CN110943152A - 具光型平坦化功能的封装胶体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露一种具光型平坦化功能的封装胶体结构，设置于光源的正上方，其特征在于：封装胶体结构是构形为近似半椭球体，近似半椭球体具有中心、短轴半径、长轴半径及高度，长轴半径是短轴半径的1.2到1.5倍，高度是短轴半径的1.5到2.5倍，光源的发光面是邻近中心设置、并相隔有定间距，且短轴半径是介于0.8mm到2.0mm间；藉由所提供的近似半椭球体表面特性，使光源射出光的能量平均分布形成〝近梯型〞的光型，藉此解决发光元件在应用上装配精度要求和整体装置成本的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种具光型平坦化功能的封装胶体结构，尤其涉及一种利用于封装光源、并平坦化光源的射出光分布的封装胶体结构。
背景技术
在现有发光元件中，常以一透明胶体封装如发光二极体(LED)等光源结构；因封装胶体结构的材料和外形因素，从而改变原光源的某些光学特性，特别是导致光源结构所射出的光型改变，而此处所称的光型乃是定义为射出光强度的分布态样。
在习知技艺中，对于具封装胶体结构的光源言(如LED元件)，光源所射出之光线，经封装胶体结构的光学转换后，通常会产生一〝近朗伯型〞的光型(又俗称为〝砲弹型〞的光型)。
请参阅图1所示，前述的具封装胶体结构的光学元件PA1，它的光源PA10所射出之光线，在经封装胶体结构PA11的光学转换后，因传统的封装胶体结构PA11通常为半球型锥体结构，所以在相对光源任一个角度的水平轴上，光线的强度分布通常会呈现为〝近朗伯型〞的光型(如PA12和PA13)。如图所示，这一个光型结构(如PA12和PA13)所呈现出的特性为，光线强度(即光线能量)高度集中在中心部位，这一特性在元件PA1运用于发射/接收对管时(常见于触控/电子显示屏或白板上)，因〝近朗伯型〞光型能量集中之特性，所以在发射与接收侧皆须要有较多的光学元件PA1数量，且在安装时需较高的对位精度，因此，除装配精度要求高外，整体装置的成本亦无法降低。
因此，本发明的主要目的在于提供一种具光型平坦化功能的封装胶体结构，以解决上述装配精度要求和整体装置成本的问题。
发明内容
本发明之目的在提供一种具光型平坦化功能的封装胶体结构，用以封装如发光二极管的光源，并可将光源射出光的能量分布平坦化，藉此解决习知胶体结构对相关发光元件组装在应用装置上、所产生的装配精度要求和整体装置成本的问题。
为达所述优点至少其中之一或其他优点，本发明的一实施例提出一种具光型平坦化功能的封装胶体结构，是为一封装一光源的透光结构，乃设置于所述光源的正上方，其特征在于：所述的封装胶体结构是构形为一近似半椭球体，所述的近似半椭球体具有一中心、一短轴半径、一长轴半径及一高度，所述的长轴半径是为所述短轴半径的1.2到1.5倍，所述的高度是为所述短轴半径的1.5到2.5倍，所述光源的发光面是邻近所述中心设置、并相隔有一预定间距，且所述的短轴半径是介于0.8mm到2.0mm之间。
本发明的另一实施例又提出一种具光型平坦化功能的封装胶体结构，是为一封装一光源的透光结构，乃设置于所述光源的正上方，其特征在于：所述的封装胶体结构具有一对应于所述光源正上方的顶面，所述的顶面是取自一虚拟近似半椭球体，而所述的虚拟近似半椭球体具有一中心、一短轴半径、一长轴半径及一高度，所述长轴半径是为所述短轴半径的1.2到1.5倍，所述高度是为所述短轴半径的1.5到2.5倍，所述的短轴半径是介于0.8mm到2.0mm之间，所述光源的发光面是邻近所述中心设置、并相隔有一预定间距，且所述虚拟近似半椭球体的中段部分是与所述的封装胶体结构形成虚拟迭置、以提供所述封装胶体结构的顶面一相同的曲面构形。
在本发明的另一实施例中，具光型平坦化功能的封装胶体结构的特征在于：所述的光源是包括一发光二极管芯片。所述的发光二极管芯片具有一长度及一宽度，较佳者，所述长度的走向是与所述近似半椭球体、或虚拟近似半椭球体、的所述长轴半径的走向平行。
在本发明的另一实施例中，具光型平坦化功能的封装胶体结构的特征在于：所述的预定间距是介于所述近似半椭球体、或虚拟近似半椭球体、的所述高度的0到0.5倍间。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是传统具封装胶体结构的光学元件和所射出光线光型的示意图；
图2是配置本发明具光型平坦化功能的封装胶体结构第一实施例的光学元件的立体示意图；
图3是图2的俯视图；
图4是图2中沿A-A线的剖面示意图；
图5是图2实施例在XY平面延长轴方向分布的光型示意图；
图6是图2实施例在XY平面延短轴方向分布的光型示意图；
图7是本发明具光型平坦化功能的封装胶体结构第二实施例的示意图；
图8是本发明具光型平坦化功能的封装胶体结构第三实施例的示意图；以及
图9是配置本发明具光型平坦化功能的封装胶体结构的光学元件另一实施例的示意图。
具体实施方式
这里所公开的具体结构和功能细节仅仅是代表性的，并且是用于描述本发明的示例性实施例的目的。但是本发明可以通过许多替换形式来具体实现，并且不应当被解释成仅仅受限于这里所阐述的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关为基于附图所示的方位或位置关是，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
这里所使用的术语仅仅是为了描述具体实施例而不意图限制示例性实施例。除非上下文明确地另有所指，否则这里所使用的单数形式“一个”、“一项”还意图包括复数。还应当理解的是，这里所使用的术语“包括”和/或“包含”规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、单元和/或组件的存在，而不排除存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
请参阅图2、图3和图4所示，分别为配置本发明具光型平坦化功能的封装胶体结构第一实施例的光学元件的立体示意图、俯视图、和沿A-A线的剖面示意图。如图所示，此光学元件1具有一基板10、一光源12和一封装胶体结构14，光源12是设置于基板10上，封装胶体结构14则是设置于基板10上、并将光源12封装于封装胶体结构14的内部；较佳者，光源12是设置于封装胶体结构14内部底缘140的中心位置上；在此一实施例中，封装胶体结构14内部底缘140即等同于基板10的上表面。
本发明中，光源12是为任意的点光源，例如像发光二极管(Light-emitted diode,LED)芯片的发光半导体元件等；而当光源12实施为发光二极管芯片时，所述的光学元件即为发光二极管元件。
承前背景说明所述，经深入研究探讨后发现：在习知技艺中，因传统球体状封装胶体结构的表面曲率特性、以及胶体光学特性，不可避免的会使发射光的能量分布产生〝近朗伯型〞的光型分布，而此过度集中的能量分布模式，在习知运用中，固然可以较大数量的元件来构筑覆盖全平面的发射/接收对管配置；但是，此一作法在日益要求节能与减重的电讯市场中，已逐渐形成产品进一步进化的瓶颈。而这一技术障碍即是引入本发明封装胶体结构14的主要因由。
本发明的封装胶体结构14是为一透光结构，主要是利用所提供的表面特性，使射出光的能量分布形成〝近梯型〞的平坦化光型分布。如图所示，本发明具平坦化功能的封装胶体结构14，是封装光源12的透光结构，乃设置于光源12的正上方，主要的特征是此封装胶体结构14构形为一近似半椭球体(即近一个椭球体的一半)，此近似半椭球体具有一中心142、一短轴半径RS、一长轴半径RL及一高度H。
为便利发明详细解说，乃加入一三维直角XYZ坐标轴系统，此坐标轴的原点定义在近似半椭球体(即椭球体)的中心142上，X轴是沿长轴半径RL延伸，Y轴是沿短轴半径RS延伸，而Z轴则是沿高度H方向向上延伸；换言之，此中心142即为所述椭球体数学上的中心，而所述的短轴半径RS、长轴半径RL和高度H即为椭球体数学上的三轴半径，光源12则对称设置于贯穿中心142的Z轴上，且光源12上的发光面122距所述的中心142有一预定间距s。
本发明中，所运用的“近似半椭球体”名词中的“近似”两字，并非是蓄意要模糊本案发明标的，而是在自然界中，并未有理想的“椭球体”或“半椭球体”，特别是在相关本发明的技艺中，皆存在有不可避免的制造误差，例如在用以成形封装胶体的模具、以及封装胶体本身在成形过程中的热胀冷缩，在在都增添“椭球体”或“半椭球体”理想尺寸的不确定性！故于此发明中，以“近似”两守来概括所述的尺寸不确定性，一般而言，10％的加工精度适足以涵盖这些加工不确定性。
本发明经无数次的验证确认，当封装胶体结构14的长轴半径RL为短轴半径RS的1.2到1.5倍、高度H为短轴半径RL的1.5到2.5倍时，椭球体所提供之上曲面US即可获得一可将射出光的的能量分布平坦化的光型分布，所述光源12的发光面122是邻近位于所述中心142的上方或下方、并相隔有所述的预定间距s。
本实施例中，所述的短轴半径是介于0.8mm到2.0mm之间。
在此实施例中，光源12即实施为一发光二极管芯片。如图所示，发光二极管芯片12通常具有一长度l及一宽度w；较佳者，所述长度l的走向是与近似半椭球体的X轴方向(即长轴半径RL的走向)平行。在如图所示的实施例中，发光二极管芯片12的发光面122是位于中心142的上方，而所述的预定间距s则接近发光二极管芯片12的厚度。
请参阅图5与图6所示，是分别为图2实施例在封装胶体结构14上方一XY平面沿X轴方向(即长轴方向)与沿Y轴方向(即短轴RS方向)分布的光型示意图。如图所示，因本发明封装胶体结构14的近似半椭球体设计，使封装胶体结构14上表面US在X轴方向上取得一较和缓的曲面变化，故可改变封装胶体结构14相对光源12的光学特性，乃取得一平坦化的光型特征；相对地，封装胶体结构14上表面在Y轴方向上取得的曲面变化相对较严峻，故仍维持类似习知封装胶体结构14相对光源12的光学特性，亦即仍维持一〝近朗伯型〞的光型特征。
藉由本发明所提供的平坦化光型(图5)，在覆盖全平面的发射/接收对管配置运用中，就不需以较大数量的光学元件来达成完整覆盖的目的，且光学元件的安装精度亦可获得释放，因此，可一定程度解决前述装配精度要求和整体装置成本的问题，且对于日益要求节能与减重的电讯市场中，亦提供一有效的解决方案。
请参阅图7，是本发明具光型平坦化功能的封装胶体结构第二实施例的示意图。如图所示，与前一实施例不同者是：在此实施例中，光源12的发光面122是位于中心142的下方(其余结构则类同于前一实施例)；换言之，相较于前一实施例，本实施例的近似半椭球体运用曲面，整体往上垂直抬升一预定高度。
本发明中，光源122是可位于中心142的上方或下方，可以理解的是：當光源12太靠近上曲面US時，原欲獲得射出光能量分布的〝近梯型〞平坦化光型分布，會逐漸趨近光能量集中分布的〝近朗伯型〞光型分布；另一方面，當光源12太遠離上曲面US時，所獲得〝近梯型〞平坦化光型分布的光線能量會有減弱的趨勢，恐會影響元件的光學運用。就此考慮，经实验验证，本发明的预定间距s较佳是介于所述近似半椭球体14所述高度H的0到0.5倍间，亦即光源12的发光面122是可位于中心142的上方或下方0到0.5倍所述高度间，在此配置下，本发明所提供的封装胶体结构14上表面US仍可有效获致所需的光学特性。
请参阅图8，是本发明具光型平坦化功能的封装胶体结构第三实施例的示意图。此实施例与前述二实施例最大的不同、除所運用的近似半椭球体运用曲面整体往下垂直降低一预定高度外、即是在封装胶体结构14周缘的修整上，因发明所需的上表面US是仅局限于近似半椭球体的上方位置，故对于近似半椭球体周缘的修整并不会有效地影响到本发明所需的光学特性。是以，在此实施例中，具光型平坦化功能的封装胶体结构14，同样为一封装光源12的透光结构，乃设置于光源12的正上方，其特征在于：封装胶体结构14具有一对应于光源12正上方的顶面US，此顶面US是取自一虚拟近似半椭球体(同前二实施例的近似半椭球体，在此图式中以虚线表示)，此虚拟近似半椭球体具有一中心142、一短轴半径RS、一长轴半径RL及一高度H，长轴半径RL是短轴半径RS的1.2到1.5倍，高度H是短轴半径RL的1.5到2.5倍，而短轴半径RS是介于0.8mm到2.0mm之间，光源12的发光面122是位于中心142的上方、并相隔有一预定间距s，且虚拟近似半椭球体的中段部分是与封装胶体结构14形成虚拟迭置、以提供封装胶体结构14的顶面US一相同具平坦化功效的曲面构形。
请参阅图9，是配置本发明具光型平坦化功能的封装胶体结构的光学元件另一实施例的示意图。如前所述，本发明的光源12是可为任意的点光源，在此实施例中，多个光学元件1即使用一共用光源3，此共同光源3透过光传导介质2(如光纤)，将共同光源3的发射光分别引导至各光学元件1、作为其点光源12，而此实施例中，各光学元件1的结构特征是可和前述三实施例的特征类同。
综上所述，利用本发明所提供一种具光型平坦化功能的封装胶体结构，藉由其所提供的近似半椭球体表面特性，使光源射出光的的能量分布形成〝近梯型〞的平坦化光型分布，藉此解决习知胶体结构对相关发光元件组装在应用装置上、所产生的装配精度要求和整体装置成本的问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (14)
1.一种具光型平坦化功能的封装胶体结构，是为一封装一光源的透光结构，乃设置于所述光源的正上方，其特征在于：所述的封装胶体结构是构形为一近似半椭球体，所述的近似半椭球体具有一中心、一短轴半径、一长轴半径及一高度，所述长轴半径是为所述短轴半径的1.2到1.5倍，所述高度是为所述短轴半径的1.5到2.5倍，所述光源的发光面是邻近所述中心设置、并相隔有一预定间距，且所述短轴半径是介于0.8mm到2.0mm之间。
2.如权利要求1所述的具光型平坦化功能的封装胶体结构，其特征在于：所述的光源是包括一发光二极管芯片。
3.如权利要求2所述的具光型平坦化功能的封装胶体结构，其特征在于：所述的发光二极管芯片具有一长度及一宽度，所述长度的走向是与所述近似半椭球体所述长轴半径的走向平行。
4.如权利要求1所述的具光型平坦化功能的封装胶体结构，其特征在于：所述的预定间距是介于所述高度的0到0.5倍间。
5.一种具光型平坦化功能的封装胶体结构，是为一封装一光源的透光结构，乃设置于所述光源的正上方，其特征在于：所述的封装胶体结构具有一对应于所述光源正上方的顶面，所述的顶面是取自一虚拟近似半椭球体，所述的虚拟近似半椭球体具有一中心、一短轴半径、一长轴半径及一高度，所述长轴半径是为所述短轴半径的1.2到1.5倍，所述高度是为所述短轴半径的1.5到2.5倍，所述短轴半径是介于0.8mm到2.0mm之间，所述光源的发光面是邻近所述中心设置、并相隔有一预定间距，且所述虚拟近似半椭球体的中段部分是与所述封装胶体结构形成虚拟迭置、以提供所述封装胶体结构的顶面一相同的曲面构形。
6.如权利要求5所述的具光型平坦化功能的封装胶体结构，其特征在于：所述的光源是包括一发光二极管芯片。
7.如权利要求6所述的具光型平坦化功能的封装胶体结构，其特征在于：所述的发光二极管芯片具有一长度及一宽度，所述长度的走向是与所述虚拟近似半椭球体所述长轴半径的走向平行。
8.如权利要求5所述的具光型平坦化功能的封装胶体结构，其特征在于：所述的预定间距是介于所述高度的0到0.5倍间。
9.一种发光二极管元件，具有一基板、一发光二极管芯片和一封装胶体结构，所述的发光二极管芯片是设置于所述的基板上，所述的封装胶体结构是设置于所述的基板上、并将所述的发光二极管芯片封装于其内部，所述的封装胶体结构是为一透光结构，其特征在于：所述的封装胶体结构是构形为一近似半椭球体，所述的近似半椭球体具有一中心、一短轴半径、一长轴半径及一高度，所述长轴半径是为所述短轴半径的1.2到1.5倍，所述高度是为所述短轴半径的1.5到2.5倍，所述发光二极管芯片的发光面是邻近所述中心设置、并相隔有一预定间距，且所述的短轴半径是介于0.8mm到2.0mm之间。
10.如权利要求9所述的发光二极管元件，其特征在于：所述的发光二极管芯片具有一长度及一宽度，所述长度的走向是与所述近似半椭球体所述长轴半径的走向平行。
11.如权利要求9所述的发光二极管元件，其特征在于：所述的预定间距是介于所述高度的0到0.5倍间。
12.一种发光二极管元件，具有一基板、一发光二极管芯片和一封装胶体结构，所述的发光二极管芯片是设置于所述的基板上，所述的封装胶体结构是设置于所述的基板上、并将所述的发光二极管芯片封装于其内部，所述的封装胶体结构是为一透光结构，其特征在于：所述的封装胶体结构具有一对应于所述发光二极管芯片正上方的顶面，所述的顶面是取自一虚拟近似半椭球体，所述的虚拟近似半椭球体具有一中心、一短轴半径、一长轴半径及一高度，所述长轴半径是为所述短轴半径的1.2到1.5倍，所述高度是为所述短轴半径的1.5到2.5倍，所述短轴半径是介于0.8mm到2.0mm之间，所述发光二极管芯片的发光面是邻近所述中心设置、并相隔有一预定间距，且所述的虚拟近似半椭球体的中段部分是与所述的封装胶体结构形成虚拟迭置、以提供所述封装胶体结构的顶面一相同的曲面构形。
13.如权利要求12所述的发光二极管元件，其特征在于：所述的发光二极管芯片具有一长度及一宽度，所述长度的走向是与所述近似半椭球体所述长轴半径的走向平行。
14.如权利要求12所述的发光二极管元件，其特征在于：所述的预定间距是介于所述高度的0到0.5倍间。
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-
2019
- 2019-11-21 CN CN201911149648.4A patent/CN110943152A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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