CN100517025C - 装备有发光二极管的背光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种装备有LED的背光装置。所述背光装置包括绝缘基板、多个LED封装件、上部散热板、以及下部散热板。绝缘基板设置有预定电路图案。LED封装件安装在绝缘基板的上方，并电连接于电路图案。上部散热板形成在所述绝缘基板上，并被构造成与电路图案相接触以及消散热量。下部散热板形成在所述绝缘基板上，并被构造成传输通过上部散热板传输的热量。所述上部散热板和下部散热板通过至少一个通孔彼此连接，并且所述通孔与所述上部散热板具有预定面积比。

Description

装备有发光二极管的背光装置
相关申请交叉参考
本申请要求于2006年3月6日提交的题为“其上设置有发光二极管的背光装置”的第10-2006-0021010号的韩国专利申请的优先权，其全部内容结合于本申请作为参考。
技术领域
本发明一般涉及安装在液晶显示器(LCD)中的背光装置，更具体地说，涉及能够有效地消散发光二极管(LED)所产生的大量热量的背光装置，所述发光二极管为光源。
背景技术
背光装置是安装在应用如下原理的LCD中并提供光线且从后面照射屏幕的装置，在该原理中，液晶根据所施加的电压改变它们的分子排列。尽管所述背光装置主要是由冷阴极管制成的，但是LED由于其在使用寿命、亮度、颜色再现方面的优点也已在用作背光装置方面引起注意。
与冷阴极管不同，当LED用作光源时，LED需要基板。由于LED在发射光线时发出大量热量，因此已使用具有卓越散热特性的金属芯基板(金属芯印刷电路板)。尽管金属芯基板具有卓越的散热特性，但是其非常昂贵。因此，金属芯基板的高成本是妨碍金属芯基板制成的背光装置具有成本竞争力的主要因素之一。因此，存在趋于使用相对便宜的环氧树脂绝缘基板的趋势。在图4中示出了传统背光装置的实例，其中LED安装在这样的绝缘基板上。
如图4中所示的，背光装置200包括绝缘基板210、多个LED封装件230、以及底盘250。
通过用铜箔覆盖环氧树脂FR4-芯并蚀刻该铜箔而在绝缘基板210上形成电路图案211和212。
每个LED封装件230都被安装成，使得LED芯片231直接连接于一个LED电极232并丝焊于另一个LED电极233。
LED芯片231和LED电极232、233被放置在塑料模制壳体234中，并且该壳体234由环氧树脂晶状体(lens)235覆盖。
LED封装件230被安装在绝缘基板210上，并被电连接于正电极和负电极，即，电路图案211和212。
底盘250是用具有卓越导热性的材料(诸如金属)制成的，并被放置在绝缘基板210的下面，并且它们之间放置有热垫270(heatpad)，以便于提供电绝缘并降低接触热阻。
在传统背光装置200中，当基板的厚度L为0.8mm、基板的导热系数K为0.35、以及基板的面积A为36mm2时，使用等式R＝L/KA获得的热阻为63.5K/W，这是非常高的。
因此，具有上述构造的传统背光装置显示出绝缘基板的非常弱的导热系数，因而难以有效地消除LED芯片产生的热量，导致LED芯片的温度不断地增加。因此，LED芯片发出的光量减少，出现波长的变化，并且LED芯片的可靠性降低，从而导致使用寿命减少。
发明内容
因此，在谨记现有技术中出现的上述问题的情况下提出本发明，本发明的一个目的在于，提供一种背光装置，该背光装置使用便宜的绝缘基板作为基板并可有效地消散LED芯片中产生的大量热量，所述LED芯片为光源。
为了实现上述目的，本发明提供了一种装备有LED的背光装置，该背光装置包括：绝缘基板，在其一个表面上设置有预定电路图案；多个LED封装件，它们安装在绝缘基板上方并电连接于电路图案；上部散热板，形成在所述绝缘基板的上表面上，并被构造成与电路图案相接触以及消散LED封装件中产生的热量；以及下部散热板，形成在所述绝缘基板的下表面上，并被构造成传输通过上部散热板传输的热量；其中所述上部散热板和下部散热板通过至少一个通孔彼此连接，所述至少一个通孔穿过所述绝缘基板并在其内壁上镀有电镀材料，并且所述通孔与所述上部散热板具有预定面积比，其中，所述通孔与所述上部散热板的面积比可在1∶10至1∶300的范围内。
所述上部散热板和所述下部散热板可由铜制成，每个上部散热板和所述下部散热板都具有约0.35μm的厚度。
绝缘基板可具有绝缘膜，并且所述绝缘膜可被构造成包覆住所述下部散热板的下表面并可通过溅射或喷射被涂覆。
绝缘膜可具有约0.35μm的厚度。
附图说明
从以下结合附图所作的详细描述中将更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，附图中：
图1是示出了根据本发明优选实施例的装备有LED的背光装置的示意图；
图2是放大的局部平面图，示出了图1背光装置的主要零件；
图3是沿图2的线A-A所截取的示意性局部截面图；以及
图4是示出了传统的装备有LED的背光装置的示意性局部截面图。
具体实施方式
现在参照附图进行描述，在描述中，所有不同附图中的相同附图标号都用于表示相同或相似的部件。
参照附图，下面将详细描述根据本发明优选实施例的装备有LED的背光装置。
如图1中所示的，根据本实施例的背光装置100包括背光组件和底盘150，该背光组件固定地安装在该底盘上，所述背光组件包括基板110和多个LED封装件130。
基板110是通过用铜箔覆盖环氧树脂FR4-芯(即，绝缘基板)并通过蚀刻工艺形成电路图案(未示出)而形成的。此外，基板110在其底表面上用绝缘材料薄薄地涂覆，从而形成不同于传统热垫的绝缘膜113。
由于使用除金属基板以外的绝缘基板作为基板110，因此降低了背光装置100的成本，并且也可降低其上安装有背光装置100的LCD的成本。
LED封装件130形成用于发出红光、绿光和蓝光的多组LED封装件，并且所述多组LED封装件根据设计被安装在基板110上。
底盘150是形成背光装置100的壳体的部件，并且是用具有卓越导热性的金属材料(诸如铝或铜)制造的。优选地，底盘150用铝材料制造以减小其重量。
使用紧固装置将基板110和底盘150牢固地彼此结合，所述紧固装置诸如穿过穿通基板110的拐角所形成的通孔115和155的螺栓120。
参照图2和图3更详细地描述背光装置100，图2和图3是背光装置100的主要部件的放大图。
图2和图3中所示的背光装置100包括基板110、多个LED封装件130和底盘150。
基板110是绝缘基板，并使用铜箔在其上表面上设置有电路图案111和112。通过用绝缘材料涂覆基板110而在基板底表面上形成绝缘膜113。在这种情况中，涂覆方法可为诸如溅射法和喷射法的各种方法中的一种。
此外，上部散热板114和下部散热板116分别形成在基板110的上、下表面上，以消散LED封装130中产生的热量。具体地，上部散热板114与电路图案111直接接触。
在本实施例中，由于用作绝缘膜113的绝缘材料可被形成为具有低于传统热垫的导热系数以及例如35μm的非常薄的厚度，因此，该绝缘膜可实现低热阻。
作为实例，具有约0.2mm厚度的传统热垫具有每单位面积约2×10-4W/K的热阻，而本实施例的绝缘膜113具有约5.8×10-5W/K的热阻，这相当于约71％的热阻降低。
以垂直于基板110的方式穿通基板110和上、下部散热板114、116形成两个通孔115。这两个通孔在其内表面上镀有铜，因此形成在基板110上、下表面上的上部、下部散热板114、116相互连接。因此，LED封装件130中产生的热量可通过上部散热板114传导到下部散热板116，之后可被散开到底盘150。
由于上部、下部散热板114、116是用具有卓越导热性的材料(诸如铜)制造的，因此散热效果与其面积成比例地增加了。优选地，结合考虑其它外部条件即，LED的数量和基板的总面积，将上部、下部散热板114、116的面积设计得尽可能大。
同时，由于通孔115仅在其内壁上镀有铜，但未填充有填料，因此可减小背光装置100的重量和成本。
在这种情况中，当通孔115的数量增加时，从上部散热板114传导到下部散热板116的热量增加，从而导致通过传导消散的热量增加。然而，在形成多个通孔115的情况下，上部散热板114的面积减小了，因而导致通过对流消散的热量减少。
因此，以使通过传导消散的热量和通过对流消散的热量可最大化的方式来形成通孔115是优选的。因此，在本实施例中，通孔115和上部散热板114被形成为使得它们的面积比约为1∶129。然而，优选地，该面积比在1∶10至1∶300的范围内。
每个LED封装130都包括LED芯片131、LED电极132和133、塑料模制壳体134以及晶状体135。
LED芯片131是用于发出红光、绿光和蓝光的器件，并被直接安装在LED电极132上且通过丝焊电连接于另一个LED电极133。
LED电极132被安装在形成于基板110上的电路图案111和112中的正电路图案111上，而LED电极133被安装在电路图案111和112中的负电路图案112上。
塑料模制壳体134保护LED芯片131以及LED电极132和133免受外部侵蚀，并且壳体134由环氧树脂透明晶状体135覆盖。
底盘150是用具有卓越导热性的材料(诸如金属)制成的，并被放置在绝缘基板110的下方。
在本实施例中，绝缘基板110的厚度约为0.8mm，上部、下部散热板114、116中的每个以及绝缘膜113的厚度都是0.35μm，绝缘膜113的面积约为36mm2，并且通孔115的直径约为0.3mm。
当根据上述尺寸计算热阻时，
R＝{1/R空气+1/R铜+1/R基板}-1
＝{(KA/L)空气+(KA/L)铜+(KA/L)基板}-1
＝{(0.03×0.0831×10-6)/(1.8×10-3)+(401×0.0582×10-6)/(0.8×10-3)+(0.35×35.8587×10-6)/(0.8×10-3)}-1
＝22.3K/W
该数值是相当于当使用相同基板时使用传统技术所获得的63.5K/W的热阻的约35％的数值，从中可看出热阻减小了65％。
根据本发明，由于绝缘基板用作背光装置的基板，因此可降低背光装置的成本，并且由于可使用散热板有效地消散热量，因此可增加LED的照明和使用寿命。
此外，使用非常薄的绝缘膜取代设在基板与底盘之间的传统热垫，因此显著地减小热阻，从而显著增加散热量。
此外，以适当比率确定散热板面积和通孔面积，从而使得由LED产生的热量的消散通过对流以及该散热板的传导而成为最优化的，因而使得散热最大化。
尽管出于示例性的目的已公开了本发明的优选实施例，但是本领域中技术人员应该理解的是，在不背离所附权利要求中所披露的本发明的保护范围和精神的情况下，各种修正、添加和替代都是可行的。

Claims (4)

1.一种装备有发光二极管的背光装置，所述背光装置包括：
绝缘基板，在其一个表面上设置有预定的电路图案；
多个LED封装件，安装在所述绝缘基板的上方并电连接于所述电路图案；
上部散热板，形成在所述绝缘基板的上表面上，并被构造成与所述电路图案相接触以及消散所述LED封装件中产生的热量；以及
下部散热板，形成在所述绝缘基板的下表面上，并被构造成传输通过所述上部散热板传输的热量；
其中所述上部散热板和所述下部散热板通过至少一个通孔彼此连接，所述至少一个通孔穿过所述绝缘基板并在所述通孔的内壁上镀有电镀材料，并且所述通孔与所述上部散热板具有预定面积比；
其中，所述通孔与所述上部散热板的面积比在1∶10至1∶300的范围内。
2.根据权利要求1所述的背光装置，其中所述上部散热板和所述下部散热板由铜制成，所述上部散热板和所述下部散热板中的每个都具有约0.35μm的厚度。
3.根据权利要求1所述的背光装置，其中所述绝缘基板的下表面上设置有绝缘膜，而且所述绝缘膜被构造成包覆住所述下部散热板的下表面，并且所述绝缘膜通过溅射或喷射被施加。
4.根据权利要求3所述的背光装置，其中，所述绝缘膜具有约0.35μm的厚度。
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