CN103427012B - 发光模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发光模块，包括一透明可挠导光基板、至少一发光元件、一导光散热层及至少一垂直导热结构，其中，该透明可挠导光基板具有一上表面及一下表面，该发光元件设置于该透明可挠导光基板的上表面，该导光散热层设置于该透明可挠导光基板的下表面，该垂直导热结构嵌设于该透明可挠导光基板上，用于导热性连接该发光元件与该导光散热层。借此，该发光元件工作时产生的热能经由该垂直导热结构传导到该导光散热层，并自该导光散热层逸散出去，可避免因发光模块过热而产生光衰，因此发光模块的可靠度与使用寿命可获得改善。

Description

发光模块

技术领域

本发明涉及一种发光装置，尤其涉及一种具高散热效率的发光模块。

背景技术

半导体发光元件（例如发光二极管）具有省电、体积小及高亮度等优点，故现今半导体发光元件的应用领域已甚为广泛，例如按键系统、手机萤幕的背光模块、车辆照明系统、装饰用灯具及遥控领域等产品，都能够见到半导体发光元件被广泛应用。

随着半导体发光元件的功率越来越大，其散发出的热能也逐渐增加，举例而言，大于1W的高功率发光二极管（highpowerLED）输出的功率仅有15~20%转换成光，其余约80~85%则转换成热能，假使这些热能无法有效地被传导至外界，将造成半导体发光元件的介面温度过高而影响发光效率及发光寿命。

此外，目前已有技术人员将半导体发光元件搭配透明可挠导光基板使用来达到大角度且兼具均匀度与柔和度的照明效果，然而透明可挠导光基板无法有效导热或散热效率不佳，更使得半导体发光元件容易累积热能。因此，如何将热能以有效率的方式自发光元件内部传导至外部已成为亟需重视的课题之一。

有鉴于此，发明人依据多年从事相关产品的制造开发及设计经验，针对上述目标详加设计与审慎评估之后，终于得到一种确具实用性的本发明。

发明内容

为了有效将半导体发光元件工作时所产生的高热能排出发光元件之外，且所产生的光线可朝具有透光效果的发光元件基板的方向投射出去，达到大角度发光的照明效果，本发明提供一种发光模块，其包括一透明可挠的导光基板、至少一发光元件、一导光散热层及至少一垂直导热结构。

根据本发明的一具体实施例，该透明可挠的导光基板具有一上表面及一下表面，该透明可挠导光基板具有第一折射率；该发光元件设置于该透明可挠导光基板的上表面，使该发光元件发出的光线朝该上表面及该下表面的方向进行投射；该导光散热层设置于该透明可挠导光基板的下表面，该导光散热层具有第二折射率；该垂直导热结构嵌设于该透明可挠导光基板上，用于导热性连接该发光元件与该导光散热层。其中，该透明可挠导光基板接收该发光元件发出的光线，且光线于该透明可挠导光基板内横向传导。

换句话说，本发明提供一种发光模块，包括：一透明可挠导光基板，其具有一上表面及一下表面，该透明可挠导光基板具有第一折射率；至少一发光元件，其设置于该透明可挠导光基板的上表面，使该发光元件发出的光线朝该上表面及该下表面的方向进行投射；一导光散热层，其设置于该透明可挠导光基板的下表面，该导光散热层具有第二折射率；以及至少一垂直导热结构，其嵌设于该透明可挠导光基板上，用于导热性连接该发光元件与该导光散热层；其中，该透明可挠导光基板接收该发光元件发出的光线，且光线于该透明可挠导光基板内横向传导。

综上所述，本发明的发光模块工作时产生的热能可借助于垂直导热结构与导光散热层，以有效的方式自发光模块内部传导至外界，可避免因发光模块过热而产生光衰，因此发光模块的可靠度与使用寿命可获得改善。

再者，本发明的透明可挠导光基板可接收发光元件投射入的光线，并借助于透明可挠导光基板的第一折射率与导光散热层的第二折射率相互配合，可使入射的一部分光线在透明可挠导光基板内横向传导，可使发光模块达到大角度发光的照明效果。

为了能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附附图仅用来说明本发明，而非限制本发明。

附图说明

图1为本发明的实施例一的发光模块的截面视图；

图2为本发明的实施例二的发光模块的截面视图；

图3为本发明的实施例三的发光模块的截面视图；

图4为本发明的实施例四的发光模块的截面视图；

图5为本发明的实施例一的发光模块的制造方法的流程图；

图6A为本发明的提供一透明可挠导光基板的截面视图；

图6B为本发明的形成垂直导热结构的截面视图；

图6C为本发明的形成反射基座及线路层的截面视图；

图6D为本发明的设置发光元件的截面视图；

图6E为本发明的形成透镜层的截面视图；以及

图6F为本发明的形成导光散热层的截面视图。

【主要元件附图标记说明】

10、10A、10B、10C发光模块

11透明可挠的导光基板

12发光元件

13导光散热层

14垂直导热结构

141通孔

142导热材料

15反射基座

151容置空间

16线路层

17透镜层

18金属导线

19金属垫

22发光元件

221反射基座

222发光二极管芯片

223金属支架

224反射杯

225透镜层

226金属导线

具体实施方式

实施例一

请参阅图1，图1为本发明实施例一的发光模块10的截面视图。所述发光模块10包括一透明可挠导光基板11、至少一发光元件12、一导光散热层13及至少一垂直导热结构14。

其中，透明可挠导光基板11具有一上表面及一下表面，且透明可挠导光基板11具有第一折射率，发光元件12设置于透明可挠导光基板11的上表面，使发光元件12发出的光线朝该上表面及该下表面的方向进行投射，导光散热层13设置于透明可挠导光基板11的下表面，且导光散热层13具有第二折射率，垂直导热结构14嵌设于透明可挠导光基板11上，用于导热性连接发光元件12与导光散热层13。其中，透明可挠导光基板11接收发光元件12发出的光线，且光线于透明可挠导光基板11内横向传导。

具体而言，透明可挠导光基板11的材质为可供光线穿透的透明材质，例如高分子材料。发光元件12固设于透明可挠导光基板11的上表面，且发光元件12具有正、负两极（图未示），在本具体实施例中，发光元件12可为一发光二极管芯片，但不以此为限。此外，发光元件12还包含有一承载基板（图未示），为使发光元件12发出的光能够透过承载基板，在实际应用中，承载基板可以是蓝宝石（sapphire）基板、玻璃基板（SiO2）或塑胶基板。

导光散热层13固设于透明可挠导光基板11的下表面，导光散热层13的材质可以是完全透明材质，具体而言，导光散热层13可以是高透光性树脂（例如热固型或热塑型塑胶）混合钻石、二氧化硅（SiO2）、石墨（Graphene）或氮氧化铝（AlON）粉末所形成。或者，在一变化实施例中，导光散热层13的材质可以是非完全透明的材质，例如由高透光性树脂混合碳化硅（SiC）或三氧化二铝（Al2O3）粉末所成形。此外，在实际使用中，导光散热层13可为利用化学、机械或其他加工方式形成的图形化的导光散热层13。

值得一提的是，透明可挠导光基板11具有第一折射率，而导光散热层13具有第二折射率，相互配合之下，透明可挠导光基板11可接收发光元件12发出的光线，令其中一部分的光线在透明可挠导光基板11内反射并横向传导，另一部分的光线则经由折射或散射以穿透导光散热层13，进而投射出外界。据此，所述发光模块10可达到大角度发光或全周发光的效果。

另外，为增进光线于透明可挠导光基板11内横向传导的效果，所述发光模块10还包括一导光增益结构（图未示），举例而言，导光增益结构可为利用导光油墨形成的多个网点或多个微结构，而多个网点或多个微结构间隔凸设或凹设于透明可挠导光基板11的下表面，借以对入射至透明可挠导光基板的光线产生均匀反射的增益作用。

垂直导热结构14嵌设于透明可挠导光基板11上，且垂直导热结构14位于发光元件12与导光散热层13之间，值得一提的是，垂直导热结构14的数量及位置可依实际需求而设计，也就是，每一个发光元件12与导光散热层13之间可依实际需求而设有一或多个垂直导热结构14，用于导热性连通每一个发光元件12与导光散热层13。

更详细地说，每一个垂直导热结构14由一开设于透明可挠导光基板11上的通孔141及填满于通孔141的导热材料142所构成。其中，通孔141可借助于一干式蚀刻工艺或一湿式蚀刻工艺形成，导热材料142可以是导电或不导电的材料，举例而言，导热材料可以是陶瓷、金、银、铜、铁、铝、铝合金、碳、氧化铝、氮化铝、氮化硼、硼化钛、氧化铍、氧化锌或碳化硅中的一种，但不以此为限。另外，在一变化实施利中，通孔141的内径自发光元件12朝导光散热层13的方向逐渐增加，可使发光元件12发出的光线更容易入射至透明可挠导光基板11内。

所述发光模块10在工作时，发光元件12产生的热能可顺畅地通过垂直导热结构14传导至导光散热层13，并借助于散热面积较大的导光散热层13逸散出去，因此可避免发光模块12因过热而产生光衰，使发光元件12的信赖度与使用寿命都能获得改善。此外，为进一步增进发光模块10的散热效率，可在导光散热层13上导热性连接多个散热鳍片及多个导热管（图未示），以持续将热源分散，或者，可在反射基座15上设置另一图形化的散热层13，且所述图形化的散热层13导热性连接于线路层16可将部分热能自线路层分散。

复参阅图1，在本具体实施例中，所述发光模块12还包括一反射基座15、一线路层16及一透镜层17。其中，反射基座15可通过射出成型的方式形成，反射基座15设置于透明可挠导光基板11的上表面，且反射基座15与透明可挠导光基板11围绕形成一容置空间151。线路层16设置于反射基座15上，所述发光元件12即固设于容置空间151内并通过金属导线18分别电性连接其正、负极与线路层16，透镜层17覆盖发光元件12与线路层16，且透镜层17的外表面设计为平面。

更详细地说，透镜层17的材质可为高透光性树脂，例如热固型或热塑型塑胶，包括环氧树脂（Epoxy）、聚苯乙烯（Polystyrene，PS）、丙烯晴-丁二烯-苯乙烯聚合物（Acrylonitrile-Butadene-Styrene，ABS）、聚甲基丙烯酸甲脂（Polymethlmethacylate，PMMA）、压克力（Acrylicresin）、硅胶（silicon）或上述的任意组合，且透镜层17需经由一热处理程序以紧密接合于透明可挠导光基板11和反射基座15。

此外，在实际使用时，透镜层17内可设有磷光或萤光物质等色转换物质，以产生不同的色光。或者，导光散热层13的材质同样是透光材质时，导光散热层13内亦可设有磷光或萤光物质等色转换物质，据此，发光元件2产生的部分或全部光源亦可被转化成不同的色光。

实施例二

请参阅图2，图2为本发明的实施例二的发光模块10A的截面视图，与前一实施例的不同之处在于，为使发光模块10A具有范围较广的照明效果，所述发光模块10A并不具有反射基座（图未示），但透镜层17的外表面为外凸曲面。此外，发光模块10A还包括多个金属垫19，线路层16及该多个金属垫19均设置于透明可挠导光基板11的上表面且彼此电性连接。

据此，发光元件12设置在透明可挠导光基板11的上表面，并通过金属导线18电性连通金属垫19及线路层16，使发光模块10A的电路设计更为灵活。同样地，发光模块10A在工作时，发光元件12产生的热能可顺畅地通过垂直导热结构14传导至导光散热层13，并借助于散热面积较大的导光散热层13逸散出去。

实施例三

请参阅图3，图3为本发明的实施例三的发光模块10B的截面视图，与前述实施例的不同之处在于，所述发光元件22为一LED封装体，其包含有一反射基座221、一发光二极管芯片222、多个金属支架223、一反射杯224及一透镜层225。

其中，发光二极管芯片222及多个金属垫223固设于反射基座221上，其中每一个金属支架223呈U状，并分别连接反射基座221之上、表面与其中一侧表面，发光二极管芯片222借助于金属导线226电性连接于金属支架223，反射杯224设置于散热层221上并包围发光二极管芯片222，透镜层225覆盖发光二极管芯片222、部分金属垫233与金属导线226。

另外，透明可挠导光基板11的上、下表面均设置有导光散热层13，而线路层16设置于上表面的导光散热层13上。据此，发光元件22可直接通过表面黏着的方式设置于透明可挠导光基板11上，并通过金属垫223与线路层16电性连通。而发光模块10B工作时产生的热能可经由上表面的导光散热层13传导至垂直导热结构14，再通过下表面的导光散热层13逸散出去。

实施例四

请参阅图4，图4为本发明的实施例四的发光模块10C的截面视图，与前述实施例的不同之处在于，线路层（图未示）设置于导光散热层13上且电性连接垂直导热结构14，其中每一个垂直导热结构14的导热材料142能够同时导电和导热（例如金属导热材料），而发光元件12元件的正、负极分别连接一垂直导热结构14，借以和线路层16电性连通。借此，发光模块10C在工作时所产生的热能可顺畅地通过垂直导热结构14传导至导光散热层13，并借助于散热面积较大的导光散热层13逸散出去。

请参阅图5，为了能更加了解本发明的技术特征，以下将简述本发明的实施例一的发光模块10的制造方法S100，其包括步骤S102至步骤S114。

请参阅图6A至6C，其分别显示对应步骤S102、步骤S104及步骤S106的结构示意图。步骤S102，提供一透明可挠导光基板11，并依实际使用的需求选择性在透明可挠导光基板11上形成一导光增益结构（图未示）；步骤S104，加工形成一或多个垂直导热结构14在透明可挠导光基板11上，其中垂直导热结构14的一端连接发光元件12的固焊区（未标示）；步骤S106，设置一反射基座15于透明可挠导光基板11的上表面，反射基座15与透明可挠导光基板11围绕形成一容置空间151，之后，通过网印或其他工序形成一线路层16在反射基座15上。

请参阅图6D至6F，其分别显示对应步骤S108、步骤S110、步骤S112及步骤S114的结构示意图。步骤S108，设置一或多个发光元件12在上述的固焊区且对应垂直导热结构14，之后，利用金属导线18连接发光元件12的正、负极与线路层16；步骤S110，通过点胶的方式形成一透镜层17覆盖发光元件12与线路层16；步骤S112，形成一导光散热层13于透明可挠导光基板11的下表面，且导光散热层13的材质可依据实际使用的需求而选择热传导或热辐射的材质。

更详细地说，导光散热层13可以是由高透光性树脂与热传导或热辐射材质的粉末混合所形成，其中热辐射材质的粉末可选自硼、铬、钛、锆、铝、铁、锰、镍、钴、及上述金属合金、上述金属化合物粉末的群组或其中之一，而热传导材质的粉末可选自金、银、铜、铍、上述金属合金、上述金属化合物粉末的群组或其中之一。此外，选择性执行步骤S114，设置多个散热鳍片及多个导热管（图未示）于导光散热层13上，以持续将热源分散。

综上所述，本发明相较于传统的发光模块具有下列的优点：

1、本发明的发光模块工作时产生的热能可借助于垂直导热结构与导光散热层，以有效的方式自发光模块内部传导至外界，可避免因发光模块过热而产生光衰，因此发光模块的可靠度与使用寿命可获得改善。此外，导光散热层上还能够对应设置散热鳍片及导热管，因此可进一步增进发光模块的散热效率。

2、本发明的透明可挠导光基板可接收发光元件投射入的光线，并借助于透明可挠导光基板的第一折射率与导光散热层的第二折射率相互配合，可使入射的一部分光线在透明可挠导光基板内横向传导。再者，由于导光散热层为可透光的透明材质所形成，因此入射的另一部分光线可通过导光散热层射入外界，使发光模块达到大角度发光或全周发光的照明效果。

Claims (8)

1.一种发光模块，其特征在于，包括：

一透明可挠导光基板，其具有一上表面及一下表面，该透明可挠导光基板具有第一折射率；

至少一发光元件，其设置于该透明可挠导光基板的上表面，使该发光元件发出的光线朝该上表面及该下表面的方向进行投射；

一导光散热层，其设置于该透明可挠导光基板的下表面，该导光散热层具有第二折射率；以及

至少一垂直导热结构，其嵌设于该透明可挠导光基板上，用于导热性连接该发光元件与该导光散热层；

其中，该透明可挠导光基板接收该发光元件发出的光线，且光线于该透明可挠导光基板内横向传导；

其中，该发光模块还包括一反射基座、一线路层及一透镜层，该反射基座设置于该透明可挠导光基板的上表面且形成有一容置空间，该线路层设置于该反射基座上，该发光元件位于该容置空间内且电性连接该线路层，该透镜层覆盖该发光元件与该线路层。

2.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该垂直导热结构位于该透明可挠导光基板与该导光散热层之间，且该垂直导热结构由一开设于该透明可挠导光基板上的通孔及填满于该通孔的导热材料所构成。

3.如权利要求2所述的发光模块，其特征在于，该导热材料为陶瓷、金、银、铜、铁、铝、铝合金、碳、氧化铝、氮化铝、氮化硼、硼化钛、氧化铍、氧化锌或碳化硅。

4.如权利要求2所述的发光模块，其特征在于，该通孔的内径由该发光元件朝该导光散热层的方向逐渐增加。

5.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，还包括一图案化的散热层，且该图案化的散热层设置于该反射基座上且导热性连接于该线路层。

6.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，还包括一导光增益结构，其包含有多个间隔设置于该透明可挠导光基板的下表面的微结构。

7.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该导光散热层为高透光性树脂与热辐射材质的粉末混合所形成。

8.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，该导光散热层为高透光性树脂与可透光材质的粉末混合所形成。