CN102420221A - 气密型多层式阵列型发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气密型多层式阵列型发光二极管，其主要包括有具有气密金属框体的金属基板，气密金属框体与金属基板为一体成型，气密金属框体顶面上形成有气密封合框槽，而气密金属框体贯设有两组封合孔对，封合孔对内可穿设有导线架，气密金属框体内可设置封装材料或光学单元等，其中封合孔内以玻璃或陶瓷材料封死，荧光层上形成有硅胶层，其中荧光层亦可设置于硅玻璃罩内，气密金属框体顶面上放置有硅玻璃罩，硅玻璃罩并与封合框架相接合密封，硅玻璃罩与荧光层之间的空间充满该氮气，藉以防止水气进入到该气密金属框体与该晶粒保护层之中，藉以形成一种密闭型的LED封装结构，以适用于极端或险恶的环境中。

Description

气密型多层式阵列型发光二极管

技术领域

本发明涉及一种多层式阵列型发光二极管，尤其是一种完全阻绝水气进入、坚固耐用及长期维持光学组件效能的一种高强度气密型多层式阵列型发光二极管。

背景技术

LED的发光原理是利用半导体固有特性，它不同于以往的白炽灯管的放电、发热发光原理，而是将电流顺向流入半导体的PN接面时便会发出光线，所以LED被称为冷光源(cold light)。由于LED具有高耐久性、寿命长、轻巧、耗电量低且不含水银等有害物质等的优点，故可广泛应用于照明设备产业中，且其通常以LED阵列封装方式应用在电子广告牌、交通标识等商业领域。

请参阅中国台湾新型专利公告号M387375，其为关于一种多层式阵列型发光二极管的封装结构，主要包含有一金属基板、一封装模块、一导线架及一罩体，该金属基板设于该封装结构的最下层，该封装模块用以分别将该金属基板与该导线架封固而组成一体，该金属基板上装设有为阵列排列的发光二极管晶粒且金属基板为金属材质，发光二极管与该导线架并形成电性连接，该罩体则罩盖于该封装模块之中。

然而现有技术的缺点在于无法长期使用于水、湿气含量高的环境，以及如深海、太空或军事等险恶的环境，其因为封装结构中各层结构并非被确实地密封接合，如此则导致气密性逐渐劣化，内部湿气量加重，致使封装结构的各组件可能相互分离甚至烧毁，因此无法使用于潮湿环境，况且也会导致结构强度亦越来越差，可预见刚刚设置好的LED在短期间就必须重新更换，然而于如此恶劣的环境中如果时不时就得进行维修安装作业，不仅耗时耗力，更给人身安全造成莫大威胁，因此必须对此加以改进，提供一种完全阻绝水气进入、并坚固耐用及长期维持光学组件效能的一种发光二极管封装结构。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种气密型多层式阵列型发光二极管，其结合强度高及气密性优异，可使用于如海中等湿气重的环境，并且本发明的金属基板以一体成型，让整体强度远足以应付各种极端环境条件中，有助于延长光学组件的使用寿命，并使光学组件的效能不易退化。

为达上述目的，本发明的具体技术手段包含一金属基板及两个导线架，该金属基板上形成有具有一容置空间的一气密金属框体，该容置空间灌注有一氮气，该气密框体顶面上形成有一气密封合框槽，且该气密金属框体顶面的外缘往上垂直延设有一封合框架，另该气密金属框体贯设有两组封合孔对，而每一个导线架由一连接板及一导杆对组成，每一组的封合孔对供每一个导杆对穿设，该导杆对的内侧端与该连接板相连结，该导杆对的外侧端则连接到电源，每一个封合孔的空隙利用一封合材料予以封闭，又该容置空间的底面上贴附有多个LED晶粒，所述LED晶粒之间相打线接合并藉由多个导线与该连接板构成电性连接，所述LED晶粒之上形成有一晶粒保护层，该晶粒保护层之上再形成有一荧光层，该荧光层之上形成一硅胶层，该硅胶层覆盖保护该荧光层，其中该两组封合孔对的空隙皆以一封合材料封填起来，该气密金属框体顶面上放置有一硅玻璃罩，该硅玻璃罩并与该封合框架相接合密封，该硅玻璃罩与该荧光层之间的空间充满该氮气。

附图说明

图1为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的立体分解图。

图2为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的剖面示意图。

图3为本发明的第一实施例的剖面示意图。

图4为本发明的第二实施例的分解示意图。

图5为本发明的第二实施例的剖面示意图。

图6为本发明的第三实施例的剖面示意图。

具体实施方式

以下配合说明书附图对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。

现今LED的应用已经扩大到各个领域，包含了深海用途、太空用途、恶劣工业用途、或甚至于军事用途的环境中，LED如欲使用于上述的高压、冲击力大、湿气量大或温度变化急遽等恶劣条件的环境中，必须提升封装结构的密合度，以求于上述环境中稳定且长久的运作，本发明所提供的多层式阵列型发光二极管即为一种气密型封装结构的多层式阵列型发光二极管。

参阅图1，为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的立体分解图，参阅图2，为本发明的气密型多层式阵列型发光二极管的剖面示意图。本发明有关一种气密型多层式阵列型发光二极管，其包含有一金属基板1、两个导线架3、多个LED(发光二极管)晶粒5，该金属基板1上形成有具有一容置空间111的一气密金属框体11，该金属基板1与该气密金属框体11为一体成型，且该气密金属框体11的容置空间111中具有氮气90，该气密金属框体11内部可封装有多个光学单元、光学构件或封装用材料等，其中该金属基板1可藉由金属铸造(Casting)或机械模具(Tooling)等加工技术制作而成，该金属基板1的材质可以是如铝、铜、铜合金或其它热传导性良好的金属材料，藉以快速有效地让热能排散出去。

该气密金属框体11的内壁面上可再镀上一反光保护层(图面未显示)，藉以提升其对光线的反射性及对环境的抗压性，该反光保护层的材质可以是银(Ag)、镍(Ni)或具有良好反光性的金属材质。

该气密金属框体11贯设有两组封合孔对13，该气密金属框体11底部可以形成有一出光槽15，该出光槽15的侧壁面皆呈一反光斜面，该反光斜面与该出光槽15的底面具有一交角，但要注意的是，虽然该两组封合孔对13在本实施例中分别设置于该气密金属框体11的两相对侧壁中，但封合孔对11的配置位置视实际需要而定，在此仅是说明用的实例而已，并非用以限制本发明的范围。

该气密金属框体11顶面上形成有一气密封合框槽17，并且在该气密金属框体11顶面的外缘往上垂直延设有一封合框架19，其中该出光槽15的侧壁面上可进一步设置贴设有一第一反光罩100，该第一反光罩100用以将其所接收光线再反射出去，该气密金属框体11内并可进一步设置有一具有反光窗板201的第二反光罩200，该第二反光罩200的外部靠贴于该气密金属框体11的内壁面，该第二反光罩200的反光窗板201用以使其所接收到光线再反射出去。

每一导线架3由一连接板31及一导杆对33组成，每一组的封合孔对13供每一个导杆对33穿设，该导杆对33的内侧端与该连接板31相连结，该导杆对33的外侧端则连接到电源，其中该两组封合孔对13的空隙皆以一封合材料4完全封填起来，以阻绝水份经该两组封合孔对13而渗入于内，其中该封合材料4可以是一玻璃、一陶瓷、一玻璃陶瓷或其它适当材质，该封合材料4于高温环境下填封该封合孔对13，当冷却固化后即可完全封合而不留下任何让水气得以进入的管道。

所述LED晶粒5贴附于该容置空间111的底面上，或如本实施例所示所述LED晶粒5也可贴附于该出光槽15的底面上，因此当所述LED晶粒5发光时，发出的光线可藉由第一反光罩100与第二反光罩200再反射出去，有效增加发光效率，所述LED晶粒5较佳地配置型态为阵列型的排列方式，其中所述LED晶粒5之间相打线接合并藉由多个导线6与连接板31构成电性连接以形成一电路，而导杆对33的外侧端则连接到电源。

所述LED晶粒5之上则形成有一晶粒保护层7，该晶粒保护层7包覆保护所述LED晶粒5与所述导线6，该晶粒保护层7上形成有一荧光层8，该荧光层8的材料为一磷光剂或其它适当材质，该荧光层8之上并形成有一硅胶层9，该硅胶层9用以保护该荧光层8，该硅胶层9以射出成型方式而覆盖于该荧光层8之上，或者直接射出成型在该晶粒保护层7之上。

气密金属框体11顶面上设置有一硅玻璃罩10，该硅玻璃罩10并与该封合框架19相接合，其中可透过一激光束接合方式、一热封接合方式、一焊接接合方式、一熔接接合方式或其它适当方式使该硅玻璃罩10与该封合框架19相互接合，其中该硅玻璃罩10可以呈一平面状、一凹面状及一凸面状的形式的至少其中之一。

由于该气密金属框体11内的容置空间灌注有氮气90，因此该硅玻璃罩10与硅胶层9之间的空间最后只留存有氮气90，如此LED晶粒5、该晶粒保护层7与荧光层8皆密封于干燥氮气90中。

在外面环境的水气无法渗入到已密合的硅玻璃罩10与气密金属框体之中，且内部具有干燥的氮气可避免温度骤变而生成水气，因此可有效防止该荧光层8、晶粒保护层7及LED晶粒5因水气影响而劣化，因此适用于如深海中、或湿度重的工业环境下，且该气密金属框体11与该金属基板1为一体成型，使本封装结构强度更为强化，还可满足各种如太空中或军事上等高冲击力极高压力的环境中。

参阅图3，为本发明的第一实施例的剖面示意图。其主要包含有一金属基板500、一封装模块600及一导线架700，该封装模块600用以将该金属基板500与该导线架700封装成一体，该金属基板500上装设有为阵列排列的LED晶粒5，LED晶粒5与该导线架700并形成电性连接，所述LED晶粒5之上依序形成有晶粒保护层7及荧光层8，荧光层8上方形成有可保护荧光层8免受水气影响而变质的硅胶层9，其中该封装模块600内壁面上设置有气密封合框槽6001，封装模块600内壁面上放置有硅玻璃罩10，该硅玻璃罩10并与该封装模块600相接合，硅胶层9与硅玻璃罩10并灌注有氮气90，透过第一实施例可印证，本发明可应用于其它封装结构上，帮助原本无法防止水气渗入的封装结构转变成可使用在水湿气重的环境下，免受水气影响而导致材料变质或组件劣化短路的问题，进而确使各光学单元有效率地运作。

参阅图4至图6，在本发明的第一实施例中，该两组封合孔对13分别贯设该容置空间111下方的底座的两侧，该两个导线架3分别藉各自的导杆对33以垂直方向穿设于该两组封合孔对13之中，该两组封合孔对13中的空隙并以一封合材料4予以封死，如图6所示，其中该荧光层8亦可直接预设于该硅玻璃罩10内。

本发明封装结构内充填有氮气90，以使内部保持完全干燥及防止气泡或湿气的产生，且在本封装结构中，其分别在内、外层皆形成全密闭式的密封空间，形成一种完全气密且具有高强度的结构，如此水气无法侵入，经久耐用且使光学组件可发挥其最佳效能，非常适用于严酷的环境条件下。

以上所述仅为用以解释本发明的较佳实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本发明的任何修饰或变更，皆仍应包括在本发明意图保护的范畴。

Claims (11)

1.一种气密型多层式阵列型发光二极管，其特征在于，至少包括一金属基板及两个导线架，该金属基板上形成有具有一容置空间的一气密金属框体，该容置空间中具有一氮气，该气密框体顶面上形成有一气密封合框槽，且该气密金属框体顶面的外缘往上垂直延设有一封合框架，另该气密金属框体贯设有两组封合孔对，而每一个导线架由一连接板及一导杆对组成，每一组的封合孔对供每一个导杆对穿设，该导杆对的内侧端与该连接板相连结，该导杆对的外侧端则连接到电源，又该容置空间的底面上贴附有多个LED晶粒，所述LED晶粒之间相打线接合并藉由多个导线与该连接板构成电性连接，所述LED晶粒之上形成有一晶粒保护层，该晶粒保护层之上再形成有一荧光层，该荧光层之上形成一硅胶层，该硅胶层覆盖保护该荧光层，其中该两组封合孔对的空隙皆以一封合材料封填起来，该气密金属框体顶面上放置有一硅玻璃罩，该硅玻璃罩并与该封合框架相接合密封，其中该硅玻璃罩与该荧光层之间的空间充满该氮气。

2.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管，其特征在于，该金属基板与该气密金属框体为一体成型。

3.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管，其特征在于，该金属基板的材质是一铝、一铜、一铜合金的至少其中之一。

4.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管，其特征在于，该气密金属框体的内壁面上进一步镀上一反光保护层，该反光保护层的材质是一银或一镍的至少其中之一。

5.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管，其特征在于，该封合材料是一玻璃、一陶瓷、一玻璃陶瓷的至少其中之一。

6.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管，其特征在于，该气密金属框体底部形成有一出光槽，所述LED晶粒贴附于该出光槽的底面上，且该出光槽的侧壁面上进一步设置有一第一反光罩。

7.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管，其特征在于，该气密金属框体内进一步设置有一具有反光窗板的第二反光罩，该第二反光罩的外部靠贴于该气密金属框体的内壁面，该第二反光罩的反光窗板用以使其所接收到光线再反射出去。

8.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管，其特征在于，该硅玻璃罩呈一平面状、一凹面状及一凸面状的形式的至少其中之一。

9.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管，其特征在于，可透过一激光束接合方式、一热封接合方式、一焊接接合方式或一熔接接合方式的至少其中之一以使该硅玻璃罩与该封合框架相互接合。

10.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管，其特征在于，该荧光层直接预设于该硅玻璃罩内。

11.如权利要求1所述的气密型多层式阵列型发光二极管，其特征在于，该荧光层的材料为一磷光剂。

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