TWI416993B - 交流電發光二極體模組及其應用之光源裝置與其製造方法 - Google Patents

Description

交流電發光二極體模組及其應用之光源裝置與其製造方法

本發明係涉及一種發光二極體模組，特別係指一種在一模組封裝製程下所製作完成的交流電發光二極體模組及應用之光源裝置與其製造方法。

近幾年來，由於發光二極體的快速成長，其相關應用設計也逐漸拓展開來，此外基於發光二極體具有體積小、省電、設計容易等優點。因此，在目前各種產業中，也就紛紛整合了發光二極體來作為指示或照明的功能。

而我們都知道，發光二極體只能進行單向導電，也就是僅可以透過直流電來驅動點亮。因此，在應用於各種產品時，勢必在電路板上再另外設計有交流轉直流的整流電路，或者額外透過外接的整流器來達到整流的效果。但如此一來，不僅會增加產品成本，整體來講更無法有效縮小產品的體積。

於是，目前的習知技術就有提出交流電發光二極體的設計，其是在晶圓製程階段來完成之後才進行封裝。並且在晶圓製程的過程，其必須結合整流電路的設計，而把數十顆的發光二極體晶粒叢集在一起，最後才依亮度需求來裁切晶圓，以再進行封裝而製作出交流電發光二極體。

但是，由於發光二極體的順向壓降會影響良品率，因而若為了完成晶圓的製程，而將所有發光二極體晶粒進行叢集整合的話，只要其中一個發光二極體晶粒發生問題，就會導致整個叢集產生不良。因此對於原本可以大量生產的晶圓製程而言，將會提高生產製造的風險，而使得產品的良率降低。

有鑑於此，本發明所要解決的技術問題在於，將整個製程實現在發光二極體模組的模組封裝階段，使得發光二極體皆可在完成篩選之後才進而打線焊接，並且再藉由本發明的簡單架構之設計，藉以大幅地減少製作流程，以及有效地提升產品的良品率。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之一方案，提供一種交流電發光二極體模組，其包括：一基板及複數個發光二極體。其中，該基板的一上表面係具有複數個圓形凹槽，並排列成形為一矩陣排列，而該基板更具有一橋式整流電路之導線架構，並且該導線架構的複數個電氣接點係分別對應該矩陣排列而設置該些圓形凹槽內。而該些發光二極體係分別焊接於該導線架構的電氣接點，以使該橋式整流電路完成連接。藉此，該橋式整流電路係接收交流電，並且透過該些發光二極體來達到交流轉直流之轉換以及發光之作用。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之另一方案，提供一種光源裝置，包含：一電路板、一電源接頭及複數個上述方案所提供的交流電發光二極體模組。其中，電源接頭是連接電路板，並且用來接收一交流電，而交流電發光二極體模組是設置於電路板，並且連接電源接頭，以接收交流電來進行發光。

為了達到上述目的，根據本發明所提出之再一方案，提供一種交流電發光二極體模組的製造方法，係為一模組封裝製程，該製造方法之步驟包括；首先，透過一基板製程方式來整合一橋式整流電路之導線架構，以成形為一基板，其中該基板的一上表面係具有複數個圓形凹槽，並排列成為一矩陣排列，而該橋式整流電路之導線架構的複數個電氣接點係分別對應設置於該些圓形凹槽內。接著，分別進行黏著複數個發光二極體於該上表面上的圓形凹槽內，並分別打線焊接該些發光二極體於該些圓形凹槽內的電氣接點，以使該橋式整流電路完成連接。最後，進行塗佈一膠體在該基板的上表面，以填滿該些圓形凹槽。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明為達成預定目的所採取之方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖式中加以闡述。

本發明之交流電發光二極體模組主要是透過簡單的模組架構之設計，以在模組封裝製程時來完成整合發光二極體及整流電路，而並非利用晶圓製程來製作，也就是並非實現於積體電路或半導體製程之架構。藉以降低生產風險而提升生產之良率。

請同時參考第一圖，為本發明交流電發光二極體模組之實施例立體圖。如圖所示，本實施例提供一種交流電發光二極體模組1，其是直接接收一交流電而來作為驅動之電源。而交流電發光二極體模組1包括：一基板11及複數個發光二極體12。其中，基板11的一上表面111是具有複數個圓形凹槽1110，並且所有的圓形凹槽1110是排列成為一矩陣排列。此外，在基板11製作形成時，便整合有一橋式整流電路之導線架構(圖未示)，並且該導線架構的複數個電氣接點(圖未示)是顯露設置於基板11的上表面111，且分別對應該矩陣排列而設置於該些圓形凹槽1110內，以作為打線焊接之接點。而熟悉該項技術者應可以了解，該導線架構對應設置於每一個圓形凹槽1110是提供有兩個電氣接點(電極(+)及電極(-))。其中，基板11可例如為陶瓷基板、玻璃基板、環氧樹脂基板(FR-4)或BT基板。

而發光二極體12即是分別焊接於導線架構的電氣接點，以使橋式整流電路在發光二極體12打線焊接完成之後，便可以完成橋式整流電路的連接及作用。補充說明的是，發光二極體12實際應用上可以透過一接合線(Bonding Wire)來焊接於導線架構的電氣接點，亦可以是利用覆晶組裝技術(Flip-Chip Bonding)來焊接於導線架構的電氣接點，在此並無加以限制。如此一來，交流電發光二極體模組1中的橋式整流電路，便是透過發光二極體12來達到同時進行交流轉直流之轉換以及進行發光之作用。

附帶一提的是，本實施例所述之橋式整流電路在實際設計上，較佳的是例如為全波整流電路之設計，並且橋式整流電路是依據所接收的交流電大小來計算設計，以決定出需要的發光二極體12之數量，進而才能對於其導線架構進行設計配置及連接。其中，在發光二極體12的數量方面，目前實驗出較佳的數據是在每平方公分的基板11上設計有30~100個發光二極體12。換句話說，圓形凹槽1110形成在基板11上的密度是30~100個/每平方公分。

請再參考第二圖，為本發明的橋式整流電路之第一實施例電路示意圖。如圖所示，橋式整流電路112在設計為全波整流電路時，其包括有一四臂電路1121及一負載電路1122。並且橋式整流電路112完全是透過發光二極體12來達到整流並發光的作用。其中，在四臂電路1121之電氣接點是分別焊接有一第一發光二極體組LED1、一第二發光二極體組LED2、一第三發光二極體組LED3及一第四發光二極體組LED4。而在負載電路1122之電氣接點是焊接有一第五發光二極體組LED5。

而假設本實施例是用以接收110伏特，60Hz的交流電，因此焊接在四臂電路1121上的第一發光二極體組LED1至第四發光二極體組LED4是經由計算後而分別設計為14個發光二極體12，而焊接在負載電路1122上的第五發光二極體組LED5是設計為16個發光二極體12，總共為72個發光二極體12。

於是，當橋式整流電路112運作於正半過時，第一發光二極體組LED1、第五發光二極體組LED5及第三發光二極體組LED3會被驅動而點亮，因而會有44個發光二極體12會運作產生光源；相反的，當橋式整流電路112運作於負半週時，則是第二發光二極體組LED2、第五發光二極體組LED5及第四發光二極體組LED4會被驅動而點亮，而同樣是會有44個發光二極體12運作產生光源。

因此，搭配本實施例所提供的橋式整流電路112之交流電發光二極體模組1，其運作時的發光二極體12之利用率(Payload Ratio)為44/72=61%。

請再參考第三圖，為本發明的橋式整流電路之第二實施例電路示意圖。如圖所示，本實施例在設計上大致與第一實施例相同。而主要的差異點在於，橋式整流電路112中的負載電路1122是進一步採用並聯的方式來設計，也就是說在負載電路1122之電氣接點是焊接有一第五之一發光二極體組LED5-1及一第五之二發光二極體組LED5-2。

而若同樣是假設接收110伏特，60Hz的交流電時，則焊接在四臂電路1121上的第一發光二極體組LED1至第四發光二極體組LED4是經由計算後而分別設計為13個發光二極體12，而焊接在負載電路1122上的第五之一發光二極體組LED5-1及第五之二發光二極體組LED5-2是分別設計為14個發光二極體12，總共為80個發光二極體12。

於是，當橋式整流電路112運作於正半週時，第一發光二極體組LED1、第五之二發光二極體組LED5-2及第三發光二極體組LED3會被驅動而點亮，因而會有50個發光二極體12會運作產生光源；相反的，當橋式整流電路112運作於負半週時，則是第二發光二極體組LED2、第五之一發光二極體組LED5-1及第四發光二極體組LED4會被驅動而點亮，而同樣是會有50個發光二極體12運作產生光源。

因此，搭配本實施例所提供的橋式整流電路112之交流電發光二極體模組1，其運作時的發光二極體12之利用率為50/80=67.5%。

請再參考第四A圖，為本發明的橋式整流電路之第三實施例電路示意圖。如圖所示，本實施例是用以表示交流電發光二極體模組1可進一步包含有四個整流二極體D1~D4，並且搭配發光二極體12來達成整流及發光的作用。其中，四個整流二極體D1~D4是分別焊接於橋式整流電路112之四臂電路1121的電氣接點，而由發光二極體12所組成的第一發光二極體組LED1則是順向串列焊接於負載電路1122之電氣接點。

由於本實施例是主要的整流工作是由整流二極體D1~D4來進行，而第一發光二極體組LED1是焊接於負載電路1122。因此，不管橋式整流電路112是運作於正半週或負半週，則第一發光二極體組LED1皆會處於恆亮的狀態。因此搭配本實施例所提供的橋式整流電路112之交流電發光二極體模組1，其運作時的發光二極體12之利用率為100%。

此外，請複參考第四B圖，為對應第三實施例之橋式整流電路的矩陣排列示意圖。本實施例是用以說明橋式整流電路112在依據基板11之圓形凹槽1110所成形的矩陣排列之下，所設計出的其中之一電路連接示意圖。如圖所示，其對應第四A圖中的整流二極體D1~D4，是分別連接於橋式整流電路112的四臂電路1121。而所有的發光二極體12皆是串列連接於橋式整流電路112的負載電路1122，也就是順向串接於電極(+)至電極(-)之間，以形成矩陣形狀之排列。

而上述所提及的實施例部分，由於實際上的發光二極體12之順向壓降會有所差異，因此其中所設計的橋式整流電路112之導線架構及其中所使用的發光二極體12之數量時，可能會因實際設計時所接收的交流電大小而有所差異。上述之舉例說明並非用以限制本發明之態樣。

為了說明本發明交流電發光二極體模組1的架構組成，進一步透過其製造方法來加以描述。請參考第五圖，為本發明交流電發光二極體模組的製造方法之實施例流程圖。如圖所示，本實施例提供一種交流電發光二極體模組1的製造方法，其步驟包括：首先，依據應用上所需接收的交流電大小及發光二極體12之特性來設計一橋式整流電路112(S501)，進而透過基板製程方式來整合橋式整流電路112之導線架構，以成形為基板11(S503)。其中，在基板11在成形後，基板11的上表面111是對應整合橋式整流電路112之導線架構而形成多個圓形凹槽1110，並且排列成為一矩陣排列，而橋式整流電路112之導線架構的電氣接點是分別對應設置於該些圓形凹槽1110內。

接著，分別進行黏著發光二極體12於上表面111上的圓形凹槽1110內，並再分別打線焊接發光二極體12於圓形凹槽1110內的電氣接點(S505)，以使該橋式整流電路112完成連接。此外，若欲使整體發光二極體12的利用率較佳，且橋式整流電路112的整流效果較好的話，則可以進一步搭配發光二極體12來進行黏著整流二極體於橋式整流電路112之四臂電路1121所對應的圓形凹槽1110內，並進行打線連接於圓形凹槽1110內的電氣接點(S507)。最後，進行塗佈一膠體在基板11的上表面111(S509)，以填滿所有的圓形凹槽1110，而完成交流電發光二極體模組1之製作。其中，上述之膠體在設計上可例如為透明膠體或者調和有螢光粉的膠體(用於白光發光二極體)，並且膠體在材質上是可採用聚合膠水(Curable Polymer)、環氧樹脂(Epoxy)及有矽膠(Silicone)等其中之一種材料。

為了進一步說明本發明交流電發光二極體模組1的實際應用態樣，請進一步參考第六圖，為本發明光源裝置的實施例示意圖。如圖所示，本實施例所提供的一種光源裝置2是屬於燈泡的態樣，也就是本實施例所設計的光源裝置2是以發光二極體12為發光來源的燈泡。

光源裝置2是包含一電路板201、一電源接頭202及多個交流電發光二極體模組1。其中，電路板201可進一步是與散熱裝置(圖未示)連接，以透過散熱裝置進行散熱。電源接頭202是連接電路板201，並且用來插接於一燈泡座體(圖未示)，以接收一交流電。交流電發光二極體模組1則是焊接設置於電路板201，並且用來接收交流電，以直接能夠執行交流轉直流之轉換運作，並進行發光。

此外，光源裝置2的實際態樣並不侷限於燈泡，更可因應使用上需求而設計為不同長度的燈管等態樣，在此並無加以限制。

綜上所述，本發明是可以將整個交流電發光二極體模組的製程實現在模組封裝階段，使得其中所使用的發光二極體皆可在完成篩選之後才進而打線焊接，並且再藉由本發明的簡單架構之設計，以能大幅地減少製作流程，以及有效地提升產品的良品率。

惟，以上所述，僅為本發明的具體實施例之詳細說明及圖式而已，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案所界定之專利範圍。

1．．．交流電發光二極體模組

11．．．基板

111．．．上表面

1110．．．圓形凹槽

112．．．橋式整流電路

1121．．．四臂電路

1122．．．負載電路

12．．．發光二極體

2．．．光源裝置

201．．．電路板

202．．．電源接頭

D1，D2，D3，D4．．．整流二極體

LED1．．．第一發光二極體組

LED2．．．第二發光二極體組

LED3．．．第三發光二極體組

LED4．．．第四發光二極體組

LED5．．．第五發光二極體組

LED5-1．．．第五之一發光二極體組

LED5-2．．．第五之二發光二極體組

第一圖係本發明交流電發光二極體模組之實施例立體圖；

第二圖係本發明的橋式整流電路之第一實施例電路示意圖；

第三圖係本發明的橋式整流電路之第二實施例電路示意圖；

第四A圖係本發明的橋式整流電路之第三實施例電路示意圖；

第四B圖係本發明第三實施例之橋式整流電路的矩陣排列示意圖；

第五圖係本發明交流電發光二極體模組的製造方法之實施例流程圖；及

第六圖係本發明光源裝置的實施例示意圖。

1．．．交流電發光二極體模組

11．．．基板

111．．．上表面

1110．．．圓形凹槽

12．．．發光二極體

Claims (19)

1. 一種交流電發光二極體模組，包括：一基板，該基板的一上表面係具有複數個圓形凹槽，並排列成為一矩陣排列，而該基板係具有一橋式整流電路之導線架構，並且該導線架構的複數個電氣接點係分別對應該矩陣排列而設置於該些圓形凹槽內；及複數個發光二極體，係分別焊接於該導線架構的電氣接點，以使該橋式整流電路完成連接；其中每一該些圓形凹槽進一步係填滿一膠體，並且該膠體係為透明膠體或調和螢光粉之膠體；藉此，該橋式整流電路係接收交流電，並且透過該些發光二極體來達到交流轉直流之轉換以及發光之作用。
2. 如申請專利範圍第1項所述之交流電發光二極體模組，其中該橋式整流電路係為全波整流電路，並且係依據所接收之交流電大小來設計。
3. 如申請專利範圍第2項所述之交流電發光二極體模組，其中該全波整流電路係包含一四臂電路及一負載電路。
4. 如申請專利範圍第3項所述之交流電發光二極體模組，其中該負載電路係採用並聯方式之設計。
5. 如申請專利範圍第3項所述之交流電發光二極體模組，其中該交流電發光二極體模組進一步包含四個整流二極體，用以搭配該些發光二極體而焊接於該導線架構的電氣接點。
6. 如申請專利範圍第5項所述之交流電發光二極體模組，其中該四個整流二極體係分別焊接於該全波整流電路之四臂電路的電氣接點，而該些發光二極體係順向串列焊接於該全波整流電路之負載電路的電氣接點。
7. 如申請專利範圍第1項所述之交流電發光二極體模組，其中該基板係為陶瓷基板、玻璃基板、環氧樹脂基板或BT基板。
8. 如申請專利範圍第1項所述之交流電發光二極體模組，其中該些圓形凹槽形成在該基板上的密度係為30~100個/每平分公分。
9. 如申請專利範圍第1項所述之交流電發光二極體模組，其中該些發光二極體係透過接合線來焊接於該導線架構的電氣接點。
10. 如申請專利範圍第1項所述之交流電發光二極體模組，其中該些發光二極體係利用覆晶組裝技術來焊接於該導線架構的電氣接點。
11. 如申請專利範圍第1項所述之交流電發光二極體模組，其中該膠體係採用聚合膠水、環氧樹脂及有矽膠的其中之一材料。
12. 一種光源裝置，包含：一電路板；一電源接頭，係連接該電路板，並且用來接收一交流電； 及複數個如申請專利範圍第1項所述之交流電發光二極體模組，係設置於該電路板，並且連接該電源接頭，以接收該交流電來進行發光。
13. 一種如申請專利範圍第1項所述之交流電發光二極體模組的製造方法，係為一模組封裝製程，該製造方法之步驟包括；透過一基板製程方式來整合該橋式整流電路之導線架構，以成形為該基板；黏著該些發光二極體於該些圓形凹槽內，並分別打線焊接該些發光二極體於該些圓形凹槽內的電氣接點，以使該橋式整流電路完成連接；及塗佈一膠體在該基板的上表面，以填滿該些圓形凹槽。
14. 如申請專利範圍第13項所述之交流電發光二極體模組的製造方法，其中該橋式整流電路係為全波整流電路，並且係依據所接收之交流電大小來設計。
15. 如申請專利範圍第14項所述之交流電發光二極體模組的製造方法，其中該全波整流電路係包含一四臂電路及一負載電路。
16. 如申請專利範圍第15項所述之交流電發光二極體模組的製造方法，該製造方法進一步包含：提供四個整流二極體，以打線焊接於該橋式整流電路之四臂電路的電氣接點。
17. 如申請專利範圍第13項所述之交流電發光二極體模組的製造方法，其中該基板係為陶瓷基板、玻璃基板、環氧樹脂基板或BT基板。
18. 如申請專利範圍第13項所述之交流電發光二極體模組的製造方法，其中該膠體係為透明膠體或調和螢光粉之膠體。
19. 如申請專利範圍第13項所述之交流電發光二極體模組的製造方法，其中該膠體係採用聚合膠水、環氧樹脂及有矽膠的其中之一材料。