CN102130268A - 固态发光元件及光源模组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具良好散热性能的固态发光元件，其包括一个散热层、一个电绝缘层、两个电极接脚层、以及一个固态发光芯片。该散热层具有一个第一表面。该电绝缘层设置在该散热层的第一表面上，其远离该散热层的一侧具有一个第二表面，该电绝缘层由该第二表面向内开设一个通孔以暴露该散热层，该散热层对应该通孔具有一个承载面。该两个电极接脚层相互隔离并分别设置在该第二表面上，每个电极接脚层远离该电绝缘层的一侧具有一个第三表面。该固态发光芯片设置在该承载面上且分别与该两个电极接脚层电连接。另外，本发明还涉及一种包含该固态发光元件的光源模组。

Description

固态发光元件及光源模组
技术领域
本发明涉及一种固态发光元件，以及一种包含该固态发光元件的光源模组。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)作为固态发光元件，其电、光特性及寿命对温度敏感。通常，较高的温度会导致低落的内部量子效应并且寿命也会明显缩短；而半导体的电阻随着温度的升高而降低，滑落的电阻会带来较大的电流及更多的热产生，造成热累积现象的发生；此一热破坏循环往往会加速破坏发光二极管的工作效能。
如图1所示，一种典型的发光二极管100包括：一个封装体102，一个发光二极管芯片104及一个树脂层106。该封装体102是经由在一预制的金属框架1020上注入塑料1022而成形，该发光二极管芯片104设置在该金属框架1020上且与金属框架1020电性连接，该树脂层106与该封装体102相结合以密封该发光二极管芯片104。工作时，该发光二极管芯片104发光时所产生的热量经由该金属框架1020进行散热。然而，由于该金属框架1020既作为一个电极电连接该发光二极管芯片104又用于对发光二极管芯片104进行散热，此一方面增加了发光二极管100的热阻，从而导致该发光二极管100的整体散热性能不佳，另一方面也可能给发光二极管100的导电性能带来负面的影响。
有鉴于此，有必要提供一种散热性能良好的固态发光元件，以及一种包含该固态发光元件的光源模组。
发明内容
下面将以实施例说明一种具有良好散热性能的固态发光元件，以及一种包含该固态发光元件的光源模组。
一种固态发光元件，其包括一个散热层、一个电绝缘层、两个电极接脚层、以及一个固态发光芯片。该散热层具有一个第一表面。该电绝缘层设置在该散热层的第一表面上，其远离该散热层的一侧具有一个第二表面，该电绝缘层由该第二表面向内开设一个通孔以暴露该散热层，该散热层对应该通孔具有一个承载面。该两个电极接脚层相互隔离并分别设置在该第二表面上，每个电极接脚层远离该电绝缘层的一侧具有一个第三表面。该固态发光芯片设置在该承载面上且分别与该两个电极接脚层电连接。
以及一种光源模组，该光源模组包括至少一个固态发光元件、一个电路板、以及一个散热装置。该至少一个固态发光元件包括一个散热层、一个电绝缘层、两个电极接脚层、以及一个固态发光芯片。该散热层具有一个第一表面。该电绝缘层设置在该散热层的第一表面上，其远离该散热层的一侧具有一个第二表面，该电绝缘层由该第二表面向内开设一个通孔以暴露该散热层，该散热层对应该通孔具有一个承载面。该两个电极接脚层相互隔离并分别设置在该第二表面上，每个电极接脚层远离该电绝缘层的一侧具有一个第三表面。该固态发光芯片设置在该承载面上且分别与该两个电极接脚层电连接。该电路板分别与该两个电极接脚层热接触，且该电路板开设至少一个对应于该固态发光元件的光通孔，该固态发光芯片发出的光可经由该光通孔透射至外界。该散热装置位于该基体远离该电路板的一侧且与该散热层热接触。
相对于现有技术，所述固态发光元件包括散热层及电极接脚层，固态发光芯片设置在散热层上，同时其通过电极接脚层对其供电，而散热层与电极接脚层为电绝缘层所隔绝，因此，该固态发光元件热电分离，并具有良好的散热性能。
附图说明
图1是现有技术中一种固态发光元件的截面示意图。
图2是本发明第一实施例的固态发光元件的截面示意图。
图3是本发明第二实施例的固态发光元件的截面示意图。
图4是本发明第三实施例的固态发光元件的截面示意图。
图5是本发明第四实施例的固态发光元件的截面示意图。
图6是使用图4所示固态发光元件的光源模组的截面示意图。
主要元件符号说明
Figure G201010300428X20100119D000021
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步的详细说明。
请参阅图2，本发明第一实施例提供一种固态发光元件10，其包括：一个固态发光芯片11、一个散热层13、一个电绝缘层15、以及两个电极接脚层17。
该固态发光芯片11可具体为一个LED芯片11，其具有一个出光面110，及一个相对该出光面110的底面112，且该出光面110上设置一个正电极(未示出)及一个负电极(未示出)。具体地，该LED芯片11可包含磷化物如AlxInyGa(1-x-y)P(0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1)或砷化物如AlInGaAs，包含磷化物或砷化物的LED芯片11可发出黄光至红光波段的可见光。当然，该LED芯片11也可采用其它材料，如氮化物半导体(InxAlyGa(1-x-y)N，0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1)等。该LED芯片11的基底(substrate)为一个本征/纯质半导体(intrinsic semiconductor)，或是不刻意掺杂其它杂质的半导体(unintentionally doped semiconductor)。该基底的载子浓度(carrier concentration)小于或等于5×106cm-3，由于载子浓度越低，该基底的导电率就越低，从而起到隔绝电流流经基底的作用，因此，优选的，该基底的载子浓度小于或等于2×106cm-3。该基底可采用尖晶石、SiC、Si、ZnO、GaN、GaAs、GaP、AlN等材料制成，当然，该基底也可采用导热率较佳且导电率较低的材料，如钻石等制成。
该散热层13用于对固态发光芯片11进行散热。本实施例中，该散热层13为板状，且具有一个第一表面130及一个相对该第一表面130的第一底面132。该散热层13的材料可为金属，如铜、铝等，当然，该散热层13的材料也可为合金，如包含铜或者铝的合金。
本实施例中，该散热层13为实心结构。可以理解的是，该散热层13也可为多孔结构(porous structure)，其可具有多个不规则的孔隙，该孔隙可增强气体的流通，使得该散热层13获得较佳的散热效果。
该电绝缘层15设置在该散热层13的第一表面130上，其可具体采用电绝缘性能较佳的材料，如聚脂、聚亚酰胺薄膜(PI)、聚碳酸脂(PC)、压克力(PMMA)、聚合物、硅胶(silicone)、环氧树脂(epoxy)、旋制氧化硅(spin on glass，SOG)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(SixNy)、氮氧化硅(SiON)、氧化钛(TiO2)、氮化钛(TiO2)，以及氧化铝(AlxOy)中至少一者。该电绝缘层15远离该散热层13的一侧具有一个第二表面150。该电绝缘层15的中心区域由该第二表面150向内开设一个通孔15a以暴露该散热层13。该散热层13对应该通孔15a具有一个承载面1 33。本实施例中，该承载面133与该第一表面130共面。
该两个电极接脚层17分别设置在该电绝缘层15的第二表面150上，且该两个电极接脚层17相互隔离。本实施例中，该两个电极接脚层17位于该电绝缘层15所开设的通孔15a的两侧。可以理解的是，该两个电极接脚层17也可设置在该通孔15a同一侧，其并不局限于具体实施例。该两个电极接脚层17远离该电绝缘层15的一侧分别具有一个第三表面170。本实施例中，该两个电极接脚层17厚度相同，对应地，两个第三表面170共面。另外，每个电极接脚层17可具体采用金属材料如铜、金、铝、铟、锡，以及上述金属的合金，当然，其也可以采用其它材料，如氧化铟锡(ITO)等。该两个电极接脚层17的厚度分别大于3微米，优选地，该两个电极接脚层17的厚度分别大于7微米。
该固态发光芯片11设置在散热层13的承载面133上，且位于电绝缘层15的通孔15a内。具体地，该固态发光芯片11的底面112与该散热层13的承载面133通过导热胶，如银胶(Agepoxy)进行连接，从而使得该固态发光芯片11与该散热层13形成热接触。可以理解的是，该固态发光芯片11与该散热层13也可使用共烧接合法(solder bonding process)相连接，具体为在该固态发光芯片11与该散热层13之间设置锡球，在温度环境下使得锡球熔融，并经冷却后使得固态发光芯片11与散热层13相连接在一起。当然，该固态发光芯片11与该散热层13还可通过共晶接合法(eutectic process)相连接，具体为在高温及超声波(ultrasonic)环境下压合该固态发光芯片11，使得该固态发光芯片11与该散热层13键合(bonding)。另外，该固态发光芯片11的正负电极通过打线连接(wire bonding)至该两个电极接脚层17。本实施例中，该固态发光芯片11通过两个金属导线18分别连接至该两个电极接脚层17的第三表面170上。优选地，该固态发光芯片11的出光面110与该两个电极接脚层17的第三表面170共面。由于固态发光芯片11的出光面110与该两个电极接脚层17的第三表面170共面，因此，在将金属导线18连接至固态发光芯片11的正负电极，以及电极接脚层17的第三表面170时，无需进一步调节金属导线18连接的高度，也即金属导线18的两端连接的高度相同，此有利于节约制造工序，提高生产率。
该固态发光元件10可进一步包括一个用于密封该固态发光芯片11的透光保护层19。具体地，该透光保护层19的材料可为树脂(resin)、硅树脂(silicone)、环氧树脂(epoxyresin)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，或玻璃等。本实施例中，该透光保护层19大致呈一半球状。该透光保护层19内可填充光转换物质，如荧光粉等以将固态发光芯片11发出的光转换成为其它色光，并经混光后出射。该荧光粉可包括红、黄、绿色荧光粉，其材料可为硫化物(Sulfides)、铝酸盐(Aluminates)、氧化物(Oxides)、硅酸盐(Silicates)或氮化物(Nitredes)等。具体的，该荧光粉可以为Ca2Al12O19:Mn，(Ca，Sr，Ba)Al2O4:Eu，Y3A15O12Ce3+(YAG)，Tb3Al5O12:Ce3+(YAG)，BaMgAl10O17:Eu2+(Mn2+)，Ca2Si5N8:Eu2+，(Ca，Sr，Ba)S:Eu2+，(Mg，Ca，Sr，Ba)2SiO4:Eu2+，(Mg，Ca，Sr，Ba)3 Si2O7: Eu2+，Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+，Y2O2S:Eu3+，(Sr，Ca，Ba)SixOyNz:Eu2+，(Ca，Mg，Y)SiwAlxOyNz:Eu2+，CdS，CdTe或CdSe等。
工作时，外部电源(图未示)通过电极接脚层17及金属导线18对固态发光芯片11供电。一方面，固态发光芯片11发射的光线透射出该透光保护层19；另一方面，该固态发光芯片11发出的热量经散热层13导出。
由于两个电极接脚层17与散热层13分处电绝缘层15的两侧从而相互分离，使得该固光芯片11导电及导热的路径可以相互隔离，因此，在保障对固态发光芯片11进行供电以使其发光的前提下，该固态发光芯片11发出的热量可较佳地经由散热层13导出，该固态发光元件10同时具有较佳的发光特性及较佳的散热效率。
参见图3，本发明第二实施例提供一种固态发光元件20，其与第一实施例所提供的固态发光元件10基本相同，不同之处在于：散热层23的第一表面230上进一步延伸一个收容在电绝缘层25的通孔25a内的凸块23a，该散热层23的承载面233位于该凸块23a远离该第一表面230的一侧，且该承载面233与电绝缘层25的第二表面250共面，由于该承载面233与电绝缘层25的第二表面250共面，该电绝缘层25可通过采用印刷技术形成在散热层23上，而无须采用制程较复杂的曝光显影技术进行制作。
参见图4，本发明第三实施例提供一种固态发光元件30，其与第二实施例所提供的固态发光元件20基本相同，不同之处在于：凸块33a的承载面333与电极接脚层37的第三表面370共面；该固态发光元件30进一步包括一个反射碗(molding cup)38，该反射碗38部分包覆该电极接脚层37且位于电绝缘层35远离散热层33的一侧，且该反射碗38环绕固态发光芯片31设置；另外，该反射碗38内具有一个反射面380，透光保护层39充分填充该反射面380并密封该固态发光芯片31；该透光保护层39远离该固态发光芯片31具有一个光出射面390，固态发光芯片31发出的光线经该透光保护层39透射及转换后由该光出射面390出射至外界。
本实施例中，该光出射面390为一个平面。可以理解的是，该光出射面390也可为其它形状，如本发明第四实施例提供的固态发光元件40中，透光保护层49的光出射面490为一个凸曲面(参图5)。
本发明还提供的一种光源模组，该光源模组可选用第一至第四实施例中任意一种固态发光元件10~40。下面仅以采用三个图4所示的固态发光元件30的情况为例对光源模组进行说明。
图6所示的光源模组50包括三个固态发光元件30、一个电路板52以及一个散热装置54。
该散热装置54包括一个基座540，以及由该基座540向远离散热层33的一侧延伸出来的多个散热鳍片542。该基座540可通过锡球经热回焊与固态发光元件30的散热层33相连接。本实施例中，该基座740具有一个第二底面5400，该锡球置于该第二底面5400与散热层33的第一底面332之间进行连接。另外，该基座740的第二底面5400上可进一步延伸出多个凸起546，该多个凸起546分别部分填充该多个间隙300，从而使得该多个固态发光元件30卡扣在该散热装置54上以形成紧密结合。
该电路板52具有一个第四表面520，以及一个与该第四表面520相对的第五表面522。该电路板52的第四表面520对应每个固态发光元件30开设有一个光通孔524。安装时，电路板52的第五表面522可通过锡球经热回焊与电极接脚层37的第三表面370相连接，反射碗38及透光保护层39贯穿该电路板52的光通孔524且凸出该电路板52的第四表面520。
该电路板52为一柔性印刷电路板(flexible printed circuit board，FPCB)，其基材可为聚脂(PET)、聚亚酰胺薄膜(PI)、聚乙烯环烷(PEN)、薄型的环氧树脂，或是玻璃纤维材料(FR4)等。
工作时，电路板52通过外部电源(图未示)对其供电，电流经两个电极接脚层37后对固态发光芯片31通电。一方面，固态发光芯片31发射的光线经透光保护层39后透射出透光保护层39；另一方面，该固态发光芯片39发出的热量可经散热层33传导至散热装置54进行散热。
由于两个电极接脚层37与散热层33相互分离，该固态发光芯片31导电及导热的路径可以相互隔离，因此，在保障对固态发光芯片31进行供电以使其发光的前提下，该固态发光芯片31发出的热量可较佳地经由散热层33传导至散热装置54进行散热，该光源模组50同时具有较佳的发光特性及较佳的散热效率。
可以理解的是，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (11)

1.一种固态发光元件，其包括：
一个散热层，该散热层具有一个第一表面；
一个电绝缘层，其设置在该散热层的第一表面上，该电绝缘层远离该散热层的一侧具有一个第二表面，该电绝缘层由该第二表面向内开设一个通孔以暴露该散热层，该散热层对应该通孔具有一个承载面；
两个电极接脚层，其相互隔离并分别设置在该第二表面上，每个电极接脚层远离该电绝缘层的一侧具有一个第三表面；
一个固态发光芯片，其设置在该承载面上且分别与该两个电极接脚层电连接。
2.如权利要求1所述的固态发光元件，其特征在于，该承载面与该第一表面共面。
3.如权利要求2所述的固态发光元件，其特征在于，该固态发光芯片远离该承载面的一侧具有一个出光面，该出光面与每个第三表面共面。
4.如权利要求1所述的固态发光元件，其特征在于，该散热层的第一表面上进一步延伸一个收容在该电绝缘层的通孔内的凸块，该散热层的承载面位于该凸块远离该第一表面的一侧，且该承载面与该第二表面共面。
5.如权利要求1所述的固态发光元件，其特征在于，该散热层的第一表面上进一步延伸一个收容在该电绝缘层的通孔内的凸块，该散热层的承载面位于该凸块远离该第一表面的一侧，且该承载面与该电极接脚层的共面。
6.如权利要求1所述的固态发光元件，其特征在于，该固态发光芯片包括发光二极管芯片。
7.如权利要求1所述的固态发光元件，其特征在于，该散热层远离该电绝缘层的一侧进一步延伸出多个间隔分布的散热片。
8.一种光源模组，其包括：
至少一个固态发光元件，该至少一个固态发光元件包括：
一个散热层，该散热层具有一个第一表面，
一个电绝缘层，其设置在该散热层的第一表面上，该电绝缘层远离该散热层的一侧具有一个第二表面，该电绝缘层由该第二表面向内开设一个通孔以暴露该散热层，该散热层对应该通孔具有一个承载面，
两个电极接脚层，其相互隔离并分别设置在该第二表面上，每个电极接脚层远离该电绝缘层的一侧具有一个第三表面，
一个固态发光芯片，其设置在该承载面上且分别与该两个电极接脚层电连接；
一个电路板，其分别与该两个电极接脚层热接触，且该电路板开设至少一个对应于该固态发光元件的光通孔，该固态发光芯片发出的光可经由该光通孔透射至外界；以及
一个散热装置，其位于该基体远离该电路板的一侧且与该散热层热接触。
9.如权利要求8所述的光源模组，其特征在于，该散热层为一板状结构，该散热装置包括一个与该散热层热接触的基座，以及由该基座向远离该散热层的一侧延伸出来的多个散热鳍片。
10.如权利要求8所述的光源模组，其特征在于，该至少一个固态发光元件包括多个间隔分布的固态发光元件，且相邻两个固态发光元件之间具有一个间隙。
11.如权利要求10所述的光源模组，其特征在于，该散热装置进一步延伸多个对应于该间隙的凸起，该多个凸起分别部分填充该多个间隙。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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