TWI521744B - 發光結構 - Google Patents

Description

發光結構

本發明係有關於一種發光結構，尤指一種使用脆性基板的發光結構。

現今發光二極體最急需解決的問題之一為散熱問題，無論是針對發光二極體本身封裝結構的改良或是將發光二極體放置於散熱係數較高的金屬板的方式或是利用散熱風扇、散熱膏等以輔助散熱皆常見於各式應用中。近年來，較為盛行的方式為，將發光二極體設置於陶瓷基板上，藉以透過陶瓷基板本身良好的散熱性質，以提升發光二極體整體的散熱效率。

在實務應用中，由於陶瓷基板屬於脆性材質，因此如何穩定的固定陶瓷基板而不使其崩壞，為相關技術人員於固定陶瓷基板時常見的問題之一。其中，目前較為常見的方式為裝設一固定用外框於陶瓷基板外部，藉以穩定的夾持陶瓷基板，而外框再鎖固於承載板上。然，此種設置方式，帶來了諸多不便，例如：依據不同尺寸大小的陶瓷基板，必須量身製作外框，如此相對提升整體成本；再者，外框的設置會遮擋發光二極體所發出的光線，相關技術人員必須調整發光二極體的發光角度等。

本發明實施例在於提供一種發光結構，其可解決習知技術中利用外框夾持陶瓷基板所帶來的遮光以及成本提升等問題。

本發明其中一實施例所提供的一種發光結構，其包括：一承載板；一發光模組，所述發光模組包括一設置在所述承載板上的 脆性基板及一設置在所述脆性基板上的發光單元；一鎖固組件，所述鎖固組件包括至少兩個螺接件及至少兩個分別套設在至少兩個所述螺接件上的彈性件，其中每一個所述螺接件螺接在所述承載板上且同時施加一作用力於所述承載板和所述脆性基板，以使脆性基板固定於承載板上，每一個所述彈性件設置在相對應的所述螺接件與所述承載板之間，以調節至少兩個所述螺接件施加在所述脆性基板上的所述作用力。

本發明的有益效果可以在於，本發明實施例所提供的發光結構，其可透過“每一個所述螺接件螺接在所述承載板上且同時施加一作用力於所述承載板和所述脆性基板的上表面”以及“每一個所述彈性件設置在相對應的所述螺接件與所述承載板之間”的設計，以調節至少兩個所述螺接件提供所述脆性基板的作用力，使得脆性基板在不易崩壞的情況下可穩固地設置於承載板上。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

Z‧‧‧發光結構

1‧‧‧承載板

10‧‧‧螺孔

2‧‧‧發光模組

20‧‧‧脆性基板

21‧‧‧發光單元

211‧‧‧發光二極體

212‧‧‧環形膠框

213‧‧‧封裝膠體

22‧‧‧焊墊

23‧‧‧緩衝件

24‧‧‧導熱層

25‧‧‧防汙層

251‧‧‧第一開口

252‧‧‧第二開口

3‧‧‧鎖固組件

30‧‧‧螺接件

301‧‧‧頭部

302‧‧‧螺柱

31‧‧‧彈性件

32‧‧‧墊片

321‧‧‧凹槽

322‧‧‧軟性墊片

4‧‧‧導熱墊

a‧‧‧緩衝件的厚度

b‧‧‧脆性基板的寬度

d‧‧‧脆性基板的厚度

h‧‧‧導熱墊的厚度

L‧‧‧至少兩個所述螺接件之間的距離

P‧‧‧鎖固組件與脆性基板的夾角

Y‧‧‧彈性件被壓縮在螺接件及承載板之間的變形長度

圖1為本發明的發光結構的第一實施例的爆炸圖。

圖2為本發明的發光結構的第一實施例的組裝示意圖。

圖3為圖2的A-A切割面的剖面示意圖。

圖4為本發明的發光結構的第二實施例的爆炸圖。

圖5為本發明的發光結構的第二實施例的剖面示意圖。

圖6為本發明的發光結構的第三實施例的爆炸圖。

圖7為本發明的發光結構的第三實施例的組裝示意圖。

圖8為圖7的B-B切割面的剖面示意圖。

圖9為本發明的發光結構的第四實施例的示意圖。

圖10為本發明的發光結構的第五實施例的第一示意圖。

圖11為本發明的發光結構的第五實施例的第二示意圖。

圖12為本發明的發光結構的第五實施例的第三示意圖。

圖13為本發明的發光結構的第六實施例的組裝示意圖。

圖14為圖13的C-C切割面的剖面示意圖。

圖15為本發明的發光結構的第六實施例中所述的脆性基板與導熱層的示意圖。

圖16為本發明的發光結構的第七實施例的組裝示意圖。

〔第一實施例〕

請一併參閱圖1至圖3。圖1為本發明的發光結構的第一實施例的爆炸圖；圖2為本發明的發光結構的第一實施例的組裝示意圖；圖3為發光結構的第一實施例的組裝後的剖面示意圖。如圖1及圖2所示，發光結構Z包含：一承載板1、一發光模組2及一鎖固組件3。承載板1至少包含兩個對邊邊緣或對角邊緣設置的螺孔10。發光模組2至少包含：一脆性基板20、一發光單元21及至少兩個焊墊22。發光單元21設置於脆性基板20上，焊墊22可設置於脆性基板20的另外兩對角邊緣上，且與發光單元21電性連接，藉以連接至外部電源，以對發光單元21進行供電。其中，上述脆性基板20較佳地可以是陶瓷基板、玻璃基板、矽基板或碳化矽基板。鎖固組件3包含：一螺接件30及一彈性件31。螺接件30包含有一頭部301及一螺柱302；頭部301與螺柱302一體成形，且頭部301相對於螺柱302具有較大的截面積。彈性件31可為一彈簧，其套設於螺接件30的螺柱302。

在實際應用中，上述發光單元21可以包含有數個發光二極體211、一環形膠框212及一封裝膠體213；其中，數個發光二極體211設置於脆性基板20上，且電性連接焊墊22，環形膠框212環繞該些發光二極體211設置，而封裝膠體213容置於環形膠框212所圍繞的範圍內，且覆蓋該些發光二極體211；封裝膠體213為透光材料，且可以依據所需於封裝膠體213內填充有螢光物，如螢 光粉。

如圖2及圖3所示，鎖固組件3將發光模組2鎖固於承載板1上。詳細地說，螺接件30的螺柱302鎖固於承載板1的螺孔10內，且螺接件30的頭部301的下緣抵靠於脆性基板20的上表面，直接於脆性基板20的上表面施加一作用力，而彈性件31的兩端面分別抵頂螺接件30的頭部301及承載板1，藉以調節螺接件30施加在脆性基板20的作用力，可使脆性基板20穩固地設置於承載板1上。

〔第二實施例〕

請一併參閱圖4及圖5。圖4為本發明的發光結構的第二實施例的爆炸圖；圖5為本發明的發光結構的第二實施例的組裝後的剖面示意圖。如圖所示，發光結構Z包含：一承載板1、一發光模組2及一鎖固組件3。關於承載板1及發光模組2的詳細說明，請參閱上述實施例，於此不再贅述，本實施例與上述實施例不同的是，鎖固組件3的各螺接件30更可以分別套設有一墊片32，舉例來說，各墊片32可以是圓形片體，且其截面積可以是大於螺接件30的頭部301下緣的截面積，藉以可增加鎖固組件3與脆性基板20的接觸面積，而使得鎖固組件3所施加於脆性基板20上的作用力，更平均地分散於該脆性基板20上，且可有效避免因施力面積太小，使得應力集中，而造成脆性基板20破裂的問題。另外，該些墊片32更具有輔助螺接件30垂直地鎖固於承載板1上的功能，如此可使螺接件30有效地於脆性基板20施加作用力。

在更好的實施態樣中，各墊片32更可以包含有一凹槽321，例如墊片32可以是圓形片體，而該凹槽321則可以是佔墊片32整體的四分之一圓，且該凹槽321的深度可以是佔墊片32厚度的二分之一，藉以當螺接件30鎖設於承載板1上時，各墊片32的各凹槽321可以對應扣合於脆性基板20上，而穩固地抵靠於承載 板1的上表面。

〔第三實施例〕

請一併參閱圖6至圖8。圖6為本發明的發光結構的第三實施例的爆炸圖；圖7為本發明的發光結構的第三實施例的組裝示意圖；圖8為本發明的發光結構的第三實施例的組裝剖面示意圖。

如圖6及圖7所示，發光結構Z包含：一承載板1、一發光模組2及一鎖固組件3。承載板1包含至少兩個螺孔10，其可以是如圖中所示，設置於承載板1的對角。發光模組2包含：一脆性基板20、一發光單元21、至少兩個焊墊22及至少兩個緩衝件23。發光單元21設置於脆性基板20上，緩衝件23設置於脆性基板20的對角邊上，與螺接件30(或螺孔10)的位置接近且相對應。焊墊22設置於脆性基板20相對設置有緩衝件23的另一對角邊上，且電性連接發光單元21。其中，上述脆性基板20較佳地可以是陶瓷基板，緩衝件23可以是具有彈性及光反射特性的膠體。值得注意的是，發光單元21的環形膠框212的材料可與緩衝件23相同，因此在製作過程中，可採點膠(dispensing)或模製(molding)方式於脆性基板20上同時設置環形膠框212與緩衝件23。

鎖固組件3包含：一螺接件30、一彈性件31及一墊片32。螺接件30具有一頭部301及一螺柱302，且頭部301與螺柱302一體成形。墊片32套設於螺接件30的螺柱302，且抵靠於螺接件30的頭部301，彈性件31套設於螺接件30的螺柱302，且彈性件31兩端面分別抵頂墊片32及承載板1。墊片32可以依據實際所需，加以選擇為金屬材質或是塑膠材質。

更具體地舉例來說，承載板1的兩對角分別具有一螺孔10。發光模組2的脆性基板20的中央設置有發光單元21，脆性基板20的其中兩對角分別設置有一緩衝件23，另外兩對角分別設置有一焊墊22；脆性基板20設置於承載板1上，且脆性基板20的兩 個緩衝件23分別鄰近於承載板1兩對角的螺孔10。鎖固組件3包含兩個螺接件30，各螺接件30依序套設有一墊片32及一彈性件31。

請參閱圖8，其為圖7的B-B切割面的剖面示意圖。如圖所示，各套設有墊片32及彈性件31的螺接件30，螺接於承載板1的螺孔10中，藉以將發光模組2固定於承載板1上，且各螺接件30經由墊片32和緩衝件23分別向下抵頂接觸脆性基板20，以提供脆性基板20固定於承載板1上的作用力，而各彈性件31分別設置於墊片32與承載板1間，以調節各螺接件30施加在脆性基板20上的作用力。

鎖固於承載板1上的脆性基板20，可以透過導線電性連接脆性基板20的焊墊22，以對發光模組2進行供電。在更好的應用中，承載板1可以是具有較佳散熱性的金屬板體，更勝者可以是具有散熱功能的座體，例如是設有數個散熱鰭片的散熱座。

另外，值得一提的是，在實際應用中，發光單元21的發光二極體211的出光角度大約為110-140度，為了避免鎖固組件3遮擋發光二極體211所射出之光線，因此鎖固組件3與脆性基板20的夾角P以20-35度為佳。具體地說，該夾角P的夾角線可以是由緩衝件23的頂部與該鎖固組件3的頭部301的頂部連線，延伸至脆性基板20。

誠如上述，本實施例除了各螺接件30分別套設有墊片32，藉以可達到增加鎖固組件3與脆性基板20的接觸面積的功效，以及可達到使螺接件30垂直的鎖固於承載板1上的功效之外；本實施例更於脆性基板20對應於與各螺接件30接觸之位置，設置有緩衝件23，藉以更可達到提高鎖固組件3施加於脆性基板20的作用力的功效。另外，於脆性基板20上設置緩衝件23後，更可以避免因脆性基板20與鎖固組件3的膨脹係數不相同，而使得螺接件30容易因為溫度變化而發生鬆脫的問題；也就是說，脆性基板20 增設緩衝件23後，可使鎖固組件3更穩固的鎖在承載板1上。

〔第四實施例〕

請參閱圖9，其為本發明的發光結構的第四實施例。如圖所示，發光結構Z包含：一承載板1、一發光模組2及一鎖固組件3；其相關設置關係如同上述，於此不多贅述，本實施例與上述實施例不同之處在於，鎖固組件3除了包含質地較硬的墊片32外，更可以包含一軟性墊片322，其套設於螺接件30，且設置於墊片32的下方，而夾設於墊片32與緩衝件23之間；藉此可以避免質地較硬的墊片32的毛邊，影響螺接件30無法垂直地鎖固在承載板1上。此外當脆性基板20的撓曲強度已固定，且彈性件31的線材材料也已選定時，可簡單套設軟性墊片322來提高螺接件30鎖固在脆性基板20的鎖固力，避免因施加過大的鎖固力導致脆性基板20脆裂。

〔第五實施例〕

請一併參閱圖10至圖12，其為本發明的發光結構的第五實施例。如圖所示，發光結構Z包含：一承載板1、一發光模組2及一鎖固組件3，其相關連接關係與前述實施例相同，於此不多贅述。本實施例特別舉例說明的是，鎖固組件3的墊片32可以是依據需求設計為不同的樣式，且其與發光模組2的脆性基板20的設置位置亦可以有多種變化態樣。如圖10所示，鎖固組件3的墊片32的外型可以是圓形，且設置於脆性基板20的對角上；又或者是可以如圖11所示，墊片32設置於脆性基板20的側邊上，藉以增加墊片32與脆性基板20的接觸面積，或是增加與脆性基板20的緩衝件(圖未示)的接觸面積；藉此可以調整或是分散鎖固組件3施於脆性基板20或是緩衝件的作用力。另外，在其他應用態樣中，墊片32的外型可以是如同圖12所示的為矩形。

〔第六實施例〕

請一併參閱圖13至圖15，其為本發明的發光結構的第六實施例。如圖13所示，發光結構Z具有一承載板1、一發光模組2、一鎖固組件3及一導熱墊4。本實施例與上述實施例不同的是，承載板1與發光模組2間設置有一導熱墊4，且發光模組2的脆性基板20與導熱墊4間設置有一嵌設在脆性基板20的底部的導熱層24，藉以可以更有效地，協助導出發光模組2運作時所產生的熱能；更好的應用中，承載板1可以是導熱性質較好的金屬板體或是設置有數個散熱鰭片的散熱座體。

進一步地說，如圖14及圖15所示，脆性基板20可以是底部具有多個微細孔的陶瓷基板，導熱層24可以是無機材料的銀膠，其可以是利用印刷(如網印)方式，均勻地塗佈於陶瓷基板(脆性基板20)上，藉以填補於陶瓷基板的多個微細孔中，之後加熱固化以使導熱層24成為脆性基板20的一部份。在實際應用中，上述導熱層24所塗佈的表面積，可以是大於發光單元21於脆性基板上20所佔據的表面積，而小於脆性基板20佔據的表面積。值得注意的是，導熱層24的面積並不等於脆性基板20的底面積，藉此，多個發光結構的連片在切割成單顆發光結構時，不會因切到導熱層24而產生脆裂。

換言之，脆性基板20的兩側面分別相對應的設置有發光單元21及導熱層24。在習知技術中，多直接將散熱膏塗抹於脆性基板20與承載板1間，如此不但容易發生塗佈不均勻的問題，且散熱膏凝固後，會將脆性基板20固定於承載板1上，如此若脆性基板20的裝設位置錯誤時，無法再次調整其位置；而上述本發明是直接於脆性基板20底部塗佈並加熱固化以設置導熱層24，藉以可解決上述習知技術中的問題。本發明藉由設置導熱層24在陶瓷基板的微細孔內來降低接觸熱阻(contact resistance)，使得發光單元21可有效的將熱傳導到承載板1。

另外，值得一提的是，圖14所示的發光結構Z的剖面，是依據圖13中所繪示的C-C剖線面進行剖切的。本實施例在實際應用中，為了避免脆性基板20於鎖固組件3的鎖固過程中崩壞，彈性件31的彈性係數可符合下列公式(1)：

其中於上述公式(1)中，K為彈性件31的彈性係數，b為脆性基板20的寬度，d為脆性基板20的厚度，σ為脆性基板20的撓曲強度(flexural strength)，L為兩個螺接件30之間的距離，X為彈性件31的原始長度，Y為彈性件31被壓縮在螺接件30的墊片32及承載板1之間的長度。變形後彈性件31的長度Y符合d+h<Y<a+d+h，其中，a為緩衝件23的厚度，h為導熱墊4的厚度。

詳細地說，上述公式(1)可以由以下「兩端固定而由中央施力的簡支梁三點彎曲試驗(3-Point Blend Flexural test)」之公式(2)推導而來：

如上公式(2)所示，在簡支梁三點彎曲試驗(3-Point Blend Flexural test)公式中，L表示簡支梁的兩固定端的跨度(the length of the support span)，F為中央施力的大小，b為簡支梁的寬度，d為簡支梁的厚度，σ為簡支梁的抗撓強度(flexural strength)。將上述公式(2)整理可得，在簡支梁三點彎曲試驗(3-Point Blend Flexural test)公式中，簡支梁的中央可承受的最大施力大小符合以下公式(3)：

如圖14所示，若將上述由簡支梁三點彎曲試驗(3-Point Blend Flexural test)公式所推導出的公式(3)應用於本案中，上述公式(3)中所載符號F即對應為本案所載脆性基板20最大可承受的力，而本案所載兩個螺接件30即對應為上述公式(3)中的簡支梁的兩固定端，且假設本案的彈性件31符合虎克定律F=K(X-Y)，因此為避免脆性基板20因螺接件30的施力而崩壞，本案彈性件31所受之力F應小於上述公式(3)中脆性基板20最大可承受的力F，故可得前述本案公式(1)：

值得一提的是，由上述公式配合變形後彈性件31的長度Y符合d+h<Y<a+d+h的公式可知，當緩衝件23的厚度a越厚，可選用K值越大的彈性件31。

〔第七實施例〕

請參閱圖16，其為本發明的第七實施例的示意圖。如圖所示，發光結構Z包含：一承載板1、一發光模組2、一鎖固組件3及一導熱墊4。本實施例與上述實施例，最大的不同之處在於，發光模組2的脆性基板20表面可以設置有一防汙層25，其具有一用於裸露發光單元21的第一開口251及至少兩個用於分別裸露發光單元21的至少兩個電極(較佳地可以為焊墊22)的第二開口252。另外，在實際應用中，較佳地，第二開口252的大小可以是小於焊墊22，藉以第二開口252周緣的防汙層25可覆蓋部份焊墊22邊緣來增加其結合性。

具體地說，在實際應用中，製作包含有防汙層25的發光模組 2的順序可以是：先於脆性基板20佈設(layout)相關線路及焊墊22後；再塗佈或是印刷具有第一開口251及兩個第二開口252的玻璃膠薄膜(防汙層25)；再依序設置發光二極體211、環形膠框212及封裝膠體213於防汙層25的第一開口251；最後再設置緩衝件23於防汙層25上，且位於脆性基板20的對角邊上。

又或者環形膠框212與緩衝件23可為同材質，而製作包含有防汙層25的發光模組2的順序則可以是：先於脆性基板20佈設(layout)相關線路及焊墊22後；再塗佈或是印刷具有第一開口251及兩個第二開口252的玻璃薄膜(防汙層25)；接者於第一開口251內設置發光二極體211，再同時設置環形膠框212及緩衝件23，隨後再設置封裝膠體213於環形膠框212內。在特殊的實施中，防汙層25更可以是一外加於脆性基板20的獨立片材。

〔實施例的可能功效〕

綜上所述，本發明的有益效果可以在於：

(1)本發明於脆性基板上設置緩衝件，以使鎖固組件可以抵靠緩衝件，而固定脆性基板於承載板上，且同時於鎖固組件與承載板間設置有彈性件，藉以可以增加鎖固組件鎖固於承載板之作用力，並同時可以調節鎖固組件施加於脆性基板的作用力；如此設計僅需兩組鎖固組件即可將脆性基板穩定的固定於承載板上；相較於習知技術需要特別設計製作一個固定用的外框，本發明不但節省成本，且可以適合各式不同尺寸的脆性基板。

(2)由於鎖固組件具有相對較小的體積，且可以依需求選擇墊片大小，且亦可以調整其設置之位置，藉以不但可以將脆性基板穩定地固定於承載板上，且不會遮擋發光單元所發出的光線；而習知技術中，由於外框設計是對應脆性基板的大小，而包覆整個脆性基板的周圍，因此會 有無法解決的遮光問題。

(3)本發明於脆性基板(特別是針對具有多微細孔洞的陶瓷基板)的外表面設置有防汙層，藉以可解決習知技術中，油汙、髒污容易滲入脆性基板中而無法清潔的問題。

(4)本發明於陶瓷基板的微細孔洞內設置導熱層，藉以可降低陶瓷基板的接觸熱阻(contact resistance)，使得發光單元可有效的將熱傳導到承載板進行散熱。

以上所述僅為本發明的較佳可行實施例，非因此侷限本發明的專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的範圍內。

Z‧‧‧發光結構

1‧‧‧承載板

2‧‧‧發光模組

20‧‧‧脆性基板

21‧‧‧發光單元

22‧‧‧焊墊

23‧‧‧緩衝件

3‧‧‧鎖固組件

30‧‧‧螺接件

31‧‧‧彈性件

32‧‧‧墊片

4‧‧‧導熱墊

L‧‧‧兩個螺接件之間的距離

b‧‧‧脆性基板的寬度

Claims (11)

1. 一種發光結構，其包括：一承載板；一發光模組，包括一設置在所述承載板上的脆性基板及一設置在所述脆性基板上的發光單元；以及一鎖固組件，包括至少兩個螺接件及至少兩個分別套設在至少兩個所述螺接件上的彈性件，其中每一個所述螺接件螺接在所述承載板上且同時施加一作用力於所述承載板和所述脆性基板，以使所述脆性基板固定於所述承載板上，每一個所述彈性件設置在相對應的所述螺接件與所述承載板之間，以調節至少兩個所述螺接件施加在所述脆性基板上的所述作用力。
2. 如請求項1所述的發光結構，其中所述發光單元包括多個設置在所述脆性基板上的發光二極體、一設置在所述脆性基板上且圍繞多個所述發光二極體的環形膠框、及一容置在所述環形膠框所圍繞的範圍內且覆蓋多個所述發光二極體的封裝膠體。
3. 如請求項1所述的發光結構，其中所述發光模組包括一設置在所述脆性基板上的防汙層，所述防汙層具有一用於裸露所述發光單元的第一開口及至少兩個用於分別裸露所述發光單元的至少兩個電極的第二開口。
4. 如請求項3所述的發光結構，其中所述防汙層部分覆蓋所述至少兩個電極的邊緣，所述防汙層為一玻璃膠薄膜。
5. 如請求項1所述的發光結構，其中所述脆性基板的一上表面具有至少兩個緩衝件，且至少兩個所述螺接件分別經由至少兩個所述緩衝件向下頂抵所述脆性基板的所述上表面，以施加所述作用力於所述脆性基板。
6. 如請求項5所述的發光結構，其中每一個所述螺接件具有一墊 片，且每一個所述螺接件分別經由所述墊片及相對應的至少兩個所述緩衝件向下頂抵所述脆性基板的所述上表面，以施加所述作用力於所述脆性基板。
7. 如請求項5所述的發光結構，其中所述脆性基板具有一嵌設在所述脆性基板的底部的導熱層，且所述脆性基板通過一導熱墊以設置在所述承載板上，以使得所述導熱層被貼附在所述導熱墊上。
8. 如請求項7所述的發光結構，其中所述導熱層的所佔據的表面積小於所述脆性基板所佔據的表面積且大於所述發光單元所佔據的表面積。
9. 如請求項7所述的發光結構，其中所述脆性基板為一底部形成有多個微細孔的陶瓷基板，且所述導熱層填補在多個所述微細孔的其中一部分內。
10. .如請求項7所述的發光結構，其中所述彈性件的彈性係數符合下列公式： 其中，K為所述彈性件的彈性係數，b為所述脆性基板的寬度，d為所述脆性基板的厚度，σ為所述脆性基板的撓曲強度(flexural strength)，L為至少兩個所述螺接件之間的距離，X為所述彈性件的原始長度，Y為所述彈性件被壓縮在所述螺接件及所述承載板之間的變形長度。
11. 如請求項10所述的發光結構，其中所述彈性件的變形長度符合下列公式：d+h<Y<a+d+h，其中a為所述緩衝件的厚度，h為所述導熱墊的厚度。