CN101587928B - 发光二极管封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种发光二极管封装结构，包括承载器、发光二极管晶片以及光学结构。其中，发光二极管晶片配置于承载器上，且发光二极管晶片电性连接至承载器。光学结构配置于承载器上，且光学结构包括本体以及凸起部。其中，本体覆盖发光二极管晶片以及部分承载器。本体具有第一表面以及第二表面，且第一表面为一圆锥曲面。凸起部可改变发光二极管封装结构的发光强度的角度分布，进而提升发光二极管封装结构照射于照明面的均匀度。

Description

发光二极管封装结构

技术领域

本发明是有关于一种发光二极管封装结构，且特别是有关于一种具有较高的照明面均匀度的发光二极管封装结构。

背景技术

由于发光二极管封装结构的发光效率不断提升，使得发光二极管封装结构在某些领域已渐渐取代日光灯与白炽灯泡，例如需要高速反应的扫描器灯源、液晶显示器的光源、汽车的仪表板照明、交通号志灯以及一般的照明装置等。发光二极管封装结构与传统灯泡相较的下具有绝对的优势，例如体积小、寿命长、低电压/电流驱动、不易破裂、不含水银(没有污染问题)以及发光效率佳(省电)等特性。

然而，发光二极管的发光强度的角度分布(即配光曲线)多为余弦分布，也就是说，在角度为0度时光强度为最大，且在角度为90度时光强度为0。因此当以发光二极管做为路灯时，将只能照亮少部分的路面。或者是，以发光二极管做为液晶显示器的直下式背光模组的灯源时，液晶显示器的显示画面易有亮度不均匀的问题产生(即显示画面出现一些过亮区域)。因此，如何提升发光二极管封装结构照射于照明面的均匀度(也就是使发光二极管封装结构的发光强度可较均匀的分布在一较大的角度范围内，而非余弦分布)是目前亟待解决的课题。

发明内容

本发明提供一种发光二极管封装结构，其照射于照明面的均匀度较高。

本发明提出的一种发光二极管封装结构包括一承载器、一发光二极管晶片以及配置于承载器上的一光学结构。其中，发光二极管晶片配置于承载器上，且发光二极管晶片电性连接至承载器。光学结构包括一本体以及多个凸起部。其中，本体覆盖发光二极管晶片以及部分承载器。本体具有一第一表面以及一第二表面，且第一表面为一圆锥曲面。凸起部以该本体的第一对称轴为轴心环状排列，配置于本体的第一表面上，且每一凸起部具有一光学面以及一曲面，光学面的法向量与本体的第一对称轴的夹角介于10°至70°之间。其中，凸起部的总数为二，且凸起部的光学面各自的对称面相互重合，而本体的第一对称轴同时位于光学面各自的对称面上。或者凸起部的总数至少为三，且凸起部的光学面各自的对称面相交于同一轴线，而轴线与本体的第一对称轴重合。

在本发明的一实施例中，光学面为一曲面。

在本发明的一实施例中，光学面为一平面。

在本发明的一实施例中，凸起部相邻。

在本发明的一实施例中，本体的第二表面具有一凹槽，其中凹槽的第二对称轴与本体的第一对称轴重合，且凹槽朝向凸起部凹陷。此外，发光二极管晶片以及部分承载器配置于凹槽中。

在本发明的一实施例中，还包括一封装胶体，且封装胶体配置于凹槽中，并充填于凹槽与发光二极管晶片以及部分承载器之间的空隙。

以下举出同时适用于上述发光二极管封装结构的实施例。

在本发明的一实施例中，封装胶体的材质与光学结构的材质相同。

在本发明的一实施例中，封装胶体的材质为硅氧树脂、环氧树脂、玻璃或前述的组合。

在本发明的一实施例中，光学结构的材质为硅氧树脂、环氧树脂、玻璃或前述的组合。

在本发明的一实施例中，光学结构的本体与凸起部为一体成型。

本发明的发光二极管封装结构借由凸起部来改变透出光学结构的光束的分布，进而使发光二极管照射于照明面的均匀度提升。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1A为本发明一实施例的发光二极管封装结构的立体图。

图1B为图1A的发光二极管封装结构的正视图。

图1C为图1A的发光二极管封装结构的侧视图。

图1D为图1A的发光二极管封装结构的俯视图。

图2为本发明一实施例的发光二极管封装结构的发光强度的角度分布图。

图3A为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的立体图。

图3B为图3A的发光二极管封装结构的正视图。

图3C为图3A的发光二极管封装结构的侧视图。

图3D为图3A的发光二极管封装结构的俯视图。

图4为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的发光强度的角度分布图。

图5A为本发明又一实施例的发光二极管封装结构的立体图。

图5B为图5A的发光二极管封装结构的俯视图。

图6A为本发明再一实施例的发光二极管封装结构的立体图。

图6B为图6A的发光二极管封装结构的俯视图。

主要元件符号说明：

100、300：发光二极管封装结构

110、310：承载器

120、320：发光二极管晶片

130、330：光学结构

130a、330a：本体

130b、330b：凸起部

132a、332a：第一表面

134a、334a：第二表面

132b：第一凹槽

134b、334b：弧面

140、340：封装胶体

332b：光学面

A、B、C、E：对称轴

D：直径

DE：深度

F：第二凹槽

F1：凹槽

L：光束

N：法向量

P：对称面

Z：轴线

θ、θ1、θ2：角度

具体实施方式

本发明主要是借由改变发光二极管的光学结构的外型，使发光二极管照射于照明面的均匀度提升。

图1A为本发明一实施例的发光二极管封装结构的立体图，而图1B为图1A的发光二极管封装结构的正视图。图1C为图1A的发光二极管封装结构的侧视图，而图1D为图1A的发光二极管封装结构的俯视图。

请同时参照图1A～图1D，本实施例的发光二极管封装结构100包括一承载器110、一发光二极管晶片120及一光学结构130。其中，发光二极管晶片120配置于承载器110上，且发光二极管晶片120电性连接至承载器110。

另外，光学结构130配置于承载器110上，光学结构130包括一本体130a以及一凸起部130b。本体130a覆盖发光二极管晶片120以及部分承载器110。本体130a具有一第一表面132a以及一第二表面134a，其中第一表面132a为一圆锥曲面。凸起部130b配置于本体130a的第一表面132a上并位于本体130a的对称轴A上。凸起部130b具有一第一凹槽132b以及一弧面134b。

第一凹槽132b的形状可为圆锥状、半球状、半椭球状或是其他适合的形状。于本实施例中，是以圆锥状的第一凹槽132b为例，然本发明并不以此为限。其中，第一凹槽132b的对称轴B、弧面134b的对称轴C与本体130a的对称轴A重合，且第一凹槽132b朝向本体130a凹陷。此外，第一凹槽132b的开口的直径D与第一凹槽132b的深度DE的比值介于0.7至10之间。

请参照图1B，于本实施例中，角度θ1是指由发光二极管晶片120所发出的光束L与对称轴A的夹角，而角度θ2是代表光束L透出光学结构130时，光束L与对称轴A的夹角。凸起部130b位于本体130a的对称轴A上，且凸起部130b的第一凹槽132b的对称轴B、弧面134b的对称轴C与本体130a的对称轴A重合。因此，角度θ1达到光学结构130的全反射角度的光束L，会先被凸起部130b的第一凹槽132b反射，然后才以角度θ2透出光学结构130。由图1B可知，角度θ2大于角度θ1。因此，凸起部130b有助于增加透出光学结构130的光束L的角度θ2，进而提升发光二极管封装结构100照射于照明面的均匀度。

请再同时参照图1A～图1D，于本实施例中，本体130a与凸起部130b可为一体成型。而于其他实施例中，本体130a与凸起部130b亦可为相互独立的两个构件。另外，于本实施例中，本体130a的第二表面134a可具有一第二凹槽F。其中，第二凹槽F的对称轴E与本体130a的对称轴A重合，且第二凹槽F朝向凸起部130b凹陷。而且，发光二极管晶片120以及部分承载器110配置于第二凹槽F中。

另外，于本实施例中，发光二极管封装结构100还包括一封装胶体140。封装胶体140可配置于第二凹槽F中，并充填于第二凹槽F与发光二极管晶片120以及部分承载器110之间的空隙。封装胶体140的材质为硅氧树脂、环氧树脂、玻璃、或其他适合的材料，或前述的组合。

此外，光学结构130的材质为硅氧树脂、环氧树脂、玻璃、或其他适合的材料，或前述的组合。光学结构130的材质可以和封装胶体140的材质相同，然本发明不限于此。举例来说，光学结构130和封装胶体140也可以是由不同的材质所构成的。

接着，请参考图2，图2为本发明一实施例的发光二极管封装结构的发光强度的角度分布图(即配光曲线)，其中角度θ2为发光二极管封装结构所发射的光束与本体的对称轴的夹角。由图2可知，本实施例的发光二极管封装结构100在角度θ2介于15°～75°之间与-20°～-71°之间时，具有大于60％的发光强度。当角度θ2介于25°～70°之间与-30°～-65°之间，发光二极管封装结构100更具有大于75％的发光强度。由前述可知，发光二极管封装结构100具有大于60％的发光强度的角度θ2范围较大。因此，发光二极管封装结构100照射于照明面的均匀度较高。也由此可知，光学结构130可有助于提升由发光二极管封装结构100照射于照明面的均匀度。

图3A为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的立体图，而图3B为图3A的发光二极管封装结构的正视图。图3C为图3A的发光二极管封装结构的侧视图，而图3D为图3A的发光二极管封装结构的俯视图。

请同时参照图3A～图3D，本实施例的发光二极管封装结构300包括一承载器310、一发光二极管晶片320及一光学结构330。其中，发光二极管晶片320配置于承载器310上，且发光二极管晶片320电性连接至承载器310。

另外，光学结构330配置于承载器310上，光学结构330包括一本体330a以及多个凸起部330b。于本实施例中，是以两个凸起部330b为代表，然本发明不限于此。而且，本发明并不限制凸起部330b的尺寸，也就是说，这些凸起部330b的尺寸可以是相同的也可以是不同的。本体330a具有一第一表面332a以及一第二表面334a，其中第一表面332a为一圆锥曲面。凸起部330b配置于本体330a的第一表面332a上，且每一凸起部330b均具有一光学面332b以及一弧面334b。而且，光学面332b的法向量N与本体330a的对称轴A的夹角θ介于10°至70°之间。光学面332b可以是曲面也可以是平面。

请参照图3C，于本实施例中，当发光二极管晶片320以角度θ1射出光束L时，光束L可以角度θ2透出光学结构130，且角度θ2大于角度θ1。由于本实施例的发光二极管封装结构300具有两个凸起部330b，因此将所有透出光学结构130的光束L投影在与对称轴A垂直的平面(未绘示)上时，光束L投影的形状将近似一长条状。因此，本实施例的发光二极管封装结构300适于用来做为路灯等需特定光束投影形状的照明系统。

请再参照图3A～图3D，于本实施例中，本体330a与凸起部330b可为一体成型。而于其他实施例中，本体330a与凸起部330b亦可为相互独立的两个构件。另外，于本实施例中，本体330a的第二表面334a可具有一凹槽F1。其中，凹槽F1的对称轴E与本体330a的对称轴A重合，且凹槽F1朝向凸起部330b凹陷。而且，发光二极管晶片320以及部分承载器310配置于凹槽F1中。于本实施例中，凸起部330b以对称轴A为轴心环状排列，然本发明不限于此。此外，于本实施例中，凸起部330b相邻，然本发明不限于此。

另外，于本实施例中，发光二极管封装结构300还包括一封装胶体340。封装胶体340可配置于凹槽F1中，并充填于凹槽F1与发光二极管晶片320以及部分承载器310之间的空隙。封装胶体340的材质例如为硅氧树脂、环氧树脂、玻璃、或其他适合的材料，或前述的组合。

光学结构330的材质例如为硅氧树脂、环氧树脂、玻璃、或其他适合的材料，或前述的组合。光学结构330的材质可以和封装胶体340的材质相同，然本发明不限于此。举例来说，光学结构330和封装胶体340也可以是由不同的材质所构成的。

接着，请参考图4，图4为本发明另一实施例的发光二极管封装结构的发光强度的角度分布图，其中角度θ2为发光二极管封装结构所发射的光束与本体的对称轴的夹角。由图4可知，本实施例的发光二极管封装结构300在角度θ2介于20°～72°之间与-18°～-70°之间时，具有大于60％的发光强度。当角度θ2介于30°～65°之间与-27°～-65°之间，发光二极管封装结构300更具有大于75％的发光强度。由前述可知，发光二极管封装结构300具有大于60％的发光强度的角度θ2范围较大。因此，发光二极管封装结构300照射于照明面的均匀度较高。也由此可知，光学结构330可有助于提升发光二极管封装结构300照射于照明面的均匀度。

此外，于本实施例中，当凸起部330b的总数为二时，凸起部330b的光学面332b各自的对称面P相互重合，且本体330a的对称轴A位于光学面332b的对称面P上。

另外，于其他实施例中，请同时参照图5A与图5B，图5A为本发明又一实施例的发光二极管封装结构的立体图，而图5B为图5A的发光二极管封装结构的俯视图。当凸起部330b的总数为三时，凸起部330b的光学面332b各自的对称面P相交于同一轴线Z，而且轴线Z与本体330a的对称轴A重合。

此外，当凸起部330b的总数为四时(请同时参照图6A与图6B)，也是每个凸起部330b的光学面332b的对称面P相交于同一轴线Z，而且轴线Z与本体330a的对称轴A重合，然本发明不限于此。也就是说，只要当凸起部的总数至少为三时，每一凸起部的光学面的对称面相交于同一轴线，且此一轴线与本体的对称轴重合，即符合本发明的精神。因此熟习此技艺者，可以依照实际需要来决定凸起部的总数。

综上所述，本发明的发光二极管封装结构可借由凸起部来改变发光二极管的发光强度的角度分布，进而提升发光二极管照射于照明面的均匀度。此外，可借由改变发光二极管封装结构的凸起部的形状或数目，以改变发光二极管封装结构所发出的光束照射于照明面上的投影形状。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (11)

1.一种发光二极管封装结构，其特征在于，包括：

一承载器；

一发光二极管晶片，配置于该承载器上，且电性连接至该承载器；以及

一光学结构，配置于该承载器上，包括：

一本体，覆盖该发光二极管晶片以及部分该承载器，该本体具有一第一表面以及一第二表面，其中该第一表面为一圆锥曲面；以及

多个凸起部，以该本体的第一对称轴为轴心环状排列，配置于该本体的该第一表面上，其中每一凸起部具有一光学面以及一弧面，该些光学面的法向量与该本体的第一对称轴的夹角介于10°至70°之间，当该凸起部的总数为二，且该些凸起部的该些光学面各自的对称面相互重合，而该本体的第一对称轴同时位于该些光学面各自的对称面上，或当该凸起部的总数至少为三，且该些凸起部的该些光学面各自的对称面相交于同一轴线，而该轴线与该本体的第一对称轴重合。

2.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该光学面为一弧面。

3.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该光学面为一平面。

4.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该些凸起部相邻。

5.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该本体的第二表面具有一凹槽，其中该凹槽的第二对称轴与该本体的第一对称轴重合，且该凹槽朝向该第一表面凹陷，此外该发光二极管晶片以及部分该承载器配置于该凹槽中。

6.如权利要求5所述的发光二极管封装结构，其特征在于，还包括一封装胶体，配置于该凹槽中，并充填于该凹槽与该发光二极管晶片以及部分该承载器之间的空隙。

7.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该封装胶体的材质与该光学结构的材质相同。

8.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该封装胶体的材质为硅氧树脂、环氧树脂、玻璃或前述的组合。

9.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该光学结构的材质为硅氧树脂、环氧树脂、玻璃或前述的组合。

10.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该光学结构的材质为硅氧树脂、环氧树脂、玻璃或前述的组合。

11.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，该光学结构的该本体与该些凸起部为一体成型。

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