CN1581522A - 多重曲率透镜及其具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构 - Google Patents

多重曲率透镜及其具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构 Download PDF

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Abstract

本发明是关于一种多重曲率透镜及其具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，该多重曲率透镜，主要是由多个具有不同曲率的透镜部所构成，其适于对发光二极管进行封装。其中，多个具有不同曲率的透镜部是互相连接，并且在制作上可一体成形。此外，本发明的具有多重曲率透镜的发光二极管封装结构，主要是由一晶片、一承载器及上述的多重曲率透镜所构成。其中，晶片是配置于承载器上，而多重曲率的透镜是将晶片及部分的承载器包覆于内，藉由多重曲率的透镜将发光二极管晶片所发出的部分光线导向透镜侧边，使其在照明、指示灯具上的应用能够获得均匀的面光源。

Description

多重曲率透镜及其具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构
技术领域
本发明涉及一种半导体器件领域的透镜及其发光二极管的封装结构，特别是涉及一种能够有效地将发光二极管晶片所发射的部份光线导向侧边射出，使其在应用上能够获得均匀的面光源，从而更加适于实用的多重曲率透镜及其具有上述多重曲率透镜的发光二极管的封装结构。
背景技术
发光二极管(LED)属于半导体元件，其发光晶片的材料主要是使用III-V族化学元素，如：磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等化合物半导体，其发光原理是将电能转换为光，也就是对化合物半导体施加电流，透过电子与电洞的结合，将过剩的能量以光的形式释出，而达成发光的效果。由于发光二极管的发光现象不是藉由加热发光或放电发光，而是属于冷性发光，因此发光二极管的寿命长达十万小时以上，且无须暖灯时间(idling time)。此外，发光二极管更具有反应速度快(约为10-9秒)、体积小、用电省、污染低、高可靠度、适合量产等优点，所以发光二极管所能应用的领域十分广泛如大型看板、交通号志灯、手机、扫描仪、传真机的光源以及照明装置等。
请参阅图1所示，是现有习知的发光二极管封装结构的示意图。现有习知的发光二极管封装结构100，主要是由一晶片102、一第一支架104、一第二支架106、一焊线108及一透镜(lens)110所构成。其中，晶片102置于第一支架102的顶部，并且藉由焊线108与第二支架106的顶部互相电性连接。之后，再以透镜110将晶片102、焊线108、第一支架104及第二支架106的顶部密封，而透镜110的前端并制作成具有曲率的圆弧状，且其材质例如为塑料(塑胶)。
请继续参阅图1所示，该发光二极管封装结构100的晶片102主要是由III-V族化学元素所构成，例如磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等化合物半导体的发光二极管晶片。而第一支架104及第二支架106是作为导通电流的导线，其材质一般是采用成本较低的金属，例如铝。另外，为使第一支架104及第二支架106接通外部电源后可迅速让晶片102发光，所以焊线108的材质一般采用具有高导电度且不易氧化的金属，例如金。
承上所述，当晶片102电性耦接于一外部电源后，光线随即朝晶片102的上方传播，因其所产生的光线具有方向性，且光线的发散角大约呈110度，故绝大部分光线会藉由透镜110顶端，即曲率半径较小的部份聚焦而沿着某一方向射出，而仅有少部分光线会由透镜110侧边，即曲率半径趋近无限大的部份射出。故整体观之，发光二极管经过封装之后所射出的光线大致上会指向同一方向，该光源具有方向性的特点虽然可应用于例如大型看板之类的显示用途上，但是欲应用在照明方面例如电灯或是其它灯具时，常会因为由透镜110侧边出射的光线不足，而导致光线无法有效地经由灯罩(lamp reflector)反射，进而出现光源分布不均匀(光点)的现象。
由此可见，上述现有的透镜及其发光二极管的封装结构仍存在有诸多的缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决现有的透镜及其发光二极管的封装结构的缺陷，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但是长久以来一直未见适用的设计被发展完成，此显然是相关业者急欲解决的问题。
有鉴于上述现有的透镜及其发光二极管的封装结构存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型的多重曲率透镜及其具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，能够改进一般现有的透镜及其发光二极管的封装结构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服上述现有的透镜及其发光二极管的封装结构存在的缺陷，而提供一种新的多重曲率透镜及其具有该多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，所要解决的主要技术问题是使其能够有效地将发光二极管晶片所发射的部份光线导向侧边射出，使其在应用上能够获得均匀的面光源，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其主要技术问题是采用以下的技术方案来实现的。依据本发明提出的一种多重曲率透镜，适于对一发光二极管晶片进行封装，该多重曲率透镜包括复数个透镜部，其中该些透镜部分别具有不同曲率，且该些透镜部是分别将该发光二极管晶片所发出的光线导向复数个方向。
本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的多重曲率透镜，其中所述的该些透镜部包括：一第一透镜部，该第一透镜部具有一第一曲率；以及一第二透镜部，该第二透镜部具有一第二曲率，且该第一透镜部配置于该第二透镜部之上。
前述的多重曲率透镜，其中所述的第一透镜部与该第二透镜部的材质包括塑料。
前述的多重曲率透镜，其中所述的第一透镜部是一体成形于该第二透镜部上。
前述的多重曲率透镜，其中所述的该些透镜部包括：一第一透镜部，该第一透镜部具有一第一曲率；一第二透镜部，该第二透镜部具有一第二曲率；以及一第三透镜部，该第三透镜部具有一第三曲率，其中该第一透镜部配置于该第二透镜部之上，而该第二透镜部配置于该第三透镜部之上。
前述的多重曲率透镜，其中所述的第一透镜部、该第二透镜部与该第三透镜部的材质包括塑料。
前述的多重曲率透镜，其中所述的第一透镜部、第二透镜部是一体成形于该第三透镜部上。
本发明的目的及解决其主要技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种具有多重曲率透镜的发光二极管封装结构，其包括：一承载器；一晶片，该晶片配置于该承载器之上，且该晶片是与该承载器电性连接；以及一多重曲率透镜，是将该晶片与部份该承载器包覆，其中该多重曲率透镜包括复数个透镜部，该些透镜部分别具有不同曲率，且该些透镜部是分别将该发光二极管晶片所发出的光线导向复数个方向。
本发明的目的及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。
前述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其中所述的晶片为一III-V族发光二极管晶片。
前述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其中所述的承载器包括：一第一支架，该第一支架适于承载该晶片；以及一第二支架，位于该第一支架旁。
前述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其中所述的第一支架与第二支架的材质包括铝。
前述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其更包括有一焊线，其中该焊线是电性连接于该晶片与该第二支架之间。
前述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其中所述的焊线的材质包括金。
前述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其中所述的该些透镜部包括：一第一透镜部，该第一透镜部具有一第一曲率；以及一第二透镜部，该第二透镜部具有一第二曲率，且该第一透镜部配置于该第二透镜部之上。
前述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其中所述的第一透镜部与第二透镜部的材质包括塑料。
前述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其中所述的第一透镜部是一体成形于该第二透镜部上。
前述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其中所述的该些透镜部包括：一第一透镜部，该第一透镜部具有一第一曲率；一第二透镜部，该第二透镜部具有一第二曲率；以及一第三透镜部，该第三透镜部具有一第三曲率，其中该第一透镜部配置于该第二透镜部之上，而该第二透镜部配置于该第三透镜部之上。
前述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其中所述的第一透镜部、第二透镜部与该第三透镜部的材质包括塑料。
前述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其中所述的第一透镜部、第二透镜部是一体成形于该第三透镜部上。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，为了达到前述发明目的，本发明的主要技术内容如下：
本发明提出一种多重曲率透镜，适于对一发光二极管晶片进行封装，而且多重曲率透镜具有多个透镜部，这些透镜部分别具有不同曲率，以将发光二极管晶片所发出的光线导向不同的方向。本发明的多重曲率透镜具有一第一透镜部及一第二透镜部，第一透镜部具有一第一曲率，第二透镜部具有一第二曲率，而且第一透镜部配置于第二透镜部之上，而构成第一透镜部与第二透镜部的材质包括塑料，在制作上第一透镜部是一体成形于第二透镜部上。
本发明又提出一种多重曲率透镜，其适于对一发光二极管晶片进行封装，而且多重曲率透镜具有多个透镜部，这些透镜部分别具有不同曲率，以将发光二极管晶片所发出的光线导向不同的方向。本发明的多重曲率透镜具有一第一透镜部、一第二透镜部及一第三透镜部，第一透镜部具有一第一曲率，第二透镜部具有一第二曲率，第三透镜部具有一第三曲率，而且第一透镜部、第二透镜部是一体成形于第三透镜部之上，而构成第一透镜部、第二透镜部及第三透镜部的材质包括塑料(塑胶)。
本发明还提出一种具有多重曲率透镜的发光二极管封装结构，主要是由一承载器、一晶片及一双重曲率透镜所构成。其中，晶片配置于承载器之上，且晶片是与承载器电性连接，而该双重曲率透镜将晶片与部份承载器包覆。其中，双重曲率透镜为一具有二个透镜部的透镜，这二个透镜部分别具有不同曲率，且这二个透镜部是分别将发光二极管晶片所发出的光线导向不同的方向。而构成第一透镜部与第二透镜部的材质包括塑料，在制作上第一透镜部是一体成形于第二透镜部上。
本实施例的晶片为一III-V族发光二极管晶片，而承载器是由一第一支架、一第二支架及一焊线所构成。第一支架适于承载晶片，第二支架位于第一支架旁，焊线是电性连接于晶片与第二支架之间。而第一支架与第二支架的材质包括铝，焊线的材质包括金。
本发明另还提出一种具有多重曲率透镜的发光二极管封装结构，主要是由一承载器、一晶片及一三重曲率透镜所构成。其与上述实施例不同之处在于透镜的形状，而承载器与晶片的连接关系及材质亦与上述实施例雷同，在此不再赘述。
本发明的发光二极管封装结构，由于采用具有二个曲率及三个曲率的透镜，使发光二极管晶片发射光线后，在透镜的侧边其所出射的光线，比现有习知的发光二极管晶片在透镜的侧边所出射的光线多，故整体观之，亮面会较均匀。
借由以上技术方案，本发明具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，至少具有以下的优点：
1、本发明具有该多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，可以增加从透镜侧边射出的光线，其应用于照明装置中将可以获得较均匀的光源，而不会有光点的现象，非常适于实用。
2、本发明具有该多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其透镜可采用一体成形射出或是二次射出的方式制作，在制作上十分简便。
综上所述，本发明特殊的多重曲率透镜及其具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，该多重曲率透镜，主要是由多个具有不同曲率的透镜部所构成，其适于对发光二极管进行封装。其中，多个具有不同曲率的透镜部是互相连接，并且在制作上可一体成形。此外，本发明的具有多重曲率透镜的发光二极管封装结构，主要是由一晶片、一承载器及上述的多重曲率透镜所构成。其中，晶片是配置于承载器上，而多重曲率的透镜是将晶片及部份的承载器包覆于内，藉由多重曲率的透镜将发光二极管晶片所发射出的部份光线导向透镜侧边射出，使其在照明、指示灯具等上的应用能够获得均匀的面光源。其具有上述诸多的优点及实用价值，在产品结构上确属创新，无论在产品结构或功能上皆有较大的改进，较现有的透镜及其发光二极管的封装结构具有增进的功效，且在技术上有较大进步，并产生了好用及实用的效果，具有产业的广泛利用价值，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
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，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是现有习知的发光二极管封装结构的示意图。
图2是依照本发明一较佳实施例的具有双重曲率的透镜结构示意图。
图3是依照本发明一较佳实施例的具有双重曲率透镜的发光二极管封装结构的示意图。
图4是依照本发明另一较佳实施例的具有三重曲率透镜的发光二极管封装结构的示意图。
图5是具有多重曲率透镜的发光二极管封装结构应用于照明装置的示意图。
100、300、400、502：发光二极管封装结构102、302：晶片(芯片)
104、304：第一支架                    106、306：第二支架
108、308：焊线                        110、200：透镜
202、402：第一透镜部                  204、404：第二透镜部
330：承载器                           406：第三透镜部
500：照明装置                         504：灯罩
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的多重曲率透镜及其具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构其具体结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图2所示，是依照本发明一较佳实施例的具有双重曲率的透镜结构示意图。本发明较佳实施例的具有二个曲率的透镜200，主要是由两个互相连接的第一透镜部202及第二透镜部204所构成。其中，第一透镜部202具有一第一曲率，而第二透镜部204亦具有一第二曲率，且该第一曲率及第二曲率可相同或是不相同。由图2可清楚得知，本实施例的第一透镜部202，是配置于第二透镜部204之上，而且该第二透镜部204例如为一顶部具有圆弧的圆柱状体，而构成透镜200的材料例如为透明塑料(塑胶)或是其它颜色的塑料。此外，本实施例的透镜200在制作上，其第一透镜部202可以一体成形于第二透镜部204，以降低生产成本。然而，熟习此项技术者应知，本实施例的第一透镜部202的材质亦可与第二透镜部204不同，其例如可采用二次成形的方式制作。
请参阅图3所示，是依照本发明一较佳实施例的具有双重曲率透镜的发光二极管封装结构的示意图。本实施例的发光二极管封装结构300，主要是由一晶片302、一承载器330及上述具有二个曲率的透镜200所构成。其中，该承载器330例如是由一第一支架304以及一第二支架306所构成，而该晶片302主要是由III-V族的化学元素所构成的化合物半导体，例如磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)等的发光二极管晶片。由图3中可知，晶片302是配置于第一支架304之上，而晶片302与第二支架306二者之间例如是藉由一焊线308电性连接，该焊线308例如是金线等高导电率及不易氧化的材质。此外，第一支架304及第二支架306例如为金属铝等质轻、导电性佳的材质。在本实施例中，双重曲率透镜200是将晶片302、焊线308、部份第一支架304及部份第二支架306包覆。
在图3中，本实施例所例举的承载器330主要是以第一支架304与第二支架306所构成，在该架构中，晶片302是藉由打线制程(wire bondingprocess)所形成的焊线308与外界(其它载具)电性连接。但是，本实施例的多重曲率透镜并非局限于图3中所示的封装架构中，意即其晶片与承载器之间的电性连接并不限定于焊接方式，亦可以是采用表面黏着技术(SMT)或是其它接合技术达成。此外，承载器330亦非限定必须由第一支架304与第二支架306所构成，该承载器330亦可以是电路板搭配脚架或是其它承载方式。
在图3中，整个发光二极管封装结构中的晶片302会藉由第一支架304与第二支架306与外部电源电性连接，经过适当的电流驱动后将使晶片302发光。由于本实施例所例举的透镜200是由二个不同曲率的第一透镜部202及第二透镜部204所构成，故当晶片302发射光线后，第一透镜部202能够将晶片302所发出的部份光线汇聚并沿着整个发光二极管封装结构300的正向出射，而第二透镜部204则可将晶片302所发出的部份光线导向发光二极管封装结构300侧向。
请参阅图4所示，是依照本发明另一较佳实施例的具有三重曲率透镜的发光二极管封装结构的示意图。本实施例的发光二极管封装结构400，在结构上与上述实施例相近，惟其差异之处在于透镜的型态，该透镜是由三个不同曲率的第一透镜部402、第二透镜部404及第三透镜部406所构成。其中，第一透镜部402是配置于第二透镜部404之上，第二透镜部404是配置于第三透镜部406之上，而第三透镜部406例如为一顶部具有圆弧的圆柱状体。至于透镜的材质、制作方式以及发光二极管封装结构400中各构件及其连接关系与上述较佳实施例雷同，于此不再赘述。
承上所述，当发光二极管封装结构400与外界电源电性连接后，晶片所发出的光线便会经由第一透镜部402、第二透镜部404及第三透镜部406分别沿着不同方向出射。本实施例的透镜结构可有效的控制被导向侧边的方向与光线量。
请参阅图5所示，是具有多重曲率透镜的发光二极管封装结构应用于照明装置的示意图。本实施例的照明装置500，主要是由多个具有多重曲率的透镜的发光二极管封装结构502及一灯罩504所构成。其中，该多个具有多重曲率透镜的发光二极管封装结构502是配置于灯罩504内的适当位置。故当发光二极管封装结构502与外部电源电性导通后，该具有多个曲率透镜的发光二极管封装结构502即从透镜的前方、侧边及/或特定角度射出光线，这些光线经由灯罩504的反射后呈现于使用者眼前的将会是一片均匀的面光源。换言之，如此设计将可大幅改善现有习知技术中所出现的不均匀(光点)问题，因此能够使得照明装置500具有与传统照明灯管(日光灯、水银灯等)相当的光线均匀特性。
在上述较佳实施例中，是以具有二个不同曲率或三个不同曲率的透镜部所构成的透镜为例进行说明，并非限定本发明的透镜部数目，任何熟悉该项技艺者应可推知，本发明的透镜亦可以为其它型态，例如是具有更多个透镜部的透镜，以增加光线从侧边出射后的均匀性。
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结构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，但是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 (19)

1、一种多重曲率透镜，适于对一发光二极管晶片进行封装，其特征在于该多重曲率透镜包括复数个透镜部，其中该些透镜部分别具有不同曲率，且该些透镜部是分别将该发光二极管晶片所发出的光线导向复数个方向。
2、根据权利要求1所述的多重曲率透镜，其特征在于其中所述的该些透镜部包括：
一第一透镜部，该第一透镜部具有一第一曲率；以及
一第二透镜部，该第二透镜部具有一第二曲率，且该第一透镜部配置于该第二透镜部之上。
3、根据权利要求2所述的多重曲率透镜，其特征在于其中所述的第一透镜部与该第二透镜部的材质包括塑料。
4、根据权利要求2所述的多重曲率透镜，其特征在于其中所述的第一透镜部是一体成形于该第二透镜部上。
5、根据权利要求1所述的多重曲率透镜，其特征在于其中所述的该些透镜部包括：
一第一透镜部，该第一透镜部具有一第一曲率；
一第二透镜部，该第二透镜部具有一第二曲率；以及
一第三透镜部，该第三透镜部具有一第三曲率，其中该第一透镜部配置于该第二透镜部之上，而该第二透镜部配置于该第三透镜部之上。
6、根据权利要求5所述的多重曲率透镜，其特征在于其中所述的第一透镜部、该第二透镜部与该第三透镜部的材质包括塑料。
7、根据权利要求5所述的多重曲率透镜，其特征在于其中所述的第一透镜部、第二透镜部是一体成形于该第三透镜部上。
8、一种具有多重曲率透镜的发光二极管封装结构，其特征在于其包括：
一承载器；
一晶片，该晶片配置于该承载器之上，且该晶片是与该承载器电性连接；以及
一多重曲率透镜，是将该晶片与部份该承载器包覆，其中该多重曲率透镜包括复数个透镜部，该些透镜部分别具有不同曲率，且该些透镜部是分别将该发光二极管晶片所发出的光线导向复数个方向。
9、根据权利要求8所述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其特征在于其中所述的晶片为一III-V族发光二极管晶片。
10、根据权利要求8所述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其特征在于其中所述的承载器包括：
一第一支架，该第一支架适于承载该晶片；以及
一第二支架，位于该第一支架旁。
11、根据权利要求10所述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其特征在于其中所述的第一支架与第二支架的材质包括铝。
12、根据权利要求10所述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其特征在于其更包括一焊线，其中该焊线是电性连接于该晶片与该第二支架之间。
13、根据权利要求12所述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其特征在于其中所述的焊线的材质包括金。
14、根据权利要求8所述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其特征在于其中所述的该些透镜部包括：
一第一透镜部，该第一透镜部具有一第一曲率；以及
一第二透镜部，该第二透镜部具有一第二曲率，且该第一透镜部配置于该第二透镜部之上。
15、根据权利要求14所述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其特征在于其中所述的第一透镜部与第二透镜部的材质包括塑料。
16、根据权利要求14所述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其特征在于其中所述的第一透镜部是一体成形于该第二透镜部上。
17、根据权利要求8所述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其特征在于其中所述的该些透镜部包括：
一第一透镜部，该第一透镜部具有一第一曲率；
一第二透镜部，该第二透镜部具有一第二曲率；以及
一第三透镜部，该第三透镜部具有一第三曲率，其中该第一透镜部配置于该第二透镜部之上，而该第二透镜部配置于该第三透镜部之上。
18、根据权利要求17所述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其特征在于其中所述的第一透镜部、第二透镜部与该第三透镜部的材质包括塑料。
19、根据权利要求17所述的具有多重曲率透镜的发光二极管的封装结构，其特征在于其中所述的第一透镜部、第二透镜部是一体成形于该第三透镜部上。
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