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CN101176216A - 发光元件安装用珐琅基板、发光元件模块、照明装置、显示装置及交通信号机 - Google Patents

发光元件安装用珐琅基板、发光元件模块、照明装置、显示装置及交通信号机 Download PDF

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CN101176216A
CN101176216A CNA2006800168913A CN200680016891A CN101176216A CN 101176216 A CN101176216 A CN 101176216A CN A2006800168913 A CNA2006800168913 A CN A2006800168913A CN 200680016891 A CN200680016891 A CN 200680016891A CN 101176216 A CN101176216 A CN 101176216A
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light
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substrate
porcelain enameled
hole
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铃木龙次
武本恭介
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Fujikura Ltd
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Fujikura Ltd
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Abstract

发光元件安装用珐琅基板具有内核金属、覆盖于上述内核金属的表面的珐琅层、以及一个以上的通孔，上述内核金属在该通孔的内表面上露出。

Description

发光元件安装用珐琅基板、发光元件模块、照明装置、显示装置及交通信号机
技术领域
本发明涉及用来安装多个发光二极管(以下记做LED)等的发光元件安装用基板，特别涉及在照明等用途中，即使在高密度地安装了发光元件的情况下也能确保充分的散热性的发光元件安装用珐琅基板及在该基板上安装了发光元件的发光元件模块、以及具有该发光元件模块的照明装置、显示装置和交通信号机。
本申请对2005年6月7日提出申请的日本特愿2005-167498号主张优先权，并在此引用其内容。
背景技术
近年来，LED作为照明用光源开始被使用。以往的LED模块具有如下的构造：在由玻璃环氧树脂等构成的绝缘电路基板上形成有电极图案，并具有用来向前方高效地反射从LED发出的光的反射罩部，在该反射罩部的底面上安装有LED元件，并用高折射率的透明树脂进行了树脂封装。
在点亮LED时，对发光没有贡献的能量变换成热量。将LED作为照明用光源而使用时，要在基板上安装多个LED，需要投入很多的能量，因此，需要散热性高的安装用基板。但是，作为照明用的LED安装用基板，在使用以往通常使用的由玻璃环氧树脂等构成的电路基板时，存在如下问题：因为基板的散热性不好，所以产生的热量使得LED的温度上升，而导致LED的发光效率降低。
到目前为止，专利文献1提出了散热性好的电路基板。其具有如下构造：为了提高基板的散热性，在基板芯材的露出面上连接散热用的金属板。但是，该专利文献1是为了防止高密度安装IC等电路部件时的热量的影响，而不能认为是记载了作为照明装置的使用和应用了LED的使用。
专利文献1：日本特开昭64-28886号公报
如上所述，当在基板上安装多个LED时，来自LED的发热量非常大，需要提高基板的散热性。作为散热性高的基板可列举出珐琅基板。通过将散热性高的珐琅基板作为照明用LED基板来使用，可以安装多个LED。
但是，在制作高亮度的照明用LED模块时，需要在基板上以密集状态来安装更多的LED，或者需要使用高亮度LED元件，为实现它，需要进一步提高基板的散热性。
另外，在照明用光源的情况下，需要减少亮度波动，而为了降低亮度波动，需要调整LED的电流以使之均匀地发光。在调整电流时，可以通过在电路上安装电阻等来进行，不过，在此情况下，因为发热体安装在基板上，所以需要进一步提高LED安装用基板的散热特性。
发明内容
本发明就是鉴于上述情况而做出的，目的在于提供一种散热性优良的发光元件安装用珐琅基板和在该基板上安装了发光元件的发光元件模块以及具有该发光元件模块的照明装置、显示装置和交通信号机。
为实现上述目的，本发明提供如下的发光元件安装用珐琅基板：具有内核金属、覆盖于上述内核金属的表面的珐琅层、以及一个以上的通孔，在该通孔的内表面上露出上述内核金属。
在本发明的发光元件安装用珐琅基板上，最好是，还设置有具有突起部的散热构造体，并且该突起部嵌入上述散热用通孔内。
在本发明的发光元件安装用珐琅基板上，最好是，在其与上述散热构造体的连接部上设置有高热传导性接合剂。
另外，本发明提供一种在本发明所涉及的上述发光元件安装用珐琅基板上安装了发光元件的发光元件模块。
而且，本发明还提供一种具有本发明所涉及的上述发光元件模块的照明装置、显示装置以及交通信号机。
本发明的发光元件安装用珐琅基板，由于采用了以下结构：在珐琅基板上设置有一个以上的散热用通孔，并使内核金属在该散热用通孔的内表面上露出来，因此，点亮发光元件时所产生的热量，传递到内核金属，并迅速地传导到整个内核金属。另外，热量从散热用通孔的内表面的内核金属露出面传导到外面或者传导到散热构造体，因此可提高基板的散热性。因此，即使安装多个发光元件并点亮时，基板升温也较少，从而可以将发光元件的发光效率维持在高水平，并可以提高发光元件的长期可靠性。
本发明的发光元件模块，将发光元件安装在本发明所涉及的上述发光元件安装用珐琅基板上，因此，即使在安装多个发光元件并点亮时，基板升温也较少，从而可以将发光元件的发光效率维持在高水平，并可以提高发光元件的长期可靠性。本发明的发光元件模块，例如，适于用作照明装置、显示装置及交通信号机。
附图说明
图1是表示本发明的发光元件模块的第一实施方式的剖面图。
图2是表示本发明的发光元件模块的第二实施方式的剖面图。
图3是表示本发明的发光元件模块的第三实施方式的剖面图。
图4是表示在对比例中制作的发光元件模块的剖面图。
符号说明
10...发光元件安装用基板，11...发光元件模块，12...内核金属，13...珐琅层，14...电极，15...反射罩部，16...发光元件，17...金线，18...透明树脂，19...散热用通孔，20...散热构造体，21...散热片，22...高热传导性接合剂
具体实施方式
以下，参考附图，对本发明的实施方式进行说明。不过，本发明并不限于以下的各实施例，例如，也可以将这些实施例的构成要素彼此进行适当组合。
图1是表示本发明的第一实施方式的剖面图。本实施方式的发光元件模块11构成为：在内核金属12的表面覆盖了珐琅层13的珐琅基板上，设置一个以上的散热用通孔19，并且，在设置了发光元件安装用的反射罩部15的发光元件安装用珐琅基板10上，安装发光元件16。在本实施方式中，在散热用通孔19的内表面露出内核金属12。
设置在发光元件安装用珐琅基板10上的反射罩部15，被形成为由平坦的底面和斜面构成的研磨钵状或槽状。该斜面的倾斜角度(底面和斜面所成的角度)为10°～90°左右，最好为40°～90°。在本实施方式中，散热用通孔19，贯穿设置在多个反射罩部15彼此之间的中间位置。
在发光元件安装用珐琅基板10的设置有反射罩部15的发光元件安装面上，形成有驱动发光元件16的通电用的电极14和控制电路等的电路图案。在该电路图案上包括调整发光元件16的发光强度的电阻元件时，为了高效散发由电阻元件所发出的热量，电阻元件最好配置在散热用通孔19的周围。
在本实施方式中，作为构成发光元件安装用珐琅基板10的内核金属12的材料，只要是表面上可以牢固地形成珐琅层13的金属即可，并不特殊限定。例如，可以使用低碳钢板等。此外，珐琅层13是将玻璃粉烧接在内核金属12的表面上而形成的。另外，电极14和电路图案，例如，最好是通过利用丝网印刷法等，沿着规定的图案，印刷并烧接银糊或铜糊等导电糊的方法等来形成。
作为安装在该发光元件安装用珐琅基板11上的发光元件16，最好是LED。在将发光元件模块10应用于照明装置时，作为发光元件16最好是白色LED。作为该白色LED，例如，最好是组合由氮化镓(GaN)类半导体制作的蓝色LED、和由蓝色光激发而发出黄色等一种或两种以上的除蓝色以外的可见光的荧光体而成的白色LED等。并且，最好是，使上述荧光体混合并分散在用来封装安装在基板上的发光元件16的透明树脂18中来使用。
在本实施方式的发光元件模块11中，发光元件16安装在反射罩部15的底面上。发光元件16的一个电极端子与一个电极14电连接，此外，发光元件16的另一个电极端子，通过金线17(键合引线)与相邻的另一个电极14进行电连接。根据需要，向反射罩部15中注入混合了荧光体的环氧树脂或硅树脂等透明树脂18，并使其固化而进行树脂封装。
然后，对上述的发光元件安装用珐琅基板10以及使用了该基板的发光元件模块11的制造方法进行说明。
首先，准备制作内核金属用的金属板，并将其切割成希望的形状，再实施机械加工，分别形成希望个数的成为发光元件安装位置的反射罩部15和散热用通孔19，由此制作出内核金属12。
然后，将上述内核金属12浸渍到在适当的溶剂中分散了玻璃粉而得到的液体中，在附近配置相对电极，并在内核金属12与该相对电极之间施加电压，使玻璃粉末电沉积在内核金属12的表面上。在进行了电沉积后，从液体中提出内核金属12进行干燥，并将其放入加热炉中，在规定温度区域内进行加热，将玻璃粉末烧接在内核金属12的表面上，形成珐琅层13，由此制作出珐琅基板。
接下来，利用喷砂法等方法去除附着在散热用通孔19的内表面上的珐琅层，露出内核金属12。另外，对该散热用通孔19的内表面去除珐琅层，可以用如下方法等来替代：在进行上述电沉积时，堵住散热用通孔19来局部防止电沉积的方法；在进行珐琅层烧接之前预先去除散热用通孔19的内表面的玻璃粉的方法等。
之后，利用丝网印刷等方法，沿着电极14和电路的形成图案来印刷银糊等导电糊，之后进行烧接，从而形成电极14和所需要的电路。通过进行以上的各工序，可得到发光元件安装用珐琅基板10。
接下来，在如上述那样制作的发光元件安装用珐琅基板10的规定位置上，通过贴片(diebonding)来安装发光元件16，并进行引线键合(wirebonding)，用金线17电连接发光元件16和电极14。之后，向反射罩部15填充保护用的树脂或混合并分散了荧光体的树脂，并使之固化，而利用透明树脂18来封装发光元件16。由此，制作出图1所示的发光元件模块11。
本实施方式的发光元件安装用珐琅基板10，采用了以下结构：在珐琅基板上设置一个以上的散热用通孔19，并使金属12在该散热用通孔19的内表面上露出，因此，点亮发光元件16时产生的热量传递到内核金属12，并迅速地传导到整个内核金属12，并且，热量从散热用通孔19的内表面的内核金属露出面传导到外部，由此提高了基板的散热性，即使在安装了多个发光元件16并点亮时，基板升温也较少，可将发光元件16的发光效率维持在高水平上，此外还能提高发光元件16的长期可靠性。
本实施方式的发光元件模块11，因为在上述发光元件安装用珐琅基板10上安装了发光元件16，所以，即使在安装了多个发光元件16并点亮时，基板升温也较少，能将发光元件16的发光效率维持在高水平上，此外还能提高发光元件16的长期可靠性，例如，适于用作照明装置、显示装置和交通信号机。
此外，通过在散热用通孔19的周围配置电流调整用的电阻元件，也能抑制因电阻元件的发热而引起的升温。
图2是表示本发明的第二实施方式的剖面图。本实施方式的发光元件模块11具有和上述第一实施方式的发光元件模块相同的构成要素，其特征在于，进一步地，具有突起部的散热构造体20，以将该突起部嵌入上述散热用通孔19中的状态进行连接。
作为该散热构造体20，示出了如下构造体：其由例如铝等热传导系数高的金属构成，并在一侧设置了上述突起部，在另一侧设置了多个散热片21，但是，只要是在连接到上述散热用通孔19的状态下能够提高基板的散热性的构造即可，而不限于本例。
本实施方式的发光元件模块11，由于采用了连接了散热构造体20的结构，所以，热量通过散热构造体20从散热用通孔19高效地传递，从而可以进一步提高基板的散热性。
图3是表示本发明的第三实施方式的剖面图。本实施方式的发光元件模块11，具有和上述第二实施方式的发光元件相同的构成要素，其特征在于，进一步地，在散热构造体20的突起部之间，设置了硅脂、钎料等高热传导性接合剂22。
本实施方式的发光元件模块11，热量通过散热构造体20从散热用通孔19更加高效地传导出去，能够进一步提高基板的散热性。
实施例
(发光元件安装用基板)
作为内核金属，采用长100mm、宽30mm、厚1.5mm的低碳钢板，并利用钻孔加工形成了反射罩部。反射罩部沿钢板的长边方向以14mm的间隔一列形成7个，总计形成2列14个。反射罩部底面的尺寸，以直径2mm、深度0.5mm、并以45度角度制作成斜面部。
此外，在反射罩部之间，以14mm的间隔一列贯穿设置6个、总计贯穿设置3列18个直径3mm的散热用通孔。
然后，在形成了反射罩部和散热用通孔的钢板(内核金属)的表面上，涂敷将玻璃粉末混合于分散剂中而得到的液体，并在850℃下进行烧制，形成珐琅层。珐琅层的厚度调整为200μm，对散热用通孔的内表面进行喷砂处理去除珐琅层，而使内核金属露出。
接下来，在形成有反射罩部的表面上，沿着电极图案印刷铜糊，之后进行烧制形成厚度0.1mm的电极。
(实施例1)
在具有散热用通孔的上述珐琅基板的反射罩部内，如图1所示，安装了输出功率为20mW的蓝色LED元件。在珐琅基板上总计安装了14个LED元件，并用金线进行了引线键合，使电极和LED进行电连接。然后，将混合了黄色发光荧光体的硅树脂注入反射罩部，并使之固化进行封装，从而做成白色LED。进一步地，将电流调整用的电阻元件安装在散热用通孔的附近。
使60mA的电流流过所得到的模块的LED元件而使之发光，测量基板的中心温度，结果是，中心部的温度为140℃。
(实施例2)
和实施例1一样，在具有散热用通孔的上述珐琅基板的反射罩部内，安装了输出功率为20mW的蓝色LED元件。在珐琅基板上总计安装了14个LED元件，在进行了引线键合后，将混合了黄色发光荧光体的硅树脂注入反射罩部，并使之固化进行封装，从而做成白色LED。进一步地，将电流调整用的电阻元件安装在散热用通孔的附近。
如图2所示，在具有铝制的长度为10mm的散热片的散热构造体上，作为与散热用通孔的连接部，以14mm的间隔，每列6个，总计形成3列18个高2mm、直径3mm的连接突起物，将这些连接突起物插入散热用通孔中，与珐琅基板连接。
和实施例1一样，使60mA的电流流过LED元件而使之发光，测量基板的中心温度，结果是，中心部的温度是100℃。
(实施例3)
和实施例1一样，在具有散热用通孔的上述珐琅基板的反射罩部内，安装了功率为20mW的蓝色LED元件。在珐琅基板上总计安装了14个LED元件，在进行了引线键合之后，将混合有黄色发光荧光体的硅树脂注入反射罩部，并使之固化进行封装，从而制成白色LED。进一步地，在散热用通孔的附近安装电流调整用的电阻元件。
如图3所示，在具有铝制的长度为10mm的散热片的散热构造体上，作为与散热用通孔的连接部，以14mm的间隔，每列6个，总计形成3列18个高2mm、直径3mm的连接突起物，将这些连接突起物插入散热用通孔中，与珐琅基板连接。在散热构造体与珐琅基板的连接部，涂敷热传导性高的硅脂，并进行接续。
和实施例1一样，使60mA的电流流过LED元件而使之发光，测量基板的中心温度，结果是，中心部的温度是90℃。将热传导高的硅脂用作接合剂，使得散热构造体与珐琅基板的连接变得容易，此外，能可靠地进行接续，所以也提高了散热性。
(比较例)
采用和实施例1～3使用的基板相同尺寸的珐琅基板，但是，如图4所示，使用未形成散热用通孔的珐琅基板，并在其反射罩部内安装了功率为20mW的蓝色LED元件。在图4中，符号1是珐琅基板，2是发光元件模块，3是内核金属，4是珐琅层，5是电极，6是反射罩部，7是蓝色LED元件，8是金线，9是透明树脂。
在该珐琅基板上总计安装了14个LED元件，在进行了引线键合后，将混合有黄色发光荧光体的硅树脂注入反射罩部，并使之固化进行封装，从而制成白色LED。进一步地，安装电流调整用的电阻元件。使60mA的电流流过LED元件而使之发光，测量基板的中心温度，结果是，中心部的温度是150℃，温度比设置了通孔的实施例1的珐琅基板高。
产业可利用性
本发明可适用于安装多个LED等发光元件的发光元件安装用基板等。特别是可适用于：在照明等用途中，即使在高密度地安装了发光元件的情况下也能确保充分的散热性的发光元件安装用珐琅基板以及在该基板上安装了发光元件的发光元件模块，以及具有该发光元件模块的照明装置、显示装置和交通信号机。

Claims (7)

1.一种发光元件安装用珐琅基板，其特征在于，
具有：内核金属、覆盖于上述内核金属的表面的珐琅层、以及一个以上的通孔；
上述内核金属在上述通孔的内表面上露出。
2.根据权利要求1所述的发光元件安装用珐琅基板，其特征在于，还设置有具有突起部的散热构造体；
该突起部嵌入上述散热用通孔中。
3.根据权利要求2所述的发光元件安装用珐琅基板，其特征在于，在其与上述散热构造体的连接部上，设置有高热传导性接合剂。
4.一种在权利要求1所述的发光元件安装用珐琅基板上安装了发光元件的发光元件模块。
5.一种具有权利要求4所述的发光元件模块的照明装置。
6.一种具有权利要求4所述的发光元件模块的显示装置。
7.一种具有权利要求4所述的发光元件模块的交通信号机。
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