CN101501873A - Led器件和液晶显示器背板 - Google Patents

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Abstract

本发明的LED器件包括：包括铜和/或铝的衬底(102)设置在衬底上的类金刚石碳层(106)；形成在类金刚石碳层上的电路(108)；以及电连接到电路的LED芯片(110)。该LED可用作液晶显示器的背光光源。

Description

LED器件和液晶显示器背板
发明背景
发明领域
本发明涉及发光二极管(LED)。本发明的LED能用于液晶显示器(LCD)的背板(back panel)。
技术背景
LED被认为是下一代光源。LED的可能应用包括照明、液晶显示器的背光、汽车仪表盘显示器、光盘等。
在电气设备中使用LED时，必须解决由热引起的问题。当供给大功率量时，LED芯片的温度会显著增加。
在将大功率量供给到光源的可能较小的安装区域的情况下，存在的风险是LED芯片会储存热而且温度会升高。此外，即使在此热被传送至其上安装了LED芯片的导热衬底的情况下，该衬底储存热而使温度升高，从而存在的风险是LED芯片的温度也可能升高。
必须将LED芯片中产生的热适当地释放到外界，以防止LED芯片的温度过度升高，以使LED照明器件高效地发射大量光。
美国专利申请公开(2005-276052)公开了照明系统，其中在诸如AIN、GaN、或SiC之类的陶瓷表面上设置了类金刚石碳(DLC)用于散热。
然而，对LED器件的各种需求仍然存在，尤其是在显示器应用中使用LED器件的情况下，诸如LCD的背光。这些需求包括：(1)更大热导率(2)生产成本的降低、以及(3)更大尺寸的适用性。
发明内容
本发明的目的是提供一种LED器件，其中该LED器件的衬底具有高热导率，该LED器件能被经济地制造，以及能容易地制造大面积的LED器件。
本发明的一个实施例是一种LED器件，包括：包括铜和/或铝的衬底；设置在衬底上的类金刚石碳层；形成在类金刚石碳层上形成的电路；以及安装在衬底上并电连接到电路的LED芯片。
本发明的另一实施例是液晶显示器的背板，其中LED器件被用作光源。
本发明进一步提供一种形成LED器件的方法，包括：提供包括铜和/或铝的衬底；提供设置在衬底上的类金刚石碳层；在类金刚石碳层上形成电路；以及将LED芯片电连接到电路。
能容易地以低成本制造由诸如铜或铝或其合金之类的金属或合金制成的衬底。此外，与陶瓷相比，这样的金属或合金材料具有高热导率。此外，通过使用金属或合金衬底能容易地制造大LED面板。就诸如面板大小不断增大的液晶显示器(LCD)之类的显示器应用而言，此作用非常有益。
此外，类金刚石碳设置在衬底表面上，由于DLC的高效散热和传热而导致更高的热导率。
附图简述
图1是本发明的LED器件的一个实施例。
图2是本发明的LED器件的另一个实施例。
图3是本发明的LED器件的又一个实施例。
发明具体描述
本发明具有高热导率、较低成本、以及容易处理的优点，以及通过将铝和/或铜用作为衬底和将类金刚石碳(DLC)用作为衬底与连接到LED芯片的电路之间的中间层来大规模大面积制造的能力。
GaN、AlN和SiC的热导率分别是130W/m-K、170-230W/m-K以及120W/m-K，而Al和铜的热导率分别是150-230W/m-K和400W/m-K。通过使用高热导率的金属或合金，能增强LED器件的热管理性能。
一般而言，金属或合金板的生产成本并不昂贵。这意味着材料成本较低，从而导致LED器件的器件成本较低。由于金属和合金的机械强度(韧性，不像陶瓷一样易碎)，更容易通过诸如切割之类的手段来加工金属或合金衬底，从而能实现较低的制造成本。而且，更容易制造较大尺寸的金属或合金衬底，而陶瓷的面板大小通常被限制为4.5平方英寸。
例如，可通过：提供包括铜和/或Al的衬底；在衬底上形成DLC层；在DLC层上形成电路；在DLC层上形成电路；和在其上安装LED芯片以及将LED芯片电连接到电路来制造本发明的LED器件。
1.衬底
本发明的衬底包括铜和/或Al。该衬底可以是铝板、铜板、含铝的合金板或含铜的合金板。在本发明中能使用导电衬底。在衬底含Al的情况下，优选通过氧气阳极化DLC层方向上的表面。
含铝合金包括但不限于铝-铜、铝-锰、铝-硅、铝-镁、铝-镁-硅、铝-锌-镁以及铝-锌-镁-铜。含铜合金包括但不限于铜-镍、铜-镍-硅、铜-锡、铜-铬-锆-锌、铜-铁-磷、铜-镍-锡-磷、铜-钼、铜-钴、铜-铁、铜-铬、铜-钼-镍、铜-钼-铬、铜-钼-钴、以及铜-钼-铁。
2.DLC层
在本发明中能使用各种类型的DLC。就高效散热而言，优选使用具有高热导率的DLC。作为一种制造DLC的方法，可参考JP H10-072285，JP2002-115080，US2005-0260411。然而，除这些参考文献外还可参考其它参考文献。
可用化学汽相沉积(CVD)工艺形成DLC层。在CVD工艺中，可通过能量源离解或激活气相的前体分子以形成诸如活性自由基、离子、或原子之类的活性品类。
CVD工艺可通过包括诸如氧乙炔喷枪源或等离子体喷枪源之类的燃烧火焰源的能量源在大气压(约760托)或更高压力下进行。等离子体喷枪源可包括直流(DC)等离子体电弧喷射源(arc jet source)。
CVD工艺可通过包括诸如热灯丝(HF)源之类的热源的能量源在大气压(约760托)或更低压力下进行。HF源可包括单个灯丝或多个灯丝。
CVD工艺可通过包括诸如放电源或等离子体源之类的电子或离子轰击源的能量源在大气压(约760托)或更低压力下进行。
可通过其它方法形成DLC层。例如，可通过物理汽相沉积(PVD)工艺来形成DLC层。优选基于DLC层的期望厚度和物理性质确定PVD的条件。
3.电路
可利用诸如银、铜、铝等等之类的导电金属形成电路。就焊料浸出阻力而言，银是组成电路的优选导电金属。可用多种方法形成电路。形成电路的方法不限于本发明。这样的方法包括涂敷厚膜涂胶(thick film paste)、转移导电带、以及对预先形成的基底导电图案电镀。在涂敷浆料之后固化或烧制厚膜浆料。例如，在低于300℃的温度下固化厚膜浆料。或者，在高于300℃的温度下烧制厚膜浆料。
在本发明中能使用可买到的商用厚膜浆料。例如，从E.I.内穆尔杜邦公司(E.I.du Pont de Nemours and Company)可得到这样的厚膜浆料。
电镀的示例包括，例如，自催化无电电镀和直接镀铜。
4.LED芯片
LED芯片安装在上述层上。有若干种安装模式。
图1示出本发明的一个实施例。图1上的LED器件包括：衬底102；形成在衬底102表面上的阳极化层104；设置在阳极化层104上的DLC层106；形成在DLC层106上的电路108；安装在阳极化层104上的LED芯片110；以及将LED芯片110与电路108电连接的引线接合112。在此实施例中，LED芯片110安装在阳极化层104的表面上。在未形成阳极化层104的情况下，LED芯片安装在衬底102的表面上。
图2示出本发明的另一实施例。在图2上的LED器件中，LED芯片110安装在DLC层106的表面上。
当LED芯片110安装在DLC层106的表面上时，来自LED芯片110的热可有效地扩散到具有高热导率的DLC层106中。
图3示出本发明的又一实施例。在此实施例中，LED芯片110倒装接合，且在没有使用引线接合的情况下与电路108连接。可使用导电粘合剂或焊料将LED芯片110粘接到电路108。导电粘合剂包括但不限于包括银粒子的导电浆料，比如环氧树脂。
作为将LED芯片接合到衬底的方法，即低共熔管芯粘接(eutecticdie-attach)，可使用基于聚合物的粘合剂或焊料。
示例
通过给出实际示例进一步具体描述本发明。然而，本发明的范围决不受这些实际示例限制。
为了研究本发明的性能，执行了以下实验。
1.导电电路的焊料浸出阻力
焊料浸出阻力是只要涉及电路通常就需要的一个基本特性。进行实验以确认本发明的LED器件具有令人满意的焊料浸出阻力。具体地说，将具有令人满意的焊料浸出阻力的四个样品与本发明的样品作比较。
(样品1)
将作为厚膜浆料的银浆料丝网印刷到DLC薄板的表面上，从而形成指定的导电图案。在150℃下将浆料干燥10分钟，然后在200℃下使其固化30分钟。随后为了引线接合对样品镀金。在表1中示出了银浆料和导电图形的组分。
[表1]
 
浆料 丝网/图案
可镀聚合物银浆料无玻璃的黏度：40.6Pa·s@10rpm，365Pa·s@0.5rpm PH-0网格数325乳剂15μm不锈钢
(对照样品2-5)
通过将厚膜浆料丝网印刷到氧化铝板上制备了四种现有样品(QS174、5164N、6179A、6177T)作为参考。
将样品1和对照样品2-5浸入63锡/37铅液体中5秒钟。重复此浸入直到发生焊料浸出。
为了确定焊料浸出阻力，测量了蜿蜒状图案的电阻。当它短路时标识出发生焊料浸出的失效点。
[表2]
 
直到出现失效的浸入次数
对照样品1 4
对照样品2 4
对照样品3 6
对照样品4 8
样品1 10
如表2中所示，本发明比常规组合表现出更好的焊料浸出阻力。
2.可靠性测试
将测试其中电路建立在涂覆DLC的衬底上的样品以验证电路材料的可靠性。我们期望可靠性测试相比于现有技术将表现出优越性能。
典型的可靠性项目包括：
(1)温度条件
(2)湿度条件
(3)腐蚀测试
封装在声明要求保护的电路/衬底上的LED样品也将经受可靠性测试。另外的测试项目可包括：
(1)寿命特性
(2)电流条件
(3)机械振动条件
3.热管理性能测试
以将利用在本发明中要求保护的结构的LED器件的热管理性能与其它商用衬底和封装结构的热管理性能作比较的方式来测试样品。
我们期望本发明表现出优越的热管理性能，包括优秀的热传导性质，产生相比于其它商用衬底和封装结构更好的器件(LED器件或最终用途)质量(即更长寿命、发射效率等)。

Claims (8)

1.一种LED器件，包括：
包括铜和/或铝的衬底；
在所述衬底上设置的类金刚石碳层；
在所述类金刚石碳层上形成的电路；以及
电连接到所述电路的LED芯片。
2.如权利要求1所述的LED器件，其特征在于，所述衬底从包括铜板、铝板、铜合金板以及铝合金板的组中选择。
3.如权利要求2所述的LED器件，其特征在于，所述衬底是铝板或铝合金板，且阳极化层在所述衬底和所述类金刚石碳层之间形成。
4.如权利要求1所述的LED器件，其特征在于，所述LED芯片引线接合至所述电路。
5.如权利要求1所述的LED器件，其特征在于，所述LED芯片倒装接合在所述电路的表面上。
6.如权利要求1所述的LED器件，其特征在于，所述LED芯片安装在所述类金刚石碳层上。
7.一种液晶显示器背板，其特征在于，如权利要求1所述的LED器件用作光源。
8.一种形成LED器件的方法，包括：
提供包括铜和/或铝的衬底；
提供在所述衬底上设置的类金刚石碳层；
形成在所述类金刚石碳层上形成的电路；以及
将LED芯片电连接到所述电路。
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Open date: 20090805