TWI385824B - 光源裝置 - Google Patents
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Description
本發明涉及一種光源裝置，尤其係一種具有發光二極體晶片等固態發光元件之光源裝置。
現如今，發光二極體(Light Emitting Diode,LED)已經被廣泛應用到很多領域，一種新型發光二極體可參見Daniel A.Steigerwald等人於文獻IEEE Journal on Selected Topics in Quantum Electronics,Vol.8,No.2,March/April 2002中之Illumination With Solid State Lighting Technology一文。發光二極體一般可發出特定波長之光，例如可見光，惟，發光二極體所接收能量之大部分被轉換為熱量，其餘部分之能量才被真正轉換為光能。因此，發光二極體發光所產生之熱量必須被疏散掉以保證發光二極體之正常運作。
如圖1所示，一種光源裝置10，其包括一殼體11，一光源模組12及一燈罩13。該光源模組12設置於該殼體11中，且該燈罩13設置於該光源模組12之上方以保護該光源模組12。該光源模組12包括：一印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)121、設置於該印刷電路板121上之金屬線路層122與複數個發光元件123(如，發光二極體晶片)，以及覆蓋該發光元件123之封裝體124。該複數個發光元件123與該金屬線路層122電性連接。然，該複數個發光元件123所產生之熱量不能及時有效地從該殼體
11中排除，進而降低了該複數個發光元件123之發光效率。由此可見，有必要提供一種散熱效率較高之光源裝置。
以下將以實施例說明一種散熱效率較高之光源裝置。
一種具有發光二極體晶片之光源裝置，其包括：一絕緣體，該絕緣體具有一容置槽；一導熱體，其設置於該絕緣體中且與該容置槽相對，該導熱體具有一暴露於該容置槽底部之承載部；一平板狀第一電極及一平板狀第二電極，該第一電極與第二電極分別嵌設於該絕緣體中並均延伸至該容置槽中，並且與該導熱體相分離；一發光二極體晶片，其直接設置於該導熱體之承載部上；以及金屬線，該第一電極與第二電極分別藉由該金屬線與該發光二極體晶片形成電連接；還包括一電路板，該電路板包括通孔及金屬線路，該絕緣體之容置槽穿設於該通孔中，該第一電極及第二電極與該金屬線路電連接。
與先前技術相比，該光源裝置中之發光二極體晶片直接設置於導熱體之承載部上並且與導熱體形成良好熱連接，故發光二極體晶片發光時產生之熱量可直接傳導至導熱體，再由導熱體將吸收到之熱量傳導至外部空氣，從而降低了發光二極體晶片之溫度，提高了光源裝置之散熱效率，以及發光二極體晶片之發光效率及使用壽命。另，該第一電極與第二電極分別嵌設於該絕緣體中並均延伸至該容置槽中，使得與該光源裝置電性連接之外部電路位於該光源裝置之上方；發光二極體晶片與其下方
之導熱體熱性連接，使得該光源裝置之導熱方向向下，從而有效地避開了外部電路，進而減小了該光源裝置之熱阻，提高了其散熱效能。
下面參照附圖，結合具體實施例對本發明作進一步的描述。
下面結合附圖對本發明作進一步地詳細說明。
參見圖2與圖3，本發明第一實施例提供之一種光源裝置20，其包括絕緣體21，導熱體22，第一電極23，第二電極24，發光二極體晶片25及金屬線26。
絕緣體21包括一支撐部210及一與該支撐部210一體成型之反光部212。該反光部212位於該支撐部210之一側，本實施例中，反光部212位於支撐部210之上方。該反光部212具有一容置槽2120，該容置槽2120之底部延伸至該支撐部210，即該支撐部210與該容置槽2120相對之部分暴露於該容置槽2120之底部。該容置槽2120具有一圓錐形側壁2102，該圓錐形側壁2102上可設置反射層2104。絕緣體21所用材料可為塑膠，例如聚對苯二醯對苯二胺(Polyphthalamide，PPA)，液晶聚合物(Liquid crystal polymer,LCP)等。
導熱體22沿靠近該反光部212之方向嵌設於絕緣體21之支撐部210中且與該容置槽2120相對。導熱體22具有一暴露於該容置槽2120底部之承載部220及一與該承載部220相對之底部221，該承載部220用以承載該發光二極體晶
片25。本實施例中，該承載部220之寬度d小於該底部221之寬度D。導熱體22所用材料可為銅、鋁等具有較好導熱性能之金屬，或矽膠、陶瓷等導熱物質。
第一電極23與第二電極24均為平板狀，即二者均不具有彎折處，從而使其於受到較大外力作用時不會由其自身應力變化較大導致斷裂等情況發生，提高了第一電極23與第二電極24之可靠度。第一電極23之一端與第二電極24之一端分別嵌設於該絕緣體21之支撐部210與反光部212之結合處並均延伸至該容置槽2120中，且分別具有暴露於該容置槽2120底部之部分。第一電極23之另一端與第二電極24之另一端均延伸出該容置槽2120，用以與外部電路(圖未示)相連。第一電極23及第二電極24均與導熱體22電絕緣。另，第一電極23與第二電極24分別設置於該發光二極體晶片25之左右兩側，在此，該發光二極體晶片25藉由兩條金屬線26分別與第一電極23與第二電極24之暴露於該容置槽2120底部之部分形成電連接。
發光二極體晶片25設置於導熱體22之承載部220上，在此，發光二極體晶片25可藉由黏合方式與導熱體22形成熱連接，例如於發光二極體晶片25與導熱體22之承載部220之間設置有銀膠、導電膠等黏膠。可理解的是，發光二極體晶片25也可藉由其他方式與導熱體22形成熱連接，例如共晶方式(Eutectic Bonding)。發光二極體晶片25發出之光線經由該容置槽2120之開口射出，入射至該容置槽2120之側壁2102上之光線可經由該側壁2102上之反射層2104反射並從該容置槽2120之開口射出，從而提
高了發光二極體晶片25之出光效率。
光源裝置20還包括一封裝體27，封裝體27設置於絕緣體21之容置槽2120中用以覆蓋發光二極體晶片25及金屬線26，以避免發光二極體晶片25及金屬線26與水氣相接觸而被氧化。封裝體27之外表面270可為凸曲面或凹曲面，以改變發光二極體晶片25發出之光線經由外表面270出射之角度，從而可改變光源裝置20之照射範圍。封裝體27中還可設置有光波長轉換物質，例如螢光粉。若封裝體27中摻雜有黃色螢光粉，發光二極體晶片25發出之藍光經由封裝體27出射時，有部分藍光被轉換為黃光，未被轉換之藍光與轉換得到之黃光結合後將形成白光。封裝體27所用材料為環氧樹脂、矽樹脂或其他電絕緣之透明材料。
本實施例中，導熱體22，第一電極23及第二電極24藉由嵌入式射出成型技術(insert-molding)設置於絕緣體21中，保證了第一電極23及第二電極24與導熱體22之間具有良好之電絕緣性能，以及導熱體22與絕緣體21之間具有良好之熱傳導性能。
由於發光二極體晶片25直接設置於導熱體22之承載部220上並且與導熱體22形成良好熱連接，故發光二極體晶片25發光時產生之熱量可直接傳導至導熱體22，再由導熱體22將吸收到之熱量傳導至外部空氣，從而降低了發光二極體晶片25之溫度，提高了光源裝置20之散熱效率，以及發光二極體晶片25之發光效率與使用壽命。
另，第一電極23及第二電極24位於光源裝置20之上半部分，並延伸出該容置槽2120以與外部電路(圖未示)相連，使得外部電路位於該光源裝置20之上方；而發光二極體晶片25與其下方之導熱體22熱性連接，使得該光源裝置20之導熱方向向下，從而有效地避開了外部電路，進而減小了該光源裝置20之熱阻，提高了其散熱效能。
請參見圖4，導熱體22之底部221還可具有一通孔2210，藉由嵌入式射出成型技術使導熱體22設置於絕緣體21之支撐部210中時可使該支撐部210中之部分結構佈滿該通孔2210，提高了導熱體22與支撐部210之接觸面積及接觸可靠度。導熱體22之底部221之寬度H大於該第一電極23與第二電極24之總寬度h，有效地提高了導熱體22之散熱效率。
請參見圖5，導熱體22具有一長方體結構，其有部分暴露於該容置槽2120底部，發光二極體晶片25設置於導熱體22上並與該導熱體22熱連接，在此，發光二極體晶片25位於該容置槽2120之底部。
請參見圖6與圖7，本發明第二實施例提供之一種光源裝置30，其與上述第一實施例提供之光源裝置20基本相同，不同之處在於：第一電極33與第二電極34均為長條形，二者分別設置於發光二極體晶片25之相對之兩側，第一電極33之中部330與第二電極34之中部340均有暴露於絕緣體31之容置槽310之部分，該第一電極33之兩端及該第二電極34之兩端分別延伸出該容置槽310；導熱體32之底部321為一“T”型結構，提高了導熱體32與絕緣體31
之接觸面積與接觸可靠度。在此，該長條形第一電極33之兩端及該長條形第二電極34之兩端分別延伸出該容置槽310，有利於與外接電路板串聯或並聯，提高了光源裝置30之實用性以及與該光源裝置30相連之電路板之佈線設計靈活性。
請參見圖8，本發明第三實施例提供之一種光源裝置40，其與上述第一實施例提供之光源裝置20基本相同，不同之處在於：導熱體42之承載部420上設置有一導熱貼片(Submount)48，該導熱貼片48與該承載部420之間可藉由黏合方式或共晶方式接合，該導熱貼片48所用材料可為矽、氮化鋁、氧化鈹、二氧化矽、類鑽石(Diamond like Carbon)、陶瓷鋁基板(Ceramic Aluminim substrate)等；發光二極體晶片45藉由兩個形成於發光二極體晶片45之正負電極上之金屬凸塊49(例如金凸塊、錫球等)覆晶封裝(Flip chip)於導熱貼片48上，該兩個金屬凸塊49分別與第一電極43及第二電極44打線連接。
請參見圖9，本發明第四實施例提供之一種光源裝置50，其包括一電路板500，複數個第一實施例提供之光源裝置20，及一散熱鰭片510。
電路板500具有複數個通孔501及設置於該電路板500一側並位於兩相鄰通孔501之間之金屬連接層502，每個光源裝置20之反光部212分別穿設於該複數個通孔501中。
第一電極23與第二電極24與該電路板500之金屬連接層502電連接。
散熱鰭片510設置於該複數個光源裝置20之與該電路板500相對之一側，並與每個光源裝置20之導熱體22熱性連接用以對該光源裝置20進行散熱。
由於該複數個光源裝置20設置於該電路板500與該散熱鰭片510之間，每個光源裝置20之第一電極23及第二電極24與該電路板500之金屬連接層502電連接。故，該電路板500位於該複數個光源裝置20之上方，而每個光源裝置20之導熱體22均與散熱鰭片510熱性連接，使得該複數個光源裝置20之導熱方向向下，從而有效地避開了該電路板500，進而減小了光源裝置50之熱阻，提高了其散熱效能。
可理解的是，上述第二、第三實施例所提供之光源裝置同樣可應用到上述第四實施例中。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
10、20、30、40、50‧‧‧光源裝置
11‧‧‧殼體
12‧‧‧光源模組
13‧‧‧燈罩
121‧‧‧印刷電路板
122‧‧‧金屬線路層
123‧‧‧發光元件
124、27‧‧‧封裝體
21、31‧‧‧絕緣體
22、32、42‧‧‧導熱體
23、33、43‧‧‧第一電極
24、34、44‧‧‧第二電極
25、45‧‧‧發光二極體晶片
26‧‧‧金屬線
210‧‧‧支撐部
212‧‧‧反光部
2120、310‧‧‧容置槽
2102‧‧‧側壁
2104‧‧‧反射層
220、420‧‧‧承載部
221、321‧‧‧導熱體之底部
270‧‧‧外表面
2210、501‧‧‧通孔
330‧‧‧第一電極之中部
340‧‧‧第二電極之中部
48‧‧‧導熱貼片
49‧‧‧金屬凸塊
500‧‧‧電路板
510‧‧‧散熱鰭片
502‧‧‧金屬連接層
圖1為一種現有光源裝置之截面示意圖。
圖2為本發明第一實施例提供之光源裝置之俯視示意圖。
圖3為圖2所示光源裝置中沿III-III之截面示意圖。
圖4為圖2所示光源裝置之導熱體之底部具有通孔之截面示意圖。
圖5為圖2所示光源裝置之導熱體具有長方體結構之截面示意圖。
圖6為本發明第二實施例提供之光源裝置之俯視示意圖。
圖7為圖6所示光源裝置中沿VII-VII之截面示意圖。
圖8為本發明第三實施例提供之光源裝置之截面示意圖。
圖9為本發明第四實施例提供之光源裝置之截面示意圖。
20‧‧‧光源裝置
27‧‧‧封裝體
21‧‧‧絕緣體
22‧‧‧導熱體
23‧‧‧第一電極
24‧‧‧第二電極
25‧‧‧發光二極體晶片
26‧‧‧金屬線
210‧‧‧支撐部
212‧‧‧反光部
2120‧‧‧容置槽
2102‧‧‧側壁
2104‧‧‧反射層
220‧‧‧承載部
221‧‧‧導熱體之底部
270‧‧‧外表面
Claims (10)
- 一種具有發光二極體晶片之光源裝置，包括：一絕緣體，其具有一容置槽；一導熱體，其設置於該絕緣體中且與該容置槽相對，該導熱體具有一暴露於該容置槽底部之承載部；一平板狀第一電極及一平板狀第二電極，該第一電極與第二電極分別嵌設於該絕緣體中並均延伸至該容置槽中，並且與該導熱體相分離；一發光二極體晶片，其直接設置於該導熱體之承載部上；以及金屬線，該第一電極與第二電極分別藉由該金屬線與該發光二極體晶片形成電連接；還包括一電路板，該電路板包括通孔及金屬線路，該絕緣體之容置槽穿設於該通孔中，該第一電極及第二電極與該金屬線路電連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之光源裝置，其中，該絕緣體包括一支撐部及一與該支撐部一體成型之反光部，該反光部位於該支撐部之一側，該容置槽位於該反光部中且該容置槽之底部延伸至該支撐部，該第一電極之一端與第二電極之一端分別嵌設於該絕緣體之支撐部與反光部之結合處並均延伸至該容置槽中。
- 如申請專利範圍第1項所述之光源裝置，其中，該光源裝置還包括一封裝體，該封裝體設置於該容置槽中用以覆蓋該發光二極體晶片及該金屬線。
- 如申請專利範圍第1項所述之光源裝置，其中，該導熱體 具有一與該承載部相對之底部，該導熱體之承載部之寬度小於該導熱體之底部之寬度。
- 如申請專利範圍第4項所述之光源裝置，其中，該底部之寬度大於該第一電極與第二電極之總寬度。
- 如申請專利範圍第4項所述之光源裝置，其中，該光源裝置還包括一散熱鰭片，該散熱鰭片與該導熱體之底部熱連接。
- 如申請專利範圍第1項所述之光源裝置，其中，該第一電極與第二電極均為長條形並分別設置於該發光二極體晶片之相對之兩側，該第一電極之中部及第二電極之中部暴露於該容置槽中，該第一電極之兩端與第二電極之兩端分別延伸出該容置槽。
- 如申請專利範圍第1項所述之光源裝置，其中，該容置槽之內壁設置有反射層，用以反射該發光二極體晶片發出之光線。
- 如申請專利範圍第1項所述之光源裝置，其中，該發光二極體晶片藉由黏合方式或共晶方式設置於該導熱體之承載部上。
- 如申請專利範圍第1項所述之光源裝置，其中，該發光二極體晶片藉由金屬凸塊覆晶封裝於該導熱體之承載部上，該金屬凸塊與該第一電極及第二電極打線連接。
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