專利名稱：具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，尤其涉及一種以發(fā)光二極管 為光源并結合高效率散熱結構的模塊。
背景技術：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode; LED)是一種可將電能轉換為光能的高效率冷光發(fā) 光元件，也是一種微小的固態(tài)光源。元件主要的構成部分是一個半導體p-n接面結構， 在接面兩端加入電壓通入電流后，利用電子與空穴的結合，可釋放出光子的能量，并輻 射出特定波長范圍的光線。由于發(fā)光二極管具有色彩再現(xiàn)性及具有單一波長的特性，使 得近年來發(fā)光二極管已成為提升液晶顯示器背光源的色域的主流技術。除此之外，發(fā)光 二極管也被廣泛應用于戶外的大型顯示屏，并將逐漸取代現(xiàn)有的照明設備。現(xiàn)行發(fā)光二極管應用于液晶顯示器作為背光源的相對位置關系，常見有直下式 (direct type)與側邊式(edge type)兩種。 一般大尺寸液晶顯示器常采用直下式作為背光源 的光線照射模式，常見的直下式發(fā)光二極管背光模塊的散熱結構是將發(fā)光二極管元件粘 著于印刷電路板的表面，再通過固定于印刷電路板的另一相對表面的熱管將熱量傳遞到 散熱片以進行熱交換。圖l是常規(guī)背光模塊的剖面結構示意圖。美國專利早期公開號US 2006/0002142 Al 揭示一背光模塊10，其包含發(fā)光二極管元件11、印刷電路板12、熱管(heatpipe)13及底 蓋14。發(fā)光二極管元件11是表面粘著在金屬核心(metalcore)印刷電路板12的上表面， 所述印刷電路板12具有控制發(fā)光二極管元件11亮暗的電路層。當發(fā)光二極管元件11 持續(xù)點亮時會產生熱量，然而所述熱量如果累積于發(fā)光二極管元件11內會造成光線亮 度的衰減。因此通過貼著于印刷電路板12背面的熱管13將熱量帶走，并經過底蓋14 的熱途徑(heat path)傳遞到周邊的散熱片(圖未示出)以散熱到環(huán)境中。另外，尚有一種常規(guī)技術揭示一背光模塊20，如圖2所示。所述背光模塊20包含 復數(shù)個固著于印刷電路板22的發(fā)光二極管元件21，同樣于印刷電路板22的下表面貼著 熱管23。熱管23的外圍設有散熱片24，所以能將熱管23從印刷電路板22帶走的熱量 逸散于大氣。類似的散熱結構也被日本第JP2005317480號專利所揭示。然而，上述常規(guī)技術均有著相同的散熱途徑，即發(fā)光二極管元件產生的熱量須先經 由印刷電路板才能傳遞到熱管。然而印刷電路板的披覆層或絕緣層均為低熱傳導性的材 料，例如防焊漆(soldermask)或樹脂(resin),所以會造成印刷電路板的熱阻值偏大，因 而發(fā)光二極管元件產生的熱量無法有效迅速地傳遞到熱管。縱使印刷電路板置換為熱阻 值較低的金屬核心印刷電路板(metalcorePCB)，然而發(fā)光二極管元件產生的熱量還是需 要經過金屬核心印刷電路板的各疊層材料，并通過界面的粘著材料或焊錫(solder)才能到 達熱管。因此，市場上急切需要一種能縮短傳熱途徑及降低對應總熱阻值的發(fā)光二極管光源 模塊，藉此發(fā)光二極管元件所產生的熱量能迅速且直接傳遞到熱管，進而提升發(fā)光二極 管元件的熱可靠度及發(fā)光效率。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的是提供一種高散熱效率的發(fā)光二極管光源模塊，其直接在扁平狀的熱 管或平板熱管表面形成絕緣層及金屬電路層，因此固著于電路層的發(fā)光二極管元件或晶 粒所產生的熱量可以迅速且直接傳遞到熱管。此種散熱性良好的發(fā)光二極管光源模塊可 廣泛應用于液晶顯示面板的背光源，并可作為公共場所的顯示屏及照明設備等。本發(fā)明另一揭示的目的是提供一種成本低廉的具有散熱結構發(fā)光二極管光源模塊， 其是將復數(shù)個發(fā)光二極管元件直接固定于扁平狀的熱管，并電性連接到一印刷電路板。 因此可以使用現(xiàn)有的扁平狀熱管及印刷電路板，并還能兼具高散熱效率的優(yōu)點，確實為 一具有競爭力的發(fā)光二極管光源模塊。為達到上述目的，本發(fā)明揭示一種具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其包含復 數(shù)個發(fā)光二極管及一表面具有至少一電路層的熱管裝置。所述電路層直接形成于所述熱 管裝置表面的熱傳導性佳的電絕緣層上，又所述復數(shù)個發(fā)光二極管與所述電路層電性相 連。所述熱管裝置可為一平板狀的熱管，或者為由復數(shù)個扁平狀熱管、散熱片及風扇結 合成的組件，且所述熱管可折彎打扁以適應設計的需要。所述復數(shù)個發(fā)光二極管直接固 著于所述熱管裝置的表面，因此通過所述熱管裝置內的相變化作用，能有效地將所述發(fā) 光二極管于發(fā)亮時產生的熱能迅速逸散到大氣中，或者攜帶到設于遠端的所述散熱片以 進行熱交換的目的，進而達到較佳的散熱效果且節(jié)省空間。所述發(fā)光二極管可以是封裝完后的發(fā)光二極管元件，還可為裸晶的晶粒(die)。因此， 如果以晶粒直接固定于所述熱管裝置的表面，不僅可降低封裝材料所形成的熱阻，而且 同時也能省下每個發(fā)光二極管元件封裝所需花費的成本。本發(fā)明另外揭示一種具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其包含復數(shù)個發(fā)光二極 管、 一印刷電路板及一熱管裝置。所述復數(shù)個發(fā)光二極管直接固定于所述熱管裝置的表 面，并與所述印刷電路板電性相連。不同于前一揭示的結構，所述熱管表面無需披覆一 層電路層。且所述熱管裝置可為一平板狀的熱管，或者為由復數(shù)個扁平狀熱管、散熱片 及風扇結合成的組件。


圖1是常規(guī)背光模塊的剖面結構示意圖；圖2是另一常規(guī)背光模塊的剖面結構示意圖；圖3是本發(fā)明具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的上視圖；圖4是圖3中沿l一l剖面線的剖面示意圖；圖5是本發(fā)明第二實施例具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的剖視圖； 圖6(a)是本發(fā)明第三實施例具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的剖視圖； 圖6(b)是本發(fā)明第四實施例具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的剖視圖 圖7是本發(fā)明第五實施例具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的上視圖； 圖8是本發(fā)明第六實施例具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的上視圖；以及 圖9是本發(fā)明第六實施例具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的剖視圖。
具體實施方式
圖3是本發(fā)明具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的上視圖。發(fā)光二極管光源模塊 30包含復數(shù)個發(fā)光二極管元件31及至少一熱管32，另外還可包含復數(shù)個散熱片33及 復數(shù)個增加光線利用率的反光板34。發(fā)光二極管元件31被點亮時所產生的熱量會直接 由熱管32傳遞到設有散熱片33的冷凝區(qū)，并通過散熱片33逸散到大氣中。熱管32由 銅或鋁等熱傳導性佳的金屬制成，其內部具有一可在液體及蒸汽間進行潛熱相變化的工 作物質，所以能將發(fā)光二極管元件31產生的熱量通過熱傳導傳遞到熱管32的加熱區(qū)中， 管內液體型態(tài)的工作物質迅速吸熱相變而形成蒸汽，經由蒸汽快速移動將熱能傳輸?shù)嚼?凝區(qū)，再通過散熱片33以自然對流形式將熱能迅速帶走，以解決散熱的問題。如果于 散熱片33處加裝風扇(圖未示)形成強制對流，則將增加熱能逸散的速度。圖4是圖3中沿l一l剖面線的剖面示意圖。在熱管32的上表面披覆至少一電絕緣層35，例如陶瓷材料或金屬氧化物(三氧化二鋁(Al203))等，再利用涂布印制或堆疊等 方式將電路層36形成于電絕緣層35上。所述熱管32、電絕緣層35及電路層36形成一 熱管裝置37。另外，可在電路層36再依序形成一上電絕緣層及一上電路層(圖未示)， 所述發(fā)光二極管元件31直接與所述上電路層電性連接。如此熱管32表面可具有多個電
路層的結構，從而增加發(fā)光二極管光源模塊30的功能與應用。由于陶瓷材料的熱傳導 性極佳，所以發(fā)光二極管元件31產生的熱量可經由電絕緣層35傳導到熱管32。相較于 前述常規(guī)技術中使用的印刷電路板，本發(fā)明不僅簡化傳熱途徑，更大幅降低了總熱阻值。為提供一種能使用既有元件的發(fā)光二極管光源模塊，并兼具高散熱效率的特性，圖 5是本發(fā)明第二實施例具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的剖視圖。復數(shù)個發(fā)光二極 管元件41直接以熱傳導性佳的焊錫48或銀膠固定于熱管32表面，而發(fā)光二極管元件 41的引腳(lead)411則延伸到側邊的印刷電路板47，并與印刷電路板47電性相連。同樣 地，為能增加光線利用率，可在印刷電路板47上設置反光板34，如此發(fā)光二極管元件 41發(fā)出的光線可集中向上射出。相較于圖4，雖然發(fā)光二極管元件31可以使用具有散熱板的導線架(leadframe)以增 強封裝體的散熱，但如果能將發(fā)光二極管晶粒直接固定于熱管32上，則不但節(jié)省封裝 所需的成本，更免去封裝材料所造成的熱阻。圖6(a)是本發(fā)明第三實施例具有散熱結構 的發(fā)光二極管光源模塊的剖視圖。復數(shù)個發(fā)光二極管晶粒(bare die)61是固定于熱管32 表面上的電絕緣層35，并通過焊線技術以金屬導線69連接發(fā)光二極管晶粒61與電路層 36。發(fā)光二極管晶粒61表面及金屬導線69可覆蓋一透明材料65，例如樹脂或硅膠 (Silicone rubber),以保護發(fā)光二極管晶粒61及金屬導線69。另外，圖6(b)是本發(fā)明第四實施例具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的剖視圖。 具有凸塊(bump)68的復數(shù)個發(fā)光二極管晶粒(bare die)61直接以倒裝芯片(flip chip)技術 固定于熱管32表面的電路層36上，而此電路層同樣披覆于電絕緣層35上。因此同樣 節(jié)省封裝所需的成本，并免去封裝材料所造成的熱阻。發(fā)光二極管晶粒61表面還可覆 蓋一透明材料65，例如樹脂或硅膠(Silicone rubber),以保護發(fā)光二極管晶粒61 。圖7是本發(fā)明第五實施例具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的上視圖。相較于圖 3，發(fā)光二極管光源模塊70是將發(fā)光二極管元件31以陣列方式固定于熱管32表面。并 可將不同顏色的發(fā)光二極管元件(如紅光、藍光、綠光)分散交錯排列設置，且元件31彼 此間相隔一固定距離，以達到不同的出光效果。圖8是本發(fā)明第六實施例具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊的上視圖。發(fā)光二極 管光源模塊80包含復數(shù)個發(fā)光二極管元件81及一平板熱管82,其中所述發(fā)光二極管元 件81固定于平板熱管82上的金屬氧化層86的區(qū)域，同樣金屬氧化層86上設有電路層 (圖未示)。大面積的散熱片83可固定于平板熱管82的背面，更能有效增加熱交換的作 用面積，如圖9的剖視圖所示。本發(fā)明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而所屬領域的技術人員仍可能基于本
發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修改。因此，本發(fā)明的保護范圍 應不限于實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本發(fā)明的替換及修改，并為所附的 權利要求書所涵蓋。
權利要求
1.一種具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于包含一熱管裝置，包括至少一熱管、一設于所述熱管表面的電絕緣層及一設于所述電絕緣層表面的電路層；以及復數(shù)個發(fā)光二極管，固定于所述熱管裝置表面，并與所述電路層電性連接。
2. 如權利要求l所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述發(fā)光二 極管為裸晶的晶粒。
3. 如權利要求2所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述發(fā)光二 極管覆蓋一透明材料。
4. 如權利要求3所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述透明材 料是樹脂或硅膠。
5. 如權利要求2所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述晶粒是 以金屬導線或凸塊與所述電路層電性相連。
6. 如權利要求l所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述發(fā)光二 極管為封裝后的發(fā)光二極管元件。
7. 如權利要求l所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述電絕緣 層是一陶瓷材料層。
8. 如權利要求l所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述電絕緣 層是一金屬氧化物層。
9. 如權利要求l所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于進一步包含 一上電絕緣層及一上電路層，所述上電絕緣層及所述上電路層依序疊設于所述電路 層上，其中所述復數(shù)個發(fā)光二極管直接與所述上電路層電性連接。
10. 如權利要求l所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述熱管裝 置由復數(shù)個所述熱管所組裝形成。
11. 如權利要求l所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述熱管是 平板熱管或扁平狀的熱管。
12. 如權利要求l所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于進一步包含 至少一固定于所述熱管裝置表面的散熱片。
13. 如權利要求l所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述熱管是 由熱傳導性佳的金屬制成。
14. 如權利要求l所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述熱管是 由銅制成。
15. 如權利要求l所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述熱管是 由鋁制成。
16. —種具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于包含至少一熱管；至少一印刷電路板；以及復數(shù)個發(fā)光二極管，固定于所述熱管表面，并與所述印刷電路板電性連接。
17. 如權利要求16所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述發(fā)光二 極管為封裝后的發(fā)光二極管元件，所述發(fā)光二極管元件具有復數(shù)個引腳，且所述引 腳與所述印刷電路板直接電性連接。
18. 如權利要求16所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述熱管是 平板熱管或扁平狀的熱管。
19. 如權利要求16所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于進一步包含 至少一固定于所述熱管表面的散熱片。
20. 如權利要求16所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述熱管是 由熱傳導性佳的金屬制成。
21. 如權利要求16所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述熱管是 由銅制成。
22. 如權利要求16所述的具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其特征在于所述熱管是 由鋁制成。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種具有散熱結構的發(fā)光二極管光源模塊，其包含復數(shù)個發(fā)光二極管及一表面具有至少一電路層的熱管裝置。所述電路層直接形成于所述熱管裝置表面的熱傳導性佳的電絕緣層上，又所述復數(shù)個發(fā)光二極管與所述電路層電性相連。所述熱管裝置可為一平板狀的熱管，或者為由復數(shù)個扁平狀熱管、散熱片及風扇結合成的組件。所述復數(shù)個發(fā)光二極管直接固著于所述熱管裝置的表面，因此通過所述熱管裝置內的潛熱相變化作用，能有效地將所述發(fā)光二極管在發(fā)亮時產生的熱能迅速逸散到大氣中，或者攜帶到設于遠端的所述散熱片以進行熱交換的目的，進而達到較佳的散熱效果且節(jié)省空間。
文檔編號G02F1/1335GK101126863SQ20061011121
公開日2008年2月20日 申請日期2006年8月15日 優(yōu)先權日2006年8月15日
發(fā)明者楊書榮, 譚瑞敏 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院