CN101626055A - 发光二极管封装体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管封装体，其包括承载器、发光二极管芯片以及透镜。发光二极管芯片配置于承载器上。透镜配置于承载器上，且位于发光二极管芯片的上方。发光二极管芯片与透镜之间形成有间隙。透镜包括第一表面、第二表面、凸起部以及至少一凸环。第一表面面向发光二极管芯片。第二表面相对于第一表面。凸起部位于第一表面。凸环则位于第一表面，且环绕凸起部。

Description

发光二极管封装体
技术领域
本发明涉及一种光源，且特别是涉及一种发光二极管封装体。
背景技术
由于发光二极管(Light-emitting diode，LED)的发光效率不断提升，使得发光二极管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、投影装置的灯源、液晶显示器的背光源或前光源、汽车的仪表板照明、交通号志灯以及一般的照明装置等。相较于传统灯源，发光二极管具有绝对的优势，例如体积小、寿命长、低驱动电压/电流、不易破碎、不含水银(没有污染问题)以及发光效率佳(省电)等特性。
图1为一种已知发光二极管封装体(LED package)的结构示意图。请参照图1，已知发光二极管封装体100包括发光二极管芯片110、导线架120以及封胶(encapsulant)130。发光二极管芯片110配置于导线架120上并与的电性连接。封胶130包覆发光二极管芯片110与部分导线架120，以保护发光二极管芯片110。封胶130具有呈凸状的上表面，以避免由发光二极管芯片110发出的光束112在封胶130与空气之间的界面发生内部全反射(totalinternal reflection，TIR)。
图2为另一种已知发光二极管封装体的结构示意图。请参照图2，另一种已知发光二极管封装体200包括发光二极管芯片210、电路板220以及封胶230。发光二极管芯片210配置于电路板220上，并与之电性连接。封胶230配置于电路板220上，并包覆发光二极管芯片210。封胶230亦具有呈凸状的上表面，以避免由发光二极管芯片210发出的光束212发生内部全反射。
然而，请参照图1与图2，已知发光二极管封装体110与210的出光角度θ1与θ2的范围太大(约为180度)，以至于不适合用来照射远方的物体。举例而言，当发光二极管封装体110或210作为投影装置(未绘示)的光源时，光束112或212难以大部分地收敛至投影装置的光阀(light valve)(未绘示)，因此造成光阀的亮度不足。
发明内容
本发明提供一种发光二极管封装体，其具有较小的出光角度范围。
本发明的实施例提供一种发光二极管封装体，其包括承载器、发光二极管芯片以及透镜。发光二极管芯片配置于承载器上。透镜配置于承载器上，且位于发光二极管芯片上方。发光二极管芯片与透镜之间形成有间隙。透镜包括第一表面、第二表面、凸起部以及至少一凸环(protruding ring)。第一表面面向发光二极管芯片，而第二表面相对于第一表面。凸起部位于第一表面。凸环位于第一表面，且环绕凸起部。
在本发明的实施例中，凸起部具有第一子表面，且凸环还包括第二子表面与第三子表面。第二子表面环绕第一子表面，而第三子表面连接并环绕第二子表面。
在本发明的实施例中，发光二极管芯片适于发出光束。光束的第一部分依序穿透第一子表面与第二表面。光束的第二部分依序穿透第二子表面、被第三子表面全反射及穿透第二表面。光束的第三部分依序穿透第三子表面与第二表面。
在本发明的实施例中，透镜具有光轴(optical axis)，且光轴与由第二表面射出的光束的第一部分形成夹角，其中夹角是落在从0度至60度的范围内。
在本发明的实施例中，发光二极管芯片适于发出光束。光束的第一部分依序穿透第一子表面与第二表面。光束的第二部分依序穿透第二子表面与第二表面。光束的第三部分依序穿透第三子表面与第二表面。
在本发明的实施例中，发光二极管芯片适于发出光束，且光束会穿透透镜。第一子表面的任一沿着光束的光轴切割透镜所形成的截线包括二互相连接并呈V形的直线，而第二子表面与第三子表面的任何沿着光束的光轴切割透镜所形成的截线包括多个直线。
在本发明的实施例中，凸起部具有第一子表面，且凸环具有环绕第一子表面的第二子表面。发光二极管芯片适于发出光束，且光束会穿透透镜。第一子表面的任一沿着光束的光轴切割透镜所形成的截线为第一曲线，而第二子表面的任一沿着光束的光轴切割透镜所形成的截线包括第二曲线与第三曲线。
在本发明的实施例中，上述光束的第一部分依序穿透第一子表面与第二表面，而光束的第二部分依序穿透第二子表面与第二表面。
在本发明的实施例中，第一曲线的第一对称轴、第二曲线的第二对称轴与第三曲线的第三对称轴彼此不平行。
在本发明的实施例中，第一对称轴、第二对称轴与第三对称轴的其中任二者相交于一点，且第一表面位于此点与第二表面之间。
在本发明的实施例中，第二表面为曲面，且朝向远离发光二极管芯片的方向凸起。
在本发明的实施例中，透镜与发光二极管芯片的最小距离大于0，且此最小距离小于或等于3毫米。
在本发明的实施例中，发光二极管封装体还包括支撑元件。支撑元件配置于发光二极管芯片周围，并连接承载器与透镜之间，以支撑此透镜。
在本发明的实施例中，发光二极管封装体还包括封胶，封胶填充于发光二极管芯片与透镜之间的间隙。
在本发明的实施例中，透镜的折射率大于封胶的折射率。
在本发明的实施例中，封胶的材料包括硅树脂(silicone)。
在本发明的实施例中，发光二极管芯片与透镜之间的间隙填充有气体或空气。
在本发明的实施例中，透镜相对于光轴为旋转对称。
在本发明的实施例的发光二极管封装体中，由于发光二极管与透镜之间形成有间隙，其折射率不同于透镜的折射率，且透镜具有凸起部与凸环，因此可减少光束从第二表面出射时的出光角度范围。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图，作详细说明如下。
附图说明
图1为一种已知发光二极管封装体的结构示意图。
图2为另一种已知发光二极管封装体的结构示意图。
图3A为本发明的第一实施例的发光二极管封装体的剖面示意图。
图3B为图3A的透镜的仰视示意图。
图4A为本发明的第二实施例的发光二极管封装体的剖面示意图。
图4B为图4A的透镜的仰视示意图。
图5A为本发明的第三实施例的发光二极管封装体的剖面示意图。
图5B为图5A的透镜的仰视示意图。
附图标记说明
100、200、300、300’、300”：发光二极管封装体
110、210、320：发光二极管芯片
120：导线架
130、230、350：封胶
112、212、322、322”：光束
322a、322b、322c、322b’、322c’、322a”、322b”：光束
220：电路板
310：承载器
330、330’、330”：透镜
332、332”：第一表面
334：第二表面
336、336”：凸起部
338、338’、338”、338a、338b、338a”、338b”：凸环
340：支撑元件
A1：第一对称轴
A2：第二对称轴
A3：第三对称轴
A4：第四对称轴
A5：第五对称轴
C1：第一曲线
C2：第二曲线
C3：第三曲线
C4：第四曲线
C5：第五曲线
G：间隙
L1、L2：直线
O、O’、O”：光轴
S1、S1’、S1”：第一子表面
S2、S2’、S2”：第二子表面
S3、S3’：第三子表面
P：点
θ1、θ2：发光角度
具体实施方式
第一实施例
图3A为本发明的第一实施例的发光二极管封装体的剖面示意图，而图3B为图3A的透镜的仰视示意图。请参照图3A与3B，本实施例的发光二极管封装体300包括承载器310、发光二极管芯片320以及透镜330。发光二极管芯片320配置于承载器310上。在本实施例中，承载器310例如是电路基板。然而，在其他未绘示的实施例中，承载器310可以是导线架或是其他适合的承载器。透镜330配置于承载器310上，并位于发光二极管芯片320上方。在本实施例中，发光二极管封装体300还包括支撑元件340，其配置于发光二极管芯片320周围并连接承载器310与透镜330，以支撑透镜330。发光二极管芯片320与透镜330之间形成有间隙G。在本实施例中，透镜330与发光二极管芯片320的最小距离大于0，且此最小距离小于或等于3毫米。除此之外，在本实施例中，间隙G中填有封胶350。封胶350的材料可以包括树脂或是其他透光材料，且透镜330的折射率可大于封胶350的折射率。具体而言，封胶350的材料例如是硅树脂。然而，在其他未绘示的实施例中，间隙G中亦可以是填有气体或空气，或者间隙G可以是真空间隙。
透镜330具有第一表面332、第二表面334、凸起部336以及多个凸环338，而多个凸环338例如是凸环338a与338b。第一表面332面向发光二极管芯片320。第二表面334相对于第一表面332。凸起部336位于第一表面332。每一凸环338位于第一表面332并环绕凸起部336。具体而言，凸环338b环绕凸环338a，且凸环338a环绕凸起部336。在本实施例中，凸起部336具有第一子表面S1，且每一凸环338具有第二子表面S2与第三子表面S3。第二子表面S2环绕第一子表面S1，而第三子表面S3连接并环绕第二子表面S2。
发光二极管芯片320适于发出穿透透镜330的光束322。在本实施例中，透镜330相对于光轴O为旋转对称。除此之外，在本实施例中，第二表面334为曲面，其朝向远离发光二极管芯片320的方向凸起。具体而言，第二表面334例如是球面、非球面或是其他形状的曲面。第一子表面S1的任一沿着光束322的光轴O切割透镜330所形成的截线包括两条互相连接并呈V形的直线L1，而每一凸环338的第二子表面S2与第三子表面S3的任何沿着光束322的光轴O’切割透镜330所形成的截线包括多条直线L2。
在本实施例中，光束的第一部分322a依序穿透第一子表面S1与第二表面334。此外，光束的多个第二部分322b依序分别穿透凸环338的第二子表面S2、分别被凸环388的第三子表面S3全反射及穿透第二表面334。另外，光束的多个第三部分322c依序穿透凸环338的第三子表面S3与第二表面334。除此之外，在本实施例中，由第二表面334发出的光束的第一部分322a与光轴O所形成的夹角是落在从0度到60度的范围内。
在本实施例的发光二极管封装体300中，由于发光二极管芯片320与透镜330之间形成有间隙G，其折射率不同于透镜330，且透镜330具有分配光束322的凸起部336与凸环338，因此可减少光束322从第二表面334出射时的出光角度范围。如此一来，当发光二极管封装体300应用于投影装置(未绘示)中时，由发光二极管封装体300发出的光束322便能够集中在投影装置的光阀(未绘示)上，如此可增加发光效率，且由投影装置所投影出的影像画面有能够具有较高亮度。
值得注意的是，本发明并不限定在发光二极管封装体300中的发光二极管芯片320的数量为一个。在其他未绘示的实施例中，发光二极管芯片320可用多个发光二极管芯片来取代，这些发光二极管芯片例如是排成阵列
第二实施例
图4A为本发明的第二实施例的发光二极管封装体的剖面示意图，而图4B为图4A的透镜的仰视示意图。请参照图4A与4B，本实施例的发光二极管封装体300’类似于图3A中所述的发光二极管封装体300，而两者的差异如下所述。在发光二极管封装体300’中，光束的第一部分322a依序穿透第一子表面S1’与第二表面334。此外，光束的第二部分322b’依序穿透透镜330’的每一凸环338’的第二子表面S2’及其第二表面334。另外，光束的第三部分322c’依序穿透每一凸环338’的第三子表面S3’与第二表面334。换句话说，上述光束在凸环338’上并没有发生内部全反射。
第三实施例
图5A为本发明的第三实施例的发光二极管封装体的剖面示意图，而图5B为图5A的透镜的仰视示意图。请参照图5A与5B，本实施例的发光二极管封装体300”类似于图4A中的发光二极管封装体300’，而两者的差异如下所述。在发光二极管封装体300”中，凸起部336”具有第一子表面S1”，且每一凸环338”(例如是凸环338a”与338b”)具有环绕第一子表面S1”的第二子表面S2”。第一子表面S1”的任一沿着光束322”的光轴O”切割透镜330”所形成的截线为第一曲线C1，而凸环338”的第二子表面S2”的任一沿着光束322”的光轴O”切割透镜330”所形成的截线包括第二曲线C2、第三曲线C3、第四曲线C4以及第五曲线C5，其中第二曲线C2与第三曲线C3属于凸环338a”，而第四曲线C4与第五曲线C5则属于凸环338b”。
在本实施例中，第一曲线C1的第一对称轴A1、凸环338a”的第二曲线C2的第二对称轴A2、凸环338a”的第三曲线C3的第三对称轴A3、凸环338b”的第四曲线C4的第四对称轴A4以及凸环338b”的第五曲线C5的第五对称轴A5彼此并不平行。具体而言，在本实施例中，第一对称轴A1、第二对称轴A2、第三对称轴A3、第四对称轴A4以及第五对称轴A5中的任二者相交于一点P，且第一表面332”是位于P点与第二表面334之间。光束的第一部分322a”依序穿透第一子表面S1”与第二表面334，而光束的第二部分322b”依序穿透每一凸环338”的第二子表面S2”与第二表面334。凸起部336”与凸环338”具有使光束322”收敛的效果
综上所述，在本发明的实施例的发光二极管封装体中，由于发光二极管与透镜之间形成有间隙，其折射率不同于透镜的折射率，且透镜具有可分配光束的凸起部与凸环，因此可减少光束从第二表面出射时的出光角度范围。如此一来，当发光二极管封装体应用于投影装置中时，由发光二极管封装体所发出的光束可以收敛至投影装置的光阀，因此可增加发光效率，且投影装置所投影出的影像画面有能够具有较高亮度。
除此之外，当发光二极管芯片是利用引线接合(wire bonding)的方式电性连接至承载器时，由于凸起部与凸环能分配光束，因此可避免接合线成像在投影装置的光阀上，这能够增加投影装置所投影出的影像画面的均匀度。在本发明的实施例的采用发光二极管芯片阵列的发光二极管封装体中，任两相邻的发光二极管芯片间的间隙不成像在光阀上，这亦增加了投影装置所投影出的影像画面的均匀度。
虽然本发明已以实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (16)

1.一种发光二极管封装体，包括：
承载器；
发光二极管芯片，配置于该承载器上；以及
透镜，配置于该承载器上，且位于该发光二极管芯片上方，该发光二极管芯片与该透镜之间形成有间隙，该透镜包括：
第一表面，面向该发光二极管芯片；
第二表面，相对于该第一表面；
凸起部，位于该第一表面；以及
至少一凸环，位于该第一表面，且环绕该凸起部。
2.如权利要求1所述的发光二极管封装体，其中该凸起部具有第一子表面，且该凸环还包括：
第二子表面，环绕该第一子表面；以及
第三子表面，连接并环绕该第二子表面。
3.如权利要求2所述的发光二极管封装体，其中该发光二极管芯片适于发出光束，该光束的第一部分依序穿透该第一子表面与该第二表面，该光束的第二部分依序穿透该第二子表面、被该第三子表面全反射及穿透该第二表面，而该光束的第三部分依序穿透该第三子表面与该第二表面。
4.如权利要求3所述的发光二极管封装体，其中该透镜具有光轴，且该光轴与由该第二表面射出的该光束的该第一部分形成夹角，其中该夹角是落在从0度至60度的范围内。
5.如权利要求2所述的发光二极管封装体，其中该发光二极管芯片适用于发出光束，该光束的第一部分依序穿透该第一子表面与该第二表面，该光束的第二部分依序穿透该第二子表面与该第二表面，而该光束的第三部分依序穿透该第三子表面与该第二表面。
6.如权利要求2所述的发光二极管封装体，其中该发光二极管芯片适用于发出光束，且该光束穿透该透镜，该第一子表面的任一沿着该光束的光轴切割该透镜所形成的截线包括二互相连接并呈V形的直线，而该第二子表面与该第三子表面的任何沿着该光束的光轴切割该透镜所形成的截线包括多个直线。
7.如权利要求1所述的发光二极管封装体，其中该凸起部具有第一子表面，该凸环具有环绕该第一子表面的第二子表面，该发光二极管芯片适于发出光束，该光束会穿透该透镜，该第一子表面的任一沿着该光束的光轴切割该透镜所形成的截线为第一曲线，而该第二子表面的任一沿着该光束的光轴切割该透镜所形成的截线包括第二曲线与第三曲线。
8.如权利要求7所述的发光二极管封装体，其中该光束的第一部分依序穿透该第一子表面与该第二表面，而该光束的第二部分依序穿透该第二子表面与该第二表面。
9.如权利要求7所述的发光二极管封装体，其中该第一曲线的第一对称轴、该第二曲线的第二对称轴与该第三曲线的第三对称轴彼此不平行。
10.如权利要求9所述的发光二极管封装体，其中该第一对称轴、该第二对称轴与该第三对称轴的其中任二者相交于一点，且该第一表面位于该点与该第二表面之间。
11.如权利要求1所述的发光二极管封装体，其中该第二表面为曲面，其朝向远离该发光二极管芯片的方向凸起。
12.如权利要求1所述的发光二极管封装体，其中该透镜与该发光二极管芯片的最小距离大于0，且该最小距离小于或等于3毫米。
13.如权利要求1所述的发光二极管封装体，还包括支撑元件，该支撑元件配置于该发光二极管芯片周围，并连接该承载器与该透镜，以支撑该透镜。
14.如权利要求1所述的发光二极管封装体，还包括封胶，该封胶填充于该发光二极管芯片与该透镜之间的该间隙。
15.如权利要求14所述的发光二极管封装体，其中该透镜的折射率大于该封胶的折射率。
16.如权利要求1所述的发光二极管封装体，其中该透镜相对于光轴为旋转对称。
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