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TW201538887A - 發光二極體組件及應用此發光二極體組件的發光二極體燈泡 - Google Patents

發光二極體組件及應用此發光二極體組件的發光二極體燈泡 Download PDF

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TW201538887A
TW201538887A TW103112161A TW103112161A TW201538887A TW 201538887 A TW201538887 A TW 201538887A TW 103112161 A TW103112161 A TW 103112161A TW 103112161 A TW103112161 A TW 103112161A TW 201538887 A TW201538887 A TW 201538887A
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led
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鄭子淇
劉弘智
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廣鎵光電股份有限公司
英特明光能股份有限公司
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Abstract

一種發光二極體組件及發光二極體燈泡。發光二極體組件包含透光載板、散熱元件、發光二極體元件、第一及第二波長轉換層、導電結構及電性接點。透光載板包含表面，並具有中間區域及圍繞中間區域的外圍區域。散熱元件的至少一部分位於中間區域。第一波長轉換層設置於透光載板的表面上且對應位於外圍區域。發光二極體元件設置於第一波長轉換層上。第二波長轉換層設置於透光載板的表面上，並覆蓋發光二極體元件及第一波長轉換層。彼此分離並形成於表面之上的導電結構圍繞發光二極體元件並與其電性連結，其中電性接點分別與導電結構連結。

Description

發光二極體組件及應用此發光二極體組件的發光二極體燈泡
本發明是有關於一種光源以及照明裝置，且特別是有關於一種發光二極體組件及應用此發光二極體組件的發光二極體燈泡。
從愛迪生發明使用鎢絲作為燈泡的發光元件開始，傳統的燈泡(Light bulb)已經有超過百年的歷史。由於鎢絲的發光是全周光的(omnidirection)，且使用上較蠟燭或是煤油燈等安全不易釀成災害，因此迅速地取代了以蠟燭或是煤油燈等的照明裝置。
但隨著科技的發展，以鎢絲作為照明裝置的光源會有消耗功率較大而較為耗電等問題。因此，目前亟欲找到更為省電的技術來取代傳統的鎢絲燈泡。
發光二極體(Light-emitting diode，以下簡稱LED)是目前應用於照明裝置的光源中效率較高、符合綠能潮流的電子元件。然而因為LED發射出的光型通常是具有指向性的光源，因此雖然 有著功耗極低的優點，但是要將光型改變以符合全周光式的照明需求，LED及其相關照明產品需要進一步的設計與改良。
本發明之實施例揭露一種發光二極體組件及使用此發光二極體組件的發光二極體燈泡。發光二極體組件包含有一透光載板、一散熱元件、複數個發光二極體元件、一第一波長轉換層(wavelength conversion layer)、一第二波長轉換層、複數個導電結構、以及複數個電性接點。透光載板包含一表面，並具有一中間區域以及圍繞中間區域的一外圍區域。散熱元件的至少一部分位於透光載板上的中間區域。第一波長轉換層設置於透光載板的表面上且對應透光載板的外圍區域。發光二極體元件設置於第一波長轉換層上。第二波長轉換層設置於透光載板的表面上，並覆蓋發光二極體元件及第一波長轉換層。導電結構圍繞發光二極體元件並與發光二極體元件電性連結，其中導電結構彼此分離並形成於表面之上，且電性接點分別與導電結構連結。
100‧‧‧透光載板
102‧‧‧表面
104‧‧‧中間區域
106‧‧‧外圍區域
108‧‧‧表面
112‧‧‧導電結構
114‧‧‧導電結構
120a‧‧‧電性接點/第一電性接點
120b‧‧‧電性接點/第二電性接點
120c‧‧‧電性接點/第三電性接點
120d‧‧‧電性接點/第四電性接點
130‧‧‧第一波長轉換層
140‧‧‧LED元件
142‧‧‧焊線
S‧‧‧容置空間
150‧‧‧第二波長轉換層
150’‧‧‧部分的第二波長轉換層
160、160a‧‧‧散熱元件
162‧‧‧頂面
164‧‧‧接點
170‧‧‧導通孔
180‧‧‧電線
190‧‧‧對位標誌
200‧‧‧發光二極體組件
210‧‧‧基座
220‧‧‧電路板
230‧‧‧燈罩
240‧‧‧燈座接頭
300‧‧‧發光二極體燈泡
圖1A~圖1D為依據本發明一實施例之發光二極體組件的製作方法的流程圖。
圖1E為圖1D之發光二極體組件的第二波長轉換層的不同實 施方式示意圖。
圖2為依據本發明又一實施例之透光載板的俯視圖。
圖3為依據本發明另一實施例之LED元件形成在透光載板上的示意圖。
圖4為於圖3之發光二極體組件應用在發光二極體燈泡的示意圖。
圖5為依據本發明一實施例之LED元件排列狀態的示意圖。
圖6為依據本發明一實施例之透光載板下有設置散熱元件的情況下，LED元件排列的示意圖。
圖7為依據本發明再一實施例之LED元件的電路為串並聯的示意圖。
圖8為依據本發明一實施例之第二波長轉換層的形狀為矩形的閉迴圈形的示意圖。
圖9為依據本發明一實施例之第二波長轉換層的形狀為圓形的閉迴圈形的示意圖。
圖10為依據本發明一實施例之散熱元件為導熱板，且導熱板貼附於透光載板之底面的俯視圖。
圖11為圖10的側視圖。
圖12為依據本發明一實施例之散熱元件為導熱板，且導熱板貼附於透光載板之頂面的俯視圖。
圖13為圖12的側視圖。
圖14為依據本發明一實施例之導熱板與透光載板一體成型 的示意圖。
[第一實施例]
圖1A~圖1D為發光二極體組件的製作方法的流程圖，而圖2為透光載板的俯視圖。請參考圖1A及圖2，發光二極體組件200的製作方法至少包括下列步驟：提供透光載板100，其中透光載板100具有表面102、中間區域104以及環繞中間區域104的外圍區域106。在提供透光載板100之前或之後，可以選擇性地在透光載板100的表面102上形成導電結構110以及四個電性接點120a、120b、120c、120d，其中電性接點120a、120b、120c、120d彼此分離，且與在透明載板100上互相電性絕緣的導電結構112或導電結構114電性相連。且其中電性接點120a、120b位於導電結構110的內側，而電性接點120c、120d位於導電結構110的外側。同位於導電結構110內側的電性接點120a、120b被設定為一正一負，而分別與電性接點120a、120b電連接的電性接點120c、120d的電性與所電性連接的電性接點120a或120b的電性相同。
此處所指的透光載板100是載板為透明或是半透明，而來自於LED元件(容後詳述)的光可透過此透光載板100。透光載板100的材質可為陶瓷、玻璃、塑膠或藍寶石(sapphire)等，依照需求而選用。其中，陶瓷包含但不限於氧化鋁(Al2O3)、釔鋁石榴石(yttria alumina garnet)及釹摻雜釔鋁石榴石(neodymium-doped yttria alumina garnet)。塑膠包含但不限於聚乙醯胺(Polyimide,PI)、聚乙烯對苯二甲酸酯(polyethylene terephthalate,PET)、壓克力(PMMA)、聚碳塑膠(PC)、環氧樹脂(Epoxy)及矽樹脂(Silicone)。
接著請參考圖1B及圖2，於透光載板100的表面102上形成第一波長轉換層130，其中第一波長轉換層130設置於透光載板100的表面102上，且第一波長轉換層130的設置位置避開導電結構110及電性接點120a、120b、120c、120d。詳細來說，使第一波長轉換層130形成在導電結構112及導電結構114之間，且第一波長轉換層130位在透光載板100的外圍區域106。本實施例中的第一波長轉換層130中包含透明膠體及分散於透明膠體的螢光粉。
圖3為LED元件形成在透光載板上的示意圖。請同時參考圖1C及圖3，於第一波長轉換層130上形成多個LED元件140，並使LED元件140與導電結構110電性相連。其中，LED元件140可為LED晶粒(chip)或封裝後(packaged)的LED晶粒(LED封裝體)。根據一實施例，在第一波長轉換層130上，固著有數個LED元件140，此數個LED元件140彼此透過焊線(bonding wire)142形成電性連接。
接著請同時參考圖1D及圖3，於第一波長轉換層130上形成第二波長轉換層150，以形成發光二極體組件200，其中第二波長轉換層150覆蓋於LED元件140上，且此第二波長轉換層150中也含有透明膠體及分散於透明膠體的螢光粉，其中第二波長 轉換層150中螢光粉產出的顏色可與第一波長轉換層130中的螢光粉相同或相異。根據一實施例，第一波長轉換層130及第二波長轉換層150的面積係大於LED元件140之面積，以避免晶片的光在未經與波長轉換層的光混色而直接外漏的問題。其中，第一波長轉換層130及第二波長轉換層150投影於透光載板100上的面積可以相同或相異，第二波長轉換層150包覆第一波長轉換層130的形式可連續的全部包覆(如圖1D所示)、部分包覆、或第二波長轉換層150包含數個部分150’，各個部分150’係分別包覆位於第一波長轉換層130上之一個或多個LED元件140，其中各個部分150’係可包含相同或相異種之螢光粉材料，且彼此間可以相連或相分離如圖1E示)。第一波長轉換層130及第二波長轉換層150的透明膠體，可以是樹脂或是矽膠，並在其中混雜有單色或多色之螢光粉材料，例如，包含有Sr、Ga、S、P、Si、O、Gd、Ce、Lu、Ba、Ca、N、Si、Eu、Y、Cd、Zn、Se、Al等成分的黃色螢光粉材料或綠色螢光粉材料。舉例來說，透明膠體的材料，可以是環氧材脂、丙烯酸樹脂、或矽酮樹脂。螢光粉可以是石榴石螢光粉、矽酸鹽螢光粉、氮化合物螢光粉或氧氮化合物螢光粉。螢光粉也可以是釔鋁石榴石螢光粉(YAG)、鋱鋁石榴石螢光粉(TAG)、銪活化鹼土族矽酸鹽螢光粉(Eu-activated alkaline earth silicate phosphor)、或矽鋁氧氮化合物螢光粉(Sialon)。
請參考圖3，上述的電性接點120a、120c彼此電性連接且更與導電結構112電性連接，而電性接點120b、120d彼此電性 連接且更與導電結構電性114連接。為了便於說明，因此將位於導電結構110的內側的電性接點120a、120b定義為第一電性接點120a及第二電性接點120b，而位於導電結構110的外側的電性接點120c、120d定義為第三電性接點120c及第四電性接點120d。發光二極體組件200可以藉由位在導電結構110的外側的第三電性接點120c及第四電性接點120d以方便地進行電性測試。
圖4為於圖3之發光二極體組件應用在發光二極體燈泡的示意圖。請參考圖3及圖4，於本實施例之發光二極體組件200中散熱元件160接觸透光載板100設置，且散熱元件160的至少一部分對應於透光載板100的中間區域104設置。藉由散熱元件160的設置，可以將積聚在透光載板100中間區域的熱快速地傳導並散逸掉，如此可以讓LED元件140保持良好的發光效率及延長使用壽命。
圖5為LED元件排列狀態的示意圖，其中往透光載板的中間區域的LED元件的排列間距漸大而往透光載板的外圍區域的LED元件的排列間距漸小。圖6為透光載板100下有設置散熱元件的情況下，LED元件140排列的示意圖。請參考圖4、圖5及圖6，在一般情況下，LED元件140是以等間距的方式排列，但是這種情況容易造成LED元件140所發出的熱會聚集在排列成行或成列的LED元件140的中間部分而不易散逸，進而影響發光二極體組件200的效率及整體壽命。其中一種解決方法是，使往透光載板100的中間區域104的LED元件140的排列間距漸大，而 往透光載板100的外圍區域106的LED元件140的排列間距漸小。藉由這樣的LED元件140的排列方式，可以有效地使LED元件140的熱較為均勻地分布，而不會集中在透光載板100的中間區域104(標示於圖2)，進一步提升發光二極體組件200的效率。
但是在散熱元件160設置在透光載板100之下的情況下(如圖6示)，積聚在透光載板100中間區域的熱可以藉由散熱元件160快速地傳導並散逸掉，因此可以使LED元件140的排列與圖5的方式相反，讓LED 140元件在較為靠近散熱元件160處(即透光載板100較為中間的部分)能夠較為密集地設置(如圖6示)。意即，在發光二極體組件200的光表現(如亮度或色度)符合使用者或是設計者可以接受的程度的考量下，使LED 140元件越靠近透光載板100的中間區域的排列間距越窄。圖6中雖僅繪示一列LED 140，但LED 140的列數及配置方式並不以此為限。
請參考圖4，本實施例的透光載板100更具有一導通孔170，散熱元件160為中空柱體。將此發光二極體組件200應用在發光二極體燈泡300中，是將發光二極體組件200放置在基座210上。散熱元件160為中空柱體，且位在基座210內。燈罩230罩覆於基座210上以定義出容置空間S。發光二極體組件200位於燈罩230(即容置空間S)內，而發光二極體組件200經由與透光載板100電連接且穿過散熱元件160及導通孔170的一對電線180中空柱體與基座210中的電路板220電性連接，進而透過燈座接頭240與外部電源的電性連接。
為了產品的美觀及使用便利，以導通孔170為中心，第一電性接點120a與第二電性接點120b可為對稱設置，第三電性接點120c與第四電性接點120d可為對稱設置。如圖3所示，第一電性接點120a與第二電性接點120b以導通孔170為中心沿著透光載板100的對角線對稱設置，而第三電性接點120c與第四電性接點120d也是以相同的方式對稱設置。或者，也可以是如圖7所示，第一電性接點120a與第二電性接點120b以導通孔170為中心沿著透光載板100的對角線對稱設置，而第三電性接點120c與第四電性接點120d是上下對稱設置。對稱設置的方式可以依照需求更換，並不以本實施例為限。
在本實施例中，上述的LED元件140環繞導通孔170排列，且LED元件140大致排列成矩形或圓形，例如，LED元件140可排列在矩形的四邊上或圓形的圓周上。而LED元件140的排列也可如圖3所示的鋸齒狀(zig-zag)，藉以提高單位長度或面積下的LED元件數量。。LED元件140可以是以單列的方式排列也可以是以多列的方式排列。根據一實施例，每一LED元件140可包括一單一LED晶粒，其順向電壓約為2~3V(下稱「低電壓晶片」)，或是具有數個串接之發光接面(junction)之且順向電壓係大於低電壓晶片之高壓晶片，例如12V、24V、48V等。具體言之，有別於打線方式，高電壓晶片係藉由半導體製程在一共同基板上形成數個彼此電連結之發光二極體單元(即具有至少一發光接面之發光二極體結構)，此共同基板可以為成長基板或非成長基板。 且同一列的LED元件140的電路可以是設計為串聯(如圖3示)、並聯或串並聯混合(如圖7示)，或是形成橋式結構，可依照需求而選用。此外，各個LED元件140可以是不同色光的LED元件140依照設計排列使LED元件140彼此混光或經由LED元件140搭配第一波長轉換層130與第二波長轉換層150所含有的螢光粉而達到所需的發光顏色需求。根據一實施例，一LED元件140為藍光LED 140，螢光粉可以受例如藍光LED元件140所發出的部分藍光(譬如說其波峰值為430nm-480nm)所激發，而產生黃光(譬如說其波峰值為570nm-590nm)或黃綠光(譬如說其波峰值為540nm-570nm)。而黃光或黃綠光與剩餘之藍光適當地混成時，人眼會視為白光。覆蓋在LED元件140上的第二波長轉換層150的形狀依照LED元件140的排列形式而為類似矩形的閉迴圈形(如圖8示)或是圓形的閉迴圈形(如圖9示)。
附帶一提，在透光載板100上可更預先形成對位標誌190，此對位標誌190用以在製程中使透光載板100對位至正確的位置，以能夠在透光載板100的正確位置上精確地形成導電結構110、電性接點120a1、120b、120c、120d或是後續所形成的LED元件140。
[第二實施例]
本實施例與前述第一實施例大致相同，其不同之處在於，本實施例的散熱元件160a為導熱板，導熱板貼附於透光載板 100。例如，導熱板的頂面162貼附於透光載板100的表面108，如圖10及圖11所示；或為導熱板的頂面162貼附於透光載板100的表面102，如圖12及圖13所示。上述的導熱板可以為導熱率高的金屬片。或者，導熱板可為金屬核心印刷電路板(metal core PCB)，而導電結構112、114更可透過例如打線的方式電性連接於導熱板。或者，導熱板可為陶瓷材料，且導熱板與透光載板100一體成型，如圖14示。另外，如圖10及圖12示，在導熱板為金屬核心印刷電路板或其上有設置導電結構的陶瓷材料的情況下，導熱板相對遠離透光載板100的末端上可設置有一對接點164，並進而可以將發光二極體組件插入電路板220(標示於圖4)上的一插座(未繪示)之中，藉由接點164與插座形成電性連接。
綜上所述，於本發明的發光二極體組件以及使用此發光二極體組件的發光二極體燈泡中，使用透光載板做為LED元件的載具，且搭配第一波長轉換層及第二波長轉換層而可以使LED元件的光經過透光載板往基座(或透光載板)的方向射出，LED元件的出光角度增加，進而達到全周光的光場。
再者，導通孔的設計搭配為中空柱體的散熱元件，讓電線可以從散熱元件中通過，而並不是從散熱元件的外側，因此電線是內藏於散熱元件中，讓產品外露的元件較少，使用者的視覺觀感上較為整潔美觀。
又，散熱元件的設置方式，讓LED元件的熱能夠透過散熱元件而快速地散逸，進而延長LED組件及/或使用此發光二極體 組件的發光二極體燈泡的使用壽命。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧透光載板
110‧‧‧導電結構
112‧‧‧導電結構
114‧‧‧導電結構
120a‧‧‧電性接點/第一電性接點
120b‧‧‧電性接點/第二電性接點
120c‧‧‧電性接點/第三電性接點
120d‧‧‧電性接點/第四電性接點
140‧‧‧LED元件
142‧‧‧焊線
150‧‧‧第二波長轉換層
160‧‧‧散熱元件
170‧‧‧導通孔
190‧‧‧對位標誌
200‧‧‧發光二極體組件

Claims (10)

  1. 一種發光二極體組件，包括：一透光載板，包含一表面，該透光載板具有一中間區域以及圍繞該中間區域的一外圍區域；一散熱元件，該散熱元件的至少一部分對應於該透光載板的該中間區域；一第一波長轉換層，設置於該透光載板的該表面上且對應該透光載板的該外圍區域；複數個發光二極體元件，設置於該第一波長轉換層上；一第二波長轉換層，設置於該透光載板的該表面上，並覆蓋該發光二極體元件及該第一波長轉換層；複數個導電結構，圍繞該等發光二極體元件並與該等發光二極體元件電性連結，其中該等導電結構彼此分離並形成於該表面之上；以及複數個電性接點，該等電性接點分別與該等導電結構連結。
  2. 如申請專利範圍第1項之發光二極體組件，其中該第一波長轉換層與該第二波長轉換層中包含螢光粉。
  3. 如申請專利範圍第1項之發光二極體組件，其中該透光載板包含一導通孔，該導通孔位於該中間區域，其中該等發光二極體元件環繞該導通孔。
  4. 如申請專利範圍第3項之發光二極體組件，其中該等發光二極體元件的排列方式包含矩形的四個邊上、圓形的圓周上或鋸 齒狀(zig-zag)。
  5. 如申請專利範圍第3項之發光二極體組件，其中該等電性接點包含第一電性接點及第二電性接點，分別位於該導通孔與該等發光二極體元件之間。
  6. 如申請專利範圍第5項之發光二極體組件，進一步包含第三電性接點及第四電性接點，分別位於該第二波長轉換層的外圍。
  7. 如申請專利範圍第3項之發光二極體組件，該散熱元件為中空柱體，而一對電線穿過該中空柱體及該導通孔以分別與透光載板該第一電性接點及該第二電性接點電性連接。
  8. 如申請專利範圍第1項之發光二極體組件，該散熱元件為導熱板，該導熱板貼附於該透光載板。
  9. 如申請專利範圍第1項之發光二極體組件，其中由該散熱元件往該透光載板的邊緣的方向，該等發光二極體元件的排列間距由密而疏。
  10. 一種發光二極體燈泡，包括：一基座；一燈罩，連接至該基座，並定義一容置空間；以及一種根據申請專利範圍第1項至第9項中之任一項之發光二極體組件，設於該容置空間內，並與該基座電性連接。
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