TWI300275B - - Google Patents
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- TWI300275B TWI300275B TW92100068A TW92100068A TWI300275B TW I300275 B TWI300275 B TW I300275B TW 92100068 A TW92100068 A TW 92100068A TW 92100068 A TW92100068 A TW 92100068A TW I300275 B TWI300275 B TW I300275B
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Description
1300275 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種發光二極管和發光二極管 關於一種用於照明、交通燈和信息顯示等器件 高效率、長壽命的發光二極管和發光二極管燈 【先前技術】 發光二極管已被廣泛用於信號指示、大屏 域,它具有壽命長、顏色好、牢固等優點。目 小功率發光二極管,典型的發光二 20mAX4V = 80mW,因爲增加工作電流將導致發 片的溫度迅速升高,而發光二極管芯片的發光 芯片溫度的上升而直線下降。如何將發光二極 量的熱有效地散發掉,使發光二極管在較低 作,已成爲製造發光二極管和發光二極管燈的 現有典型的大功率發光二極管,如第1圖 二極管芯片101安裝在金屬底座103的反射面 屬底座1 0 3用環氧樹脂Π 1粘貼於電路板1 0 6 106再用膠112與散熱器113相連;發光二極 的電極經引線1 0 4和管腳1 0 5與電路板1 0 6上& 相連,該芯片上有光學膠108及透鏡109, 110J 可見,發光二極管芯片要經金屬底座 Rb)、環氧樹脂層111(熱阻爲Re)、電路板(熱四 合膠112(熱阻爲RA)後才與散熱器113相連, 燈,特別是 的大功率、 幕顯示等領 前只能製造 極管僅約 光二極管芯 效率幾乎隨 管産生的大 的溫度下工 關鍵。 所示,發光 102上,金 上,電路板 L管芯片1 0 1 導電層107 I固定裝置。 103(熱阻爲 爲R ρ )和钻 其總的熱阻 1300275 ER = Rb + Re + Rp + Ra很大,故芯片溫度很容易上升,使發光 效率迅速下降;同時,安裝芯片的金屬底座用膠粘於電路 板上,由於電路板和金屬底座的熱膨脹係數不同,升溫速 度不同,時冷時熱,時脹時縮,長時間工作很容易導致環 氧樹脂膠裂開,而使熱阻Re大增,從而導致發光二極管過 熱而燒毀。總之,現有技術無法製成功率大、發光效率高、 使用壽命長的發光二極管。
【發明内容】 本發明的目的在於:克服現有發光二極管與散熱器之 間的熱阻很大,芯片溫度很容易升高及其導致的發光效率 迅速下降的缺點;以及金屬底座與電路板之間的膠因電路 板和金屬底座的熱膨脹係數不同,長時間工作很容易使膠 裂開,導致發光二極管與散熱器之間的熱阻大增,發光二 極管過熱而燒毀的缺點;從而提供一種大功率、高效率、 長壽命發光二極管和發光二極管燈。 # 本發明的目的是這樣實現的:本發明提供的一種發光 鲁 二極管,包括:至少一個安裝在高熱導率的底座上的發光 二極管芯片,該發光二極管芯片透過一電路板與電源電連 接,發光二極管芯片上方有透光介質;該底座上表面爲光 反射面或底座四周安裝有光反射面,其特徵在於,在底座 的上方或四周安裝有電路板。 本發明之發光二極管特徵在於,還包括一透過所述的 底座下方有至少一個螺絲或螺絲孔,用於直接機械連接的 6 1300275 該内表面呈錐形或抛物面。 本發明亦提供一種用上述發光二極管製作的交通燈, 其特徵在於,所述的發光二極管的光出射角爲3 - 6 0度,被 安裝在原有交通燈抛物面光反射器的焦點附近,各發光二 極管中一部分發光二極管所發出的光直接由原交通燈透光 窗射出,另一部分則經原交通燈拋物面光反射器反射後射 出,從而可得到所需聚焦和均勻分佈的發射光。
本發明亦提供一種用上述發光二極管製作的發光二極 管平面光源,其特徵在於,該至少一個發光二極管被安裝 在一由平面散熱板做的散熱器上,該散熱板位於平面光源 或液晶顯示用背照明光源的導光板的背面和四周,該發光 二極管的二側或四周設置有光反射器。 該發光二極管爲多個發相同光色的發光二極管或發不 同光色的發光二極管。 本發明的優點在於: (1) 散熱器和底座的直接緊密熱連接,使芯片與散熱器 之間的熱阻幾乎等於零,從而使芯片産生的熱有效地散發 掉,另外,金屬底座與散熱器用金屬螺絲連接,熱連接十 分可靠,長期工作不會變,所以,可製成功率大、效率高、 壽命長的發光二極管; (2) 電路板安置於金屬底座的上方或四周,在不會增加 芯片和散熱器之間的熱阻的同時,又方便了與芯片之間的 連接,便於高密度安裝。 (3)可製成大功率的發光二極管燈和平面光源。 1300275 總之,本發明的發光二極管不僅克服了現有發光二極 管熱阻大以及膠易於開裂的難題,而且其體積比現有發光 二極管小得多,適於高密度安裝。 【實施方式】 實施例1
製作一本發明的發光二極管,如第2圖所示,至少一 發光二極管芯片 1 0 1,例如爲發黃光的發光二極管,所述 芯片安裝在金屬底座103的反射面102上,當用2個以上 發光二極管芯片101時,可取發相同光色的發光二極管芯 片101 ;金屬底座103透過至少一螺絲204和散熱器113 緊密地熱和機械連接;爲了得到更好的熱接觸,二者之間 還可有導熱膠206,電路板106安置在金屬底座103上方, 其上表面有導電層107連接引出線209,引出線209與金 屬底座1 〇 3、散熱器1 1 3電絕緣,電路板1 0 6和發光二極 管芯片101之間經引線104電連接,引出線209用於連接 外電源;發光二極管芯片1 0 1上有光學膠1 0 8及透鏡1 0 9, 光學膠108與透鏡109之間有光轉換材料213將芯片發出 的光轉變成其他色的光;金屬底座103由熱阻很小的銅製 成,因此,發光二極管芯片1 0 1所産生的熱很容易經散熱 器1 1 3散發掉,從而使發光二極管芯片1 0 1工作於較低溫 度的高發光效率的狀態。 實施例2 9 1300275
製作一本發明採用下引線的發光二極管,如第3圖所 示,至少一發光二極管芯片1 〇 1例如有2個發光二極管芯 片101安裝在金屬底座103的反射面102上,該發光二極 管芯片1 0 1取發不相同光色的發光二極管芯片;金屬底座 1 0 3有至少一螺絲2 0 4,用於和散熱器1 1 3緊密地熱和機械 連接,電路板106安置在金屬底座103四周,其上表面有 導電層1 0 7連接引出線2 0 9,引出線2 0 9穿過絕緣層3 0 3 垂直向下連接外電源,發光二極管芯片1 〇 1上有透光介 質,該透光介質爲光學膠108,其頂面109可按輸出光的 光分佈的要求設計成球面或橢球面,金屬底座103由熱阻 很小的銅、鋁或鋁合金製成,其餘同實施例1。 實施例3 製作一本發明帶有光反射器的發光二極管,如第4圖 所示,其特徵在於,至少一發光二極管芯片1 0 1上方增加 一光反射器 406,使原本向發光二極管側面發射的光402 反射回發光二極管芯片1 0 1或反射面1 0 2後,再向發光二 極管前方射出,以提高光的有效利用率;當2個以上的發 光二極芯片爲發不同光色發光二極管芯片時,爲了提高光 的混色效果,反射器4 0 6和發光二極管芯片1 0 1之間可有 混色劑409,發光二極管芯片1 01的一電極經引線1 04與 金屬底座1 03相連後,再從至少一螺絲孔408和螺絲204 中引出,發光二極管芯片的另一電極經引線1 04連接引出 線2 09,穿過絕緣層3 03引出後連接外電源,410爲發光二 1300275 極管芯片之間的連線;散熱器1 13帶有散熱翅片404,導 熱層407爲導熱絕緣層,其他同實施例2。 實施例4 製作一本發明安裝有光反射器的發光二極管,如第5 圖所示,其特徵在於,發光二極管芯片1 〇 1上方增加一光 反射器4 0 6,把發光二極管芯片1 0 1原本向側面發射的光 5 0 3直接反射向前方,以提高光的利用率;光轉換材料2 1 3 設置在發光二極管芯片101的表面上;電路板106的至少 2路引出線209穿過金屬底座103垂直向下連接外電源, 其他同實施例3。 實施例5 製作一用本發明發光二極管做成的發光二極管燈,如 第6圖所示,至少一發光二極管701安裝在一散熱器113 上;該發光二極管的引出線2 0 9與一驅動電路6 0 3電連接, 驅動電路603及其外殼604透過輸入引線607與一電連接 器605電連接,該電連接器605爲螺旋型燈頭。驅動電路 603將輸入的外電壓轉變成適合發光二極管工作的電壓, 以點亮發光二極管,一個由玻璃製成的内表面有光轉換材 料層609的透光泡殼608套裝在該發光二極管上,將其所 發的光轉換成所需色的光。 實施例 11
1300275 製作一本發明安裝有散熱器的發光二極管燈,如I 圖所示,發光二極管701安裝在抛物面形散熱器113 或如第7 B圖所示,發光二極管7 0 1安裝在錐形散熱器 中,散熱器113上可有散熱翅片404,散熱器113的 面爲反射面702,第7A圖中和外電源連接的電連接器 爲雙腳直插燈頭,第7B圖中和外電源連接的電連接器 爲三腳直插燈頭,驅動電路的外殼 604内裝有驅動 6 0 3,其他同實施例1。 實施例7 製作一本發明安裝有超熱導率管的發光二極管燈 第8圖所示,其特徵在於,至少一發光二極管7 01安 一超熱導率管801(簡稱熱管)的吸熱端803上,熱管 一端與散熱器113連接;因熱管具有比紫銅高約1500 高熱導率,其熱阻幾乎等於零,發光二極管701所産 熱經熱管8 0 1迅速傳到散熱器並散發掉,其他同實施> 實施例8 製作一本發明安裝有超熱導率管並帶有燈泡狀散 的發光二極管燈,如第9圖所示,該發光二極管燈中 少一發光二極管芯片101或發光二極管701安裝在超 率管8 0 1頂端上的一個由熱阻很小的合金製成的第一 底座103a上,該熱管的另一端與一帶有單個或多個螺 呈燈泡狀的螺旋形翅片的散熱器1 1 3連接,該散熱器 ξ 7Α 中, 113 内表 605 605 電路 ,如 裝在 的另 倍的 生的 5 〇 熱器 ,至 熱導 金屬 旋的 的螺 12 1300275 旋型翅片可加速翅片間的空氣流動,提高散熱器的散熱效 果;第一金屬底座l〇3a的四周裝有反射面102,反射面102 位於散熱器1 1 3上方,内有一層光轉換材料2 1 3的透光泡 殼608安裝在該發光二極管上方,其外可再裝一第二透光 泡殼9 0 8,其他同實施例5。 實施例9
製作一用本發明發光二極管燈製成的交通燈,如第10 圖所示,至少一發光二極管701安裝在一良好導熱的金屬 底座103上,金屬底座103與散熱裝置113連接,該發光 二極管的光出射角爲3-60度,被安裝在原有交通燈拋物面 光反射器的焦點附近的散熱器Π 3上,該發光二極管中一 部分發光二極管所發出的光直接由原交通燈透光窗1008 射出,另一部分則經原交通燈拋物面光反射器4 0 6反射後 射出,從而可得到所需聚焦和均勻分佈的出射光1 0 0 9。該 發光二極管交通燈可直接替換現有鎢絲交通燈,其餘同實 施例5。 實施例1 0 製作一用本發明發光二極管製成的平面光源,如第1 1 圖所示,發光二極管701安裝在一有大面積的平面散熱板 1 1 〇 3製成的散熱器1 1 3上,該散熱板位於平面光源、背照 明光源的導光板1 1 04的背面和四周,其外側可有用於發光 二極管7 0 1之間、與電源之間連接的第二電路板1 1 0 6,散 13 1300275 , 熱板1103還可帶有散熱翅片404,光反射器406位於發光 ^ 二極管701的二側或四周,使發光二極管所發的光可直接 有效地轉合入射導光板,該光源上方有光學板1107,該光 ^ 學板爲液晶顯示板、光增強板、漫射板或帶有圖形文字的 -. 透光板等;該至少一發光二極管701是發相同光色的或發 不同光色的發光二極管,透過控制各發不同光色的發光二 極管的亮度、可得不同色溫的白光或彩色、變色的平面光 ^ 源和背照明光源。 0 【圖式簡單說明】 第1圖爲現有技術的發光二極管的結構示意圖; 第2圖爲本發明發光二極管的結構示意圖; 第3圖爲本發明發光二極管的下引線實施例結構示意圖; 第4圖爲本發明發光二極管安裝有光反射器的實施例結構 不意圖, 第5圖爲本發明發光二極管安裝有光反射器的另一實施例 ⑩ 結構示意圖; φ 第6圖爲本發明發光二極管燈的結構示意圖; 第7A圖爲本發明發光二極管燈安裝有拋物面形散熱器的 實施例結構示意圖; 第7B圖爲本發明發光二極管燈安裝有錐形散熱器的又一 實施例結構示意圖; _ 第8圖爲本發明發光二極管燈安裝有超熱導率管的實施例 結構示意圖; 14 1300275 第9圖爲本發明發光二極管燈安裝有燈泡狀散熱器實施例 結構不意圖, 第1 0圖爲本發明發光二極管燈製成的交通燈的結構示意 圖; 第1 1圖爲本發明發光二極管製成的平面光源的結構 不意圖。
【主要元件符號說明】 101 發 光 二 極 管 芯 片 102 反 射 面 103 金 屬 底 座 104 引 線 105 管 腳 106 電 路 板 107 導 電 層 108 光 學 膠 109 透 鏡 110 固 定 裝 置 112 膠 113 散 熱 器 204 螺 絲 206 導 熱 膠 209 引 出 線 213 光 轉 換 材 料 303 絕 緣 層 404 散 熱 翅 片 406 光 反 射 器 407 導 熱 層 408 螺 絲 孔 409 混 色 劑 410 芯 片 間 的 連 線 603 驅 動 電 路 604 驅 動 電 路 的 外 殼 605 電 連 接 器 607 輸 入 引 線 608 透 光 泡 殼 609 光 轉 換 材 料 層 701 發 光 二 極 管 801 超 熱 導 率 管 803 吸 熱 端
15 1300275 908 第二透光泡殼 1008 透光窗 1103 散熱板 1104 導光板 1106 電路板 1107 光學板 103a 第一金屬底座
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Claims (1)
1300275 十、申請專利範圍: 1、一種發光二極管,該發光二極管包括:至少一個安裝在 一高熱導率的底座上的發光二極管芯片,該發光二極管 芯片透過一電路板與電源電連接,該發光二極管芯片的 上方有透光介質;該底座的上表面為光反射面或該底座 的四周安裝有光反射面,其特徵在於,該電路板安裝在 該底座的上方;該底座為金屬底座,在該金屬底座的下 表面設有一與該底座成為一體的螺絲,該螺絲將該底座 直接與一散熱器機械連接;或者該金屬底座的下表面設 有至少一螺絲孔,透過一螺絲穿過一散熱器的螺孔與該 底座下表面的螺絲孔螺合固定,直接將該底座與該散熱 器機械連接。 2、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極管,其特徵在 於,還包括在該發光二極管芯片的前方有一光反射器。 3、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極管,其特徵在 於,該透光介質爲光學膠和透鏡。 4、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極管,其特徵在 於,該發光二極管芯片爲多個發相同光色的芯片或發不 同光色的芯片,芯片之間串聯、並聯或串、並聯連接。 5、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極管,其特徵在 17
1300275 於,該底座是由熱阻很小的銅、铭或铭合金製成的。 6、如申請專利範圍第 2項所述之發光二極管,其特徵在 於,該光反射器的光反射面與該發光二極管之管軸之間 的安裝角度爲10-70度。 7、如申請專利範圍第3項所述之發光二極管,其特徵在 於,還包括在該光學膠内或在該光學膠與該透鏡之間有 光轉換材料。 8、一種發光二極管燈,包括至少一個發光二極管,其特徵 在於:該發光二極管安裝在該發光二極管的一散熱器 上;該發光二極管的引出線與一個驅動電路電連接,該 驅動電路透過其外殼與一電連接器電連接,在該發光二 極管上套裝一透光泡殼; 該發光二極管包括至少一個安裝在一高熱導率的底 座上的發光二極管芯片,該發光二極管芯片透過一電路 板與電源電連接,該發光二極管芯片的上方有透光介 質;該底座的上表面為光反射面或該底座的四周安裝有 光反射面;該電路板安裝在該底座的上方;該底座為金 屬底座,在該金屬底座的下表面設有一與該底座成為一 體的螺絲,該螺絲將該底座直接與該發光二極管燈的散 熱器機械連接;或者該金屬底座的下表面設有至少一螺 絲孔,透過一螺絲穿過該發光二極管燈的散熱器的螺孔
18 1300275 與該底座下表面的螺絲孔螺合固定,直接將該底座與該 散熱器機械連接。 9、一種發光二極管燈,包括至少一個發光二極管,其特徵 在於,該發光二極管安裝在一超熱導率管的吸熱端上, 該超熱導率管的另一端與該發光二極管燈的一散熱器連 接;該發光二極管的引出線與一個驅動電路電連接,該 驅動電路透過其外殼與一電連接器電連接,在該發光二 極管上套裝一透光泡殼; 該發光二極管包括至少一個安裝在一高熱導率的底 座上的發光二極管芯片,該發光二極管芯片透過一電路 板與電源電連接,該發光二極管芯片的上方有透光介 質;該底座的上表面為光反射面或該底座的四周安裝有 光反射面;該電路板安裝在該底座的上方;該底座為金 屬底座,在該金屬底座的下表面設有一與該底座成為一 體的螺絲;或者該金屬底座的下表面設有至少一螺絲孔。
10、一種發光二極管燈,包括至少一個發光二極管,其特 徵在於,該發光二極管安裝在一超熱導率管的的頂端上 的第一金屬底座上,該超熱導率管的另一端與該發光二 極管燈的一散熱器連接;該發光二極管的引出線與一個 驅動電路電連接,該驅動電路透過其外殼與一電連接器 電連接,在該發光二極管上套裝一透光泡殼; 該發光二極管包括至少一個安裝在一高熱導率的底 19 1300275 座上的發光二極管芯片’該發光二極管芯片透過一電路 板與電源電連接,該發光二極管芯片的上方有透光介 質;該底座的上表面為光反射面或該底座的四周安裝有 光反射面;該電路板安裝在該底座的上方;該底座為金 屬底座,在該金屬底座的下表面設有一與該底座成為一 體的螺絲;或者該金屬底座的下表面設有至少一螺絲孔。 1 1、如申請專利範圍第8、9或1 0項所述之發光二極管燈, 其特徵在於,電連接器爲雙腳直插的燈頭、多腳直插的 燈頭或螺旋燈頭。 1 2、如申請專利範圍第8、9、或1 0項所述之發光二極管 燈,其特徵在於,該透光泡殼爲玻璃或塑膠製成的透明 的、著色的或漫射的泡殼。 1 3、如申請專利範圍第8、9或1 0項所述之發光二極管燈, Φ 其特徵在於,該透光泡殼内壁上有光轉換材料層。 φ 1 4、如申請專利範圍第8、9或1 0項所述之發光二極管燈, 其特徵在於,該散熱器爲帶有散熱翅片的散熱器。 1 5、如申請專利範圍第1 4項所述之發光二極管燈,其特徵 在於,該散熱翅片爲帶有單個或多個螺旋的螺旋形散熱 翅片。 20 1300275 1 6、如申請專利範圍第1 4項所述之發光二極管燈,其特徵 在於,該散熱翅片的内表面爲光反射面。 1 7、如申請專利範圍第1 6項所述之發光二極管燈,其特徵 在於,該内表面呈錐形或拋物面。 18、一種發光二極管交通燈,包括至少一發光二極管,其 特徵在於,該發光二極管安裝在原有交通燈拋物面光反 射器的焦點附近的散熱器上,該發光二極管的光出射角 爲3-60度,該發光二極管中一部分發光二極管所發出的 光直接由原交通燈透光窗射出,另一部分則經原交通燈 拋物面光反射器反射後射出,以得到所需聚焦和均句分 佈的出射光; 該發光二極管包括至少一個安裝在一高熱導率的底 座上的發光二極管芯片,該發光二極管芯片透過一電路 板與一電源電連接,該發光二極管芯片的上方有透光介 質;該底座的上表面為光反射面或該底座的四周安裝有 光反射面;該電路板安裝在該底座的上方;該底座為金 屬底座,在該金屬底座的下表面設有一與該底座成為一 體的螺絲;或者該金屬底座的下表面設有至少一螺絲孔。 1 9、一種發光二極管平面光源,包括至少一個發光二極管 其特徵在於,該發光二極管安裝在一個帶有平面散熱板 21 1300275 製成的散熱器上,該散熱板位於平面光源或液晶顯示用 背照明光源的導光板的背面和四周,該發光二極管的二 側或四周設置有光反射器; 該發光二極管包括至少一個安裝在一高熱導率的底 座上的發光二極管芯片,該發光二極管芯片透過一電路 板與電源電連接,該發光二極管芯片的上方有透光介 質;該底座的上表面為光反射面或該底座的四周安裝有 光反射面;該電路板安裝在該底座的上方;該底座為金 屬底座,在該金屬底座的下表面設有一與該底座成為一 體的螺絲,該螺絲將該底座直接與一散熱器機械連接。 20、如申請專利範圍第1 9項所述之發光二極管平面光源, 其特徵在於,該發光二極管爲多個發相同光色的發光二 極管或發不同光色的發光二極管。 22 1300275 七、指定代表圖: (一) 、本案指定代表圖為:第(2 )圖。 (二) 、本代表圖之元件代表符號簡單說明 101 發 光 二 極 管芯片 102 反 射 面 103 金 屬 底 座 104 引 線 106 電 路 板 107 導 電 層 108 光 學 膠 109 透 鏡 113 散 熱 器 204 螺 絲 206 導 熱 膠 209 引 出 線 213 光 轉 換 材 料 請揭示最能顯示 八、本案若有化學式時 發明特徵的化學式: 無
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