TWI300275B - - Google Patents

Description

1300275 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於一種發光二極管和發光二極管 關於一種用於照明、交通燈和信息顯示等器件 高效率、長壽命的發光二極管和發光二極管燈 【先前技術】 發光二極管已被廣泛用於信號指示、大屏 域，它具有壽命長、顏色好、牢固等優點。目 小功率發光二極管，典型的發光二 20mAX4V = 80mW，因爲增加工作電流將導致發 片的溫度迅速升高，而發光二極管芯片的發光 芯片溫度的上升而直線下降。如何將發光二極 量的熱有效地散發掉，使發光二極管在較低 作，已成爲製造發光二極管和發光二極管燈的 現有典型的大功率發光二極管，如第1圖 二極管芯片101安裝在金屬底座103的反射面 屬底座1 0 3用環氧樹脂Π 1粘貼於電路板1 0 6 106再用膠112與散熱器113相連；發光二極 的電極經引線1 0 4和管腳1 0 5與電路板1 0 6上& 相連，該芯片上有光學膠108及透鏡109, 110J 可見，發光二極管芯片要經金屬底座 Rb)、環氧樹脂層111(熱阻爲Re)、電路板（熱四 合膠112(熱阻爲RA)後才與散熱器113相連， 燈，特別是 的大功率、 幕顯示等領 前只能製造 極管僅約 光二極管芯 效率幾乎隨 管産生的大 的溫度下工 關鍵。 所示，發光 102上，金 上，電路板 L管芯片1 0 1 導電層107 I固定裝置。 103(熱阻爲 爲R ρ )和钻 其總的熱阻 1300275 ER = Rb + Re + Rp + Ra很大，故芯片溫度很容易上升，使發光 效率迅速下降；同時，安裝芯片的金屬底座用膠粘於電路 板上，由於電路板和金屬底座的熱膨脹係數不同，升溫速 度不同，時冷時熱，時脹時縮，長時間工作很容易導致環 氧樹脂膠裂開，而使熱阻Re大增，從而導致發光二極管過 熱而燒毀。總之，現有技術無法製成功率大、發光效率高、 使用壽命長的發光二極管。

【發明内容】 本發明的目的在於：克服現有發光二極管與散熱器之 間的熱阻很大，芯片溫度很容易升高及其導致的發光效率 迅速下降的缺點；以及金屬底座與電路板之間的膠因電路 板和金屬底座的熱膨脹係數不同，長時間工作很容易使膠 裂開，導致發光二極管與散熱器之間的熱阻大增，發光二 極管過熱而燒毀的缺點；從而提供一種大功率、高效率、 長壽命發光二極管和發光二極管燈。 # 本發明的目的是這樣實現的：本發明提供的一種發光 鲁 二極管，包括：至少一個安裝在高熱導率的底座上的發光 二極管芯片，該發光二極管芯片透過一電路板與電源電連 接，發光二極管芯片上方有透光介質；該底座上表面爲光 反射面或底座四周安裝有光反射面，其特徵在於，在底座 的上方或四周安裝有電路板。 本發明之發光二極管特徵在於，還包括一透過所述的 底座下方有至少一個螺絲或螺絲孔，用於直接機械連接的 6 1300275 該内表面呈錐形或抛物面。 本發明亦提供一種用上述發光二極管製作的交通燈， 其特徵在於，所述的發光二極管的光出射角爲3 - 6 0度，被 安裝在原有交通燈抛物面光反射器的焦點附近，各發光二 極管中一部分發光二極管所發出的光直接由原交通燈透光 窗射出，另一部分則經原交通燈拋物面光反射器反射後射 出，從而可得到所需聚焦和均勻分佈的發射光。

本發明亦提供一種用上述發光二極管製作的發光二極 管平面光源，其特徵在於，該至少一個發光二極管被安裝 在一由平面散熱板做的散熱器上，該散熱板位於平面光源 或液晶顯示用背照明光源的導光板的背面和四周，該發光 二極管的二側或四周設置有光反射器。 該發光二極管爲多個發相同光色的發光二極管或發不 同光色的發光二極管。 本發明的優點在於： (1) 散熱器和底座的直接緊密熱連接，使芯片與散熱器 之間的熱阻幾乎等於零，從而使芯片産生的熱有效地散發 掉，另外，金屬底座與散熱器用金屬螺絲連接，熱連接十 分可靠，長期工作不會變，所以，可製成功率大、效率高、 壽命長的發光二極管； (2) 電路板安置於金屬底座的上方或四周，在不會增加 芯片和散熱器之間的熱阻的同時，又方便了與芯片之間的 連接，便於高密度安裝。 (3)可製成大功率的發光二極管燈和平面光源。 1300275 總之，本發明的發光二極管不僅克服了現有發光二極 管熱阻大以及膠易於開裂的難題，而且其體積比現有發光 二極管小得多，適於高密度安裝。 【實施方式】 實施例1

製作一本發明的發光二極管，如第2圖所示，至少一 發光二極管芯片 1 0 1，例如爲發黃光的發光二極管，所述 芯片安裝在金屬底座103的反射面102上，當用2個以上 發光二極管芯片101時，可取發相同光色的發光二極管芯 片101 ;金屬底座103透過至少一螺絲204和散熱器113 緊密地熱和機械連接；爲了得到更好的熱接觸，二者之間 還可有導熱膠206,電路板106安置在金屬底座103上方， 其上表面有導電層107連接引出線209，引出線209與金 屬底座1 〇 3、散熱器1 1 3電絕緣，電路板1 0 6和發光二極 管芯片101之間經引線104電連接，引出線209用於連接 外電源；發光二極管芯片1 0 1上有光學膠1 0 8及透鏡1 0 9， 光學膠108與透鏡109之間有光轉換材料213將芯片發出 的光轉變成其他色的光；金屬底座103由熱阻很小的銅製 成，因此，發光二極管芯片1 0 1所産生的熱很容易經散熱 器1 1 3散發掉，從而使發光二極管芯片1 0 1工作於較低溫 度的高發光效率的狀態。 實施例2 9 1300275

製作一本發明採用下引線的發光二極管，如第3圖所 示，至少一發光二極管芯片1 〇 1例如有2個發光二極管芯 片101安裝在金屬底座103的反射面102上，該發光二極 管芯片1 0 1取發不相同光色的發光二極管芯片；金屬底座 1 0 3有至少一螺絲2 0 4，用於和散熱器1 1 3緊密地熱和機械 連接，電路板106安置在金屬底座103四周，其上表面有 導電層1 0 7連接引出線2 0 9，引出線2 0 9穿過絕緣層3 0 3 垂直向下連接外電源，發光二極管芯片1 〇 1上有透光介 質，該透光介質爲光學膠108，其頂面109可按輸出光的 光分佈的要求設計成球面或橢球面，金屬底座103由熱阻 很小的銅、鋁或鋁合金製成，其餘同實施例1。 實施例3 製作一本發明帶有光反射器的發光二極管，如第4圖 所示，其特徵在於，至少一發光二極管芯片1 0 1上方增加 一光反射器 406，使原本向發光二極管側面發射的光402 反射回發光二極管芯片1 0 1或反射面1 0 2後，再向發光二 極管前方射出，以提高光的有效利用率；當2個以上的發 光二極芯片爲發不同光色發光二極管芯片時，爲了提高光 的混色效果，反射器4 0 6和發光二極管芯片1 0 1之間可有 混色劑409，發光二極管芯片1 01的一電極經引線1 04與 金屬底座1 03相連後，再從至少一螺絲孔408和螺絲204 中引出，發光二極管芯片的另一電極經引線1 04連接引出 線2 09，穿過絕緣層3 03引出後連接外電源，410爲發光二 1300275 極管芯片之間的連線；散熱器1 13帶有散熱翅片404，導 熱層407爲導熱絕緣層，其他同實施例2。 實施例4 製作一本發明安裝有光反射器的發光二極管，如第5 圖所示，其特徵在於，發光二極管芯片1 〇 1上方增加一光 反射器4 0 6，把發光二極管芯片1 0 1原本向側面發射的光 5 0 3直接反射向前方，以提高光的利用率；光轉換材料2 1 3 設置在發光二極管芯片101的表面上；電路板106的至少 2路引出線209穿過金屬底座103垂直向下連接外電源， 其他同實施例3。 實施例5 製作一用本發明發光二極管做成的發光二極管燈，如 第6圖所示，至少一發光二極管701安裝在一散熱器113 上；該發光二極管的引出線2 0 9與一驅動電路6 0 3電連接， 驅動電路603及其外殼604透過輸入引線607與一電連接 器605電連接，該電連接器605爲螺旋型燈頭。驅動電路 603將輸入的外電壓轉變成適合發光二極管工作的電壓， 以點亮發光二極管，一個由玻璃製成的内表面有光轉換材 料層609的透光泡殼608套裝在該發光二極管上，將其所 發的光轉換成所需色的光。 實施例 11

1300275 製作一本發明安裝有散熱器的發光二極管燈，如I 圖所示，發光二極管701安裝在抛物面形散熱器113 或如第7 B圖所示，發光二極管7 0 1安裝在錐形散熱器 中，散熱器113上可有散熱翅片404，散熱器113的 面爲反射面702，第7A圖中和外電源連接的電連接器 爲雙腳直插燈頭，第7B圖中和外電源連接的電連接器 爲三腳直插燈頭，驅動電路的外殼 604内裝有驅動 6 0 3，其他同實施例1。 實施例7 製作一本發明安裝有超熱導率管的發光二極管燈 第8圖所示，其特徵在於，至少一發光二極管7 01安 一超熱導率管801(簡稱熱管）的吸熱端803上，熱管 一端與散熱器113連接；因熱管具有比紫銅高約1500 高熱導率，其熱阻幾乎等於零，發光二極管701所産 熱經熱管8 0 1迅速傳到散熱器並散發掉，其他同實施> 實施例8 製作一本發明安裝有超熱導率管並帶有燈泡狀散 的發光二極管燈，如第9圖所示，該發光二極管燈中 少一發光二極管芯片101或發光二極管701安裝在超 率管8 0 1頂端上的一個由熱阻很小的合金製成的第一 底座103a上，該熱管的另一端與一帶有單個或多個螺 呈燈泡狀的螺旋形翅片的散熱器1 1 3連接，該散熱器 ξ 7Α 中， 113 内表 605 605 電路 ，如 裝在 的另 倍的 生的 5 〇 熱器 ，至 熱導 金屬 旋的 的螺 12 1300275 旋型翅片可加速翅片間的空氣流動，提高散熱器的散熱效 果；第一金屬底座l〇3a的四周裝有反射面102,反射面102 位於散熱器1 1 3上方，内有一層光轉換材料2 1 3的透光泡 殼608安裝在該發光二極管上方，其外可再裝一第二透光 泡殼9 0 8，其他同實施例5。 實施例9

製作一用本發明發光二極管燈製成的交通燈，如第10 圖所示，至少一發光二極管701安裝在一良好導熱的金屬 底座103上，金屬底座103與散熱裝置113連接，該發光 二極管的光出射角爲3-60度，被安裝在原有交通燈拋物面 光反射器的焦點附近的散熱器Π 3上，該發光二極管中一 部分發光二極管所發出的光直接由原交通燈透光窗1008 射出，另一部分則經原交通燈拋物面光反射器4 0 6反射後 射出，從而可得到所需聚焦和均勻分佈的出射光1 0 0 9。該 發光二極管交通燈可直接替換現有鎢絲交通燈，其餘同實 施例5。 實施例1 0 製作一用本發明發光二極管製成的平面光源，如第1 1 圖所示，發光二極管701安裝在一有大面積的平面散熱板 1 1 〇 3製成的散熱器1 1 3上，該散熱板位於平面光源、背照 明光源的導光板1 1 04的背面和四周，其外側可有用於發光 二極管7 0 1之間、與電源之間連接的第二電路板1 1 0 6，散 13 1300275 ， 熱板1103還可帶有散熱翅片404，光反射器406位於發光 ^ 二極管701的二側或四周，使發光二極管所發的光可直接 有效地轉合入射導光板，該光源上方有光學板1107，該光 ^ 學板爲液晶顯示板、光增強板、漫射板或帶有圖形文字的 -. 透光板等；該至少一發光二極管701是發相同光色的或發 不同光色的發光二極管，透過控制各發不同光色的發光二 極管的亮度、可得不同色溫的白光或彩色、變色的平面光 ^ 源和背照明光源。 0 【圖式簡單說明】 第1圖爲現有技術的發光二極管的結構示意圖； 第2圖爲本發明發光二極管的結構示意圖； 第3圖爲本發明發光二極管的下引線實施例結構示意圖； 第4圖爲本發明發光二極管安裝有光反射器的實施例結構 不意圖， 第5圖爲本發明發光二極管安裝有光反射器的另一實施例 ⑩ 結構示意圖； φ 第6圖爲本發明發光二極管燈的結構示意圖； 第7A圖爲本發明發光二極管燈安裝有拋物面形散熱器的 實施例結構示意圖； 第7B圖爲本發明發光二極管燈安裝有錐形散熱器的又一 實施例結構示意圖； _ 第8圖爲本發明發光二極管燈安裝有超熱導率管的實施例 結構示意圖； 14 1300275 第9圖爲本發明發光二極管燈安裝有燈泡狀散熱器實施例 結構不意圖， 第1 0圖爲本發明發光二極管燈製成的交通燈的結構示意 圖； 第1 1圖爲本發明發光二極管製成的平面光源的結構 不意圖。

【主要元件符號說明】 101 發 光 二 極 管 芯 片 102 反 射 面 103 金 屬 底 座 104 引 線 105 管 腳 106 電 路 板 107 導 電 層 108 光 學 膠 109 透 鏡 110 固 定 裝 置 112 膠 113 散 熱 器 204 螺 絲 206 導 熱 膠 209 引 出 線 213 光 轉 換 材 料 303 絕 緣 層 404 散 熱 翅 片 406 光 反 射 器 407 導 熱 層 408 螺 絲 孔 409 混 色 劑 410 芯 片 間 的 連 線 603 驅 動 電 路 604 驅 動 電 路 的 外 殼 605 電 連 接 器 607 輸 入 引 線 608 透 光 泡 殼 609 光 轉 換 材 料 層 701 發 光 二 極 管 801 超 熱 導 率 管 803 吸 熱 端

15 1300275 908 第二透光泡殼 1008 透光窗 1103 散熱板 1104 導光板 1106 電路板 1107 光學板 103a 第一金屬底座

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Claims (1)

1300275 十、申請專利範圍： 1、一種發光二極管，該發光二極管包括：至少一個安裝在 一高熱導率的底座上的發光二極管芯片，該發光二極管 芯片透過一電路板與電源電連接，該發光二極管芯片的 上方有透光介質；該底座的上表面為光反射面或該底座 的四周安裝有光反射面，其特徵在於，該電路板安裝在 該底座的上方；該底座為金屬底座，在該金屬底座的下 表面設有一與該底座成為一體的螺絲，該螺絲將該底座 直接與一散熱器機械連接；或者該金屬底座的下表面設 有至少一螺絲孔，透過一螺絲穿過一散熱器的螺孔與該 底座下表面的螺絲孔螺合固定，直接將該底座與該散熱 器機械連接。 2、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極管，其特徵在 於，還包括在該發光二極管芯片的前方有一光反射器。 3、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極管，其特徵在 於，該透光介質爲光學膠和透鏡。 4、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極管，其特徵在 於，該發光二極管芯片爲多個發相同光色的芯片或發不 同光色的芯片，芯片之間串聯、並聯或串、並聯連接。 5、 如申請專利範圍第1項所述之發光二極管，其特徵在 17

1300275 於，該底座是由熱阻很小的銅、铭或铭合金製成的。 6、如申請專利範圍第 2項所述之發光二極管，其特徵在 於，該光反射器的光反射面與該發光二極管之管軸之間 的安裝角度爲10-70度。 7、如申請專利範圍第3項所述之發光二極管，其特徵在 於，還包括在該光學膠内或在該光學膠與該透鏡之間有 光轉換材料。 8、一種發光二極管燈，包括至少一個發光二極管，其特徵 在於：該發光二極管安裝在該發光二極管的一散熱器 上；該發光二極管的引出線與一個驅動電路電連接，該 驅動電路透過其外殼與一電連接器電連接，在該發光二 極管上套裝一透光泡殼； 該發光二極管包括至少一個安裝在一高熱導率的底 座上的發光二極管芯片，該發光二極管芯片透過一電路 板與電源電連接，該發光二極管芯片的上方有透光介 質；該底座的上表面為光反射面或該底座的四周安裝有 光反射面；該電路板安裝在該底座的上方；該底座為金 屬底座，在該金屬底座的下表面設有一與該底座成為一 體的螺絲，該螺絲將該底座直接與該發光二極管燈的散 熱器機械連接；或者該金屬底座的下表面設有至少一螺 絲孔，透過一螺絲穿過該發光二極管燈的散熱器的螺孔

18 1300275 與該底座下表面的螺絲孔螺合固定，直接將該底座與該 散熱器機械連接。 9、一種發光二極管燈，包括至少一個發光二極管，其特徵 在於，該發光二極管安裝在一超熱導率管的吸熱端上， 該超熱導率管的另一端與該發光二極管燈的一散熱器連 接；該發光二極管的引出線與一個驅動電路電連接，該 驅動電路透過其外殼與一電連接器電連接，在該發光二 極管上套裝一透光泡殼； 該發光二極管包括至少一個安裝在一高熱導率的底 座上的發光二極管芯片，該發光二極管芯片透過一電路 板與電源電連接，該發光二極管芯片的上方有透光介 質；該底座的上表面為光反射面或該底座的四周安裝有 光反射面；該電路板安裝在該底座的上方；該底座為金 屬底座，在該金屬底座的下表面設有一與該底座成為一 體的螺絲；或者該金屬底座的下表面設有至少一螺絲孔。

10、一種發光二極管燈，包括至少一個發光二極管，其特 徵在於，該發光二極管安裝在一超熱導率管的的頂端上 的第一金屬底座上，該超熱導率管的另一端與該發光二 極管燈的一散熱器連接；該發光二極管的引出線與一個 驅動電路電連接，該驅動電路透過其外殼與一電連接器 電連接，在該發光二極管上套裝一透光泡殼； 該發光二極管包括至少一個安裝在一高熱導率的底 19 1300275 座上的發光二極管芯片’該發光二極管芯片透過一電路 板與電源電連接，該發光二極管芯片的上方有透光介 質；該底座的上表面為光反射面或該底座的四周安裝有 光反射面；該電路板安裝在該底座的上方；該底座為金 屬底座，在該金屬底座的下表面設有一與該底座成為一 體的螺絲；或者該金屬底座的下表面設有至少一螺絲孔。 1 1、如申請專利範圍第8、9或1 0項所述之發光二極管燈， 其特徵在於，電連接器爲雙腳直插的燈頭、多腳直插的 燈頭或螺旋燈頭。 1 2、如申請專利範圍第8、9、或1 0項所述之發光二極管 燈，其特徵在於，該透光泡殼爲玻璃或塑膠製成的透明 的、著色的或漫射的泡殼。 1 3、如申請專利範圍第8、9或1 0項所述之發光二極管燈， Φ 其特徵在於，該透光泡殼内壁上有光轉換材料層。 φ 1 4、如申請專利範圍第8、9或1 0項所述之發光二極管燈， 其特徵在於，該散熱器爲帶有散熱翅片的散熱器。 1 5、如申請專利範圍第1 4項所述之發光二極管燈，其特徵 在於，該散熱翅片爲帶有單個或多個螺旋的螺旋形散熱 翅片。 20 1300275 1 6、如申請專利範圍第1 4項所述之發光二極管燈，其特徵 在於，該散熱翅片的内表面爲光反射面。 1 7、如申請專利範圍第1 6項所述之發光二極管燈，其特徵 在於，該内表面呈錐形或拋物面。 18、一種發光二極管交通燈，包括至少一發光二極管，其 特徵在於，該發光二極管安裝在原有交通燈拋物面光反 射器的焦點附近的散熱器上，該發光二極管的光出射角 爲3-60度，該發光二極管中一部分發光二極管所發出的 光直接由原交通燈透光窗射出，另一部分則經原交通燈 拋物面光反射器反射後射出，以得到所需聚焦和均句分 佈的出射光； 該發光二極管包括至少一個安裝在一高熱導率的底 座上的發光二極管芯片，該發光二極管芯片透過一電路 板與一電源電連接，該發光二極管芯片的上方有透光介 質；該底座的上表面為光反射面或該底座的四周安裝有 光反射面；該電路板安裝在該底座的上方；該底座為金 屬底座，在該金屬底座的下表面設有一與該底座成為一 體的螺絲；或者該金屬底座的下表面設有至少一螺絲孔。 1 9、一種發光二極管平面光源，包括至少一個發光二極管 其特徵在於，該發光二極管安裝在一個帶有平面散熱板 21 1300275 製成的散熱器上，該散熱板位於平面光源或液晶顯示用 背照明光源的導光板的背面和四周，該發光二極管的二 側或四周設置有光反射器； 該發光二極管包括至少一個安裝在一高熱導率的底 座上的發光二極管芯片，該發光二極管芯片透過一電路 板與電源電連接，該發光二極管芯片的上方有透光介 質；該底座的上表面為光反射面或該底座的四周安裝有 光反射面；該電路板安裝在該底座的上方；該底座為金 屬底座，在該金屬底座的下表面設有一與該底座成為一 體的螺絲，該螺絲將該底座直接與一散熱器機械連接。 20、如申請專利範圍第1 9項所述之發光二極管平面光源， 其特徵在於，該發光二極管爲多個發相同光色的發光二 極管或發不同光色的發光二極管。 22 1300275 七、指定代表圖： (一） 、本案指定代表圖為：第（2 )圖。 (二） 、本代表圖之元件代表符號簡單說明 101 發 光 二 極 管芯片 102 反 射 面 103 金 屬 底 座 104 引 線 106 電 路 板 107 導 電 層 108 光 學 膠 109 透 鏡 113 散 熱 器 204 螺 絲 206 導 熱 膠 209 引 出 線 213 光 轉 換 材 料 請揭示最能顯示 八、本案若有化學式時 發明特徵的化學式： 無