JP2004207367A

JP2004207367A - Light emitting diode and light emitting diode arrangement plate

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Publication number: JP2004207367A
Application number: JP2002372437A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Suehiro; 好伸末広; Mitsuhiro Inoue; 光宏井上; Hideaki Kato; 英昭加藤; 達哉 ▲高▼島; Tatsuya Takashima
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2002-12-24
Filing date: 2002-12-24
Publication date: 2004-07-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a light emitting diode correspond to a light emitting element which has sufficient heat dissipation and has much calorific value like a light emitting element where a large current flows. <P>SOLUTION: In the light emitting diode 1, electric power to the light emitting element 2 is supplied from positive and negative electrodes on a lower face and from an unillustrated power source by a plurality of metal bumps 9, circuit patterns 4a and 4b, electrode bonding parts 8a and 8b and power supply circuits 5a and 5b, and the light emitting element 2 emits light. Heat emitted from the light emitting element 2 is transmitted from the two metal bumps 9 to the circuit patterns 4a and 4b, is transmitted to a whole AIN (aluminum nitride) substrate 3 as a ceramic substrate of high thermal conductivity, and is dissipated in air from a heat sink 6. An unillustrated lens system is arranged at a periphery of the light emitting element 2, and light radiated from a light emitting face of the light emitting element 2 is condensed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子をマウントする基板として熱伝導性に優れたセラミックス基板を用いてさらに放熱板を付けることによって、放熱性を良くして大電流を流す発光素子にも対応することができる発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
なお、本明細書中においては、ＬＥＤチップそのものは「発光素子」と呼び、ＬＥＤチップを搭載したパッケージ樹脂またはレンズ系等の光学装置を含む全体を「発光ダイオード」または「ＬＥＤ」と呼ぶこととする。
【０００３】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平９−１８１３９４号公報
図９に、従来のフリップチップ型発光ダイオードの一例を示す。図９は従来のフリップチップ型発光ダイオードの一例を示す断面図である。図９に示されるように、このフリップチップ型ＬＥＤ５１は、発光素子５２下面の２つの電極にそれぞれ金バンプ５３を介してアルミナ基板５５上の金メッキ回路パターン５４を接続し、厚さのある１対の金属リード５６の間を金メッキ回路パターン５４で接続している。放熱性を考えると、金属リード５６の間を直接金バンプ５３で接続する構造が望ましいが、かかる隙間は部材の厚さ程度までしか狭くできない。そこで、やむを得ず図９に示すような２段構造をとっているが、この構造では発光素子５２の発した熱の逃げ道が薄いため、やはり放熱性が不足しており、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子には対応できない。
【０００４】
そこで、上記特許文献１に記載の技術においては、同じ光を発するデバイスでもレーザダイオード（以下、「ＬＤ」とも略する。）の例であるが、やはり同一面に正負の両電極が設けられており、しかも正電極と負電極の間に段差があるため、そのままサブマウント（ヒートシンク）にハンダ付けしたのではＬＤが斜めになってしまい、接触面積が小さく放熱性に劣る等の問題があった。これに対して、サブマウントにＬＤとほぼ同じ段差を設けることによって、ＬＤを水平にハンダ付けすることができ、正負の両電極とサブマウントとの接触面積が大きくなり、ＬＤからサブマウントへの放熱性が良くなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においても、サブマウントからさらに外部への放熱手段が開示されておらず、ＬＤとサブマウントはほぼ同程度の大きさであるため、このままでは放熱性が不足で発光時にＬＤの温度が上昇してしまうという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明においては、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができる発光ダイオード及び発光ダイオード配列板の提供を課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかるＬＥＤは、発光素子と、高熱伝導性のセラミックス基板と、放熱板とを具備し、前記放熱板の上に前記セラミックス基板が固着され、前記セラミックス基板の上に前記発光素子がマウントされ、前記セラミックス基板と前記放熱板とのコンタクトは、前記セラミックス基板の前記発光素子がマウントされている位置の裏面の範囲を含むものである。
【０００８】
ここで、高熱伝導性のセラミックスとしては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等がある。
【０００９】
これによって、発光素子が発光するときに出す熱は、直ちに高熱伝導性のセラミックス基板に伝えられ、さらに放熱板に伝達されて放熱板の表面から空気中に放散される。このように、本発明にかかるＬＥＤは発光素子がマウントされたセラミックス基板全体から熱が伝達されるので、極めて放熱性に優れたものとなる。しかも発光素子がマウントされた位置の裏面の範囲を含んでセラミックス基板と放熱板がコンタクトしているので、より迅速に放熱板まで熱が伝達される。
【００１０】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００１１】
請求項２の発明にかかるＬＥＤは、請求項１の構成において、前記発光素子が前記セラミックス基板にフリップ構造でマウントされているものである。
【００１２】
したがって、高熱伝導性のセラミックス基板に形成された回路パターンの電極部分に、発光素子の下面に設けられた正負の電極が金バンプ等を介して直接マウントされるので、放熱性に極めて優れた構造となる。
【００１３】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００１４】
請求項３の発明にかかるＬＥＤは、請求項１または請求項２の構成において、前記放熱板は金属製であり、前記セラミックス基板の外側で波形に折り曲げられているものである。
【００１５】
したがって、金属製の放熱板の波形に折り曲げられた部分が放熱フィンの役目を果たし、放熱板の放熱性がより一層向上する。
【００１６】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００１７】
請求項４の発明にかかるＬＥＤは、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記放熱板に複数の貫通孔が穿設されているものである。
【００１８】
これによって、放熱板周囲の空気の対流が向上し、放熱板の放熱性は一段と向上する。
【００１９】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００２０】
請求項５の発明にかかるＬＥＤは、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成において、前記放熱板は金属製であり、前記放熱板に切り込みを入れて前記放熱板に対して折り曲げてなる放熱フィンが形成されているものである。
【００２１】
これによって、放熱フィンと放熱フィンを折り曲げた跡の貫通孔とが相俟って、放熱板の表面積を増すとともに放熱板周囲の空気の対流を向上させることで放熱板の放熱性は飛躍的に向上し、発光素子の熱をさらに効率良く空気中に放散する。
【００２２】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００２３】
請求項６の発明にかかるＬＥＤ配列板は、貫通孔が形成された回路基板に、発光素子と、高熱伝導性のセラミックス基板と、放熱板とを具備し、前記放熱板の上に前記セラミックス基板が固着され、前記セラミックス基板の上に前記発光素子がマウントされ、前記セラミックス基板と前記放熱板とのコンタクトは、前記セラミックス基板の前記発光素子がマウントされている位置の裏面の範囲を含むものである発光ダイオードが１個以上設置されているものである。
【００２４】
これによって、発光素子が発光するときに出す熱は、直ちに高熱伝導性のセラミックス基板に伝えられ、さらに放熱板に伝達されて放熱板の表面から空気中に放散される。このように、本発明にかかるＬＥＤ配列板のＬＥＤは発光素子がマウントされたセラミックス基板全体から熱が伝達されるので、極めて放熱性に優れたものとなる。しかも発光素子がマウントされた位置の裏面の範囲を含んでセラミックス基板と放熱板がコンタクトしているので、より迅速に放熱板まで熱が伝達される。
【００２５】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤ配列板となる。
【００２６】
請求項７の発明にかかるＬＥＤは、回路基板に括れた部分を有する貫通孔が穿設され、高熱伝導性のセラミックス基板が前記括れた部分に橋渡しされるとともに前記セラミックス基板の回路パターンと前記回路基板の回路パターンとの導通がとられ、前記セラミックス基板の回路パターン上に発光素子がマウントされ、前記セラミックス基板の下面に前記貫通孔よりも一回り小さい放熱板が前記貫通孔の縁に接触しないように固着されているものである。
【００２７】
かかる構造によって、発光素子から回路基板の電源線までの導通がとられるとともに、発光時に出た熱は高熱伝導性のセラミックス基板全体を伝わって、セラミックス基板の下面に固着された放熱板に伝達される。この放熱板は発光素子よりずっと大きく表面積も広いため、発光素子から出た熱は放熱板から空気中に放散される。
【００２８】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００２９】
請求項８の発明にかかるＬＥＤ配列板は、請求項７に記載のＬＥＤが前記回路基板に複数個配列されているものである。
【００３０】
これによって、放熱性に優れたＬＥＤを回路基板上に集積することができ、回路基板は放熱の役割は果たしていないので、ＬＥＤ配列板の使用目的に応じた個数・配列・間隔でＬＥＤを並べることができ、各発光素子に使用目的に応じた光学系を取付けることができる。
【００３１】
このようにして、放熱性に優れたＬＥＤを使用目的に応じて回路基板上に並べることができるＬＥＤ配列板となる。
【００３２】
請求項９の発明にかかるＬＥＤまたはＬＥＤ配列板は、請求項７または請求項８の構成において、前記放熱板に複数の小さい貫通孔が穿設されているものである。
【００３３】
これによって、放熱板の放熱効果がより一層大きくなり、さらに放熱性に優れたＬＥＤ及びＬＥＤ配列板となる。
【００３４】
請求項１０の発明にかかるＬＥＤまたはＬＥＤ配列板は、請求項７または請求項８の構成において、前記放熱板は金属製であり、前記放熱板に切り込みを入れて前記放熱板に対して折り曲げてなる放熱フィンが形成されているものである。
【００３５】
これによって、放熱板の放熱効果がより一層大きくなり、さらに放熱性に優れたＬＥＤ及びＬＥＤ配列板となる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００３７】
実施の形態１
まず、本発明にかかる発光ダイオードの実施の形態１について、図１乃至図３を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる発光ダイオードの全体構成（両端は省略）を示す平面図、（ｂ）は（ａ）からセラミックス基板を取り除いた状態を示す平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面図である。図２（ａ）は本発明の実施の形態１の変形例にかかる発光ダイオードの全体構成（両端は省略）を示す（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は底面図である。図３は本発明の実施の形態１の別の変形例にかかる発光ダイオードの全体構成（両端は省略）を示す側面図である。
【００３８】
図１（ｂ）に示されるように、同一部材をプレス加工することで放熱板６と電力供給端子５ａ，５ｂとを分離形成し、電力供給端子５ａ，５ｂを図示しない電源に接続している。この上に図１（ａ）に示されるように、四隅が４分の１円ずつ打ち抜かれたＡｌＮセラミックス基板（以下、「ＡｌＮ基板」とも略する。）３が接着固定されている。このＡｌＮ基板３には銀メッキで回路パターン４ａ，４ｂが形成されており、右上隅と左下隅では側面から裏面まで回り込んで、前記電極接着部分８ａ，８ｂに当接する位置まで達している。
【００３９】
そして、図１（ｃ）に示されるように、ＡｌＮ基板３の回路パターン４ａ，４ｂの上には、複数の金バンプ９を介して発光素子２がマウントされている。なお、発光素子２の周囲には図示しないレンズ系が設けられており、発光素子２の発光面から放射される光を集光する。以上の構成によって、発光素子２への電力が下面の正負の電極から複数の金バンプ９、回路パターン４ａ，４ｂ、電極接着部分８ａ，８ｂそして電力供給回路５ａ，５ｂによって図示しない電源から供給されて、発光素子２が発光する。このとき発光素子２から発せられる熱は、複数の金バンプ９から回路パターン４ａ，４ｂへ伝えられ、そして高熱伝導性のセラミックス基板としてのＡｌＮ基板３の全体を伝わって、放熱板６から空気中へ放散される。
【００４０】
ここで、放熱板６はＡｌＮ基板３の発光素子２がマウントされている位置の裏面位置がコンタクトされるとともに、ＡｌＮ基板３の下面の大部分の面積でコンタクトされることによって、効率的な外部放熱が実現できている。
【００４１】
このように、高熱伝導性のセラミックス基板であるＡｌＮ基板３に発光素子２をマウントしたことによって、厚手の金属リードの間を直接金バンプ９で接続して発光素子２をマウントする構造と同等の放熱性が得られることになる。また、さらに発光素子２とＡｌＮ基板３との隙間には熱伝導性材料を充填しても良い。
【００４２】
このようにして、本実施の形態１のＬＥＤ１は、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができる。
【００４３】
次に、本実施の形態１の変形例にかかるＬＥＤについて、図２を参照して説明する。図２に示されるように、本実施の形態１の変形例にかかるＬＥＤ１５は、放熱板６から上の構造についてはＬＥＤ１と全く同一である。なお、発光素子２の周囲には図示しないレンズ系が設けられており、発光素子２の発光面から放射される光を集光する点も同様である。
【００４４】
異なるのは、図２に示されるように、放熱板６の裏面にピン放熱板１３が接着されている点である。このピン放熱板１３には１０本の放熱ピン１４が設けられており、ピン放熱板１３は発光素子２の真下に位置するので、発光素子２の発光時に発せられる熱がより迅速に放熱ピン１４から空気中に放散される。また、これによって、発熱源に近い箇所の熱の局在を緩和できる。
【００４５】
次に、本実施の形態１の別の変形例にかかるＬＥＤについて、図３を参照して説明する。図３に示されるように、本実施の形態１の別の変形例にかかるＬＥＤ１１は、ＡｌＮ基板３から上の構造についてはＬＥＤ１と全く同一である。なお、発光素子２の周囲には図示しないレンズ系が設けられており、発光素子２の発光面から放射される光を集光する点も同様である。
【００４６】
異なるのは、ＡｌＮ基板３を接着固定した銅合金板からなる放熱板１２が、ＡｌＮ基板３の外側で波形に折り曲げられて放熱フィン１２ａを形成している点である。これによって、発光素子２の発光時に発せられる熱が２個の金バンプ９から回路パターン４ａ，４ｂへ伝えられ、ＡｌＮ基板３の全体を伝わって、放熱板１２へ伝えられると、正面から見た放熱板１２の面積は変わらないが、実質の放熱板１２の面積を広くとれるのでより迅速に放熱フィン１２ａから空気中に放散される。
【００４７】
このようにして、本実施の形態１の変形例ＬＥＤ１１は、発光素子２から出た熱をより迅速に放熱することができ、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができる。
【００４８】
実施の形態２
次に、本発明にかかる発光ダイオードの実施の形態２について、図４を参照して説明する。図４は本発明の実施の形態２にかかる発光ダイオードの全体構成（両端は省略）を示す断面図である。なお、実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して一部説明を省略する。
【００４９】
図４に示されるように、本実施の形態２にかかるＬＥＤ２１は、ガラス製の凸レンズ２２を備えている。このガラスレンズ２２が被せられる発光素子２からＡｌＮ基板３までの構造は、実施の形態１のＬＥＤ１と全く同じである。ガラスレンズ２２の下面には、発光素子２と２個の金バンプ９を収容できる必要最小限の空間と樹脂注入孔２４が設けられている。ここで、ガラスレンズ２２の左端２２ａの部分は最初は取付けられておらず、樹脂注入孔２４は外部へ貫通している。
【００５０】
ＡｌＮ基板３が放熱板６に接着固定された状態でガラスレンズ２２が被せられ、ガラスレンズ２２とＡｌＮ基板３及び放熱板６の接着部分には封着用ガラス（フリット）が塗布されて、高温（４００℃前後）で強固に封着される。なお、マウントされている発光素子２もこの４００℃前後の高温に耐えることができ、発光特性の低下等は全く起こらない。冷却後、樹脂注入孔２４から光透過性樹脂としての透明シリコーン樹脂２３が注入され、空間内に充填されて発光素子２が封止される。その後、透明シリコーン樹脂２３を熱硬化させ、ガラスレンズ２２の左端２２ａの部分を接着することによって、本実施の形態２のＬＥＤ２１が完成する。
【００５１】
こうして製造されたＬＥＤ２１は、集光レンズとして熱膨張率の低いガラスレンズ２２を用いているので、同じく熱膨張率の低いＡｌＮ基板３との相性が良く、温度が急激に変化してもＡｌＮ基板３とガラスレンズ２２が剥がれたりすることはない。
【００５２】
なお、発光素子２を青色発光素子として、青色光を照射されて黄色の蛍光を発する蛍光体を透明シリコーン樹脂２３に混合することによって、青色光と黄色光が混合されて白色光を発するＬＥＤとすることもできる。また、発光素子２及び金バンプ９を封止する光透過性樹脂として透明シリコーン樹脂２３を用いているが、透明エポキシ樹脂を始めとするその他の樹脂材料を用いても良い。
【００５３】
このようにして、本実施の形態２のＬＥＤ２１は、集光性にも優れ、急激な温度変化にも強く、かつ十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができる。
【００５４】
実施の形態３
次に、本発明にかかる発光ダイオードの実施の形態３について、図５を参照して説明する。図５は本発明の実施の形態３にかかる発光ダイオードの全体構成（両端は省略）を示す断面図である。なお、実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して一部説明を省略する。
【００５５】
図５に示されるように、本実施の形態３にかかるＬＥＤ３１は、実施の形態２と異なり、光透過性樹脂を介さず発光素子２を直接低融点ガラス２５で封止して凸レンズとしている。低融点ガラス２５には様々な種類があるが、融点は大体４００℃前後なので、マウントされている発光素子２もこの４００℃前後の高温に耐えることができ、発光特性の低下等は全く起こらない。また、溶融状態の低融点ガラス２５は光透過性樹脂よりも粘度が高いが、発光素子２は２個の金バンプ９によるフリップチップ構造でマウントされており、ワイヤを用いていないので、レンズ封止金型に溶融状態の低融点ガラス２５を流し込むときにも断線等の心配はない。
【００５６】
また、低融点ガラス２５は溶融状態において、封着用ガラスと同様にＡｌＮ基板３及び放熱板６と強固な接着構造を形成するので、封着用ガラスを用いる必要はない。
【００５７】
こうして製造されたＬＥＤ３１は、集光レンズとして熱膨張率の低い低融点ガラスレンズ２５を用いているので、同じく熱膨張率の低いＡｌＮ基板３との相性が良く、温度が急激に変化してもＡｌＮ基板３と低融点ガラスレンズ２５が剥がれたりすることはない。
【００５８】
このようにして、本実施の形態３のＬＥＤ３１は、製造が容易で集光性にも優れ、急激な温度変化にも強く、かつ十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができる。
【００５９】
実施の形態４
次に、本発明にかかる発光ダイオード及び発光ダイオード配列板の実施の形態４について、図６乃至図８を参照して説明する。図６は本発明の実施の形態４にかかる発光ダイオードの全体構成及び発光ダイオード配列板の一部を示す平面図である。図７は本発明の実施の形態４の第１変形例にかかる発光ダイオードの全体構成を示す平面図である。図８（ａ）は本発明の実施の形態４の第２変形例にかかる発光ダイオードの全体構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。なお、実施の形態１と同一の部分には同一の符号を付して一部説明を省略する。
【００６０】
図６に示されるように、本実施の形態４においては、ガラスエポキシ基板（以下、「ガラエポ基板」とも略する。）３７に長方形を２個つなげた形の貫通孔３７ａが複数個縦横に穿設されている。したがって、長方形がつながる部分は貫通孔３７ａが括れた形状になるので、貫通孔３７ａは本発明の「括れた部分を有する貫通孔」に相当する。この括れた部分にＡｌＮ基板３が橋渡しされて、表面の回路パターン４ａ，４ｂの上に、図示されない複数の金バンプを介して発光素子２がフリップ構造でマウントされている。
【００６１】
さらに、表面の回路パターン４ａの左上隅と表面の回路パターン４ｂの右下隅は、ＡｌＮ基板３の側面から裏面へ回り込んで、ガラエポ基板３７の表面の図示しない回路パターンとハンダ付けされて、導通がとられるとともに固定されている。そして、ＡｌＮ基板３の裏面には貫通孔３７ａより一回り小さい銅合金板からなる放熱板３８がメタライズによって接着されている。なお、発光素子２の周囲には図示しないレンズ系が設けられており、発光素子２の発光面から放射される光を集光する。
【００６２】
こうして本実施の形態４のＬＥＤ３６が形成され、発光素子２が発光する際に出る熱は、熱伝導性に優れたＡｌＮ基板３の全体を伝わって、さらに放熱板３８に伝えられ、放熱板３８の表面から空気中に放散される。このようにして、本実施の形態４のＬＥＤ３６は、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができる。
【００６３】
かかるＬＥＤ３６がガラエポ基板３７上に縦横に形成されることによって、ＬＥＤ配列板３５となる。ここで、ガラエポ基板３７により、複数のＬＥＤを整然と配列できるとともに、複数のＬＥＤの回路的な配列を容易に自由に形成することができる。また、各発光素子２に使用目的に応じたレンズ系等の光学系を容易に取付けることも可能にできる。
【００６４】
次に、本実施の形態４の第１変形例にかかるＬＥＤについて、図７を参照して説明する。図７に示されるように、本実施の形態４の第１変形例にかかるＬＥＤ４１も、ガラエポ基板に長方形を２個つなげた形の貫通孔３７ａが穿設されており、長方形がつながる部分は貫通孔３７ａが括れた形状になるので、この括れた部分にＡｌＮ基板３が橋渡しされて、表面の回路パターン４ａ，４ｂの上に、図示されない複数の金バンプを介して発光素子２がフリップ構造でマウントされている。
【００６５】
さらに、表面の回路パターン４ａの左上隅と表面の回路パターン４ｂの右下隅は、ＡｌＮ基板３の側面から裏面へ回り込んで、ガラエポ基板３７の表面の図示しない回路パターンとハンダ付けされて、導通がとられるとともに固定されている。そして、ＡｌＮ基板３の裏面には貫通孔３７ａより一回り小さい銅合金板からなる放熱板４２がハンダ付けされている。なお、発光素子２の周囲には図示しないレンズ系が設けられており、発光素子２の発光面から放射される光を集光する。
【００６６】
ここで、銅合金板からなる放熱板４２には、ほぼ円形の小さい貫通孔４３が多数穿設されている。これによって、放熱板４２周囲の空気の対流が向上し、放熱板４２の放熱性は一段と良くなり、ＡｌＮ基板３を伝わってきた発光素子２の熱をより効率良く空気中に放散する。なお、複数の小さい貫通孔４３の形状は円形に限らず、他の形状でも構わない。
【００６７】
かかるＬＥＤ４１をガラエポ基板に複数個配列すれば、より放熱性に優れたＬＥＤ配列板となる。このようにして、放熱板４２の放熱効果がより一層大きくなり、さらに放熱性に優れたＬＥＤ及びＬＥＤ配列板となる。
【００６８】
次に、本実施の形態４の第２変形例にかかるＬＥＤについて、図８を参照して説明する。図８に示されるように、本実施の形態４の第２変形例にかかるＬＥＤ４６も、ガラエポ基板３７に長方形を２個つなげた形の貫通孔３７ａが穿設されており、長方形がつながる部分は貫通孔３７ａが括れた形状になるので、この括れた部分にＡｌＮ基板３が橋渡しされて、表面の回路パターン４ａ，４ｂの上に、図示されない２個の金バンプを介して発光素子２がフリップチップ構造でマウントされている。
【００６９】
さらに、表面の回路パターン４ａの左上隅と表面の回路パターン４ｂの右下隅は、ＡｌＮ基板３の側面から裏面へ回り込んで、ガラエポ基板３７の表面の図示しない回路パターンとハンダ付けされて、導通がとられるとともに固定されている。そして、ＡｌＮ基板３の裏面には貫通孔３７ａより一回り小さい銅合金板からなる放熱板４７がメタライズによって接着されている。なお、発光素子２の周囲には図示しないレンズ系が設けられており、発光素子２の発光面から放射される光を集光する。
【００７０】
ここで、放熱板４７には多数の長方形の一辺を残した切り込みが入れられて、その一辺において略垂直に下方へ折り曲げられることによって、多数の放熱フィン４９が形成されている。これらの放熱フィン４９と、放熱フィン４９を折り曲げた跡の長方形の貫通孔４８とが相俟って、放熱板４７の表面積を増すとともに空気の対流を向上させることで放熱板４７の放熱性は飛躍的に大きくなり、ＡｌＮ基板３を伝わってきた発光素子２の熱をさらに効率良く空気中に放散する。なお、放熱フィン４９の形状は長方形に限らず、他の形状でも構わない。
【００７１】
かかるＬＥＤ４６をガラエポ基板に複数個配列すれば、より放熱性に優れたＬＥＤ配列板となる。このようにして、放熱板４７の放熱効果がより一層大きくなり、さらに放熱性に優れたＬＥＤ及びＬＥＤ配列板となる。
【００７２】
上記各実施の形態においては、発光素子２として青色発光素子を用いた場合を想定したため、青色の反射率の高い銀メッキで回路パターン４ａ，４ｂを形成しているが、何色の発光素子を用いても構わない。なお、赤色発光素子を用いた場合には、赤色の反射率の高い金メッキで回路パターンを形成するのが望ましい。
【００７３】
また、上記各実施の形態においては、セラミックス基板としてＡｌＮ（窒化アルミニウム）セラミックス基板３を用いた場合について説明したが、熱伝導率が高いセラミックスであればどのようなセラミックス基板を用いても構わない。
【００７４】
さらに、発光ダイオード配列板に用いる基板はガラエポ基板に限らず、セラミックス基板等、他の材料でも構わない。
【００７５】
発光ダイオード及び発光ダイオード配列板のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等についても、上記各実施の形態に限定されるものではない。
【００７６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明にかかるＬＥＤは、発光素子と、高熱伝導性のセラミックス基板と、放熱板とを具備し、前記放熱板の上に前記セラミックス基板が固着され、前記セラミックス基板の上に前記発光素子がマウントされ、前記セラミックス基板と前記放熱板とのコンタクトは、前記セラミックス基板の前記発光素子がマウントされている位置の裏面の範囲を含むものである。
【００７７】
ここで、高熱伝導性のセラミックスとしては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等がある。
【００７８】
これによって、発光素子が発光するときに出す熱は、直ちに高熱伝導性のセラミックス基板に伝えられ、さらに放熱板に伝達されて放熱板の表面から空気中に放散される。このように、本発明にかかるＬＥＤは発光素子がマウントされたセラミックス基板全体から熱が伝達されるので、極めて放熱性に優れたものとなる。しかも発光素子がマウントされた位置の裏面の範囲を含んでセラミックス基板と放熱板がコンタクトしているので、より迅速に放熱板まで熱が伝達される。
【００７９】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００８０】
請求項２の発明にかかるＬＥＤは、請求項１の構成において、前記発光素子が前記セラミックス基板にフリップ構造でマウントされているものである。
【００８１】
したがって、高熱伝導性のセラミックス基板に形成された回路パターンの電極部分に、発光素子の下面に設けられた正負の電極が金バンプ等を介して直接マウントされるので、放熱性に極めて優れた構造となる。
【００８２】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００８３】
請求項３の発明にかかるＬＥＤは、請求項１または請求項２の構成において、前記放熱板は金属製であり、前記セラミックス基板の外側で波形に折り曲げられているものである。
【００８４】
したがって、金属製の放熱板の波形に折り曲げられた部分が放熱フィンの役目を果たし、放熱板の放熱性がより一層向上する。
【００８５】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００８６】
請求項４の発明にかかるＬＥＤは、請求項１乃至請求項３のいずれか１つの構成において、前記放熱板に複数の貫通孔が穿設されているものである。
【００８７】
これによって、放熱板周囲の空気の対流が向上し、放熱板の放熱性は一段と向上する。
【００８８】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００８９】
請求項５の発明にかかるＬＥＤは、請求項１乃至請求項４のいずれか１つの構成において、前記放熱板は金属製であり、前記放熱板に切り込みを入れて前記放熱板に対して折り曲げてなる放熱フィンが形成されているものである。
【００９０】
これによって、放熱フィンと放熱フィンを折り曲げた跡の貫通孔とが相俟って、放熱板の表面積を増すとともに放熱板周囲の空気の対流を向上させることで放熱板の放熱性は飛躍的に向上し、発光素子の熱をさらに効率良く空気中に放散する。
【００９１】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００９２】
請求項６の発明にかかるＬＥＤ配列板は、貫通孔が形成された回路基板に、発光素子と、高熱伝導性のセラミックス基板と、放熱板とを具備し、前記放熱板の上に前記セラミックス基板が固着され、前記セラミックス基板の上に前記発光素子がマウントされ、前記セラミックス基板と前記放熱板とのコンタクトは、前記セラミックス基板の前記発光素子がマウントされている位置の裏面の範囲を含むものである発光ダイオードが１個以上設置されているものである。
【００９３】
これによって、発光素子が発光するときに出す熱は、直ちに高熱伝導性のセラミックス基板に伝えられ、さらに放熱板に伝達されて放熱板の表面から空気中に放散される。このように、本発明にかかるＬＥＤ配列板のＬＥＤは発光素子がマウントされたセラミックス基板全体から熱が伝達されるので、極めて放熱性に優れたものとなる。しかも発光素子がマウントされた位置の裏面の範囲を含んでセラミックス基板と放熱板がコンタクトしているので、より迅速に放熱板まで熱が伝達される。
【００９４】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤ配列板となる。
【００９５】
請求項７の発明にかかるＬＥＤは、回路基板に括れた部分を有する貫通孔が穿設され、高熱伝導性のセラミックス基板が前記括れた部分に橋渡しされるとともに前記セラミックス基板の回路パターンと前記回路基板の回路パターンとの導通がとられ、前記セラミックス基板の回路パターン上に発光素子がマウントされ、前記セラミックス基板の下面に前記貫通孔よりも一回り小さい放熱板が前記貫通孔の縁に接触しないように固着されているものである。
【００９６】
かかる構造によって、発光素子から回路基板の電源線までの導通がとられるとともに、発光時に出た熱は高熱伝導性のセラミックス基板全体を伝わって、セラミックス基板の下面に固着された放熱板に伝達される。この放熱板は発光素子よりずっと大きく表面積も広いため、発光素子から出た熱は放熱板から空気中に放散される。
【００９７】
このようにして、十分な放熱性を有し、大電流を流す発光素子のように発熱量が多い発光素子にも対応することができるＬＥＤとなる。
【００９８】
請求項８の発明にかかるＬＥＤ配列板は、請求項７に記載のＬＥＤが前記回路基板に複数個配列されているものである。
【００９９】
これによって、放熱性に優れたＬＥＤを回路基板上に集積することができ、回路基板は放熱の役割は果たしていないので、ＬＥＤ配列板の使用目的に応じた個数・配列・間隔でＬＥＤを並べることができ、各発光素子に使用目的に応じた光学系を取付けることができる。
【０１００】
このようにして、放熱性に優れたＬＥＤを使用目的に応じて回路基板上に並べることができるＬＥＤ配列板となる。
【０１０１】
請求項９の発明にかかるＬＥＤまたはＬＥＤ配列板は、請求項７または請求項８の構成において、前記放熱板に複数の小さい貫通孔が穿設されているものである。
【０１０２】
これによって、放熱板の放熱効果がより一層大きくなり、さらに放熱性に優れたＬＥＤ及びＬＥＤ配列板となる。
【０１０３】
請求項１０の発明にかかるＬＥＤまたはＬＥＤ配列板は、請求項７または請求項８の構成において、前記放熱板は金属製であり、前記放熱板に切り込みを入れて前記放熱板に対して折り曲げてなる放熱フィンが形成されているものである。
【０１０４】
これによって、放熱板の放熱効果がより一層大きくなり、さらに放熱性に優れたＬＥＤ及びＬＥＤ配列板となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態１にかかる発光ダイオードの全体構成（両端は省略）を示す平面図、（ｂ）は（ａ）からセラミックス基板を取り除いた状態を示す平面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の実施の形態１の変形例にかかる発光ダイオードの全体構成（両端は省略）を示す（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は底面図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態１の別の変形例にかかる発光ダイオードの全体構成（両端は省略）を示す側面図である。
【図４】図４は本発明の実施の形態２にかかる発光ダイオードの全体構成（両端は省略）を示す断面図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態３にかかる発光ダイオードの全体構成（両端は省略）を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態４にかかる発光ダイオードの全体構成及び発光ダイオード配列板の一部を示す平面図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態４の第１変形例にかかる発光ダイオードの全体構成を示す平面図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の実施の形態４の第２変形例にかかる発光ダイオードの全体構成を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図９】図９は従来のフリップチップ型発光ダイオードの一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１，３６，４１，４６発光ダイオード
２発光素子
３セラミックス基板
４ａ，４ｂセラミックス基板の回路パターン
６，１２，３８，４２，４７放熱板
１２ａ波形
３５発光ダイオード配列板
３７回路基板
３７ａ括れた部分を有する貫通孔
４３複数の小さい貫通孔
４９放熱フィン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention uses a ceramic substrate having excellent thermal conductivity as a substrate on which the light emitting element is mounted, and further attaches a heat radiating plate, thereby improving heat radiation and supporting a light emitting element through which a large current flows. It relates to a diode.
[0002]
In this specification, the LED chip itself is referred to as a “light emitting element”, and the entirety including an optical device such as a package resin or a lens system on which the LED chip is mounted is referred to as a “light emitting diode” or “LED”. I do.
[0003]
[Prior art]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-181394
FIG. 9 shows an example of a conventional flip-chip type light emitting diode. FIG. 9 is a sectional view showing an example of a conventional flip-chip type light emitting diode. As shown in FIG. 9, in the flip-chip type LED 51, a gold-plated circuit pattern 54 on an alumina substrate 55 is connected to two electrodes on the lower surface of the light-emitting element 52 via gold bumps 53, respectively. Are connected by gold-plated circuit patterns 54. In consideration of heat dissipation, a structure in which the metal leads 56 are directly connected by the gold bumps 53 is desirable, but such a gap can be narrowed only to about the thickness of the member. Therefore, a two-stage structure as shown in FIG. 9 is unavoidable. However, in this structure, since the escape path of the heat generated by the light-emitting element 52 is thin, the heat-dissipating property is still insufficient, and the light-emitting element which flows a large current is also required. It is not possible to cope with a light emitting element that generates a large amount of heat.
[0004]
In the technology described in Patent Document 1, although a device that emits the same light is an example of a laser diode (hereinafter abbreviated as “LD”), both positive and negative electrodes are provided on the same surface. In addition, since there is a step between the positive electrode and the negative electrode, soldering the submount (heat sink) as it is would cause the LD to be inclined, resulting in a small contact area and poor heat dissipation. . On the other hand, by providing the submount with substantially the same level difference as the LD, the LD can be soldered horizontally, the contact area between the positive and negative electrodes and the submount increases, and the Heat dissipation is improved.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the technology described in Patent Document 1 does not disclose a heat radiating means from the submount to the outside, and the LD and the submount are almost the same size. Thus, there is a problem that the temperature of the LD rises during light emission.
[0006]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a light emitting diode and a light emitting diode array plate which have sufficient heat dissipation and can cope with a light emitting element which generates a large amount of heat, such as a light emitting element flowing a large current. Things.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The LED according to the first aspect of the present invention includes a light emitting element, a ceramic substrate having high thermal conductivity, and a radiator plate, wherein the ceramic substrate is fixed on the radiator plate, and the light emission is provided on the ceramic substrate. The element is mounted, and the contact between the ceramic substrate and the radiator plate includes a range of a back surface of the ceramic substrate at a position where the light emitting element is mounted.
[0008]
Here, as ceramics having high thermal conductivity, aluminum nitride (AlN) and the like are available.
[0009]
Thus, heat generated when the light emitting element emits light is immediately transmitted to the ceramic substrate having high thermal conductivity, further transmitted to the heat radiating plate, and radiated from the surface of the heat radiating plate into the air. As described above, since the LED according to the present invention transmits heat from the entire ceramic substrate on which the light emitting element is mounted, the LED has extremely excellent heat dissipation. In addition, since the ceramic substrate and the radiator plate are in contact with each other including the area of the back surface at the position where the light emitting element is mounted, heat is more quickly transmitted to the radiator plate.
[0010]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0011]
An LED according to a second aspect of the present invention is the LED according to the first aspect, wherein the light emitting element is mounted on the ceramic substrate in a flip structure.
[0012]
Therefore, the positive and negative electrodes provided on the lower surface of the light emitting element are directly mounted on the electrode portions of the circuit pattern formed on the ceramic substrate having high thermal conductivity via gold bumps or the like, so that the structure having extremely excellent heat dissipation is provided. It becomes.
[0013]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0014]
An LED according to a third aspect of the present invention is the LED according to the first or second aspect, wherein the heat radiating plate is made of metal and is bent in a waveform outside the ceramic substrate.
[0015]
Therefore, the corrugated portion of the metal radiator plate serves as a radiator fin, and the radiator further improves the heat radiation.
[0016]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0017]
An LED according to a fourth aspect of the present invention is the LED according to any one of the first to third aspects, wherein a plurality of through holes are formed in the heat sink.
[0018]
Thereby, the convection of the air around the heat sink is improved, and the heat dissipation of the heat sink is further improved.
[0019]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0020]
An LED according to a fifth aspect of the present invention is the LED according to any one of the first to fourth aspects, wherein the heat radiating plate is made of metal, and a cut is made in the heat radiating plate to be bent with respect to the heat radiating plate. Radiating fins are formed.
[0021]
The heat radiation fins and the through-holes of the bent heat radiation fins combine to increase the surface area of the heat radiation plate and improve the convection of the air around the heat radiation plate, thereby dramatically improving the heat radiation of the heat radiation plate. The heat of the light emitting element is more efficiently dissipated into the air.
[0022]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0023]
An LED array plate according to the invention of claim 6, further comprising: a light emitting element, a ceramic substrate having high thermal conductivity, and a heat sink on a circuit board having a through hole formed therein, wherein the ceramic substrate is provided on the heat sink. Is fixed, the light emitting element is mounted on the ceramic substrate, and the contact between the ceramic substrate and the heat sink includes a range of a back surface of the ceramic substrate at a position where the light emitting element is mounted. One or more diodes are provided.
[0024]
Thus, heat generated when the light emitting element emits light is immediately transmitted to the ceramic substrate having high thermal conductivity, further transmitted to the heat radiating plate, and radiated from the surface of the heat radiating plate into the air. As described above, since the LED of the LED array plate according to the present invention transmits heat from the entire ceramic substrate on which the light emitting element is mounted, the LED has extremely excellent heat dissipation. In addition, since the ceramic substrate and the radiator plate are in contact with each other including the area of the back surface at the position where the light emitting element is mounted, heat is more quickly transmitted to the radiator plate.
[0025]
In this way, an LED array plate having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0026]
8. The LED according to claim 7, wherein a through hole having a portion confined to the circuit board is formed, a ceramic substrate having high thermal conductivity is bridged to the constricted portion, and a circuit pattern of the ceramic substrate and the circuit are formed. Conduction with the circuit pattern of the substrate is taken, a light emitting element is mounted on the circuit pattern of the ceramic substrate, and a heat sink slightly smaller than the through hole on the lower surface of the ceramic substrate does not contact the edge of the through hole. Is fixed as described above.
[0027]
With this structure, conduction from the light emitting element to the power supply line of the circuit board is achieved, and heat generated during light emission is transmitted through the entire ceramic substrate having high thermal conductivity and transmitted to the heat sink fixed to the lower surface of the ceramic substrate. You. Since the heat sink is much larger than the light emitting element and has a larger surface area, the heat emitted from the light emitting element is dissipated into the air from the heat sink.
[0028]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0029]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an LED array board, wherein a plurality of the LEDs according to the seventh aspect are arranged on the circuit board.
[0030]
As a result, LEDs with excellent heat dissipation can be integrated on the circuit board, and the circuit board does not play the role of heat dissipation, so arrange the LEDs in the number, arrangement, and interval according to the purpose of use of the LED array board. Thus, an optical system according to the purpose of use can be attached to each light emitting element.
[0031]
In this way, an LED array plate in which LEDs having excellent heat dissipation properties can be arranged on a circuit board according to the purpose of use.
[0032]
According to a ninth aspect of the present invention, in the LED or the LED array plate according to the seventh or eighth aspect, a plurality of small through holes are formed in the heat sink.
[0033]
Thereby, the heat radiation effect of the heat radiation plate is further increased, and the LED and the LED array plate having further excellent heat radiation properties are obtained.
[0034]
An LED or an LED array plate according to a tenth aspect of the present invention is the LED or the LED array plate according to the seventh or eighth aspect, wherein the heat sink is made of metal, and a cut is made in the heat sink to be bent with respect to the heat sink. Radiating fins are formed.
[0035]
Thereby, the heat radiation effect of the heat radiation plate is further increased, and the LED and the LED array plate having further excellent heat radiation properties are obtained.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0037]
Embodiment 1
First, a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a plan view showing the entire configuration (both ends are omitted) of the light emitting diode according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a plan view showing a state where the ceramic substrate is removed from FIG. (c) is a sectional view showing an AA section of (a). FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 2B, illustrating the entire configuration (both ends are omitted) of the light emitting diode according to the modification of the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a bottom view. FIG. 3 is a side view showing the entire configuration (both ends are omitted) of a light emitting diode according to another modification of the first embodiment of the present invention.
[0038]
As shown in FIG. 1B, the heat sink 6 and the power supply terminals 5a and 5b are separately formed by pressing the same member, and the power supply terminals 5a and 5b are connected to a power supply (not shown). . As shown in FIG. 1A, an AlN ceramic substrate (hereinafter, also abbreviated as “AlN substrate”) 3 having four corners punched out by quarter circles is bonded and fixed thereon. Circuit patterns 4a and 4b are formed on the AlN substrate 3 by silver plating. The circuit patterns 4a and 4b are wrapped around from the side surface to the back surface at the upper right corner and the lower left corner, and reach the positions where they come into contact with the electrode bonding portions 8a and 8b.
[0039]
Then, as shown in FIG. 1C, the light emitting element 2 is mounted on the circuit patterns 4 a and 4 b of the AlN substrate 3 via a plurality of gold bumps 9. In addition, a lens system (not shown) is provided around the light emitting element 2, and collects light emitted from the light emitting surface of the light emitting element 2. With the above configuration, power to the light emitting element 2 is supplied from the power supply (not shown) by the plurality of gold bumps 9, the circuit patterns 4a and 4b, the electrode bonding portions 8a and 8b, and the power supply circuits 5a and 5b from the positive and negative electrodes on the lower surface. Thus, the light emitting element 2 emits light. At this time, the heat generated from the light emitting element 2 is transmitted from the plurality of gold bumps 9 to the circuit patterns 4a and 4b, and is transmitted through the entire AlN substrate 3 as a ceramic substrate having high thermal conductivity, and is transmitted from the heat radiation plate 6 to the air. Dissipated to
[0040]
Here, the heat radiating plate 6 is in contact with the rear surface position of the AlN substrate 3 where the light emitting element 2 is mounted, and is in contact with most of the lower surface area of the AlN substrate 3 to achieve efficient external Heat dissipation has been achieved.
[0041]
As described above, by mounting the light emitting element 2 on the AlN substrate 3 which is a ceramic substrate having high thermal conductivity, the same structure as that of mounting the light emitting element 2 by directly connecting the thick metal leads with the gold bumps 9 is provided. Heat dissipation will be obtained. Further, a gap between the light emitting element 2 and the AlN substrate 3 may be filled with a heat conductive material.
[0042]
In this manner, the LED 1 of the first embodiment has a sufficient heat radiation property and can cope with a light-emitting element having a large amount of heat generation, such as a light-emitting element that flows a large current.
[0043]
Next, an LED according to a modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2, the LED 15 according to the modification of the first embodiment is exactly the same as the LED 1 in the structure above the heat sink 6. In addition, a lens system (not shown) is provided around the light emitting element 2, and the same applies to the point that light emitted from the light emitting surface of the light emitting element 2 is collected.
[0044]
The difference is that, as shown in FIG. 2, a pin radiator plate 13 is adhered to the back surface of the radiator plate 6. The pin radiating plate 13 is provided with ten radiating pins 14. Since the pin radiating plate 13 is located directly below the light emitting element 2, the heat generated when the light emitting element 2 emits light can be more quickly. From the air. In addition, this can reduce the localization of heat near the heat source.
[0045]
Next, an LED according to another modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the LED 11 according to another modification of the first embodiment is exactly the same as the LED 1 in the structure above the AlN substrate 3. In addition, a lens system (not shown) is provided around the light emitting element 2, and the same applies to the point that light emitted from the light emitting surface of the light emitting element 2 is collected.
[0046]
The difference is that the heat radiating plate 12 made of a copper alloy plate to which the AlN substrate 3 is bonded and fixed is bent in a waveform outside the AlN substrate 3 to form the heat radiating fins 12a. As a result, when the heat generated when the light emitting element 2 emits light is transmitted from the two gold bumps 9 to the circuit patterns 4a and 4b and transmitted through the entire AlN substrate 3 to the heat radiating plate 12, it is viewed from the front. Although the area of the heat radiating plate 12 does not change, the actual area of the heat radiating plate 12 can be increased so that the heat is radiated from the heat radiating fins 12a into the air more quickly.
[0047]
In this manner, the LED 11 according to the modification of the first embodiment can quickly radiate the heat emitted from the light emitting element 2 and can emit a large amount of heat, such as a light emitting element flowing a large current. Can respond.
[0048]
Embodiment 2
Next, a light emitting diode according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the entire configuration (both ends are omitted) of the light emitting diode according to the second embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and a part of the description will be omitted.
[0049]
As shown in FIG. 4, the LED 21 according to the second embodiment includes a convex lens 22 made of glass. The structure from the light emitting element 2 covered with the glass lens 22 to the AlN substrate 3 is exactly the same as the LED 1 of the first embodiment. On the lower surface of the glass lens 22, a minimum necessary space for accommodating the light emitting element 2 and the two gold bumps 9 and a resin injection hole 24 are provided. Here, the portion of the left end 22a of the glass lens 22 is not attached at first, and the resin injection hole 24 penetrates outside.
[0050]
The glass lens 22 is covered in a state where the AlN substrate 3 is adhered and fixed to the heat radiating plate 6. Sealing glass (frit) is applied to a bonding portion between the glass lens 22, the AlN substrate 3, and the heat radiating plate 6, and a high temperature ( (Around 400 ° C.). The mounted light-emitting element 2 can withstand the high temperature of about 400 ° C., and the light-emitting characteristics do not deteriorate at all. After cooling, a transparent silicone resin 23 as a light-transmitting resin is injected from the resin injection hole 24, and the space is filled to seal the light emitting element 2. Thereafter, the transparent silicone resin 23 is heat-cured, and the left end 22a of the glass lens 22 is adhered to complete the LED 21 of the second embodiment.
[0051]
Since the LED 21 manufactured in this manner uses the glass lens 22 having a low coefficient of thermal expansion as a condensing lens, the LED 21 has good compatibility with the AlN substrate 3 also having a low coefficient of thermal expansion. 3 and the glass lens 22 do not peel off.
[0052]
Note that the light emitting element 2 is a blue light emitting element, and a phosphor that emits yellow fluorescence when irradiated with blue light is mixed with the transparent silicone resin 23 so that the blue light and the yellow light are mixed to emit white light. You can also. Further, the transparent silicone resin 23 is used as the light transmitting resin for sealing the light emitting element 2 and the gold bump 9, but other resin materials such as a transparent epoxy resin may be used.
[0053]
In this manner, the LED 21 of the second embodiment has excellent light-collecting properties, is resistant to sudden temperature changes, has sufficient heat radiation properties, and generates a large amount of heat, such as a light-emitting element that flows a large current. It can correspond to many light emitting elements.
[0054]
Embodiment 3
Next, a light emitting diode according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the entire configuration (both ends are omitted) of the light emitting diode according to the third embodiment of the present invention. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and a part of the description will be omitted.
[0055]
As shown in FIG. 5, the LED 31 according to the third embodiment is different from the second embodiment in that the light-emitting element 2 is directly sealed with the low-melting glass 25 without a light-transmitting resin to form a convex lens. Although there are various types of low melting point glass 25, since the melting point is about 400 ° C., the mounted light emitting element 2 can withstand such a high temperature of about 400 ° C., and no deterioration of the light emitting characteristics occurs. . Although the low-melting glass 25 in the molten state has a higher viscosity than the light-transmitting resin, the light-emitting element 2 is mounted in a flip-chip structure with two gold bumps 9 and does not use wires, so that the lens is sealed. When pouring the low-melting glass 25 in a molten state into the stopper mold, there is no fear of disconnection or the like.
[0056]
In addition, since the low-melting glass 25 forms a strong adhesive structure with the AlN substrate 3 and the heat radiating plate 6 in a molten state like the sealing glass, it is not necessary to use the sealing glass.
[0057]
Since the LED 31 manufactured in this manner uses the low-melting glass lens 25 having a low coefficient of thermal expansion as a condensing lens, it has good compatibility with the AlN substrate 3 also having a low coefficient of thermal expansion. The AlN substrate 3 and the low-melting glass lens 25 do not peel off.
[0058]
As described above, the LED 31 according to the third embodiment is easy to manufacture, has excellent light-collecting properties, is resistant to a sudden temperature change, has sufficient heat dissipation, and is like a light-emitting element that flows a large current. It is possible to cope with a light emitting element which generates a large amount of heat.
[0059]
Embodiment 4
Next, a light emitting diode and a light emitting diode array plate according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a plan view showing an entire configuration of a light emitting diode and a part of a light emitting diode array plate according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 7 is a plan view showing an overall configuration of a light emitting diode according to a first modification of the fourth embodiment of the present invention. FIG. 8A is a plan view showing the entire configuration of a light emitting diode according to a second modification of the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and a part of the description will be omitted.
[0060]
As shown in FIG. 6, in the fourth embodiment, a plurality of through-holes 37a formed by connecting two rectangles to a glass epoxy substrate (hereinafter, also abbreviated as “glass epoxy substrate”) 37 are formed vertically and horizontally. Is established. Therefore, a portion where the rectangles are connected has a shape in which the through-hole 37a is constricted, and the through-hole 37a corresponds to a "through-hole having a constricted portion" in the present invention. The AlN substrate 3 is bridged to the constricted portion, and the light emitting element 2 is mounted on the surface circuit patterns 4a and 4b in a flip structure via a plurality of gold bumps (not shown).
[0061]
Further, the upper left corner of the circuit pattern 4a on the front surface and the lower right corner of the circuit pattern 4b on the front surface run from the side surface of the AlN substrate 3 to the back surface, and are soldered to the circuit pattern (not shown) on the front surface of the glass epoxy substrate 37 to conduct. And is fixed. A heat radiating plate 38 made of a copper alloy plate slightly smaller than the through hole 37a is adhered to the rear surface of the AlN substrate 3 by metallizing. In addition, a lens system (not shown) is provided around the light emitting element 2, and collects light emitted from the light emitting surface of the light emitting element 2.
[0062]
Thus, the LED 36 according to the fourth embodiment is formed, and the heat generated when the light emitting element 2 emits light is transmitted through the entire AlN substrate 3 having excellent thermal conductivity, further transmitted to the heat radiating plate 38, and Is released into the air from the surface. In this manner, the LED 36 of the fourth embodiment has a sufficient heat radiation property, and can cope with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0063]
The LEDs 36 are formed vertically and horizontally on the glass epoxy substrate 37 to form an LED array plate 35. Here, with the glass epoxy substrate 37, a plurality of LEDs can be arranged neatly, and a circuit arrangement of the plurality of LEDs can be easily and freely formed. Also, it is possible to easily attach an optical system such as a lens system to each light emitting element 2 according to the purpose of use.
[0064]
Next, an LED according to a first modification of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 7, the LED 41 according to the first modification of the fourth embodiment also has a through hole 37 a formed by connecting two rectangles to a glass epoxy substrate, and a portion where the rectangles are connected is penetrated. Since the hole 37a has a constricted shape, the AlN substrate 3 is bridged to the constricted portion, and the light emitting element 2 has a flip structure on the surface circuit patterns 4a and 4b via a plurality of gold bumps (not shown). Mounted.
[0065]
Further, the upper left corner of the circuit pattern 4a on the front surface and the lower right corner of the circuit pattern 4b on the front surface run from the side surface of the AlN substrate 3 to the back surface, and are soldered to the circuit pattern (not shown) on the front surface of the glass epoxy substrate 37 to conduct. And is fixed. On the back surface of the AlN substrate 3, a heat radiating plate 42 made of a copper alloy plate slightly smaller than the through hole 37a is soldered. In addition, a lens system (not shown) is provided around the light emitting element 2, and collects light emitted from the light emitting surface of the light emitting element 2.
[0066]
Here, a large number of substantially circular small through holes 43 are formed in the heat dissipation plate 42 made of a copper alloy plate. Thereby, the convection of the air around the heat radiating plate 42 is improved, the heat radiating property of the heat radiating plate 42 is further improved, and the heat of the light emitting element 2 transmitted through the AlN substrate 3 is more efficiently radiated into the air. The shape of the plurality of small through-holes 43 is not limited to a circle, but may be another shape.
[0067]
By arranging a plurality of such LEDs 41 on the glass epoxy board, an LED array plate having more excellent heat dissipation can be obtained. In this manner, the heat radiation effect of the heat radiation plate 42 is further enhanced, and the LED and the LED array plate having further excellent heat radiation properties are obtained.
[0068]
Next, an LED according to a second modification of the fourth embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the LED 46 according to the second modification of the fourth embodiment also has a through hole 37 a formed by connecting two rectangles to the glass epoxy substrate 37, and the portion where the rectangles are connected is Since the through hole 37a has a constricted shape, the AlN substrate 3 is bridged to the constricted portion, and the light emitting element 2 is flipped over the circuit patterns 4a and 4b on the surface via two gold bumps (not shown). Mounted in a chip structure.
[0069]
Further, the upper left corner of the circuit pattern 4a on the front surface and the lower right corner of the circuit pattern 4b on the front surface run from the side surface of the AlN substrate 3 to the back surface, and are soldered to the circuit pattern (not shown) on the front surface of the glass epoxy substrate 37 to conduct. And is fixed. A heat radiating plate 47 made of a copper alloy plate slightly smaller than the through hole 37a is adhered to the rear surface of the AlN substrate 3 by metallizing. In addition, a lens system (not shown) is provided around the light emitting element 2, and collects light emitted from the light emitting surface of the light emitting element 2.
[0070]
Here, the heat radiating plate 47 is formed with cuts leaving one side of a large number of rectangles, and is bent substantially vertically downward at one side to form a large number of heat radiating fins 49. The heat radiation fins 49 and the rectangular through-holes 48 formed by bending the heat radiation fins 49 together increase the surface area of the heat radiation plate 47 and improve the convection of air. The heat of the light emitting element 2 which has increased dramatically and transmitted through the AlN substrate 3 is more efficiently dissipated into the air. The shape of the radiation fins 49 is not limited to a rectangle, but may be another shape.
[0071]
By arranging a plurality of such LEDs 46 on the glass epoxy board, an LED array plate having more excellent heat dissipation can be obtained. Thus, the heat radiating effect of the heat radiating plate 47 is further enhanced, and the LED and the LED array plate having further excellent heat radiating properties are obtained.
[0072]
In each of the above-described embodiments, the circuit patterns 4a and 4b are formed by silver plating having a high blue reflectance because a blue light-emitting element is used as the light-emitting element 2. It may be used. When a red light emitting element is used, it is desirable to form a circuit pattern by gold plating having high red reflectance.
[0073]
In each of the above embodiments, the case where the AlN (aluminum nitride) ceramic substrate 3 is used as the ceramic substrate has been described, but any ceramic substrate having a high thermal conductivity may be used. .
[0074]
Further, the substrate used for the light emitting diode array plate is not limited to the glass epoxy substrate, but may be another material such as a ceramic substrate.
[0075]
The configuration, shape, quantity, material, size, connection relationship, and the like of the light emitting diode and other portions of the light emitting diode array plate are not limited to the above embodiments.
[0076]
【The invention's effect】
As described above, the LED according to the first aspect of the present invention includes a light emitting element, a ceramic substrate having high thermal conductivity, and a radiator plate, and the ceramic substrate is fixed on the radiator plate. The light emitting element is mounted on a substrate, and a contact between the ceramic substrate and the heat sink includes a range of a back surface of the ceramic substrate at a position where the light emitting element is mounted.
[0077]
Here, as ceramics having high thermal conductivity, aluminum nitride (AlN) and the like are available.
[0078]
Thus, heat generated when the light emitting element emits light is immediately transmitted to the ceramic substrate having high thermal conductivity, further transmitted to the heat radiating plate, and radiated from the surface of the heat radiating plate into the air. As described above, since the LED according to the present invention transmits heat from the entire ceramic substrate on which the light emitting element is mounted, the LED has extremely excellent heat dissipation. In addition, since the ceramic substrate and the radiator plate are in contact with each other including the area of the back surface at the position where the light emitting element is mounted, heat is more quickly transmitted to the radiator plate.
[0079]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0080]
An LED according to a second aspect of the present invention is the LED according to the first aspect, wherein the light emitting element is mounted on the ceramic substrate in a flip structure.
[0081]
Therefore, the positive and negative electrodes provided on the lower surface of the light emitting element are directly mounted on the electrode portions of the circuit pattern formed on the ceramic substrate having high thermal conductivity via gold bumps or the like, so that the structure having extremely excellent heat dissipation is provided. It becomes.
[0082]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0083]
An LED according to a third aspect of the present invention is the LED according to the first or second aspect, wherein the heat radiating plate is made of metal and is bent in a waveform outside the ceramic substrate.
[0084]
Therefore, the corrugated portion of the metal radiator plate serves as a radiator fin, and the radiator further improves the heat radiation.
[0085]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0086]
An LED according to a fourth aspect of the present invention is the LED according to any one of the first to third aspects, wherein a plurality of through holes are formed in the heat sink.
[0087]
Thereby, the convection of the air around the heat sink is improved, and the heat dissipation of the heat sink is further improved.
[0088]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0089]
An LED according to a fifth aspect of the present invention is the LED according to any one of the first to fourth aspects, wherein the heat radiating plate is made of metal, and a cut is made in the heat radiating plate to be bent with respect to the heat radiating plate. Radiating fins are formed.
[0090]
The heat radiation fins and the through-holes of the bent heat radiation fins combine to increase the surface area of the heat radiation plate and improve the convection of the air around the heat radiation plate, thereby dramatically improving the heat radiation of the heat radiation plate. The heat of the light emitting element is more efficiently dissipated into the air.
[0091]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0092]
An LED array plate according to the invention of claim 6, further comprising: a light emitting element, a ceramic substrate having high thermal conductivity, and a heat sink on a circuit board having a through hole formed therein, wherein the ceramic substrate is provided on the heat sink. Is fixed, the light emitting element is mounted on the ceramic substrate, and the contact between the ceramic substrate and the heat sink includes a range of a back surface of the ceramic substrate at a position where the light emitting element is mounted. One or more diodes are provided.
[0093]
Thus, heat generated when the light emitting element emits light is immediately transmitted to the ceramic substrate having high thermal conductivity, further transmitted to the heat radiating plate, and radiated from the surface of the heat radiating plate into the air. As described above, since the LED of the LED array plate according to the present invention transmits heat from the entire ceramic substrate on which the light emitting element is mounted, the LED has extremely excellent heat dissipation. In addition, since the ceramic substrate and the radiator plate are in contact with each other including the area of the back surface at the position where the light emitting element is mounted, heat is more quickly transmitted to the radiator plate.
[0094]
In this way, an LED array plate having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0095]
8. The LED according to claim 7, wherein a through hole having a portion confined to the circuit board is formed, a ceramic substrate having high thermal conductivity is bridged to the constricted portion, and a circuit pattern of the ceramic substrate and the circuit are formed. Conduction with the circuit pattern of the substrate is taken, a light emitting element is mounted on the circuit pattern of the ceramic substrate, and a heat sink slightly smaller than the through hole on the lower surface of the ceramic substrate does not contact the edge of the through hole. Is fixed as described above.
[0096]
With this structure, conduction from the light emitting element to the power supply line of the circuit board is achieved, and heat generated during light emission is transmitted through the entire ceramic substrate having high thermal conductivity and transmitted to the heat sink fixed to the lower surface of the ceramic substrate. You. Since the heat sink is much larger than the light emitting element and has a larger surface area, the heat emitted from the light emitting element is dissipated into the air from the heat sink.
[0097]
In this manner, an LED having sufficient heat dissipation and capable of coping with a light emitting element having a large amount of heat generation, such as a light emitting element flowing a large current.
[0098]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an LED array board, wherein a plurality of the LEDs according to the seventh aspect are arranged on the circuit board.
[0099]
As a result, LEDs with excellent heat dissipation can be integrated on the circuit board, and the circuit board does not play the role of heat dissipation, so arrange the LEDs in the number, arrangement, and interval according to the purpose of use of the LED array board. Thus, an optical system according to the purpose of use can be attached to each light emitting element.
[0100]
In this way, an LED array plate in which LEDs having excellent heat dissipation properties can be arranged on a circuit board according to the purpose of use.
[0101]
According to a ninth aspect of the present invention, in the LED or the LED array plate according to the seventh or eighth aspect, a plurality of small through holes are formed in the heat sink.
[0102]
Thereby, the heat radiation effect of the heat radiation plate is further increased, and the LED and the LED array plate having further excellent heat radiation properties are obtained.
[0103]
An LED or an LED array plate according to a tenth aspect of the present invention is the LED or the LED array plate according to the seventh or eighth aspect, wherein the heat sink is made of metal, and a cut is made in the heat sink to be bent with respect to the heat sink. Radiating fins are formed.
[0104]
Thereby, the heat radiation effect of the heat radiation plate is further increased, and the LED and the LED array plate having further excellent heat radiation properties are obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a plan view showing the entire configuration (both ends are omitted) of a light emitting diode according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a state in which a ceramic substrate is removed from FIG. FIG. 2C is a plan view, and FIG. 2C is a cross-sectional view illustrating the AA cross section of FIG.
FIG. 2A is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 2B, illustrating an entire configuration (both ends are omitted) of a light-emitting diode according to a modification of the first embodiment of the present invention, and FIG. It is.
FIG. 3 is a side view showing an overall configuration (both ends are omitted) of a light emitting diode according to another modification of the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating an entire configuration (both ends are omitted) of the light emitting diode according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the entire configuration (both ends are omitted) of the light emitting diode according to the third embodiment of the present invention;
FIG. 6 is a plan view showing an entire configuration of a light emitting diode and a part of a light emitting diode array plate according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a plan view showing an overall configuration of a light emitting diode according to a first modification of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8A is a plan view showing an entire configuration of a light emitting diode according to a second modification of the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
FIG. 9 is a sectional view showing an example of a conventional flip-chip type light emitting diode.
[Explanation of symbols]
1,11,21,31,36,41,46 Light emitting diode
2 Light-emitting element
3 Ceramic substrate
4a, 4b Circuit pattern of ceramic substrate
6,12,38,42,47 Heat sink
12a waveform
35 Light emitting diode array board
37 circuit board
37a through-hole with constricted part
43 Multiple small through holes
49 Heat radiation fins

Claims

A light emitting element,
A ceramic substrate having high thermal conductivity,
With a heat sink,
The ceramic substrate is fixed on the heat sink, the light emitting element is mounted on the ceramic substrate, and the contact between the ceramic substrate and the heat sink is mounted with the light emitting element of the ceramic substrate. A light-emitting diode comprising a range of a back surface of a position.

The light emitting diode according to claim 1, wherein the light emitting element is mounted on the ceramic substrate in a flip structure.

The light emitting diode according to claim 1, wherein the heat radiating plate is made of metal, and is bent in a waveform outside the ceramic substrate.

The light emitting diode according to claim 1, wherein a plurality of through holes are formed in the heat sink.

The radiator plate is made of metal, and a radiator fin is formed by cutting the radiator plate and bending the radiator plate with respect to the radiator plate. A light-emitting diode according to claim 1.

A circuit board having a through hole, a light emitting element, a ceramic substrate having high thermal conductivity, and a radiator plate, wherein the ceramic substrate is fixed on the radiator plate; An element is mounted, and a contact between the ceramic substrate and the radiator plate is provided with one or more light emitting diodes that include a range of a back surface of the ceramic substrate at a position where the light emitting element is mounted. LED array plate.

A through-hole having a portion confined to the circuit board is formed, and a high thermal conductive ceramic substrate is bridged to the constricted portion, and conduction between the circuit pattern of the ceramic substrate and the circuit pattern of the circuit board is taken. A light emitting element is mounted on a circuit pattern of the ceramic substrate, and a heat sink slightly smaller than the through hole is fixed to a lower surface of the ceramic substrate so as not to contact an edge of the through hole. Light emitting diode.

A light-emitting diode arrangement plate, wherein a plurality of the light-emitting diodes according to claim 7 are arranged on the circuit board.

The light emitting diode according to claim 7 or the light emitting diode array plate according to claim 8, wherein a plurality of small through holes are formed in the heat sink.

The light emitting diode or the light emitting diode according to claim 7, wherein the heat radiating plate is made of metal, and a heat radiating fin is formed by cutting the heat radiating plate and bending the heat radiating plate. 3. A light emitting diode array plate according to item 1.