CN104976547B - 发光二极管组件及用此发光二极管组件的发光二极管灯泡 - Google Patents

发光二极管组件及用此发光二极管组件的发光二极管灯泡 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种发光二极管组件及用此发光二极管组件的发光二极管灯泡二极管二极管。发光二极管组件包含透光载板、散热元件、发光二极管元件、第一及第二波长转换层、导电结构及电性接点。透光载板包含表面，并具有中间区域及围绕中间区域的外围区域。散热元件的至少一部分位于中间区域。第一波长转换层设置于透光载板的表面上且对应位于外围区域。发光二极管元件设置于第一波长转换层上。第二波长转换层设置于透光载板的表面上，并覆盖发光二极管元件及第一波长转换层。彼此分离并形成于表面之上的导电结构围绕发光二极管元件并与其电连接，其中电性接点分别与导电结构连结。

Description

发光二极管组件及用此发光二极管组件的发光二极管灯泡
技术领域
本发明涉及一种光源以及照明装置，且特别是涉及一种发光二极管组件及应用此发光二极管组件的发光二极管灯泡。
背景技术
从爱迪生发明使用钨丝作为灯泡的发光元件开始，传统的灯泡(Light bulb)已经有超过百年的历史。由于钨丝的发光是全周光的(omnidirection)，且使用上较蜡烛或是煤油灯等安全不易酿成灾害，因此迅速地取代了以蜡烛或是煤油灯等的照明装置。
但随着科技的发展，存在能源过度消耗的现象，而以钨丝作为照明装置的光源会有功率利用效率低而导致较为耗电的问题。因此，目前亟欲找到更为省电的技术来取代传统的钨丝灯泡。
发光二极管(Light-emitting diode，以下简称LED)是目前应用于照明装置的光源中效率较高、符合绿能潮流的电子元件。然而因为LED发射出的光型通常是具有指向性的光源，因此虽然有着功耗极低的优点，但是要将光型改变以符合全周光式的照明需求，LED及其相关照明产品需要进一步的设计与改良。
发明内容
本发明的实施例揭露一种发光二极管组件及使用此发光二极管组件的发光二极管灯泡。发光二极管组件包含有一透光载板、一散热元件、多个发光二极管元件、一第一波长转换层(wavelength conversion layer)、一第二波长转换层、多个导电结构、以及多个电性接点。透光载板包含一表面，并具有一中间区域以及围绕中间区域的一外围区域。散热元件的至少一部分位于透光载板上的中间区域。第一波长转换层设置于透光载板的表面上且对应透光载板的外围区域。发光二极管元件设置于第一波长转换层上。第二波长转换层设置于透光载板的表面上，并覆盖发光二极管元件及第一波长转换层。导电结构围绕发光二极管元件并与发光二极管元件电连接，其中导电结构彼此分离并形成于表面之上，且电性接点分别与导电结构连结。
附图说明
图1A～图1D为本发明一实施例的发光二极管组件的制作方法的流程图；
图1E为图1D的发光二极管组件的第二波长转换层的不同实施方式的示意图；
图2为图1B的一实施例的透光载板的俯视图；
图3为图1D的第一实施例的发光二极管组件下设置散热元件的示意图；
图4为图3的发光二极管组件应用在发光二极管灯泡的示意图；
图5为图1C的发光二极管元件排列的不同实施方式的示意图；
图6为本发明的第一实施例的发光二极管组件下设置散热元件，发光二极管元件排列的不同实施方式的示意图；
图7为本发明的第一实施例的发光二极管元件的电路为串并联的示意图；
图8为本发明的第一实施例的第二波长转换层的形状为矩形的闭回圈形的示意图；
图9为本发明的第一实施例的第二波长转换层的形状为不同实施方式的示意图；
图10为本发明的第二实施例的散热元件为导热板，且导热板贴附于透光载板的底面的俯视图；
图11为图10的侧视图；
图12为本发明的第二实施例的散热元件为导热板的不同实施方式的俯视图；
图13为图12的侧视图；
图14为本发明的第二实施例的散热元件为导热板的不同实施方式的示意图。
符号说明
100：透光载板
102：表面
104：中间区域
106：外围区域
108：表面
112：导电结构
114：导电结构
120a：电性接点/第一电性接点
120b：电性接点/第二电性接点
120c：电性接点/第三电性接点
120d：电性接点/第四电性接点
130：第一波长转换层
140：LED元件
142：焊线
150：第二波长转换层
150’：部分的第二波长转换层
160、160a：散热元件
162：顶面
164：接点
170：导通孔
180：电线
190：对位标志
200：发光二极管组件
210：基座
220：电路板
230：灯罩
240：灯座接头
300：发光二极管灯泡
S：容置空间
具体实施方式
[第一实施例]
图1A～图1D为发光二极管组件的制作方法的流程图，而图2为透光载板的俯视图。请参考图1A及图2，发光二极管组件200的制作方法至少包括下列步骤：提供透光载板100，其中透光载板100具有表面102、中间区域104以及环绕中间区域104的外围区域106。在提供透光载板100之前或之后，可以选择性地在透光载板100的表面102上形成导电结构110以及四个电性接点120a、120b、120c、120d，其中电性接点120a、120b、120c、120d彼此分离，且与在透明载板100上互相电性绝缘的导电结构112或导电结构114电性相连。且其中电性接点120a、120b位于导电结构110的内侧，而电性接点120c、120d位于导电结构110的外侧。同位于导电结构110内侧的电性接点120a、120b被设定为一正一负，而分别与电性接点120a、120b电连接的电性接点120c、120d的电性与所电连接的电性接点120a或120b的电性相同。
此处所指的透光载板100是载板为透明或是半透明，而来自于LED元件(容后详述)的光可通过此透光载板100。透光载板100的材质可为陶瓷、玻璃、塑胶或蓝宝石(sapphire)等，依照需求而选用。其中，陶瓷包含但不限于氧化铝(Al2O3)、钇铝石榴石(yttriumalumina garnet)及钕掺杂钇铝石榴石(neodymium-doped yttrium alumina garnet)。塑胶包含但不限于聚乙酰胺(Polyimide,PI)、聚乙烯对苯二甲酸酯(polyethyleneterephthalate,PET)、压克力(PMMA)、聚碳塑胶(PC)、环氧树脂(Epoxy)及硅树脂(Silicone)。
接着请参考图1B及图2，在透光载板100的表面102上形成第一波长转换层130，其中第一波长转换层130设置于透光载板100的表面102上，且第一波长转换层130的设置位置避开导电结构110及电性接点120a、120b、120c、120d。详细来说，第一波长转换层130于透光载板100的表面102上位于导电结构112及导电结构114之间，且第一波长转换层130位于透光载板100的外围区域106。本实施例中的第一波长转换层130中包含透明胶体及分散于透明胶体的荧光粉。
图3为LED元件形成在透光载板上的示意图。请同时参考图1C及图3，在第一波长转换层130上形成多个LED元件140，并使LED元件140与导电结构110电性相连。其中，LED元件140可为LED管芯(chip)或封装后(packaged)的LED管芯(LED封装体)。根据一实施例，在第一波长转换层130上，固着有数个LED元件140，此数个LED元件140彼此通过焊线(bondingwire)142形成电连接。
接着请同时参考图1D及图3，在第一波长转换层130上形成第二波长转换层150，以形成发光二极管组件200，其中第二波长转换层150覆盖于LED元件140上，且此第二波长转换层150中也含有透明胶体及分散于透明胶体的荧光粉，其中第二波长转换层150中荧光粉产出的颜色可与第一波长转换层130中的荧光粉相同或相异。根据一实施例，第一波长转换层130及第二波长转换层150的面积大于LED元件140的面积，以避免芯片的光在未经与波长转换层的光混色而直接外漏的问题。其中，第一波长转换层130及第二波长转换层150投影于透光载板100上的面积可以相同或相异，第二波长转换层150包覆第一波长转换层130的形式可连续的全部包覆(如图1D所示)、部分包覆、或第二波长转换层150包含数个部分150’，各个部分150’分别包覆位于第一波长转换层130上的一个或多个LED元件140，其中各个部分150’可包含相同或相异种的荧光粉材料，且彼此间可以相连或相分离如图1E示)。第一波长转换层130及第二波长转换层150的透明胶体，可以是树脂或是硅胶，并在其中混杂有单色或多色的荧光粉材料，例如，包含有Sr、Ga、S、P、Si、O、Gd、Ce、Lu、Ba、Ca、N、Si、Eu、Y、Cd、Zn、Se、Al等成分的黄色荧光粉材料或绿色荧光粉材料。举例来说，透明胶体的材料，可以是环氧材脂、丙烯酸树脂、或硅酮树脂。荧光粉可以是石榴石荧光粉、硅酸盐荧光粉、氮化合物荧光粉或氧氮化合物荧光粉。荧光粉也可以是钇铝石榴石荧光粉(YAG)、铽铝石榴石荧光粉(TAG)、铕活化碱土族硅酸盐荧光粉(Eu-activated alkaline earth silicatephosphor)、或硅铝氧氮化合物荧光粉(Sialon)。
请参考图3，上述的电性接点120a、120c彼此电连接且还与导电结构112电连接，而电性接点120b、120d彼此电连接且还与导电结构电性114连接。为了便于说明，因此将位于导电结构110的内侧的电性接点120a、120b定义为第一电性接点120a及第二电性接点120b，而位于导电结构110的外侧的电性接点120c、120d定义为第三电性接点120c及第四电性接点120d。发光二极管组件200可以通过位于导电结构110的外侧的第三电性接点120c及第四电性接点120d以方便地进行电性测试。
图4为图3的发光二极管组件应用在发光二极管灯泡的示意图。请参考图3及图4，在本实施例的发光二极管组件200中散热元件160接触透光载板100设置，且散热元件160的至少一部分对应于透光载板100的中间区域104设置。通过散热元件160的设置，可以将积聚在透光载板100中间区域的热快速地传导并散逸掉，如此可以让LED元件140保持良好的发光效率及延长使用寿命。
图5为LED元件排列状态的示意图，其中往透光载板的中间区域的LED元件的排列间距渐大而往透光载板的外围区域的LED元件的排列间距渐小。图6为透光载板100下有设置散热元件的情况下，LED元件140排列的示意图。请参考图4、图5及图6，在一般情况下，LED元件140是以等间距的方式排列，但是这种情况容易造成LED元件140所发出的热会聚集在排列成行或成列的LED元件140的中间部分而不易散逸，进而影响发光二极管组件200的效率及整体寿命。其中一种解决方法是，使往透光载板100的中间区域104的LED元件140的排列间距渐大，而往透光载板100的外围区域106的LED元件140的排列间距渐小。通过这样的LED元件140的排列方式，可以有效地使LED元件140的热较为均匀地分布，而不会集中在透光载板100的中间区域104(标示于图2)，进一步提升发光二极管组件200的效率。
但是在散热元件160设置在透光载板100之下的情况下(如图6示)，积聚在透光载板100中间区域的热可以通过散热元件160快速地传导并散逸掉，因此可以使LED元件140的排列与图5的方式相反，让LED 140元件在较为靠近散热元件160处(即透光载板100较为中间的部分)能够较为密集地设置(如图6示)。意即，在发光二极管组件200的光表现(如亮度或色度)符合使用者或是设计者可以接受的程度的考虑下，使LED 140元件越靠近透光载板100的中间区域的排列间距越窄。图6中虽仅绘示一列LED 140，但LED 140的列数及配置方式并不以此为限。
请参考图4，本实施例的透光载板100还具有一导通孔170，散热元件160为中空柱体。将此发光二极管组件200应用在发光二极管灯泡300中，是将发光二极管组件200放置在基座210上。散热元件160为中空柱体，且位于基座210内。灯罩230罩覆于基座210上以定义出容置空间S。发光二极管组件200位于灯罩230(即容置空间S)内。而发光二极管组件200经由与透光载板100电连接以及一对电线180穿过透光载板100的导通孔170及散热元件160的中空柱体与基座210中的电路板220电连接，进而通过灯座接头240与外部电源的电连接。
为了产品的美观及使用便利，以导通孔170为中心，第一电性接点120a与第二电性接点120b可为对称设置，第三电性接点120c与第四电性接点120d可为对称设置。如图3所示，第一电性接点120a与第二电性接点120b以导通孔170为中心沿着透光载板100的对角线对称设置，而第三电性接点120c与第四电性接点120d也是以相同的方式对称设置。或者，也可以是如图7所示，第一电性接点120a与第二电性接点120b以导通孔170为中心沿着透光载板100的对角线对称设置，而第三电性接点120c与第四电性接点120d是上下对称设置。对称设置的方式可以依照需求更换，并不以本实施例为限。
在本实施例中，上述的LED元件140环绕导通孔170排列，且LED元件140大致排列成矩形或圆形，例如，LED元件140可排列在矩形的四边上或圆形的圆周上。而LED元件140的排列也可如图3所示的锯齿状(zig-zag)，用于提高单位长度或面积下的LED元件数量。LED元件140可以是以单列的方式排列也可以是以多列的方式排列。根据一实施例，每一LED元件140可包括一单一LED管芯，其顺向电压约为2～3V(下称「低电压芯片」)，或是具有数个串接的发光接面(junction)且顺向电压大于低电压芯片的高压芯片，例如12V、24V、48V等。具体言之，有别于打线方式，高电压芯片通过半导体制作工艺在一共同基板上形成数个彼此电连结的发光二极管单元(即具有至少一发光接面的发光二极管结构)，此共同基板可以为成长基板或非成长基板。且同一列的LED元件140的电路可以是设计为串联(如图3示)、并联或串并联混合(如图7示)，或是形成桥式结构，可依照需求而选用。此外，各个LED元件140可以是不同色光的LED元件140依照设计排列使LED元件140彼此混光或经由LED元件140搭配第一波长转换层130与第二波长转换层150所含有的荧光粉而达到所需的发光颜色需求。根据一实施例，一LED元件140为蓝光LED 140，荧光粉可以受例如蓝光LED元件140所发出的部分蓝光(譬如说其波峰值为430nm-480nm)所激发，而产生黄光(譬如说其波峰值为570nm-590nm)或黄绿光(譬如说其波峰值为540nm-570nm)。而黄光或黄绿光与剩余的蓝光适当地混成时，人眼会视为白光。覆盖在LED元件140上的第二波长转换层150的形状依照LED元件140的排列形式而为类似矩形的闭回圈形(如图8示)或是圆形的闭回圈形(如图9示)。
附带一提，在透光载板100上还可预先形成对位标志190，此对位标志190用以在制作工艺中使透光载板100对位至正确的位置，以能够在透光载板100的正确位置上精确地形成导电结构110、电性接点120a、120b、120c、120d或是后续所形成的LED元件140。
[第二实施例]
本实施例与前述第一实施例大致相同，其不同之处在于，本实施例的散热元件160a为导热板，导热板贴附于透光载板100。例如，导热板的顶面162贴附于透光载板100的表面108，如图10及图11所示；或为导热板的顶面162贴附于透光载板100的表面102，如图12及图13所示。上述的导热板可以为导热率高的金属片。或者，导热板可为金属核心印刷电路板(metal core PCB)，而导电结构112、114还可通过例如打线的方式电连接于导热板。或者，导热板可为陶瓷材料，且导热板与透光载板100一体成型，如图14示。另外，如图10及图12示，在导热板为金属核心印刷电路板或其上有设置导电结构的陶瓷材料的情况下，导热板相对远离透光载板100的末端上可设置有一对接点164，并进而可以将发光二极管组件插入电路板220(标示于图4)上的一插座(未绘示)之中，通过接点164与插座形成电连接。
综上所述，在本发明的发光二极管组件以及使用此发光二极管组件的发光二极管灯泡中，使用透光载板做为LED元件的载具，且搭配第一波长转换层及第二波长转换层而可以使LED元件的光经过透光载板往基座(或透光载板)的方向射出，LED元件的出光角度增加，进而达到全周光的光场。
再者，导通孔的设计搭配为中空柱体的散热元件，让电线可以从散热元件中通过，而并不是从散热元件的外侧，因此电线是内藏于散热元件中，让产品外露的元件较少，使用者的视觉观感上较为整洁美观。
又，散热元件的设置方式，让LED元件的热能够通过散热元件而快速地散逸，进而延长LED组件及/或使用此发光二极管组件的发光二极管灯泡的使用寿命。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，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当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (10)

1.一种发光二极管组件，包括：
透光载板，包含一表面，该透光载板具有一中间区域以及围绕该中间区域的一外围区域；
散热元件，该散热元件的至少一部分对应于该透光载板的该中间区域；
第一波长转换层，设置于该透光载板的该表面上且对应该透光载板的该外围区域；
多个发光二极管元件，设置于该第一波长转换层上；
第二波长转换层，设置于该透光载板的该表面上，并覆盖该发光二极管元件及该第一波长转换层；
多个导电结构，围绕该多个发光二极管元件并与该多个发光二极管元件电连接，其中该多个导电结构彼此分离并形成于该表面之上；以及
多个电性接点，该多个电性接点分别与该多个导电结构连结。
2.如权利要求1所述的发光二极管组件，其中该第一波长转换层与该第二波长转换层中包含荧光粉。
3.如权利要求1所述的发光二极管组件，其中该透光载板包含一导通孔，该导通孔位于该中间区域，其中该多个发光二极管元件环绕该导通孔。
4.如权利要求3所述的发光二极管组件，其中该多个发光二极管元件的排列方式包含矩形的四个边上、圆形的圆周上或锯齿状(zig-zag)。
5.如权利要求3所述的发光二极管组件，其中该多个电性接点包含第一电性接点及第二电性接点，分别位于该导通孔与该多个发光二极管元件之间。
6.如权利要求5所述的发光二极管组件，进一步包含第三电性接点及第四电性接点，分别位于该第二波长转换层的外围。
7.如权利要求5所述的发光二极管组件，该散热元件为中空柱体，而一对电线穿过该中空柱体及该导通孔以分别与该第一电性接点及该第二电性接点电连接。
8.如权利要求1所述的发光二极管组件，该散热元件为导热板，该导热板贴附于该透光载板。
9.如权利要求1所述的发光二极管组件，其中由该散热元件往该透光载板的边缘的方向，该多个发光二极管元件的排列间距由密而疏。
10.一种发光二极管灯泡，包括：
基座；
灯罩，连接至该基座，并定义一容置空间；以及
一种根据权利要求1的发光二极管组件，设于该容置空间内，并与该基座电连接。
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