(57)【要約】【課題】本発明はケイ素基板を有する発光ダイオードと発光ダイオード灯具に関する。【解決手段】本発明のケイ素基板を有する発光ダイオードは、ケイ素基板と発光ダイオードウェハを含み、該ケイ素基板は、内部に形成される電源制御集積回路、底面に形成されるP電極、底面に形成されるN電極、底面に形成される放熱アース部を含み、該電源制御集積回路は該P電極と該N電極に電気的に接続され、該発光ダイオードウェハは共晶で該ケイ素基板の頂面に接合され、該発光ダイオードウェハは該P電極と該N電極に電気的に接続されており、該ケイ素基板には該発光ダイオードウェハが該ケイ素基板の内部から該放熱アース部に至る放熱通路が設けられ、該電源制御集積回路は従来の電源コントローラに代替することにより、更に優れた発光ダイオードを提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素基板を有する発光ダイオードにおいて、
内部に形成される電源制御集積回路、底面に形成されるP電極、底面に形成されるN電極、底面に形成される放熱アース部、を含み、該電源制御集積回路と該P電極及び該N電極が電気的に接続されるケイ素基板と、
共晶して該ケイ素基板の頂部面に接合し、P電極及び該N電極と電気的に接続される少なくとも１つの発光ダイオードウェハと、を含み、
該ケイ素基板には、該発光ダイオードウェハが該ケイ素基板の内部から該放熱アース部に至る放熱通路が設けられているケイ素基板を有する発光ダイオード。
【請求項２】
該電源制御集積回路は該放熱通路の周囲に設けられている請求項１に記載のケイ素基板を有する発光ダイオード。
【請求項３】
該電源制御集積回路は該P電極と該N電極に設けられている請求項２に記載のケイ素基板を有する発光ダイオード。
【請求項４】
該放熱通路は垂直して下へ向かっている請求項１に記載のケイ素基板を有する発光ダイオード。
【請求項５】
該放熱通路は該放熱アース部に連結される請求項４に記載のケイ素基板を有する発光ダイオード。
【請求項６】
該ケイ素基板は温度制御集積回路を更に含む請求項１に記載のケイ素基板を有する発光ダイオード。
【請求項７】
該ケイ素基板は変色制御集積回路を更に含む請求項１に記載のケイ素基板を有する発光ダイオード。
【請求項８】
発光ダイオード灯具において、
平坦なベース面、該ベース面に突出する複数の放熱突起を含む放熱スタンドと、
該放熱スタンドのベース面に対応して接触する放熱底面、放熱突起に対応して設けられている複数の溝を含み、該放熱突起が該溝内に位置している、回路板と、
該回路板の溝に設けられ、かつ該放熱スタンドの放熱突起の頂面に位置する少なくとも１つの発光ダイオードと、を含み、
各発光ダイオードは、ケイ素基板、少なくとも１つの発光ダイオードウェハを含み、
該ケイ素基板は、内部に形成される電源制御集積回路、底面に形成されるP電極、底面に形成されるN電極、底面に形成される放熱アース部を含み、
該電源制御集積回路は該P電極と該N電極に電気的に接続され、
該発光ダイオードウェハは共晶で該ケイ素基板の頂面に接合され、該発光ダイオードウェハは該P電極と該N電極に電気的に接続されており、
該ケイ素基板には該発光ダイオードウェハが該ケイ素基板の内部から該放熱アース部に至る放熱通路が設けられている発光ダイオード灯具。
【請求項９】
該放熱通路は該放熱アース部により該放熱突起に連結される請求項８に記載の通す発光ダイオード灯具。
【請求項１０】
該発光ダイオードのケイ素基板に位置する放熱アース部と該放熱スタンドの放熱突起の頂面の間に位置する界面合金層を更に含む請求項９に記載の発光ダイオード灯具。
【請求項１１】
該放熱スタンドの放熱突起の頂面と該界面合金層を合計した高さは該回路板より高く、該界面合金層の厚さは0.03ｍｍより小さい請求項１０に記載の発光ダイオード灯具。
【請求項１２】
該ケイ素基板の放熱アース部と該放熱スタンドの放熱突起の頂面には金錫合金層が形成され、かつ共に該界面合金層を形成する請求項１０に記載の発光ダイオード灯具。
【請求項１３】
該ケイ素基板の放熱アース部と該放熱スタンドの放熱突起の頂面の間は半田を用いて空気スリットを埋める請求項１０に記載の発光ダイオード灯具。
【請求項１４】
該放熱スタンドと該回路板は高融点半田により溶接して固定され、該発光ダイオードと該放熱スタンド、該発光ダイオードと回路板はそれぞれ低融点半田により溶接して固定される請求項８に記載の発光ダイオード灯具。
【請求項１５】
1種は少なくとも全く同様で項の1前記ケイ素基板を有する発光ダイオード灯具を請求することを含む発光ダイオード灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明設備に関し、特にケイ素基板を有する発光ダイオードと発光ダイオード灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用オフィス、学校、居所、自動車、街灯などは、高輝度の照明設備が必要とされる。通常のハロゲン電球は電気費用が高く、被照射物品が変質されるなどの欠点を有するため、市場での好感度が低くなっている。少しずつ、発光ダイオード灯具は高輝度を有し、かつ電気料金が低いことで、ハロゲン電球の多くの欠点を改善して現在の照明設備として主流になってきている。
【０００３】
従来の発光ダイオード灯具は発光ダイオード、回路板、電源コントローラ、放熱スタンドから構成され、発光ダイオードが熱を発生する以外に、電源コントローラも大量に熱を発生する。もし、有効に即座に放熱しないと、発光ダイオードの配列を更に密着することができず、電源コントローラも発光ダイオードと所定の距離ほど離れなければならないため、それぞれ輝度の向上が難しく、及び発光ダイオード灯具の体積を小さくすることができない欠点をもたらしている。それ以外に、従来の電源コントローラ自身の体積が非常に大きく、発光ダイオードと回路板より大きいため、発光ダイオード灯具の体積を小さくすることができないため、発光ダイオード灯具を手軽に便利に使用することができなくなり、例えば、キャビネットライトとして所定の取付け厚さと深さなどが必要になる。
【０００４】
本出願人の台湾特許番号I418736号では、優れた放熱手段を有する発光ダイオード灯具が公開され、該特許公報に掲示された放熱手段に基づいて、発光ダイオード灯具における商品競争力をどのように向上するかが、現在の関連業界での研究開発の重点となっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、最も優れるケイ素基板を有する発光ダイオードを提供する。
【０００６】
本発明の他の目的は、大幅に体積を減縮し、かつ更に優れた発光ダイオード灯具を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明におけるケイ素基板を有する発光ダイオードは、ケイ素基板、少なくとも１つの発光ダイオードウェハを含む。該ケイ素基板は、内部に形成される電源制御集積回路、底面に形成されるP電極、底面に形成されるN電極、底面に形成される放熱アース部を含む。該電源制御集積回路は該P電極と該N電極に電気的に接続され、該発光ダイオードウェハは共晶して該ケイ素基板の頂面に接合され、該発光ダイオードウェハは該P電極と該N電極に電気的に接続されている。ケイ素基板には、該発光ダイオードウェハが該ケイ素基板の内部から該放熱アース部に至る放熱通路が設けられている。
【０００８】
本発明における発光ダイオード灯具は、放熱スタンド、回路板、少なくとも１つの発光ダイオード、1対の電線を含む。該放熱スタンドは、平坦なベース面、該ベース面に突出する複数の放熱突起を含む。該回路板は、該放熱スタンドのベース面に対応して接触する放熱底面、放熱突起に対応して設けられている複数の溝を含み、該放熱突起は該溝内に位置する。該発光ダイオードは、該回路板の溝に設けられ、かつ該放熱スタンドの放熱突起の頂面に位置し、該発光ダイオードは、ケイ素基板、少なくとも１つの発光ダイオードウェハを含み、該ケイ素基板は、内部に形成される電源制御集積回路、底面に形成されるP電極、底面に形成されるN電極、底面に形成さえる放熱アース部を含む。該電源制御集積回路は該P電極と該N電極に電気的に接続され、該発光ダイオードウェハは共晶して該ケイ素基板の頂面に接合され、該発光ダイオードウェハは該P電極と該N電極に電気的に接続される。ケイ素基板には、該発光ダイオードウェハが該ケイ素基板の内部から該放熱アース部に至る放熱通路が設けられ、該電線は該回路板の外部電源との接続に用いられる。
【発明の効果】
【０００９】
該発光ダイオード灯具は優れた散熱性能を有し、該電源制御集積回路を該ケイ素基板の内部に設けることで従来の電源コントローラに代替し、更に優れた発光ダイオードを提供すると同時に、大幅に発光ダイオード灯具の体積を減縮して、本発明の目的を達する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図1は、本発明のケイ素基板を有する発光ダイオードと発光ダイオード灯具を説明するための第1の好ましい実施例における立体分解図である。
【図２】図2は、本発明の第1の好ましい実施例の放熱スタンド、回路板、複数の発光ダイオード、1対の電線を説明するための立体図である。
【図３】図3は、本発明の第1の好ましい実施例の発光ダイオードのケイ素基板と複数の発光ダイオードウェハを説明するための断面図である。
【図４】図4は、本発明の第1の好ましい実施例の発光ダイオードの該ケイ素基板と複数の発光ダイオードウェハを説明するための平面図である。
【図５】図5は、本発明の第1の好ましい実施例のP電極、N電極と放熱アース部を説明するための底面図である。
【図６】図6は、本発明のケイ素基板を有する発光ダイオードと発光ダイオード灯具を説明するための第2の好ましい実施例における底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の他の特徴と効果は、図面示された実施手段を参照されたい。本発明を詳細に説明する前に、下記の説明内容に注意し、類似の部品は同じ符号で示されている。
【００１２】
図1、図2と図3に示されたように、本発明のケイ素基板を有する発光ダイオードと発光ダイオード灯具の第1の好ましい実施例において、該発光ダイオード灯具は、放熱スタンド1、回路板2、複数の発光ダイオード3、1対の電線4、界面合金層5を含む。
【００１３】
該放熱スタンド1は、平坦なベース面11、該ベース面11に突出する放熱突起12含み、該放熱スタンド1は380 W/m・Kの熱伝達係数を有する銅から製造され、或いは237W/m・Kの熱伝達係数を有するアルミニウムから製造されており、即座に排熱することができる。
【００１４】
該回路板2は、該放熱スタンド1のベース面11に接触する1対の放熱底面21、放熱突起12に対応して設けられている複数の溝22を含み、該放熱突起12はそれぞれ該回路板2の該溝22に対応して位置される。
【００１５】
該発光ダイオード3は、該回路板2の溝22に設けられ、かつ該放熱スタンド1の放熱突起12の頂面に位置する。該発光ダイオード3は、ケイ素基板31、複数の発光ダイオードウェハ32を含む。
【００１６】
図4と図5に示されたように、該ケイ素基板31の材質はケイ素で、ケイ素は170W/m・Kの熱伝達係数を有する。該ケイ素基板31は、内部に形成される電源制御集積回路311、底面に形成されるP電極312、底面に形成されるN電極313、底面に形成される放熱アース部314を含み、該電源制御集積回路311は該P電極312と該N電極313に電気的に接続される。ケイ素基板には、該発光ダイオードウェハ32が該ケイ素基板31の内部から該放熱アース部314に至る放熱通路315が設けられており、該放熱通路315は垂直に下へ向かっている。
【００１７】
該電源制御集積回路311は半導体エピタキシャルを集積回路に成長させる手段を用いて、キャパシタンス、インダクタンス、電気抵抗などを集積回路に設けた後、該ケイ素基板31の内部に形成される。
【００１８】
該放熱アース部314の１つ機能としてはアース機能を有し、国際電気標準会議で定められた灯具の照明標準に基いて、アース機能を有する発光ダイオード灯具の耐圧下限値は500VACであり、本発明の第1の好ましい実施例では、該発光ダイオード3の耐圧は700VACに達する。
【００１９】
該放熱アース部314の他の機能は放熱が可能であり、該電源制御集積回路311と該発光ダイオードウェハ32の熱を外部に伝達し、該放熱アース部314と該放熱スタンド1の放熱突起12が接続するため、該放熱スタンド1が有効に該ケイ素基板31の廃熱を伝達することができる。
【００２０】
つまり、本発明の第1の好ましい実施例では、該放熱通路315とアース機能は該放熱アース部314を共有し、下記に更に説明する。該電源制御集積回路311は該放熱通路315の周囲に設けられ、このような設置は、該電源制御集積回路311に比べて、該発光ダイオードウェハ32が最も優れた放熱効果を必要とするため、該放熱通路315上の空間が単純な散熱用として、前記放熱通路315の空間に該電源制御集積回路311を設置及び形成しなくても、該発光ダイオードウェハ32の熱を更に即座に外部に伝達することができる。
【００２１】
該ケイ素基板31の該電源制御集積回路311は異なる外部電源に応じて設けられ、外部電源は20Wの発光ダイオード3或いは30Wの発光ダイオード3等に適用される。電圧電流は相互にマッチングしており、単一の１つ発光ダイオード3に印加される電圧値を制御して、発光ダイオード3が燃焼によって廃棄処分となることを防ぎ、更に、該電源制御集積回路311は該発光ダイオード3の明るさを制御することができる。
【００２２】
該ケイ素基板31内部の電源制御集積回路311は従来の発光ダイオード灯具における電源コントローラを代替するため、従来の発光ダイオード灯具の電源コントローラのために必要だった放熱スタンドを不要にすることができ、従来の放熱上の制限のために該電源制御集積回路311と該発光ダイオードウェハ32を一体にすることができなかったが、本出願人の台湾特許登録番号第I418736号では、従来の技術欠陥を解決することができた。
【００２３】
従来、該発光ダイオード3の基座はアルミナまたは窒化アルミニウム等の他の材質から製造されている。例えば、フィリップス社はアルミナを用いて窒化アルミニウムを包む方法で基板を形成するが、窒化アルミニウムはケイ素に比べて高い伝熱係数を有し、伝熱と絶縁の効果しか有さないため、依然としてケイ素が最適な半導体エピタキシャル成長における該電源制御集積回路311の材料になる。
【００２４】
ここで、本発明の第1の好ましい実施例において、該ケイ素基板31は、温度制御集積回路、変色制御集積回路などを含んでもよい。該温度制御集積回路と該変色制御集積回路は、該電源制御集積回路311と同様な半導体エピタキシャル成長技術を利用して該ケイ素基板31の内部に形成することができる（不図示）。
【００２５】
該発光ダイオードウェハ32は共晶反応によって該ケイ素基板31の頂面に接合され、該発光ダイオードウェハ32はそれぞれ該P電極312と該N電極313に電気的に接続されている。本発明の第1の好ましい実施例で、該発光ダイオードウェハ32の材質は窒化ガリウムで、窒化ガリウムとケイ素の間の結晶格子がマッチングしていないため、直接該ケイ素基板31上に半導体エピタキシャル技術を用いて該発光ダイオードウェハ32を成長させることができず、共晶接合による手段で製造プロセスの問題を解決し、かつ共晶接合の歩留まりが高く、放熱効率も銀ペーストによる接合より高い。
【００２６】
該電線4は外部電源を該回路板2に接続させるために用いられ、例えば、直流電流または交流電流において、直流電流は太陽エネルギーまたは電池などから供給され、直流電流の規格は12Vまたは24Vで、交流電流の規格は110Vまたは210Vである。
【００２７】
該界面合金層5は該発光ダイオード3のケイ素基板31の放熱アース部314と該放熱スタンド1の放熱突起12の頂面の間に位置する。
【００２８】
該放熱スタンド1と該回路板2は高融点半田61により溶接して固定されており、該発光ダイオード3と該放熱スタンド1及び回路板2はそれぞれ低融点半田62により溶接して固定され、高融点半田61の融点は260℃で、低融点半田62の融点は150℃である。
【００２９】
溶接順位として、先に、該回路板2と該放熱スタンド1は高融点半田61により溶接して固定された後、更に該発光ダイオード3と該放熱スタンド1及び該回路板2が低融点半田62により溶接して固定されている。低融点半田62の融点が高融点半田61の融点に比べて低いため、後続に該発光ダイオード3と該放熱スタンド1及び該回路板2を溶接する時、該回路板2と該放熱スタンド1の間の高融点半田61が半田溶融されない。
【００３０】
該放熱スタンド1の放熱突起12の頂面と該界面合金層5を合計した高さは該回路板2より高く、該界面合金層5の厚さは0.03ｍｍより小さいため、該発光ダイオード3が該回路板2から遠く離れることによって溶接できないなどの接触不良の現象を防ぐことができる。該ケイ素基板31の放熱アース部314と該放熱スタンド1の放熱突起12の頂面には金錫合金層が形成されることにより、該放熱スタンド1が溶接される前後に、無酸素純銅、無酸素純アルミニウムの高熱伝達係数を保持することができ、金錫合金層が溶接された後に界面合金層5が形成される。該ケイ素基板31の放熱アース部314と該放熱スタンド1の放熱突起12の頂面の間は低融点半田62を用いて空気スリットを埋めることができる。該発光ダイオード3と該放熱スタンド1の接続が更に密着性を高め、かつ溶接が完了した後、残された低融点半田62は非常に薄く、低融点半田62を通じて空気スリットを埋めることにより、空気による放熱効果の低減を防ぐことができ、有効に該発光ダイオード3と該放熱スタンド1の接触面積を増加させて、更に放熱効果を向上させることができる。更に、溶接される前に、金錫合金層の金属成分は自身の不活性な性質によって該放熱スタンド1の酸化を防ぎ、溶接される時、金錫合金層の金属成分の錫により融点を低減させて、高融点半田61の半田溶融を防ぐことができる。
【００３１】
更に詳細に説明すると、該放熱スタンド1の放熱突起12の頂面の高さが該回路板2の高さより低くないため、溶接する時、所定の圧力で加圧することで、該発光ダイオード3と該放熱スタンド1の界面合金層5の厚さが薄く均一になる。
【００３２】
図6に示されたように、本発明のケイ素基板を有する発光ダイオードと発光ダイオード灯具の第2の好ましい実施例は、第1の好ましい実施例とほぼ同様であり、異なる点は、該P電極312、該N電極313と該放熱アース部314の配置位置が第1の好ましい実施例と異なり、本発明の第2の好ましい実施例においては、該P電極312と該N電極313は片側に並列され、該放熱アース部314は他の片側に位置する。
【００３３】
上述により、本発明の効果は、該発光ダイオード灯具が優れた放熱性を有し、該電源制御集積回路311が該ケイ素基板31の内部に直接設置されて、従来の電源コントローラを代替することにより、最適化された発光ダイオード3を提供することができる。本発明は動力20.425Wで、1916.960Lmの光束を放射し、大幅に製品の性能を向上し、大幅に発光ダイオード灯具の体積を縮減して、本発明の目的を達することができる。
【００３４】
以上は本発明の好ましい実施例のみであり、本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明の実用新案登録請求の範囲と明細書の内容に基いて行った簡単な均等置換と修飾は、依然として本発明の実用新案登録請求の範囲内に属するべきである。
【符号の説明】
【００３５】
1 放熱スタンド
11 ベース面
12 放熱突起
2 回路板
21 放熱底面
22 溝
3 発光ダイオード
31 ケイ素基板
311 電源制御集積回路
312 P電極
313 N電極
314 放熱アース部
315 放熱通路
32 発光ダイオードウェハ
4 電線
5 界面合金層
61 高融点半田
62 低融点半田
【図１】
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【図２】
2015188056.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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