特許 7176528 複合基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-14

(45)【発行日】2022-11-22

(54)【発明の名称】複合基板

(51)【国際特許分類】

   F21V 29/70 20150101AFI20221115BHJP

   F21V 29/503 20150101ALI20221115BHJP

   F21V 19/00 20060101ALI20221115BHJP

   F21V 23/00 20150101ALI20221115BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20221115BHJP

【ＦＩ】

F21V29/70

F21V29/503 100

F21V19/00 150

F21V19/00 170

F21V23/00 160

F21Y115:10

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2019551223

(86)(22)【出願日】2018-10-25

(86)【国際出願番号】 JP2018039603

(87)【国際公開番号】W WO2019087911

(87)【国際公開日】2019-05-09

【審査請求日】2021-08-23

(31)【優先権主張番号】P 2017209427

(32)【優先日】2017-10-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000231512

【氏名又は名称】日本精機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】飯田 康成

【審査官】坂口 達紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１２４２５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１０３５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０３１７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－０１３２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０７６９１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－５８２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２９０９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｖ １９／００－１９／０６

２３／００－２３／０６

２９／５０３

２９／７０－２９／８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源及びサーミスタからなる電子部品と、
表面上に前記電子部品を有し、角部を有する四角形の放熱板と、
前記放熱板が配置される開口を有し、角部を有する四角形の基板と、
この基板上に複数の端子を有するコネクタと、
前記放熱板と前記基板とを接合する接着部材と、
前記電子部品と前記端子とをそれぞれ接続する配線と、を備え、
前記放熱板は、前記放熱板の角部が前記基板の角部に対して回転して配置されている複合基板。

【請求項2】

前記配線は、少なくとも、前記放熱板と前記接着部材との界面と前記基板と前記接着部材との界面とを跨ぐ範囲に、他の範囲よりも線幅が太い補強部を有する請求項１に記載の複合基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放熱板を含む複合基板に関する。

【背景技術】

【0002】

高輝度ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの高出力半導体は、例えば車両に搭載されるヘッドアップディスプレイなどの高輝度な光源が求められる装置に用いられている（例えば特許文献１参照）。高輝度ＬＥＤは熱が光出力に影響するため、熱への対処が課題である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－２１８２５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

例えば、ＬＥＤの放熱のために、ＬＥＤが搭載される基板の材料とは異なる熱伝導性に優れた材料からなる放熱板を基板に設け、その放熱板上にＬＥＤを搭載することが考えられる。しかし、ＬＥＤと基板とを接合する接着剤や、ＬＥＤと基板とを跨ぐ配線は、異なる材料間の線膨張係数（熱膨張率）の違いから、界面付近で破損や断線する恐れがある。

【0005】

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、材料間の線膨張係数の違いによる影響を低減することができる複合基板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】

【0006】

本発明に係る複合基板は、上述した課題を解決するために、光源及びサーミスタからなる電子部品と、
表面上に前記電子部品を有し、角部を有する四角形の放熱板と、
前記放熱板が配置される開口を有し、角部を有する四角形の基板と、
この基板上に複数の端子を有するコネクタと、
前記放熱板と前記基板とを接合する接着部材と、
前記電子部品と前記端子とをそれぞれ接続する配線と、を備え、
前記放熱板は、前記放熱板の角部が前記基板の角部に対して回転して配置されている。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係る複合基板においては、材料間の線膨張係数の違いによる影響を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態における複合基板が用いられるヘッドアップディスプレイの光学系の構成を示す説明図。

【図2】投射型表示装置の構成図。

【図3】投射型表示装置の光学系の構成を示す説明図。

【図4】投射型表示装置のＬＥＤ基板の構成図。

【図5】ＬＥＤ基板と筐体との取付構造を説明するための拡大図。

【図6】ＬＥＤ基板の厚さ方向に沿う断面図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明に係る複合基板の実施形態を添付図面に基づいて説明する。本実施形態においては、本発明に係る複合基板が自動車に搭載されるヘッドアップディスプレイのＬＥＤ基板として用いられる例を用いて説明する。

【0010】

図１は、本実施形態における複合基板が用いられるヘッドアップディスプレイの光学系の構成を示す説明図である。
ヘッドアップディスプレイ１（以下、ＨＵＤ１という。）は、自動車のインストルメントパネル内に配置される。ＨＵＤ１は、投射型表示装置１０と、第１平面鏡１３と、第２平面鏡１４と、スクリーン１５と、第１凹面鏡１６と、第２凹面鏡１７と、ケース１８と、を主に有している。ＨＵＤ１は、投射型表示装置１０が表示した表示画像を表す表示光Ｌを、リレー光学系を構成する第１および第２平面鏡１３、１４と第１および第２凹面鏡１６、１７とで反射させ、透過反射部の一例である自動車のフロントガラス２に照射する。視認者（主に運転者）は、ＨＵＤ１が生成する画像可視領域であるアイボックス３内に視点４を置くことで、車両前方の景色（実景）と重ねて表示画像の虚像Ｖを視認することができる。

【0011】

投射型表示装置１０（表示装置１０）は、表示画像に関する表示光Ｌを生成する。表示装置１０の詳細については、後述する。第１平面鏡１３は、表示装置１０が生成し出射した表示光Ｌを反射する。第２平面鏡１４は、第１平面鏡１３が反射した表示光Ｌをさらに反射する。スクリーン１５は、第２平面鏡１４が反射した表示光Ｌを受光して画像（実像）を表示する。第１凹面鏡１６は、スクリーン１５から出射される表示光Ｌを反射する。第２凹面鏡１７は、第１凹面鏡１６が反射した表示光Ｌをフロントガラス２に向けて反射する。ケース１８は、表示装置１０、第１および第２平面鏡１３、１４、スクリーン１５、および第１および第２凹面鏡１６、１７を収納する。ケース１８は、フロントガラス２に対向する部分に開口１８ａを有している。開口１８ａは、透光性を有する透光性カバー１９に覆われている。第２凹面鏡１７が反射した表示光Ｌは、透光性カバー１９を透過してＨＵＤ１から出射される。

【0012】

図２は、表示装置１０の構成図である。

【0013】

図３は、表示装置１０の光学系の構成を示す説明図である。

【0014】

投射型表示装置１０は、筐体２１と、ＬＥＤ基板２２と、光学部材２３と、光変調素子２４と、光変調素子用制御基板２６と、主制御基板２７と、を有している。

【0015】

筐体２１は、光学部材２３を収容する。また、筐体２１は、光変調素子２４、各基板２２、２６、２７を取り付けるための構造を有している。特に、筐体２１は、ＬＥＤ基板２２を取り付けるための、複数の誤組防止用凸部３１ａ、３１ｂ、３１ｃ（筐体側取付部）（図５参照）を有している。

【0016】

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）基板２２は、第１基板２２ａと、第２基板２２ｂと、第３基板２２ｃと、を有しており、互いに異なる光源が搭載されている。第１基板２２ａは、赤色光線Ｒを発する赤色光源６２ａを実装している。第２基板２２ｂは、緑色光線Ｇを発する緑色光源６２ｂを実装している。第３基板２２ｃは、青色光線Ｂを発する青色光源６２ｃを実装している。以下の説明においては、第１～第３基板２２ａ、２２ｂ、２２ｃを区別しないに場合は、単にＬＥＤ基板２２という。また、赤色光源６２ａ、緑色光源６２ｂ、および青色光源６２ｃを区別しない場合には、単に光源６２という。ＬＥＤ基板２２の詳細については、後述する。

【0017】

光学部材２３は、図３に示すように、ミラー４１と、ダイクロイックミラー４２、４３と、反射鏡４４と、凸レンズ４５と、プリズム４６と、投光レンズ４７と、を有している。

【0018】

赤色光源６２ａから出射された赤色光線Ｒは、ミラー４１で反射し、ダイクロイックミラー４２、４３を透過する。緑色光源６２ｂから出射された緑色光線Ｇは、ダイクロイックミラー４２で反射し、ダイクロイックミラー４３を透過する。青色光源６２ｃから出射された青色光線Ｂは、ダイクロイックミラー４３で反射する。これら光線Ｒ、Ｇ、Ｂは、反射鏡４４で反射され、凸レンズ４５で配光され、プリズム４６を透過する。透過した光線Ｒ、Ｇ、Ｂは、光変調素子２４で表示光Ｌに変換される。表示光Ｌは、プリズム４６で反射され、投光レンズ４７を透過して投射（出射）される。

【0019】

光変調素子２４は、例えば、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）やＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などの反射型の表示素子である。

【0020】

光変調素子用制御基板２６は、光変調素子２４と接続されており、光変調素子２４を制御する。

【0021】

主制御基板２７は、ＬＥＤ基板２２と配線５１で接続されており、ＬＥＤ基板２２を制御する。また、主制御基板２７は、光変調素子用制御基板２６と配線５２により接続されており、光変調素子用制御基板２６を制御する。

【0022】

図４は、表示装置１０のＬＥＤ基板２２の構成図である。

【0023】

ＬＥＤ基板２２は、例えばＦＲ４（Flame Retardant Type 4）を基材とするガラスエポキシ基板である。ＬＥＤ基板２２は、製造工程上、繊維方向として縦方向と、縦方向に直交する横方向が存在する。この繊維方向は、ＬＥＤ基板２２の直交する辺（Ｘs－Ｙs）の方向とほぼ一致している。ＬＥＤ基板２２は、ほぼ長方形（四角形）であり、誤組防止用切欠５５（５５ａ、５５ｂ、５５ｃ）（基板側取付部）と、ねじ止め用切欠５６（５６ａ、５６ｂ、５６ｃ）と、を有している。誤組防止用切欠５５は、筐体２１に位置決めする際に用いられ、筐体２１の誤組防止用凸部３１ａ、３１ｂ、３１ｃと対になる。また、ねじ止め用切欠５６（５６ａ、５６ｂ、５６ｃ）は、筐体２１にねじ止めされる際に用いられ、筐体２１のねじ穴（図示せず）と対になる。

【0024】

ここで、図５は、ＬＥＤ基板２２と筐体２１との取付構造を説明するための拡大図である。

【0025】

ＬＥＤ基板２２は、筐体２１の取付壁３２に対して、位置決め後、ねじ３５により固定されている。第１～第３基板２２ａ、２２ｂ、２２ｃの誤組防止用切欠５５ａ、５５ｂ、５５ｃは、互いに、長方形の一辺５７ａ、５７ｂ、５７ｃ上の異なる位置に設けられている。また、筐体２１の誤組防止用凸部３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、これら誤組防止用切欠５５ａ、５５ｂ、５５ｃの位置に対応して、互いに異なる位置に設けられている。すなわち、一対の凸部３１ａおよび切欠５５ａと、一対の凸部３１ｂおよび切欠５５ｂと、一対の凸部３１ｃおよび切欠５５ｃとは、互いに異なる位置に設けられている。これにより、ＬＥＤ基板２２を誤った位置に取り付けようとすると、嵌まり合わないようになっている。このため、ＬＥＤ基板２２を筐体２１に取り付ける際に、誤って取り付けることを防止することができる。

【0026】

ＬＥＤ基板２２は、図４に示すように、放熱板６１と、接着剤６８と、光源６２と、サーミスタ６３と、コネクタ６４と、配線６５ａ～６５ｄを有している。

【0027】

放熱板６１は、平面視でほぼ正方形（四角形）である。放熱板６１は、表面上に光源６２（電子部品）を有しており、光源６２の熱を放熱する。放熱板６１は、熱伝導性がよく、かつ絶縁性を有する材料からなり、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）（セラミックス）である。放熱板６１は、熱特性の観点、およびサーミスタ６３による温度検出の観点から、光源６２の基材７５の材料と同一の材料からなるのが好ましい。ここで、図６は、ＬＥＤ基板２２の厚さ方向に沿う断面図である。ＬＥＤ基板２２は、放熱板６１が配置される開口７２を有している。接着剤６８（接着部材）は、例えばエポキシ樹脂であり、放熱板６１とＬＥＤ基板２２とを接合する。

【0028】

光源６２は、配線６５ａ、６５ｂと接続される表面実装型の電子部品で、平面視でほぼ四角形である。光源６２は、駆動により発熱するため、放熱板６１上に設けられる。光源６２は、ＬＥＤ素子７４と、基材７５とを有している。基材７５は、例えば窒化アルミニウムからなる。

【0029】

サーミスタ６３（電子部品）は、配線６５ｃ、６５ｄに接続する電子部品であり、放熱板６１上に設けられ、温度を検出する。サーミスタ６３が検出した放熱板６１の温度に関する情報は、光源６２の温度として主制御基板２７に出力され、光源６２などの制御に用いられる。

【0030】

コネクタ６４は、端子８１ａ～８１ｄを有している。また、配線６５ａ～６５ｄは、光源６２とコネクタ６４（基板上の部品）とを接続する。コネクタ６４は、端子８１ａにおいて配線６５ａを介してＬＥＤ基板２２と電源（図示せず）とを接続することにより、光源６２に電源を供給する。コネクタ６４は、端子８１ｂにおいて配線６５ｂを介して光源６２とグラウンド（図示せず）とを接続する。コネクタ６４は、端子８１ｃにおいて配線６５ｃを介してサーミスタ６３と電源（図示せず）とを接続することにより、サーミスタ６３に電源を供給する。コネクタ６４は、端子８１ｄにおいて配線６５ｄを介してサーミスタ６３と主制御基板２７とを接続することにより、サーミスタ６３から出力される信号を主制御基板２７に供給する。端子８１ａ、８１ｂは、端子８１ａ～８１ｄのうち、外側に配置されている。端子８１ｃ、８１ｄは、端子８１ａ～８１ｄのうち、内側に配置されている。

【0031】

配線６５ａ～６５ｄは、放熱板６１と接着剤６８との界面７３ａとＬＥＤ基板２２と接着剤６８との界面７３ｂを跨ぐ範囲に、他の範囲よりも線幅が太い補強部６６を有する。

【0032】

次に、ＬＥＤ基板２２上の各部品の配置について説明する。

【0033】

図４に示すように、光源６２は、放熱板６１のほぼ中心に配置されている。

【0034】

放熱板６１は、放熱板６１の角部９１がＬＥＤ基板２２の角部９２に対してほぼ４５度回転して配置されている。すなわち、放熱板６１およびＬＥＤ基板２２が直交する２辺を有する四角形である場合には、放熱板６１の直交する２辺の方向を規定する直交軸Ｘh－Ｙhは、ＬＥＤ基板２２の直交する２辺の方向を規定する直交軸Ｘs－Ｙsに対してほぼ４５度回転している。

【0035】

ここで、光源６２が発熱した場合、その熱は放熱板６１を介してＬＥＤ基板２２に伝わる。上述した通り、ＬＥＤ基板２２には繊維方向があり、公知の通り縦方向と横方向では粗密が異なるため、線膨張係数などの各種特性が異なる。このため、光源６２の熱の影響を受けたＬＥＤ基板２２は、縦方向と横方向とでは膨張率が異なる。具体的には、縦方向は横方向に比べて膨張率が小さい。また、縦方向と横方向とを比べると、放熱板６１に対して、横方向のほうが線膨張係数の差が大きくなる。このため、横方向に直交する界面は縦方向の界面に比べて伸縮が大きく、影響を受けやすく、接合部位の破損に繋がる恐れがある。

【0036】

これに対し、本実施形態におけるＬＥＤ基板２２は、放熱板６１を繊維方向（Ｘs－Ｙs方向）に対してほぼ４５度傾けた。これにより、界面７３ａ、７３ｂ全体で見た場合に、界面７３ａ、７３ｂは横方向に直交することなく、線膨張係数が最も大きい横方向の熱膨張の影響を低減することができる。

【0037】

また、界面における伸縮の影響を考慮し、２つの界面を跨ぐ範囲の配線は、縦方向に一致する方向に伸びるように設計されるのが好ましい。しかし、縦方向に配線方向を限定することは、設計の自由度を低くしてしまう。すなわち、横方向に一致する方向に配線しないようにすると、配線を放熱板６１から引き出せる方向が限られてしまう。

【0038】

これに対し、本実施形態におけるＬＥＤ基板２２は、放熱板６１を繊維方向（ＬＥＤ基板２２の直交する辺）に対してほぼ４５度傾けた。これにより、放熱板６１とＬＥＤ基板２２との間において、何れの放熱板６１の辺においても、縦横関係による線膨張の差がなくなるため、同様な（均一な）膨張または収縮となる。このため、大きな熱膨張の影響が及んでしまう辺がなくなるため、いずれの配線６５ａ～６５ｄにあっても、熱による大きな（最大量の）伸縮の影響を低減することができ、配線の破断（断線）を低減することができる。

【0039】

また、配線６５ａ～６５ｄは、補強部６６を設けた。これにより、仮に配線６５ａ～６５ｄが熱による伸縮の影響を受けたとしても、断線することを防止することができる。

【0040】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【0041】

例えば、放熱板６１の角部９１の、ＬＥＤ基板２２および光源６２の角部９２、９３に対する回転量は、４５度に限らない。また、放熱板６１、ＬＥＤ基板２２および光源６２は、直交する２辺を有する四角形に限らず、２辺が直交しないひし形であってもよい。

【0042】

ＬＥＤ基板２２について、縦方向は横方向に比べて膨張率が小さい例を説明したが、縦方向と横方向が逆の関係であってもよい。また、繊維方向（縦方向、横方向）がＬＥＤ基板２２の直交する辺の方向（Ｘs－Ｙs方向）とほぼ一致している例を説明したが、これに限らない。すなわち、ＬＥＤ基板２２の直交軸Ｘs－Ｙsに対して放熱板の直交軸Ｘh－Ｙhを傾けたため、ＬＥＤ基板２２をワークシートから取る際に繊維方向を考慮しなくてもよい。

【0043】

放熱板６１と基材７５とは、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に限らない。例えば、基材７５は、アルミニウム（Ａｌ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）、銅（Ｃｕ）などから選択してもよい。放熱板６１が導電材の場合には、絶縁層、銅箔パターンが積層され、この上に光源（ＬＥＤ）が実装される。放熱板６１は、基材７５との熱膨張率の差が１（１０－６／Ｋ）未満であることが好ましく、最適なものとしては熱膨張率の差がない同一材料とすることが好ましい。

【符号の説明】

【0044】

１ ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）
２ フロントガラス
３ アイボックス
４ 視点
１０ 投射型表示装置（表示装置）
１３ 第１平面鏡
１４ 第２平面鏡
１５ スクリーン
１６ 第１凹面鏡
１７ 第２凹面鏡
１８ ケース
１８ａ 開口
１９ 透光性カバー
２１ 筐体
２２ ＬＥＤ基板
２２ａ 第１基板
２２ｂ 第２基板
２２ｃ 第３基板
２３ 光学部材
２４ 光変調素子
２６ 光変調素子用制御基板
２７ 主制御基板
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 誤組防止用凸部
３２ 取付壁
４１ ミラー
４２、４３ ダイクロイックミラー
４４ 反射鏡
４５ 凸レンズ
４６ プリズム
４７ 投光レンズ
５１、５２ 配線
５５、５５ａ、５５ｂ、５５ｃ 誤組防止用切欠
６１ 放熱板
６２ 光源
６２ａ 赤色光源
６２ｂ 緑色光源
６２ｃ 青色光源
６３ サーミスタ
６４ コネクタ
６５ａ、６５ｂ、６５ｃ、６５ｄ 配線
６６ 補強部
６８ 接着剤
７１、７５ 基材
７２ 開口
７３ａ、７３ｂ 界面
７４ ＬＥＤ素子
８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８１ｄ 端子
９１、９２、９３ 角部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】