TWI399144B - 用以發亮之發光二極體模組 - Google Patents

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Description

用以發亮之發光二極體模組
本發明是有關於一種用以發亮之發光二極體模組，防水劑係塗佈於印刷電路板與印刷電路板上之發光二極體元件間之數個連接部，藉此避免水滲透進去而造成腐蝕。
發光二極體元件指的是產生少數載子(carrier)(電動或電子)的元件，少數載子進入一半導體之p-n介面後結合在一起而發出光線。紅光發光二極體元件係由磷砷化鎵(GaAsP)及其類似物所組成；綠光發光二極體元件係由磷化鎵(GaP)及其類似物所組成；藍光發光二極體元件係由氮化銦鎵/氮化鋁銦鎵(InGaN/AlGaN)雙異質接面結構(double hetero structure)所組成。
發光二極體元件係具有低耗功率及長壽命特性。此外，發光二極體元件可以被裝設於狹小的空間，並具有抵抗振動的優越特性。所以，發光二極體元件被使用在顯示元件及背光模組上。最近，應用發光二極體元件於一般發亮用途的研究已經積極地展開中。
用於發亮之發光二極體元件係裝設在戶外或在一水岸或河流，在夜晚中提供人們美景。
然而，當發光二極體照射器裝設在戶外時，必須具備適應環境變化(天氣變化)之條件。當發光二極體元件被裝設於一印刷電路板後並且被操作於一天氣條件下時，發 光二極體元件必須承受一溫度變化，並且在雨季時，滲透進發光二極體元件裡的水可能造成電路斷路(cut-off)或電路短路(short-circuit)而破壞發光二極體元件。
此外，當發光二極體照射器被設置在水裡時，可能會因為漏電而造成觸電，且這樣的設置也容易發生放電。因此，一避免水滲透進入的結構單獨被製造。此結構在包住發光二極體照射器後，完全地填入防水劑，例如是一環氧類樹脂(epoxy)或一聚矽氧(silicone)。如此，避免了水或濕氣滲透進去。此外，由於結構之內部係封裝形式且結構是另外單獨製作的，所以發光二極體模組之體積增加，也導致了製造成本的上升。
第1圖繪示傳統防水結構之發光二極體照射器之剖視圖。
如第1圖所示，使用於水裡之發光二極體照射器10包括數個發光二極體元件11及一防水結構15。發光二極體元件11設置於印刷電路板13上。防水結構15係包住發光二極體元件11。
在防水結構15內，填滿了一由環氧類樹脂或聚矽氧及傳輸光線所形成之防水劑17。防水劑17阻止了來自於外部之水滲透進防水結構15內。如此，使得印刷電路板13及發光二極體元件免於因為水所造成的侵蝕及漏電。
如上所述，藉由使用防水結構15及防水劑17，避免水滲透進發光二極體照射器10內。然而，因為使用防水結構及防水劑，發光二極體照射器10之體積增加，導致 製造成本上升。
此外，因為防水劑17填滿了發光二極體元件11之全部表面，一些產生自發光二極體元件11之光線在通過防水劑17時係被吸收。此外，由於光線傳撥方向之彎曲，光線之發射範圍變得較狹小，導致照明效率(luminance efficiency)降低。
此外，因為防水劑17填滿了印刷電路板13及發光二極體元件11之全部表面，產生自發光二極體元件之熱輻射變得不順暢。因此，導致發光二極體元件之壽命降低。
有鑑於此，本發明就是在提出一種用於發亮的發光二極體模組，防水劑係塗佈於印刷電路板與印刷電路板上之發光二極體元件間之數個連接部，藉此避免水滲透進去而造成腐蝕。
根據本發明之另一方面，提出一種用以發亮之發光二極體模組之製造方法。
此外，本發明其它的特徵及優點將於下文中提出，且部分之特徵及優點將顯見於下文中，或可從實施本發明而得知。
根據本發明之再一方面，一發光二極體模組包括一印刷電路板、至少一發光二極體元件及一防水劑。至少一發光二極體元件設置於印刷電路板。防水劑圍繞於印刷電路板與至少一發光二極體元件間之暴露於至少一發光二極 體元件之設置面之數個連接部。
印刷電路板可以是一環氧樹脂玻璃纖維基板(FR-4基板)、一金屬核心印刷電路板(Metal Core PCS, MCPCB)或一陶瓷基板(ceramic substrate)。
防水劑係暴露出印刷電路板中不包含至少一發光二極體元件之設置範圍之頂面，以及可以沿著至少一發光二極體元件之側面局部地塗佈。
防水劑可以覆蓋至少一發光二極體元件之頂面及側面，或暴露出至少一發光二極體元件之頂面。
防水劑可以包括聚矽氧，且也可以包括一矽氧樹脂(silicone-resin)塗層劑。
防水劑可以包括環氧類樹脂，且也可以包括一環氧樹脂(epoxy-resin)塗層劑。
印刷電路板可以藉由一雙面膠帶(double-faced tape)固定於一裝置目標(installation target)。在本實施例中，印刷電路板具有一洞，用以固定螺絲，洞係形成於印刷電路板之頂面。
根據本發明之再一方面，用以發亮之發光二極體模組之製造方法包括以下步驟。準備一印刷電路板；設置至少一發光二極體元件於印刷電路板；以及沿著至少一發光二極體元件之側面，塗佈一防水劑，防水劑覆蓋印刷電路板與至少一發光二極體元件間之數個連接部。
防水劑之塗佈係藉由一氣動塗佈方式(pneumatic dispensing method)或一管壓供給塗佈方式 (tube-pressure-feed dispensing method)來執行。
塗佈防水劑之步驟可以包括，暴露出印刷電路板中不包含至少一發光二極體元件之設置範圍之頂面。
塗佈防水劑之步驟可以包括，塗佈防水劑於至少一發光二極體元件之頂面及側面。
塗佈防水劑之步驟可以包括，只塗佈防水劑於至少一發光二極體元件之側面，以暴露出至少一發光二極體元件之頂面。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
於此，一用以發亮之發光二極體模組將配合所附圖式詳細地被描述。
第2圖繪示依照本發明之用以發亮之發光二極體模組之剖面圖。
如第2圖所示，用以發亮之發光二極體模組100包括數個發光二極體元件130及一印刷電路板110。印刷電路板110具有一用以驅動發光二極體元件130之電路模組。一防水劑150係沿著發光二極體元件130之側面塗佈。
印刷電路板110係為一多層(more core)印刷電路板。多層印刷電路板係藉由一黏著物，黏附一以聚醯亞胺(polyimide)所形成之柔性印刷電路板(flexible PCB)於一以高熱傳導率金屬所製成之熱輻射體之上方部位的 方式來製作，以增進熱輻射效率。發光二極體元件130係裝設於柔性印刷電路板之頂面，並且，藉由電線或銲錫而連接於一形成於柔性印刷電路板之頂面之電極電路(electrode circuit)(未繪示)，以接收電流。
此外，印刷電路板110可以是一具有一用以電性連接發光二極體元件130之電極電路於其上之電路板，並且係由一樹脂基(resin-based)材料，例如是一FR-4或陶瓷所形成。樹脂基印刷電路板(resin-based PCB)具有一熱輻射體，設置於下方的部位。
雖然第2圖未繪示，但是一用以保護發光二極體元件之透鏡係可以設置於印刷電路板110之頂面。視發光二極體元件之顏色而定，透鏡係可以採用不同的方法來設置。在本實施例中，透鏡係可以被忽略的。
發光二極體元件130係電性連接於印刷電路板100，且係為一n×n矩陣之架構。
發光二極體元件130係包括了至少一或多種紅光、綠光及藍光發光二極體元件，以發射一高亮度之白光或多色光線。
如同上述，視發光二極體元件130之顏色而定，蓋住印刷電路板之保護透鏡(未繪示)之顏色係以不同之方法設定。舉例來說，當為白光發光二極體元件或多色之發光二極體元件時，保護透鏡可以由一多色之磷光劑形成。
亦即，防水劑150覆蓋印刷電路板110與發光二極體元件130間之數個連接部(例如是電極、銲錫等等)，使 得發光二極體元件130及印刷電路板110之頂面可以暴露出來。
防水劑150係由一傳輸光線之矽氧樹脂塗層劑或環氧類樹脂所組成。矽材質可以包括一矽氧樹脂塗層劑，且環氧類樹脂可以包括一環氧樹脂塗層劑。防水劑係藉由一氣動塗佈方式或一管壓供給塗佈方式塗佈於印刷電路板110上。
如第4圖所示之氣動塗佈方式之示意圖，一裝置300係被使用，包括一塗佈器330、一防水劑儲存槽310及一噴嘴350。塗佈器330具有一小寬度、外形像注射器之射出部。防水劑儲存槽310用以儲存防水劑。噴嘴350機械式地連接防水劑儲存槽310與塗佈器330。
也就是說，當氮氣(N2 )係提供於防水劑儲存槽310時，防水劑儲存槽310內之壓力增加以使儲存於防水劑儲存槽310內之防水劑經由噴嘴350至塗佈器330。然後，提供於塗佈器330之防水劑係藉由形成於塗佈器330之射出部370，塗佈在印刷電路板上。
因此，藉由控制進入防水劑儲存槽310內之氮氣的壓力，可以調整塗佈於印刷電路板110之防水劑的塗量。
在管壓供給塗佈方式中，一螺絲鎖緊於塗佈器或防水劑儲存槽之上方部位。並且，藉由旋轉螺絲可以調整防水劑之塗量。也就是說，當旋轉螺絲時，塗佈器或防水劑儲存槽之壓力增加。然後，自塗佈器射出之防水劑也增加。
如上所述，藉由本發明之方法，防水劑係局部地塗佈 防水劑於印刷電路板上。此外，也可以藉由一操作者手動塗佈防水劑150。
本發明不限於此些塗佈方法。只要可以使防水劑150沿著發光二極體元件130之側面形成以使印刷電路板110之頂面被暴露出來的方法都適用。
連續地，如第2圖所示，用以發亮之發光二極體模組之特徵係被揭露。當防水劑150只局部地塗佈在發光二極體元件130之設置範圍時，因為不需再另外製作避免水滲透進去之結構，所以發光二極體模組之體積可以縮小。
在先前技術中，須另外製作防水結構且具有發光二極體元件之印刷電路板係被裝置在防水結構內。此外，防水結構須填滿一防水劑，以避免水滲透進發光二極體模組內。然而，在本發明中，不用防水結構就可以覆蓋暴露在外部之連接部。因此，防水結構可以被省去。
此外，防水劑150只塗佈於發光二極體元件130之設置範圍，防水劑的塗量因此可以降低。如此，便降低了製造成本。也就是說，在先前技術中，防水劑是填滿防水結構以使發光二極體元件被掩蓋。然而，在本發明中，由於防水劑150只塗佈於發光二極體元件之設置範圍，所以防水劑150的塗量可以大幅地降低。
此外，在本發明中，發光二極體元件之設置範圍以外之印刷電路板110之頂面係暴露於印刷電路板110。因此，熱輻射效率(heat radiation efficiency)是最佳的，發光二極體元件130之壽命也隨之延長。也就是說，因為 印刷電路板110之底面及頂面都暴露於空氣或水，相較於先前技術，自發光二極體元件130產生的熱，於本實施例中可以較有效率的被輻射出去。如此，發光二極體元件130之劣化得以被阻止，使得發光二極體元件130之壽命延長。
同時，發光二極體元件130之頂面也可以全部被防水劑150覆蓋。
第3圖繪示依照本發明之另一實施方式之用以發亮之發光二極體模組之示意圖。如第3圖所示，用以發亮之發光二極體模組200包括數個發光二極體元件230及一印刷電路板210。印刷電路板210具有一用以驅動發光二極體元件230之電路模組。一防水劑250塗佈於發光二極體元件230之設置範圍，以覆蓋發光二極體元件230之側面及頂面。
在此實施方式中，相較於前一個實施例，因為發光二極體元件230之頂面被防水劑250所覆蓋，所以照明效率較低。
在前一個實施例(如第2圖所示)，防水劑150只塗佈於發光二極體元件130之側面，而發光二極體元件130之頂面是暴露出來的。因此，避免了因防水劑150所造成的照明效率的降低。
然而，在本實施方式中，在防水劑250塗佈於發光二極體元件230之頂面的情況下，產生自發光二極體元件230之光線通過防水劑250被防水劑250吸收，導致照明效率下降。此外，由於空氣、水與防水劑250之折射率 (refractive index)之差異，光線的傳播方向係彎曲的。如此，導致光線之發射範圍變得較狹小。
因此，在本實施方式中，照明效率可能會較低。然而，在前一個實施例中(如第2圖所示)，發光二極體元件130之頂面係完全地暴露於空氣或水，所以光線不會被防水劑吸收，而且光線之傳播方向也不會彎曲。
如上所述，依照本發明之用以發亮之發光二極體模組，可以固定於一裝置目標(installation target)，裝置目標例如是戶外的電子佈告欄(electric bulletin board)，以及藉由一雙面膠帶(double-faced tape)固定於水池之底面與壁面，此外，除了可以使用雙面膠帶外，具有優越黏著特性之結合手段都可以被採用。
發光二極體模組可以藉由螺絲固定於裝置目標。在此實施方式中，用以固定螺絲的洞可以設置於印刷電路板上。
如上所述，本發明之基本概念是，防水劑只局部地塗佈於水滲透進來會導致腐蝕與漏電發生的範圍(印刷電路板與發光二極體元件之連接部)、移除防水結構以及印刷電路板以最大部分地暴露於空氣或水。如此，加大了熱輻射面積及延長了發光二極體元件之壽命。
根據本發明，用以覆蓋暴露於外部之電極連接部之防水劑係局部地塗佈發光二極體元件之側面。避免水滲透進去的結構因此可以被省略。如此，使得發光二極體模組之厚度得以變薄。
此外，當防水劑只需局部地塗佈時，防水劑之塗量得以減少，使得製造成本降低。
此外，防水劑只需局部地塗佈，所以印刷電路板之暴露面積最大化，熱輻射效率也是最好的。因此延長了發光二極體元件之壽命。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧發光二極體照射器
11、130、230‧‧‧發光二極體元件
13、110、210‧‧‧印刷電路板
15‧‧‧防水結構
17、150、250‧‧‧防水劑
100、200‧‧‧發光二極體模組
300‧‧‧裝置
310‧‧‧防水劑儲存槽
330‧‧‧塗佈器
350‧‧‧噴嘴
370‧‧‧射出部
第1圖繪示傳統防水結構之發光二極體照射器之剖視圖。
第2圖繪示依照本發明之用以發亮之發光二極體模組之剖面圖。
第3圖繪示依照本發明之另一實施方式之用以發亮之發光二極體模組之示意圖。
第4圖繪示氣動塗佈方式之結構示意圖。
100‧‧‧發光二極體模組
110‧‧‧印刷電路板
130‧‧‧發光二極體元件
150‧‧‧防水劑

Claims (17)

  1. 一種用以發亮之發光二極體(Light Emitting Diode,LED)模組，包括：一印刷電路板(Printed Circuit Board,PCB)；至少一發光二極體元件，設置於該印刷電路板；以及一防水劑，係沿著該至少一發光二極體元件之側面局部地塗佈，並包覆於該印刷電路板與該至少一發光二極體元件間之暴露於該至少一發光二極體元件之設置面之複數個連接部(terminal)，其中該防水劑係暴露出該印刷電路板中不包含該至少一發光二極體元件之設置範圍之頂面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該印刷電路板係為一環氧樹脂玻璃纖維基板(FR-4基板)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該印刷電路板係為一金屬核心印刷電路板(Metal Core PCB,MCPCB)。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該印刷電路板係為一陶瓷基板(ceramic board)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該防水劑係覆蓋該至少一發光二極體元件之頂面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該防水劑係暴露出該至少一發光二極體元件之頂面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該防水劑係為一聚矽氧(silicone)。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該聚矽氧係包括一矽氧樹脂(silicone-resin)塗層劑。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該防水劑係為一環氧類樹脂(epoxy)。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體模組，其中該環氧類樹脂係包括一環氧樹脂(epoxy-resin)塗層劑。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該印刷電路板係藉由一雙面膠帶(double-faced tape)固定於一裝置目標(installation target)。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體模組，其中該印刷電路板係藉由一螺絲(screw)固定於一裝置目標。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光二極體模組，其中該印刷電路板係具有一洞，用以固定該螺絲，該洞係形成於該印刷電路板之頂面。
  14. 一種發光二極體模組之製造方法，包括：準備一印刷電路板；設置至少一發光二極體元件於該印刷電路板；以及沿著該至少一發光二極體元件之側面，塗佈一防水劑，包含塗佈該防水劑於該至少一發光二極體元件之 側面，該防水劑覆蓋該印刷電路板與該至少一發光二極體元件間之複數個連接部，該防水劑暴露出該印刷電路板中不包含該至少一發光二極體元件之設置範圍之頂面。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體模組之製造方法，其中該防水劑之塗佈係藉由一氣動塗佈方式(pneumatic dispensing method)來執行。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體模組之製造方法，其中該防水劑之塗佈係藉由一管壓供給塗佈方式(tube-pressure-feed dispensing method)來執行。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之發光二極體模組之製造方法，其中塗佈該防水劑之該步驟包括：塗佈該防水劑於該至少一發光二極體元件之頂面。
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