CN103187509A - 发光二极管装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可调整光型的发光二极管装置。本发明实施例藉由改变护盖表面几何形状，以改变发光二极管装置发光的光型。
Description
技术领域
本发明涉及一种可调整光型的发光二极管装置。
背景技术
在发光二极管芯片制造完成后，经过封装程序形成发光二极管装置。良好的发光二极管装置具有高散热与光萃取效率，同时具有低能耗与寿命长等优点。
发光二极管装置发出的光，通常具有特定的配光曲线。如果此配光曲线并非为最终产品所需，必须再藉由透镜、反射罩、扩散板等组件进行二次光学设计，以达到法规或照明产品的配光需求。
因使用额外的组件，二次光学设计使成本增加。反射板、透镜、扩散板等会吸收光，导致发光效率降低，浪费能源。此外，一般发光二极管灯具的配光曲线为固定的；然而，不同的使用环境，可能会有不同的配光曲线需求。
鉴于上述，有需要提出一种发光二极管装置，以高效率、低成本、省能源的方式设计所需的配光曲线。
发明内容
本发明一实施例提供一种发光二极管装置，包含一基板；位于基板上的一发光二极管芯片；一护盖，与发光二极管芯片相隔一距离，护盖并与基板连接；以及一波长转换材料，位于护盖内表面上，或是波长转换材料分布于护盖之中；其中上述护盖外表面的侧面轮廓包含一直线以及一曲线。
附图说明
图1A至图1D显示本发明第一实施例的发光二极管装置，其中图1A为立体图，图1B为侧视图，图1C为剖面图，图1D为侧视图。
图1E为图1A至1C实施例的发光强度分布图。
图2A至图2C显示本发明第二实施例的发光二极管装置，其中图2A为立体图，图2B为侧视图，图2C为剖面图。
图2D为图2A至2C实施例的发光强度分布图。
图3A至图3C显示本发明第三实施例的发光二极管装置，其中图3A为立体图，图3B为侧视图，图3C为剖面图。
图3D为图3A至3C实施例的发光强度分布图。
图4A至图4C显示本发明第四实施例的发光二极管装置，其中图4A为立体图，图4B为侧视图，图4C为剖面图。
图4D为图4A至4C实施例的发光强度分布图。
图5A至图5C显示本发明第五实施例的发光二极管装置，其中图5A为立体图，图5B为侧视图，图5C为剖面图。
图5D为图5A至5C实施例的发光强度分布图。
图6A至图6C显示本发明第六实施例的发光二极管装置，其中图6A为立体图，图6B为侧视图，图6C为剖面图。
图6D为图6A至6C实施例的发光强度分布图。
图7显示一种根据本发明优选实施例的发光二极管装置。
图8显示一种根据本发明另一实施例的发光二极管装置。
主要组件符号说明
10基板
10a孔洞
20护盖
20a外帽盖
20b内帽盖
20c脚柱
22曲线
24直线
26内表面的侧面轮廓
30发光二极管芯片
40波长转换材料
50空气/透明高分子材料
具体实施方式
以下将详述本案的各实施例，并配合图式作为例示。除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，任何所述实施例的轻易替代、修改、等效变化都包含在本发明的范围内，并以权利要求所限定的范围为准。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部这些特定细节的前提下，仍可实施。此外，众所周知的步骤或组件并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要的限制。图式中相同或类似的组件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图式仅为示意之用，并非代表组件实际的尺寸或数量，除非有特别说明。本文所述的方向是以图式作为参考基准。
为降低成本、提高效率，本发明藉由一次光学设计，达到所需的照明效果或光型。
由于本发明着重于发光二极管装置的光学设计，其电路、散热的细节则未限制，或可使用本领域所已知的结构，因此以下实施例省略这方面的描述。
一般发光二极管的发光角度通常可达120度以上。此种光型可称为“散光型”，其特征是光照范围大，发光强度在发光角度内为均匀分布，配光曲线接近普通照明灯。散光型的发光二极管灯适合用于室内和需要光线柔和均匀的场合。
但某些时候或地点，例如欲强调特征的局部照明，则需要高指向性或特殊效果的光型。为因应此类需求，本发明实施例提供发光二极管装置，藉由改变护盖表面几何形状，以改变发光二极管装置的发光光型，例如：聚光或蝙蝠翼光型。
图1A至图1D显示本发明第一实施例的聚光光型发光二极管装置。本实例的发光二极管装置主要包含基板10、护盖20、发光二极管芯片30。发光二极管芯片30可以间接置放于基板10上，如图1B所示，发光二极管芯片30可以置放于导线架(lead frame)和/或次级基板(submount)上，再放置于基板10上；或是可以直接置放于基板10上(如图1D所示)，护盖20与发光二极管芯片30相隔一距离(spaced apartfrom the LED chip)。在部分实施例中，在护盖20与发光二极管芯片30之间，可以填充空气或者透明高分子材料。护盖并与基板连接，其方式可包含但不限于：配合(fit)、黏着、焊接、螺固等。此处发光二极管芯片30的数量虽为单数，但也可以是复数。
上述基板10可以是但不限于，印刷电路板(printed circuit board，PCB)、金属基印刷电路板(metal core PCB，MCPCB)、陶瓷基板(ceramicsubstrate)、直接接合铜基板(DBC)、直接镀铜基板(DPC)等、硅基板、铝基板、金属复合材料等。
发光二极管装置还包含一波长转换材料，用于转换发光二极管芯片30的发光波长。波长转换材料可以位于护盖20的外表面上或是内表面上。在部分实施例中，波长转换材料位于护盖的内表面上。在部分实施例中，波长转换材料分布于护盖之中。
为了获得聚光光型，护盖20的外表面的侧面轮廓(profile)具有一曲线22与一直线24。在部分实施例中，曲线22具有中心指向发光二极管芯片30或光源中心点的一曲率半径。
在部分实施例中，定义发光二极管芯片的法线方向为90度，直线24位于曲线22的周围，曲线22至少涵盖45度到135度由发光二极管芯片发出的光线。在部分实施例中，护盖20的外表面为一体成形，同时具有曲线22与直线24两者。
请参考图1C，护盖20还具有一内表面。在部分实施例中，内表面的侧面轮廓26为一曲线，且具有中心指向发光二极管芯片30或光源中心点的一曲率半径；在其它实施例，内表面的侧面轮廓26为圆形、梯形、方形，或矩形等的其中之一。
在本说明书中，“内表面”是指面向芯片30或光源中心点的表面，“外表面”是指“内表面”的相对表面。
图1D为图1A至1C实施例的发光强度分布图，亦即配光曲线。此配光曲线定义发光二极管芯片法线方向为90度。法线方向可与基板的法线方向平行。此发光二极管装置的配光曲线呈现聚光光型，光强度最大值为0.4799w/sr大约落在90度。在本说明书中，“聚光光型”是指配光曲线在70度到110度之间的光强度分布，占总发光强度的50％以上，优选为60％以上。
图2A至图2C显示本发明第二实施例的另一种聚光光型发光二极管装置，其中图2A为立体图，图2B为侧视图，图2C为剖面图。本实施例与第一实施例不同处在于曲线22与直线24的相对尺寸(dimension)与相对高度，以得到不同的指向性强度，其余细节可沿用第一实施例。此处“高度”定义为曲线22或直线24的最高点与基板10的距离。
图2D显示第二实施例的配光曲线，相关定义同图1D。如图，此发光二极管装置的配光曲线呈现聚光光型，光强度最大值为0.99509w/sr大约落在90度。相较于第一实施例，此实施例具有更高的指向性。
图3A至图3C显示本发明第三实施例的又一种聚光光型发光二极管装置，其中图3A为立体图，图3B为侧视图，图3C为剖面图。此实施例与前述实施例的不同处除了曲线22与直线24的相对尺寸与相对高度之外，还有直线24与基板10的方向可具有一夹角α，用于改善正向光的全反射现象。本实施例的其余细节可沿用第一或第二实施例。
图3D显示第三实施例的配光曲线，相关定义同图1D。如图，此发光二极管装置的配光曲线呈现聚光光型，光强度最大值为0.96773w/sr大约落在90度。相较于第一实施例，此实施例具有更高的指向性。
图4A至图4C显示本发明第四实施例的蝙蝠翼光型发光二极管装置，其中图4A为立体图，图4B为侧视图，图4C为剖面图。此实施例与前述实施例的不同处在于：曲线22位于直线24的周围，直线24至少涵盖60度到120度由发光二极管芯片发出的光线；亦即，直线24的高度大于曲线22的最大高度。本实施例的其余细节可沿用前述各实施例。
图4D显示第四实施例的配光曲线，相关定义同图1D。如图，此发光二极管装置的配光曲线呈现蝙蝠翼型，光强度最大值为0.25254w/sr大约落在45度与135度。在本说明书，“蝙蝠翼型”是指其配光曲线具有两个最大值，分别位于35度至55度之间，与125度至145度之间，且光强度大致呈对称分布。此外，法线向量(90度)的光强度与最大光强度值的比值(百分比)介于大约10％至大约60％之间，优选约为20％至50％之间。
图5A至图5C显示本发明第五实施例的另一种蝙蝠翼光型发光二极管装置，其中图5A为立体图，图5B为侧视图，图5C为剖面图。此实施例与第四实施例的不同处在于曲线22与直线24的相对尺寸。本实施例的其余细节可沿用第四实施例。
图5D显示第五实施例的配光曲线，相关定义同图1D。如图，此发光二极管装置的配光曲线呈现蝙蝠翼型，光强度最大值为0.24962w/sr大约落在45度与135度。
图6A至图6C显示本发明第六实施例的又一种蝙蝠翼光型发光二极管装置，其中图6A为立体图，图6B为侧视图，图6C为剖面图。此实施例与第五实施例的不同处在于曲线22与直线24的相对尺寸与相对高度。本实施例的其余细节可沿用第四实施例或第五实施例。
图6D显示第六实施例的配光曲线，相关定义同图1D。如图，此发光二极管装置的配光曲线呈现蝙蝠翼型，光强度最大值为0.26128w/sr大约落在45度与135度。
本发明所提供的聚光型发光二极管装置，其发光强度高、角度小；所射出光型可类似手电筒发出的光束：光斑亮度高，而光斑的外围亮度低。聚光型发光二极管装置可适用于制作投射灯、筒灯、台灯、手电筒等装置。此外，蝙蝠翼型发光二极管装置适用于路灯、隧道灯、庭院灯等户外照明应用。
本发明仅透过一次光学设计，藉由改变护盖20的外型，即可达到所需照明效果。护盖20的其余细节并未限制。在部分实施例中，图7显示一种发光二极管装置。如图，护盖20包含外帽盖20a(outer cap)、内帽盖20b，以及位于外帽盖20a与内帽盖20b之间的一波长转换材料40，波长转换材料40用于转换发光二极管芯片30的发光波长。在部分实施例中，波长转换材料40的一面直接接触外帽盖20a，波长转换材料40的另一面直接接触内帽盖20b，藉以形成三明治结构。在部分实施例中，护盖20经由内帽盖20b连接于基板10。连接的方式可包含但不限于：配合(fit)、黏着、焊接、螺固等。在本实施例，内帽盖20b具有四支脚柱20c，对应固定于基板的孔洞10a中。脚柱20c的高度可等于或者大于孔洞10a的高度。此外，在内帽盖20b与发光二极管芯片30之间，可以填充空气50或者透明高分子材料50。
在本实施例，护盖20的外形，亦即外帽盖20a的外形，与第一实施例相同，但其也可采用如第二至第六实施例所示范的外形。
此外，外帽盖20a、内帽盖20b为透明材质制成，材质可包含但不限于：树脂、环氧树脂、硅胶、高分子聚合物、透明聚酯光学材料、聚碳酸树脂、压克力、玻璃等。
此外，波长转换材料40可具有磷光体(phosphor)或量子点(quantumdot)等以转换波长。磷光体(phosphor)可以是钇铝石榴石荧光粉(yttriumaluminum garnet，YAG)、铽铝石榴石荧光粉(terbium aluminum garnet，TAG)等等。
图8显示根据本发明另一实施例的发光二极管装置。本实施例与图7实施例的不同处在于：内帽盖20b的内表面的侧面轮廓26，亦即护盖20的内表面的侧面轮廓26，为矩形。但在其它实施例中，内表面的侧面轮廓26可以为圆形、梯形或方形。此外，在本实施例中，护盖20的外形，亦即外帽盖20a的外形，与第四实施例相同，但其也可采用如其它实施例所示范的外形。
在另一实施例，外帽盖20a的内表面与内帽盖20b的外表面具有大致相同的轮廓，使得波长转换材料40具有均匀的厚度。
本发明藉由改变护盖表面几何形状，即可得到所需的照明光型，省下二次光学设计，包含反射罩、扩散板等的成本。同时，因省略二次光学设计，发光二极管芯片所发出的光，其路径减短、被吸收率降低，能源利用率得以提高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明；凡其它未脱离发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包括在权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种发光二极管装置，包含：
一基板；
一发光二极管芯片，位于所述基板上；
一护盖，与所述发光二极管芯片相隔一距离，所述护盖与所述基板连接；以及
一波长转换材料，位于所述护盖表面上，或是分布于所述护盖之中；
其特征在于，所述护盖外表面的侧面轮廓包含一直线以及一曲线。
2.如权利要求1的发光二极管装置，其特征在于，所述波长转换材料位于所述护盖的内表面上。
3.如权利要求1的发光二极管装置，其特征在于，所述直线位于所述曲线的周围，且所述曲线的高度大于所述直线的高度。
4.如权利要求3的发光二极管装置，其特征在于，所述发光二极管芯片透过所述护盖发出的光具有一聚光光型，该聚光光型的配光曲线在70度到110度之间的光强度分布占总发光强度的50％以上。
5.如权利要求3的发光二极管装置，其特征在于，所述直线与所述基板具有一夹角。
6.如权利要求1的发光二极管装置，其特征在于，所述曲线位于所述直线的周围，且所述直线的高度大于所述曲线的高度。
7.如权利要求6的发光二极管装置，其特征在于，所述发光二极管芯片透过所述护盖发出的光具有一蝙蝠翼光型，该蝙蝠翼光型的配光曲线具有两个最大值，分别位于35度至55度之间与125度至145度之间，且光强度值大致呈对称分布。
8.如权利要求1的发光二极管装置，其特征在于，所述护盖具有至少一个脚柱，所述基板具有相对所述脚柱的至少一个孔洞，所述脚柱与所述孔洞通过配合方式固定。
9.如权利要求1的发光二极管装置，其特征在于，所述护盖包含：
一外帽盖；
一内帽盖，与所述基板连接，其中所述内帽盖的外表面与所述外帽盖的内表面具有相似的轮廓，且所述外帽盖的外表面的侧面轮廓具有所述直线以及所述曲线；以及
所述波长转换材料位于所述外帽盖与所述内帽盖之间，所述波长转换材料用于转换所述发光二极管芯片的发光波长。
10.如权利要求9的发光二极管装置，其特征在于，所述波长转换材料的一面直接接触所述外帽盖，所述波长转换材料的另一面直接接触所述内帽盖，以形成一三明治结构。
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