CN103208488A - 薄型多层式阵列型发光二极管光引擎 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种薄型多层式阵列型发光二极管光引擎，其中基板上形成有荧光胶层及硅胶隔离层，其中荧光胶层包覆所述发光二极管晶粒，并与基板直接接触，由于荧光胶层直接覆盖住所述发光二极管晶粒，因此该荧光胶层的荧光粉粒可散布或贴附于发光二极管晶粒的周围，如此发光二极管晶粒所发出的任何光子都可受到荧光粉粒的光学反应，藉以均匀化色温分布，且荧光胶层与基板直接接触，有助于把荧光胶层所吸收到的热能直接经由基板导出，降低该荧光胶层的温度，同时提升光学组件的可靠度。

Description

薄型多层式阵列型发光二极管光引擎

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，尤其是一种涉及可确保混光效果及有效将荧光层的热能排逸的多层式阵列型发光二极管光引擎。

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、交通号志等商业领域。

请参考新型专利公告号M398686的申请案的气密型多层式阵列型发光二极管的封装结构，在此仅作主要结构的描述，

参考图1，图1为现有技术的气密型多层式阵列型发光二极管的封装结构的剖面示意图，其包含有基板1a，基板1a上形成有气密金属框体11a，该基板1a顶面上贴附有LED晶粒5a，其中LED晶粒5a之上依序形成有晶粒保护层7a、荧光层8a及硅胶层9a，晶粒保护层7a覆盖住LED晶粒5a，以包覆保护LED晶粒5a，荧光层8a则介于晶粒保护层7a及硅胶层9a之间，该硅胶层9a可保护该荧光层8a免受湿气影响而变质。

然而现有技术的缺点在于容易产生色温分布不均匀的问题，因为LED晶粒5a会所产生不同角度出射的光线，所行经荧光层8a的路径也不同，穿透荧光层8a所需的距离也不同，角度大的光线因为会经由两侧反射壁反射并穿透出荧光层8a，穿过荧光层8a所行经的路径距离较长，能量较多转换为荧光层8a被激发出的黄光，形成偏黄的白光于气密金属框体11a的外围，造成单芯片型白光LED在其所发出的白光外围呈现环状的黄光区域，也就是黄晕现象。

再者现有技术的另一缺点在于荧光层8a不易散热，虽然荧光层8a与发热源(即LED晶粒5a)相隔有一段距离，使荧光层8a不会直接吸收LED晶粒5a所产生的热能，但LED晶粒5a所发出的辐射热能还是会传至荧光层8a，如此导致设置于晶粒保护层7a及硅胶层9a之间的荧光层8a就无法把热能排散，导致荧光层8a因不断蓄积热能而失去混光的效能。

因此必须对此加以改良，并提出一种可确保混光效果及有效将荧光层的热能排逸的多层式阵列型发光二极管光引擎。

发明内容

本发明的主要目的在于提供，其中荧光胶层直接形成于发光二极管晶粒之上，荧光胶层包覆所述发光二极管晶粒，并与基板直接接触，由于荧光胶层直接覆盖住所述发光二极管晶粒，因此该荧光胶层的荧光粉粒可散布或贴附于发光二极管晶粒的周围，如此发光二极管晶粒所发出的任何光子都可受到荧光粉粒的光学反应，藉以均匀化色温分布。

本发明的另一目的在于提供，其中荧光胶层与基板直接接触，有助于把荧光胶层所吸收到的热能直接经由基板导出，降低该荧光胶层的温度，同时提升光学组件的可靠度。

附图说明

图1为现有技术的应用于发光二极管封装结构的具有荧光层的光学透镜的剖视图；

图2为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的第一实施例示意图；

图3A为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的俯视示意图；

图3B为图3A的区域A的局部剖视放大图；

图4为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的第二实施例示意图；

图5为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的一较佳实施例示意图；

图5A为图5的区域A的局部放大图；

图5B为图5的区域B的局部放大图；

图6为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的第三实施例示意图；以及

图7为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的第四实施例示意图。

主要组件符号说明

1 基板

11 中心区

111 出光面

13 周边区

131 顶面

1311 第一上沟槽

1311a 凸缘

1313 上凸部

131A、131B 容置槽

1315 第一凹点

1315 第二上沟槽

1315a 凹缘

133 侧面

1331 侧沟槽

1333 侧凸部

135 底面

1351 下沟槽

3 封装体

31 封装腔室

311 内壁面

4 光学反射罩

41 转折段

43 第一阶层

45 第二阶层

5 导线架

51 内端部

53 外端部

511 第二凹点

6 发光二极管晶粒

7 荧光胶层

8 硅胶隔离层

9 透镜

10 底胶层

20 结合剂

具体实施方式

以下配合图式及组件符号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。

参考图2，图2为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的第一实施例示意图。本发明有关一种薄型多层式阵列型发光二极管光引擎，至少包含有一基板1、一封装体3、两导线架对5、一荧光胶层7、一硅胶隔离层8及一透镜9。

基板1可区分为中心区11及周边区13，中心区11的顶面为出光面111，中心区11涵盖于基板1的中心区块，较佳地中心区11的涵盖面积大于周边区13的涵盖面积，而周边区13为在中心区11及基板1边缘之间的区块，另周边区13具有顶面131、侧面133及底面135。

参考图3A，图3A为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的俯视示意图，参考图3B，图3B为图3A的区域A的局部剖视放大图，并请配合图1所示。在顶面131上形成有两容置槽131A及131B及多个第一凹点1315，较佳地两容置槽131A及131B分别设置在顶面131上的相互对应的位置，较佳地两容置槽131A及131B可设置在尽量靠近于出光面111的位置，亦即让两容置槽131A及131B位于靠近出光面111的两侧，所述第一凹点1315可设置成环状，且所述第一凹点1315也可设置于两容置槽131A及131B之中。其中该中心区11的形状可以圆形、椭圆形、四边形、多边形及其它适当形状。

封装体3包覆住基板1的周边区13的部份，但不包覆住中心区11，封装体3的包覆区域需涵盖顶面131、侧面133及底面135，其中封装体3具有封装腔室31，封装腔室31为封装体3未包覆住中心区11的部份，因此封装体3在中心区11的上方围构出容置空间，容置空间供封装腔室31之中可配置适当的光学构件，封装腔室31的底部恰为出光面111。

封装腔室31的内壁面311与出光面111相互之间具有一夹角关系，较佳地夹角小于90度，当内壁面311与出光面111之间的夹角小于90度时，内壁面311面向于封装腔室31之外，因此当有光线射向到内壁面311时，将有助于光线被反射至封装腔室31之外，内壁面311之上可进一步设置光学反射罩4，透过在内壁面311之上设置光学反射罩4，更可大幅提升光线反射到封装腔室31之外的机率，使发光的照度得以提高。

该光学反射罩可以是一镜面反射罩(Specular Reflector Cup or)及一扩散反射罩(Diffuse Reflector Cup)的至少其中之一。

封装体3使用封装材料来包覆住基板1的周边区13的部份，其中封装材料可以是模塑树脂(Mold Resin)，模塑树脂的材质可以是聚邻苯二甲酰胺压模树脂(poly-phthal-amide，PPA)或液晶聚合物(LiquidCrystalline Polymer，LCP)。

参考图3A及图3B，并配合图2所示，两导线架5皆具有内端部51及外端部53，两导线架5的内端部51分别位于两容置槽131A及131B之中，其中外端部53的水平高度可高于内端部51的水平高度，如图一所示，两导线架5的其中一部份可形成有弯折段，弯折段的两端延伸出去即是两导线架5的内端部51及外端部53。

该两导线架5与该基板1之间相隔有该封装体3，且两导线架5的内端部51及外端部53之间的部份被封埋于封装体3之中，而内端部51及外端部53则露出于封装体3之外，其中该两导线架5之一面设置有多个第二凹点511，较佳地可将所述第二凹点设置在两导线架5的内端部51及在内端部51的周围区域设。

所述第一凹点1315及所述第二凹点511的设置分别在于增加封装体3对基板1及导线架5的接着性，因为导线架5使用具导电性质的金属制成，封装体3则使用塑料或树脂的材质，由于塑料或树脂不易与金属接合，但透过在导线架5设置有所述第二凹点511，可以增加导线架5的表面粗糙度，且所述第二凹点511还可以被液态的塑料或树脂填满，让液态的塑料或树脂可以布满导线架5的表面上，因此当液态的塑料或树脂固化后，可以增加封装体3对导线架5的接着性，使封装体3更加紧密地封合于导线架5。

参考图2，其中在出光面111上可设置有多个发光二极管晶粒6，发光二极管晶粒6可以利用阵列性的排列方式配置在出光面111上，发光二极管晶粒6并与两导线架5构成电性连接，其中发光二极管晶粒6藉由打线接合与两导线架5而形成电性连接关系。

其中所述发光二极管晶粒6藉由一焊膏(图未显示)被焊设于该基板1的出光面111上，其中该焊膏可以是锡膏或银胶的至少其中之一，其中锡膏还可与碳晶与钻石晶体相混合，该钻石晶体还可镀上镍、银或其它导热性能优异的材质，透过在焊膏加入导热效果较佳的材料，可让焊膏的导热效能有效提升，藉以把发光二极管晶粒6所产生的热能快速地经由基板1传导至外部环境空间。

在所述发光二极管晶粒6之上形成有该荧光胶层7，该荧光胶层7包覆所述发光二极管晶粒6，并与该基板1直接接触，由于该荧光胶层7直接覆盖住所述发光二极管晶粒6，因此该荧光胶层7的荧光粉粒可散布或贴附于所述发光二极管晶粒6的周围，如此所述发光二极管晶粒6所发出的任何光子都受与可受到荧光粉粒的光学反应，使得色温分布非常均匀。

且该荧光胶层7与该基板1直接接触，有助于把该荧光胶层7的热透过该基板1导出，降低该荧光胶层的温度，同时提升光学组件的可靠度。

该荧光胶层7之上形成有该硅胶隔离层8，该硅胶隔离层8可隔绝外界的湿气侵入至荧光胶层7，如此荧光胶层8不会因受潮而变质，且免受外界的湿气及外界的污染。

在硅胶隔离层8之上可配置该透镜9，该透镜9可以是一玻璃板、一硅胶板或其它适当透镜。

参考图4，图4为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的第二实施例示意图。其中该透镜9还可以是一玻璃罩、一硅胶罩或或其它适当透镜，且透镜9被底胶层10(underfilling)黏固于硅胶隔离层8之上，其中透镜9浮设于硅胶隔离层8之上，不与光学反射罩4直接接触，且硅胶隔离层8与透镜9都属于塑料材质，透镜9可紧密地固定于硅胶隔离层8之上，再者透过透镜9还可被底胶层20固定住，更可有效防止透镜9发生松动的情形，其中底胶层20的材质可以是环氧树脂或其它适当材质。

其中硅胶隔离层8及透镜9之间可涂布有结合剂20(primer)，结合剂20用增加硅胶隔离层8及透镜9之间的封密性，并阻绝外界湿气侵入于透镜9之内及硅胶隔离层8之下的荧光胶层7。

参考图5，图5为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的一较佳实施例示意图。其中在本发明的较佳实施例中，可在透过在周边区13的顶面131上设置由内至外依序设置两个第一上沟槽1311、一个上凸部1313及一个第二上沟槽1315，其中两个第一上沟槽1311皆设置成凹型状，第二上沟槽1315设置成V形状，而侧面133上形成侧凸部1333，且侧凸部1333与侧面133形成L型的结构，底面135则形成一个下沟槽1351。其中，该第二上沟槽1315以环圈状设置于该基板1上，该第二上沟槽1315的宽度至少要大于0.4mm以上。

参考图5A，图5A为图5的区域A的局部放大图，参考图5B，图5B为图5的区域B的局部放大图。其中两个第一上沟槽1311的内壁面上还可形成凸缘1311a，而在第二上沟槽1315的内壁面进一步形成凹缘1315a。

上述的所述沟槽与所述沟槽可使液态状的封装材料可填流于所述沟槽之中，因此当封装材料形成固态状后，填流于所述沟槽的部份以及封装材料固态后所形成的封装体3的对应于凸部的部份会与基板1形成卡合的关系，如此基板1与封装体3会紧密地结合并固定成一体，不会因松脱而滑动，如此可增加基板与封装体的结构强度及封装密合度。

参考图6，图6为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的第三实施例示意图，参考图7，图7为本发明的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的第四实施例示意图。其中该光学反射罩4可进一步设置有一转折段41，该光学反射罩4于该转折段41之下的部份可定义成一第一阶层43，该光学反射罩4于该转折段41之上的部份可定义成一第二阶层45。

较佳地，该转折段41须对应于该荧光胶层7及该硅胶隔离层8的交界处，且该转折段41朝面向该荧光胶层7的相反方向做至少一次以上的转折，比如可参考图6所示，该转折段41可与该第一阶层41构成L型的结构，其中该转折段41与该荧光胶层7的表面构成的角度范围于180至270度之间。

或者可参考图7所示，该转折段41先朝面向该荧光胶层7的相反方向做一次的转折，再向另一方向上做一次的转折，最后形成概如ㄑ型的凹槽。

该荧光胶层41的成形用液态状的荧光胶进行填注，当液态状的荧光胶填注到与该转折段41相同的高度时，由于该转折段41非为线性上升而是向外转折出去，由于表面张力的原理，液态状的荧光胶不会向该转折段41流过去，而是向内汇聚，使液态状的荧光胶的表面形成凸出状，最后该荧光胶层41就会形成如第七图所示的凸出状，如此所述发光二极管晶粒6所产生的光线，可均匀向外部射出，有效避免黄晕现象的产生。

以上所述者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，凡有在相同的发明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 (23)

1.一种薄型多层式阵列型发光二极管光引擎，其特征在于，包含有：

一基板，该基板可区分为一中心区及一周边区，该中心区的顶面为一出光面，该基板并具有一边缘，该中心区涵盖该基板的中间区块，该周边区为在该中心区与该边缘之间的区块，其中该周边区具有一顶面、一侧面及一底面，在该顶面形成有两容置槽；

一封装体，该封装体包覆该基板的该周边区部份但不包覆该中心区，该封装体的包覆区域包含有该顶面、该侧面及该底面，该封装体具有一封装腔室，该封装腔室位于该出光面之上；

两导线架，该两导线架皆具有一内端部及一外端部，该两导线架的该内端部分别位于该两容置槽之中，该两导线架的该内端部及该外端部之间部份皆被封埋于该封装体之中，而该内端部及该外端部则露出于该封装体之外；

多个发光二极管晶粒，所述发光二极管晶粒设置于该出光面，所述发光二极管晶粒与该两导线架构成电性连接关系；

一荧光胶层，形成于所述发光二极管晶粒之上，该荧光胶层包覆所述发光二极管晶粒并与该基板直接接触；

一硅胶隔离层，形成于该荧光胶层之上；以及

一透镜，设于该硅胶隔离层之上。

2.如权利要求1所述的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的封装结构，其特征在于，该两容置槽为相互对应的设置。

3.如权利要求1所述的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的封装结构，其特征在于，该封装腔室具有一内壁面，该内壁面与该出光面相对之间具有一交角关系。

4.如权利要求3所述的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的封装结构，其特征在于，该内壁面之上设置有一光学反射罩，该光学反射罩可以是一镜面反射罩及一扩散反射罩的至少其中之一。

5.如权利要求4所述的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的封装结构，其特征在于，该光学反射罩可进一步设置有一转折段，该转折段朝面向该荧光胶层的相反方向做至少一次转折。

6.如权利要求5所述的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的封装结构，其特征在于，该光学反射罩于该转折段之下的部份可定义成一第一阶层，该转折段可与该第一阶层构成L型的结构，此时该转折段与该荧光胶层的表面构成的角度范围介于180至270度之间。

7.如权利要求5所述的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的封装结构，其特征在于，该转折段先朝面向该荧光胶层的相反方向做一次的转折，再向一方向做另一次的转折。

8.如权利要求1所述的薄型多层式阵列型发光二极体光引擎的封装结构，其特征在于，该封装体可利用一封装材料包覆该基板的该周边区的部份。

9.如权利要求8所述的薄型多层式阵列型发光二极体光引擎的封装结构，其特征在于，该封装材料可以是一模塑树脂。

10.如权利要求9所述的薄型多层式阵列型发光二极体光引擎的封装结构，其特征在于，该模塑树脂的材质可以是聚邻苯二甲酰胺压模树脂或液晶聚合物。

11.如权利要求1所述的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的封装结构，其特征在于，该两导线架与该基板之间相隔有该封装体。

12.如权利要求1所述的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的封装结构，其特征在于，在该两导线架设置有多个第二凹点。

13.如权利要求12所述的薄型多层式阵列型发光二极体光引擎的封装结构，其特征在于，所述第二凹点设置在该两导线架的该内端部及在该内端部的周围区域。

14.如权利要求1所述的薄型多层式阵列型发光二极体光引擎的封装结构，其特征在于，所述发光二极管以阵列性的排列方式配置于该出光面上。

15.如权利要求1或14所述的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的封装结构，其特征在于，所述发光二极管晶粒藉打线接合与该两导线架构成电性连接关系。

16.如权利要求1所述的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的封装结构，其特征在于，所述发光二极管藉由一焊膏配置于该基板的该表面。

17.如权利要求16所述的薄型多层式阵列型发光二极体光引擎的封装结构，其特征在于，该焊膏包含有一锡膏或一银胶的至少其中之一。

18.如权利要求17所述的薄型多层式阵列型发光二极体光引擎的封装结构，其特征在于，该锡膏混合有碳晶、钻石晶体或镀有镍的钻石晶体的至少其中之一。

19.如权利要求1所述的薄型多层式阵列型发光二极体光引擎的封装结构，其特征在于，该透镜可以是一玻璃板及一硅胶板的至少其中之一。

20.如权利要求1所述的薄型多层式阵列型发光二极体光引擎的封装结构，其特征在于，该透镜可以是一玻璃罩及一硅胶罩的至少其中之一，且该透镜被一底胶层黏固于该硅胶隔离层之上，该底胶层的材质为环氧树脂。

21.如权利要求1或20所述的薄型多层式阵列型发光二极管光引擎的封装结构，其特征在于，该硅胶保护层与该透镜之间具有一结合剂。

22.如权利要求1所述的薄型多层式阵列型发光二极体光引擎的封装结构，其特征在于，该顶面更形成有多个第一凹点。

23.如权利要求22所述的薄型多层式阵列型发光二极体光引擎的封装结构，其特征在于，所述第一凹点可配置成环状。

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