CN105990509A - 高导热发光二极体 - Google Patents

Abstract

一种高导热发光二极体，包含一导热基板，一设置于该导热基板的板本体的基面上的发光单元，及一与该发光单元电连接且用于提供电能使该发光单元发光的电极单元。该导热基板包括板本体与数个分散于板本体的导热纤维。该板本体具有基面，及一反向于该基面的底面。所述导热纤维的至少一部分会裸露于该板本体外。通过该导热基板的所述导热纤维将该发光单元发光时所产生的热能导离该发光单元，以提升发光效率。

Description

高导热发光二极体

技术领域

本发明涉及一种发光二极体，特别是涉及一种高导热发光二极体。

背景技术

参阅图1，现有的发光二极体1，以水平式发光二极体为例说明，主要包含一蓝宝石基板11、一设置于该蓝宝石基板11上的发光单元12，及两电极单元13。

该发光单元12包括一形成于该蓝宝石基板11表面的n型氮化镓(n-GaN)层121、一盖设于该n型氮化镓(n-GaN)层121的一表面的多重量子层(MQW)122，及一盖设于该多重量子层(MQW)122表面的p型氮化镓(p-GaN)层。该电极单元13包括一设置该p型氮化镓(p-GaN)层的顶电极，及一设置该n型氮化镓层的底电极。当自该电极单元13通入一电流时，驱动该p型氮化镓(p-GaN)层123的数个电洞与该n型氮化镓(n-GaN)层121的数个电子于该多重量子层(MQW)122内结合而发光。然而，由于该发光单元12发光时产生巨幅的热能，且该蓝宝石基板11的热传系数(thermal conductivity)低(约40W/m·K)，导致散热效果差，而降低了该发光二极体1整体的发光效率。

为了解决蓝宝石基板的散热问题，如美国第US8809898B2核准公告号发明专利案，公开一种垂导式发光二极体的制作方法，主要是利用基板转移的方式，将蓝宝石基板转换成散热性佳的金属基板，以提升散热效率。然而，利用基板转移的过程使得制程较为繁复，且须使用激光剥离(laser lift-off)移除该蓝宝石基板，也提高制造成本，且置换后的该金属基板也会增加额外的重量。

经上述说明可知，如何解决发光二极体的散热问题以提升发光效率，且同时避免使用该金属基板以降低重量与制造成本是此技术领域的相关技术人员所待突破的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高导热发光二极体。

本发明高导热发光二极体，包含一导热基板、一发光单元，及一电极单元。该导热基板包括一板本体与数个分散于该板本体的导热纤维。该板本体具有一基面，及一反向于该基面的底面。所述导热纤维的至少一部分会裸露于该板本体外。该发光单元设置于该板本体的基面上。该电极单元与该发光单元电连接，用于提供电能使该发光单元发光。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中所述导热纤维是以交错编织方式排列并具有多孔性结构。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中所述导热纤维自该基面裸露。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中所述导热纤维自该底面裸露而直接与外界接触。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中该板本体还具有数个彼此间隔的支撑块，所述导热纤维分布于所述支撑块间，并自所述支撑块的间隙露出。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中所述导热纤维是沿一个与该发光单元实质垂直的方向排列分布于该板本体。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中所述导热纤维的导热系数介于380至2000W/m·K。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中所述导热纤维选自金属纤维、高导热碳纤维，或石墨化气相沉积碳纤维。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中该板本体选自金属、合金金属、热固性高分子或热塑性高分子。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中该板本体的构成材料选自下列群组其中一种：银、铝、铜、锡、锑、氧化铝合金、酚醛树脂、呋喃树脂、聚硅氧树脂、环氧树脂。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中该板本体具有数个孔洞，所述导热纤维自所述孔洞部分裸露。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中该发光单元包括一个设置于该导热基板上的第一型半导体层、一个形成于该第一型半导体层上的主动层，及一个盖设该主动层上的第二型半导体层，该电极单元具有一个介于该导热基板与该发光单元间的底电极，及一个位于该发光单元的一个顶面的顶电极。

较佳地，前述高导热发光二极体，其中该发光单元包括一个设置于该导热基板上的第一型半导体层、一个部分盖设于该第一型半导体层上的主动层，及一个盖设该主动层上的第二型半导体层，该电极单元具有一个形成于该第一型半导体层的一表面的底电极，及一个形成于该第二型半导体层的一表面的顶电极。

本发明的有益效果在于：通过该导热基板的所述导热纤维将该发光单元发光时所产生的热能导离该发光单元，以提升发光效率。

附图说明

图1是一示意图，说明一种现有的发光二极体；

图2是一示意图，说明本发明高导热发光二极体的一第一实施例；

图3是一立体示意图，说明该第一实施例的数个导热纤维于该板本体中的排列态样；

图4是一立体示意图，说明所述导热纤维于该板本体中的另一排列态样；

图5是一示意图，说明该第一实施例的一垂直导通态样；

图6是一示意图，说明所述导热基板的另一态样；及

图7是一示意图，说明该第二实施例的板本体。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2并配合图3与图4，本发明高导热发光二极体的一第一实施例包含一导热基板2、一发光单元3，及一电极单元4。

该导热基板2包括一板本体21与数条分散于该板本体21的导热纤维22。该板本体21具有一基面211，及一反向于该基面211的底面212。该板本体21的构成材料选自金属、合金金属，热固性高分子或热塑性高分子，例如但不限于选自下列群组其中一种：银、铝、铜、锡、锑、氧化铝合金、酚醛树脂、呋喃树脂、聚硅氧树脂、环氧树脂。且所述导热纤维22的至少一部分会裸露于该板本体21外。

所述导热纤维22是选自导热系数不小于380W/m·K的纤维，适用于该第一实施例的导热纤维22的导热系数介于380～2000W/m·K，选自金属纤维(metal fiber)、高导热碳纤维(high thermalconductivity carbon fiber)，或石墨化气相沉积碳纤维(Graphitized VGCF)。

详细的说，所述导热纤维22可以是是沿一个与该发光单元3实质垂直的方向排列分布于该板本体21；亦可以是以交错编织方式排列并具有多孔性结构，例如但不限于如图3所示，以交错编织的方式分布于该板本体21(图3中该板本体21是以点划线表示)，或是如图4所示，沿一实质垂直于第一型半导体层31的垂直方向Z延伸。其中，当所述导热纤维22是以交错叠置的方式沿一垂直方向Z堆叠(如图3所示)时，所述导热纤维22于X-Y平面方向排列会具有最佳的导热效果；而当所述导热纤维22是沿该垂直方向Z延伸，则该导热基板2在该垂直方向Z具有极佳的导热性。较佳地，该导热基板2于沿所述导热纤维22的排列方向的导热系数不小于300W/m·K。

更具体的说，所述导热纤维22可自该板本体21的任意处露出该板本体21外而直接与外界接触，以增加该导热基板2整体的散热性，较佳地，所述导热纤维22可分别自该板本体21的基面211、底面212，或同时自该板本体21的基面211及底面212对外裸露。当所述导热纤维22自该板本体21的基面211裸露时，该发光单元3能与所述导热纤维22直接接触，加速将该发光单元3所产生的热能导至该导热基板2；当所述导热纤维22自该板本体21的底面212裸露时，能提升将热能自该导热基板2导离该发光单元3并逸散至外界的效率；更佳地，所述导热纤维22亦能同时自该板本体21的基面211与底面212裸露，则可进一步加强导热及散热效果。于本实施例中是以所述导热纤维22为如图3所示，成多层叠置排列分布于该板本体21，并分别自该板本体21的该基面211及该底面212裸露为例做说明。

该发光单元3设置于该板本体21的基面211上，且包括一设置于该导热基板2上的第一型半导体层31、一部分盖设于该第一型半导体层31上的主动层32，及一盖设该主动层32上的第二型半导体层33。该电极单元4与该发光单元3电连接，用于提供电能使该发光单元3发光，该电极单元4可以是具有一个介于该导热基板2与该发光单元3间的底电极，及一个位于该发光单元3的一个顶面的顶电极；亦可以是具有一形成于该第一型半导体层31的一表面的底电极41，及一形成于该第二型半导体层33的一表面的顶电极42。由上述结构可知该第一实施例呈如图2所示的水平导通态样。由于该发光二极体的结构及相关材料的选择为本技术领域所周知，且非为本技术的重点，故不再多加说明。在该第一实施例中，该第一型半导体层31、该主动层32、该第二型半导体层33，及该电极单元4分别是以n型氮化镓层、多重量子井层、p型氮化镓层，及金为例做说明。

参阅图4、5，当所述导热纤维22于该导热基板2中的数量足够时，该导热基板2亦可作为导电用途，因此，也可直接将具有导热及导电性质的该导热基板2设置于该发光单元3下，得到一呈垂直导通态样的发光二极体。要说明的是，所述导热纤维22的含量愈多虽然可提升导电性，然而，过多的导热纤维22却会降低该板本体21对所述导热纤维22的包覆性，而不易成形，较佳地，所述导热纤维22于该导热基板2的体积占有百分比介于10％至60％。详细的说，若该板本体21的材质为环氧树脂(epoxy)，所述导热纤维22体积占有百分比介于10％至60％，较佳地，所述导热纤维22体积占有百分比介于30％至60％；若该板本体21的材质为铝，所述导热纤维22体积占有百分比介于10％至35％。更具体地说，当该板本体21的材质为环氧树脂(epoxy)，且所述导热纤维22体积占有百分比为50％时，该导热基板2的电阻率即可达0.0011Ω·cm。

当自该电极单元4提供电能令该发光单元3作动时，特别针对高功率发光二极体，由于该导热基板2的导热纤维22直接接触该发光单元3，因此，该发光单元3于发光过程中产生的巨幅热能，能通过该导热基板2的导热纤维22导离该发光单元3；并且能再进一步通过裸露于该底面212外的导热纤维22将热能传导至外界，而具有极佳的散热效果。另外，所述裸露于该板本体21而未被该板本体21包覆的导热纤维22间还可通过碳粒子彼此黏结成一体，而维持完整的导热通道，并避免既有的导热纤维或颗粒因掺混掉落造成的元件污染问题。

此外，要补充说明的是，为了提升该导热基板2的散热性，该板本体21也可以进一步具有其它不同的镂空的结构，而令所述导热纤维22可自该板本体21的其它位置裸露，以增加所述导热纤维22与该板本体21的接触面积或是与外界接触面积，而提升该导热基板2整体的导热及散热性。

前述导热纤维22可以于发光二极体作晶粒切割(dicing)时，所述导热纤维22便能自各晶粒的侧周缘裸露于外。或者额外利用激光方式将该板本体21的部分结构移除，让所述导热纤维22裸露于外即可，并无特别限制。例如，参阅图5、6，可以利用激光方式移除该板本体21的部分结构，令该板本体21形成具有多个彼此间隔的支撑块214的镂空结构，如此，所述导热纤维22则是分布于所述支撑块214间，并自所述支撑块214间的间隙露出，而可增加所述导热纤维22与该板本体21与外界的接触面积，以提升该导热基板2的散热性；而通过调整该发光单元3与所述导热纤维22的接触面积，还能优化自该导热基板2磊置该发光单元3的磊晶效果。

本发明高导热发光二极体的一第二实施例大致上是相同于该第一实施例，其不同处在于，配合参阅图7，该板本体21具有数个孔洞213，所述导热纤维22(显示于图3)分布于板本体21，且部分自所述孔洞213显露于外。通过所述孔洞213可令所述导热纤维22裸露与外界接触，而得以具有极佳的导热及散热性，此外，还可减轻该板本体21单位体积的重量。

具体的说，该板本体21是选自热固性或热塑性等可适用于发泡成型的高分子材料，例如环氧树脂、酚醛树脂，及呋喃树脂等，经由物理发泡或化学发泡后而得。由于利用高分子材料进行发泡的相关制程为本技术领域所知悉，因此，不再多加说明。于本实施例中，该板本体21是利用化学发泡后而得。要再说明的是，所述孔洞213的目的是要令所述导热纤维22可通过此等孔洞213与外界接触，并减轻该板本体21单位体积的重量，然而，虽然所述孔洞213愈多，所述导热纤维22与外界接触的面积愈多而可增加散热性且单位体积的重量愈轻，但是，过多的孔洞213亦会影响该板本体21的机械强度，因此，在导热性、重量及机械强度整体的考量下，较佳地，该板本体21密度介于0.4g/cm³至0.9g/cm³。

综上所述，本发明高导热发光二极体，通过将该发光单元3直接形成于具有高导热及散热性的该导热基板2上，由于该导热基板2具有高导热性的导热纤维22，且所述导热纤维22会对外露出，因此，该发光单元3于作动时所产生的热能通过所述导热纤维22迅速导离该发光单元3并向外界散出，而可具有极佳的散热性；此外，还能进一步通过将该板本体21形成镂空或孔洞213结构，不仅可提升该导热基板2的导热及散热性，此外，还可减轻该板本体21单位体积的重量。

Claims (13)

1.一种高导热发光二极体，包含一片导热基板、一个设置于该导热基板上的发光单元，及一个与该发光单元电连接，用于提供电能使该发光单元发光的电极单元；其特征在于：该导热基板包括一个板本体与数条分散于该板本体的导热纤维，该板本体具有一个基面，及一个反向于该基面的底面，且所述导热纤维的至少一部分会裸露于该板本体外，其中，该发光单元是设置于该板本体的基面上。

2.根据权利要求1所述的高导热发光二极体，其特征在于：所述导热纤维是以交错编织方式排列并具有多孔性结构。

3.根据权利要求1所述的高导热发光二极体，其特征在于：所述导热纤维自该基面裸露。

4.根据权利要求3所述的高导热发光二极体，其特征在于：所述导热纤维自该底面裸露而直接与外界接触。

5.根据权利要求1所述的高导热发光二极体，其特征在于：该板本体还具有数个彼此间隔的支撑块，所述导热纤维分布于所述支撑块间，并自所述支撑块的间隙露出。

6.根据权利要求1所述的高导热发光二极体，其特征在于：所述导热纤维是沿一个与该发光单元实质垂直的方向排列分布于该板本体。

7.根据权利要求1所述的高导热发光二极体，其特征在于：所述导热纤维的导热系数介于380至2000W/m·K。

8.根据权利要求7所述的高导热发光二极体，其特征在于：所述导热纤维选自金属纤维、高导热碳纤维，或石墨化气相沉积碳纤维。

9.根据权利要求1所述的高导热发光二极体，其特征在于：该板本体选自金属、合金金属、热固性高分子或热塑性高分子。

10.根据权利要求9所述的高导热发光二极体，其特征在于：该板本体的构成材料选自下列群组其中一种：银、铝、铜、锡、锑、氧化铝合金、酚醛树脂、呋喃树脂、聚硅氧树脂、环氧树脂。

11.根据权利要求1所述的高导热发光二极体，其特征在于：该板本体具有数个孔洞，所述导热纤维自所述孔洞部分裸露。

12.根据权利要求1所述的高导热发光二极体，其特征在于：该发光单元包括一个设置于该导热基板上的第一型半导体层、一个形成于该第一型半导体层上的主动层，及一个盖设该主动层上的第二型半导体层，该电极单元具有一个介于该导热基板与该发光单元间的底电极，及一个位于该发光单元的一个顶面的顶电极。

13.根据权利要求1所述的高导热发光二极体，其特征在于：该发光单元包括一个设置于该导热基板上的第一型半导体层、一个部分盖设于该第一型半导体层上的主动层，及一个盖设该主动层上的第二型半导体层，该电极单元具有一个形成于该第一型半导体层的一表面的底电极，及一个形成于该第二型半导体层的一表面的顶电极。