CN101625085B

CN101625085B - 光源封装结构

Info

Publication number: CN101625085B
Application number: CN2009101588397A
Authority: CN
Inventors: 孙翊庭; 姚柏宏; 黄珩春; 许修真
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2005-12-31
Filing date: 2006-06-13
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-06-13
Also published as: CN101625085A

Abstract

本发明涉及一种光源封装结构，包括：一光源容置部、一第一折射面以及至少一第二折射面。该光源容置部可提供容置一光源体。该第一折射面，其可接收该光源体所产生的光线而形成一第一折射光，该第一折射面的上端还具有一折射结构；以及至少一第二折射面，其可接收该第一折射光而形成一出射光离开该光源封装结构，该第二折射面的法向量与该光源封装结构的中心轴成一夹角。本发明还利用前述结构衍伸出多种封装结构以增进光偏折的效果。本发明的技术可应用作为发光二极管的封装结构，使发光二极管所发射出的光线经过多次折射后，偏折至大角度方向，可应用在平面光源领域，以提供多元用途。

Description

光源封装结构

本申请为分案申请，母案申请号：200610082825.8，申请日：2006年6月13日，发明名称：光源封装结构。

技术领域

本发明涉及一种封装结构，特别是涉及一种利用可使光线进行多次折射而产生大角度偏折的一种光源封装结构。

背景技术

目前的显示器大尺寸背光模块结构中，主要是以冷阴极管(Cold CathodeFluorescent Lamp，CCFL)作为背光源，照亮液晶面板。但随着发光二极管技术的进步，利用发光二极管作为大尺寸液晶显示器的背光源，已是大势所趋。发光二极管相对于冷阴极管有下列几项优势：(1)发光二极管的体积比冷阴极管小，且不易碎裂，有助于系统的组装。此外，发光二极管组装而成的发光模块具有轻与薄的优点。(2)发光二极管应用在液晶显示器背光源上，可提供比冷阴极管更宽广的色域，因此可以提供鲜艳的色彩。(3)由于冷阴极管内含有汞的成分，因此发光二极管也比冷阴极更环保。

虽然发光二极管比冷阴极管具有上述的优点，然而由于二极管类似点状光源，因此要使得发光二极管能够产生面光源，则需要于发光二极管上再增加一些结构，以达到光源可以传达至整个平面而形成面光源的目的。请参阅图1所示，该图为美国专利US.Pat.No.6,679,621所公开的发光二极管封装结构。该技术利用不同封装结构上不同位置变化的曲面以及平面，可针对从发光二极管出射的不同角度光线进行调制，使得从发光二极管出射的各个方向的光线，经过封装结构后均会朝向水平方向出射，进而传播至其它区域以达到大面积面光源的目的。其中由光源F所发出的光线部份会直接经过折射面156进行角度偏折，而部分无法直接通过折射面156进行折射的则在面I发生全反射然后将反射的光线再通过折射面H进行偏折，达到产生水平出射的目的。然而该技术仅靠单一结构面进行一次偏折，且在制造工艺上，材料需将LED与封装结构之间完全填满，故需先做一空心透镜罩在LED上方，再利用一抽一吸的方式将材料填满该空心透镜，制造过程麻烦。

另外如美国专利US.Pat.No.6,682,211提出的发光二极管封装模块，其利用一具微结构的外罩将发光二极管所发出的光线作偏折，因此整个的封装体积相当庞大，并不适合运用于显示器的背光源。

又如美国专利US.Pat.No.6,670,207所公开的封装结构通过置放于发光二极管前端的具有微型沟槽结构透镜将发光二极管发出的光线发散到各个角度。不过由于发光二极管本身并非理想的点光源，因此从发光二极管发射的光源受到微沟槽结构的调制会不如预期。此外，制作该微沟槽结构的装置也不普及。

综合上述，因此亟需一种光源封装结构以解决现有技术的问题。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题在于，提供一种光源封装结构，利用不只一次的折射方式将光线偏折往水平方向，达到控制发光二极管的光源产生侧光的目的。

为了达到上述的目的，本发明公开了一种光源封装结构，包括：一光源容置部，其可提供容置一光源体；一第一折射面，其接收该光源体所产生的光线而形成一第一折射光，该第一折射面的上端具有至少一锥面；以及至少一第二折射面，其可接收该第一折射光而形成一第一出射光离开该光源封装结构。

所述锥面可为多边形角锥面或者是圆锥面。

所述第一折射面与该光源体表面紧密结合。

所述第二折射面为曲面以及锥面其中之一。

所述第一折射面表面可具有粗糙表面。

所述第二折射面表面可具有粗糙表面。

所述光源封装结构，其可排列组合，并在上覆盖一扩散性材料而形成一平面光源。

所述第二折射面上方还具有一折射帽体，该折射帽体可接收部分无法进入该第二折射面的第一折射光以形成一第二出射光。该折射帽体还包括有：一第三折射面，其可接收未通过该第二折射面的该第一折射光以形成一第二折射光；一第四折射面，其与该第三折射面相连接，该第四折射面可以接收该第二折射光以形成一第三折射光；以及一第五折射面，其连接该第四折射面与最上层的该第二折射面，该第五折射面可接收该第三折射光以形成该第二出射光。

所述光源封装结构，其还包括至少一折射罩体，其罩覆于该第二折射面的外部，该折射罩体可接收该出射光，通过折射以形成一第三出射光。

所述光源体的表面还被覆有一层透光材料。

所述第二折射面的法向量与该光源封装结构的中心轴成一夹角。其中该夹角大于等于0度小于180度。

所述第一折射面的上端还具有至少一曲面与该至少一锥面相连接。

为了达到上述的目的，本发明还提供一种光源封装结构，包括：一种光源封装结构，包括：一光源容置部，其可提供容置一光源体；一第一折射面，其接收该光源体所产生的光线而形成一第一折射光，该第一折射面的上端具有至少一曲面；以及至少一第二折射面，其可接收该第一折射光而形成一第一出射光离开该光源封装结构。

所述第一折射面与该光源体表面紧密结合。

所述第二折射面为曲面以及锥面其中之一。

所述第一折射面表面可具有粗糙表面。

所述第二折射面表面可具有粗糙表面。

所述的光源封装结构，其可排列组合，并在上覆盖一扩散性材料而形成一平面光源。

所述第二折射面上方还具有一折射帽体，该折射帽体可接收部分无法进入该第二折射面的第一折射光以形成一第二出射光。

所述折射帽体还包括有：

一第三折射面，其可接收未通过该第二折射面的该第一折射光以形成一第二折射光；

一第四折射面，其与该第三折射面相连接，该第四折射面可以接收该第二折射光以形成一第三折射光；以及

一第五折射面，其连接该第四折射面与最上层的该第二折射面，该第五折射面可接收该第三折射光以形成该第二出射光。

所述的光源封装结构，还包括至少一折射罩体，其罩覆于该第二折射面的外部，该折射罩体可接收该第一出射光，通过折射以形成一第三出射光。

所述光源体的表面还被覆有一层透光材料。

所述第二折射面的法向量与该光源封装结构的中心轴成一夹角。

所述夹角大于等于0度小于180度。

为了达到上述的目的，本发明还提供一种光源封装结构，包括：一光源容置部，其可提供容置一光源体；一第一折射面，其接收该光源体所产生的光线而形成一第一折射光，该第一折射面的上端具有至少一锥面以及至少一曲面；以及至少一第二折射面，其系可接收该第一折射光而形成一第一出射光离开该光源封装结构。

为了达到上述的目的，本发明还提供一种光源封装结构，包括：一光源容置部，其可提供容置一光源体；一第一折射面，其接收该光源体所产生的光线而形成一第一折射光；至少一第二折射面，其可接收该第一折射光而形成一第一出射光离开该光源封装结构；以及一全反射面，其与该至少一第二折射面相连接，该全反射面，可以反射部分由该第一折射面上端出射的该第一折射光进入该第二折射面。

所述第一折射面上端还具有至少一锥面、至少一曲面以及其组成其中之一。

所述锥面可为多边形锥面以及圆锥面其中之一。

所述第一折射面与该光源体表面紧密结合。

所述第二折射面为曲面以及锥面其中之一。

所述第一折射面表面可具有粗糙表面。

所述第二折射面表面可具有粗糙表面。

所述的光源封装结构，还包括至少一折射罩体，其罩覆于该第二折射面的外部，该折射罩体可接收该第一出射光，通过折射以形成一第二出射光。

所述光源体的表面还被覆有一层透光材料。

所述夹角大于等于0度小于180度。

本发明所提供的光源封装结构，利用不只一次的折射方式将光线偏折往水平方向，达到控制发光二极管的光源产生侧光的目的。

附图说明

图1为现有技术的发光二极管封装结构示意图；

图2A为本发明光源封装结构的第一较佳实施例立体示意图；

图2B为本发明光源封装结构的第一较佳实施例剖面示意图；

图2C至图2F为本发明光源封装结构第一较佳实施例的第一折射面剖面轮廓的较佳实施例示意图；

图3A为本发明光源封装结构的第二较佳实施例剖面示意图；

图3B为本发明光源封装结构第二较佳实施例的第三折射面较佳实施示意图；

图4为本发明光源封装结构的第三较佳实施例剖面示意图；

图5A以及图5B为本发明光源封装结构的第四较佳实施例剖面示意图；

图6A以及图6B为本发明光源封装结构的光径折射示意图；

图7A为本发明光源封装结构的视角定义示意图；

图7B为本发明光源封装结构的视角与出射光强度关系示意图；

图8A为本发明光源封装结构的第五较佳实施例剖面示意图；

图8B为本发明光源封装结构第五较佳实施例的视角与出射光强度关系示意图。

其中，附图标记：

I-全反射面 H、156-折射面

F-光源 2-光源封装结构

20-光源容置部 210、211-锥面

21、21a、21b、21c、21d-第一折射面

212-曲面 213-曲面以及锥面组合

22、221、222-第二折射面 3-光源封装结构

30-光源容置部 31-第一折射面

310-锥面 32-第二折射面

33-折射帽体 330、330a-第三折射面

331-第四折射面 332-第五折射面

4-光源封装结构 41-第一折射部

411-第一折射面 412-第二折射面

42、42a-折射罩体 421、421a-第六折射面

422、422a-第七折射面 5-中心轴

51-法向量 7-光源封装结构

70-光源容置部 71-第一折射面

72-第二折射面 73-全反射面

9-光源体 90a、91a、92a、93a-入射光

90b、91b、92b、93b-第一折射光 90c、91c、92c-出射光

93c-第二折射光 93d-第三折射光

93e-出射光

具体实施方式

为对本发明的特征、目的及功能有更进一步的认识与了解，下文对本发明的系统的相关结构以及设计理念进行说明，详细说明陈述如下：

请参阅图2A以及图2B所示，该图为本发明光源封装结构的第一较佳实施例立体以及剖面示意图。该光源封装结构2，包括：一光源容置部20，一第一折射面21以及至少一第二折射面22。该光源容置部20可提供容置一光源体9。该第一折射面21，罩覆于该光源体9上以接收一光源体9所产生的光线而形成一第一折射光，该第一折射面21的顶端具有一锥面210。该第一折射面21可以与该光源体9表面紧密结合。该锥面210可为多边形角锥面或者是圆锥面。

该光源体9为发光二极管或者是现有技术中覆盖有一层透光材料的发光二极管，该透光材料可为聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate，PMMA)等类的树脂材料，例如在中国台湾是新型专利公告号M270491所公开的于发光晶体上被覆透光材料的光源该锥面可选择为圆锥面或者是角锥面或者是其组合。该多个第二折射面22，其可接收该第一折射光而形成一第一出射光(偏离中心轴，与中心轴夹较大角度的光)离开该光源封装结构2以形成侧光，该第二折射面22的法向量51与该光源封装结构2的中心轴5成一夹角，该夹角大于等于0度小于180度。该第二折射面22可为曲面或者是锥面，在本实施例中，该第二折射面22为一锥面。

请参阅图2C至图2F所示，该图为本发明光源封装结构第一较佳实施例的第一折射面剖面轮廓的较佳实施例示意图。该第一折射面除了图2B的实施方式之外，也可以有其它多种变化。如图2C所示，该第一折射面21a可以整个为一个圆锥面或者是角锥面，如此可以偏折与中心轴夹角较小的光线，进而使平行中心轴而垂直出射的光线比例下降。另外，如图2D所示，该第一折射面21b的顶端也可以具有多个锥面所形成的锯齿状剖面结构211。如图2E所示，该第一折射面21c上端也可以是一个具有至少一曲率半径的曲面212，在图中该区面为一半圆形曲面。当然，也可以由多个区面组合而成。或者是如图2F所示，该第一折射面21d上端也可以是一个具有多个曲面与锥面组成的结构212。另外，该第一折射面与该第二折射面可为粗糙的表面。

请参阅图3A所示，该图为本发明光源封装结构的第二较佳实施例剖面示意图。在本实施例中，该光源封装结构3，包括：一光源容置部30，其可容置一光源体9。一第一折射面31，罩覆于该光源体9上以接收该光源体9所产生的光线而形成一第一折射光；至少一第二折射面32，其可接收该第一折射光而形成一第一出射光(偏离中心轴，与中心轴夹较大角度的光)离开该光源封装结构3，该第二折射面32的法向量与该光源封装结构3的中心轴成一夹角，该夹角大于等于0度小于180度；以及一折射帽体33，其与最上方的该第二折射面32连接，该折射帽体33可接收部分无法进入该至少一第二折射面32的第一折射光以形成一第二出射光。

在本实施例中，该折射帽体33还包括有一第三折射面330，其可接收未通过该第二折射面32的该第一折射光以形成一第二折射光；一第四折射面331，其与该第三折射面330相连接，该第四折射面331可以接收该第二折射光以形成一第三折射光；以及一第五折射面332，其连接该第四折射面331与最上层的该第二折射面32，该第五折射面332可接收该第三折射光以形成该第二出射光。该折射帽体33可对于由该光源封装结构顶部出射的光，通过增加至少两次的折射，使得光线产生大角度的偏折，进而达到接近平行出射的效果。在图3A的实施例中，该第三折射面330为法向量与该光源封装结构的中心轴平行的一平面。如图3B所示，为了增加进入该第三折射面330a的第一折射光的入射角，以产生具更大偏折角度的第二折射光，因此该第三折射面330a也可以为一锥形面。

请参阅图4所示，该图为本发明光源封装结构的第三较佳实施例剖面示意图。该光源封装结构7，包括：一光源容置部70以容置一光源体9。一第一折射面71、至少一第二折射面72以及一全反射面73。该第一折射面71罩覆于一光源体9上以接收该光源体9所产生的光线而形成一第一折射光，该第一折射面71为一圆柱面。该光源体9为发光二极管或者是现有技术中覆盖有一层透光材料的发光二极管。该第二折射面72，其可接收该第一折射光而形成一接近平行出射光离开该光源封装结构7，该第二折射面72的法向量与该光源封装结构的中心轴成一夹角。该全反射面73，设置于该光源封装结构7的上部与该第二折射面72相连接。该全反射面73可反射部分的该第一折射光进入该第二折射面。该第一折射面71、第二折射面72与该全反射面73可为曲面、锥面，或者是具有粗糙表面。此外，该第一折射面71可与该光源体9紧密结合在一起。其余特征如前述实施例所述，在此不做赘述。

请参阅图5A以及图5B所示，该图为本发明光源封装结构的第四较佳实施例剖面示意图。由于本发明的关键在于利用封装结构使从发光二极管发出的光线进行多次偏折，因此除了前述图2A、图3A以及图4的实施例外，在图5A中，利用图2A或图3A或图4的实施例为一第一折射部41，并于其外部再覆盖至少一折射罩体42，使由该光源体9所发射出的光线可以通过该第一折射部41的折射，再经过该折射罩体42的折射，使光线达到更好的水平偏折效果。该第一折射部41的结构包括有一第一折射面411以及一第二折射面412，由该第一折射面411折射的光线通过该第二折射面412的偏折而出射，然后再进入到该折射罩体42。当然，该第一折射部41的顶部也可为一全反射面，可以反射部分的该第一折射面411折射的光线进入该第二折射面412。

同样地，该折射罩体42的结构可以应用前述的实施方式，在本实施例中该折射罩体42也包括有一第六折射面421以及一第七折射面422，因此由该第一折射部出射的光可再通过该折射罩体42的第六折射面421以及第七折射面422折射，以形成多次偏折，使光线的偏折效果更好。在本实施例中，该第一折射部与该折射罩体结构相同。

此外，如图5B所示，该折射罩体42a可为与该第一折射部41不相同的结构，例如在本实施例为一曲面罩体罩住该第一折射部以接收由该第一折射部41出射的光线。该折射罩体42a还具有一第六折射面421a以接收由该第一折射部41出射的光进行偏折，以及具有一第七折射面422a以接收由该第六折射面421a偏折的光，再产生一次偏折，以形成接近平行的出射光。本实施例的关键在于利用该折射罩体42a使由该第一折射部41出射的光再进行至少两次偏折，达到更好的偏折效果。

接下来说明光线偏折的光径，请参阅图6A以及图6B所示，该图为本发明光源封装结构的光径折射示意图。在图6A中，由发光二极管所形成的光源体所发射出的光线90a、91a、92a射入该第一折射面21时，由于光由疏介质进入到密介质的时候，产生的折射光会往入射位置处的法向量方向偏折，因此入射光90a、91a、92a会形成第一折射光90b、91b、92b，然后该第一折射光在通过该第二折射面22的时候，光由密介质进入到疏介质的时候，在可发生折射时，产生的折射光会偏离出射光位置处的法向量方向，通过上述的两个偏折，使得出射光90c、91c、92c往水平方向偏折。

请参阅图6B所示，其针对无法直接通过该第二折射面而由该光源封装结构的上方出射的光线所设计的折射帽体33，使光线通过四次折射而形成平行光源的光径图。由发光二极管所发射出的入射光93a射入该第一折射面31的锥面310时，由于光由疏介质进入到密介质的时候会往入射线的法向量偏折，因此光线93a会形成第一折射光93b。

然后该第一折射光93b在通过该第三折射面330的时候，由于光由密介质进入到疏介质的时候，在可发生折射时，产生的折射光会偏离出射光位置处的法向量方向，以形成一第二折射光93c，而此时仍无法将由该光源封装结构上方出射的光线(即与光源封装结构夹小角度的光线)偏折至水平方向。因此通过折射帽体的第四折射面331接收该第二折射光93c，再偏折一次形成一第三折射光93d，然后再通过该第五折射面332进行第四次偏折以形成一水平出射光93e。在本实施例中，该第三折射面为一任意曲面或者是粗糙的表面。该第四折射面为一不规则表面或者是粗糙的表面。该第五折射面为一不规则表面或粗糙的表面。

请参阅图7A以及图7B所示，其中图7A为本发明光源封装结构的视角定义示意图；图7B为本发明光源封装结构的视角与出射光强度关系示意图。先说明视角的定义，如图7A所示的光源封装结构以前述的第一较佳实施例为例，该封装结构的中心轴为0度，往两侧的水平方向分别为90度以及-90度。而图7B则显示，在视角60度与-60度之间，使用者所能见的光强度很弱，而当视角超过60度时，本发明的结构的确可以获得较佳的水平光线强度。

另外，如图8A所示，该图为本发明光源封装结构的第五较佳实施例剖面示意图。该实施例将第一折射面的内部改为内凹的折射面，如此可以降低整个封装结构的高度，以增加本发明的应用领域。图8B为本发明光源封装结构第五较佳实施例的视角与出射光强度关系示意图。其内容如前所述，在此不作赘述。

前述本发明所公开的光源封装结构，可利用多个排列成数组或条状，并在多个光源封装结构上方覆盖扩散板或扩散膜，以形成一面光源；或者是于该扩散板或扩散膜上选择性的覆盖一集光片以形成一面光源。该面光源可用于多种用途，如液晶显示器的背光板、室内的日光灯、或者是广告广告牌所使用的光源等，但不限于此。另外，利用本发明的实施例，在与光源体进行封装时相当简单，由于该第一折射面内为一中空区域，因此只要将该封装结构套至光源上即可。并不需要像美国专利US.Pat.No.6,679,621所公开的发光二极管封装结构，在工艺上，材料需将LED与封装结构的间完全填满，故需先做一空心透镜罩在LED上方，再利用一抽一吸的方式将材料填满该空心透镜，工艺麻烦。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明范围。即大凡依本发明权利要求所做的等效变化及修改，仍将不失本发明的要义所在，应视为本发明的进一步实施状况。例如在本发明的第三较佳实施例的折射罩体，也可以通过其它的折射面设计，将光偏折，该折射罩体并不限于与第一折射部相同的结构。

综合上述，本发明提供的光源封装结构，具有制造简单，偏折效果好的优点，因此可满足业界的需求，进而提高该产业的竞争力，已符合发明专利法所规定申请发明所需具备的要件。

Claims

1.一种光源封装结构，其特征在于，包括：

一光源容置部，其可提供容置一光源体；

一第一折射面，其接收该光源体所产生的光线而形成一第一折射光，该第一折射面的上端具有至少一曲面；以及

至少一第二折射面，其可接收该第一折射光而形成一第一出射光离开该光源封装结构以形成侧光，该第二折射面上方还具有一折射帽体，该折射帽体可接收部分无法进入该第二折射面的第一折射光以形成接近平行出射的一第二出射光；该折射帽体还包括有：

一第三折射面，其可接收未通过该第二折射面的该第一折射光以形成

一第二折射光；

一第四折射面，其与该第三折射面相连接，该第四折射面可以接收该

第二折射光以形成一第三折射光；以及

一第五折射面，其连接该第四折射面与最上层的该第二折射面，该第

五折射面可接收该第三折射光以形成该第二出射光。

2.如权利要求1所述的光源封装结构，其特征在于，该第一折射面与该光源体表面紧密结合。

3.如权利要求1所述的光源封装结构，其特征在于，该第二折射面为曲面以及锥面其中之一。

4.如权利要求1所述的光源封装结构，其特征在于，该第一折射面表面具有粗糙表面。

5.如权利要求1所述的光源封装结构，其特征在于，该第二折射面表面具有粗糙表面。

6.如权利要求1所述的光源封装结构，其特征在于，其排列组合，并在上覆盖一扩散性材料而形成一平面光源。

7.如权利要求1所述的光源封装结构，其特征在于，还包括至少一折射罩体，其罩覆于该第二折射面的外部，该折射罩体可接收该第一出射光，通过折射以形成一第三出射光。

8.如权利要求1所述的光源封装结构，其特征在于，该光源体的表面还被覆有一层透光材料。

9.如权利要求1所述的光源封装结构，其特征在于，该第二折射面的法向量与该光源封装结构的中心轴成一夹角。

10.如权利要求9所述的光源封装结构，其特征在于，该夹角大于等于0度小于180度。