CN104425679A - 发光二极管 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管，包括具有电路结构的基板、至少一个发光二极管芯片和封装材料，发光二极管芯片设置于基板之上且与基板的电路结构电连接，封装材料设置在所述基板上并包覆发光二极管芯片。所述封装材料的表面包含至少一向基板凹陷的凹槽，所述凹槽的截面呈“V”形或梯形，凹槽的斜面的截面的轮廓形成“V”形或梯形的斜边。本发明所提供的发光二极管，利用在发光二极管芯片周围的封装材料上形成凹槽以减少全反射现象的发生，从而提高了整个发光二极管的光输出效率。

Description

发光二极管
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，特别涉及一种集成封装的发光二极管。
背景技术
发光二极管作为一种新型的光源，目前已广泛应用于多种场合。多年来发光二极管的发展方向仍然致力于发光效率的提升上，发光效率的影响因素一般包括选用的发光二极管芯片材料、组件结构的设计、透明度及全反射现象等。
发光二极管封装体中最重要的元件为发光二极管芯片，其决定了发光二极管的性能。现有技术中，通常在发光二极管芯片上包覆封装材料以进一步保护晶粒的各项特性。然而，现有的封装材料的折射率大约为1.4-1.5，根据折射定律，例如，当封装材料折射率为1.5、入射角大于41度时，光线在空气与封装材料的界面发生全反射，再如，当封装材料折射率为1.4、入射角大于45度时，光线在空气与封装材料的界面发生全反射，如此经过全反射后的光线需要再经过多次反射后才能从封装材料中射出，从而造成光线的能量损耗、降低整个发光二极管的光输出效率。
发明内容
本发明旨在提供一种发光二极管以克服上述缺陷。
一种发光二极管，包括具有电路结构的基板、至少一个发光二极管芯片和封装材料，发光二极管芯片设置于基板之上且与基板的电路结构电连接，封装材料设置在所述基板上并包覆发光二极管芯片。所述封装材料的表面包含至少一向基板凹陷的凹槽，所述凹槽的截面呈“V”形或梯形，凹槽的斜面的截面的轮廓形成“V”形或梯形的斜边。
本发明所提供的发光二极管，利用在发光二极管芯片周围的封装材料上形成凹槽以减少全反射现象的发生，从而提高了整个发光二极管的光输出效率。
附图说明
图1为本发明实施方式一中的发光二极管的剖面图。
图2为图1中的一种发光二极管的平面图。
图3为本发明所提供的发光二极管的原理示意图。
图4为图1中的另一种发光二极管的平面图。
图5为本发明实施方式二中的发光二极管的剖面图。
主要元件符号说明
发光二极管 10
封装材料 110
凹槽 111、113
中心凹槽 112
顶面 1101
斜面 1111
发光二极管芯片 120
基板 130
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明所提供的发光二极管10包括具有电路结构的基板130、至少一个发光二极管芯片120和封装材料110。所述发光二极管芯片120设置于基板130之上且与基板130的电路结构电连接。所述发光二极管芯片120与基板130的电路结构的电连接方式可采用打线连接方式或覆晶连接方式。所述基板130可选择PCB基板、陶瓷基板、金属基板或柔性基板等。所述封装材料110包覆发光二极管芯片120。所述封装材料110的折射率为1.4-1.5。所述封装材料110可包含荧光物质。
所述封装材料110包含至少一向封装材料110内部凹陷的凹槽111，凹槽111具有两个相对的斜面1111。本实施例中，所述凹槽111的截面呈“V”形，凹槽111的两斜面1111的截面轮廓形成“V”形结构的斜边。所述封装材料110的凹槽111位于各相邻的两发光二极管芯片120之间。所述“V”形凹槽111的深度H’小于等于封装材料110的厚度H。
进一步地，请参阅图2，“V”形凹槽111还可环绕设置于各发光二极管芯片120的周围，并呈现纵横交错的排布方式以增加发光二极管10的光输出效率。
本发明所提供的发光二极管10发出的光线一部分到达封装材料110的顶面1101、并经过封装材料110的顶面1101折射出封装材料110，另一部分光线到达封装材料110的斜面1111、在“封装材料110与空气的界面”形成的入射角小于全反射角以减少全反射现象的发生，最终经过封装材料110的斜面1111折射出封装材料110，从而提高了整个发光二极管10的光输出效率。
为使“V”形凹槽111更充分发挥破坏全反射现象的作用，所述“V”形凹槽111截面的斜边的远离基板130的一端的端点A与发光二极管芯片120的中心轴O-O之间的距离D大于等于0，且小于“封装材料110的厚度H与全反射临界角α的正切”的乘积；所述“V”形凹槽111的截面的斜边的法线I-I与发光二极管芯片120的中心轴O-O之间的夹角θ大于“全反射临界角α的余角”，且小于90度。
具体的，请参阅图3，将发光二极管芯片120看做点光源M，封装材料顶面1101与基板130平行。为便于理解，图中示出了出光角度为全反射临界角α的光线MB和出光角度为90度的光线MC的光路。在设计封装材料的凹槽时，所述凹槽斜边远离基板130的一端的端点A与光轴O-O之间的距离D应小于等于出光角度为全反射临界角α的光线MB在封装材料顶面1101正好能折射出封装材料的临界点B与光轴O-O之间的距离。由于临界点B与光轴O-O之间的距离等于“封装材料的厚度H与全反射临界角α的正切”的乘积，所以，凹槽斜边的端点A与光轴O-O之间的距离D大于等于0，且小于“封装材料110的厚度H与全反射临界角α的正切”的乘积；如果点光源M的发出的大于全反射临界角α的光线能完全折射出封装材料，那么凹槽斜边的法线I-I与出光角度为90度的光线MC的夹角须小于全反射临界角α，则凹槽斜边的法线I-I与光轴O-O的夹角θ应大于全反射临界角α的余角，且小于90度。
在本实施例中，采用折射率为1.4的封装材料110，根据全反射临界角的正弦等于折射率的倒数，可以计算得到封装材料110的全反射临界角为45度。此时，所述“V”形凹槽111的截面的斜边的法线I-I与发光二极管芯片120的中心轴O-O之间的夹角θ大于45度，且小于90度，所述“V”形凹槽111的截面的处于封装材料110上远离基板130一侧的底边的顶点A与发光二极管芯片120的中心轴O-O之间的距离D大于等于0，小于Htan45°。
在另一实施例中，采用折射率为1.5的封装材料110，则封装材料110的全反射临界角为41度。此时，所述“V”形凹槽111的截面的斜边的法线I-I与发光二极管芯片120的中心轴O-O之间的夹角θ大于49度，且小于90度，所述“V”形凹槽111的截面的处于封装材料110上远离基板130一侧的底边的顶点A与发光二极管芯片120的中心轴O-O之间的距离D大于等于0，小于Htan41°。
需要说明的是，生产商在生产本发明所提供的发光二极管时，可采用不同折射率的封装材料110，也即该封装材料110的折射率并不仅限于在1.4-1.5的范围内时，通过上述凹槽111的设置，都可达到本发明旨在达到的减少全反射，提高发光二极管出光效率的目的。
进一步地，请参阅图4，所述封装材料110的凹槽111也可设计为围绕在发光二极管芯片120聚集区域的周围，发光二极管芯片120聚集区域周围的凹槽111呈现纵横交错的排布方式。
优选的，可以在所述发光二极管芯片120的聚集区域中心还设置有中心凹槽112，以进一步提高整个发光二极管10的光输出效率。所述中心凹槽112为一向封装材料110内部凹陷的圆锥体，可以理解的是，中心凹槽112也可设计为一向封装材料110内部凹陷的圆台。
请参阅图5，所述封装材料110也可包含至少一向封装材料110内部凹陷的梯形凹槽113，所述凹槽113的截面呈一上宽下窄的梯形，也即所述梯形的上底的长度大于下底的长度。所述封装材料110的凹槽113位于各相邻的两发光二极管芯片120之间。
对于本领域的技术人员来说可以做本发明技术构思内做其他变化，但是，根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管，包括具有电路结构的基板、至少一个发光二极管芯片和封装材料，发光二极管芯片设置于基板之上且与基板的电路结构电连接，封装材料设置在所述基板上并包覆发光二极管芯片，其特征在于：所述封装材料的表面包含至少一向基板凹陷的凹槽，所述凹槽的截面呈“V”形或梯形，凹槽的斜面的截面的轮廓形成“V”形或梯形的斜边。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述封装材料的折射率为1.4-1.5。
3.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述“V”形或梯形凹槽的截面的斜边的法线与发光二极管芯片的中心轴之间的夹角大于“全反射临界角的余角”，且小于90度。
4.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述斜边的远离基板的一端的端点与发光二极管芯片的中心轴之间的距离大于等于0，且小于“封装材料的厚度与全反射临界角的正切”的乘积。
5.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述“V”形或梯形凹槽的深度小于等于封装材料的厚度。
6.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述封装材料的凹槽位于相邻的发光二极管芯片与发光二极管芯片之间。
7.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述相邻的发光二极管芯片与发光二极管芯片之间仅有一个凹槽。
8.如权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述封装材料的凹槽围绕发光二极管芯片聚集区域的周围。
9.如权利要求8所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管芯片聚集区域中心进一步包含中心凹槽。
10.如权利要求9所述的发光二极管，其特征在于：所述中心凹槽呈圆锥形或圆台形。
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