１５用マスクとＬＥＤ点灯用の配線回路用１２のマスクを１枚のマスク内に共存させることが出来るようになり、大幅なコストダウンとなった。
【００１９】  請求項５の発明によれば、ヒーター用の配線回路とＬＥＤ点灯用の配線回路を回路基板の別々の面に配置したことにより、配線回路の密度が下がり配線回路のラインアンドスペース（線幅と線間幅）をより粗くすることが可能となり、低性能のＰＶＤにても配線回路の形成が可能となるため低コストにて製造できることになる。
【００２０】  請求項６の発明によれば、サーモスイッチに設定した環境温度になるとヒーターの電源が自動的に入力または切断されるため、人為的にヒーター電源のＯＮ−ＯＦＦをする必要がなくなり、電源の入力忘れによるトラブル（障害）や切断忘れによる過熱（過昇温）での破損や火災などを排除することが可能となり、安全でなおかつ低消費電力のヒーター一体型照明ＬＥＤ用電気回路基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明のヒーター一体型照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板にＬＥＤを搭載した例の平面図である。
【図２】本発明のヒーター一体型照明用ＬＥＤ搭載電気回路基板にＬＥＤを搭載した例の側面図である。
【図３】本発明のヒーター一体型照明ＬＥＤ搭載電気回路基板の平面図である。
【図４】本発明のヒーター一体型照明ＬＥＤ搭載電気回路基板の側面図である。
【図５】本発明のヒーター一体型照明ＬＥＤ搭載電気回路基板の裏面図である。
【図６】回路基板外面を樹脂で被覆した実施例の平面図である。
【図７】回路基板外面を樹脂で被覆した実施例の側面断面図である。
【図８】回路基板外面を樹脂で被覆した実施例の裏面図である。
【図９】ヒーター用配線回路とＬＥＤ用配線回路を同一面に形成した実施例の平面図である。
【図１０】ヒーター用配線回路とＬＥＤ用配線回路を同一面に形成した実施例の側面図である。
【図１１】ヒーター用配線回路にサーモスイッチを設けた実施例の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】  本発明のヒーター一体型照明ＬＥＤ用電気回路基板の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】  図３乃至図５に示す配線回路基板２の基台１１は電気的絶縁性に優れかつ熱伝導性の高い無機物（セラミックなど）によって形成され、基台１１を構成する外面の少なくとも一面を除いた面に、ＰＶＤ法やメッキ法または印刷法などによって直接ＬＥＤ搭載用の配線回路１２を被膜形成している。基台１１の材質としてはセラミックの他にガラスや窒化アルミニゥムが使用される。
【００２４】  ＬＥＤ用配線回路１２を構成する被膜の材質は金、銀、銅、アルミニウムなどの金属を用いており、配線回路基板２の構成材料には熱伝導性を妨げる要因となる有機物は使用していない。
【００２５】  ＬＥＤ用配線回路１２を形成した外面を除いた少なくとも一面以上の面には、電気ヒーターとなる金属（ニクロムなど）でヒーター配線回路１５を設けている。ヒーター配線回路１５の形成方法としてはＰＶＤ法やメッキ法または印刷法などによって被膜をする方法と、金属膜を貼り付ける方法のどちらでも良い。
【００２６】  ＬＥＤ用配線回路１２の一端にはＬＥＤを搭載し電気的に接続するＬＥＤ搭載パッド１３を有しており、パッド１３の表面は銅やニッケル、金などで被覆されておりＬＥＤのリード端子との半田接合を容易にしている。もう一方の端には電源などの外部機器と接続するためのパッド１４を有しているおり、パッド１４の表面は外部機器との接続を考慮し銅やニッケル、金などで被覆されている。ただしワイヤーボンディング方式にて接続する場合にはアルミニゥムを使用しても良好な結果を得られる。
【００２７】  ヒーター配線回路１５の一端にはヒーター用電源など外部機器と接続するためにヒーター端末パッド１６を有しているおり、ヒーター端末パッド１６の表面は外部機器との接続を考慮し銅やニッケル、金などで被覆されている。ただしワイヤーボンディング方式にて接続する場合にはアルミニゥムを使用しても良好な結果を得られる。
【００２８】  図６乃至図８に示す配線回路基板３は、配線回路基板２の表面をＬＥＤ搭載用パッド１３および外部機器接続用パッド１４とヒーター端末パッド１６の表面を除いて熱伝導性の低く電気的絶縁性の高い樹脂材料（例えばウレタン樹脂、ポリイミド）で構成された被覆材１７にて覆われている。
【００２９】  なお、被覆材１７はＬＥＤ搭載後および外部機器との接続の完了後に被覆する場合もある。この場合はＬＥＤ搭載用パッド１３および外部機器接続用パッド１４とヒーター端末パッド１６の表面にも被覆することが好ましい。
【００３０】  図９乃至図１０に示すようにヒーター用の配線回路１５とＬＥＤ点灯用の配線回路１２を回路基板の同一面に配置することにより、ヒーター用の配線回路１５とＬＥＤ点灯用の配線回路１２を同一工程で形成することが可能となる。すなわちＰＶＤ法やメッキ法または印刷法のいずれかの工法を使用して配線を形成する場合、各工法とも必ずマスクを使用しており同一面に配線することによってヒーター用の配線回路１５とＬＥＤ点灯用の配線回路用１２のマスクを１枚のマスク内に共存させることが出来た。
【００３１】  図１１はヒーター用の配線回路１５とヒーター用電源１９の間にサーモスイッチ１８を設置し、使用環境温度の変化に際しヒーター電源１９のＯＮ−ＯＦＦを自動的に行うようにしている。サーモスイッチの取り付け位置は電気回路基板内部でも外部でもどちらでも良い。
【符号の説明】
【００３２】１        ＬＥＤ照明ランプ
２        ヒーター一体型照明用ＬＥＤ搭載回路基板（１）
３        被覆済ヒーター一体型照明用ＬＥＤ搭載回路基板
４        ヒーター一体型照明用ＬＥＤ搭載回路基板（２）
１１      基台
１２      ＬＥＤ用配線回路
１３      ＬＥＤ搭載パッド
１４      外部機器接続パッド
１５      ヒーター配線回路
１６      ヒーター端末パッド
１７      被覆材
１８      サーモスイッチ
１９      ヒーター用電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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