CN102214769B - 固态发光元件及具有该固态发光元件的光源模组 - Google Patents

固态发光元件及具有该固态发光元件的光源模组 Download PDF

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Abstract

一种固态发光元件，包括一固态发光芯片、一基体、两导电层及一导热块，该基体具有一第一表面、与该第一表面相对的一第二表面、及连接该第一、第二表面的一侧面，该基体于其第一表面上开设收容该固态发光芯片的一凹槽，该基体设有由该固态发光芯片延伸至该第二表面的一通孔，该两导电层相互隔离，每一导电层包括与该固态发光芯片电连接的一第一连接端及延伸至该基体的侧面上一第二连接端，该导热块填充在该通孔内且与该固态发光芯片形成热接触，上述固态发光芯片热电分离，具有较佳的发光特性及散热效率。本发明还涉及一种具有该固态发光元件的光源模组。

Description

固态发光元件及具有该固态发光元件的光源模组
技术领域
本发明涉及一种固态发光元件，特别是涉及一种具有固态发光元件的光源模组。
背景技术
发光二极管光源作为一种新兴的光源，其具有工作寿命长、环保、省电、寿命长等诸多特点。而且，目前由发光二极管组成的模块能产生大功率、高亮度的光源，因此将广泛地、革命性地取代传统的白炽灯等习知光源，进而成为符合节能环保主题的主要光源。然而，随着发光二极管或其模块之功率、亮度之增大，其产生之热量也越来越大，若不能及时解决发光二极管之发热问题，则发光二极管灯具之工作寿命将受到严重影响。
目前，业者通常将发光二极管的电极垂直设于其下方，并在电路板上设置插孔，将发光二极管的电极插入电路板的插孔内，从而通过电极将发光二极管与电路板进行电连接与热连接。然而，由于该电极既要导电又要传热，导致电流路径与热流路径相互干扰，这就很容易增加发光二极管的热阻，从而使该发光二极管的整体散热性能不佳。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种散热性能良好的固态发光元件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，包括一固态发光芯片、一基体、两导电层及一导热块，该基体具有一第一表面、与该第一表面相对的一第二表面、及连接该第一、第二表面的一侧面，该基体于其第一表面上开设收容该固态发光芯片的一凹槽，该基体设有由该固态发光芯片延伸至该第二表面的一通孔，该两导电层相互隔离，每一导电层包括与该固态发光芯片电连接的一第一连接端及延伸至该基体的侧面上一第二连接端，该导热块填充在该通孔内且与该固态发光芯片形成热接触。
一种光源模组，包括至少一固态发光元件、一电路板及一散热装置，该固态发光元件包括一固态发光芯片、一基体、两导电层及一导热块，该基体具有一第一表面、与该第一表面相对的一第二表面、及连接该第一、第二表面的一侧面，该基体于其第一表面上开设一收容该固态发光芯片的凹槽，该基体设有由该固态发光芯片延伸至该第二表面的一通孔，该两导电层相互隔离，每一导电层包括与该固态发光芯片电连接的一第一连接端及延伸至该基体的侧面上一第二连接端，该导热块填充在该通孔内且与该固态发光芯片形成热接触，该电路板上设有一容置孔，该电路板于该容置孔外围的侧面上设有两弹性电极，该两电极分别抵顶于该至少一固态发光元件的两导电层的第二连接端，该散热装置与该导热块热接触。
与现有技术相比，所述固态发光元件及具有所述固态发光元件的光源模组通过延伸至基体的侧面上的两个导电层对其供电，而其工作时产生的热量经由导热块传导出去，因此，所述固态发光芯片及光源模组导电、传热的路径可以相互隔离，互不干扰，从而使该固态发光元件及光源模组具有较佳的发光特性及较佳的散热效率。
附图说明
图1为本发明第一实施例的光源模组的截面组装示意图。
图2为图1所示光源模组的分解图。
图3为本发明第二实施例的光源模组的截面分解示意图。
图4为本发明第三实施例的光源模组中的固态发光元件的截面示意图。
图5为本发明第四实施例的光源模组中的固态发光元件的截面示意图。
图6为本发明第五实施例的光源模组中的固态发光元件的截面示意图。
图7为本发明第六实施例的光源模组中的固态发光元件的截面示意图。
图8为本发明第七实施例的光源模组中的固态发光元件的截面示意图。
图9为本发明第八实施例的光源模组中的电路板的截面示意图。
图10为本发明第九实施例的光源模组中的电路板的截面示意图。
主要元件符号说明
固态发光元件         10、10a、10b、10c、10d、10e、10f
基体                 11、11b、11c、11d
第一表面             111、111d
第二表面             112、112c
侧面                 113
凹槽                 114
通孔                 115、115b、115c、115d
第一孔               1151d
第二孔               1152d
第三孔               1153d
光反射层             116
导电层               12、12e、12f
第一连接端           121
第二连接端           122、122e、122f
导热块               13、13a、13b、13c、13d
阶梯面               134a
固态发光芯片         14
透光保护层           15、15a、15d
散热装置             20、20a、20c
基座                 21、21a、21c
凸起                 211a
结合槽               213c
散热鳍片             22
电路板               30、30g、30h
容置孔               31
电极                 32、32g、32h
具体实施方式
图1与图2所示为本发明第一实施例的光源模组，该光源模组包括一固态发光元件10、与该固态发光元件10热连接的一散热装置20、及与该固态发光元件10电连接的一电路板30。
该固态发光元件10包括一基体11、两导电层12、一导热块13、一固态发光芯片14及一透光保护层15。
该基体11为柱状，其具有一第一表面111、与该第一表面111相对的一第二表面112、及连接该第一、第二表面111、112的一侧面113。该基体11于该第一表面111上开设一凹槽114，该凹槽114用于收容该固态发光芯片14，该凹槽114呈圆台形，其尺寸由上至下逐渐减小，该基体11于该凹槽114的底面上开设一通孔115，该通孔115贯穿该第二表面112且与该凹槽114相贯通。该基体11的侧面上涂覆一光反射层（reflective layer）116，以将该固态发光芯片14发出的光线反射出该凹槽114。
该两导电层12均部分为该基体11所包覆以支撑该基体11。该基体11的材料可以是液晶聚合物（Liquid Crystal Polymer,LCP），或是热塑性树脂，如聚苯二甲酸醯氨树脂、聚对苯二甲酸丁二醇（PBT）等。另外，该基体11可混合白色颜料物质如钛氧化物或铝氧化物等，以提高其承受高温的能力，同时提升其光反射效率。每一导电层12为弯折状，其由该凹槽114的底面穿过该基体11延伸至该基体11的侧面113，并沿着该基体11的侧面113垂直向上延伸形成。每一导电层12具有一第一连接端121及一第二连接端122，该第一连接端121设于该凹槽114的底面，该第二连接端122设于该基体11的侧面113。在本实施例中，该第二连接端122覆盖于该基体11的侧面113上。可以理解的是，该导电层12也可经由其他路径延伸至该基体11的侧面113上，例如，由该凹槽114的底面沿着该凹槽114的侧面延伸至该基体11的第一表面111上，再延伸至该基体11的侧面113上，其并不局限于具体实施例。
该导热块13结合于该基体11的通孔115内，该通孔115可为一柱状通孔，如圆孔或是方孔，对应地，该导热块13也可为柱状，如圆柱状或棱柱状。本实施例中，该导热块13的高度等于该通孔115的深度，该导热块13完全填充于该通孔115，其底面与该基体11的第二表面112共面。
在本实施例中，该固态发光芯片14为一发光二极管芯片，具体地，该固态发光芯片14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，该包含磷化物或砷化物的固态发光芯片14可发出黄光至红光波段的可见光。当然，该固态发光芯片14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。该固态发光芯片14的基底（substrate）为一本征/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。
该固态发光芯片14设置在该凹槽114内，并设于该导热块13的顶面上。具体地，该固态发光芯片14的下表面与该导热块的顶面通过使用导热胶，如银胶（Ag epoxy）进行连接，从而使得该固态发光芯片14与该导热块13形成热接触。该固态发光芯片14与该导热块13也可使用共烧接合法（solderbonding process）相连接，具体为在该固态发光芯片14与该导热块13之间设置锡球，在温度达230°C的高温炉内使得锡球熔融，并经冷却后使得固态发光芯片14与导热块13相连接在一起。可以理解的是，该固态发光芯片14与该导热块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14，使得该固态发光芯片14与该导热块13键合（bonding）。
该固态发光芯片14的上表面上设有一正电极（图未示）及一负电极（图未示），该正、负电极通过打线连接（wire bonding）至该两导电层12的第一连接端121上。
该透光保护层15填充于该基体11的凹槽114内，以密封该固态发光芯片14。具体地，该透光保护层15的材料可为树脂（resin）、硅树脂（silicone）、环氧树脂（epoxy resin）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），或玻璃等。在本实施例中，该透光保护层15充分填充该凹槽114且密封该凹槽114的底面及侧面，并与该基体11的第一表面111相平齐。进一步地，该透光保护层15内可填充光转换物质，如荧光粉等以将固态发光芯片14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,Y3Al5O12Ce3+(YAG),Tb3Al5O12:Ce3+(YAG),BaMgAl10O17:Eu2+(Mn2+),Ca2Si5N8:Eu2+,(Ca,Sr,Ba)S:Eu2+,(Mg,Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+,(Mg,Ca,Sr,Ba)3Si2O7:Eu2+,Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+,Y2O2S:Eu3+,(Sr,Ca,Ba)SixOyNz:Eu2+,(Ca,Mg,Y)SiwAlxOyNz:Eu2+,CdS,CdTe或CdSe等。
该散热装置20由导热材料制成，如铝、铜等，该散热装置20包括一基座21及由该基座21向远离该基座21的一端延伸的若干散热鳍片22，该基座21贴设于该固态发光元件10的导热块13的底面及基体11的第二表面112上。具体的，该基座21可通过锡球经热回焊与该固态发光元件10的导热块13相连接。
该电路板30的基材可为聚脂（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。该电路板30上设有一容置孔31，该容置孔31的孔径略大于该固态发光元件10的基体11的外径。该电路板30于该容置孔31外围的侧面上设有两导电电极32，该两电极32均具有弹性，其可为弹片或弹性条。在本实施例中，每一电极32为C形，其两端焊接于该电路板30上，中间伸入该容置孔31内。
组装时，按压该固态发光元件10，并将该固态发光元件10插设于该电路板30的容置孔31内，该固态发光元件10的两导电层12位于该基体11的侧面113的第二连接端122分别与该电路板30的两电极32抵接，从而将该固态发光元件10固定于与该电路板30上，并与该电路板30电连接，此时，该电路板30的底面抵接于该散热装置20的基座21上。
工作时，该电路板30通过外部电源（图未示）对其供电，电流经该电路板30的两电极32及该固态发光元件10的两导电层12后对该固态发光芯片14通电。一方面，该固态发光芯片14发射的光线经该透光保护层15后透射出该透光保护层15；另一方面，该固态发光芯片14发出的热量可经导热块13传导至该散热装置20进行散热。
由于该固态发光元件10的两导电层12与导热块13相互分离，因此，该固态发光芯片14导电及传热的路径可以相互隔离，互不干扰，在保障对该固态发光芯片14进行供电以使其发光的前提下，该固态发光芯片14发出的热量可较佳地经由导热块13传导至散热装置20进行散热，从而使得该光源模组同时具有较佳的发光特性及较佳的散热效率。另外，该固态发光元件10的导电层12延伸至该基体11的侧面113上，该电路板30于该容置孔31的侧面上设有弹性电极32，因此，该光源模组组装方便，只需将该固态发光元件10由该电路板30的容置孔31插入即可，且上述光源模组在组装后仍可进行拆卸，可满足其中的固态发光元件10或电路板30因部分损坏而需要回收、维修或更换的需求。
图3所示为本发明第二实施例的光源模组，该光源模组与第一实施例中的光源模组基本相同，其不同之处在于：该固态发光元件10a的透光保护层15a呈圆冠状，其密封该固态发光芯片14但未密封该基体11的凹槽114的侧面。另外，该导热块13a的高度小于该通孔115的深度，该导热块13a部分填充于该基体11的通孔115内，从而使该导热块13a远离该固态发光芯片14的底面与该基体11的第二表面112之间形成一阶梯面134a。其次，该散热装置20a的基座21a向该固态发光元件10a凸伸一凸起211a，该凸起211a由该导热块13a与该基体11之间的阶梯面134a紧密结合于该固态发光元件10a的通孔115内并与该导热块13a相接触，从而使得该散热装置20a与该固态发光元件10a较稳固地接合在一起。
图4所示为本发明第三实施例的光源模组中的固态发光元件10b，该固态发光元件10b与第二实施例中的固态发光元件10a基本相同，其不同之处在于：该基体11b的通孔115b呈T形，具体地，该通孔115b邻近该固态发光芯片14一端的尺寸大于其远离该固态发光芯片14一端的尺寸，对应地，该导热块13b也呈T形，其配合该通孔115b的形状充分填充于该通孔115b内，从而可较稳固地卡扣在该基体11b的通孔115b内。
图5所示为本发明第四实施例的光源模组中的固态发光元件10c及散热装置20c，该固态发光元件10c与第二实施例中的固态发光元件10a基本相同，其不同之处在于：该基体11c的通孔115c呈倒T形，具体地，该通孔115c邻近该固态发光芯片14一端的尺寸小于其远离该固态发光芯片14一端的尺寸，对应地，该导热块13c也呈倒T形，其配合该通孔115c的形状填充于该通孔115c内，该导热块13c远离该固态发光芯片14的一端具有较大的面积，其可较佳地进行导热。进一步地，该导热块13c远离该固态发光芯片14的一端进一步延伸凸出该基体11c的第二表面112c。该散热装置20c与第二实施例中的散热装置20a基本相同，其不同之处在于：该散热装置20c的基座21c向内凹进一结合槽213c，该导热块13c凸出该基体11c的第二表面112c的部分紧密结合于该结合槽213c内并与该基座21c相接触。
图6所示为本发明第五实施例的光源模组中的固态发光元件10d，该固态发光元件10d与第四实施例中的固态发光元件10c基本相同，其不同之处在于：该基体11d的通孔115d呈工字形，其包括邻近该固态发光芯片14的一第一孔1151d、远离固态发光芯片14的一第二孔1152d、及位于第一、第二孔1151d、1152d之间且贯通该第一、第二孔1151d、1152d的第三孔1153d，该第一、第二孔1151d、1152d的尺寸分别大于该第三孔1153d的尺寸。优选地，该第二孔1152d的尺寸大于该第一孔1151d的尺寸。对应地，该导热块13也呈工字形，其配合该通孔115d的形状填充于该通孔115d内。进一步地，该导热块13d远离该固态发光芯片14的一端进一步延伸凸出该基体11d的第二表面112d。另外，该透光保护层15d密封该固态发光芯片14并填充整个凹槽114，且进一步延伸出该基体11d的第一表面111d而形成一圆冠状。
图7所示为本发明第六实施例的光源模组中的固态发光元件10e，该固态发光元件10e与第一实施例中的固态发光元件10基本相同，其不同之处在于：每一导电层12e设于该基体11的侧面113的第二连接端122e沿着该基体11的侧面113垂直向下延伸。
图8所示为本发明第七实施例的光源模组中的固态发光元件10f，该固态发光元件10f与第一实施例中的固态发光元件10基本相同，其不同之处在于：每一导电层12f设于该基体11的侧面113的第二连接端122f沿着该基体11的侧面113倾斜向外并向上延伸，从而进一步增加其弹性力，有利于加强该固态发光元件10f与该电路板30的固定。可以理解的是，该第六实施例中的固态发光元件10e的每一导电层12e设于该基体11的侧面113的第二连接端122e也可沿着该基体11的侧面113倾斜向外并向下延伸。
图9所示为本发明第八实施例的光源模组中的电路板30g，该电路板30g与第一实施例中的电路板30基本相同，其不同之处在于：每一电极32g为直线状，其一端固定于该电路板30g位于该容置孔31外围的侧面内，另一端倾斜地伸入该容置孔31内，以提供弹性力。可以理解的是，本实施例中的电极32g也可以为直片状。
图10所示为本发明第九实施例的光源模组中的电路板30h，该电路板30h与第一实施例中的电路板30基本相同，其不同之处在于：每一电极32h为侧置的V形，其两端固定于该电路板30h位于该容置孔31外围的侧面内，中间凸伸于该容置孔31内。
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 (7)

1.一种光源模组，其包括：
至少一固态发光元件，包括一固态发光芯片、一基体、两导电层及一导热块，该基体具有一第一表面、与该第一表面相对的一第二表面、及连接该第一、第二表面的一侧面，该基体于其第一表面上开设收容该固态发光芯片的一凹槽，该基体设有由该固态发光芯片延伸至该第二表面的一通孔，该两导电层相互隔离，每一导电层包括与该固态发光芯片电连接的一第一连接端及延伸至该基体的侧面上一第二连接端，该导热块填充在该通孔内且与该固态发光芯片形成热接触；
一电路板，其上设有一容置孔，该固态发光元件收容于该容置孔内，该电路板于该容置孔外围的侧面上设有两弹性电极，该两电极分别抵顶于该至少一固态发光元件的两导电层的第二连接端；及
一散热装置，其与该导热块热接触。
2.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于：每一电极为C形，其两端结合于该电路板上，中间伸入该容置孔内。
3.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于：每一电极为直线状或直片状，其一端结合于该电路板位于该容置孔外围的侧面内，另一端倾斜地伸入该容置孔内。
4.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于：每一电极为侧置的V形，其两端结合于该电路板位于该容置孔外围的侧面内，中间伸入该容置孔内。
5.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于：该导热块的高度小于该通孔的深度，该导热块部分填充于该基体的通孔内，该导热块远离该固态发光芯片的一端面与该基体的第二表面之间形成一阶梯面，该散热装置包括一基座，该基座向该至少一固态发光元件凸伸一凸起，该凸起由该导热块与该基体之间的阶梯面结合于该固态发光元件的通孔内并与该导热块相接触。
6.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于：该导热块由该通孔进一步延伸凸出该基体的第二表面，该散热装置包括一基座，该基座向内凹进一结合槽，该导热块凸出该基体的第二表面的部分结合于该结合槽内并与该基座相接触。
7.如权利要求1所述的光源模组，其特征在于：该散热装置包括一基座，该电路板抵接于该散热装置的基座上。
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