(57)【要約】【課題】高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール及びその基板の提供。【解決手段】発光ダイオード表示モジュールは高い放熱性を有する基板、及び基板上に設置された複数の発光ダイオード及び電子装置を具えている。該基板は金属板表面に絶縁層が形成され、該絶縁層の上にさらに銅回路層が設けられ、この銅回路層が発光表示装置の接合に用いられる。該絶縁層はまた熱伝動性の良好な材料とされ、特に伝導係数が樹脂或いは繊維より高い金属酸化物とされる。こうして該表示モジュールが熱量を平均して全体の回路板に拡散し、並びに速やかに周囲の空気中に散逸させる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い放熱性を有する基板及び該基板上に設けられた複数の発光ダイオードを具えた高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールにおいて、
金属板と、
該金属板の表面を被覆する一層の絶縁物質とされる絶縁層と、
該絶縁層の表面に設けられた少なくとも一つの回路層と、
を具えたことを特徴とする、高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール。
【請求項２】
基板の絶縁層が金属板の金属化合物とされたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール。
【請求項３】
基板の絶縁層が金属板の金属酸化物とされたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール。
【請求項４】
基板の絶縁層が金属板の金属窒化物とされたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール。
【請求項５】
基板の絶縁層がセラミック材料とされたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール。
【請求項６】
基板の絶縁層が金属板の少なくとも一つの表面に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール。
【請求項７】
基板の回路層が化学銅析めっきで形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール。
【請求項８】
基板の絶縁層が熱酸化法、気相成長法或いは陽極処理で形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール。
【請求項９】
複数の発光ダイオードが表面実装型装置とされたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール。
【請求項１０】
基板の金属板が複数の貫通孔を具え、該貫通孔の内壁が絶縁層で被覆され、複数の垂直導線が該貫通孔の絶縁層表面に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール。
【請求項１１】
複数の貫通孔が複数の挿入孔式の発光ダイオードのピンの挿入に供され、並びに複数の垂直導線が電気的に回路層に連接されたことを特徴とする、請求項１０に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール。
【請求項１２】
高い放熱性を有する基板において、
金属板と、
該金属板の表面を被覆する一層の絶縁物質とされる絶縁層と、
該絶縁層の表面に設けられた少なくとも一つの回路層と、
を具えたことを特徴とする、高い放熱性を有する基板。
【請求項１３】
絶縁層がセラミック材料とされたことを特徴とする、請求項１２に記載の高い放熱性を有する基板。
【請求項１４】
絶縁層が金属板の金属化合物とされたことを特徴とする、請求項１２に記載の高い放熱性を有する基板。
【請求項１５】
絶縁層が金属板の金属酸化物とされたことを特徴とする、請求項１２に記載の高い放熱性を有する基板。
【請求項１６】
絶縁層が金属板の金属窒化物とされたことを特徴とする、請求項１２に記載の高い放熱性を有する基板。
【請求項１７】
絶縁層が熱酸化法、気相成長法或いは陽極処理で形成されたことを特徴とする、請求項１２に記載の高い放熱性を有する基板。
【請求項１８】
基板の金属板が複数の貫通孔を具え、該貫通孔の内壁が絶縁層で被覆され、複数の垂直導線が該貫通孔の絶縁層表面に設けられたことを特徴とする、請求項１２に記載の基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一種の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュール及びその基板に係り、特に発光ダイオード表示モジュールに金属板と金属酸化物を積層してなる回路板を使用したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、発光ダイオード（ＬＥＤ）フルカラースクリーンはすでに広く広告用看板、屋外滑動及びゲーム実況リアルタイム表示に運用され、コンピュータの制御を透過し、各種映像を大型のスクリーンに放映し、これにより現場の群衆の認知と支持を取得する。ＬＥＤフルカラースクリーンの多くは屋外或いは開放された建築空間に取り付けられるため、組立に使用されるＬＥＤはいずれも高輝度の特性を有することが必要とされ、これにより遠距離の鑑賞を提供できる。
【０００３】
伝統的な高輝度ＬＥＤの発光効率は一つが約１０〜１５Ｌｍ／Ｗで、各方面技術の不断の改善と向上によりすでに発光効率は５０Ｌｍ／Ｗ以上を達成している。輝度を続けて高めるためには、外在パッケージの問題を解決する必要があるほか、更に高いパワーと更に大きな電流表現の特性を受け入れられるよう設計する必要がある。消耗するパワーの増加も熱エネルギーの発生問題を厳重とし、過熱の作業温度がＬＥＤの輝度を設定規格の標準を達成不能とし、ＬＥＤスクリーンの性能表現に厳重な影響を与える。
【０００４】
図１に示されるように、周知のＬＥＤスクリーンの表示モジュール１０は複数のＬＥＤ１１が高密度アレイの形式で一つのプリント基板１２に実装されている。ＬＥＤ１１のパッケージ体１１１の熱伝導性は不良であり、ゆえにチップ１１０の発生する熱エネルギーのほとんどはアウターリード１１２により伝導される。そのうち一部の熱エネルギーはアウターリード１１２より直接環境空気中に放出され（熱伝導経路は矢印で示されている）、別に一部の熱はプリント基板１２に伝導されて放出される。
【０００５】
このプリント基板１２の金属回路１２１の面積と放熱能力は有限であり、全体に占める比率が最大の複合基板１２２例えばＦＲ−４により放熱を行う必要がある。しかしＦＲ−４はエポキシ樹脂とガラス繊維の含浸と加圧被覆によりなり、その熱伝導性は不良であり、ゆえに有効に熱エネルギーを伝導することができない。言い換えると、ほとんどの、チップ１１０より伝送される熱エネルギーは基板１２２の表面より放出されることができない。同様に、ＦＲ−４基板だけが放熱不良の欠点を有するのではなく、その他の高分子樹脂と繊維状補強材料で形成された基板はいずれも同様の問題を有している。このほか、現在市場には日本理化工業所（ＮＩＰＰＯＮ　ＲＩＫＡ　ＫＯＧＹＯＳＨＯ　ＣＯ．，ＬＴＤ．）の生産した基板モジュールがあり、良好な放熱効果をうたっている。その基板は良好な熱伝導性能を有する金属板で組成されているが、その絶縁層は薄型（厚さ約１４０μｍ程度）の高分子材料を金属基板上に接合して組成されている。周知のとおり高分子材料の熱伝導性は不良であり、その係数（約１．６〜４．０Ｗ／ｍ・Ｋ）は金属或いは金属酸化物（約５０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ）より小さく、これにより絶縁層上の回路の発生する熱量は、高分子材料で組成された絶縁層から金属基板、さらにベースへと到達しにくい。このほか、このような形式のモジュールはモジュール上の穿孔（孔内は絶縁不能）を設けることができず、このため積層モジュールに応用できない。このことから、本発明は新たなモジュール構造を提供し、放熱の問題を解決するほか、積層基板に応用できるようにする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第１の目的は、高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールを提供し、有効にＬＥＤの発生する熱エネルギーを基板の表面に伝導させ、さらに該表面の広い面積により迅速に空気中に散逸させられるようにすることにある。
【０００７】
本発明の第２の目的は、表示モジュール放熱コストを下げられる材料を提供し、表示モジュールに使用するファン放熱器、ヒートパイプ或いはヒートシンク等の装置の関係費用を省略できるようにすることにある。
【０００８】
本発明の第３の目的は、表示モジュールの信頼できる放熱方式を提供し、放熱装置に故障が発生して表示モジュール或いは全体システムがフリーズを発生する恐れをなくすことにある。
【０００９】
本発明の第４の目的は、一種の基板の製造方法を提供することにあり、それは、金属板の表面に直接絶縁層と回路層を形成し、多層基板に較べて簡単な製造ステップを有するようにしたものとする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、高い放熱性を有する基板及び該基板上に設けられた複数の発光ダイオードを具えた高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールにおいて、
金属板と、
該金属板の表面を被覆する一層の絶縁物質とされる絶縁層と、
該絶縁層の表面に設けられた少なくとも一つの回路層と、
を具えたことを特徴とする、高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールとしている。
請求項２の発明は、基板の絶縁層が金属板の金属化合物とされたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールとしている。
請求項３の発明は、基板の絶縁層が金属板の金属酸化物とされたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールとしている。
請求項４の発明は、基板の絶縁層が金属板の金属窒化物とされたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールとしている。
請求項５の発明は、基板の絶縁層がセラミック材料とされたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールとしている。
請求項６の発明は、基板の絶縁層が金属板の少なくとも一つの表面に形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールとしている。
請求項７の発明は、基板の回路層が化学銅析めっきで形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールとしている。
請求項８の発明は、基板の絶縁層が熱酸化法、気相成長法或いは陽極処理で形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールとしている。
請求項９の発明は、複数の発光ダイオードが表面実装型装置とされたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールとしている。
請求項１０の発明は、基板の金属板が複数の貫通孔を具え、該貫通孔の内壁が絶縁層で被覆され、複数の垂直導線が該貫通孔の絶縁層表面に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールとしている。
請求項１１の発明は、複数の貫通孔が複数の挿入孔式の発光ダイオードのピンの挿入に供され、並びに複数の垂直導線が電気的に回路層に連接されたことを特徴とする、請求項１０に記載の高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールとしている。
請求項１２の発明は、高い放熱性を有する基板において、
金属板と、
該金属板の表面を被覆する一層の絶縁物質とされる絶縁層と、
該絶縁層の表面に設けられた少なくとも一つの回路層と、
を具えたことを特徴とする、高い放熱性を有する基板としている。
請求項１３の発明は、絶縁層がセラミック材料とされたことを特徴とする、請求項１２に記載の高い放熱性を有する基板としている。
請求項１４の発明は、絶縁層が金属板の金属化合物とされたことを特徴とする、請求項１２に記載の高い放熱性を有する基板としている。
請求項１５の発明は、絶縁層が金属板の金属酸化物とされたことを特徴とする、請求項１２に記載の高い放熱性を有する基板としている。
請求項１６の発明は、絶縁層が金属板の金属窒化物とされたことを特徴とする、請求項１２に記載の高い放熱性を有する基板としている。
請求項１７の発明は、絶縁層が熱酸化法、気相成長法或いは陽極処理で形成されたことを特徴とする、請求項１２に記載の高い放熱性を有する基板としている。
請求項１８の発明は、基板の金属板が複数の貫通孔を具え、該貫通孔の内壁が絶縁層で被覆され、複数の垂直導線が該貫通孔の絶縁層表面に設けられたことを特徴とする、請求項１２に記載の基板としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールを提供し、それは、高い放熱性を有する基板、及び基板上に設置された複数の発光ダイオード及び電子装置を具えている。該基板の主要な構成物は金属板とされ、並びに金属板表面に絶縁層が形成され、該絶縁層は一種の金属化合物で形成された絶縁物質とされる。表面活性化及び電気めっきの工程により、絶縁層の上方に回路層が設置され、該回路層は電子或いは光電装置の表面実装及び電気連接の用途に使用される。金属酸化物及び金属板はいずれも熱伝導性の良好な材料であるため、基板上に設置された電子或いは光電装置の発生する熱エネルギーは有効に全体基板に伝導され、熱エネルギーが更に大きな表面により空気中に散逸させられる。
【００１２】
【実施例】
図２は本発明の発光ダイオード表示モジュールの単層基板の構造表示図である。金属板２３の上方は一層の絶縁層２２に被覆され、該絶縁層２２は金属板の金属化合物すなわち酸化膜或いは窒化膜とされるか、絶縁のセラミック材料とされて金属板２３の表面に堆積させられる。該絶縁層２２が周知の複合基板の代わりとして利用され、すなわち回路層２１と金属板２３の間の電気絶縁体とされている。例えば、アルミ板が金属板２３の材料とされ、並びにアルミ板の表面に酸化アルミニウム或いは窒化アルミニウムの絶縁膜層が形成される。表１よりアルミニウムの熱伝導係数は２３７Ｗ／Ｍ・Ｋであり、酸化アルミニウムは４６Ｗ／Ｍ・Ｋ、窒化アルミニウムは１４０〜２３０Ｗ／Ｍ・Ｋである。上述の材料をＦＲ−４の０．２Ｗ／Ｍ・Ｋと比較すると、優れた熱伝導性を有していることが分かり、また周知の発光ダイオード表示モジュールの基板がほぼ熱の絶縁体であることが証明される。一方で、酸化アルミニウム或いは窒化アルミニウムも非常に良好な電気絶縁体であり、回路層２１の電子が金属板２３にパンチスルーして短絡を形成するのを防止できる。一般には、赤光ＬＥＤの駆動電圧は１．８Ｖであり、その他の例えば緑光ＬＥＤ、青光ＬＥＤは３．５Ｖであり、ゆえに本発明の基板をＬＥＤスクリーンに使用すると、相当に信頼できる電気安全性を獲得できる。
【表１】
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【００１３】
図３に示されるように、金属板３３が露出してシステム中の他の回路と接触して短絡を形成しやすくなるのを防止するため、金属板３３の底面には別に絶縁層３４が形成される。同様に、基板３０は金属板３３の上表面に順に重ねられた絶縁層３２及び回路層３１を具えている。
【００１４】
表面実装型装置に適用される基板を考慮するほか、本発明はまた挿入孔式装置に適用される基板を提供する。図４に示されるように、貫通孔４５の内壁には垂直導線４１３が設けられて、上下の二つの回路層４１１、４１２を電気的に連通させている。基板４０の内部には複数の孔を具えた金属板４３があり、金属板４３の孔及び上下表面に保護のための絶縁層４２が形成されている。
【００１５】
図５に示されるのは、もう一種類の表面実装型装置（ＳＭＤ）に適用される基板５０であり、金属板５３に貫通孔が設けられ、並びにこの貫通孔の四周及び金属板の上下の表面に保護用の絶縁層５２が設けられている。貫通孔の中間には垂直導線５１３があり、上下の二つの回路層５１１、５１２を電気的に連通させている。この形式の基板５０はその上下両面にそれぞれ回路パターンが設置されるか或いは表面実装装置がソルダリングされている。
【００１６】
図６は本発明の発光ダイオード表示モジュールの第１実施例の放熱経路表示図であり、そのうち、熱伝導経路は矢印で示されている。ＬＥＤ１１のパッケージ１１１内部に発生する熱はアウターリード１１２より基板３０に伝導され、一部の熱エネルギーはアウターリード１１２の上表面より放射され、別の大部分は上絶縁層３２より下絶縁層３４に伝導されて空気中に放出され、中間の金属板３３は上絶縁層３２の熱エネルギーを迅速に下絶縁層３４に伝導する。
【００１７】
もう一種のピン型ＬＥＤ７１に適用される基板４０の放熱経路もほぼ同じであり、図７に示されるようである。パッケージ体７１１内部に発生する大部分の熱エネルギーはアウターリード７１２を透過して基板４０に伝導され、熱エネルギーは迅速に全体基板４０の上下の表面に伝播され、放熱面積が最大に拡充される。
【００１８】
上述の基板の製造方法は、現在あるプリント基板の製造方法を利用改良し、及び半導体工程の長所を結合して完成する。図８は本発明の表示モジュールの単層基板の製造フローチャートである。まず、熱伝導性の良好な金属板、例えば、アルミ、銅、或いは鉄板を選択し、並びにステップ８１によりその表面上に均一な絶縁層を形成する。絶縁層形成の方法は非常に多く、熱酸化法、気相成長法、或いは陽極処理等がある。絶縁層の表面にはその他の物質が付着しにくいため、まず表面活性化８２のステップを行ってから化学銅折めっき８３のステップを行い、こうして絶縁層の表面を均一な銅めっき層で被覆する。さらにエッチング８４のステップにより銅めっき層に回路パターンを形成し、並びに回路以外の部分を腐食除去する。
【００１９】
図９は本発明の表示モジュールの二層基板の製造フローチャートである。図８との違いは、絶縁層形成９２のステップの前に、ステップ９１で金属板にさん孔し、絶縁層形成のステップ９２の後に、表面活性化のステップ９３を行う。別に図８との違いはステップ９４にあり、抗電気めっき剤で絶縁層の回路がない部分の表面を被覆し、これにより続いて化学銅析めっきのステップ９５を行う時に、銅回路パターンが直接抗電気めっき剤のない場所に付着する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は高い放熱性を有する発光ダイオード表示モジュールを提供し、それは、高い放熱性を有する基板、及び基板上に設置された複数の発光ダイオード及び電子装置を具えている。該基板の主要な構成物は金属板とされ、並びに金属板表面に絶縁層が形成され、該絶縁層は一種の金属化合物で形成された絶縁物質とされる。表面活性化及び電気めっきの工程により、絶縁層の上方に回路層が設置され、該回路層は電子或いは光電装置の表面実装及び電気連接の用途に使用される。金属酸化物及び金属板はいずれも熱伝導性の良好な材料であるため、基板上に設置された電子或いは光電装置の発生する熱エネルギーは有効に全体基板に伝導され、熱エネルギーが更に大きな表面により空気中に散逸させられる。
【００２１】
本発明の技術内容と技術特徴は以上に記載され、これにより本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明を実施することができる。なお、以上の実施例は本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】周知の発光ダイオード表示モジュールに使用される多層基板の放熱経路表示図である。
【図２】本発明の発光ダイオード表示モジュールの単層基板の構造表示図である。
【図３】本発明の発光ダイオード表示モジュールのもう一つの単層基板の構造表示図である。
【図４】本発明の発光ダイオード表示モジュールの貫通孔式二層基板の構造表示図である。
【図５】本発明の発光ダイオード表示モジュールのもう一つの二層基板の構造表示図である。
【図６】本発明の発光ダイオード表示モジュールの第１実施例の放熱経路表示図である。
【図７】本発明の発光ダイオード表示モジュールの第２実施例の放熱経路表示図である。
【図８】本発明の発光ダイオード表示モジュールの単層基板の製造フローチャートである。
【図９】本発明の発光ダイオード表示モジュールの二層基板の製造フローチャートである。
【符号の説明】
１０　発光ダイオード表示モジュール
１１　表面実装型ＬＥＤ　　　　　１１０　チップ
１１１　ＬＥＤのパッケージ体　　１１２　ＬＥＤのアウターリード
１２　プリント基板
１２１　回路層　　　　　　　　　１２２　複合基板
２０、３０、４０、５０　基板
２１、３１、４１１、４１２、５１１、５１２　回路層
４１３、５１３　垂直導線　　　　２２、３２、４２、５２　絶縁層
２３、３３、４３、５３　金属板　３４　絶縁層
４５　貫通孔　　　７１　ピン型のＬＥＤ
７１１　ＬＥＤのパッケージ体　　７１２　ＬＥＤのアウターリード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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