專利名稱：用于輻射發(fā)光二極管的熱量的裝置及使用其的液晶顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于輻射發(fā)光二極管(LED)的熱量的裝置及使用其的液晶顯示
ο
背景技術(shù)：
LED是由諸如GaAs、AlGaAs、GaN、InGaN或AlGaInP的化合物半導(dǎo)體材料形成的具 有兩個端子的二極管。LED使用當(dāng)電子和空穴根據(jù)施加于陰極和陽極的電力而組合時產(chǎn)生 的光能發(fā)射可見射線。通過紅色、綠色和藍色LED的組合或者藍色LED和黃色熒光粉的組合實現(xiàn)發(fā)射白 光的白色LED。隨著白色LED的出現(xiàn)，LED已應(yīng)用于范圍從電子產(chǎn)品的指示器到家庭用品以 及廣告面板的廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。近來，由于LED芯片的高效率，LED已代替常規(guī)照明燈而取 代了街燈、運載工具的照明燈、熒光燈。LED具有高功率和高亮度，其效率超過現(xiàn)有的輝光放 電燈，并且與現(xiàn)有熒光燈的效率相似或者優(yōu)于它。施加給LED封裝的能量的大約15%轉(zhuǎn)換為光，而大約85%的能量作為熱量被消耗 掉。隨著從LED的PN結(jié)產(chǎn)生的熱量增加，LED封裝的效率和壽命降低。因此，具有高功率 和高亮度的LED封裝需要用于輻射從LED芯片產(chǎn)生的熱量的設(shè)計。通常將LED封裝焊接至昂貴的金屬印刷電路板(PCB)或用于熱輻射的散熱包層板 (thermal clad board)。金屬PCB具有由鋁基板、樹脂層、銅箔層和阻焊劑層順序?qū)訅旱膶?疊結(jié)構(gòu)。樹脂層將流動電流的銅箔層與鋁基板彼此電絕緣并在銅箔層與鋁基板之間形成 熱傳遞通路。從LED封裝產(chǎn)生的熱量通過銅箔層傳遞，然后通過樹脂層傳輸?shù)戒X基板。因 此，為了實現(xiàn)有效的熱輻射結(jié)構(gòu)，必需增加樹脂層的熱傳導(dǎo)性。用于金屬PCB的樹脂層的 熱傳導(dǎo)性大約為1. 0至2. 2W/mk。金屬PCB要求具有不同熱膨脹系數(shù)的兩種金屬可靠地粘 結(jié)，并減小兩種金屬之間在熱膨脹過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，該金屬PCB的鋁和銅箔彼此相對組 合以便在它們之間形成樹脂層。銅的熱膨脹系數(shù)大約為17ppm/k，而鋁的熱膨脹系數(shù)大約為 25ppm/k。為了滿足金屬PCB的樹脂層所需的性能，用于金屬PCB的樹脂層具有在0. 075到 0. 30mm范圍內(nèi)的厚度。由于該相對厚的樹脂層，熱量不會在金屬PCB的銅層與金屬基板之 間平穩(wěn)流動。將詳細解釋金屬PCB中的熱傳遞。從LED芯片產(chǎn)生的熱量通過封裝本體、焊 料層、銅箔層、樹脂層和鋁基板輻射。由于樹脂層的低的熱傳導(dǎo)性，樹脂層在熱量流動中產(chǎn) 生熱輻射的瓶頸現(xiàn)象。如果多個LED封裝以陣列形式安裝在金屬PCB上，則因為通過金屬 PCB僅獲得較低的熱輻射效果，所以可將額外的散熱器附接到金屬PCB的底面以輻射熱量。 在該情形中，為了除去金屬PCB與散熱器之間的空氣層，可在金屬PCB與散熱器之間分配熱 脂。然而，因為熱脂的熱傳導(dǎo)性低至大約2到3W/mK，所以熱脂阻礙熱量的流動。根據(jù)顯示設(shè)備和信息通訊設(shè)備的小型化，可通過表面組裝技術(shù)(SMT)將LED芯片
4直接安裝在PCB或柔性印刷電路(FPC)上。在液晶顯示器的背光單元中，LED芯片安裝在 FPC上并且FPC可附接金屬板或金屬散熱器來輻射熱量，而不使用昂貴的金屬PCB。然而， 該熱輻射方案也需要昂貴的金屬板和FPC，從而增加了成本，并且該熱輻射方案沒有提供足 夠的熱輻射效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于輻射LED的熱量的裝置以及使用其的液晶顯 示器，所述裝置實現(xiàn)了廉價的LED熱量輻射結(jié)構(gòu)并通過充分的熱輻射延長了 LED的效率和
壽命ο根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于輻射發(fā)光二極管(LED)的熱量的裝置， 其包括各自都包括LED芯片和熱輻射金屬板的多個LED封裝；和印刷電路板(PCB)，該PCB 包括與該LED封裝的熱輻射板相接觸的頂面，該頂面上形成有電路圖案和阻焊劑、其上形 成有金屬層的底面、穿透該頂面和該底面的孔、形成在該孔的側(cè)壁上用于將該LED封裝的 熱輻射板與該金屬層連接的金屬側(cè)壁、以及形成在該孔中的腔。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種液晶顯示器，其包括液晶顯示面板；和照明 該液晶顯示面板的背光單元。所述背光單元包括各自都包括LED芯片和熱輻射金屬板的多個LED封裝；和印 刷電路板(PCB)，該PCB包括與該LED封裝的熱輻射板相接觸的頂面，該頂面上形成有電路 圖案和阻焊劑、其上形成有金屬層的底面、穿透該頂面和該底面的孔、形成在該孔的側(cè)壁上 用于將該LED封裝的熱輻射板與該金屬層連接的金屬側(cè)壁、以及形成在該孔中的腔。


并入本說明書中并構(gòu)成說明書一部分的附圖闡述了本發(fā)明的實施方式，并與該說 明一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個實施方式的用于輻射LED的熱量的裝置的截面圖；圖2和圖3是示出圖1中所示的LED封裝的底面的平面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二個實施方式的用于輻射LED的熱量的裝置的截面圖；圖5是圖4中所示的用于輻射LED的熱量的裝置的截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明第三個實施方式的用于輻射LED的熱量的裝置的截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明第一個實施方式的液晶顯示器的截面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二個實施方式的液晶顯示器的截面圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將參照圖1至圖8來詳細解釋本發(fā)明的實施方式。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一個實施方式的用于輻射LED的熱量的裝置的截面圖。參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的LED封裝10安裝在PCB 21上。LED封裝10包括封裝本體14、齊納二極管18、至少一個LED芯片11、陰極引線框 15、陽極引線框16和熱輻射金屬板17。齊納二極管18和LED芯片11安裝在形成于封裝 本體14的表面上的凹槽上。LED芯片11的陰極通過接線12與陰極引線框15連接，而LED芯片11的陽極通過接線12與陽極引線框16連接。齊納二極管18通過接線與LED芯片11 連接并阻擋靜電流到LED芯片11，以保護LED芯片11免于靜電。陰極引線框15、陽極引線框16和熱輻射金屬板17在封裝本體14的底面上形成 為彼此分離的金屬圖案。陰極引線框15、陽極引線框16和熱輻射金屬板17由同種金屬形 成。在LED封裝10的表面上形成的凹槽中填充有樹脂13。樹脂13傳輸從LED芯片 11產(chǎn)生的可見射線并使LED芯片11、齊納二極管18和接線12免于濕氣和氧氣。樹脂13 可包括熒光材料。可選擇阻燃組合物4 (FR4)作為PCB 21。在PCB 21的頂面上形成有向LED封裝 供電的電路圖案，并在該電路圖案上涂有阻焊劑。在PCB 21底面上的廣闊區(qū)域中形成諸如 銅箔的金屬層22，并且PCB 21的底面上沒有涂敷阻焊劑。PCB 21包括孔。在PCB 21中形 成的孔的側(cè)壁上形成有金屬側(cè)壁23，并在孔中形成有包含空氣的腔24。這里，所述孔可以 是通孔(via-hole)或透孔(through hole)。當(dāng)孔為通孔時，孔的側(cè)壁用銅電鍍，從而形成 金屬側(cè)壁23。當(dāng)孔是透孔時，孔的側(cè)壁用銅電鍍并且銅層用金電鍍，從而形成金屬側(cè)壁23。 金屬側(cè)壁23穿透PCB 21的頂面和底面，以將LED封裝10的熱輻射金屬板17與PCB 21底 面上形成的金屬層22連接，從而形成LED封裝10的熱輻射通路。如果PCB 21的孔完全 被金屬充滿，則在SMT設(shè)備的焊接溫度下，金屬在密封的孔中熱膨脹并溢出所述孔，從而造 成電路圖案的短路以及LED封裝10的低劣安裝。因此，金屬側(cè)壁23必須僅在孔的側(cè)壁上 形成，使得孔沒有完全被金屬充滿，而在孔中存在腔24?？稍赑CB 21的頂面上安裝連接器 (未示出)。安裝在PCB 21上的連接器通過FPC或柔性扁平電纜(FFC)與安裝有LED驅(qū)動 電路的PCB的連接器連接，從而通過電路圖案將電力從LED驅(qū)動電路提供到LED封裝10。圖2和圖3是顯示出圖1所示的LED封裝10的底面的平面圖。參照圖2和圖3，陰極引線框15和陽極引線框16彼此分開并布置在封裝本體14 的兩側(cè)。熱輻射金屬板17形成在封裝本體14底面中心處的廣大區(qū)域中并與陰極引線框15 和陽極引線框16分開，如圖2所示。此外，熱輻射金屬板17可包括與和陰極引線框15或陽 極引線框16分離的金屬圖案相連接的金屬板以增加該熱輻射金屬板的面積，如圖3所示。 在圖3的情形中，陰極引線框15和陽極引線框16具有不同的面積。PCB 21以下述方式附接到底蓋30，即PCB 21底面上形成的金屬層22面對底蓋 30。底蓋30由鋁或鋁合金形成并與應(yīng)用于液晶顯示器的背光單元的殼元件對應(yīng)，如圖7和 8所示。PCB 21通過已知的熱輻射襯墊附接到底蓋30。此外，PCB 21通過使用焊接、粘合 劑、螺絲、掛鉤等的多種接合方法附接到底蓋30。不必在PCB 21與底蓋30之間形成額外的 散熱器。底蓋30接地。在該情形中，PCB 21底面上形成的附接到底蓋30的金屬層22可 形成地平面。從LED封裝10產(chǎn)生的熱量通過該LED封裝10底面上形成的熱輻射金屬板17、PCB 21的孔的側(cè)壁上形成的金屬側(cè)壁23、PCB 21底面上形成的金屬層22和底蓋30來輻射。因 此，從LED封裝10產(chǎn)生的熱量沿著由金屬形成的熱輻射通路輻射。圖4和5圖解了根據(jù)本發(fā)明第二個實施方式的用于輻射LED的熱量的裝置。參照圖4和5，在PCB 21上安裝有連接器41和多個LED封裝10，并在PCB21上形成有用于連接連接器41和LED封裝10的電路圖案。PCB 21上涂有阻焊劑。如圖1所示， 在每個LED封裝10中形成有齊納二極管。在PCB 21底面上的廣闊區(qū)域中形成有金屬層22 且其上沒有形成阻焊劑。PCB21具有穿透PCB 21頂面和底面的多個孔25?？?5形成在PCB 21的沒有形成電路圖案的部分處。在連接器41和與連接器41相鄰的LED封裝10之間以 及相鄰的LED封裝10之間形成孔25。在孔25的側(cè)壁上形成有金屬層23，且在孔25中分 別形成有腔。LED封裝10的熱量通過孔25側(cè)壁上形成的金屬層、PCB 21底面上形成的金屬層 22以及底蓋30來輻射。PCB 21底面上形成的金屬層22可與底蓋30接觸以形成地平面。 PCB 21通過上述多種方法接合到底蓋30上，并且不必在PCB 21與底蓋30之間形成額外的
散熱器。LED封裝10可由通過SMT工序直接在PCB 21上形成的LED芯片所代替?？稍贚ED 封裝10或LED芯片下面分別形成穿透PCB 21的頂面和底面且在其側(cè)壁上形成有金屬層的 孔，如圖1所示。即使當(dāng)LED封裝10的數(shù)量增加時，為了提高LED熱輻射效果并且減少PCB 21的 尺寸增加，可選擇具有大于4層的FR4PCB作為PCB 21，如圖6所示。在具有大于四層的多 層PCB 21的情形中，在沒有形成電路圖案和多層電路圖案的部分處形成穿透PCB 21頂面 和底面的孔25。在孔25的側(cè)壁上形成金屬層23。圖7是根據(jù)本發(fā)明第一個實施方式的液晶顯示器的截面圖。參照圖7，根據(jù)本發(fā)明第一個實施方式的液晶顯示器包括液晶顯示面板61和用于 照明該液晶顯示面板61的側(cè)光式背光單元。該側(cè)光式背光單元包括前述實施方式中所述的LED封裝10和具有熱輻射結(jié)構(gòu)的 底蓋30。該側(cè)光式背光單元進一步包括靠近LED封裝10定位的光導(dǎo)63、布置在光導(dǎo)63與 液晶顯示面板61之間的多個光學(xué)片62、支撐液晶顯示面板61和側(cè)光式背光單元的導(dǎo)引板 64、覆蓋導(dǎo)引板64側(cè)面和頂面的殼蓋65、以及布置在光導(dǎo)63與底蓋30之間的反射片66。 LED封裝10面對光導(dǎo)63的一端。液晶顯示面板61包括形成在上下玻璃基板之間的液晶層。在液晶顯示面板61的 下玻璃基板上以交叉方式形成有多條數(shù)據(jù)線和多條柵線。液晶顯示面板61包括分別布置 在數(shù)據(jù)線和柵線的交點處的液晶盒。液晶顯示面板61的下玻璃基板包括形成在其上的數(shù) 據(jù)線、柵線、薄膜晶體管(TFT)、與TFT連接的液晶盒的像素電極、和存儲電容器。液晶顯示 面板61的上玻璃基板包括形成在其上的黑矩陣和濾色器。在諸如扭曲向列(TN)模式和垂 直取向(VA)模式的垂直電場驅(qū)動模式下，在上玻璃基板上形成公共電極，而在諸如共平面 開關(guān)(IPS)模式和邊緣場開關(guān)(FFS)模式的水平電場驅(qū)動模式下，在下玻璃基板上形成公 共電極。偏振器分別附接到液晶顯示面板61的上下玻璃基板，且在液晶層的頂面和底面上 分別形成用于設(shè)定液晶的預(yù)傾角的取向膜。導(dǎo)引板64由混合有玻璃纖維的諸如聚碳酸酯的合成樹脂以矩形框架的形式形成 且并包圍液晶顯示面板61和側(cè)光式背光單元的邊緣。在導(dǎo)引板64的內(nèi)側(cè)壁上形成有突 出部，液晶顯示面板61位于該突出部上，而光導(dǎo)63和光學(xué)片62布置在該突出部下面。光 學(xué)片62包括至少一個棱鏡片和至少一個擴散片，擴散從光導(dǎo)63接收的光并以基本上垂至 于液晶顯示面板61的光接收面的角度折射光的傳播路徑。光學(xué)片62可包括雙亮度增強膜
7(DBEF)。LED封裝10安裝在具有孔的PCB 21上。PCB 21接合到底蓋30上。LED封裝10 的熱量通過PCB 21的孔的側(cè)壁上形成的金屬層、PCB 21底面上形成的金屬層22和底蓋30
來輻射。圖8是根據(jù)本發(fā)明第二個實施方式的液晶顯示器的截面圖。參照圖8，根據(jù)本發(fā)明第二個實施方式的液晶顯示器包括液晶顯示面板61和用于 照明該液晶顯示面板61的直下型背光單元。液晶顯示面板61可以以任何模式，如TN模式、 VA模式、IPS模式和FFS模式來實現(xiàn)。該直下型背光單元包括如前述實施方式中所述的LED封裝10和具有熱輻射結(jié)構(gòu) 的底蓋30。該直下型背光單元進一步包括布置在LED封裝10上的擴散器67、布置在擴散 器67與液晶顯示面板61之間的多個光學(xué)片62、支撐液晶顯示面板61和直下型背光單元的 導(dǎo)引板69、覆蓋導(dǎo)引板69側(cè)面和頂面的殼蓋68、以及附接到底蓋30的反射片70。LED封裝10安裝在具有孔的PCB 21上。PCB 21接合到底蓋30上。如前述實施 方式中所述，LED封裝10的熱量通過PCB 21的孔的側(cè)壁上形成的金屬層、PCB 21底面上形 成的金屬層22和底蓋30來輻射。如上所述，本發(fā)明通過在PCB中形成孔并在孔的側(cè)壁上形成金屬層可以實現(xiàn)廉價 的LED熱輻射結(jié)構(gòu)，因而可以通過充分的熱輻射來延長LED的效果和壽命。盡管參照示例性的實施方式特別顯示和描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解，在不脫離由所附權(quán)利要求確定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可在形式和細節(jié)上進 行多種變化。
權(quán)利要求
一種用于輻射發(fā)光二極管的熱量的裝置，包括各自都包括LED芯片和熱輻射金屬板的多個發(fā)光二極管封裝；和印刷電路板，該印刷電路板包括與所述發(fā)光二極管封裝的熱輻射板相接觸的頂面，該頂面上形成有電路圖案和阻焊劑；其上形成有金屬層的底面；穿透所述頂面和所述底面的孔；形成在所述孔的側(cè)壁上用于將所述發(fā)光二極管封裝的熱輻射板與所述金屬層相連接的金屬側(cè)壁；以及形成在所述孔中的腔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輻射發(fā)光二極管的熱量的裝置，進一步包括金屬基板， 所述印刷電路板附接在該金屬基板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輻射發(fā)光二極管的熱量的裝置，其中每個所述發(fā)光二極 管封裝都包括具有頂面和底面的封裝本體，在頂面上安裝有所述發(fā)光二極管芯片并涂有樹脂，而在 底面上形成有所述熱輻射板；陰極引線框，由與所述熱輻射金屬板相同的材料形成在所述封裝本體的底面的一側(cè) 處，并與所述發(fā)光二極管芯片的陰極連接；和陽極引線框，由與所述熱輻射金屬板相同的材料形成在所述封裝本體的底面的另一側(cè) 處，并與所述發(fā)光二極管芯片的陽極連接，其中所述熱輻射金屬板形成于所述封裝本體的中心，以將所述陰極引線框與所述陽極 引線框分開。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輻射發(fā)光二極管的熱量的裝置，其中每個所述發(fā)光二極 管封裝都進一步包括與所述發(fā)光二極管芯片連接的齊納二極管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于輻射發(fā)光二極管的熱量的裝置，其中所述印刷電路板進 一步包括形成在相鄰發(fā)光二極管封裝之間并穿透所述印刷電路板的頂面和底面的多個第 二孔、形成在所述第二孔的側(cè)壁上的第二金屬側(cè)壁、以及分別形成在所述第二孔中的第二 腔。
6.一種液晶顯示器，包括 液晶顯示面板；和照明液晶顯示面板的背光單元， 其中所述背光單元包括各自都包括發(fā)光二極管芯片和熱輻射金屬板的多個發(fā)光二極管封裝；和 印刷電路板，其包括與所述發(fā)光二極管封裝的熱輻射板相接觸的頂面，該頂面上上形成有電路圖案和阻焊劑；其上形成有金屬層的底面； 穿透所述頂面和所述底面的孔；形成在所述孔的側(cè)壁上用于將所述發(fā)光二極管封裝的熱輻射板與所述金屬層相連接的金屬側(cè)壁；以及形成在所述孔中的腔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液晶顯示器，進一步包括底蓋，所述印刷電路板附接在該底"^n K ο
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液晶顯示器，其中每個所述發(fā)光二極管封裝都包括具有頂面和底面的封裝本體，頂面上安裝有所述發(fā)光二極管芯片并涂有樹脂，而底面 上形成有所述熱輻射板；陰極引線框，由與所述熱輻射金屬板相同的材料形成在所述封裝本體的底面的一側(cè) 處，并與所述發(fā)光二極管芯片的陰極連接；和陽極引線框，由與所述熱輻射金屬板相同的材料形成在所述封裝本體的底面的另一側(cè) 處，并與所述發(fā)光二極管芯片的陽極連接，其中所述熱輻射金屬板形成在所述封裝本體的中心，以將所述陰極引線框與所述陽極 引線框分離。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液晶顯示器，其中每個所述發(fā)光二極管封裝都進一步包括與 所述發(fā)光二極管芯片連接的齊納二極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的液晶顯示器，其中所述印刷電路板進一步包括形成在相鄰 發(fā)光二極管封裝之間并穿透所述印刷電路板的頂面和底面的多個第二孔、形成在所述第二 孔的側(cè)壁上的第二金屬側(cè)壁、以及分別形成在所述第二孔中的第二腔。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于輻射發(fā)光二極管(LED)的熱量的裝置，包括各自都包括LED芯片和熱輻射金屬板的多個LED封裝；和印刷電路板(PCB)，所述PCB包括與所述LED封裝的熱輻射板相接觸的頂面，該頂面上形成有電路圖案和阻焊劑、其上形成有金屬層的底面、穿透所述頂面和所述底面的孔、形成在所述孔的側(cè)壁上用于將所述LED封裝的所述熱輻射金屬板與所述金屬層連接的金屬側(cè)壁、以及形成在所述孔中的腔，本發(fā)明還公開了使用該用于輻射發(fā)光二極管(LED)的熱量的液晶顯示器。
文檔編號H01L33/64GK101963336SQ20091026204
公開日2011年2月2日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者宋鴻聲, 崔秉辰, 李墺鉉 申請人:樂金顯示有限公司