TWI451605B - 具有金屬反射面與散熱塊之發光二極體結構 - Google Patents

Description

具有金屬反射面與散熱塊之發光二極體結構

本發明係關於一種發光二極體及其金屬支架；具體而言，本發明係關於一種具有散熱效果及高出光率之發光二極體及其金屬支架。

發光二極體具有低功耗及使用壽命長等特性，被廣泛應用在建築景觀裝飾、室內照明、商業空間、大眾運輸、汽車、電腦、手機等領域。一般而言，以目前主流的5630封裝體看來(即支架尺寸為長5.6mm寬3.0mm)，其雖然具有散熱設計，但隨著客戶需求提升，其發光效率與散熱設計已明顯不足。發光二極體封裝製程的主要課題有出光率及散熱兩部份。

如圖1所示，習知之發光二極體主要包括碗杯30、樹脂封裝體50及發光二極體晶片70。其中碗杯30配置有電極10，該發光二極體晶片70與碗杯30之電極10形成電性連接。此種發光二極體因為其樹脂封裝體50與外部介質折射率的差異，造成光線在發光二極體的樹脂封裝體50中產生全反射。經過多次反射後，能量被碗杯30大幅吸收，造成整體出光效率不佳。若加設如聚鄰苯二甲醯胺(polyphthalamide,PPA)等高分子材料在碗杯30內面作為反射體，則容易發生黑化問題而造成光衰減。

在其他習知做法中，於電極上使用金屬反射體則須在反射體底部增加一絕緣結構與電極隔離，造成製造上困難較為複雜。另外，封裝製程中無散熱設計之發光二極體將導致不當的散熱，使得發光二極體的光強度與使用壽命衰減。

本發明之一目的在於提供一種發光二極體及其金屬支架，藉由厚部突出於碗杯結構之表面，形成散熱部，可迅速散熱並保持較低的接面溫度。

本發明之另一目的在提供一種發光二極體及其金屬支架，設置有複數反射結構於金屬支架的反射面或杯壁之內表面上，使光線能快速避開全反射，以解決傳統發光二極體之光線在封裝體中，因全反射而造成的出光效率不佳等問題。

發光二極體金屬支架包含平台部及散熱部；平台部具有一台面及位於該台面相對兩側之第一側邊及第二側邊。散熱部係自平台部背向台面延伸形成，並具有曝露之散熱面。自第一側邊及第二側邊朝向離開台面之方向分別延伸形成第一反射翼及第二反射翼。其中第一反射翼及第二反射翼分別具有一反射面並與台面所在平面夾有一預設角度，且該散熱面係突出於第一反射翼及第二反射翼，與反射面相背之底面形成落差。

發光二極體包含發光二極體金屬支架、發光晶片及碗杯結構；發光晶片設置於金屬支架之台面上。碗杯結構自外側包覆發光二極體金屬支架以遮蔽第一反射翼及第二反射翼之底面，並露出散熱部之散熱面；其中碗杯結構具有一杯壁，該杯壁具有內表面與第一反射翼及第二反射翼之反射面連接。

本發明係提供一種具有金屬反射面與散熱塊之發光二極體。發光二極體結構係主要包含發光二極體金屬支架；金屬材料可為銅、銅合金或在金屬反射面上包含鍍銀之結構。在較佳的實施例中，此發光二極體可作為發光二極體照明、液晶電視或液晶面板之背光光源。

如圖2所示之發光二極體金屬支架100與碗杯結構502的剖面圖，發光二極體金屬支架100主要包含平台部200及散熱部300；平台部200具有一台面206及位於該台面206相對第一側邊201及第二側邊202之第一反射翼401及第二反射翼402。第一反射翼401及第二反射翼402係朝向離開台面206之方向a分別延伸形成。第一反射翼401及第二反射翼402分別具有一反射面404並與台面206所在平面夾有一預設角度θ。

散熱部300係自平台部200背向台面206向下延伸形成，並具有曝露之散熱面302，藉由厚部突出於碗杯結構502之表面，形成曝露的散熱面302，可將發光晶片產生之熱量迅速散出，以延長發光二極體的光強度與使用壽命。

散熱面302係突出於第一反射翼401及第二反射翼402，與金屬反射翼之底面406形成落差。散熱部300之側壁304則形成於落差部份的四周，與第一反射翼401及第二反射翼402之交界處分別形成為側壁304之跟部408。在發光二極體金屬支架100之外部形成碗杯結構502，碗杯結構502係露出散熱部300之散熱面302並包覆自散熱部300的側壁304、第一反射翼401及第二反射翼402的底面406及向上延伸至封裝體500頂部。所述之預設角度θ可包含0度至90度之間，以調整光線路逕而達到較高的出光效率。

如圖3A至3C所示之示意圖中，發光二極體金屬支架100之第一反射翼401及第二反射翼402可藉由不同的凹槽410設置而加工形成。凹槽410係位於第一反射翼401及第二反射翼402與散熱部側壁304交界，沿著跟部408分別形成。在較佳的實施例中，如圖3A所示，凹槽410施作可以壓或切的方式，與第一反射翼401及第二反射翼402之反射面404同向，即位於反射翼與台面206的交界位置上。形成凹槽410可方便金屬材料向上折，以形成第一反射翼401及第二反射翼402。在其他實施例中，凹槽410亦可形成於第一反射翼401及第二反射翼402與散熱部側壁304交界，即與第一反射翼401及第二反射翼402之底面406同向，或於發光二極體金屬支架100上下兩面皆形成。

圖4為發光二極體金屬支架上視圖。如圖4所示，第一反射翼401及第二反射翼402係分別位於台面206之第一側邊201及相對第一側邊201之第二側邊202。第一反射翼401及第二反射翼402具有寬度W。第一反射翼401及第二反射翼402與台面206之交界位置形成頸部結構412，該頸部結構412之寬度小於第一反射翼401或第二反射翼402之寬度W。在頸部結構412之兩側分別具有缺口的圓形，形成半開放式穿孔414，該穿孔作為定位孔，供模具定位使用。另外，藉由頸部結構412兩側之穿孔亦可方便第一反射翼401及第二反射翼402向上折。

如圖4所示，發光二極體金屬支架100包含有第一電極座601，自台面206之第三側邊203向外延伸形成，第一電極座601與台面206藉頸部結構416相連接。而第二電極座602係設置與台面206之第四側邊204相對，且與第四側邊204間夾一間隔418；該間隔418作為絕緣之用，以區分電極之正負極性。其中第三側邊203及第四側邊204係為台面206之相對二側邊，且分別位於第一側邊201及第二側邊202之間。在其他實施例中，亦可沿平行第三側邊203及該第四側邊204之方向分離台面206，使台面206之一部分與第一電極座601相接，而另一部分與第二電極座602相接，分離之台面206中間夾有一間隔418，作為絕緣之用。

圖5為發光二極體金屬支架底部視圖。如圖5所示，金屬材料具有不同的厚度，可以使發光二極體金屬支架100底部於封裝後露出散熱面302。散熱部300係背向平台部200形成，其延伸至第一電極座601之底部。此外，第二電極座602之底部亦具有散熱部300。在其他實施例中，散熱部300可由平台部200之底部延伸至第一電極座601底部的一部分，第二電極座602之底部亦可部份設置散熱部300。

圖6A及圖6B為發光二極體之一實施例。如圖6A所示，發光二極體包含發光二極體金屬支架100、發光晶片700及碗杯結構502；發光晶片700設置於發光二極體金屬支架100之台面206上。碗杯結構502自外側包覆發光二極體金屬支架100，遮蔽第一反射翼401及第二反射翼402之底面406，及露出散熱部300之散熱面302碗杯結構502具有一杯壁，杯壁內表面504與第一反射翼401及第二反射翼402之反射面404連接，自第一反射翼401及第二反射翼402離開台面206之方向延伸形成。此外，在第一反射翼401及第二反射翼402之反射面404上具有複數反射結構800，該複數反射結構800規則分布在反射面404上，圍繞台面206分佈，如圖6B之上視圖所示。在此實施例中，反射結構800為三角形剖面之稜柱。藉由反射結構800的設置，可改變反射光線的路徑，幫助發光晶片700射出之光線快速逃脫全反射的路徑，以增加發光二極體之出光效率，避免光線在封裝體500中因多次反射而減低出光效率。在其他實施例中，反射結構800可為複數個塔體、半球體與其他結構。

圖7為發光二極體之另一實施例。如圖7所示，發光二極體之杯壁內表面504上形成有複數反射結構800，該複數反射結構800係圍繞台面206分佈。在此實施例中，反射結構800為三角形剖面之稜柱。與圖6A之設計相同的是，藉由此反射結構800的設置，可改變反射光線的路徑，幫助發光晶片700射出之光線快速逃脫全反射的路徑，以增加發光二極體之出光效率，避免光線在封裝體500中因多次反射而減低出光效率。在其他實施例中，設置於杯壁內表面504上的反射結構800可為複數個四面體、半球體與其他結構。

圖8A所示為反射結構800之另一實施例。在此實施例中，反射結構800係形成為一剖面為梯形之塔體，分布於反射面404上。在其他實施例中，反射結構800可為複數個梯形剖面之稜柱且規則分布於杯壁內表面504上，圍繞台面206設置。如圖8B所示，反射結構800係形成為一剖面為半圓形之半球體。在其他實施例中，反射結構800亦可為複數個半圓形剖面之半圓柱且規則分布於杯壁內表面504上，圍繞台面206設置。此外，反射結構800亦可為不規則的分布方式設置在反射面404或杯壁內表面504其中之一上，圍繞台面206設置。

本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明之範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未限制本發明之範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及範圍之修改及均等設置均包含於本發明之範圍內。

100．．．發光二極體金屬支架

200．．．平台部

201．．．第一側邊

202．．．第二側邊

203．．．第三側邊

204．．．第四側邊

206．．．台面

a．．．離開台面的方向

θ．．．預設角度

300．．．散熱部

302．．．散熱面

304．．．側壁

401．．．第一反射翼

402．．．第二反射翼

404．．．反射面

406．．．底面

408．．．跟部

410．．．凹槽

412．．．頸部結構

414．．．半開放式穿孔

416．．．頸部結構

418．．．間隔

500．．．封裝體

502．．．碗杯結構

504．．．杯壁內表面

601．．．第一電極座

602．．．第二電極座

700．．．發光晶片

800．．．反射結構

圖1為傳統發光二極體與封裝體剖面圖；

圖2為本發明發光二極體金屬支架與封裝體剖面圖；

圖3A至圖3C為發光二極體金屬支架凹槽形成示意圖；

圖4為發光二極體金屬與電極座上視圖；

圖5為發光二極體金屬與電極座底部視圖；

圖6A為具有反射結構之發光二極體實施例剖面圖；

圖6B為具有反射結構之發光二極體實施例上視圖；

圖7為具有反射結構之發光二極體另一實施例剖面圖；

圖8A及圖8B為反射結構之不同實施例上視圖。

200．．．平台部

206．．．台面

300．．．散熱部

302．．．散熱面

304．．．側壁

401．．．第一反射翼

402．．．第二反射翼

404．．．反射面

406．．．底面

408．．．跟部

502．．．碗杯結構

Claims (18)

1. 一種發光二極體金屬支架，包含：一平台部，具有一台面及位於該台面相對兩側之一第一側邊及一第二側邊；一散熱部，係自該平台部背向該台面延伸形成，並具有曝露之一散熱面，散熱部包含有一側壁設置於該散熱面側邊並連接該平台部；以及一第一反射翼及一第二反射翼，分別自該第一側邊及該第二側邊朝向離開該台面之方向延伸形成；其中該第一反射翼及該第二反射翼分別具有一反射面與該台面所在平面夾有一預設角度，且該散熱面係突出於該第一反射翼及該第二反射翼之與該反射面相背之一底面以形成一落差，該第一反射翼連接該側壁靠近該平台部之一跟部，其中該反射面與該底面係彼此平行，並自該側壁延伸而出，該底面係傾斜於該散熱部之一延伸方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體金屬支架，其中該第一反射翼及該側壁之交界位置沿該跟部形成一凹槽。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體金屬支架，其中該第一反射翼及該台面之交界位置形成一頸部結構，該頸部結構之寬度小於該第一反射翼之寬度。
4. 如申請專利範圍第3項所述之發光二極體金屬支架，其中該頸部結構之兩側分別形成一半開放式穿孔。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體金屬支架，其中該第一反射翼及該台面之交界位置沿該第一側邊形成一凹槽。
6. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體金屬支架，進一步包含：一第一電極座，自該平台部之一第三側邊向外延伸形成；以及一第二電極座，係設置與該平台部之一第四側邊相對，且與該第四側邊間夾一間隔；其中該第三側邊及該第四側邊係為該平台部之相對二側邊，且分別位於該第一側邊及該第二側邊之間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之發光二極體金屬支架，其中該散熱部之至少部分由該第一電極座背向該台面延伸形成。
8. 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體金屬支架，其中該反射面上形成有複數反射結構，該複數反射結構係圍繞該台面分佈。
9. 一種發光二極體，包含：一如申請專利範圍第1項至第8項其中之一所述之發光二極體金屬支架；一發光晶片，設置於該台面上；一碗杯結構，自外側包覆該發光二極體金屬支架以遮蔽該第一反射翼及該第二反射翼之該底面，並露出該散熱部之該散熱面；其中該碗杯結構具有一杯壁，該杯壁具有一內表面連接於該第一反射翼及該第二反射翼之該反射面，其中該第一反射翼及該第二反射翼係嵌入該杯壁中，該反射面係暴露於該杯壁且與該碗杯結構之該內表面齊平。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光二極體，其中該杯壁之該內 表面上形成有複數反射結構，該複數反射結構係圍繞該台面分佈。
11. 一種發光二極體金屬支架，包含：一平台部，具有一台面、一第一側邊、一第二側邊、一第三側邊及一第四側邊；其中該第一側邊及該第二側邊位於該台面之相對兩側，而該第三側邊及該第四側邊位於該台面之相對兩側，並分別位於該第一側邊及該第二側邊之間；一散熱部，係自該平台部背向該台面延伸形成，並具有曝露之一散熱面，散熱部包含有一側壁設置於該散熱面側邊並連接該平台部；一第一反射翼及一第二反射翼，分別自該第一側邊及該第二側邊朝向離開該台面之方向延伸形成；其中該第一反射翼及該第二反射翼分別具有一反射面與該台面所在平面夾有一預設角度，且該散熱面係突出於該第一反射翼及該第二反射翼之與該反射面相背之一底面以形成一落差，該第一反射翼連接該側壁靠近該平台部之一跟部，其中該反射面與該底面係彼此平行，並自該側壁延伸而出，該底面係傾斜於該散熱部之一延伸方向；一第一電極座，自該平台部之一第三側邊向外延伸形成；以及一第二電極座，係設置與該平台部之一第四側邊相對，且與該第四側邊間夾一間隔。
12. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體金屬支架，其中該第一反射翼及該側壁之交界位置沿該跟部形成一凹槽。
13. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體金屬支架，其中該第一反射翼及該台面之交界位置形成一頸部結構，該頸部結構之寬度小於該第一反射翼之寬度。
14. 如申請專利範圍第13項所述之發光二極體金屬支架，其中該頸部結構之兩側分別形成一半開放式穿孔。
15. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體金屬支架，其中該第一反射翼及該台面之交界位置沿該第一側邊形成一凹槽。
16. 如申請專利範圍第11項所述之發光二極體金屬支架，其中該反射面上形成有複數反射結構，該複數反射結構係圍繞該台面分佈。
17. 一種發光二極體，包含：一如申請專利範圍第11項至第16項其中之一所述之發光二極體金屬支架；一發光晶片，設置於該台面上，並分別與該第一電極座及該第二電極座電連接；一碗杯結構，自外側包覆該發光二極體金屬支架以遮蔽該第一反射翼及該第二反射翼之該底面，並露出該散熱部之該散熱面；其中該碗杯結構具有一杯壁，該杯壁具有一內表面連接於該第一反射翼及該第二反射翼之該反射面，其中該第一反射翼及該第二反射翼係嵌入該杯壁中，該反射面係暴露於該杯壁且與該碗杯結構之該內表面齊平。
18. 如申請專利範圍第17項所述之發光二極體，其中該杯壁之該內表面上形成有複數反射結構，該複數反射結構係圍繞該台面分佈。