JP2012099814A

JP2012099814A - 発光素子

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Publication number: JP2012099814A
Application number: JP2011234777A
Authority: JP
Inventors: Eiketsu Lu; 英傑呂; An-Ki Wei; 安▲キ▼ 韋; Kin-Bi Hwang; ▲きん▼斐黄
Original assignee: Foxsemicon Integrated Technology Inc
Current assignee: Foxsemicon Integrated Technology Inc
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2012-05-24
Also published as: TW201218467A

Abstract

【課題】本発明は、優れた熱伝導率を有する発光素子を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る発光素子は、半導体光源と、前記半導体光源を保持する基板と、を備え、前記基板内には、複数の通路が設けられ、前記各々の通路内には、熱伝導性が優れる材料を充填することにより、熱伝導路が形成され、前記熱伝導路の熱伝導率は、前記基板の熱伝導率より高く、前記基板の熱伝導率を効果的に高め、前記半導体光源の正常な動作を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子に関し、特に半導体発光素子に関するものである。

発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ，ＬＥＤ）は、低消費電力、長寿命である等の利点を有するので、広く応用される。しかし、高い輝度、高いパワーの発光ダイオードは、発熱量が大きく、即時に放熱しなければ、発光ダイオードの温度が上昇して、発光効率が下げるばかりでなく、部品の損傷ももたらす。従来の発光ダイオードにおいて、発光チップを支持する基板は、通常熱伝導率が低いプラスチックからなるので、前記発光チップの放熱需要を満足できない。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、優れた熱伝導率を有する発光素子を提供することを目的とする。

本発明に係る発光素子は、半導体光源と、前記半導体光源を保持する基板と、を備え、前記基板内には熱伝導路が形成され、前記熱伝導路の熱伝導率は前記基板の熱伝導率より高い。

本発明に係る発光素子において、基板内には熱伝導路が形成され、且つ前記熱伝導路の熱伝導率が前記基板の熱伝導率より高いので、前記基板の熱伝導率を効果的に高め、半導体光源の熱を即時に放熱して、前記半導体光源の正常な動作を確保することができる。

本発明に係る第一実施形態の発光素子の断面図である。本発明に係る第二実施形態の発光素子の断面図である。本発明に係る第三実施形態の発光素子の断面図である。本発明に係る第四実施形態の発光素子の断面図である。本発明に係る第五実施形態の発光素子の断面図である。本発明に係る第六実施形態の発光素子の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１を参照すると、本発明に係る第一実施形態の発光素子１０は、発光ダイオードであり、基板２０と、前記基板２０に固定される２つのピン３０と、前記２つのピン３０に電気接続される半導体光源４０と、前記半導体光源４０を被覆する封止体５０と、を備える。

前記基板２０は、プラスチック（例えば、ガラスエポキシ樹脂、ガラスベンゼン樹脂など）、又はセラミック（酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素など）からなる。前記基板２０の材料に応じてその熱伝導率も変化し、約０.１〜約３０Ｗ/ｍＫである。前記基板２０には、その厚さの方向に沿って、前記基板２０を上下に貫通する複数の通路（図示せず）１が平均に設けられ、各々の通路内に、金、銀、銅、アルミニウムなどのような熱伝導性が優れる材料を充填することにより、熱伝導路２２が形成される。前記基板２０の熱伝導率がＫ１であると仮定し、熱伝導路２２に充填される熱伝導材料の熱伝導率がＫ２であると仮定すると、前記基板２０の１体積（１ｍｍ＊１ｍｍ＊１ｍｍ）の範囲における熱伝導率は、以下の式で表される。
Ｋ＝Ｋ_１Ｖ_１＋Ｋ_２Ｖ_２

その中で、Ｖ_１は、１体積の範囲における基板２０の材料の体積パーセントであり、Ｖ２は、１体積の範囲における熱伝導材料の体積パーセントである。

前記基板２０の１体積の範囲において、ｎ個の熱伝導路があると仮定し、１つの熱伝導路の半径がＲであると仮定すると、前記式は以下に示したようになる。
Ｋ＝ｎπＲ^２Ｋ_２＋（１−ｎπＲ^２）Ｋ_１

このように、前記基板２０の１体積の範囲における熱伝導率は、熱伝導路の数、孔径及び熱伝導材料の種類と関係がある。例えば、Ｋ_１＝３Ｗ/ｍＫ、Ｋ_２＝４２８Ｗ/ｍＫ（金を熱伝導材料として熱伝導路２２に充填する）、ｎ＝９、Ｒ＝０.１５ｍｍの場合、前記式により計算するとＫ＝２７３Ｗ/ｍＫである。熱伝導材料を充填した基板２０の熱伝導率は、熱伝導材料を充填しない基板の熱伝導率より高い。前記基板２０に熱伝導材料を充填することによって、前記基板２０の熱伝導率を効果的に高め、前記半導体光源４０の正常な動作を確保することができる。

前記２つのピン３０は、前記基板２０に離間して配置される。各々のピン３０は、前記基板２０の頂面に固定される輸入段３２と、前記基板２０の側面から外に向かって突出する外接段３４と、前記輸入段３２と前記外接段３４との間に連接される連接段３６と、を備える。前記外接段３４は、外部の電源に接続され、電流を前記連接段３６により前記輸入段３２に流入させる。前記連接段３６は、前記基板２０の側面に貼合され、互いに平行する前記輸入段３２と前記外接段３４に直交する。前記輸入段３２は、前記半導体光源４０に電気接続され、電流を前記半導体光源４０に供給する。前記半導体光源４０は、前記基板２０の頂面に固定され、２つのピン３０の輸入段３２の間に配置される。本実施例において、前記半導体光源４０は、発光チップであり、窒化ガリウム、窒化インジウムガリウム、ガリウムヒ素などのような半導体発光材料からなる。前記半導体光源４０は２つのリード線６０により前記ピン３０の輸入段３２にそれぞれ接続され、外部の電源に電気接続される。

前記封止体５０は、ガラス、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチルなどのような透明材料からなり、前記半導体光源４０及びリード線６０を被覆し、前記半導体光源４０及びリード線６０を保護することができる。

前記半導体光源４０に近い位置の熱量は、前記半導体光源４０から離れている位置の熱量より高いので、前記熱伝導路２２の寸法及び配列は適宜変更することもでき、熱伝導率を向上させる。図２に示したように、本発明に係る第二実施形態の発光素子１０は、前記半導体光源４０に近い熱伝導路２２の間の距離を減らし、前記半導体光源４０に近い熱伝導路２２の密度は、前記半導体光源４０から離れている熱伝導路２２の密度より大きい。又は、図３に示したように、本発明に係る第三実施形態の発光素子１０は、前記半導体光源４０に近い熱伝導路２２が太くなっている。すなわち、前記半導体光源４０に近い熱伝導路２２の直径が、前記半導体光源４０から離れている熱伝導路２２の直径より大きくなる。

金属材料を熱伝導材料とする時、前記熱伝導路２２は、前記基板２０を貫通し、且つ一部の熱伝導路２２は前記ピン３０に接続されるので、２つのピン３０は、外界の要因を受けて、前記熱伝導路２２により電気接続され、ショートを引き起こす可能がある。そのため、前記熱伝導路２２を、図４に示したような構造に変更することもできる。即ち、前記熱伝導路２２は、第一熱伝導路２２０と、第二熱伝導路２２２と、を備える。前記第一熱伝導路２２０は、前記基板２０の頂面から下に向かって延在して、且つ前記基板２０の底面を貫通しない。前記第二熱伝導路２２２は、前記第一熱伝導路２２０と交互に配列され、前記基板２０の底面から上に向かって延在して、且つ前記基板２０の頂面を貫通しない。前記第一熱伝導路２２０と前記第二熱伝導路２２２は、前記基板２０を貫通しないので、前記基板２０の底面に導電材料を塗布しても、２つのピン３０が前記熱伝導路２２により電気接続されショートを引き起こすことはない。

前記熱伝導路２２が導電性を有する場合、図５に示したように、本発明に係る第五実施形態の発光素子１０は、ピン３０を省略することが可能である。前記熱伝導路２２を導電路として、前記基板２０の頂面及び底面には、２つの電極２４がさらに設けられ、前記電極２４により前記半導体光源４０を外界に電気接続する。

前記熱伝導路２２の構造は、発光ダイオードの封止基板に設けられることに限定されるものではなく、発光ダイオードの回路基板に応用されることもできる。図６を参照すると、本発明に係る第六実施形態の発光素子１０は、第一基板２０ａと、前記第一基板２０ａに設けられる第二基板２０ｂと、前記第二基板２０ｂに固定される半導体光源４０ｂと、ピン３０ｂとを備える。前記第一基板２０ａは、前記ピン３０ｂにより、前記半導体光源４０ｂに電気接続される回路基板であり、前記発光素子１０の第一実施例ないし第五実施例のいずれか１つにおける基板２０であることができる。本実施例において、前記第一基板２０ａには熱伝導路２２ａが設けられる。前記第二基板２０ｂは前記発光素子１０の第一実施例ないし第五実施例のいずれか１つにおける基板２０であってもよく、熱伝導路２２が設けられない基板であってもよく、且つ前記第二基板２０ｂの熱伝導路は前記第一基板２０ａの熱伝導路２２ａに接続されず、２つのピン３０ｂをショートさせることを回避することができる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は修正が可能であり、該変形又は修正も又、本発明の特許請求の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。

１０発光素子
２０基板
２０ａ第一基板
２０ｂ第二基板
２２、２２ａ熱伝導路
２４電極
３０、３０ｂピン
４０、４０ｂ半導体光源
２２０第一熱伝導路
２２２第二熱伝導路
３２輸入段
３４外接段
３６連接段
５０封止体
６０リード線

Claims

半導体光源と、前記半導体光源を保持する基板と、を備えてなる発光素子であって、
前記基板内には熱伝導路が形成され、前記熱伝導路の熱伝導率は前記基板の熱伝導率より高いことを特徴とする発光素子。
前記熱伝導路の数量は、複数であり、前記熱伝導路は、前記基板の厚さの方向に沿って、延在されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
前記熱伝導路は、前記基板を上下に貫通することを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
前記半導体光源に近い熱伝導路の密度は、前記半導体光源から離れた熱伝導路の密度より大きいことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の発光素子。
前記半導体光源に近い熱伝導路の直径は、前記半導体光源から離れた熱伝導路の直径より大きいことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の発光素子。
前記熱伝導路が電極に電気接続されることによって、導電路が形成されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載の発光素子。
前記発光素子は、前記半導体光源に接続されるピンをさらに備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光素子。
前記半導体光源は、発光ダイオードであり、前記基板は、回路基板であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光素子。
前記熱伝導路が、第一熱伝導路と、前記第一熱伝導路と交互に配列される第二熱伝導路と、を備え、前記第一熱伝導路は、前記基板の頂面から下に向かって延在して、且つ前記基板の底面を貫通せず、前記第二熱伝導路は、前記基板の底面から上に向かって延在して、且つ前記基板の頂面を貫通しないことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。