CN102157505A - 发光模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光模块，其整合了多个发光二极管元件的封装，可采用多种不同的串联或并联方式，有助于缩小封装体积与制作工艺成本。此外，此发光模块直接采用承载座来承载发光二极管元件，因而可具有良好的散热表现。再者，此发光模块集合了多个发光二极管元件，有助于提高出光效率。

Description

发光模块
技术领域
本发明涉及一种发光模块，且特别是涉及一种整合多个发光二极管元件封装的发光模块。
背景技术
由III-N族元素化合物半导体材料所构成的发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种宽能带隙(bandgap)的发光元件，其可发出的光线从红外光一直到紫外光，而涵盖所有可见光的波段。近年来，随着高亮度氮化镓(GaN)蓝/绿光发光二极管的快速发展，全彩发光二极管显示器、白光发光二极管及发光二极管交通号志等得以实用化，而其他各种发光二极管的应用也更加普及。
近年来节省能源及开发新能源是很重要的议题，光源对于人类现今是不可或缺的，而其中发光二极管(light emitting diode，LED)是最受瞩目的节能光源。发光二极管除了是主要的照明光源外，也因其省电、寿命长与低污染的特性，成为节能与环保的重要光源。
近几年来，由于发光二极管的发光效率不断提升，使得发光二极管在某些领域已渐渐取代日光灯与白热灯泡，例如需要高速反应的扫描器灯源、液晶显示器的背光源或前光源汽车的仪表板照明、交通号志灯，以及一般的照明装置等。一般常见的发光二极管是属于一种半导体元件，其材料通常是使用III-V族元素如磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等。发光二极管的发光原理是将电能转换为光，也就是对上述的化合物半导体施加电流，通过电子、空穴的结合而将过剩的能量以光的型态释放出来，进而达到发光的效果。由于发光二极管的发光现象不是通过加热发光或放电发光，而是属于冷性发光，因此发光二极管的寿命长达十万小时以上，且无需暖灯时间(idling time)。此外，发光二极管还具有反应速度快(约为10-9秒)、体积小、低用电量、低污染、高可靠度、适合量产等优点，所以发光二极管所能应用的领域十分广泛。
而在所有的发光二极管中，最值得注意的应该是白光发光二极管。随着发光二极管的发光效率不断地提升，白光发光二极管可应用的领域也越来越广泛，例如：扫描器的灯源、液晶荧幕的背光源，或是一般的照明设备等，因此，白光发光二极管已有逐渐取代传统的日光灯与白热灯泡的趋势。
目前市面上的白光发光二极管中包含有红光、蓝光及绿光发光二极管芯片，以分别发出红光、蓝光及绿光，利用这三种颜色的光线混色后即可产生三波长的白光。而其封装方式是将红光、蓝光及绿光发光二极管芯片置放于同一个承载器上，以进行封装。
然而，由于红光、蓝光及绿光发光二极管芯片各有其良率及芯片等级之分，因此，在白光发光二极管的封装结构中，其良率会与红光、蓝光及绿光发光二极管芯片其各自的变因有关。因此，如果其中一个发光二极管芯片损坏时，则整个白光发光二极管便无法使用。举例而言，若红光、蓝光、绿光二极管芯片的良率皆为80％时，则整个封装完成的白光发光二极管的良率会降低到51.2％(0.8×0.8×0.8＝0.512)。
因此，如何改善整个白光发光二极管的封装结构，以提升其整体的良率，实为亟待解决的一大难题。
发光二极管(在下文中称作“LED”)指的是具有正-负接面结构的半导体装置，其中注入少数载流子(电子或空穴)，且经由载流子的复合发射光。可通过更改合成半导体的材料(例如，GaAs、AlGaAs、GaN、InGaN及AlGaInP)来建构各种发光源，以提供具有多种色彩之光。LED的亮度与经施加至其发光芯片的电流成比例，而经施加至发光芯片的电流与产生自发光芯片的热量成比例。从而，应施加高电流，以增加LED的亮度。然而，因为发光芯片可能会因自其产生的热量而受到损坏，所以存在不能无限增加电流的问题。即，当施加至发光芯片的电流增加时，自其产生的热量也增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光模块，整合了多个发光二极管元件的封装，有助于缩小封装体积与制作工艺成本。
本发明的再一目的在于提供一种发光模块，直接采用承载座来承载发光二极管元件，以增进散热表现。
本发明的另一目的在于提供一种发光模块，集合了多个发光二极管元件，以提高出光效率。
为达上述目的，且具体描述本发明的内容，在此提出一种发光模块，其包括一导线架、一第一发光二极管元件以及一第二发光二极管元件。导线架具有一承载座，且承载座包括相互分离的一第一接垫以及一第二接垫。第一发光二极管元件配置于第一接垫上，第二发光二极管元件配置于第二接垫上。每一发光二极管元件具有一第一电极以及一第二电极，且第一发光二极管元件的第一电极以及第二发光二极管元件的第一电极共同电连接至第一接垫。
在此还提出另一种发光模块，其包括一导线架、一第一发光二极管元件以及一第二发光二极管元件。第一发光二极管元件配置于第一接垫上，第二发光二极管元件配置于第二接垫上。每一发光二极管元件具有一第一电极以及一第二电极，其中第一发光二极管元件的第一电极电连接至第一接垫，第一发光二极管元件的第二电极电连接至第二发光二极管元件的第一电极，且第二发光二极管元件的第二电极电连接至第二接垫。
附图说明
图1A为本发明的一实施例的一种发光模块的剖面结构示意图；
图1B为图1A的发光模块的上视图；
图2-图10分别为本发明的其他实施例的多种发光模块的剖面结构示意图。
主要元件符号说明
100：发光模块
112：承载座
112a：第一接垫
112b：第二接垫
114：承载座的凹槽
119：沟槽
120：第一发光二极管元件
122：第一发光二极管元件的第一电极
124：第一发光二极管元件的第二电极
130：第二发光二极管元件
132：第二发光二极管元件的第一电极
134：第二发光二极管元件的第二电极
140：棱镜
192a、192b、194a、194b：导线
200：发光模块
212a：第一接垫
212b：第二接垫
214：承载座的凹槽
220：第一发光二极管元件
240：封装胶体
230：第二发光二极管元件
292a、292b、294a、294b：导线
300：发光模块
312a：第一接垫
312b：第二接垫
320：第一发光二极管元件
322：第一发光二极管元件的第一电极
324：第一发光二极管元件的第二电极
330：第二发光二极管元件
332：第二发光二极管元件的第一电极
334：第二发光二极管元件的第二电极
392、394：导线
400：发光模块
412：承载座
412a：第一接垫
412b：第二接垫
412c：第三接垫
420：第一发光二极管元件
430：第二发光二极管元件
480：控制元件
496：导线
500：发光模块
520：第一发光二极管元件
521：第一发光二极管芯片
530：第二发光二极管元件
531：第二发光二极管芯片
600：发光模块
612：承载座
612a：第一接垫
612b：第二接垫
612c：第三接垫
614：承载座的凹槽
620：第一发光二极管元件
630：第二发光二极管元件
624：第一发光二极管元件的第二电极
700：发光模块
710：导线架
712：承载座
714：承载座的凹槽
800：发光模块
810：导线架
812：承载座
812a：第一接垫
812b：第二接垫
820：第一发光二极管元件
822：第一发光二极管元件的第一电极
824：第一发光二极管元件的第二电极
830：第二发光二极管元件
832：第二发光二极管元件的第一电极
834：第二发光二极管元件的第二电极
900：发光模块
910：承载座
912：承载座的凹槽
920：引脚
930：发光二极管元件
932：发光二极管的第一电极
934：发光二极管的第二电极
992、994：导线
1000：发光模块
1010：承载座
1020：引脚
1030：发光二极管元件
1032：发光二极管元件的第一电极
1034：发光二极管元件的第二电极
1094：导线
具体实施方式
本发明提出的发光模块整合了多个发光二极管元件的封装，可采用多种不同的串联或并联方式，有助于缩小封装体积与制作工艺成本。以下列举多个实施例，并配合所附附图来说明本发明的发光模块可能的架构。
图1A绘示依照本发明的一实施例的一种发光模块的剖面结构。图1B为图1A的发光模块的上视图。
如图1A与图1B所示，本实施例的发光模块100以导线架110做为载体(carrier)。导线架110具有承载座112，且承载座112被沟槽119切割为相互分离的一第一接垫112a以及一第二接垫112b，其中第一接垫112a例如是接地垫，而第二接垫112b例如是电源垫。导线架110的材质例如是铜或其他可能的金属。
发光模块100还包括一第一发光二极管元件120以及一第二发光二极管元件130，分别配置于第一接垫112a以及第二接垫112b上。本实施例的第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130例如分别是可发出单一色光的发光二极管芯片，其中第一发光二极管元件120具有一第一电极122以及一第二电极124。第二发光二极管元件130具有一第一电极132以及一第二电极134。
在本实施例中，第一发光二极管元件120的第一电极122以及第二发光二极管元件130的第一电极132分别通过导线192a以及192b共同电连接至第一接垫112a。此外，第二发光二极管元件120的第二电极124以及第二发光二极管元件130的第二电极134分别通过导线194a以及194b共同电连接至第二接垫112b。换言之，本实施例的第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130采用并联的方式，并且共用第一接垫112a以及第二接垫112b，且第一接垫112a以及第二接垫112本身又被用来承载第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130，因此有助于缩小第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130的封装体积，有利于发光模块100的微型化。
再者，第一接垫112a以及第二接垫112可提供第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130的热量散逸的路径，有利于提高发光模块的散热表现。
请再参考图1A与图1B，本实施例可在承载座112上形成凹槽114，并且将第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130共同设置于凹槽114内。此凹槽114有助于收集第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130发出的光线，提高发光模块100的出光效率。此外，本实施例也可以选择在导线架110的表面以电镀或其他方式形成例如银层或其他反射材料层，以提高光利用率。
另外，本实施例还可在凹槽114的出光位置上设置棱镜140，且可在棱镜140内掺杂荧光体或是在棱镜140表面涂布荧光体。棱镜140有助于调整发光模块100的出光光型，而荧光体可吸收第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130发出的特定波长的单色光，并将其转为其他波长的光线，以与第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130发出的单色光进行混光。例如，第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130可能为蓝光发光二极管芯片，则本实施例可选用黄光荧光体。黄光荧光体在吸收第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130发出的蓝光之后，会发出黄光，并且进一步与第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130发出的蓝光混为白光。如此，发光模块100可输出白光。另一方面，本实施例也可能不使用荧光体，仅利用第一发光二极管元件120以及第二发光二极管元件130发出不同颜色的单色光来进行混光。
当然，本发明并不限于上述内容。图2绘示依据本发明的另一实施例的发光模块的剖面结构。本实施例的发光模块200与图1A的发光模块100的差异在于：本实施例以封装胶体240来取代前述实施例的棱镜140。封装胶体240填入承载座212的凹槽214内，并且覆盖第一发光二极管元件220、第二发光二极管元件230、导线292a、292b、294a、294b、第一接垫212a以及第二接垫212b。此外，封装胶体240内同样可依据不同的出光需求，掺杂或不掺杂荧光体。
另一方面，在本技术领域中，已提出多种棱镜、封装胶体以及荧光体的配置方式。以上仅列举几种可能的设计。事实上，本技术领域中具有通常知识者当可依现有技术水平来改变本发明的发光模块中的棱镜、封装胶体以及荧光体的配置方式，以下不再赘述。
图3绘示依据本发明的又一实施例的发光模块的剖面结构。本实施例的发光模块300与图1A的发光模块100的差异在于：本实施例的第一发光二极管元件320以及第二发光二极管元件330的电极设置方式与前述实施例不同。
更详细而言，前述实施例的第一发光二极管元件120的第一电极122以及第二电极124皆位于第一发光二极管元件120的顶部，且第二发光二极管元件130的第一电极132以及第二电极134皆位于第二发光二极管元件130的顶部。然而，在本实施例中，第一发光二极管元件320的第一电极322位于第一发光二极管元件320的底部，而第一发光二极管元件320的第二电极324位于第一发光二极管元件320的顶部。因此，第一发光二极管元件320通过第一电极322接合至第一接垫312a，而第二电极324通过导线392连接到第二接垫312b。此外，第二发光二极管元件330的第一电极332位于第二发光二极管元件330的顶部，而第二发光二极管元件330的第二电极334位于第二发光二极管元件330的底部。因此，第二发光二极管元件330的第一电极332通过导线394连接到第一接垫312a，且第二发光二极管元件330通过第二电极324接合至第二接垫312b。
基于上述，本发明所提出的发光二极管元件的接合方式会随着发光二极管元件本身的型态，如电极设置方式，而有所不同。
图4绘示依据本发明的另一实施例的发光模块的剖面结构。本实施例的发光模块400与图1A的发光模块100的差异在于：本实施例更进一步将控制元件480整合封装在发光模块400内。更详细而言，本实施例的承载座412被分割为相互分离的第一接垫412a、第二接垫412b以及第三接垫412c。第一接垫412a以及第二接垫412b分别用来承载第一发光二极管元件420以及第二发光二极管元件430。此外，第三接垫412c承载控制元件480，且控制元件480经由导线496电连接至作为电源垫的第二接垫412b，以驱动第一发光二极管元件420以及第二发光二极管元件430。
承上述实施例，本发明的发光模块还可以整合其他元件的封装，以提供模块化的产品设计，因此有利于产品微型化，并且可符合客户不同的采购或组装需求。
图5绘示依据本发明的另一实施例的发光模块的剖面结构。本实施例的发光模块500与图1A的发光模块100的差异在于：本实施例的第一发光二极管元件520是由多个第一发光二极管芯片521串联而成，而第二发光二极管元件530是由多个第二发光二极管芯片531串联而成。
图6绘示依据本发明的又一实施例的发光模块的剖面结构。本实施例的发光模块600与图1A的发光模块100的差异在于：本实施例的承载座612具有分别对应于第一发光二极管元件620以及第二发光二极管元件630的两个凹槽614，且第一发光二极管元件620的第二电极624并非电连接到第二接垫612b上，而是连接到另一个由承载座612分出且与第一接垫612a以及第二接垫612b相互分离的第三接垫612c。换言之，本实施例的承载座612被分割为相互分离的第一接垫612a、第二接垫612b以及第三接垫612c。因此，本实施例可以选择将第一发光二极管元件620以及第二发光二极管元件630共用的第一接垫612a作为接地垫，而第二接垫612b以及第三接垫612c分别为电源垫；抑或是，选择将第一发光二极管元件620以及第二发光二极管元件630共用的第一接垫612a作为电源垫，而第二接垫612b以及第三接垫612c分别为接地垫。应用本实施例的架构，可以对第一发光二极管元件620以及第二发光二极管元件630施加不同的信号源，使得发光模块600的出光调制方式更为多元。
图7绘示依据本发明的又一实施例的发光模块的剖面结构。本实施例的发光模块700与图6的发光模块600的差异在于：两者使用的导线架形态不同。更详细而言，图6的承载座612的两个凹槽614例如是采用蚀刻或是钻孔方式形成，而本实施例是直接在制作导线架710时，便以例如冲压等方式将金属板材成型为具有两个凹槽714的承载座712。因此，本实施例的承载座712即使具有凹槽714仍可维持均匀的厚度。
图8绘示依据本发明的又一实施例的发光模块的剖面结构。本实施例的发光模块800与图1A的发光模块100的差异在于：本实施例的第一发光二极管元件820以及第二发光二极管元件830是以串联的方式连接。更具体而言，导线架810的承载座812包括相互分离的第一接垫812a以及第二接垫812b。第一发光二极管元件820配置于第一接垫812a上，第二发光二极管元件830配置于第二接垫812b上。第一发光二极管元件820具有第一电极822以及第二电极824。第二发光二极管元件830具有第一电极832以及第二电极834。在本实施例中，第一发光二极管元件820的第一电极822电连接至第一接垫812a，第一发光二极管元件820的第二电极824电连接至第二发光二极管元件830的第一电极832，且第二发光二极管元件830的第二电极834电连接至第二接垫812b。
前述图1～图8的多个实施例皆是采用导线架的封装结构。实际上，在可能的情况下，本发明的发光结构还可采用其他类型的承载器，并且将多个发光二极管元件整合。例如，图9与图10便绘示依照本发明的其他实施例的进阶四方扁平无引脚(advanced quad flat no-lead，aQFN)封装结构。
首先，如图9所示，发光模块900包括承载座910、多个引脚920以及多个发光二极管元件930。承载座910具有多个凹槽912，用以容置发光二极管元件930。每一发光二极管930的顶部具有第一电极932以及第二电极934，其中第一电极932经由导线992电连接至承载座910，以经由承载座910接地，而第二电极934经由导线994电连接至相应的引脚920，以经由引脚920连接至外部电路，例如电源。基于进阶四方扁平无引脚封装结构具有阵列引脚的特性，本实施例的发光模块900可同时整合多个发光二极管元件930，以提高总出光量。同时，本实施例的发光二极管元件930分别电连接至不同引脚920，因此可输入不同信号源至各发光二极管元件930，使得发光模块900的出光调制方式更为多元。
此外，图10绘示依据本发明的又一实施例的发光模块。本实施例的发光模块1000与图9的发光模块900的差异在于：本实施例的发光二极管元件1030的电极设置方式与前述实施例不同。更详细而言，本实施例的发光二极管元件1030的第一电极1032位于发光二极管元件1030的底部，而发光二极管元件1030的第二电极1034位于发光二极管元件1030的顶部。因此，发光二极管元件1030通过第一电极1032接合至下方的承载座1010，而发光二极管元件1030的第二电极1034通过导线1094连接到相应的引脚1020。
综上所述，本发明提出的发光模块整合了多个发光二极管元件的封装，可采用多种不同的串联或并联方式，有助于缩小封装体积与制作工艺成本。此外，本发明的发光模块直接采用承载座来承载发光二极管元件，因而可具有良好的散热表现。同时，此发光模块集合了多个发光二极管元件，有助于提高出光效率。
虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (11)

1.一种发光模块，包括：
导线架，具有承载座，且该承载座包括相互分离的第一接垫以及第二接垫；
第一发光二极管元件，配置于该第一接垫上；以及
第二发光二极管元件，配置于该第二接垫上，其中每一发光二极管元件具有第一电极以及第二电极，且该第一发光二极管元件的该第一电极以及该第二发光二极管元件的该第一电极共同电连接至该第一接垫。
2.如权利要求1所述的发光模块，其中该第一接垫为接地垫，而该第二接垫为电源垫。
3.如权利要求1所述的发光模块，其中该第一发光二极管元件的该第二电极以及该第二发光二极管元件的该第二电极共同电连接至该第二接垫。
4.如权利要求1所述的发光模块，其中该承载座还包括第三接垫，该第一发光二极管元件的该第二电极电连接至该第二接垫，而该第二发光二极管元件的该第二电极电连接至该第三接垫。
5.如权利要求1所述的发光模块，其中该第一发光二极管元件包括一个第一发光二极管芯片，而该第二发光二极管元件包括一个第二发光二极管芯片。
6.如权利要求1所述的发光模块，其中该第一发光二极管元件包括相互串联的多个第一发光二极管芯片，而该第二发光二极管元件包括相互串联的多个第二发光二极管芯片。
7.如权利要求1所述的发光模块，其中该承载座具有凹槽，且该第一发光二极管元件以及该第二发光二极管元件共同位于该凹槽内。
8.如权利要求1所述的发光模块，其中该承载座具有第一凹槽以及第二凹槽，该第一发光二极管元件位于该第一凹槽内，而该第二发光二极管元件该第二凹槽内。
9.如权利要求1所述的发光模块，还包括一控制芯片，该承载座还包括第三接垫，该控制芯片配置于该第三接垫上，且该控制芯片电连接至该第一发光二极管元件以及该第二发光二极管元件。
10.一种发光模块，包括：
导线架，具有承载座，且该承载座包括相互分离的第一接垫以及第二接垫；
第一发光二极管元件，配置于该第一接垫上；以及
第二发光二极管元件，配置于该第二接垫上，其中每一发光二极管元件具有第一电极以及第二电极，该第一发光二极管元件的该第一电极电连接至该第一接垫，该第一发光二极管元件的该第二电极电连接至该第二发光二极管元件的该第一电极，且该第二发光二极管元件的该第二电极电连接至该第二接垫。
11.如权利要求10所述的发光模块，其中该承载座具有凹槽，且该第一发光二极管元件以及该第二发光二极管元件共同位于该凹槽内。
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