TWI595685B - 發光模組 - Google Patents

Description

發光模組

本發明關於一種發光裝置，且特別是指一種具有高發光效率且製程簡易的發光模組，可進一步作為球燈泡的光源使用。

相較於其他的照明技術，發光二極體屬於固態的冷發光，具有低耗電量、壽命長、無須暖燈時間、反應快等優點，因此被視為第四世代的照明技術，但是目前發光二極體普及化所面臨的挑戰就是發光效率與製造成本的問題，尤其是使用多顆發光二極體時，更必須考慮到整體結構的散熱效能，才能避免亮度下降及封裝材料劣化的問題，進而維持其功能與使用壽命。

目前的發光二極體燈泡(LED Lamp)，多半是將發光二極體分別封裝完成後再設置於電路板上，但這種設計無法將發光二極體進行高密度的排列，在燈泡體積有限的情況下會引起結構設計上的困難，因此，現有的解決方案仍然未臻成熟而有待改進的必要。

本發明之一實施例揭露一種發光模組，其包含有一基板，一第一發光元件，一電極，以及一透明蓋板。該基板包含一第一凹部以及一框柵，其中該第一凹部具有一第一頂面、一底面及一環繞部，該框柵具有一第二頂面。該第一發光元件設於該第一凹部內。該電極覆蓋該第一頂面並與該第一發光元件電性連結。該透明蓋板位於該基板上且覆蓋該第一發光元件且該第二頂面比該第一頂面更靠近該透明蓋板。該框柵環繞該第一發光元件及該第一凹部。

為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如后，且以下說明當中所使用的頂面與底面等方向性說明文字是以本領域技術人員的一般認知而言，各實施例當中相同的元件皆使用相同的元件編號，以方便辨識；同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之示意，並未依據實際尺寸完整繪製，合先敘明。

本發明所提供一第一實施例之發光模組1，如第一至三圖所示，而第三圖為第二圖之A-A剖面圖，其包含有一基板10、複數個發光元件20設置於基板10頂面，一框柵30設置於基板10的頂面且圍繞該等發光元件20，以及一透明蓋板40罩設於框柵30上方，個別元件的具體結構說明如下：

基板10於本實施例中係採用導電且高導熱材質，例如金屬材料，或者採用絕緣且高導熱材質，例如氮化鋁(Aluminum Nitride)等陶瓷材料所製成，亦可視情況改用透光的材料，例如玻璃、石英、藍寶石(Sapphire, Al2O3)、壓克力或塑膠材料等，其中基板10厚度約介於0.1毫米~3毫米之間，最佳厚度約為0.7毫米，而基板10的頂面部分區域覆蓋有一絕緣層11，其絕緣層11係採用具有良好光反射特性的材料為較佳，可用以提供光線反射的功效，且基板10之頂面設有一第一電極12於絕緣層11未覆蓋的區域，以及一第二電極13設置於基板10頂面相對第一電極12的一側且位於絕緣層11上方，第一電極12、第二電極13可以採用蒸鍍、網版印刷及噴塗等製程完成，厚度約介於0.5~5微米之間，其最佳厚度約為2微米，而採用蒸鍍、網版印刷、噴塗所製成的電極，其具有精密度高、可透光性且厚度相當薄等優勢，可降低整體模組厚度，形成薄型發光模組，而在材料部分則可以使用鋁(Al)或銀(Ag)等高反射材料以減少電極吸光的效果。

該等發光元件20在本實施例中為發光二極體，排列設置於絕緣層11上方並位於第一電極12與第二電極13之間，其中各發光元件20表面設有一第一導電墊21與一第二導電墊22，所以能夠利用打線(Wire Bonding)製程電性連接該等發光元件20而完成串聯或並聯，最後再將第一導電墊21與第二導電墊22同樣利用打線製程電性連接第一電極12與第二電極13。因此，透過第一電極12與第二電極13就能對該等發光元件20通入電流而使其發光。

框柵30厚度約介於100微米~500微米之間，其最佳厚度約為300微米，並以高於發光元件20及其固晶材料(圖中未顯示)厚度，以及導電金屬線之高度總和為原則，框柵30為透光且絕緣材料如陶瓷、塑料、壓克力、藍寶石、玻璃或石英等所製成，框柵30是設置於第一電極12與第二電極13上方，且對應該等發光元件20設有至少一開槽31，在本實施例中開槽的數量為一個。附帶一提的是，本領域技術人員可以視需要設計開槽31的構型以將點光源轉換為線光源或面光源，或是於開槽31內填充透明材料以允許特定波長範圍的光線通過，或是填充光致發光材料(Photoluminescence)以發出特定波長頻譜的光線，此外由於本發明之框柵30係利用透光材料所製成，故其四面皆可透光，完全不會對光線的側向出光造成遮蔽的情形。

透明蓋板40厚度約介於0.05毫米~1.2毫米之間，最佳厚度約為0.7毫米，而透明蓋板40係罩設於框柵30的上方而封閉該等開槽31，可以使用玻璃、石英、藍寶石(Sapphire) 或塑膠材料加以製作，最好具備高熱輻射的特性而能夠幫助散熱，亦即輻射係數（Emissivity）大於0.7為較佳，且透明蓋板40表面能塗佈有螢光粉(Phosphor) ，例如鋁酸鹽(Alminate)、釔鋁石榴石YAG(Y3Al3O13:Ce)、鋱鋁石榴石TAG (Tb3Al5O12)、矽酸鹽(Silicate)、氮化物(Nitride)或氮氧化物 (Oxynitride)等基底螢光材料，或者是透明蓋板40直接摻雜有螢光粉，藉以發出特定波長之光或不同色溫之白光。除此之外，本領域技術人員亦可改用濾光材料來製作透明蓋板40，以發出特定波長範圍的光。

此外，如第三圖所示，基板10定義有一長度方向L，在本實施例中第一電極12與第二電極13是設置於基板10沿著長度方向L的兩側，基板10靠近第二電極13的一側係沿著長度方向L延伸且凸出於框柵30與透明蓋板40，使基板10形成有裸露於外界的一插設端14，由於第一電極12是電性連接基板10，而且第二電極13藉由插設端14而部分裸露在外，所以當插設端14連接至一外部電源時(圖中未顯示)，將可以藉由第二電極13與基板10同時提供正極與負極的電路連接構造。

值得一提的是，該等發光元件20除了利用打線連接之外，也可以在基板10表面設置預定的導電線路，然後利用覆晶技術（Flip-Chip）而將該等發光元件20置放於基板10。

藉由上述結構，發光模組1可以利用插設端14而對該等發光元件20通電而發光，所發射的光線是透過框柵30側向發光並透過透明蓋板40而頂向發光，當基板10為透明材料時則可以提供該等發光元件20底部所發出的光線穿過，所以本發明的發光模組1可以達成全面發光，大幅增加光取出率。

此外，本實施例之發光模組1係利用具備高熱傳導特性的基板10以及具備高熱輻射係數的透明蓋板40，在可同時藉由傳導及輻射的散熱方式下，快速的將熱散出，使其具有相當良好的散熱效果，以提升發光模組1之使用壽命及效能。

本發明再提供一第二實施例，如第四圖所示，其係應用與前述第一實施例結構大致相同的二個發光模組1、2疊合而成一疊合結構3，主要特徵在於該二發光模組1、2是共用同一蓋板40，此時該等發光模組1、2的基板10為可透光，並於蓋板40的頂面與底面設置一反射鍍膜41，其材料可選用但不限於銀(Ag)、鋁(Al)、鉑(Pt)、金(Au)等金屬或布拉格反射器(Distributed Bragg Reflector, DBR)，可以達成雙面發光的效果。

請參閱第五圖，本發明提供一第三實施例同樣應用與前述第一實施例結構大致相同的二個發光模組1、2疊合而成一疊合結構3，但該二發光模組1、2改為共用同一基板10，同樣可以達成雙面發光的效果，且基板10同樣如第一實施例設有一插設端14而可以插設於一發光裝置，例如球燈泡。

藉此，前述之疊合結構3可做為發光裝置的光源使用，如第六圖所示，球燈泡5具有一基座51與一透明罩52，而疊合結構3的插設端14係插入基座51，此時就能完成電性導通的連接，當球燈泡5連接至一外部電源(圖中未顯示)時，則順利點亮該等發光元件20，本發明之疊合結構3即可做為球燈泡5的光源使用。

此外，本發明之球燈泡5的光源，並不限定於雙層發光模組疊合，亦可採用單層或多種不同組合之發光模組，來作為球燈泡5之光源使用。

請再參閱第七與八圖所示，而第八圖為第七圖之B-B剖面圖，本發明提供一第四實施例之發光模組1，其主要結構大致與第一實施例相同，結構差異在於：基板10是利用絕緣材料製成而不需要設置絕緣層，且基板10另定義有與長度方向L相交的一寬度方向W，基板10一側係沿著寬度方向W延伸且凸出於框柵30與透明蓋板40，進而使基板10形成有裸露於外界的插設端14，由於第一電極12與第二電極13係藉由插設端14而同時裸露在外，所以插設端14將可以同時提供正極與負極的電路連接構造。此外，如第八圖所示，框柵30開槽31之內周面係設呈朝遠離發光元件20方向而向外傾斜，使發光元件20所光線可在傾斜的內周面上產生多次反射，以提升整體之光取出率。

進一步說明的是，如第九圖所示，本發明第四實施例之發光模組1亦可以利用插設部14而插接在球燈泡5的基座51上，而基座51是可以供四個發光模組1插設其中，以提供全面發光的功效。

本發明提供另一第五實施例，如第十圖所示，其主要結構大概與第一實施例相同，其主要差異在於：第一電極12與第二電極13係設置於基板10的同側而形成插設端14，且絕緣層11覆蓋基板10表面的全部面積，並利用一導電結構16連接於相距第一電極12及第二電極13較遠的相鄰二發光元件20；此外，該框柵30的開槽31數量為二個，且其開槽31之內周面皆為朝遠離發光元件20方向而向外傾斜以提升整體之光取出率。

附帶一提，前述導電結構16僅為例示之用，亦可將導電結構省略，而將原本連接至導電結構16的二發光元件20直接作串聯或並聯設計，又或者一般半導體常用的電性連接手段均可以取代前述導電結構16而達成相同的效果。

請參閱第十一圖所示，本發明提供一第六實施例，發光模組1同樣包含有一基板10、複數個發光元件20設於基板10頂面，一框柵30設置於基板10的頂面且圍繞該等發光元件20，以及一透明蓋板40罩設於框柵30上方，但本實施例中基板10的頂面對應各發光元件20設有一凹部15以反射各發光元件20所發出的光線，而框柵30直接成型於基板10，第一電極12與第二電極13則是設置於基板10頂面且延伸至框柵30之頂緣，透明蓋板40則是罩設於部分第一電極12與部分第二電極13上，以使基板10沿著長度方向L的兩側可分別形成有裸露於外界的插設端14，由於第一電極12與第二電極13係藉由二插設端14而同時裸露在外，所以二插設端14將可以提供正極與負極的電路連接構造。藉此，本實施例的發光模組1具有更少的元件數量而使製程更加簡化，進而降低整體成本及尺寸。

值得一提的是，前述第六實施例的發光模組1還可以選用具可撓性的材料來製成基板10與透明蓋板40，就可以使發光模組1整體具有可撓性。

以上所述僅為本發明較佳可行實施例，本領域技術人員可以視情況設計電路基板而改變該等發光元件與該二電極的電性連接方式，仍應屬本發明之簡單改變，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。

1、2‧‧‧發光模組

3‧‧‧疊合結構

5‧‧‧球燈泡

51‧‧‧基座

52‧‧‧透明罩

10‧‧‧基板

11‧‧‧絕緣層

12‧‧‧第一電極

13‧‧‧第二電極

14‧‧‧插設端

15‧‧‧凹部

16‧‧‧導電結構

20‧‧‧發光元件

21‧‧‧第一導電墊

22‧‧‧第二導電墊

30‧‧‧框柵

31‧‧‧開槽

40‧‧‧透明蓋板

41‧‧‧反射鍍膜

L‧‧‧長度方向

W‧‧‧寬度方向

第一圖為本發明第一較佳實施例之立體分解圖。

第二圖為本發明第一較佳實施例之組合圖。

第三圖為本發明第一較佳實施例之剖視圖。

第四圖為本發明第二較佳實施例之剖視圖。

第五圖為本發明第三較佳實施例之剖視圖。

第六圖為本發明第三較佳實施例作為球燈泡光源之立體圖。

第七圖為本發明第四較佳實施例之立體圖。

第八圖為本發明第四較佳實施例之剖視圖。

第九圖為本發明第四較佳實施例作為球燈泡光源之上視圖。

第十圖為本發明第五較佳實施例之立體分解圖。

第十一圖為本發明第六較佳實施例之剖視圖。

無

無

1‧‧‧發光模組

10‧‧‧基板

12‧‧‧第一電極

13‧‧‧第二電極

15‧‧‧凹部

20‧‧‧發光元件

30‧‧‧框柵

40‧‧‧透明蓋板

Claims (10)

1. 一種發光模組，其包含有：一基板，包含一第一凹部以及一框柵，其中該第一凹部具有一第一頂面、一底面及一環繞部，該框柵具有一第二頂面；一第一發光二極體，設於該第一凹部內；一電極，覆蓋該第一頂面並與該第一發光二極體電性連結；一透明蓋板，位於該基板上且覆蓋該第一發光二極體，且該第二頂面比該第一頂面更靠近該透明蓋板，其中該框柵環繞該第一發光二極體及該第一凹部。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，其中，該基板包含一絕緣且高導熱之材質。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，其中，該底面至該第二頂面之間包含二個以上的階梯結構。
4. 如專利請求項第3項所述之發光模組，其中，該框柵以及該環繞部直接接觸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光模組，更包含一第二發光二極體與該第一發光二極體串聯。
6. 如專利請求項第5項所述之發光模組，其中，該基板更包含一第二凹部，且該第二發光二極體設於該第二凹部內。
7. 如專利請求項第1項所述之發光模組，其中，該第一發光二極體包含一導電墊，該導電墊與該電極透過打線方式電性連結。
8. 如專利請求項第1項所述之發光模組，其中，該框柵包含一開槽。
9. 如專利請求項第1項所述之發光模組，其中，該透明蓋板覆蓋該電極。
10. 如專利請求項第1項所述之發光模組，其中，該透明蓋板之材料包含玻璃，石英或藍寶石。