TWI390761B - 發光二極體封裝 - Google Patents

Description

發光二極體封裝

本發明是關於發光二極體封裝，且更特定而言，本發明是關於使用熱電元件的發光二極體封裝。

發光二極體(在下文中稱作“LED”)指的是具有正-負接面結構之半導體裝置，其中注入少數載子(電子或電洞)，且經由載子的複合發射光。可藉由更改合成半導體的材料(例如，GaAs、AlGaAs、GaN、InGaN及AlGaInP)來建構各種發光源，以提供具有多種色彩之光。LED之亮度與經施加至其發光晶片的電流成比例，而經施加至發光晶片之電流與產生自發光晶片的熱量成比例。從而，應施加高電流，以增加LED之亮度。然而，因為發光晶片可能會因自其產生之熱量而受到損壞，所以存在不能無限增加電流的問題。即，當施加至發光晶片之電流增加時，自其產生之熱量亦增加。

圖5為包括基板(至少一個發光晶片安裝於其上)及一對引線框架之習知發光二極體封裝的橫截面圖。基板由絕緣樹脂形成，且具有經形成以圍繞發光晶片的反射部分。發光晶片之兩個電極經由傳導電線連接至各自的框架。引線框架相互間電熱隔離。

在如上文所述建構之習知發光二極體封裝中，經由引線框架消散產生自發光晶片的熱量。然而，僅經由發光二極體封裝之引線框架的散熱，在散熱量方面存在限制。特 別地，對於新近開發之高功率發光二極體封裝，僅經由引線框架之熱傳導不足以散熱。即，若在發光二極體封裝中無適當的散熱結構，則不能有效消散產生自發光晶片的熱量，藉此，導致縮短發光晶片之使用壽命的問題。

構思本發明，以解決先前技術中的上述問題。本發明之目標為提供發光二極體封裝，其中採用熱電元件，以有效地將產生自發光晶片之熱量消散至外部，藉此，延長發光晶片的使用壽命，並從而改良發光二極體之功能。

為了達成此目標，本發明提供包括熱電元件及至少一個安裝於熱電元件上之發光晶片的發光二極體封裝。另外，本發明提供包括外殼、經耦合至外殼之熱電元件及至少一個安裝於熱電元件上之發光晶片的發光二極體封裝。熱電元件可包含：其上安裝發光晶片之熱吸收部分、平行於熱吸收部分的散熱部分，及安置於熱吸收部分與散熱部分間之多個熱電半導體。多個電極形成於所述熱電元件的頂面上，所述電極與所述發光晶片以及所述熱電元件電性耦接，且所述發光晶片安裝於所述電極中的至少一個上。

本發明之發光二極體封裝可進一步包括圍繞發光晶片提供的反射部分。

本發明之發光二極體封裝可進一步包括經耦合至熱電元件的散熱片。

在下文中，將參考附圖對本發明之較佳實施例進行詳 細描述。然而，本發明並不限於此等實施例，而可經建構成不同形式。僅為說明之目的及熟習此項技術者對本發明之範疇的全面瞭解，而提供此等實施例。貫穿各圖式，由相似參考數字表示相似元件。

圖1及圖2為特定說明熱電效應的視圖。如圖1之所示，在相同金屬間搭接半導體(例如，摻雜n型雜質的半導體)，且將金屬中之一者連接至電源的正電極，而將金屬中之另一者連接至電源的負電極。在此情況下，n型半導體中之電子移動至一個金屬，再移動至另一金屬，導致電流的流動。如圖2之所示，自金屬流動至n型半導體之電荷載子(意即，電子)僅限於具有大於電位障(E_c -E_f )/e[J/C]之能量者。因此，僅具有(E_c -E_f )之和及在絕對溫度T下具有電子之平均動能3k_B T/2的電子能夠流入n型半導體區域。在此，E_c 為n型半導體之傳導帶的能階，E_f 為n型半導體的費米能階，e為電子之電荷的數量，及K_B 為波茲曼常數。在金屬中之一者與n型半導體間之介面中，當電荷載子自金屬中之一者移動至n型半導體內時，電荷載子損耗E(=E_c -E_f +3k_B T/2[J]))的能量，以便能夠冷卻金屬。相反，在金屬中之另一者與n型半導體間之另一介面中，當電荷載子自n型半導體移動至金屬中之另一者內時，電荷載子損耗E(=E_c -E_f +3K_B T/2[J])的能量，以便在另一金屬中發生放熱反應。若轉換施加之電壓的極性，則會出現反向現象。從而，可藉由電能來轉移熱量。以此方式，經過兩種不同金屬之接面的電流流動時，在兩種不同金屬連接 之部分中產生或吸收熱量的現象稱作珀耳帖效應。

用於本發明之熱電元件為使用珀耳帖效應的珀耳帖元件。參看圖3，當將直流電施加至n型及p型半導體時，在金屬及半導體之負電荷接觸點處，具有吸收自周圍環境之熱能的電子移動至熱電半導體內，藉此，導致吸熱反應。在正電荷接觸點處，電子釋放熱能，藉此，導致放熱反應。藉由連續組合其中每者均包括如上所述之金屬及熱電半導體的元件來獲得熱電元件，且可如圖4中之說明進行建構。參看諸圖，用於本發明之熱電元件包括：熱吸收部分、平行於熱吸收部分的散熱部分，及安置於此兩部分間之多個熱電半導體。在此，當LED封裝內提供經由此吸熱反應而冷卻的熱吸收時，能夠進一步促進發光二極體的散熱。圖6及圖7為展示根據本發明之發光二極體封裝之內部電路的電路圖。在LED封裝內提供熱電元件，以有效地消散產生自發光晶片的熱量。在圖6中，以將V_P 及V_LED 合併成單一端子之方式來提供兩端子，藉此，將電源同時供給至發光晶片及熱電元件。或者，如圖7之所示，以分離建構待連接至熱電元件之V_P 的方式來提供三個或四個端子。在此情況中，因為分離了用於將電源供給至熱電元件的V_P ，所以可獨立驅動發光晶片及熱電元件。從而，可經由控制外部電路內之電流，簡便地控制熱電元件的效率。

圖8為根據本發明之第一實施例之發光二極體封裝的透視圖。在此實施例中，將熱電元件30與典型LED封裝中之外殼35組合。從而，熱電元件30用作直接消散產生 自發光晶片之熱量的散熱片。圖9為根據此實施例之LED封裝的截面圖。

參看圖8及圖9，本發明之發光二極體封裝包括：根據電壓發射所要之光的一個或多個發光晶片50、由熱固性樹脂製造且具有預定通孔的外殼35，及嚙合於外殼35之通孔內的熱電元件30。此外，發光二極體封裝進一步包括：用於在外殼35之兩側輸入外部電壓的引線框架20，及用於電連接至發光晶片50的電線60。熱電元件30為電絕緣。對於發光晶片50之電連接，在熱電元件30之頂面上的預定位置處形成電極40，且在電極40上安裝發光晶片50。較佳地，藉由具有優良傳導性之金屬材料(例如，銅或鋁)以及印刷技術來製造及形成電極40。在此實施例中，塗覆電極40，以促進發光晶片50的電連接及安裝。或者，可將發光晶片50直接安裝在熱電元件30之頂面上，且可藉由一對電線60，將發光晶片中之每一者的兩個電極連接至發光二極體封裝之兩側的引線框架20。

同時，熱電元件30之配線未展示於圖8及圖9中。然而，參看圖6之電路圖，此實施例提供了具有兩個端子的發光二極體封裝，其中藉由額外配線，將熱電元件30之兩個電極電連接至引線框架20。此意謂將V_P 及V_LED 相互共同連接，以便將電源同時供給至發光晶片50及熱電元件30。此外，參看圖7之電路圖，可提供三個或四個引線框架20，以獨立驅動發光晶片50及熱電元件30。

發光二極體封裝進一步包括在外殼35上之反射部分 15及引線框架20，其用於增加發射自發光晶片50之光的亮度且改良光集中能力。以反向截錐之形式凹進來形成反射部分15，其上方直徑至少大於下方直徑，且凹進處的傾斜區域用作反射發射自發光晶片50之光的反射鏡。反射部分15應與下方部分處提供之引線框架20電絕緣，且應由絕緣熱固性樹脂構成。此外，使用環氧樹脂在發光晶片50上形成模製部分。

圖10為根據本發明之第二實施例之發光二極體封裝的透視圖。在此實施例中，由基板自身形成熱電元件30，使得熱電元件30用作直接消散產生自發光晶片50之熱量的散熱片。圖11為LED封裝的截面圖。

參看圖10及圖11，本發明之發光二極體封裝包括：根據電壓發射所要之光的一個或多個發光晶片50，及其上安裝發光晶片的熱電元件30。發光二極體封裝進一步包括：用於在外殼35之頂面兩側輸入外部電壓的引線框架20，及用於電連接至發光晶片50的電線60。熱電元件30為電絕緣的。對於發光晶片50之電連接，在熱電元件30之頂面上的預定位置處形成電極40，且在電極40上安裝發光晶片50。較佳地，藉由具有優良傳導性之金屬材料(例如，銅或鋁)以及印刷技術來製造及形成電極40。在此實施例中，塗覆電極40，以促進發光晶片50的電連接及安裝。或者，可將發光晶片50直接安裝在熱電元件30之頂面上，且可藉由一對電線60，將發光晶片中之每一者的兩個電極連接至發光二極體封裝之兩側的引線框架20。

同時，熱電元件30之配線未展示於圖10及圖11中。然而，參看圖6之電路圖，此實施例提供了具有兩個端子的發光二極體封裝，其中藉由額外配線，將熱電元件30之兩個電極電連接至引線框架20。此意謂將V_P 及V_LED 相互共同連接，以便將電源同時供給至發光晶片50及熱電元件30。此外，參看圖7之電路圖，可提供三個或四個引線框架20，以獨立驅動發光晶片50及熱電元件30。

發光二極體封裝進一步包括在熱電元件30上之反射部分15，及引線框架20，其用於增加發射自發光晶片50之光的亮度且改良光集中能力。以反向截錐之形式凹進來形成反射部分15，其上方直徑至少大於下方直徑，且凹進處的傾斜區域用作反射發射自發光晶片50之光的反射鏡。反射部分15應與下方部分處提供之引線框架20電絕緣，且應由絕緣熱固性樹脂構成。此外，使用環氧樹脂在發光晶片50上形成模製部分。

如上文之描述，藉由使用熱電元件之吸熱反應，將熱電元件用作散熱片，使得可有效地消散產生自發光晶片的熱量，以降低由產生自LED之熱量導致的應力。

此外，如上文之描述，可藉由將熱電元件施加至發光二極體封裝來有效地消散產生自發光晶片的熱量。可進一步將外部散熱片組合至發光二極體封裝，以便更有效地改良散熱效率。

根據上文描述之本發明，在此提供一種採用熱電元件的發光二極體封裝。從而，可有效地將產生自封裝內之發 光晶片的熱量消散至外部，而無需額外的外部散熱構件。

此外，在發光晶片之外部提供反射部分，以增加發光二極體之亮度，藉此，改良發光二極體的效率。

本發明之發光二極體封裝並不限於上述實施例，而可以各種形式來應用。

例如，儘管上文描述之實施例包含四個發光晶片，但發光晶片之數量並不僅限於四個，而可將五個或五個以上的發光晶片安裝在熱電元件上。

15‧‧‧反射部分

20‧‧‧引線框架

30‧‧‧熱電元件

35‧‧‧外殼

40‧‧‧電極

50‧‧‧發光晶片

60‧‧‧電線

本發明之以上及其他目標、特徵及優點，將藉由結合附圖給出之較佳實施例的下列描述而變得顯而易見，其中：

圖1為解釋熱電元件之原理的示意圖。

圖2為展示根據熱電元件之能階的放熱及吸熱反應之示意圖。

圖3為展示熱電元件之基本連接的示意圖。

圖4為展示根據本發明之實施例的熱電元件之內部結構的示意圖。

圖5為習知發光二極體封裝的截面圖。

圖6及圖7為展示根據本發明之發光二極體封裝之內部電路的電路圖。

圖8為根據本發明之第一實施例之發光二極體封裝的透視圖。

圖9為根據本發明之第一實施例之發光二極體封裝的截面圖。

圖10為根據本發明之第二實施例之發光二極體封裝的透視圖。

圖11為根據本發明之第二實施例之發光二極體封裝的截面圖。

Claims (8)

1. 一種發光二極體封裝，包括：熱電元件；以及至少一個安裝於所述熱電元件上的發光晶片，其中多個電極形成於所述熱電元件的頂面上，所述電極與所述發光晶片以及所述熱電元件電性耦接，且所述發光晶片安裝於所述電極中的至少一個上。
2. 一種發光二極體封裝，包括：外殼；經耦合至所述外殼的熱電元件；以及至少一個發光晶片，安裝於所述熱電元件上，其中多個電極形成於所述熱電元件的頂面上，所述電極與所述發光晶片以及所述熱電元件電性耦接，且所述發光晶片安裝於所述電極中的至少一個上。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體封裝，其中所述熱電元件及至少一個所述發光晶片經由相同端子供應電源。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體封裝，其中所述熱電元件及至少一個所述發光晶片是經獨立驅動的。
5. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體封裝，其中所述熱電元件包括珀耳帖元件。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體封裝，其中所述熱電元件包括： 其上安裝所述發光晶片之熱吸收部分；平行於所述熱吸收部分的散熱部分；以及安置於所述熱吸收部分與所述散熱部分間的多個熱電半導體。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體封裝，進一步包括圍繞所述發光晶片的反射部分。
8. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之發光二極體封裝，進一步包括經耦合至所述熱電元件的散熱片。