专利名称：直下式面光源模块用的基板及具有该基板的散热装置的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种散热技术，特别是关于一种应用在具有发热元件的直下式面光源模块中的散热技术。
背景技术：
如发光二极管(Light Emitting Display，LED)在运行时会发出热量的发热元件的发光原理主要是施加电流在可发光物质上，实现发光效果。近年来，高功率的LED(High Power LED)则提供LED光源应用一个全新的方向。高功率的LED体积小，光密度高，单位面积拥有最大的光量，可使LED照明无须使用传统的LED矩阵，如此LED光源有较佳的光源特性，更易于光学设计与应用。同时，由于高功率的LED体积小、高亮度的特性开启了LED光源的另一扇门，也使LED应用的设计更具有弹性。常见的应用方向例如包括车灯、手电筒与其它超小体积高功率的照明应用以及LED背光模块、投影机光源、大面积广告广告牌与户外指示等的显示应用。
使用LED光源的背光模块具备「高细腻度」、「高辉度」、「无水银」、「高色再现性」等特点，能够赋予液晶面板更高的附加价值。因此，LED背光模块的应用将跨越便携式电子产品的门坎，迅速蔓延到诸如汽车、广告灯箱、显示器、电视等视讯、信息、通讯、家电及消费性等产业领域。
此外，由于目前LED的发光效率约为15％(外部量子效率)，因此大部分的输入能量转为热能而造成温度上升，高功率的LED会随着温度的提升降低操作寿命，也易因温度过高而失效。因此，为了提高系统或元件本身的稳定性与效能，需要提供良好的散热设计。
在散热方式上大致包括下列三种方式传导、对流、辐射，其中辐射散热的效果较有限。在传统LED的散热系统中，LED芯片的热量会先经由封装体传导到外界。为改善传统高功率LED封装的散热问题，现有技术是着重于提升热传导路径的热传导系数，对于热对流的散热设计则主要在整个系统外加金属鳍片或较大面积的金属基板等方式增加与空气接触的表面积，相关专利的数量相当庞大，例如有美国专利第6,274,924号案、美国专利第6,830,496号案、美国专利第6,739,047号案、美国专利第6,637,921号案、美国专利第6,084,252号案、美国专利第6,705,393 B1号案、中国台湾专利第213446号案、中国台湾专利第220351号案、中国台湾专利第574760号案、中国台湾专利第549590号案以及中国台湾专利第560704号案等技术。
举例来说，美国专利第6,274,924号案提出一种可安装在表面的LED封装。如图1所示，该专利主要是将LED芯片21粘贴在供散热用的金属块(slug)23上，借着该金属块23的高热传导特性，将LED芯片21的热量传导到封装体底部。然而，这种金属块23接触空气的面积相当小，如果在应用上要达到产品的规范，就必须将此封装体贴合诸如金属鳍片、金属基板或其它具有高热传导特性的材料上，且这些材料会有较大的体积。这种为了增加与空气接触的表面积而外加较大面积的高热传导元件或材料的方式占用较多空间，难以应用在微小的产品中。同时，由于这种现有技术需同时与体积较大的散热基板相接，或者使用金属散热基板、鳍片才能发挥其散热效果，故在电路制作上也需特别增加成本，使成本增加。
美国专利第6,830,496号案提出一种制造具有多封装体(MultipleEncapsulants)的LED装置的方法。如图2所示，该专利主要使用分离金属块41作为基板，其间隙43处则形成由绝缘体粘贴而成的封装体45、47。芯片49也直接粘贴在金属块41上，在操作时将该芯片49产生的热量直接传导到该金属块41，再由该金属块41的表面将热量逸散至空气中。此设计同样仅强调芯片49可借由金属块41的热传导特性散热，仍存在与上述专利相同的体积较大、成本增加等问题，并无法增加与空气接触的面积。同时，由于此专利技术必须使用特殊高热传导绝缘材料，使成本更为提高。
美国专利第6,739,047号案中一种形成高功率模块的方法。如图3所示，模块6是使用金属基板61与陶瓷63的贴合结构，且两者均为散热良好的材料，芯片65在操作时产生的热量可借由两者的表面传导至空气，而且该模块6电性连接到一电路板60上。与上述专利技术相同的是，此专利也没有增加与空气接触面积的设计。
美国专利第6,637,921号案提出一种可更换光源的LED封装系统。如图4所示，该系统设有金属制成的底板(Base Plate)81作为散热件并且用以支撑LED光源83，在系统末端(即该底板81周缘)则形成有多个齿状散热结构85作为散热鳍片，以便增强对流散热的效果。然而，这种结构的热对流散热设计主要在整个系统端，同样会占用较大体积，难以应用在微小的产品。
美国专利第6,084,252号案中揭示一种在传统LED灯的封装单体底部加入一特殊形状散热设计的半导体发光装置。如图5所示，该专利技术的散热件10设有多个曲面凹部101，属于一种少数能够将热对流散热导入LED封装单体中的设计。虽然此专利技术的曲面凹部101可以增加与空气接触的表面积，但是其LED芯片的置放位置103与该散热件10及其曲面凹部101并未直接接触，仍难以大幅度提升散热效果。
美国专利第6,705,393 B1号案、中国台湾专利第213446号案以及第220351号案等专利中则提出一具有微小孔隙的陶瓷材料，以增加热对流的散热效果。然而，上述专利技术的目的是提供一种陶瓷散热件，将计算机中的中央处理器(CPU)在运行时产生的高热量予以逸散，对于如何应用在LED封装上的散热设计则无相关的说明。
由上可知，上述现有技术仅着重于考虑如何提高LED芯片的接面(Junction)到封装体外部的热传导，但是对整个系统来说，热量到最后还是需要借着空气对流的方式完整地从LED移除到系统外部。而且，在上述现有热传导与热对流散热设计中，外加体积较大元件或其它具有高热传导特性材料的方式必须占用较多空间，难以应用在微小的产品。
中国台湾专利第574760号案是一种具有高散热性的发光二极管显示模块及其基板，该发光二极管显示模块包括具有高散热性的基板以及高密度布设在该基板上的多个发光二极管，且该基板包括一金属板材、包覆在该金属板材表面的绝缘层以及设在该绝缘层表面的至少一电路层。此专利是将LED产生的热量传导到基板表面，再由中间为金属板材的基板广大的表面将热量逸散。这种散热方式的效率仍然有限，难以应用在高功率的LED。此外，虽然此专利在该基板的金属板材中是设置多个通孔，但该通孔的内壁是被该绝缘层覆盖，难以大幅度提升散热效果。
中国台湾专利第549590号案揭示一种高功率发光二极管外加散热装置，该散热装置上是滑设有电路板，且该电路板上组设有多个高功率发光二极管。此专利主要是在该散热装置上开设凹槽，并在该凹槽底部凸设接触部，该散热装置底缘则延伸有多个散热鳍片，借此增加散热面积。然而，此专利应用的散热鳍片越多，所占用的体积就越大，且相对会增加产品重量，同样难以应用在微小的产品。
中国台湾专利第560704号案则揭示一种具有散热功能的发光二极管，此专利是在导电金属架体形成至少一对分开的架脚，其中一架脚上方为面积较大的架面，并开设有架孔，该架孔供撑件的撑管穿越，使该撑管管壁向周缘绽开，形成开口朝上的喇叭状，并由该撑件置放LED芯片；借由该撑件穿过基板而结合到散热件，使LED芯片产生的热量是由该撑件及该散热件的传导而逸散。此专利仍存在与上述专利相同的体积较大、重量较重及成本增加等问题。同时，应用此专利所需的组装手续复杂，且结构仅容许极小的公差，更衍生制作困难的缺点。
此外，上述现有技术仅关注诸如LED的发热元件的散热问题，但对于如何将封装结构中的其它发热元件，例如电容、电阻等被动元件发出的热量予以逸散却未加设想，均存在有待改善之处。
因此，如何设计简易的结构与制程，增加发热元件与空气接触的表面积，更有效地改善散热效率，解决上述现有技术引发的各种问题，实为业界亟待探讨的课题。
发明内容
为克服上述现有技术的缺点，本发明的主要目的在于提供一种直下式面光源模块的基板及具有该基板的散热装置，增加该基板的散热表面积，以加速该基板的热量散逸。
本发明的另一目的是提供一种直下式面光源模块的基板及具有该基板的散热装置，应用在微小的产品。
本发明的再一目的是提供一种面光源背光模块的基板及具有该基板的散热装置，利于量产以提升产业利用价值。
为达成上揭及其它目的，本发明提供一种基板，应用在具有发热元件的直下式面光源模块中，例如液晶显示器背光源或是大面积照明，且该基板的至少一表面具有接设该发热元件的电路结构，该基板包括该基板在未设电路结构的至少一表面设有流道，增加该基板的散热表面积，流体流通该流道可加速该基板的热量散逸。
该发热元件可以是发光二极管或被动元件。该发光二极管可以是选自红光、蓝光、绿光或白光发光二极管中的一个，且该发光二极管可以是裸晶形式或封装形式。该流体则可以是气体或液体。
本发明还提供一种散热装置，应用在具有发热元件的直下式背光模块中，该散热装置包括基板，至少一表面具有接设该发热元件的电路结构，且在未设电路结构的至少一表面设有流道，增加该基板的散热表面积；以及流体驱动元件，设置在该基板一侧，驱动流体流通该流道，加速该基板的热量散逸。
上述本发明提供的直下式背光模块的基板及具有该基板的散热装置中，该流道可以是连续式流道或非连续式流道。该流道可以是具有粗糙表面，该流道可选择布设在该基板顶面、底面或侧面的至少其中一面，其中，该流道的深度是介于1微米至1厘米之间。该基板还可具有贯穿该基板且相对位于该发热元件下方的贯穿孔，可将诸如气体的流体强迫引导流经该发热元件。该流体驱动元件是选择为泵或风扇。该散热装置则还可包括设在该基板底面且连接到该流体驱动元件的对流腔体，且该基板还设有相对位于该发热元件下方的贯穿孔，可借该流体驱动元件驱动流体在该对流腔体与该发热元件之间形成对流。
本发明提出的直下式背光模块的基板及具有该基板的散热装置，是在基板制作流道，借由设计简易的结构与制程增加基板与空气接触的表面积，加速对基板降温，相对可提升输出的发光效率；同时，本发明在扩大散热面积的同时并不会增加模块体积与重量，更可进而缩小体积，可使得应用的模块相对更为薄型化；此外，本发明的基板可结合流体驱动元件，并有利于控制流体流速，更有效地改善散热效率；而且，本发明提供的基板可应用成熟的加工技术制造，有利于量产以提升产业利用价值。
图1是美国专利第6,274,924号案结构的示意图；图2是美国专利第6,830,496号案结构的示意图；图3是美国专利第6,739,047号案结构的示意图；图4是美国专利第6,637,921号案结构的示意图；图5是美国专利第6,084,252号案结构的示意图；图6是本发明直下式背光模块的基板实施例的示意图；图7是图6基板变化例的示意图，显示该基板的流道深度不同；图8A至图8F是图6基板变化例的示意图，显示不同的流道设计；图9是图6基板变化例的示意图，显示该基板的流道表面为粗糙表面；图10是图6基板变化例的示意图，显示该基板还具有贯穿孔；图11是具有图10基板的散热装置的示意图。
具体实施例方式
实施例请参阅图6，它是本发明应用在具有发热元件的直下式背光模块(未标出)中基板的示意图，如图所示的基板1包括第一表面11、第二表面13以及流道15。应注意的是，由于直下式背光模块的其它结构与作用原理均为现有技术，故此不再多作说明。
该第一表面11具有用以接设第一发热元件3及第二发热元件5的电路结构，该第一发热元件3可例如是发光二极管(LED)，且该发光二极管可例如是红光、蓝光、绿光或白光发光二极管中的一个，该第二发热元件5则可例如是电阻或电容的被动元件。而且，在本实施例中，该发光二极管可以是封装形式，然在他实施例中，该发光二极管也可以是裸晶形式。同时，虽然在本实施例中说明的发热元件包括发光二极管及被动元件，但于实施方式中，该发热元件也可仅为发光二极管戒被动元件其中一个。
该第二表面13可以是未设电路结构的表面，在本实施例中，该第二表面13是相对于该第一表面11；然而，在其它实施方式中，该第二表面13也可以是邻接该第一表面11的其它未设电路结构的表面。例如，以该基板1为基准，若该第一表面11是设在该基板1的顶面，则该第二表面13可设在该基板1的底面或侧面其中一个。当然，该基板1可具有多个设有电路结构的表面及未设电路结构的表面；也就是虽然在本实施例中仅说明一个第一表面11以及一个第二表面13，但所属技术领域中具有通常知识者均可理解并非以此限制本发明。
该流道15是设在该第二表面13，增加该基板1的散热表面积，该流体可流通于该流道15，加速该基板1的热量散逸。在本实施例中，是以应用气体做为的流体为例说明，但应知该流体也可以是液体。同时，该流道15的深度较佳是介于1微米至1厘米之间，该流道15是为连续式流道，然而，在其它实施方式中，该流道15可以是非连续式流道，且在该基板1不同位置的流道15深度可以是不同的，如图7所示，该流道15可包括深度不同的第一流道151及第二流道153，第一流道151的深度h1小于该第二流道153的深度h2。
同时，各流道15的布设并非必须规则排列，也可任意排列布设在该第二表面13或该基板1的其它表面。而且，各流道15的截面可以是诸如矩形、三角形、半圆形、椭圆形、多边形等几何形状或非几何形状，如图8A至图8F所示，且截面积的尺寸可以是不同。此外，该流道15的表面也非以平滑为限，如图9所示，该流道15是具有粗糙表面155，以使流体流速变慢，可避免流体太快通过来不及进行充分的热量交换；如此，借由控制流体流速，便可确实将热量带走，相对可提升散热效率。当然，该流道15的布设方式、截面形状、截面积尺寸以及表面结构等仍可有其它设计，且均为本发明属技术领域中具有通常知识者所理解并得以简易替换的，故在此不再重复赘述。
此外，该基板1的制法可例如先在其中一表面或至少一表面制作电路结构，再利用诸如机械加工技术制作出该流道15，例如可利用铣床或CNC车床在未设有电路结构的表面进行加工，该流道15的截面形状与深度等均可由加工刀具及加工方式决定。由于机械加工技术是属于现有技术，且技术成熟而无制程困难，故在此不另作说明。
另外，如图10所示，该基板1还可设置多个贯穿孔17，且至少一贯穿孔17贯穿该基板1且相对位于该第一发热元件3及第二发热元件5下方。如此，可由该贯穿孔17将诸如气体的流体强迫引导流经该第一发热元件3及第二发热元件5。应注意的是，虽然如图10所示并非所有贯穿孔17皆位于该第一发热元件3及第二发热元件5的正下方，但于其它实施方式中也可将所有贯穿孔17设在该第一发热元件3及第二发热元件5的正下方，并非以此图中所示为限。
本发明还提供一种散热装置7，应用在具有发热元件的直下式背光模块中，如图11所示，该散热装置7包括该基板1以及流体驱动元件71。
该基板1也可例如先在其中一表面(例如图6及图10中的第一表面11)或至少一表面制作电路结构，再利用诸如铣床或CNC车床的机械加工技术在未设有电路结构的表面(例如图6及图10中的第二表面13)制作出该流道15。
该流体驱动元件71是设置在该基板1一侧，驱动流体流经该流道15，加速该基板1的热量散逸。在本实施例中，该流体驱动元件15是设置在该基板1的第二表面13，且该流体驱动元件71可选择为泵、风扇或其它等效组件，但并非以此为限。
同时，如图11所示，该散热装置7还可包括对流腔体73。该对流腔体73是设在该基板1底面且连接到该流体驱动元件71。在本实施例中，该对流腔体73是设在该基板1的第二表面13，且该流体驱动元件71是接设在该第二表面13下的对流腔体73，但并非以此限制本发明。如此一来，由于该基板1可设有相对位于该第一发热元件3及第二发热元件5下方的贯穿孔17，故可由该流体驱动元件71驱动流体在该对流腔体73与该第一发热元件3及第二发热元件5之间形成对流。应了解的是，所属技术领域中具有通常知识者可任意修改该对流腔体73的设置位置及该流体驱动元件71的接设方式与位置，只要可令该流体驱动元件71驱动该流体在该对流腔体73与该第一发热元件3及第二发热元件5之间形成对流即可。
同时，虽然在此所述的散热装置可包括对流腔体73进行主动热交换，且该基板1可设有相对位于该第一发热元件3及第二发热元件5下方的贯穿孔17使流体强制通过，提供了直接进行热交换的效果，但本发明所属技术领域中具有通常知识者当然可在其它实施方式中省略该对流腔体73及该贯穿孔17，或者省略该对流腔体73或该贯穿孔17其中一个，抑或者令所有贯穿孔17皆未相对设在该第一发热元件3及第二发热元件5正下方。此外，该流体驱动元件71的设置位置及数量也非局限在本实施例中所述。
与现有技术相比，本发明提出的直下式背光模块的基板及具有该基板的散热装置，主要是在设有发热元件的基板上设计流道，大幅增加散热面积，可在不增加直下式背光模块的重量的条件下加速该基板的热量散逸，且相对可提升散热效率，并可减轻模块的重量，也可使所应用的直下式背光模块或具有该直下式背光模块的系统相对更为薄型化；同时，由于本发明提供的基板及具有该基板的散热装置可结合气体或液体等流体进行对流，使流体通过流道并可控制流体流速，可有效发挥最佳的散热效率，有利于快速传递热量，进而可使基板快速降温。此外，本发明仅需利用一般的机械加工技术即可制造，制程容易且无组装问题。本发明提供的直下式背光模块的基板及具有该基板的散热装置已解决了现有技术存在的问题。
权利要求
1.一种基板，应用在具有发热元件的直下式面光源模块中，且该基板的至少一表面具有接设该发热元件的电路结构，其特征在于该基板包括该基板在未设电路结构的至少一表面设有流道，增加该基板的散热表面积，流体流通该流道可加速该基板的热量散逸。
2.如权利要求1所述的基板，其特征在于，该流道是连续式流道或非连续式流道中的一个。
3.如权利要求1所述的基板，其特征在于，该流道具有粗糙表面。
4.如权利要求1所述的基板，其特征在于，该流道是布设在该基板顶面、底面或侧面至少其中一面。
5.如权利要求1所述的基板，其特征在于，该流道的深度是介于1微米至1厘米之间。
6.如权利要求1所述的基板，其特征在于，该基板还具有贯穿该基板且相对位于该发热元件下方的贯穿孔。
7.如权利要求1所述的基板，其特征在于，该发热元件是发光二极管或被动元件。
8.如权利要求1所述的基板，其特征在于，该流体是气体或液体。
9.一种散热装置，应用在具有发热元件的直下式面光源模块中，其特征在于，该散热装置包括基板，至少一表面具有接设该发热元件的电路结构，且在未设电路结构的至少一表面设有流道，增加该基板的散热表面积；以及流体驱动元件，设置在该基板一侧，驱动流体流通该流道，加速该基板的热量散逸。
10.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，该流道是连续式流道或非连续式流道其中的一个。
11.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，该流道具有粗糙表面。
12.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，该流道布设在该基板顶面、底面或侧面的至少其中一面。
13.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，该流道的深度是介于1微米至1厘米之间。
14.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，该发热元件是发光二极管或被动元件中的一个。
15.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，该流体是气体或液体。
16.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，该流体驱动元件是泵或风扇。
17.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，该基板还设有相对位于该发热元件下方的贯穿孔。
18.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，该散热装置还包括设在该基板底面且连接到该流体驱动元件的对流腔体，且该基板还设有相对位于该发热元件下方的贯穿孔，可借该流体驱动元件驱动流体在该对流腔体与该发热元件之间形成对流。
19.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，该流道的截面是几何形状或非几何形状。
20.如权利要求9所述的散热装置，其特征在于，该流道至少包括深度不同的第一流道及第二流道。
全文摘要
本发明公开一种直下式面光源模块用的基板及具有该基板的散热装置，应用在具有发热元件的直下式面光源模块中，该基板包括该基板在未设电路结构的至少一表面设有流道，增加该基板的散热表面积，流体流通该流道可加速该基板的热量散逸。本发明在基板制作流道，借由设计简易的结构与制程增加基板与空气接触的表面积，加速对基板降温，同时，本发明在扩大散热面积的同时并不会增加模块体积与重量，更可进而缩小体积，可使得应用的模块相对更为薄型化；此外，本发明的基板可结合流体驱动元件，并有利于控制流体流速，更有效地改善散热效率；而且，本发明提供的基板可应用成熟的加工技术制造，有利于量产以提升产业利用价值。
文档编号H05K7/20GK1992243SQ20051009757
公开日2007年7月4日 申请日期2005年12月30日 优先权日2005年12月30日
发明者孙翊庭, 谢瑞青, 姚柏宏, 许修真, 鲍友南 申请人:财团法人工业技术研究院