JP2007059894A - 発光ダイオード素子搭載光源 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光ダイオード素子(7)を搭載する基板(1)が、回路基板(2)と放熱性基板(3)とを含み、放熱性基板(3)が熱伝導率の異なる少なくとも2種類の材料から構成されていることを特徴とする発光ダイオード素子搭載光源、その光源を用いる表示装置、照明装置及び液晶ディスプレイ用バックライト。
【選択図】図1
Description
すなわち、本発明は、以下の発光ダイオード素子搭載光源、表示装置、照明装置及び液晶ディスプレイ用バックライトに関する。
2.放熱性基板が、低熱伝導率材料基板と、基板の回路基板側と反対の面にパターン形成された高熱伝導率材料からなる前記1に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
3.発光ダイオード素子が回路基板に露出した低熱伝導率材料上に載置されている前記1に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
4.発光ダイオード素子が回路基板に露出した高熱伝導率材料上に載置されている前記1に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
5.発光ダイオード素子が回路基板に露出した高熱伝導率材料上に載置され、かつ放熱性基板が低熱伝導率材料基板と、基板の回路基板側と反対の面にパターン形成された高熱伝導率材料からなる前記1記載の発光ダイオード素子搭載光源。
6.発光ダイオード素子が載置された高熱伝導率材料と、高熱伝導率材料からなるパターン部とが、低熱伝導率材料基板に穿孔された貫通孔に充填された高熱伝導率材料を介して連結されている前記5に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
7.高熱伝導率材料が銅であり、低熱伝導率材料がアルミニウム及び/または窒化アルミニウムである前記1〜6のいずれか1項に記載の光源。
8.放熱性基板に放熱手段が形成されている前記1に記載の光源。
9.放熱手段が放熱フィンである前記8に記載の光源。
10.放熱手段がヒートパイプである前記8に記載の光源。
11.放熱手段が冷媒循環手段である前記8に記載の光源。
12.前記1〜11のいずれか1項に記載の光源を用いる表示装置。
13.前記1〜11のいずれか1項に記載の光源を用いる照明装置。
14.前記13に記載の照明装置を用いる液晶ディスプレイ用バックライト。
15.前記14に記載のバックライトを備えた液晶ディスプレイ。
16.発光ダイオード素子を搭載する基板が、回路基板と放熱性基板とを含み、放熱性基板が第1の熱伝率を有する第1の材料と前記第1の材料より熱伝導率が大きい第2の熱伝率を有する第2の材料とを含むことを特徴とする発光ダイオード素子搭載光源。
17.放熱性基板が、前記第1の材料からなる基板と、該基板の回路基板側と反対の面にパターン形成された前記第2の材料からなる前記16に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
18.発光ダイオード素子が回路基板に露出した前記第2の材料上に載置されている前記16に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
19.発光ダイオード素子が回路基板に露出した前記第1の材料上に載置されている前記16に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
20.発光ダイオード素子が回路基板に露出した前記第2の材料上に載置され、かつ放熱性基板が前記第1の材料基板と、基板の回路基板側と反対の面にパターン形成された前記第2の材料からなる前記16記載の発光ダイオード素子搭載光源。
21.発光ダイオード素子が載置された前記第2の材料と、前記第2の材料からなるパターン部とが、前記第1の材料基板に穿孔された貫通孔に充填された前記第2の材料を介して連結されている前記20に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
22.前記第1の材料がアルミニウム及び/または窒化アルミニウムであり、前記第2の材料が銅である前記16〜21のいずれか1項に記載の光源。
本発明は、発光ダイオード素子を搭載した光源であって、発光ダイオード素子を搭載する基板が、回路基板と放熱性基板を含み、前記放熱性基板が熱伝導率の異なる少なくとも2種類の材料、すなわち低熱伝導率材料及び高熱伝導率材料で構成することを特徴とする。熱伝導率の異なる材料は少なくとも2層以上の積層体として構成することが好ましい。
1)図1に1例の側面断面図を示すように、発光ダイオード(7)が載置される部分は放熱性基板(3)を構成する低熱伝導率材料(4)であるが、載置される部分とは反対側の放熱性基板(3)の面(底面)に、高熱伝導率材料(5)からなる層が形成されている態様。この場合底面には高熱伝導率材料(5)からなるパターンが形成されていてもよい(図2参照)。
2)図3に1例の側面断面図を示すように、発光ダイオード素子(7)が回路基板(2)に形成された開口部(6)に露出した放熱性基板(3)を構成する高熱伝導率材料(5)上に直接載置され、その周囲に軽量の低熱伝導率材料(4)を配置する態様。この場合、高熱伝導率材料(5)は図3に図示するような開口部(6)のみではなく、開口部(6)を含めた放熱性基板(3)表面の全面または少なくとも一部に形成されていてもよい。
さらに上記1と2を組合せた下記の態様がある。
3)図4に側面断面図を示すように、発光ダイオード(7)を高熱伝導率材料(5a)に配置し、その下に軽量の低熱伝導率材料基板(4)を配置し、この低熱伝導率材料基板(4)に高熱伝導率材料(5b)からなる層またはパターンが形成されている態様。この場合も高熱伝導率材料(5a)は図4に図示するような開口部(6)のみではなく、開口部(6)を含めた放熱性基板(3)表面の全面または少なくとも一部に形成されていてもよい。
4)上記3において、発光ダイオード素子の載置面にある高熱伝導率材料(5a)と下面にある高熱伝導率材料(5b)とがその間にある低熱伝導率材料(4)に形成された貫通孔に充填された高熱伝導率材料(5c)を介して連結されている態様(図5参照)。この場合も高熱伝導率材料(5a)は図5に図示するような開口部(6)のみではなく、開口部(6)を含めた放熱性基板(3)表面の全面または少なくとも一部に形成されていてもよい。
さらに、図13に示すように、冷却手段を、回路側とは反対側の、放熱性基板(3)上に設置することにより、放熱性能をさらに向上させることができる。冷却手段(10)としては放熱フィン、ヒートパイプ、冷媒循環手段を挙げることができる。必要に応じてファンを設置してもよい。
実施例1
放熱性基板(3)として側断面図を図1に示すものを作製した。低熱伝導率材料(4)としてアルミニウム基板(大きさ:12×120mm、厚さ:1mm)を用い、その底面に銅製高熱伝導率材料(5)からなるメッシュパターン(厚さ:0.1mm)を電解めっきにより形成し放熱性基板(3)とした。放熱性基板(3)の上面に絶縁性樹脂層(図示せず)を介して銅箔(厚さ:0.1mm)をエッチングして得られた回路基板(2)を形成した。回路基板(2)には等間隔に大きさ8×10mmの開口部(6)が5個穿孔されており、その部分では放熱性基板(3)が露出している。発光ダイオード素子(7)としてLEDランプ(日亜化学製NCCW023)を5個、上記開口部(6)に熱伝導性接着剤を用いて直接放熱性基板(3)に載置して線状光源を作製した。
作製した線状光源4個を、厚さ1.2mmのアルミニウム板で成形された外形270×200mm、深さ30mmのバックライト用箱型容器の底面部に配置した。その模式配置図を図6に示す。なお、線状光源の接着には高熱伝導性シリコングリース(信越シリコーン製オイルコンパウンドG−751)を用いた。
得られたバックライト用箱型容器を25℃の恒温槽内に置き、全LEDに300mAの定電流を通電した。この際、LEDランプがある位置の直下に相当する位置に、上記バックライト容器に穴を開け、熱電対の先端が上記放熱性基板(3)に接触するように熱電対を差し込んだ。2時間通電後の温度を測定したところ、約76℃であった。
高熱伝導率材料(5)である銅のメッシュパターンを形成しなかった以外は実施例1と同様の線状光源を製作し、実施例1と同様の通電及び温度測定を行ったところ、LEDランプ直下部の温度は88℃であった。
放熱性基板(3)として、低熱伝導率材料(アルミニウム)(4)(大きさ:80×120mm、厚さ:1.0mm)の底面に高熱伝導率材料(銅)(5)のメッシュパターン(厚さ:0.1mm)を実施例1と同様に形成したものを用いた。放熱性基板(3)上に絶縁性樹脂層(図示せず)を介して、銅箔(厚さ:0.1mm)をエッチングして得られた回路基板(2)を形成した。回路基板(2)には5×5mmの貫通する開口部(6)が6個(3個×2段)穿孔され、この開口部(6)にLEDチップ6個を銀ペーストを用いて載置した。
LEDは1mm角サイズで、左から右へ赤(昭和電工製TOA−1000)、緑(ITSWELL社製)、青(ITSWELL社製)の順で、2列設置した。ワイヤボンダにより、回路基板(2)のパッド部へアノードとカソードとを結線した。次いで、透明エポキシ樹脂(サンユレック社製NLD−L−645)をディスペンサにより滴下し、図9に示したようなレンズ形状のモールド部(9)を形成した。作製した平面光源基板の模式平面図を図7に、背面図を図8に示す。また、図7のB−B部断面図を図9に示す。
作製した平面光源基板4枚を、実施例1と同様のバックライト用容器に収納し、高熱伝導性シリコングリース(信越シリコーン製 オイルコンパウンドG−751)を用いて底面に貼り付けた。作製した平面光源の模式配置図を図10に示す。
得られた平面光源を25℃の恒温槽内に配置し、全LEDに300mAの定電流を通電した。この際、LEDランプがある位置の直下に相当する位置には上記アルミニウム板に穴を開け、熱電対の先端が上記放熱性基板(3)に接触するように熱電対を差し込んだ。2時間通電後の温度を測定したところ、約66℃であった。
高熱伝導率材料(5)である銅メッシュパターンを形成しなかった以外は実施例2と同様の平面光源を作製し、実施例1と同様の通電及び温度測定を行ったところ、LEDランプ直下部の温度は78℃であった。
厚さ0.7mm、75×55mmの銅基板を高熱伝導率材料(5)からなる第1の放熱性基板(3)として用い、この第1の放熱性基板上に絶縁性樹脂層(図示せず)を介して、銅箔(厚さ:0.1mm)をエッチングして得られた回路基板(2)を形成した。回路基板(2)には5×5mmの貫通する開口部(6)が3個穿孔され、この開口部(6)にLEDチップ3個を銀ペーストを用いて載置した。LEDは1mm角サイズで、左から右へ赤(昭和電工製TOA−1000)、緑(ITSWELL社製)、青(ITSWELL社製)の順で設置した。ワイヤボンダにより、回路基板(2)のパッド部へアノードとカソードとを結線した。次いで、透明エポキシ樹脂(サンユレック社製NLD−L−645)をディスペンサにより滴下し、図9に示したようなレンズ形状のモールド部(9)を形成した。作製した光源の模式平面図を図11に示す。作製した平面光源2枚を一組として、厚さ1mm、80×120mmのアルミニウム製低熱伝導率材料(4)からなる第2の放熱性基板上に、並べて貼り付けた。低熱伝導率材料(4)の下面には実施例2と同様の銅ペーストによるメッシュパターンを形成した。すなわち、放熱性基板(3)は回路基板側から第1の放熱性基板、第2の放熱性基板およびメッシュパターンが積層されており、低熱伝導率材料(4)が高熱伝導率材料(5)により挟み込まれた構成となっている。
得られた平面光源基板を4枚用いて実施例2と同様の平面光源を作製し、実施例1と同様の通電及び温度測定試験を行ったところ、LEDチップ直下部の温度は60℃であった。
銅基板をアルミニウム基板に代えた以外は実施例3と同様のLED基板を作製し、実施例1と同様の通電及び温度測定を行ったところ、LEDランプ直下部の温度は76℃であった。
実施例3において、銅基板を載置するアルミニウム製放熱性基板(3)に、LEDが設置される箇所の直下に相当する箇所に5mm角の開口部6個を穿孔し、かつ穿孔部には銅によって隙間無く充填されているものを用いる以外は実施例3と同様の試験を行った。LEDチップ直下部の温度は58℃であった。
実施例4とまったく同様な平面光源のアルミニウム製放熱性基板(3)側下面に、6個のアルミニウム製放熱フィンを設置した。フィン全体の大きさは15×15mm、高さ10mmであり、ここに厚さ0.5mmのフィンが10枚設置されている。実施例4と同様の通電、温度測定を行ったところ、LEDチップ直下部の温度は51℃であった。
実施例4で作製した平面光源を用いて、放熱性基板(3)下面のLED直下に相当する部分を横切るように、長さ260mm、断面2×5.3mmの直線状のヒートパイプ(古河電工製CW04G−F)を2本ねじ止めによって取り付けた。実施例4と同様の通電、温度測定を行ったところ、LEDチップ直下部の温度は49℃であった。
2 回路基板
3 放熱性基板
4 低熱伝導率材料
5,5a,5b,5c 高熱伝導率材料
6 開口部
7 発光ダイオード素子
8 絶縁性樹脂層
9 モールド部
10 冷却手段
Claims (22)
- 発光ダイオード素子を搭載する基板が、回路基板と放熱性基板とを含み、放熱性基板が熱伝導率の異なる少なくとも2種類の材料から構成されていることを特徴とする発光ダイオード素子搭載光源。
- 放熱性基板が、低熱伝導率材料基板と、基板の回路基板側と反対の面にパターン形成された高熱伝導率材料からなる請求項1に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
- 発光ダイオード素子が回路基板に露出した低熱伝導率材料上に載置されている請求項1に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
- 発光ダイオード素子が回路基板に露出した高熱伝導率材料上に載置されている請求項1に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
- 発光ダイオード素子が回路基板に露出した高熱伝導率材料上に載置され、かつ放熱性基板が低熱伝導率材料基板と、基板の回路基板側と反対の面にパターン形成された高熱伝導率材料からなる請求項1記載の発光ダイオード素子搭載光源。
- 発光ダイオード素子が載置された高熱伝導率材料と、高熱伝導率材料からなるパターン部とが、低熱伝導率材料基板に穿孔された貫通孔に充填された高熱伝導率材料を介して連結されている請求項5に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
- 高熱伝導率材料が銅であり、低熱伝導率材料がアルミニウム及び/または窒化アルミニウムである請求項1〜6のいずれか1項に記載の光源。
- 放熱性基板に放熱手段が形成されている請求項1に記載の光源。
- 放熱手段が放熱フィンである請求項8に記載の光源。
- 放熱手段がヒートパイプである請求項8に記載の光源。
- 放熱手段が冷媒循環手段である請求項8に記載の光源。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の光源を用いる表示装置。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の光源を用いる照明装置。
- 請求項13に記載の照明装置を用いる液晶ディスプレイ用バックライト。
- 請求項14に記載のバックライトを備えた液晶ディスプレイ。
- 発光ダイオード素子を搭載する基板が、回路基板と放熱性基板とを含み、放熱性基板が第1の熱伝率を有する第1の材料と前記第1の材料より熱伝導率が大きい第2の熱伝率を有する第2の材料とを含むことを特徴とする発光ダイオード素子搭載光源。
- 放熱性基板が、前記第1の材料からなる基板と、該基板の回路基板側と反対の面にパターン形成された前記第2の材料からなる請求項16に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
- 発光ダイオード素子が回路基板に露出した前記第2の材料上に載置されている請求項16に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
- 発光ダイオード素子が回路基板に露出した前記第1の材料上に載置されている請求項16に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
- 発光ダイオード素子が回路基板に露出した前記第2の材料上に載置され、かつ放熱性基板が前記第1の材料基板と、基板の回路基板側と反対の面にパターン形成された前記第2の材料からなる請求項16記載の発光ダイオード素子搭載光源。
- 発光ダイオード素子が載置された前記第2の材料と、前記第2の材料からなるパターン部とが、前記第1の材料基板に穿孔された貫通孔に充填された前記第2の材料を介して連結されている請求項20に記載の発光ダイオード素子搭載光源。
- 前記第1の材料がアルミニウム及び/または窒化アルミニウムであり、前記第2の材料が銅である請求項16〜21のいずれか1項に記載の光源。
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