TWI714481B - 立體燈杯式的發光二極體支架 - Google Patents

Abstract

一種立體燈杯式的發光二極體支架，為解決現有技術中封裝後，經通電發熱，塑料材質因老化而產生光衰竭，鍍銀層因為硫化而光衰的問題。發光二極體支架具有一金屬支架。所述金屬支架包括第一支架、第二支架、以及形成於所述第一支架和所述第二支架之間的空槽。所述第一支架的周圍部分彎折以及第二支架的周圍部分彎折而形成燈杯。所述燈杯的內表面設置有金屬鍍銀反射面，所述金屬鍍銀反射面的表面鍍有抗硫化膜層。

Description

立體燈杯式的發光二極體支架

相關申請案

本發明主張大陸專利申請案第201921202447.1號（申請日：2019年07月29日）的國際優先權，該申請案的完整內容納入為本發明專利說明書的一部分以供參照。

本發明涉及一種發光二極體(LED)的金屬支架相關領域，特別是涉及一種可供發光二極體芯片置放的立體燈杯式的發光二極體金屬支架。

由於環保節能的趨勢發展，LED的應用越來越普及於生活的周遭。LED支架是LED燈珠在封裝之前的底部基座，在LED支架的基礎上注塑塑料燈杯進行包覆成型。塑料燈杯一面提供側面的反射功能，另一面提供隔開正負極的絕緣功能。接著，將芯片植入固定於LED支架的置晶區，然後，將引線焊接於芯片的正、負電極以及LED支架。最後，再用封裝膠一次封裝成形。封裝膠通常為硅膠，硅膠內有摻入經調配比例的螢光劑與擴散粉。LED支架材質一般是銅、鐵、鋁等金屬材質，因為金屬的導電性，通過焊接引線以連接LED燈珠內部的電極，LED燈珠封裝成形後，燈珠即可從支架金屬料板取下，LED燈珠兩側的金屬腳即成為了LED燈珠的正負極，可供用於焊接到LED燈具或其它LED成品。

目前LED反射燈杯的塑料材料包含環氧膠化合物（Epoxy Molding Compound,簡稱EMC）、聚對苯二甲酸環己烷二甲酯（Polycyclohexylene- dimethylene terephthalates，簡稱PCT）及矽膠模注化合物（Silicon Molding Compound, 簡稱SMC）。EMC為熱固型工藝，PCT為熱塑型工藝，SMC為熱塑型工藝。封裝後，經通電發熱，所注塑之塑膠材料大部分都會因受熱而黃化，使得LED燈珠出現光衰竭。另一面，LED金屬支架的鍍銀層，經過硫(S)化後，鍍銀層變黑，光反射效率變差，也會出現光衰竭，造成整體出光效果較差。硫化的原因，可能是空氣中硫成份，或者電路板中的硫成份，滲入LED燈珠內而發生硫化反應產生硫化銀(Ag ₂S)。因此市場急需改善LED支架以解決現有的問題。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種立體燈杯式的發光二極體支架，以解決上述背景技術中提出的杯狀塑料反射部包覆支架後，經通電發熱後產生老化，另外金屬鍍銀層發生硫化現象，從而出現光衰竭的問題。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種立體燈杯式的發光二極體支架，其包括金屬支架，所述金屬支架的中間位置形成立體狀燈杯，所述金屬支架包括第一支架和第二支架，且第一支架和第二支架之間形成空槽，所述燈杯的內表面設置有金屬鍍銀反射面，所述金屬鍍銀反射面的表面鍍有抗硫化膜層。

本發明的其中一有益效果在於，本發明的立體杯狀的發光二極體支架如同凹面鏡原理，減少塑料反射部，初始的光反射效率的數值高，約達到98%，一段時間後，衰竭後光反射效率約為90%，說明光衰竭現象有效減少，本發明能夠有效延長LED正常亮度的時間，增加封裝的LED芯片的使用壽命。

區別於傳統架構，本發明採用金屬成型的立體燈杯式支架結構，有效降低塑料反射燈杯的面積比例，能夠有效避免傳統支架通過塑料燈杯，LED燈珠使用過程中，塑料燈杯因熱黃化而出現光衰竭的問題。此外，本發明的支架燈杯的內表面設置金屬鍍銀反射面，並鍍上抗硫化膜層，能夠減緩金屬鍍銀反射面的硫化，也能抑制光衰竭的速度，光效體現較佳，適用於更高功率與高亮度的LED支架的應用，達到節能的效果。

因塑料反射燈杯的反射特性為“擴散反射”，而鏡面的反射特性為“直接反射”，因此，立體燈杯支架的側面反射區，有效地降低塑料反射面積比例（60~70%），並由鏡面來取代之，便可形成“凹面鏡”原理成立，所以對光聚集效果提升，亦有效提高了光能“二次利用”效果（聚光）。

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圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者信號，但這些元件或者信號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一信號與另一信號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。

請參閱圖1至圖4，本發明提供的一種立體燈杯式的發光二極體支架，其包括金屬支架(metal lead frame)2。製造過程，由一平坦片狀金屬料片5，通過衝壓成型，形成多個金屬支架2。金屬支架2的後端部分連接於金屬料片5，金屬料片5的尺寸大於金屬支架2的尺寸。本實施例的圖式僅以一個金屬支架2作示例說明，實際上，一片金屬料片5可衝壓出多個金屬支架2。本實施例的金屬支架2的中間位置經過衝壓，部分彎折而形成金屬燈杯3。燈杯3在本實施例呈圓形，然而燈杯3的形狀根據光學需求設計而改變，並不限制於本實施例的圓形。例如可以是四邊形、或多角錐狀、或其他形狀。

本實施例的金屬支架2通過模具衝壓成型後剛好形成燈杯3。具體的說，金屬支架2包括第一支架21(或稱正極支架)和第二支架22(或稱負極支架)，第一支架21和第二支架22之間形成空槽201，以分開第一支架21以及第二支架22，分別作為兩個電極。衝壓時，所述第一支架21的周圍部分向上彎折以及第二支架22的周圍部分向上彎折而形成一金屬燈杯3。本實施例的燈杯3的內表面設置有金屬鍍銀反射面1，此外，較佳的，金屬鍍銀反射面1的內表面鍍有抗硫化膜層 (Anti-sulfur film)作為一種保護層4，舉例而言，抗硫化膜層可以為Miro(註冊商標)材料。然而，本發明的保護層4也可以是(或含有)抗紫外光(UV)層、抗刮層。

本發明的金屬料片可以採用Miro(註冊商標) 材料或Miro-Silver(註冊商標)金屬板。Miro(註冊商標)金屬板為德國安鋁(Alanod)公司製造的一種高反射率鏡面金屬板。此種金屬板以純鋁或純銀層作為基礎結構，運用物理氣相沉積 (Physical vapor deposition, PVD) 技術以真空方式蒸鍍、濺鍍銀於陽極處理過的鋁表面，以提高其表面反射率。

本實施例的金屬料片5通過衝壓，第一支架21具有第一底反射板211及第一側反射壁212，第一側反射壁212原本與第一底反射板211位於同一金屬板而呈同一平面，在衝壓的過程，第一側反射壁212向上豎起並局部彎折地連接於第一底反射板211。第一底反射板211的部分進一步向外延伸而形成兩根第一焊接腳部213。換句說話，第一側反射壁212的兩側邊被撕裂離開金屬料片5沿著預定的燈杯3底面的形狀向上彎折並傾斜地豎起。兩個第一焊接腳部213位於空槽201的下方。

第二支架22具有第二底反射板221及第二側反射壁222，第二側反射壁222原本與第二底反射板221位於同一平面，在衝壓後，第二側反射壁222向上豎起並局部彎折地連接於第二底反射板221。換句說話，第二側反射壁222的兩側邊被撕裂離開金屬料片5沿著預定的燈杯底面的形狀向上彎折並傾斜地豎起。本實施例衝壓後，第一底反射板211與第二底反射板221位於同一平面且共同形成燈杯3的底部，在本實施例中，燈杯3底面大致呈一圓形。第一側反射壁212與第二側反射壁222環繞在燈杯3的底部周圍而形成弧面反射區（凹面鏡原理），以提供反射並聚集光線的作用。

另外，第一支架21與第二支架22之間的空槽201大致呈U字形，但本發明不限制於此，或者可以呈一字形（空槽無特定形狀限制，其目的在於對正負極的隔開絕緣效果，但亦具有反射功能需求）。本實施例的第一支架21呈一銳角狀的部分扇形，第一支架21兩側邊的夾角約為50度，但本實施例不限制於此，可以為30度至75度。第二支架22還可以形成至少一個弧面槽220，第二底反射板221的部分進一步向外延伸而形成兩根第二焊接腳部223，本實施例設有兩個弧面槽220，兩個弧面槽220呈一銳角。兩個第二焊接腳部223各位於兩個弧面槽220的下方。弧面槽220貫穿第二側反射壁222而不延伸至第二底反射板221。且第二焊接腳部223可以為平面（無特定限制）。弧面槽220數量可以是一個或一對。本實施例的第一底反射板211主要可供引線連接於LED芯片8，第二底反射板221供置放LED芯片8並連接引線。本實施例的兩個弧面槽220大致與空槽201相對，且共同朝燈杯3的底部中心延伸。第一焊接腳部213與第二焊接腳部223為裸露在外的電極部，方便量產沖壓及焊接基板PCB之上與點燈測試用。

請參閱圖3及圖4，本實施例衝壓後的金屬支架2通過熱固或熱塑工藝的注塑製程，固定有塑料托架6，塑料托架6在本實施例為矩形，但其形狀並不限制於此。本發明可依實際需要，形成不同形狀的設計。塑料托架6填補了所述空槽201與所述多個弧面槽220，也就是形成部分的塑料反射壁於第一焊接腳部213與第二焊接腳部223的上方，與第一支架21及第二支架22共同形成杯狀的容置空間以容納LED芯片8。LED芯片8再以引線(圖略)各自連接於第一支架21及第二支架22，第一底反射板211與第二底反射板221的底面也可作為LED燈珠的電極部。

請參閱圖3，本發明的金屬支架2的部分彎折形成所述第一側反射壁212與第二側反射壁222，可直接反射光線，取代了傳統發光二極體封裝結構的大部分塑料反射面，相較於傳統的全塑料燈杯，本發明以金屬材料形成的第一側反射壁212與第二側反射壁222佔燈杯的全部反射面積約60~70%，直接以金屬支架2作為反射杯的結構。本實施例的第一側反射壁212與第二側反射壁222佔整個反射環狀面積的60~70%。

請參閱圖5A至圖6B，傳統架構的金屬支架2a剖面為一矩形（如圖5A及圖5B所示），包括平板狀的第一支架21a及第二支架22a，通過熱塑工藝或者熱固工藝形成傳統的塑料托架7a（如圖6A及圖6B所示），塑料托架7a內形成燈杯3a，而金屬支架2a的反射面28a設置在燈杯3a的底部，屬於漫射型反射，反射效率不佳。傳統LED燈珠結構主要倚賴塑料托架7a形成的反射斜面71a以反射光線。傳統結構為加強反射率，塑料托架7a一般是以EMC塑料（熱固工藝）或PCT塑料（熱塑工藝）形成白色反射牆。然而，這些材料主要缺點是會產生光衰（85~90%衰竭至70~80%），而降低反射率。當安裝有LED芯片點燈測試後，底面的銅金屬鍍銀反射面搭配EMC或PCT的反射牆，因一般銀的反射率為95%，鍍銀面被硫(S)化後會變黑，經硫化後，反射率降低為70～75%，因此出現光衰。

本發明未使用塑料材質作為金屬鍍銀反射面1的基底，而是金屬材質作為金屬鍍銀反射面1的基底，並衝壓形成燈杯3，使金屬鍍銀反射面1為鏡面反射屬“直射型反射”，反射率高。較佳的，本發明還在鍍銀層表面有抗硫化處理，設成一抗硫化膜層，使光衰速度慢。

然而，本發明的金屬支架2的材料並不限制於上述的，金屬支架2可以為鐵質金屬支架、或銅質金屬支架、或鋁質金屬支架。金屬支架2也可以為Miro(註冊商標)材料支架，具體的說，金屬支架以鋁為基材，運用物理氣相沉積技術以真空方式蒸鍍、濺鍍銀於陽極處理過的鋁表面，形成所述金屬鍍銀反射面。

請參閱圖3及圖4，本實施例為了驗證塑料托架6對光效的影響，在金屬支架周圍通過熱固或熱塑工藝固定有塑料托架6（既塑料燈杯材料），塑料托架6外型設置為矩形及多種形狀設計，且塑料托架6填補金屬支架2的空槽201和兩個弧面槽220而形成塑料反射部(61, 611, 62)，塑料反射部(61, 611, 62)與第一側反射壁212及第二側反射壁220共同形成環狀的反射杯面），塑料托架6與抗硫化膜層4棱邊接觸（如圖3和圖4所示，與其同平面）。塑料反射部 61, 611填滿空槽201，塑料反射部 62填滿弧面槽220。

第一支架21和第二支架22之間的空槽201，以及金屬支架2的第二支架22上預設的兩段弧面槽220被塑料充填且固定，且充填的厚度剛好為金屬支架2的厚度，形成一個完整塑料托架6的燈杯3結構，整個呈喇叭狀，抗硫化膜層4覆蓋在燈杯3內表面未有塑料位置，當LED芯片被固定後，將熒光粉封裝後，LED芯片發出的光源被抗硫化膜層4反射，反射率高，使整體的出光效率高。之後於金屬支架2底部上錫並將其焊固定於基板5上，便為一完整燈座。

請參閱圖7，本發明將對照組1-3與本實施例比較，對照組為傳統平面式金屬支架結合反射牆。對照組1的平面式金屬支架為銅支架鍍銀反射面結合PCT的反射牆；對照組2的平面式金屬支架為銅支架鍍銀反射面結合EMC的反射牆；對照組3的平面式金屬支架為Miro(註冊商標) 的金屬基板結合PCT的反射牆；測試結果整理如下列表格。

	對照組1（傳統）	對照組2（傳統）	對照組3（傳統）	本發明
材料組合 光效	平面式銅材支架鍍銀+PCT	平面式銅材支架鍍銀+EMC	平面式Miro材料支架+PCT	Miro材料立體金屬支架+PCT
初期光效	94%	89%	94%	98%
衰竭光效	73%	78%	83%	90%

對照組2，以EMC為全塑料燈杯的反射率為80%（先行老化而穩定）。對照組1，以PCT為全塑料燈杯雖反射率達90～95%，但因熱黃化後為73%左右，所以初始反射率較低，還會因熱而黃化，因此無論是熱固工藝還是熱塑工藝，只要使用塑料材質，都會存在材質老化的現象，因此亦均會對光效有影響；所以實際使用中，有整體的初始光效不夠高，光衰速度明顯大等現象（如圖7所示）。對照組2採用熱固工藝(EMC材料)的傳統塑料燈杯反射結構的初始光效為89%，一段時間後的衰竭光效為78%，下降11%；對照組1採用熱塑工藝(PCT材料)的傳統塑料燈杯反射結構的初始光效為94%，一段時間後的衰竭光效為73%，下降21%，衰竭速度快；另外，對照組3採用Miro(註冊商標)材料平面式支架結合PCT熱塑工藝的傳統塑料燈杯反射結構的初始光效為94%，同樣一段時間後，因PCT材質老化衰竭使光效降為83%，下降11%，衰竭程度也是明顯。

其中，對照組3，平面式Miro支架結合PCT（熱塑）全塑料燈杯，初始光效為94%，同樣一段時間後的衰竭光效為83%，下降11%。此設計與傳統支架相同，僅將金屬支架部分更換為Miro材料。

其中，本實施例以Miro材料形成金屬的立體燈杯支架，初始光效為98%，同樣一段時間後的衰竭光效為90%，下降8%。

其中，對照組3的Miro支架結合PCT（熱塑）與對照組2熱固工藝（EMC材料）的傳統塑料燈杯反射結構的光效數值下降相同，但對照組3的Miro支架結合PCT材料（熱塑）的初始光效數值大於對照組2熱固工藝（EMC）的傳統塑料燈杯反射結構的初始光效數值，大了5%，且衰竭光效數值依舊大於對照組2熱固工藝（EMC）的傳統架構的衰竭光效數值，大於5%，說明整體效果還是Miro燈杯支架較前三項傳統設計之支架更優。

本實施例的Miro材料的立體燈杯支架（其中塑料燈杯面積比例降低為30~40%），對比於對照組3：Miro材料的平面式支架結合PCT（熱塑塑料燈杯面積比例100%），本實施例的初始光效相較於對照組3大於4%，在同一段時間後，本實施例Miro燈杯支架光效下降8%，而對照組3的Miro材料的平面式支架光效下降11%，證明本實施例的Miro材料的立體燈杯支架減少了塑料燈杯面積比例，對光效有良好的影響。

從對照組1(銅鍍銀平面式支架+PCT塑料燈杯)、對照組2(銅鍍銀平面式支架+EMC塑料燈杯)，對照組3(Miro材料的平面式支架+PCT塑料燈杯)，三組的塑料燈杯面積比例均為100%，以及本實施例Miro材料的立體燈杯支架（其中塑料燈杯面積比例降低為30~40%），四組的初始光效和衰竭光效的對比數值，本實施例Miro材料的立體燈杯支架的初始光效更大，同樣一段時間的光衰竭最慢，因此本實施例Miro材料的立體燈杯支架具有良好的出光效果，整體使用時間長，具有一定的節能效果。

綜上所述，本發明的有益效果至少在於：區別於傳統的塑料燈杯反射面屬“漫射型反射” （塑料燈杯面積比例100%），本發明一種較佳的實施例可以是採用Miro(註冊商標)金屬材料的立體燈杯，以金屬支架立體衝壓形成金屬反射壁，使得塑料燈杯面積比例降低為30~40%。Miro(註冊商標)金屬材料鍍上銀反射層及抗硫化層，使金屬鍍銀反射面為鏡面反射而屬於“直射型反射”，因此在某角度有特別亮的現象，但在封裝熒光粉與擴散劑後能夠改善其光型，本實施例通過提高表面反射率可以提高整體出光效率。

區別於傳統架構設計，本發明是採用金屬成型的立體燈杯式支架結構（塑料燈杯面積比例降低為30~40%），能夠有效避免傳統支架通過EMC塑料（熱固工藝）與PCT塑料（熱塑工藝）後（塑料燈杯面積比例為100%），LED芯片使用過程中，塑料因熱黃化而出現光衰竭的問題。此外，本實施例的金屬鍍銀反射面設置在整個立體支架燈杯的內表面，並已在金屬鍍銀反射面鍍上抗硫化膜層，抗硫化膜層能夠減緩甚至不會使金屬鍍銀反射面的硫化，也能抑制光衰竭的速度，通過Miro材料與燈杯形狀的應用與設計，本發明有效降低塑料反射面積比例，光效體現好，適用於更高功率與高亮度的LED支架的應用，達到節能的效果。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

[本發明] 1:金屬鍍銀反射面 2:金屬支架 21:第一支架 211:第一底反射板 212:第一側反射壁 213:第一焊接腳部 201:空槽 22:第二支架 220:弧面槽 221:第二底反射板 222:第二側反射壁 223:第二焊接腳部 3:燈杯 4:保護層 5:基板 8:LED芯片 6:塑料托架 61, 611, 62:塑料反射部

[先前技術] 2a:金屬支架 21a:第一支架 22a:第二支架 28a:反射面 3a:燈杯 7a:塑料托架 71a:反射斜面

圖1為本發明的立體燈杯式的發光二極體支架注塑前的俯視圖。

圖2為本發明的立體燈杯式的發光二極體支架注塑前沿著圖1的II-II線的剖視圖。

圖3為本發明的立體燈杯式的發光二極體支架注塑後的俯視圖。

圖4為本發明的立體燈杯式的發光二極體支架注塑後沿著圖3的IV-IV線的剖視圖。

圖5A及圖5B為傳統的LED支架結構注塑前的結構示意圖。

圖6A及圖6B為傳統的LED支架結構注塑後的結構示意圖。

圖7為本發明與傳統LED支架結構的對照組光學反射效率模擬推算比較圖。

1:金屬鍍銀反射面

2:金屬支架

21:第一支架

211:第一底反射板

212:第一側反射壁

213:第一焊接部

201:空槽

22:第二支架

220:弧面槽

221:第二底反射板

223:第二焊接部

3:燈杯

4:保護層

5:基板

Claims (9)

1. 一種立體燈杯式的發光二極體支架，包括：金屬支架，所述金屬支架包括第一支架以及第二支架，所述第一支架的周圍部分彎折以及第二支架的周圍部分向上彎折而形成燈杯，所述第一支架與所述第二支架之間形成一空槽，所述燈杯的內表面設置有一金屬鍍銀反射面，所述金屬鍍銀反射面的表面鍍有保護層；其中所述第一支架具有第一底反射板及第一側反射壁，所述第二支架具有第二底反射板及第二側反射壁，所述第一側反射壁向上彎折地連接於所述第一底反射板，所述第二側反射壁向上彎折地連接於所述第二底反射板，其中所述第一底反射板與所述第二底反射板位於同一平面，且共同形成所述燈杯的底部，所述第一側反射壁與所述第二側反射壁形成弧面反射區。
2. 如請求項1所述的立體燈杯式的發光二極體支架，其中所述第二支架上設置有至少一弧面槽，且所述至少一弧面槽在注入塑料後的高度、形狀皆與第一側反射壁及第二側反射壁相同。
3. 如請求項2所述的立體燈杯式的發光二極體支架，其中所述第二支架具有兩個所述弧面槽，兩個所述弧面槽貫穿所述第二側反射壁而不延伸至所述第二底反射板。
4. 如請求項3所述的立體燈杯式的發光二極體支架，其中兩個所述弧面槽大致位於所述空槽的對面，朝所述燈杯的底部中心延伸，兩個所述弧面槽呈一銳角。
5. 如請求項1所述的立體燈杯式的發光二極體支架，其中所述第一底反射板的部分進一步向外延伸而形成至少一第一焊接腳部，所述第二底反射板的部分進一步向外延伸而形成至少一第二焊接腳部。
6. 如請求項1所述的立體燈杯式的發光二極體支架，其中所述第一支架呈一銳角狀的部分扇形。
7. 如請求項1所述的立體燈杯式的發光二極體支架，其中所述保護層為抗硫化層、或抗紫外光層、或抗刮層。
8. 如請求項1所述的立體燈杯式的發光二極體支架，其中所述金屬支架為鐵質金屬支架、或銅質金屬支架、或鋁質金屬支架。
9. 如請求項1所述的立體燈杯式的發光二極體支架，其中所述金屬支架以鋁為基材，運用物理氣相沉積技術以真空方式蒸鍍、濺鍍銀於陽極處理過的鋁表面，形成所述金屬鍍銀反射面。

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