TW201425809A - 發光二極體光源結構及使用此發光二極體光源結構的照明裝置 - Google Patents

Abstract

一種用於照明裝置的發光二極體光源結構，包含基板、連接於基板背面的中空柱、位於基板頂面的發光二極體晶粒及覆蓋住發光二極體晶粒的蓋體。特別的是蓋體與基板配合界定出一個供發光二極體晶粒配置的容置空間，且中空柱的高度是蓋體高度的2~10倍。本發明發光二極體光源結構能與燈座、燈罩相配合組合成照明裝置，並利用中空柱架高基板而令發光源遠離燈座的設計來增加出光角度與散熱效果，進而令整體發光二極體光源結構或照明裝置的使用壽命更長且達到全周角出光的效果。

Description

發光二極體光源結構及使用此發光二極體光源結構的照明裝置

本發明是有關於一種光源結構與使用此光源結構的照明裝置，特別是指一種以發光二極體為主的光源結構及其所成的照明裝置。

現今的照明裝置除了提供光線令人們於黑暗中視物之外，也常被用於裝潢設計、警示作用等等，其中更還有模擬蠟燭而製作的一種照明裝置。

蠟燭現在常被使用於寺廟祭拜、環境氣氛的營造等，但蠟燭燃燒容易受到外界干擾，如風吹、人為影響使得燭火熄滅，且蠟燭燃燒完後也必須再更換新的，不僅使用上較不便利，亦有空氣汙染的問題，甚至釀成火災，因此，為解決前述問題，發展出一種如圖1所示、外型與蠟燭相似而用以替代蠟燭的燭光燈1。

該燭光燈1包含一個燈座11、一個設置於該燈座11上的光源結構12、一個導光座體13、一個連接於該燈座11的燈罩14。

該燈座11具有一個燈板111，及一個遠離該燈板111且用以電性連接外部電源的電連接端112，該燈板111具有一個頂面113與一個相反於該頂面113的底面114，而該光源結構12與該導光座體13設置於該燈板111的頂面113，該燈罩14則連接於該燈座11並將該光源結構12與該導光座體13罩覆其中。

該光源結構12是利用高亮度、省電的發光二極體做為光源，具有一個連接於該燈板111的頂面113的基座21、至少一顆設置於該基座21中的發光二極體晶粒22及一個蓋覆於該發光二極體晶粒22上以保護該發光二極體晶粒22的封裝膠體23。

該發光二極體晶粒22是電性連接於該基座21，而該基座21又電性連接於該燈座11，因此外部電源可向該發光二極體晶粒22提供電力使該發光二極體晶粒22發光。

而為了講求燭光效果，必須借助該設置於該光源結構12上的導光座體13，將該發光二極體晶粒22發出的光導引至預定位置而形成如圖所示的一個虛擬光源100，令整體發光效果與蠟燭更相近。一般來說，業界大部分對於此種燭光燈等照明裝置的研發也都傾向於該導光座體13的構造進行研究，朝令該發光二極體晶粒22發出的光可以出光效率更高、更集中均勻發光的方向發展。

除此之外，目前常見的光源結構12為了集中正向出光的效果會設計成如圖2所示的態樣，該基座21概成平底碗狀且具有一個具有反光特性並圍繞界定出一個封裝空間210的內表面211，藉著此弧狀又能反光的內表面211將該發光二極體晶粒22所發出的光盡可能的反射後朝該基座21的上方開口射出，並利用該基座21中的一個接腳單元212以傳遞外部電源至該發光二極體晶粒22。

而該封裝膠體23則是充填於該封裝空間210中以完整覆蓋、保護該位於封裝空間210中的發光二極體晶粒22， 且該封裝膠體23是以高分子，例如樹脂等光學性良好的材料構成，此外該封裝膠體23還會添加螢光粉以調變發光顏色。

但由於該導光座體13一般也是以塑膠、壓克力等高分子材料構成，而與該封裝膠體23一樣會有耐熱不佳、受光黃化等問題，導致發光效果變差；而摻雜於該封裝膠體23的螢光粉也易因受熱衰變，產生光照顏色不均、甚至色調改變等問題。

因此，本發明之目的，即在提供一種導熱效果好、發光效率高且使用壽命長的發光二極體光源結構。

另外，本發明之另一目的，即在提供一種不需要導光元件、發光效率高且出光角度大的照明裝置。

於是，本發明發光二極體光源結構包含一個基板、一個中空柱、至少一顆發光二極體晶粒，及一個蓋體。

該基板包括一個頂面和一個相反於該頂面的背面。

該發光二極體晶粒，位於該基板的頂面且與該基板電性連接。

該蓋體覆蓋於該基板的頂面，該蓋體與該基板配合界定出一個容置空間，且該發光二極體晶粒配置於該容置空間。

該中空柱連接於該基板的背面且朝遠離該基板的背面的方向延伸，而該中空柱包括一個位於相反該基板一端的底面，其中，該中空柱的底面至該基板的背面的垂直高度 是該蓋體高度的2倍到10倍。

再者，本發明照明裝置包含一個燈座、一個發光二極體光源結構，及一個燈罩。

該燈座包括一個燈板及一個與外部電源電性連接的電連接端。

該發光二極體光源結構設置於該燈座上，包括一個基板、一個連接該基板的中空柱、至少一顆設置於該基板的發光二極體晶粒，及一個覆蓋該發光二極體晶粒的蓋體。

該基板包括一個頂面和一個相反於該頂面的背面，該發光二極體晶粒位於該基板的頂面且與該基板電性連接，該蓋體位於該基板的頂面並與該基板配合界定出一個容置空間，且該發光二極體晶粒配置於該容置空間中，該中空柱連接於該基板的背面且朝遠離該基板的背面的方向延伸而連設於該燈座上，並令該基板與該燈座是間隔不相接觸，而該中空柱包括一個位於相反該基板一端的底面且該底面且該底面至該基板的背面的垂直高度是該蓋體高度的2倍到10倍。

該燈罩則設置於該燈座上而將該發光二極體光源結構罩覆於內。

本發明有益之效果在於：首先利用中空柱的設計使設置有發光二極體晶粒的基板與燈座間隔相距，除了可以藉由中空柱來提高發光時的散熱效果，又因發光二極體晶粒的基板與燈座間隔相距，使得本發明之照明裝置具有更大的出光角度，達到全周角出光之效果。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3，本發明照明裝置之第一較佳實施例包含一個燈座3、一個發光二極體光源結構4，及一個燈罩5。

該燈座3包括一個供該發光二極體光源結構4設置的燈板31，及一與外部電源(圖未示)電性連接的電連接端32。

該燈罩5位於該燈板31頂面一側而將該發光二極體光源結構4罩覆於內，而該電連接端32則是位於該燈板31底面一側而與該燈罩5的設置是位於該燈板的兩相反側，藉著該燈座3、燈罩5共同配合出整體照明裝置的外型，並將該發光二極體光源結構4保護其中。

特別值得一提的是該架設在該燈座3上、整體外形有如火柴棒的發光二極體光源結構4，配合參閱圖4，該發光二極體光源結構4包括一個基板41、一個連接該基板41並架設於該燈板31的中空柱42、至少一顆設置於該基板41的一個頂面411上的發光二極體晶粒43、一個用以覆蓋該發光二極體晶粒43的蓋體44及一個電連接於該基板41的線路單元45。

該基板41還包括一個相反於該頂面411的背面412， 該中空柱42一端連接於該基板41的底面412並朝遠離該基板41的方向延伸形成而將該基板41架設於該燈板31的上方，藉此令該基板41與該燈板31彼此間隔不接觸。

該發光二極體晶粒43(在本第一較佳實施例是以一顆發光二極體晶粒作為說明，但實際使用上當然可以依需求、發光二極體晶粒本身瓦數等有不同的數量配置)固設於該基板41的頂面411並與該基板41電性連接。補充說明的是，本第一較佳實施例中是使用一種亦適用於高功率發光二極體晶粒的設置方式，該發光二極體晶粒43是利用覆晶(Flip chip)技術固設於該基板41，不僅可節省傳統以金線打線的空間、成本，還能令發光效果更均勻。

該中空柱42具有一個遠離該基板41的底面421和一個形成於該底面421的底部開口420，該底部開口420供該線路單元45穿設通過以電性連接於該燈座3，也就是說，該線路單元45一端連接於該基板41且電性連接於該基板41並容設於該中空柱42中、另一端則穿過該底部開口420後電性連接於該燈座3，藉該電路單元45形成的電通路用以將外部電力經由該燈座3的電連接端32、該線路單元45、該基板41而傳送至該發光二極體晶粒43而令該發光二極體晶粒43發光。

在本第一較佳實施例中該中空柱42是概成圓柱狀，當然在實施上也可設計為多角柱狀以符合散熱效果。而在該發光二極體晶粒43通電發光的同時亦會產生熱能，因此，該中空柱42較佳是以導熱、散熱效果好的材料構成，例如 鋁、鋁、錫、銅、銀、金或其組合物，在本第一本較佳實施例則是以鋁為選擇，因此該中空柱42除了用以將該放置該發光二極體晶粒43的基板41架高、配置於預定位置而不再需要傳統導光座體的設置外，還能進一步的提高了該發光二極體光源結構4整體的散熱效果以改善發光效率。

詳細地說，傳統導光座體(見圖1元件標號13)的設置是要將光線利用多次反射、折射導引至預定位置使得燭光效果更佳，但在導光過程中，仍是會有部分光線折射穿出該導光座體外，使得集光效果降低、發光效率當然也就跟著下降、光形也較無法達到預期，但本發明照明裝置則是藉由該中空柱42使得該發光二極體光源結構4可以很精準的將光源控制在所需位置；另外，眾所皆知的是發光二極體光源另一問題在於其散熱問題，而利用該中空柱42可以將熱源(即發光二極體晶粒43)遠離該燈板31、提高散熱的效果。

本發明另一個特別之處還有該蓋體44的配設，該蓋體44覆蓋於該基板41的頂面411，且該蓋體44與該基板41配合界定出一個容置空間440，而該發光二極體晶粒43則是位於該容置空間440中，該容置空間440的大小一般是以該發光二極體晶粒43所需的空間而定。此外，該蓋體44主要構成材料包含二氧化矽或三氧化二鋁，由於二氧化矽(即玻璃)具有良好的光學性質、堅硬、在日常環境成化學惰性，且絕緣導熱效果佳，因此以二氧化矽構成的蓋體44取代傳統高分子材料構成的封裝膠體，除了可提供該發光二極體晶粒43更完備的保護力，不易受光、熱影響而有 劣化等問題，由於該主要以二氧化矽構成的蓋體44的導熱、散熱效果佳，因此為了提高該發光二極體晶粒43發光同時產生的熱能的散熱效果，該發光二極體晶粒43與該蓋體44間的空隙愈小愈好，也就是該容置空間440的大小在本第一較佳實施例中實質僅供該發光二極體晶粒43容置，以使得該發光二極體晶粒43發光產生的熱可以很快的向外傳遞散出。

本發明又一特別之處在於發光二極體光源結構4中該中空柱42與該蓋體44的配置。參閱圖4，該中空柱42的高度H與該蓋體44的高度d的比值為2到10，使該發光二極體光源結構4外觀呈現細長且類似火柴的棒狀令該發光二極體晶粒43遠離燈板31，而能使得發光光形更接近燈泡、燭光以符合需求外，而熱源(即發光二極體晶粒43)所產生的熱則藉由中空柱42傳遞出去、達到較好的散熱效果。較佳地，該蓋體44的高度介於0.5公分至2公分，而該中空柱42的高度介於1公分至4公分。

除了如圖4的實施態樣外，該中空柱42與該蓋體44的配置還可如圖5所示，該中空柱42垂直截面的最大徑寬D是小於該基板41的寬度W。更詳細的說，該基板41的寬度W是該中空柱42的最大徑寬D的1倍到3倍，在考慮結構穩定度下，W不適合大於D的3倍避免該基板4傾斜不穩，而D過寬則失去了對光形的要求，因此，該發光二極體光源結構4在兼顧發光面積、角度和散熱效率的情 況下，其外觀結構呈現特殊的火柴造型。此種外觀似火柴棒的設計除了可以將發光二極體晶粒43遠離該燈板31、達到較大的出光角度外，同時也藉由中空柱42達散熱效果，適用於各種照明裝置的配置。

參閱圖6，本發明照明裝置之第二較佳實施例與該第一較佳實施例相似，其不同之處僅在於該發光二極體光源結構4還包括一層螢光膜層46。

更仔細地說，該蓋體44還具有一個遠離該發光二極體晶粒43的外表面441，該螢光膜層46包覆於該蓋體44的外表面441上，藉由螢光膜層46調整出光顏色以提供不同的光源需求。

特別的是，本發明的螢光膜層46由於是位於該蓋體44外表面441，因此與熱源(該發光二極體晶粒43)相隔離，且在第二較佳實施例中該蓋體44主要是由玻璃材料構成，其導熱、散熱良好能減弱該容置空間440中的發光二極體晶粒43產出的高溫對該螢光膜層46的影響，進一步的改善該螢光膜層46長期使用下的光衰情形。

綜上所述，本發明照明裝置利用該特殊構造的發光二極體光源結構4使得出光效果更佳，而該發光二極體光源結構4除了以該中空柱42令該發光二極體晶粒43與該基板41遠離該燈座3提高出光角度外，還能利用本身結構、材料再進一步地加強散熱、導熱以改善該發光二極體晶粒43的發光效率、進而提高本發明照明裝置整體的使用壽命、發光效能；再者，該由玻璃構成的蓋體44又能提供該發 光二極體晶粒43更好的保護效果、外形也更美觀且折射發出的光線也更均勻，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧照明裝置

11‧‧‧燈座

111‧‧‧燈板

112‧‧‧電連接端

113‧‧‧頂面

114‧‧‧底面

12‧‧‧光源結構

21‧‧‧基座

22‧‧‧發光二極體晶粒

23‧‧‧封裝膠體

13‧‧‧導光座體

14‧‧‧燈罩

100‧‧‧虛擬光源

210‧‧‧封裝空間

211‧‧‧內表面

212‧‧‧接腳單元

3‧‧‧燈座

31‧‧‧燈板

32‧‧‧電連接端

4‧‧‧發光二極體光源結構

41‧‧‧基板

411‧‧‧頂面

412‧‧‧背面

42‧‧‧中空柱

420‧‧‧底部開口

421‧‧‧底面

43‧‧‧發光二極體晶粒

44‧‧‧蓋體

440‧‧‧容置空間

441‧‧‧外表面

45‧‧‧線路單元

46‧‧‧螢光膜層

5‧‧‧燈罩

圖1是一剖面示意圖，說明現有的照明裝置；圖2是一剖面示意圖，說明現有的照明裝置的光源結構；圖3是一剖面示意圖，說明本發明照明裝置之第一較佳實施例；圖4是一剖面示意圖，說明該第一較佳實施例的發光二極體光源結構；圖5是一剖面示意圖，說明發光二極體光源結構的令一個實施態樣；圖6是一剖面示意圖，說明本發明照明裝置之第二較佳實施例。

4‧‧‧發光二極體光源結構

41‧‧‧基板

411‧‧‧頂面

412‧‧‧背面

42‧‧‧中空柱

420‧‧‧底部開口

421‧‧‧底面

43‧‧‧發光二極體晶粒

44‧‧‧蓋體

440‧‧‧容置空間

45‧‧‧線路單元

H、d‧‧‧高度

W‧‧‧寬度

D‧‧‧徑寬

Claims (18)

1. 一種發光二極體光源結構，包含：一個基板，包括一個頂面和一個相反於該頂面的背面；至少一顆發光二極體晶粒，位於該基板的頂面且與該基板電性連接；一個蓋體，覆蓋於該基板的頂面，該蓋體與該基板配合界定出一個容置空間，且該發光二極體晶粒配置於該容置空間；及一個中空柱，連接於該基板的背面且朝遠離該基板的背面的方向延伸，而該中空柱包括一個位於相反該基板一端的底面；其中，該中空柱的底面至該基板的背面的垂直高度是該蓋體高度的2倍到10倍。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體光源結構，其中，該蓋體的主要構成材料包含二氧化矽。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體光源結構，進一步包括一層螢光膜層，該螢光膜層包覆於該蓋體的一個遠離該發光二極體晶粒的外表面。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體光源結構，其中，該發光二極體晶粒是以覆晶的方式連接於該基板的頂面。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體光源結構，其中，該容置空間的大小實質僅供該發光二極體晶粒容 置。
6. 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體光源結構，其中，該中空柱的材料是選自於鋁、錫、銅、銀、金或其組合物。
7. 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體光源結構，其中，該基板面積是該中空柱於該基板的正投影面積的1倍到3倍。
8. 依據申請專利範圍第1項所述之發光二極體光源結構，其中，該中空柱成圓柱狀且還包括一個形成於該中空柱的底面的底部開口。
9. 依據申請專利範圍第8項所述之發光二極體光源結構，進一步包含一個線路單元，該線路單元容置於該中空柱中並電性連接於該基板而供應電力於該基板使該電性連接於該基板的發光二極體晶粒發光，且該線路單元是由該中空柱的底部開口穿設通過以連接外部電源。
10. 一種照明裝置，包含：一個燈座，包括一個燈板，及一個與外部電源電性連接的電連接端；一個發光二極體光源結構，設置於該燈座上，包括一個基板、一個連接該基板的中空柱、至少一顆設置於該基板的發光二極體晶粒，及一個覆蓋該發光二極體晶粒的蓋體，該基板包括一個頂面和一個相反於該頂面的背面，該發光二極體晶粒位於該基板的頂面且與該基板電性連接，該蓋體位於該基板的頂面並與該基板配合界 定出一個容置空間，且該發光二極體晶粒配置於該容置空間中，該中空柱連接於該基板的背面且朝遠離該基板的背面的方向延伸而連設於該燈座上，並令該基板與該燈座是間隔不相接觸，而該中空柱包括一個位於相反該基板一端的底面且該底面至該基板的背面的垂直高度是該蓋體高度的2倍到10倍；及一個燈罩，設置於該燈座上而將該發光二極體光源結構罩覆於內。
11. 依據申請專利範圍第10項所述之照明裝置，其中，該蓋體的主要構成材料包含二氧化矽。
12. 依據申請專利範圍第10項所述之照明裝置，進一步包括一層螢光膜層，該螢光膜層包覆於該蓋體的一個遠離該發光二極體晶粒的外表面。
13. 依據申請專利範圍第10項所述之照明裝置，其中，該發光二極體晶粒是以覆晶的方式連接於該基板的頂面。
14. 依據申請專利範圍第10項所述之照明裝置，其中，該容置空間的大小實質僅供該發光二極體晶粒容置。
15. 依據申請專利範圍第10項所述之照明裝置，其中，該中空柱的材料是選自於鋁、錫、銅、銀、金或其組合物。
16. 依據申請專利範圍第10項所述之照明裝置，其中，該基板面積是該中空柱於該基板的正投影面積的1倍到3倍。
17. 依據申請專利範圍第10項所述之照明裝置，其中，該中空柱成圓柱狀且還包括一個形成於該中空柱的底面的底 部開口。
18. 依據申請專利範圍第17項所述之照明裝置，進一步包含一個線路單元，該線路單元容置於該中空柱中並分別電性連接該基板與該燈座而供應電力於該基板，而使該電性連接於該基板的發光二極體晶粒發光，且該線路單元是由該中空柱的底部開口穿設通過以連接於該燈座。