专利名称：高亮度发光二极管结构的制作方法
技术领域：
本实用新型是关于一种发光二极管结构，尤其是一种通过一胶材增加发光 二极管芯片的出光率，并再经一透镜将光源折射后提升亮度，且通过一导热元 件将热量导出的高亮度发光二极管结构。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode,以下简称LED)是一种固态的半导体元 件，与传统鴒丝灯泡发光的原理不同，发光二极管是属于冷光发光，仅需极小 电流即可发光。发光二极管不但具有寿命长、省电、较耐用、耐震、牢靠、体 积小及反应等优点，且早已成为日常生活中十分普及的产品，如手机、个人 数字助理(Personal Digital Assisant)、汽车用仪表指示灯与煞车灯、大型广告看 4反、交通号志等。
而发光二极管常由磷化镓(GaP)、氮化镓(GaN)等III-V族混晶化合物经磊晶 而成。其中目前氮化镓(GaN)元件有高亮度蓝光及绿光LED，以高亮度蓝光LED 激发荧光物质(phospher)可以产生白光，其具有低耗电及高寿命特性，而未来有 可能取代一般照明用的白炽灯泡。
传统的发光二极管， 一般是釆用带杯体的导线架，而LED芯片则以铸造 (Casting)方式进行封装，其中LED芯片与导线架是由一般具导热性的硬质PC 材料所包裹，LED芯片发出光源所产生的热量仅能通过导线架的引脚传导到外 部散热，LED芯片内的热量无法快速散去，且部分积聚的热量使LED芯片的结 温度与外部环境温度间的温度差升高，因而影响到发光二极管于大电流下的性 能与可靠度；其中硬质PC材料与LED芯片于高温下直接接触，亦可能会产生 开裂等结构的损坏情形。另外，在传统上封装方式的发光率受到下列几点的限 制
l.光在透镜外表面的反射没有得到有效的利用与收集，且在多次反射中丧失 了正确的出光方向。
2.—般Casting封装方式会在透镜内部或表面形成很多散射点，影响光的透 射率。
然而，在可靠性方面，传统的Radial LED lamp在大电流的冲击下，容易在 短时间内积聚大量热量，使得发光二极管的结温迅速升高，导致造成破坏发光 二极管或影响到发光二极管使用性能与寿命；故以上所述的现有技术中具有下 列几项缺点
1. 散热性能不佳。
2. 发光效率低。
是以，要如何解决上述现有技术的问题与缺点，即为本案的发明人与从事 此行业的相关厂商所亟欲研究改善的方向所在。
发明内容
故，发明人有鉴于上述缺点，乃搜集相关资料，经由多方评估及考量，并 以从事于此行业累积的多年经验，经由不断试作及修改，始设计出此种高亮度 发光二极管结构的新型。
本实用新型的主要目的，是提供一种具有提升亮度与散热的高亮度发光二 才及管结构。
为达上述目的，本实用新型提供一种高亮度发光二极管结构，是包括一支 座，该支座上设有二导电接脚； 一导热元件是设于该支座的中央位置； 一发光 二极管芯片是设置于该导热元件上，且其阴极及阳极是分别藉导线与该二导电 接脚相连接； 一透镜是包覆于该支座上；及一胶材是设于该透镜与该导热元件 的间，当通过该导电接脚对该阳极施加电流时，发光二极管芯片发出可见光并 产生热量时，是通过该胶材增加出光率再经由该透镜将光源折射后进而提升亮 度，并通过该支座的导热元件将热量导出，使得达到提升整体亮度与散热的效 果。
本实用新型的高亮度发光二极管结构具有下列几项优点
1. 本设计的轴向亮度可达到传统发光二极管的亮度的3至4倍。
2. 具有良好的光波前分布。
3. 光波束能量相对比较集中。
4. 具有较佳的散热性能。
5. 可以提升出光效率。
图1是本实用新型的发光二极管结构示意图； 图2是本实用新型的另一实施例的分解示意图； 图3是本实用新型的另一实施例的立体外观图； 图4是本实用新型的亮度的空间角度曲线示意图。 附图标记说明
l-发光二极管结构；lO-支座；101-导电接脚；20-导热块；201-凹腔部；202-凸部；30-发光二极管芯片；301-导线；40-透镜；50-硅胶；60-底座；601-通风孔。
具体实施方式
本实用新型的上述目的及其结构与功能上的特性，将依据所附图式的较佳 实施例予以说明。
本实用新型是一种高亮度发光二极管结构，请参阅图1,其为本实用新型的 一较佳实施例，如图所示该结构1是包括一支座10、 一导热元件、 一发光二极 管(Light Emitting Diode，简称LED)芯片30、 一透镜40及一月交材，其中该支座 IO表面是采用镀金处理，用以提高对光的反射率与热传导性，并且该支座10设 有二导电接脚101,又该支座10的中夬位置处^:有该导热元件，而该发光二极 管芯片30是设于该导热元件上，且其阴极及阳极是分别通过导线301与该二导 电接脚101相连接，该透镜40包覆在该支座10上，且胶材是设于该透镜40与 该导热元件间的位置，当通过该导电接脚101对该阳极施加电流时，发光二极 管芯片30发出可见光并产生热量时，通过该胶材增加出光率再经由该透镜40 将光源折射进而提升亮度，并通过该支座10的导热元件将热量导出，达到提升 整体亮度与散热的效果；故藉此上述结构，本实用新型确实可改善现有技术发 光二极管的散热性不佳与发光率低的问题。
该导热元件是可为一导热块20,该导热块20是可采用高导热性、导电性的 金属，如无氧铜，且该导热块20直径的大小需要与该发光二极管的体积 (Footprint)相匹配，其中心位于该发光二才及管的结构1轴心，也是该发光二极管 芯片30固晶的参照点，而该导热块20的一端设有一凹腔部201，其另端设有一 凸部202,其中该凹腔部201是用以将接收的光线反射(折射)，该凹腔部201的 表面是可为一抛物面、 一锥面、 一双曲面；在该较佳实施例中，该凹腔部201
的表面是以抛物面为例加以说明，但是，本实用新型在实际实施时，并不局限
于此；该凹腔部201的抛物面是可作为一反射镜，反射镜设计是令抛物面的焦 点与发光二极管芯片30表面中心重合，并经由抛物面反射后即形成与抛物面光 轴平行的平行光束投射至透镜40,可得到最大的反射效率；而该导热块20的凸 部202是用以将发光二极管芯片30的热量导出，且该凸部202贯穿至该支座10 外是为了提高热传导有效截面的同时，使得该支座10背面的温度分布的等温面 有个从中心向外的梯度向量，进而亦助于形成有效的空气对流而达到散热。
复请参阅图1所示，该透镜40是采用对光线具有折射作用的材料制成，如 聚碳酸酯(Polycarbonate)等，依照材料对光线折射特性的不同，故透镜40外形 需针对材料本身对光源的折射率加以设计，以及该发光二极管芯片30所设置的 位置亦须配合该透镜40做设置，例如对一个出光半角为15度的发光二极管， 透镜40的表面是为半球面，其半径与球面的顶端到发光二极管芯片30表面的 垂直距离的比率约为0.77;另外，发光二极管发出的光在两种不同介质的介面 上会产生反射，对于聚碳酸酯(Polycarbonate)材料，光波波长在260纳米至850 纳米的光在它与空气的介面上的反射率约为10%-15%,且其范围内透射率约 80%至100%，折射率约为1.56至1.586。
而该胶材是可为一高导热型的硅胶50(silicone)，该硅胶50是具有高导热性； 在该较佳实施例中，该硅胶50具有三个方面的作用(l)该硅胶50具有机械緩 冲的作用；(2)增加发光二极管芯片30周围的有效导热，是由于该硅胶50的热 阻比空气低很多，而一部份热量可通过与发光二才及管芯片30的四周与顶部接触 的硅胶50散热至该支座IO上；(3)硅胶50是可增加发光二极管芯片30的出光 率，因构成发光二极管芯片30的半导体材料的光折射率大于3，若直接接触空 气，由于两者的折射率差异比较大，光在发光二极管芯片30表面的反射率会比 较大，而该硅胶50的折射率约1.4,因此，可降低光在发光二极管芯片30表面 的反射率。
据上所述，当发光二极管芯片30发光时，光线投射至该凹腔部201的抛物 面，再经由抛物面将光源反射后，以加强光源的光束强度再投射至透镜40,同 时，通过高热导型的硅胶50增加出光率，并将发光二极管芯片30产生的热量 传导至支座10上，该支座IO再将热量迅速传导至该导热块20的凸部202，并 通过该导热块20的凸部202与外空气对流且迅速地将热量发散至该发光二极管 的本体外，以达到提升整体亮度与散热的效果。
请参阅图2、 3所示，其为本实用新型的另一较佳实施例，该发光二极管结 构1下是可增设一呈矩形的底座60,该底座60开设有一个以上的通风孔601, 通过该等通风孔601增加散热效果；在该另一较佳实施例中，是以开设四个通 风孔601为例，加以说明，但是，本实用新型在实际实施时，并不局限于此。
依据上述的结构、组成设计，亦可制作一个发光角度为30度的红光高亮度 发光二极管，且驱动电流为80毫安培时，可得知主波长最小为620纳米，最大 为630纳米，而主波长最佳为625纳米，且峰值亮度最佳为16cd (坎德拉)， 最小为12cd;其中该发光二极管芯片30是采用AlGalnP(磷化铝镓铟)的四元高 性能芯片；通过图5可看出大部分的光能集中于空间半形为15度的范围内。
以上所述，本实用新型的高亮度发光二极管结构具有下列几项优点
1. 本设计的轴向亮度可达到传统发光二极管的亮度的3至4倍。
2. 具有良好的光波前分布。
3. 光波束能量相对比较集中。
4. 具有较佳的散热性能。
5. 可以提升出光效率。
综上所述，本实用新型所提供的一种高亮度发光二极管结构，符合专利的 要件，依法提出专利申请。
以上具体实施方式
仅为本实用新型的较佳实施例，其对本实用新型而言是 说明性的，而非限制性的。本领域的技术人员在不超出本实用新型精神和范围 的情况下，对之进行变换、修改甚至等效，这些变动均会落入本实用新型的权 利要求保护范围。
权利要求1.一种高亮度发光二极管结构，其特征在于，包括一支座，该支座上设有二导电接脚；一导热元件，是设于该支座的中央位置；一发光二极管芯片，是设置于该导热元件上，且其阴极及阳极是分别通过导线与该二导电接脚相连接；一透镜，是包覆于该支座上；一胶材，是设于该透镜与该导热元件间；及当发光二极管芯片发出光线并产生量源时，通过该胶材增加出光率再经由该透镜将光源折射后进而提升亮度，并通过该支座的导热元件将热量导出，达到提升整体亮度与散热的效果。
2. 根据权利要求1所述的高亮度发光二极管结构，其特征在于，该导热元件 为一导热块，该导热块的一端"i殳有一凹腔部，其另端设有一凸部，通过该凹腔 部将光线反射与通过该凸部将热量导出，以增加亮度与散热。
3. 根据权利要求2所述的高亮度发光二极管结构，其特征在于，该凹腔部的 表面为一抛物面、 一锥面或一双曲面其中的一种。
4. 根据权利要求1所述的高亮度发光二极管结构，其特征在于，该透镜是一 聚碳酸酯材料，该聚碳酸酯对于波长260纳米至850纳米的光的透射率约80% 至100%,且折射率为1.56至1.586。
5. 根据权利要求1所述的高亮度发光二极管结构，其特征在于，该胶材为一 高导热型的硅胶。
6. 根据权利要求1所述的高亮度发光二极管结构，其特征在于，该支座表面 是采用镀金处理，以提高对光的反射率与热传导性。
7. 根据权利要求1所述的高亮度发光二极管结构，其特征在于，该发光二极 管结构还包括一底座，该底座开设有一个以上的通风孔，用以增加散热效果。
专利摘要本实用新型是一种高亮度发光二极管结构，该结构是包含一支座、一导热元件、一发光二极管芯片、一透镜及一胶材，其中该支座上设有二导电接脚，该导热元件是设于支座的中央位置，又该导热元件上设有发光二极管芯片，该发光二极管芯片的阴极及阳极是分别藉导线与该二导电接脚相连接，并该透镜是包覆于该支座上，且该透镜与该导热元件的间设有胶材，当发光二极管芯片发出可见光并产生热量时，是通过该胶材增加出光率再经由该透镜将光源折射后进而提升亮度，并通过该支座的导热元件将热量导出，使得达到提升整体亮度与散热的效果。
文档编号H01L33/00GK201191617SQ20082000739
公开日2009年2月4日 申请日期2008年4月7日 优先权日2008年4月7日
发明者李上宾 申请人:美昌(全球)股份有限公司