CN101997079B - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光装置，在具有密集安装有多个发光元件的发光元件群的发光装置中，使发光元件群的温度分布均匀化，提高发光效率及可靠性。发光装置(1)具备安装有多个发光元件(4)的安装基板(2)、设在其元件安装面(21)上的配线图形(3)、热通路(7)、和与其交叉的散热图形(8)。发光元件群具有中央群和周边群，热通路具有中央通路和周边通路，散热图形具有分别连接在中央通路及周边通路上的中央侧散热图形及周边侧散热图形，构成为，使中央通路及中央侧散热图形与周边通路及周边侧散热图形相互不接触。由此，来自周边群的热不再被传导到中央群，中央群的高温化被抑制，能够使发光元件群的温度分布均匀化，发光效率及可靠性提高。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及具有密集安装有多个发光元件的发光元件群的发光装置中的发光元件群的散热结构。
背景技术
以往，已知有通过将多个发光元件串联连接并安装到安装基板上而高密度安装的发光装置(例如参照专利文献1)。在这样的发光装置中，如图10(a)所示，多个发光元件101相互接近配置，发光元件群的中央部的元件群P从周边部的元件群Q如箭头所示那样受到热的影响，所以发光元件群的温度分布如图10(b)所示那样，在中央部为高温。此时，如图10(c)所示，安装基板100的温度分布也与发光元件群的温度分布相类似。因此，发光元件群的中央部的元件群容易因高温化而劣化，发光效率、可靠性及寿命下降，装置本身的发光效率、可靠性也下降。
可是，作为使来自发光元件的热的散热变好的安装基板，如图11所示，已知有在安装基板内设有散热用的传热部件的结构(例如参照专利文献2)。该安装基板100在将层叠多个绝缘层103而成的基板主体102的表面开口而形成的腔体110中安装1个发光元件101，设置平行于绝缘层103的多个传热导体层104、和接触在该传热导体层104上的传热通路导体(伝
Figure BSA00000243412800011
ビァ導体)105，通过经由该传热通路导体105在基板主体102内将来自发光元件101的热吸收并向外部散热，使散热性变好。
但是，该安装基板100是在腔体110内安装1个发光元件101的结构，虽然各个发光元件101的散热变好，但在使用这样的安装基板100将多个发光元件101接近配置的情况下，作为发光元件群整体看，与上述同样，发光元件群的温度分布变得不均匀，中央部的发光元件在来自周边部的热的影响下温度变高，发光效率、可靠性及寿命容易下降。
[专利文献1]日本特开2007-311398号公报
[专利文献2]日本特开2008-294253号公报
发明内容
本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的是提供一种在具有密集地安装有多个发光元件的发光元件群的发光装置中，能够使发光元件群的温度分布均匀化、提高发光效率及可靠性的发光装置。
为了达到上述目的，技术方案1的发明为，一种发光装置，具备安装基板、设在该安装基板的表面或内部的配线图形、和由安装在该配线图形上的多个发光元件构成的发光元件群，具备：热通路，用来将来自上述发光元件的热散热，至少一部分沿相对于元件安装面垂直的方向设在上述安装基板的内部；以及散热图形，沿相对于元件安装面平行的方向设在上述安装基板的内部，与上述热通路交叉；上述发光元件群具有位于该发光元件群的中央部的中央群、和配置在该中央群的周边的周边群；上述热通路具有对应于上述中央群的中央侧热通路、和对应于上述周边群的周边侧热通路；上述散热图形具有连接在上述中央侧热通路上的中央侧散热图形、和连接在上述周边侧热通路上的周边侧散热图形；被构成为使上述中央侧热通路及中央侧散热图形与上述周边侧热通路及周边侧散热图形相互不接触。
技术方案2的发明在技术方案1所述的发光装置中，在上述安装基板内，上述中央侧散热图形及中央侧热通路与上述周边侧散热图形及周边侧热通路具有间隙，上述中央侧散热图形被设计为保持上述间隙地、并且相对于上述安装基板的元件安装面在垂直方向上越远离则越向周边侧延伸而该图形面积越大。
技术方案3的发明在技术方案1或2所述的发光装置中，处于与上述配线图形不接触的位置的通路朝向上述安装基板表面被伸长，在上述安装基板的表面侧露出。
技术方案4的发明在技术方案1～3任一项所述的发光装置中，将上述热通路中的至少两根作为分别贯通上述安装基板而用来对上述发光元件通电的通电通路，这些通电通路分别被连接在分别连接上述发光元件的正、负电极的上述配线图形的正电极部及负电极部上。
技术方案5的发明在技术方案1～4任一项所述的发光装置中，在将密集安装有上述发光元件群的安装基板多个相互密集地安装在配线基板上的结构中，对于整体的发光元件群中的中央群和周边群，具有上述热通路和上述散热图形。
发明的效果
根据技术方案1的发明，由于周边侧热通路及周边侧散热图形与中央侧热通路及中央侧散热图形的相互的传热被抑制、容易被热分断，所以在发光元件群中，来自周边群的热不易被传导到中央群，中央群的高温化被抑制，能够降低各元件群间的温度差，促进了装置整体的散热。因此，发光元件的高温化带来的劣化被抑制，能够提高发光效率及可靠性。
根据技术方案2的发明，由于中央侧散热图形越是相对于安装基板的元件安装面沿垂直方向离开则越沿平行方向扩大而散热，所以进一步促进来自中央元件群的热的散热。
根据技术方案3的发明，由于在维持着与配线图形的绝缘的状态下使热通路露出，能够使其长度更长，所以散热面变大，能够促进发光元件的散热。
根据技术方案4的发明，由于能够将热通路兼用作通电通路，并且能够经由通电通路从安装基板的与元件安装面相反的面一侧对发光元件通电，所以当经由配线基板对发光元件供电时，能够将配线基板上的供电用图形和安装基板的配线图形上的各电极部不使用引线键合而经由通电通路连接，使构造简单化。
根据技术方案5的发明，由于能够降低安装在多个安装基板上的整体的发光元件群的中央群的温度而使整体的温度平均化，所以能够提高发光效率和可靠性。
附图说明
图1是有关本发明的第1实施方式的发光装置的俯视图。
图2是表示该发光装置的发光元件群的配置的图。
图3是该发光装置的安装基板的俯视图。
图4(a)是该发光装置的剖视图，图4(b)是表示该安装基板内的散热图形的例子的图。
图5是将该发光装置的散热图形变形的剖视图。
图6是有关本发明的第2实施方式的发光装置的剖视图。
图7是有关本发明的第3实施方式的发光装置的剖视图。
图8是表示将该发光装置的安装基板串联配置的配线基板的图形例的图。
图9是有关本发明的第4实施方式的发光装置的俯视图。
图10(a)是以往的发光装置的安装基板的俯视图，图10(b)是用来说明该安装基板上的发光元件群的温度分布的图，图10(c)是用来说明该安装基板的温度分布的图。
图11是以往的另一发光装置的安装基板的剖视图。
附图标记说明
1发光装置；2安装基板；21元件安装面；3配线图形；31正电极部；32负电极部；4发光元件；40发光元件群；41中央群；42周边群；5配线基板；7热通路；7a中央通路(中央侧热通路)；7b周边通路(周边侧热通路)；71间隙；72、73通电通路；8散热图形；8a中央侧散热图形；8b周边侧散热图形；A全中央群(中央群)；B全周边群(周边群)；
具体实施方式
以下，参照图1至图4对有关本发明的第1实施方式的发光装置进行说明。图1表示本实施方式的发光装置1的结构，图2表示发光装置1的发光元件群40的配置结构，图3表示发光装置1的安装基板2上的配线图形。本发光装置1具备绝缘性的安装基板2、安装在安装基板2的元件安装面21上的配线图形3、由安装在该配线图形3上的多个(这里是18个)发光元件4构成的发光元件群40、用来对发光元件4供电的框状的配线基板5、和将安装基板2及配线基板5的热散热的散热板6。安装基板2及配线基板5被搭载在散热板6上。
安装基板2具有俯视为矩形的陶瓷等的绝缘性基板，在其表面的元件安装面21上安装有发光元件4，在基板内部具有用来将来自发光元件4的热散热的、由高热传导部件构成的热通路(サ一マルビァ)7及散热图形8(参照后述的图4)。另外，安装基板2也可以使用绝缘性的树脂部件(环氧树脂、环氧玻璃等)，也可以是矩形以外的形状。
配线图形3配置为，使其将多个发光元件4串联连接，具有被供给电源的正、负电极部31、32、用来将各个发光元件4串联连接的多个台座图形33、和用来将它们串联连接的连线图形34。正、负电极部31、32为将台座图形33与连线图形34串联连接的图形的开头部和最后部。该正、负电极部31、32通过键合线L1被连接在配线基板5的电源配线图形51上，电源配线图形51通过配线52被连接在电源部(未图示)上。另外，配线图形3可以设在安装基板2内部，此外，除了将发光元件4串联以外，也可以是并联、或将串联与并联组合配置的图形。
发光元件群40如图2所示，具有位于其中央部的中央群41、和配置在其周边的周边群42，这里，中央部的两个发光元件4构成中央群41，位于其周边的16个发光元件4构成周边群42。
发光元件4由使用LED或有机EL等的约0.4～1mm边长的平面型发光元件构成，具有作为其正、负电极的接合端子部43。该接合端子部43以使对于从正电极部31到负电极部32的配线图形3的配列极性相对应的方式，电气连接在正电极部31与台座图形33之间、台座图形33彼此之间、台座图形33与连线图形34之间、台座图形33与负电极部32之间。这里，发光元件4通过金(Au)凸点等进行倒装片式安装，但也可以为使用引线键合连接在元件表面上的面朝上安装。此外，中央群41也可以是仅包含1个发光元件4的结构。
图4(a)表示本发光装置1的剖面结构，图4(b)表示形成在安装基板2内部中的散热图形8的例子(这里是图4(a)的绝缘层24上的图形)。安装基板2由将陶瓷材质的多个绝缘层22～28一体地层叠构成的绝缘性基板形成，具有约0.3～1.0mm的厚度。另外，各绝缘层22～28的厚度既可以相互相同也可以不同。此外，作为陶瓷部件，可以使用氧化铝类陶瓷或玻璃-氧化铝混合的玻璃类陶瓷等。
安装基板2具备在相对于元件安装面21垂直方向上以棒状设置的多个热通路7、与热通路7交叉的面状的多个散热图形8、和设在与元件安装面21相反侧的基板接合部9，热通路7和散热图形8热连接。热通路7将安装基板2的绝缘层22～28中的多个层贯通，下端部被连接在基板接合部9上。散热图形8在安装基板2的绝缘层23～28的各层间以5层形成，沿相对于安装基板2平行方向设置。基板接合部9与配线基板5或散热板6接合。另外，热通路7及散热图形8也可以分别在元件安装面21的垂直方向及平行方向上局部地不连续。
热通路7具有对应于中央群41的中央侧热通路(以下称作中央通路)7a、和对应于周边群42的周边侧热通路(以下称作周边通路)7b。散热图形8具有连接在中央通路7a上的中央侧散热图形8a、和连接在周边通路7b上的周边侧散热图形8b。
热通路7延伸到安装基板2的元件安装面21的附近，但是为与配线图形3不接触的结构。此外，热通路7的上端设置得比处于最上位的散热图形8更接近于安装基板2的元件安装面21。此外，各热通路7也可以不将其下端全都连接在基板接合部9上。
热通路7中的、处于当将其上端部伸长时与配线图形3不接触的位置的部分朝向元件安装面21伸长，如热通路7a1、7b1那样在安装基板2的元件安装面21侧露出。这样，使处于与配线图形3不接触的位置上的热通路7a1、7b1在维持着与配线图形3的绝缘的状态下被露出，能够使其长度更长，所以散热面变大，能够促进发光元件4的散热。另外，也可以使上述热通路7的上端部全都不在元件安装面21侧露出。此外，热通路7的形状除了棒状以外也可以是板状，其粗细或厚度既可以相互相同也可以不同。
构成为，使中央通路7a及中央侧散热图形8a与周边通路7b及周边侧散热图形8b相互不接触。此时，中央通路7a及中央侧散热图形8a与周边通路7b及周边侧散热图形8b的间隔保持不绝缘破坏的程度的距离。例如，在基板材质是一般的氧化铝的情况下，绝缘破坏电压是10V/μm，有约5μm以上的距离。
这里，在图4(a)的纸面上，中央通路7a的左右的各周边通路7b相对于中央通路7a的中心位置大致对称地配置，使这些周边通路7b的给中央通路7a带来的温度的影响相同。
基板接合部9由形成安装基板2的背面配线图形或背面散热图形的金属图形构成，通过热传导性良好的粘结剂等接合在散热板6上。此外，配线基板5具有用来与散热板6接合的散热板接合图形52，通过该部分被接合在散热板6上。散热板6只要使用散热性良好的金属板就可以。此外，在热通路7、散热图形8及基板接合部9中可以使用Ag或Au、Cu及Ni等的高热传导部件。
如果说明上述安装基板2的制造方法，则例如使用低温焙烧或高温焙烧用陶瓷等作为陶瓷部件的绝缘层而形成生片(green sheet)22～28，在这些生片上设置贯通孔，在该贯通孔中填充包含Ag粉末的导电性糊而形成未焙烧的热通路7。接着，在生片的表面上印刷导电性糊而形成未焙烧的散热图形8，将形成了热通路7及散热图形8的各生片22～28层叠及压接，将该未焙烧的层叠体焙烧，形成安装基板2。然后，将安装基板2的元件安装面21的配线图形3镀层(例如Ag、Ni、Au镀层)。这里，热通路7的导体的直径是约0.1～0.3mm，散热图形8的厚度是约0.05～0.3μm。
这里，作为散热图形8的变形结构，在图5中表示处于最上位的散热图形8在安装基板2内部中配置在热通路7的上端的结构。在该变形例中，由于最上位的散热图形8设在安装基板2的接近于元件安装面21的区域中，所以能够遍及较大的范围接受来自发光元件群40的热而传热给热通路7。
根据上述本实施方式的发光装置1，由于周边通路7b及周边侧散热图形8b与中央通路7a及中央侧散热图形8a的相互的传热被抑制，容易被热分断，所以来自发光元件群40中的周边群42的热难以被传导到中央群41，抑制了中央群41的高温化，能够降低各元件群间的温度差，促进装置整体的散热。因此，抑制了发光元件4的高温化带来的劣化，能够提高发光效率及可靠性。
接着，参照图6对有关本发明的第2实施方式的发光装置进行说明。图6例如是在对应于图1的俯视图中沿着A-A线的剖视图。本实施方式的发光装置1是在安装基板2中、在中央侧散热图形8a及中央通路7a与周边侧散热图形8b及周边通路7b之间设有间隙71的结构。中央侧散热图形8a在保持间隙71的同时，构成为，使其相对于安装基板2的元件安装面21越是沿垂直方向离开、越向周边侧延伸而其图形面积变大。此外，配合中央侧散热图形8a的扩大，将中央通路7a的根数也增加。
中央侧散热图形8a的面积从安装基板2的元件安装面21朝向基板接合部9，阶段性地沿与元件安装面21平行方向依次扩大。这里，周边侧散热图形8b及周边通路7b为了避免与扩大的中央侧散热图形8a的接触，依次被向周边方向移动，周边通路7b的一部分在基板接合部9侧被切割得较短，间隙71形成大致阶段状的山形形状。由此，将来自中央侧散热图形8a的热更广阔地传递给基板接合部9，所以进一步促进了从中央群41的热的散热，发光效率、可靠性进一步提高。
另外，通过将周边侧散热图形8b及周边通路7b构成为，使其图形面积向周边方向扩大、使通路根数变多，使得来自周边群42的热的散热不会下降。这里，热通路7b1不被连接在基板接合部9上。
接着，参照图7对有关本发明的第3实施方式的发光装置进行说明。图7例如是在对应于图1的俯视图中沿着A-A线的剖视图。在本实施方式的发光装置1中，周边通路7b和周边侧散热图形8b的结构、安装基板2及配线基板5的结构与上述实施方式不同。即，周边通路7b中的至少两根分别为贯通安装基板2的通电通路72、73，将这些通电通路72、73分别被连接在配线图形3的正电极部31及负电极部32上。
配线基板5接合在散热板6上，安装基板2安装在配线基板5上。配线基板5的电源配线图形51具有被供给正负的电压的正电源配线图形51a和负电源配线图形51b。此外，基板接合部9的金属图形被分离为正极接合图形91和负极接合图形92。正极接合图形91和负极接合图形92分别接合在配线基板5的正电源配线图形51a和负电源配线图形51b上。正极接合图形91与负极接合图形92之间具有约20μm以上的距离。
通电通路72由位于中央通路7a的左右的两个周边通路7b中的、处于最靠周边侧(这里是最左侧)而接近于正电极部31的基板接合部9(这里是正极接合图形91)上的贯通通路构成。此外，该通路的两端分别连接在正电极部31及正极接合图形91上。
通电通路73由形成在接近于负电极部32的基板接合部9(这里是正极接合图形91)上的贯通通路构成，以使其从周边通路7b的最周边侧(最右侧)离开、并且不与周边侧散热图形8b相接触。该通路两端分别连接在负电极部32及负极接合图形92上。在本实施方式中，周边通路7b的一部分、即在图7中左侧周边通路7b的一部分电气地连接在配线图形3及/或基板接合部9(这里是正极接合图形91)上，但也可以不接触而悬浮。此外，除了通电通路72、73以外，所有的周边通路7b都同时与基板接合部9不接触(即，在图7中，右侧周边通路7b中的除了通电通路73以外不与基板接合部9(这里是负极接合图形92)接触。
在上述那样的结构中，可以采用将多个安装基板2并列设置在配线基板5上、将它们电气串联连接的状态。在图8中表示此情况下的配线基板5的结构的例子。配线基板5将电源配线图形51构成为，使其安装多个安装基板2，在本实施方式中，电源配线图形51为连接的负电源配线图形51b和正电源配线图形51a的对中的正电源配线图形51a在平面上包围另一个对的负电源配线图形51b、并且在一列中罗列有多个对的图形。多个安装基板2将它们的正、负极接合图形91、92依次安装到配线基板5的各正、负电源配线图形51a、51b上并串联连接。
根据本实施方式的发光装置1，能够通过通电通路72、73从安装基板2的背面侧的基板接合部9对发光元件4通电。因而，能够将热通路7与通电通路72、73兼用。即，将在安装基板内分离的热通路7及散热图形8分别不仅作为散热路径、还作为通电路径来使用。由此，当从配线基板5对发光元件4进行电源供给时，能够将配线基板5上的电源配线图形51与配线图形3上的各电极部31、32的电气连接不使用引线键合而经由通电通路72、73连接，使构造简单化。
接着，参照图9对有关本发明的第4实施方式的发光装置进行说明。在本实施方式的发光装置1中，密集安装有发光元件群40的多个安装基板2a、2b、2c及2d相互密集，密集地安装在配线基板5的中央部，形成安装基板群。将该安装基板群中的集合了发光元件群40者称作全发光元件群(对应于权利要求中所述整体的发光元件群)，将该全发光元件群的安装基板群中的位于中央部的发光元件4的集合作为全中央群(对应于权利要求中所述的中央群)A，将位于其周边部的发光元件4的集合称作全周边群(对应于权利要求中所述的周边群)B。本实施方式为对于全发光元件群的全中央群A和全周边群B具备上述实施方式所示的结构的热通路和散热图形的形态。
各发光元件群40具有4个发光元件4。这里，全发光元件群将16个发光元件4排列为4行×4列的正方形状，全中央群A由全发光元件群的中央部的2行×2列的4个发光元件构成，全周边群B由配置在全中央群A的周边的12个发光元件4构成。通过该结构，将全部的发光元件4再构建为全中央群A和全周边群B。
在各安装基板2a、2b、2c及2d中，在安装包含在全中央群A中的发光元件4的元件安装面21的下方形成有中央通路7a及中央侧散热图形8a，在安装包含在全周边群B中的发光元件4的元件安装面21的下方形成有周边通路7b及周边侧图形8b。
上述多个安装基板2a～2d间的配线在各基板内将发光元件4相互串联配线，并且将各基板2a～2d的各配线图形3通过键合线L1依次在基板间相互串联连接。该串联连接的安装基板群的输入端(这里是安装基板2a侧)和输出端(这里是安装基板2d侧)分别键合连接在配线基板5的配线图形51a、51b上，各发光元件4被供给电源。由此，全发光元件群能够作为1个发光体动作。另外，多个安装基板2既可以分开配置在多个配线基板5上，也可以直接配置在散热板6上。
在本实施方式中，通过对应于全发光元件群的全中央群A及全周边群B而分别形成中央通路7a及中央侧散热图形8a、和周边通路7b及周边侧散热图形8b，能够防止来自全周边群B的热向全中央群A的影响。由此，即使在将安装基板2密集配置多个的情况下，也能够降低整体的发光元件群中的全中央群A的温度而使整体的温度平均化，能够提高发光效率和可靠性。
另外，本发明并不限定于上述各种实施方式的结构，在不变更发明的主旨的范围内能够进行各种变形。例如，在上述实施方式中，也可以将热通路7及散热图形8的划分方式形成为，从平面上看将中央部内和周边部内分别划分为两个或3个以上，从而在各部内避免相互的热影响。

Claims (5)

1.一种发光装置，具备安装基板、设在该安装基板的表面或内部的配线图形、和由安装在该配线图形上的多个发光元件构成的发光元件群，其特征在于，具备：
热通路，用来将来自上述发光元件的热散热，至少一部分沿相对于元件安装面垂直的方向设在上述安装基板的内部；以及
散热图形，沿相对于元件安装面平行的方向设在上述安装基板的内部，与上述热通路交叉；
上述发光元件群具有位于该发光元件群的中央部的中央群、和配置在该中央群的周边的周边群；
上述热通路具有对应于上述中央群的中央侧热通路、和对应于上述周边群的周边侧热通路；
上述散热图形具有连接在上述中央侧热通路上的中央侧散热图形、和连接在上述周边侧热通路上的周边侧散热图形；
被构成为使上述中央侧热通路及中央侧散热图形与上述周边侧热通路及周边侧散热图形相互不接触。
2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，在上述安装基板内，上述中央侧散热图形及中央侧热通路与上述周边侧散热图形及周边侧热通路具有间隙，上述中央侧散热图形被设计为保持上述间隙地、并且相对于上述安装基板的元件安装面在垂直方向上越远离则越向周边侧延伸而该图形面积越大。
3.如权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，处于与上述配线图形不接触的位置的通路朝向上述安装基板表面被伸长，在上述安装基板的表面侧露出。
4.如权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，将上述热通路中的至少两根作为分别贯通上述安装基板而用来对上述发光元件通电的通电通路，这些通电通路分别被连接在分别连接上述发光元件的正、负电极的上述配线图形的正电极部及负电极部上。
5.如权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，在将多个密集安装有上述发光元件群的安装基板相互密集地安装在配线基板上的结构中，对于整体的发光元件群中的中央群和周边群，具有上述热通路和上述散热图形。
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