TWI655395B - 可撓式發光二極體組件及發光二極體燈泡 - Google Patents

Abstract

一種發光二極體燈泡，包含一可彎曲燈絲及一導電線。可彎曲燈絲包含一基板、一發光二極體晶片、一導電區段、以及一波長轉換層。基板包含一第一表面、一第二表面、及一終端。發光二極體晶片形成於第一表面之上。導電區段形成於第一表面之上。波長轉換層直接接觸發光二極體晶片與導電區段。導電線形成於第一表面之上且向外超出終端，並電性連接發光二極體晶片。

Description

可撓式發光二極體組件及發光二極體燈泡

本發明之實施例係關於可撓式發光二極體組件，尤關於可用於全週光應用之發光二極體組件。

目前生活上已經可以看到各式各樣LED商品的應用，例如交通號誌、車尾燈、車頭燈、路燈、電腦指示燈、手電筒、LED背光源等。這些商品除了必要的LED晶片製程外，都必須經過重要的封裝程序。

LED封裝的主要功能在於提供LED晶片電、光、熱上的必要支援。LED晶片這樣的半導體產品，如果長期暴露在大氣中，會受到水汽或是環境中的化學物質影響而老化，造成特性上的衰退。LED封裝中，常用環氧樹酯來包覆LED晶片做為有效隔絕大氣的方法。此外，為了達大更亮更省電的目標，LED封裝還需要有良好的散熱性以及光萃取效率。如果LED晶片發光時所產生的熱沒有及時的散出，累積在LED晶片中的熱對元件的特性、壽命以及可靠度都會產生不良的影響。光學設計也是LED封裝製程中重要的一環，如何更有效的把光導出，發光角度以及方向都是設計上的重點。

白光LED的封裝技術更是複雜，除了要考慮熱的問題之外，還需要考量色溫(color temperature)、演色係數(color rendering index)、螢光粉等問 題。而且，如果白光LED是採用藍光LED晶片搭配黃綠螢光粉來實施時，因藍光的波長越短，對人眼的傷害越大，因此需要將藍光有效阻絕於封裝結構之中，避免藍光外漏。

本發明之實施例揭露一種可彎曲燈絲，包含一彎曲燈管、一設置於彎曲燈管內並包含第一表面、第二表面及終端的基板、一形成於第一表面之上的發光二極體晶片、一形成於第一表面之上的導電區段，以及一形成於第一表面之上且向外超出彎曲燈管並電性連接發光二極體晶片的導電線。

本發明之實施例揭露一種發光二極體燈泡，包含一包含一開口的彎曲燈管、一位於彎曲燈管內並包含有一表面及一終端超出開口的彎曲基板、一設置於表面之上的發光二極體晶片、一設置於表面之上的導電區段，以及一形成於表面之上且超出終端並電性連接發光二極體晶片的導電線。

100‧‧‧LED組件

102、104‧‧‧表面

105‧‧‧導電區段

106‧‧‧可撓式透明基板

108‧‧‧藍光LED晶片

110、112‧‧‧螢光粉層

114、116‧‧‧終端

120、124‧‧‧側壁

130‧‧‧LED燈絲

200‧‧‧LED燈泡

202‧‧‧燈泡基座

204‧‧‧燈罩

206‧‧‧支撐架

207‧‧‧導電線

208‧‧‧LED驅動電路

209‧‧‧圓圈

212‧‧‧中央旋轉軸

300‧‧‧LED燈泡

400‧‧‧照明裝置

404‧‧‧導電線

410‧‧‧半透明彎曲燈管

A、B、C‧‧‧剖面圖

第1圖為依據本發明的一實施例之LED組件100的立體示意圖以及一些位置中的切面圖。

第2圖為第1圖中，沿著兩終端之方向的一種剖面圖。

第3A與3B圖為第1圖中之LED組件100的上視圖與下視圖。

第4圖顯示依據本發明一實施例的LED燈絲。

第5圖顯示依據本發明另一實施例之LED燈泡。

第6圖顯示依據本發明又一實施例之LED燈泡。

第7圖顯示依據本發明一實施例之採用一LED燈絲的一照明裝置。

第1圖為依據本發明的一實施例之LED組件100的立體示意圖以及一些位置中的切面圖。如圖所示，LED組件100是一種可撓式結構，可捲曲成一個捲帶(reel)，其視需用情況，可剪適當的長度，作為一照明裝置(譬如說燈泡)其中的主要光源。第1圖中包含有剖面圖A、B與C，分別顯示LED組件100在三個不同位置的切面圖。

LED組件100包含有一可撓式透明基板106。在一實施例中，可撓式透明基板106為不導電的透明材料所構成，如玻璃或樹脂。可撓式透明基板106具有面對相反方向的表面102、104以及位於表面102、104間的側壁120、124。如同第1圖所示，可撓式透明基板106大致為一長條狀，具有兩終端114與116。在此說明書中，透明僅僅用來表示可以透過光線，其可能是完全透明(transparent)或是半透明(translucent,or semitransparent)。可撓式透明基板106在表面102與104之間的厚度，可以是150um或是更薄。

第2圖為第1圖中，沿著兩終端114與116之方向的一種剖面圖。第3A與3B圖為第1圖中之LED組件100的分別針對表面102與表面104之側視圖。

可撓式透明基板106的表面102上形成有導電區段(conductive section)105。舉例來說，導電區段105可以透過印刷電路的方式形成在透明基板106的表面102上；或是透過光罩(mask)的方式將預先設計好的導電層圖樣形成在表面102之上，步驟包含先在可撓式透明基板106的表面102上先塗佈成一導電層後，根據光罩上預先設計的導電層圖案在表面102上藉由光阻經過蝕刻的方式，將導電層的圖案形成在表面102上，其中導電區段105更可劃分出不同的導電區段105。而導電區段105的成分可以為相對於LED組件100所發出的光而言為透光材料的成分，例如ITO或是銀薄膜。

在本發明的實施例中，以藍光LED晶片108為例，固著於表面102的導電區段105上的每一藍光LED晶片108可僅包含單一發光二極體，其順向電壓 約為2~3V(下稱「低電壓晶片」)；或是包含數個串聯在一起的發光二極體，其順向電壓大於低電壓晶片，例如12V、24V、48V等(下稱「高電壓晶片」)。具體言之，高電壓晶片係藉由半導體製程在一共同基板上形成數個彼此電連結之發光二極體單元(即至少具有發光層之發光二極體結構)，這複數個發光二極體單元無個別基板而是共同形成於一共同基板之上，此共同基板可以為磊晶成長基板或非磊晶成長基板。

在其他實施例中，在LED組件100的表面102上更固著有非藍光的其他種顏色的LED晶片(未顯示)。舉例來說，在一實施例中，表面102上不僅有藍光LED晶片108，更包含有一或多種LED晶片(未顯示)，例如紅光LED晶片、綠光LED晶片、黃光LED晶片等，以混成產生適當顏色或色溫的光線。此外，全部或部分之LED晶片亦可以用LED封裝體取代。

在第1圖、第2圖、第3A圖中，藍光LED晶片108在可撓式透明基板106上沿著兩終端114與116形成之縱軸方向排成一列。藍光LED晶片108的陽極與陰極，分別與兩個相鄰的導電區段105電性連接。因此複數個藍光LED晶片108彼此以導電區段105串聯在一起，電性上可以等效為一個具有高順向電壓的發光二極體。但是本發明並不侷限於此，在其他實施例中，表面102上包含藍光LED晶片108或是其他種顏色的LED晶片排列成各種圖案，並且各個晶片之間的電性連接包含有串聯、並聯、或是同時具有串聯與並聯混合的連接方式。

在一實施例中，藍光LED晶片108是透過錫膏，以覆晶的方式將藍光LED晶片108固著在導電區段105上。錫膏同時提供藍光LED晶片108在導電區段105上的機械性支撐以及與導電區段105之間的電性連接。儘管錫膏幾乎不透光，但因為其所佔的體積很小，所造成遮光的效應幾乎可以忽略。而在另一實施例中，藍光LED晶片108是透過異方導電膠固著在導電區段105上；在形成導電區段105之後，將異方導電膠塗佈在導電區段105上，接著將藍光LED晶片108以覆晶 的方式貼附在異方導電膠上，使藍光LED晶片108以異方導電膠固著在導電區段105上。在其他實施例中，藍光LED晶片108以共晶合金或銀膠，電性連接到導電區段105。

在另一實施例中，藍光LED晶片108也可以是設置於可撓式透明基板106的表面102上沒有導電區段105的部分，而再透過其他電性連接方式與導電區段105電性連接。實施上，例如將藍光LED晶片108直接固著於基板106的表面102或是基板106上非導電性的散熱材料上，接著再以打線的方式電性連接導電區段105與藍光LED晶片108。

在藍光LED晶片108上方有一螢光粉層110，作為一波長轉換層。螢光粉層110的構成材料可以是樹酯或是玻璃，其中混合有波長轉換材料，如螢光粉或染料，可以受藍光LED晶片108所發出的部分藍光(主波長(dominant wavelength)介於430nm-480nm)所激發，而產生黃綠光(主波長介於430nm-480nm)，其中黃綠光與剩餘之藍光更適當地混成成白光。第1圖只是一個示意圖，在一例子中，LED組件100因為所覆蓋著的螢光粉層110中之螢光粉，可能無法如同第1圖所示的看到螢光粉層110下的藍光LED晶片108。如果螢光粉層110的構成材料是樹酯，此樹酯可以是熱可塑性樹脂、熱固性樹脂或光固性樹脂。在其他實施例中，這樹酯可以是環氧材脂、丙烯酸樹脂或矽酮樹脂。

在第2圖與第3A圖中，藍光LED晶片108被螢光粉層110完整覆蓋，但螢光粉層110沒有覆蓋所有的導電區段105。在第2圖與第3A圖之實施例中，螢光粉層110包含多種長度與大小的區塊，每個區塊沿著兩終端114與116連結的方向延伸並排列成一直線。區塊與區塊之間有大約固定的距離，其間顯露出導電區段105之部分。如第1圖中的剖面圖C所示，導電區段105沒有被螢光粉層110所覆蓋而被顯露出來。

螢光粉層110可以用貼附的方式貼在藍光LED晶片108上。在其他實施例中，螢光粉層110是以點膠的方式，形成區塊在藍光LED晶片108上。其中，每個區塊可以只覆蓋一個或是多個藍光LED晶片108；也可能某一區塊只有覆蓋一個藍光LED晶片108，而另一區塊覆蓋了多個藍光LED晶片108。螢光粉層110的材料，可以是樹脂或是矽膠，並在其中混雜有單色或多色之螢光粉材料，例如，YAG、TAG或包含有Sr、Ga、S、P、Si、O、Gd、Ce、Lu、Ba、Ca、N、Si、Eu、Y、Cd、Zn、Se、Al等成分的黃色螢光粉材料或綠色螢光粉材料。舉例來說，螢光粉層110的材料，可以是環氧材脂、丙烯酸樹脂、或矽酮樹脂。螢光粉層110中螢光粉材料可以是石榴石螢光粉、矽酸鹽螢光粉、氮化合物螢光粉或氧氮化合物螢光粉。螢光粉材料也可以是釔鋁石榴石螢光粉(YAG)、鋱鋁石榴石螢光粉(TAG)、銪活化鹼土族矽酸鹽螢光粉(Eu-activated alkaline earth silicate phosphor)、或矽鋁氧氮化合物螢光粉(Sialon)。

螢光粉層110的厚度以及所形成的區塊大小，會影響LED組件100的可捲曲程度。舉例來說，如果螢光粉層110越厚，或是所形成的區塊如果越大(覆蓋的藍光LED108越多)，那LED組件100就可能越難捲曲或曲率越小。

如同第2圖與第3B圖所示，相對於設於表面102上的螢光粉層110，螢光粉層112設於表面104上，並且螢光粉層112的材料與形成方法可以跟螢光粉層110的材料與形成方法類似或是相同，以作為另一波長轉換層。在第3B圖之LED組件100中，螢光粉層112也分成數個區塊，排成一列，而彼此的距離大致固定。基本上，每個藍光LED晶片108所在相對應表面104的位置上，都至少有一區塊的螢光粉層112。只是，一區塊的螢光粉層112可能對應到單一個藍光LED晶片108、或是對應複數個藍光LED晶片108、或是對應到單一個區塊的螢光粉層110、或是對應到單一個區塊的螢光粉層110。簡單的說，每個藍光LED晶片108都會被表面102上的螢光粉層110以及表面104上的螢光粉層112所包夾。在別的實施例中，也 可以選擇性的只設置螢光粉層110於表面102上而不設置螢光粉層112。並且螢光粉層110與螢光粉層112的材料可以是相同或者不同的材料，或者包含相同化學元素但是受光激發之後可以發出具有不同波長的光的材料。

在一實施例中，表面102上有紅光LED晶片(未顯示)，其被螢光粉層110以及表面104上的螢光粉層112所包夾。在另一個實施例中，覆蓋在表面102之紅光LED晶片上的，不是螢光粉層110，而是大致上透明且不含或僅含少量(相對於前述實施例)螢光粉之材料層，例如矽膠、環氧樹脂等；而紅光LED晶片在表面104的相對位置上，沒有螢光粉層112或僅有少量(相對於前述實施例)螢光材料。

如同第1圖中的剖面圖所示，可撓式透明基板106上另具有二側壁120與124，位於表面102與104之間，側壁120與124上並未覆蓋或僅局部覆蓋螢光層。

製作上，可以用任何切割工具，譬如剪刀，對LED組件100進行裁切，將螢光粉層110未覆蓋處之導電區段105割斷。如此，LED組件100可以形成數個LED燈絲，每一LED燈絲是可撓的。第4圖顯示一依據本發明所實施的一LED燈絲130，其兩端有兩個沒有被螢光粉層110所覆蓋的導電區段105，用以電性連接一驅動電源的正負端，以控制使LED燈絲130中的LED晶片發光。

第5圖顯示一LED燈泡200，其中使用了依據本發明所實施的LED燈絲130。LED燈泡200有一燈泡基座202、一燈罩204、支撐架206、導電線207以及LED燈絲130。燈泡基座202可以是一愛迪生標準螺旋燈座(Edison base)，其中包含有一LED驅動電路208。燈罩204固著於燈泡基座202上，在燈罩204與燈泡基座202之間形成一容置空間。LED燈絲130被支撐架206固定在容置空間中，支撐架206可以是實質上透明或者對於LED燈絲130所發出光線為大致上透明的材料，以達到減少遮光的效果。LED燈絲130可以彎曲成具有一個小缺口的圓，而 此圓大致跟燈泡基座202與燈罩204所在的一中央旋轉軸212相垂直。導電線207與支撐架206都固著於燈泡基座202上，每個支撐架206形成有一圓圈209圍繞LED燈絲130。如同第5圖所示，支撐架206連接LED燈絲130非頭尾兩端之位置。除了支撐架206之外，兩導電線207也可以提供LED燈絲130機構上的支撐，並將LED燈絲130兩端裸露的導電區段105，電性連接到燈泡基座202內的LED驅動電路208。因此，LED驅動電路208可以透過導電線207以及導電區段105，驅動LED燈絲130中的藍光LED晶片108，使其發光。

LED組件100的優點包含有：

1.可減少藍光漏光現象：在實施例中，對於每一藍光LED晶片108所產生的光線而言，光線行進的方向除了在面對側壁120與124的方向之外，其他的方向會碰到螢光粉層112或螢光粉層110。也就是說，藍光LED晶片108所產生的光線，在未經螢光粉層的情形下，只有可能從側壁120與124離開LED組件100。然而，經過本案發明人實驗觀察，當側壁120與124夠細，亦即表面102與104之間的厚度夠薄，譬如小於150um，藍光LED晶片108所產生的光線就不易由側壁120與124察覺到。

2.六面發光：每個藍光LED晶片108的上下左右前後六個方向，都大致上沒有不透明物所阻擋，所以可以六面發光。

3.儲存方便：製作完成LED組件100後，可以捲成捲帶或是滾軸，方便庫存管理。

4.長度可調：適當的選擇可撓式透明基板106的材質，就可能只要用剪刀或是刀片，就可以裁剪。

5. LED數量可調：依據之後應用所需用的順向電壓，就可以裁切出包含有適當數量LED晶片的一LED燈絲。舉例來說，如果每兩個裸露導電區段105之間串接有3個藍光LED晶片108，那很簡單的就可以剪裁出帶有3的整數倍 數量之藍光LED晶片108的一燈絲。如果每兩個裸露導電區段105之間只有一個藍光LED晶片108，那任何整數的藍光LED晶片108之一燈絲都可以被剪裁出來。

6.組裝簡單：可以簡單地用焊接的方法固定LED燈絲與導電線207，並可以選擇性地設置支撐架206在不同的位置將LED燈絲130支撐在燈泡內部空間之內，再將驅動電源電性連接到LED燈絲兩端的導電區段105便完成燈具的組裝。

7.適於全周光燈具：以第5圖中的LED燈泡200為例。因為LED燈絲130大致被彎曲成相對於中央旋轉軸212而言沒有方向性差異的一圓形，而且其中的每個藍光LED晶片都可以提供六面光，在燈罩204沒有被不透明材質覆蓋的條件下，LED燈泡200為一基本上可發出全周光的燈具。

儘管第5圖中的LED燈泡200，其中的LED燈絲130大致被彎曲成圓形，但是本發明並不限於此。LED燈絲130可以被彎曲成任意形狀、使用於適合的照明設備。第6圖顯示LED燈泡300，其中的LED燈絲130被彎曲成一曲線形或弧形，由兩導電線207支撐於一燈泡內部空間中。在第7圖中的LED燈泡400，包含一個被放置於一透明或半透明彎曲燈管410中的LED燈絲130，其中LED燈絲130順著燈管410之內部通道而彎曲。位於LED燈絲130兩端的導電區段105，則焊接到導電線404或電連接到一插頭(未顯示)。驅動電源(未顯示)可以透過導電線404或插頭，使LED燈絲130發光。在另一個實施例中，LED燈絲130也可以做為燈串字(channel letter)之光源。

如同先前所述的，依據本發明所實施的LED組件，其中的LED晶片不必然都是藍色的，也可能是有其他種顏色的LED晶片。此外，並非所有的藍光LED晶片都必須被同一種螢光粉層所覆蓋。在一實施例中，有些藍光LED晶片108被螢光粉層110所覆蓋，而有些藍光LED晶片被帶有不同螢光粉之另一螢光粉層所覆蓋。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

Claims (9)

1. 一種可彎曲燈絲，包含： 一彎曲燈管； 一基板，設置於該彎曲燈管內並包含一第一表面、一第二表面、及一終端； 一發光二極體晶片，形成於該第一表面之上； 一導電區段，形成於該第一表面之上； 以及 一導電線，形成於該第一表面之上且向外超出該彎曲燈管，並電性連接該發光二極體晶片。
2. 如申請專利範圍第1項之可彎曲燈絲，其中，該基板可撓曲。
3. 如申請專利範圍第1項之可彎曲燈絲，其中，更包含一波長轉換層形成於該第一表面之上。
4. 如申請專利範圍第3項之可彎曲燈絲，其中，該導電區段包含一部分，未被該波長轉換層覆蓋。
5. 如申請專利範圍第1項之可彎曲燈絲， 其中，該導電區段未超出該終端。
6. 如申請專利範圍第1項之可彎曲燈絲，其中，該導電區段包含ITO或銀。
7. 一種發光二極體燈泡，包含： 一彎曲燈管，包含一開口； 一彎曲基板，位於該彎曲燈管內，包含有一表面及一終端超出該開口； 一發光二極體晶片，設置於該表面之上； 一導電區段，設置於該表面之上；以及 一導電線，形成於該表面之上且超出該終端，並電性連接該發光二極體晶片。
8. 如申請專利範圍第7項之發光二極體燈泡，更包含一波長轉換層形成於該第一表面之上，並且該導電區段包含一部分未被該波長轉換層覆蓋。
9. 如申請專利範圍第7項之發光二極體燈泡，其中，該彎曲燈管包含兩個彎曲部分。