CN104821360B - 发光器件封装件以及包括该发光器件封装件的照明设备 - Google Patents
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Abstract
本文中公开了一种发光器件封装件以及包括该发光器件封装件的照明设备。该发光器件封装件包括：发光器件，其设置在衬底上；扩散板，其设置在所述衬底上以包围所述发光器件；以及成型部，其设置在所述衬底上，并具有中心凹陷的非球面透镜的形状，所述成型部的中心与所述发光器件的中心位于同一轴线上，并且所述扩散板可以介于所述发光器件与所述成型部之间。采用了具有中心凹陷的非球面透镜的形状的成型部以及扩散板以使从发光器件发射的光宽广地扩散。由此，能够增加光的效率，并且能够降低制造时间和成本。同时，能够避免黄圈现象。
Description
技术领域
本发明涉及发光器件封装件以及包括该发光器件封装件的照明设备。
背景技术
诸如发光二极管(LED)的发光器件被分类为借助于化合物半导体的 P-N结结构而将电能转化为光的半导体器件。由于低功耗、延长的寿命以及减小尺寸和重量的可能性，发光器件作为下一代光源而受到关注。最近，出现了使用具有优异的物理特性和化学特性的氮化物实现的蓝色LED和紫外LED。可以通过蓝色或紫外LED和荧光物质来获得白色光或其他类型的单色光，从而发光器件的应用变得更宽。
平板照明设备可以使用发光器件来形成。此时，从发光器件发射的光应被宽广地扩散以减少所需的发光器件的数目。因此，可以附加地安装二次透镜(secondary lens)，以使从发光器件发射的光的扩散范围变宽。然而，透镜的添加不仅导致了降低光的效率，而且还导致了增加制造时间和成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种发光器件封装件以及包括该发光器件封装件的照明设备，该发光器件封装件采用了具有中心凹陷的非球面透镜的形状的成型部(moldingportion)以及扩散板(diffusion plate)，以使得从发光器件发射的光被宽广地扩散，由此降低了制造时间和成本并且增加了光的效率。
根据本发明的一个方面，提供了一种发光器件封装件，该发光器件封装件包括：设置在衬底上的发光器件；设置在衬底上以包围发光器件的扩散板；以及成型部，其设置在包括扩散板的衬底上，并且具有中心凹陷的非球面透镜的形状。成型部的中心与发光器件的中心位于同一轴线上，扩散板可以介于发光器件与成型部之间。
该发光器件封装件还可以包括介于发光器件与扩散板之间的荧光物质层。
成型部的下端的宽度可以比成型部的上端的宽度宽。
发光器件可以被设置在形成于衬底中的孔中。
该发光器件封装件还可以包括填充所述孔的荧光物质层。
在成型部的下端上可以形成有径向向外突出的凸缘。
成型部可以为透明或半透明的。
成型部可以包括硅树脂或环氧树脂。
扩散板可以包括蛋白石系扩散器(opal series diffuser)。
根据本发明的另一方面，提供了一种发光器件封装件，该发光器件封装件包括：设置在衬底上的发光器件；以及设置在衬底上以对发光器件进行成型的成型部。该成型部具有中心凹陷的非球面透镜的形状，并且成型部的下端的宽度比成型部的上端的宽度宽。
发光器件封装件还可以包括介于发光器件与成型部之间的扩散板。
发光器件封装件还可以包括介于发光器件与扩散板之间的荧光物质层。
根据本发明的又一方面，提供了一种平板照明设备，其包括以预定间隔设置的多个发光器件封装件。每个发光器件封装件包括：设置在衬底上的发光器件；以及设置在衬底上以对发光器件进行成型的成型部，其中，该成型部具有中心凹陷的非球面透镜的形状，并且成型部的下端的宽度比成型部的上端的宽度宽。
根据本发明的实施例，采用了具有中心凹陷的非球面透镜的形状的成型部以及扩散板，以使从发光器件发射的光宽广地扩散。由此，能够增加光的效率，并且能够降低制造时间和成本。同时，能够避免黄圈现象。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其他目的、特征和优点对本领域的普通技术人员将变得更加明显。在附图中：
图1a是示出了根据本发明的第一实施例的发光器件封装件的截面图；
图1b是示出了根据本发明的第一实施例的发光器件封装件的平面图；
图2是示出了根据本发明的第二实施例的发光器件封装件的截面图；
图3a是示出了根据比较例的发光器件封装件的分布图案的曲线图；
图3b是示出了根据本发明的实施例的发光器件封装件的分布图案的曲线图；
图4a是示出了根据比较例的发光器件封装件的照度分布的照片；
图4b是示出了根据本发明的实施例的发光器件封装件的照度分布的图片；
图5a是示出了由根据比较例的发光器件封装件构成的平板照明设备的平视图；以及
图5b是示出了由根据本发明的实施例的发光器件封装件构成的平板照明设备的平视图。
具体实施方式
本发明可以具有各种实施例，并且本发明的具体实施例将在附图中示例性示出并且描述如下。然而，这些具体实施例仅用于说明，而不意味着限制本发明。从该描述中获益的熟悉本发明的领域的技术人员可以容易地想出的各种变化和修改被认为在本发明的范围之内。
除非另有规定，否则本文使用的术语具有与本发明所属技术领域内的具有普通知识的技术人员所通常理解的含义相同的含义。这样的术语与常用字典中定义的那些术语一样将被理解为具有与相关技术领域中的语境含义相同的含义，并且除非在本申请中清楚地定义，否则不应理解为具有理想或过分形式化的含义。
当部件被称为“连接到”或“接近”另一部件时，这可以指部件直接连接到或接近另一部件，但是应该理解在两者之间可以存在另外的部件。另一方面，当部件被称为“直接连接到”或“直接接近”另一部件时，应该理解在两者之间不存在其他部件。
本申请中所使用的术语仅用于描述具体实施例，而非意在限制本发明。除非在上下文中具有明显不同的意思，否则所使用的单数形式的表达也包括复数形式的表达。在本申请中，应该理解的是，例如“包括”或“具有”等的术语旨在表明存在本说明书中所公开的特征、数量、操作、动作、部件、部分或其组合，并且无意于排除可以存在或可以添加一个或更多个其他特征、数量、操作、动作、部件、部分或其组合的可能性。
另外，尽管有时关于重叠的内容可省略描述，但这并不限制本公开内容的要旨。同时，在下面的描述中，尽管被示出在不同的附图中，但是相同的元件将以相同的附图标记来表示。
图1a是示出了根据本发明的第一实施例的发光器件封装件的截面图；而图1b是示出了根据本发明的第一实施例的发光器件封装件的平视图。具体地，图1a是在垂直于衬底的主表面的方向上的截面图，并且图 1b是在平行于衬底的主表面的方向上的平视图。
参照图1a和图1b，根据本发明的第一实施例的发光器件封装件可以包括：设置在衬底110上的发光器件120；设置在衬底110上以包围发光器件120的扩散板140；介于发光器件120与扩散板140之间的荧光物质层130；以及设置在包括扩散板140的衬底110上并且具有非球面透镜的形状的成型部150。
衬底110可以是典型的印刷电路板(PCB)或引线框。除了这样的材料之外，衬底110可以由下述中的任一种形成：氧化铝、石英、氧化锆、镁橄榄石、堇青石、氧化铍、多铝红柱石、锆酸钙、碳化硅、氮化铝、熔融石英、LTCC(低温共烧陶瓷)、塑料、石墨和金属。
发光器件120可以是通过将使用化学半导体的P-N结结构注入的少数载流子(电子或空穴)进行复合而发射光的器件，并且发光器件120 可以是发光二极管(LED)。虽然在这些图中未示出，但是发光器件120 可以通过例如导线被电连接至衬底110的电极并且被供给电力。
荧光物质层130可以吸收从发光器件120发射的光的一部分，以发射与所吸收的光的波长不同的波长的光。荧光物质层130可以包括由活性离子构成的荧光物质，并且在主晶格的适当位置处具有引入杂质。活性离子通过确定发光过程中所涉及的能级来确定所发射的光的颜色。所发射的光的颜色可以通过晶体结构中的活性离子的基态与激发态之间的能隙来确定。同时，可以通过将红色荧光物质、蓝色荧光物质、绿色荧光物质或黄色荧光物质中的至少一种注入到透明树脂(诸如硅树脂)中而制成荧光物质层130。
扩散板140通过对从发光器件120发射的光进行散射和扩散来使得光能够被均匀地发射，并且扩散板140可以包括蛋白石系扩散器，例如钛酸钡、二氧化钛、氧化铝、二氧化硅。另一方面，在使用常规发光器件的照明设备中，存在在所发射的光的边缘处示出黄色圈的所谓黄圈现象 (yellow ring phenomenon)。扩散板140起到防止出现黄圈现象的作用。
作为具有保护发光器件120的功能以及透镜的功能的集成透镜封装件(lens-integrated package)，成型部150可以具有在其中心处具有凹部 151的非球面形状。成型部150的中心C2与发光器件120的中心C1可以被设置在同一轴线上。成型部150的下端可以设置有径向向外突出的凸缘区F，因而成型部150的下端的宽度W1可以比成型部150的上端的宽度W2宽。例如，成型部150的下端的宽度W1可以为2.97mm至3.03mm 的范围，并且成型部150的上端的宽度W2可以为2.77mm至2.83mm 的范围。此外，从发光器件120的上表面到成型部150的中心C2的高度 H1应该等于或大于0.5mm并且小于成型部150的高度H2，该高度H2为例如0.95mm至1.01mm。同时，在垂直于衬底110的主表面的表面与成型部150的侧表面之间的角θ可以为1°至60°。成型部150可以由透明或半透明树脂(诸如硅树脂或环氧树脂)形成，这是因为从发光器件 120发射的光应该被透射到外部。
具体地，成型部150的透镜表面的形状(其相对于光轴旋转对称)可以被合宜地限定在柱坐标系中，该柱坐标系将z轴设定为透镜表面的旋转对称的轴线，并且成型部150的透镜表面的形状可以被表示为限定成型部 150的透镜表面的点x和y的集合。在本文中，x是在垂直于光轴的轴线上测量的轴向半径，并且y是在轴向半径x上的透镜表面的阶梯(step)。此时，透镜表面的阶梯是指通过在光轴方向上自高度为零(0)的参考表面测量成型部150的顶点而获得的高度。同时，透镜的形状可以表示为轴向半径x被定义为自变量而阶梯y被定义为因变量的函数，并且成型部 150可以表示为具有如下面的公式1中的二次项的非球面方程，这是因为成型部150具有中心凹陷的形状。
公式1
在此，R为顶点的曲率半径，k为圆锥曲面(conically curved surface) 系数，而A2、A4、A6、A8、A10、A12和A14是非球面变形系数。此时，当k＝0时，成型部150为球形表面；当k＝-1时成型部150为抛物曲面；当k<-1时，成型部150为双曲表面；当-1<K<0时，成型部150为细长椭球表面；并且当k>0时，成型部150为扁椭球表面。同时，当以任意角度切割圆锥体时，切割表面的形状具有称为圆锥曲线的曲线。当关于对称轴旋转圆锥曲线时，圆锥曲线的轨迹变成圆锥曲面。
具体地，在一个实施例中，R可以是1.140E+01，k可以是-6.281E-02， A2可以是2.519E-01，A4可以是-5.678E-01，A6可以是6.969E-01，A8 可以是-2.915E-01，A10可以是-2.933E-01，A12可以是3.163E-01，并且 A14可以是-8.332E-02。然而，本发明并不限于这些数值，并且在其他实施例中，R、K、以及A2至A14的值可以改变。
图2是示出了根据本发明的第二实施例的发光器件封装件的截面图。具体地，图2是在垂直于衬底的主表面的方向上的截面图。在第二实施例中，将不会描述与上述第一实施例基本相同的部分。
参照图2，根据本发明的第二实施例的发光器件封装件可以包括：设置在形成于衬底110中的孔H中的发光器件120；设置在孔H中以包围发光器件120的扩散板140；填充孔H的荧光物质层130；以及设置在包括孔H的衬底110上并且具有非球面透镜的形状的成型部150。
衬底110可以是典型的印刷电路板(PCB)或引线框，并且可以由第一实施例的材料中的任一种形成。此外，发光器件120可以是发射光的器件，诸如发光二极管(LED)。荧光物质层130可以是将红色荧光物质、蓝色荧光物质、绿色荧光物质或黄色荧光物质中的至少一种注入到透明树脂(诸如硅树脂)中的层。
扩散板140通过对从发光器件120发射的光进行散射和扩散来使得光能够被均匀地发射，并且扩散板140可以包括蛋白石系扩散器。另外，作为具有保护发光器件120的功能和透镜的功能的集成透镜封装件，成型部 150可以具有在其中心处具有凹部151的非球面形状，并且成型部150的中心C2与发光器件120的中心C1可以被设置在同一轴线上。
图3a是示出了根据比较例的发光器件封装件的光分布图案的曲线图，并且图3b是示出了根据本发明的实施例的发光器件封装件的光分布图案的曲线图。
参照图3a和图3b，在假设光强在中心点处最大的情况下，发光器件封装件中的光束角是指在光强为最大光强的一半的点之间的范围。根据比较例的发光器件封装件没有采用非球面透镜，并且可以发现从发光器件发射的光的光束角小(参见图3a)。相较之下，根据本发明的实施例的发光器件封装件采用了具有中心凹陷的非球面透镜的形状的成型部，并且可以发现从发光器件发射的光的光束角显著增大(参见图3b)。
图4a是示出了根据比较例的发光器件封装件的照度分布的照片，并且图4b是示出了根据本发明的实施例的发光器件封装件的照度分布的图片。
参照图4a和图4b，根据比较例的发光器件封装件未采用非球面透镜，并且可以发现从发光器件发射的光的扩散范围小(参见图4a)。相较之下，根据本发明的实施例的发光器件封装件采用了具有中心凹陷的非球面透镜的形状的成型部，并且可以发现从发光器件发射的光的扩散范围显著增大(参见图4b)。
图5a是示出了由根据比较例的发光器件封装件构成的平板照明设备的平视图，并且图5b是示出了由根据本发明的实施例的发光器件封装件构成的平板照明设备的平视图。
参照图5a，根据比较例的发光器件封装件未采用非球面透镜。如上所述，因为从发光器件发射的光的扩散范围小，所以在通过布置多个发光器件来构造平板照明设备的情况下，相对大量的发光器件120应被设置在衬底110的单位面积(A×A)上以便被视为表面光源。
参照图5b，根据本发明的实施例的发光器件封装件采用了具有中心凹陷的非球面透镜的形状的成型部。如上所述，因为从发光器件发射的光的扩散范围宽，所以在通过布置多个发光器件来构造平板照明设备的情况下，具有设置在衬底110的单位面积(A×A)上的相对少量的发光器件 120的平板照明设备可以被视为表面光源。
根据上述本发明的实施例中的发光器件封装件以及包括该发光器件封装件的照明设备，采用了具有中心凹陷的非球面透镜的形状的成型部以及扩散板，以使从发光器件发射的光宽广地扩散。由此，能够增加光的效率，并且能够降低制造时间和成本。同时，能够避免黄圈现象。
虽然已经参照本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但是本发明不限于这些实施例。对本领域技术人员而言将会明显的是，可以在本说明书所描述的范围内设计和实现各种修改或变化，并且这些修改和变化也落在本发明的技术范围之内。
附图标记或符号说明
110：衬底
120：发光器件
130：荧光物质层
140：扩散板
150：成型部
151：凹部
Claims (10)
1.一种发光器件封装件，包括：
发光器件，其设置在衬底上；
扩散板，其设置在所述衬底上以包围所述发光器件；以及
成型部，其设置在所述衬底上，并具有中心凹陷的非球面透镜的形状，
其中，所述成型部的中心与所述发光器件的中心位于同一轴线上，并且
所述扩散板介于所述发光器件与所述成型部之间，以及
其中，所述成型部的透镜表面的形状被表示如下：
其中：
x是在垂直于所述成型部的光轴的轴线上测量的轴向半径，
y是在轴向半径x上的所述透镜表面的阶梯，所述透镜表面的阶梯是指通过在所述光轴的方向上自高度为零的参考表面测量所述成型部的顶点而获得的高度，
R为所述成型部的顶点的曲率半径，
k为圆锥曲面系数，以及
A2、A4、A6、A8、A10、A12和A14为非球面变形系数，以及
其中，R为1.140E+01，k为-6.281E-02，A2为2.519E-01，A4为-5.678E-01，A6为6.969E-01，A8为-2.915E-01，A10为-2.933E-01，A12为3.163E-01，并且A14为-8.332E-02。
2.根据权利要求1所述的发光器件封装件，还包括介于所述发光器件与所述扩散板之间的荧光物质层。
3.根据权利要求1所述的发光器件封装件，其中，所述成型部的下端的宽度比所述成型部的上端的宽度宽。
4.根据权利要求1所述的发光器件封装件，其中，所述发光器件被设置在形成于所述衬底中的孔中。
5.根据权利要求4所述的发光器件封装件，还包括填充所述孔的荧光物质层。
6.根据权利要求1所述的发光器件封装件，其中，在所述成型部的下端上形成有径向向外突出的凸缘。
7.根据权利要求1所述的发光器件封装件，其中，所述成型部为透明或半透明的。
8.根据权利要求7所述的发光器件封装件，其中，所述成型部包括硅树脂或环氧树脂。
9.根据权利要求1所述的发光器件封装件，其中，所述扩散板包括蛋白石系扩散器。
10.一种发光器件封装件，包括：
发光器件，其设置在衬底上；以及
成型部，其设置在所述衬底上以对所述发光器件进行成型，
其中，所述成型部具有中心凹陷的非球面透镜的形状，并且所述成型部的下端的宽度比所述成型部的上端的宽度宽，以及
其中，所述成型部的透镜表面的形状被表示如下：
其中：
x是在垂直于所述成型部的光轴的轴线上测量的轴向半径，
y是在轴向半径x上的所述透镜表面的阶梯，所述透镜表面的阶梯是指通过在所述光轴的方向上自高度为零的参考表面测量所述成型部的顶点而获得的高度，
R为所述成型部的顶点的曲率半径，
k为圆锥曲面系数，以及
A2、A4、A6、A8、A10、A12和A14为非球面变形系数，以及
其中，R为1.140E+01，k为-6.281E-02，A2为2.519E-01，A4为-5.678E-01，A6为6.969E-01，A8为-2.915E-01，A10为-2.933E-01，A12为3.163E-01，并且A14为-8.332E-02。
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