CN1832211A - 发光二极管封装体 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管封装体包含有一发光二极管元件以及一直接包裹该发光二极管元件的透镜体。透镜体包含有二反射面设置于一中央轴的两侧，以及多个折射面设置于各反射面之间并与中央轴间具有一倾角。投射至各反射面的部份光线系被反射至至少一折射面，再被折射并被集中至一收敛角内。

Description

发光二极管封装体

【技术领域】

本发明系有关于一种发光二极管封装体，尤指一种具有小角度发散角的侧边发光式发光二极管封装体。

【背景技术】

近年来，由于各种显示技术不断的蓬勃发展，在经过持续的研究开发之后，如液晶显示器、等离子体显示器、有机发光二极管显示器等新产品，已逐渐的商业化并应用于各种尺寸以及各种面积的显示装置。而在整个显示器业界，无不朝向高亮度以及高效率化发展，以期能制作出更具商业价值的产品。在显示器的各种关键零组件当中，用来供应光源的背光模块，对显示器整体的发光效率有举足轻重的影响力，当背光模块本身具有优良的发光效率时，不仅可以提升显示器的亮度，也提供了显示器中其他组件设计以及制造上的弹性，但是当背光模块本身的发光效率不佳时，所能提供的光源有限，往往限制了显示器产品的亮度表现。

背光模块的结构一般分为侧光式以及直下式两种，且两者的运作方式以及应用范围有所不同。但不论是侧光式或是直下式，使用发光二极管光源的背光模块，由于具备高细腻度、高辉度、无水银、高色再现性等优点，能够赋予液晶面板更高的附加价值，咸信可以在未来跨越各种技术门槛，使应用领域由可携式电子产品迅速漫延至汽车、显示器、电视等领域。而在应用发光二极管作为光源之时，必需非常注意发光二极管的发光方向，才能使其与模块结构搭配时产生出优良的发光效率，进而达到提升显示器产品亮度表现的目的。

请参考图1，图1为现有一发光二极管封装体10的示意图。如图1所示，现有的发光二极管封装体10系包含有一封装基座12以及一发光二极管晶片14。当电流流过发光二极管晶片14中的PN接面时，会促使电子电洞结合而发射出光线，由于光线是向各个方向发射，因此，最后大部份的光线系集中于一±60°的发散角16。当发光二极管封装10被应用于导光装置的侧边时，这样的发散角16完全无法达到令人满意的发光效率。

请参考图2，图2为现有另一发光二极管封装体30的示意图。如图2所示，现有的发光二极管封装体30包含有一半球体透镜32。当光线自发光二极管封装体30发射出来时，由于半球体透镜32的作用，会使最后所产生的光场(field of illumination)34系约略沿着发光二极管封装体30的长轴36。也就是说，大部份自发光二极管封装体30所发射出来的光线系向上发射，而小部份自发光二极管封装体30所发射出来的光线是从发光二极管封装体30向两侧发射。

请参考图3，图3为图2的发光二极管封装体30设置于一导光板38侧边时的示意图。如图3所示，为了要能够控制光线的行进方向，以达到优良的发光效率，现有的发光二极管封装体30通常系与一反射罩42共同运作。反射罩42将由半球体透镜32所发射出来的光线反射，准直化成为近乎于平行的光线44，再进入导光板38，于进行一连串的光学现象后，成为均匀的平面光源，然后供给至显示器。

然而，这样的发光二极管封装体30于搭配反射罩42之后，虽然可以得到近乎于平行的均匀光线44，但是，光线自发光二极管封装体30发射出来之后，却经过一连串的介质转换。每当经过一次介质转换时，部份的光线就会以能量的形式被介质所吸收，转换成介质的热能，所以在多次的介质转换之后，必然造成发光效率的降低，并不符合前述尽量提高发光效率，以达到提升显示器产品亮度表现的原则。

因此，如何发展出一种新的发光二极管封装体，其不仅具有小角度的发散角，于应用时又不需经过多次的介质转换，以符合高发光效率的需求，便成为十分重要的课题。

【发明内容】

因此，本发明的目的在于提供一种发光二极管封装体，以解决上述问题。

在本发明的较佳实施例中，系揭露了一种发光二极管封装体。该发光二极管封装体包含有一发光二极管元件以及一直接包裹该发光二极管元件的透镜体。该透镜体包含有二反射面分别设置于该透镜体的一中央轴的两侧，以及多个折射面设置于各该反射面之间并分别与该中央轴之间具有一倾角。其中投射至各该反射面的部份由该发光二极管元件所发射的光线系被反射至至少一该折射面，再被该折射面折射并被集中至一收敛角内。

本发明的发光二极管封装体系利用一半面花瓶状的透镜体来包裹发光二极管晶片，而经过设计的透镜体又包含有反射面以及折射面。当光线进入反射面时的入射角大于临界角时会产生全反射的现象，以抑制由发光二极管晶片发射出来的原本具有大发散角的光线的行进方向，再利用光线进入折射面时所产生的折射现象，来将其引导至水平方向的±25°之内，并同时将由发光二极管晶片发射出来的原本具有较小发散角的光线直接折射至水平方向的±25°之内。因此，本发明的发光二极管封装体具有非常优越的侧边发光特性，非常适合用来作为侧边用的光源装置，并且由于光线自发光二极管晶片发射出来之后，只经由透镜体以及空气，便被导引至导光板，而不必经过其他的介质转换，不仅可以产生优良的发光效率，又可以省略掉各种辅助装置的设置。

【附图说明】

图1为现有一发光二极管封装体的示意图。

图2为现有另一发光二极管封装体的示意图。

图3为图2的发光二极管封装体设置于一导光板侧边时的示意图。

图4为本发明第一实施例中一发光二极管封装体的剖面示意图。

图5为图4的发光二极管封装体的一收敛角的示意图。

图6为本发明第二实施例中一发光二极管封装体的剖面示意图。

图7为图6的发光二极管封装体的外视图。

图8为本发明的发光二极管封装体与一背光模块搭配时的示意图。

图9为本发明的发光二极管封装体与另一背光模块搭配时的示意图。

图10为本发明的发光二极管封装体与另一背光模块搭配时的示意图。

图11为本发明的发光二极管封装体应用于一平面显示器时的示意图。

【具体实施方式】

请参考图4与图5，图4为本发明第一实施例中一发光二极管封装体100的剖面示意图，图5为图4的发光二极管封装体100的一收敛角的示意图。如图4所示，本发明的发光二极管封装体100包含有一发光二极管晶片102，一用来承载发光二极管晶片102的封装基座104，一直接包裹(encapsulate)发光二极管晶片102的透镜体106以及一电路板108。透镜体106系包含有一聚碳酸酯(PC)透镜体、一聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)透镜体、一树脂透镜体或是一玻璃透镜体，且系利用灌注再脱膜的方式所制作而成。透镜体106又包含有二反射面112，分别设置于透镜体106的一中央轴114的两侧，各反射面112系对称于中央轴114，且各反射面112均为一弧面。透镜体106另包含有多个折射面116，设置于各反射面112之间，并且各折射面116与中央轴114之间分别具有一倾角(在图中系以θ₁、θ₂、θ₃、θ₄表示)。

当电流经由电路板108流过发光二极管晶片102中的PN接面时，会促使电子电洞结合而发射出光线118、122。由于光线118、122是向各个方向发射，因此会有部份的光线118(发散角约大于40~50°的光线)被投射至两个反射面112。由于与空气相较，透镜体106系为一密介质，而空气系为一疏介质，因此透镜体106的折射系数N₁大于空气的折射系数N₂。如此一来，当光线118投射至反射面112的入射角α符合下列条件：

                sinα≥N₂/N₁

时，光线118会分别于两个反射面112处产生全反射，而被反射至至少一折射面116。

而当光线118到达各折射面116之后，也会产生一入射角χ，此时，在折射面116以及空气的介面，会产生折射的现象。也就是说，光线118会以入射角χ进入折射面116，然后其行进路径会偏离折射面116的法线，以折射角χ’离开折射面116。而入射角χ与折射角χ’的关系如下：

N1/N2＝sinχ’/sinχ

由于折射系数N₁系大于折射系数N₂，折射角χ’会大于入射角χ。因此，在经过连续的全反射以及折射现象之后，原本发散的光线118被集中至一收敛角θ内，而收敛角系与中央轴114呈±25°(请一并参考图5)。

请再参考图4，而在另一方面，从发光二极管晶片102发射出来的光线122因为具有较小的发散角，将会直接投射至至少一折射面116，进而产生折射的现象。也就是说，光线122会以入射角γ进入折射面116，然后其行进路径会偏离折射面116的法线，以折射角γ’离开折射面116。而入射角γ与折射角γ’的关系如下：

N₁/N₂＝sinγ’/sinγ

由于折射系数N₁系大于折射系数N₂，折射角γ’会大于入射角γ。最后，光线122亦被集中至收敛角θ内(请一并参考图5)。

在本发明的透镜体106中，系利用光线118进入反射面116时的入射角α大于临界角时所产生的全反射现象，来抑制由发光二极管晶片102发射出来原本具有大发散角的光线118的行进方向，再利用光线118进入折射面116时所产生的折射现象，来将其引导至水平方向的±25°之内，同时将由发光二极管晶片102发射出来原本具有较小发散角的光线122直接折射至水平方向的±25°之内。如此一来，本发明的发光二极管封装体100便成为名符其实的“侧边发光”。当利用其作为光源与模块结构互相搭配时，由于它本身侧边发光的优异特性，可以使光线118、122自发光二极管晶片102发射出来之后，只经由透镜体106以及空气，便被导引至导光板，而不必经过其他的介质转换，不仅可以产生优良的发光效率，又可以省略掉各种辅助装置的设置。

基于上述的运作原理，本发明的发光二极管封装体100具有下列两项重要的特征：第一为各反射面112的设计必需足以让由发光二极管晶片102发射出来具有大发散角的光线118产生全反射，第二为各折射面的116设计必需使光线118、122于折射时产生适当的偏移，以成功地将光线集中至收敛角θ内。在图4中，由于各反射面112系为弧面，第一项特征系通过控制各反射面112的弧度以及透镜体106的材质(意味着控制透镜体的折射系数)来达成，第二项特征则系通过控制各折射面116与中央轴114之间的倾角以及透镜体106的材质来达成，而在图4中系以两折射面116分别与各反射面112呈一锐角β，而其余的折射面116构成一三角面为例来做说明。

然而，本发明的实施方式，并不限于此，例如各反射面并不一定是弧面，只要在其上涂布适当的反射材料，一样可以达到类似全反射的效果，而各折射面亦有可能为其他型式。图6为本发明第二实施例中一发光二极管封装体200的剖面示意图。如图6所示，例如两折射面216系分别与各反射面212呈一锐角β，而其余的折射面构成一半球面218。请参考图7，图7为图6的发光二极管封装体200的外视图。如图7所示，本发明的发光二极管封装体200事实上为一半面花瓶状的结构，且其中包含有电路板208、透镜体206、二极管晶片以及用来承载承载发光二极管晶片的封装基座(与图4雷同)。

此外，各反射面并不一定非得对称地设置于中央轴的两侧，与各反射面相接的两折射面也有可能分别与各反射面呈不同的锐角，各折射面相对于中央轴的对称情形亦可能有各种变化，而不限于以上实施例所述的至少二折射面系对称设置于中央轴两侧的情形。总之，只要是能够达到上述两项特征的设计，都在本发明的范围之内。

请参考图8，图8为本发明的发光二极管封装体100与一背光模块230搭配时的示意图。如图8所示，本发明的发光二极管封装体100系设置于背光模块230中的导光板232的侧边，当均匀的光线234从发光二极管封装体100发射出来时，由于发散角甚小(±25°)，所以几乎所有的光线234都会被射入导光板232之内，然后经由导光板232底部的扩散点236将光线234向上方反射，再经过由控散片以及薄膜材所组合而成的光学机制238产生均匀的面光源以供应至显示器，其中所述的光学机制238可以为扩散板或棱镜片。

请参考图9，图9为本发明的发光二极管封装体100与另一背光模块250搭配时的示意图。如图9所示，本发明的发光二极管封装体100系设置于背光模块250中的导光板252的侧边，而导光板252系为一楔型的导光板。当均匀的光线254从发光二极管封装体100发射出来时，由于发散角甚小(±25°)，所以几乎所有的光线254都会被射入导光板252之内，再利用导光板252本身的结构以及导光板252底部的扩散点256的辅助，将光线254向上方反射，然后经过由控散片以及薄膜材所组合而成的光学机制258产生均匀的面光源以供应至显示器，其中所述的光学机制258可以为扩散板或棱镜片。

请参考图10，图10为本发明的发光二极管封装体100与另一背光模块270搭配时的示意图。为了要能够清楚显示各元件间的相对关系，图10系采用一立体图。如图10所示，多个发光二极管封装体100系沿着背光模块270中的导光板272的两个侧边设置，而导光板272系为一双边楔型的导光板。当均匀的光线274从发光二极管封装体100发射出来时，由于发散角甚小(±25°)，所以几乎所有的光线274都会先被射入导光板272之内，再利用导光板272中的扩散反射板276将光线274向上方反射，然后经过扩散板278以及由控散片与薄膜材所组合而成的光学机制282，最后产生均匀的面光源以供应至显示器。

请参考图11，图11为本发明的发光二极管封装体100应用于一平面显示器300时的示意图。如图11所示，本发明的平面显示器300系包含有一显示面板302以及一背光模块330，且背光模块330系设置于显示面板302的下方。背光模块330的中又另包含有一导光板332，本发明的发光二极管封装体100系设置于导光板332的侧边，当均匀的光线334从发光二极管封装体100发射出来时，由于发散角甚小(±25°)，所以几乎所有的光线334都会被射入导光板332之内，然后经由导光板332底部的扩散点336将光线334向上方反射，再经过由控散片以及薄膜材所组合而成的光学机制338产生均匀的面光源以供应至显示面板302，其中所述的光学机制338可以为扩散板或棱镜片。

由于本发明的发光二极管封装体系利用一半面花瓶状的透镜体来包裹发光二极管晶片，而经过设计的透镜体又包含有反射面以及折射面，因此进入反射面的光线会产生全反射的现象，以抑制由发光二极管晶片发射出来的原本具有大发散角的光线的行进方向，而折射面则可以将光线引导至水平方向的±25°之内。本发明的发光二极管封装体不仅具有非常优越的侧边发光特性，又不必经过多重的介质转换才能将光线导引至导光板。当应用本发明的发光二极管封装体作为侧边用的光源装置时，将可以制造出具有优良发光效率，结构简单，并且成本低廉的显示器产品。

相较于现有的发光二极管封装体，本发明的发光二极管封装体系利用一半面花瓶状的透镜体来包裹发光二极管晶片，而经过设计的透镜体又包含有反射面以及折射面。当光线进入反射面时的入射角大于临界角时会产生全反射的现象，以抑制由发光二极管晶片发射出来的原本具有大发散角的光线的行进方向，再利用光线进入折射面时所产生的折射现象，来将其引导至水平方向的±25°之内，并同时将由发光二极管晶片发射出来的原本具有较小发散角的光线直接折射至水平方向的±25°之内。因此，本发明的发光二极管封装体具有非常优越的侧边发光特性，非常适合用来作为侧边用的光源装置，并且由于光线自发光二极管晶片发射出来之后，只经由透镜体以及空气，便被导引至导光板，而不必经过其他的介质转换，不仅可以产生优良的发光效率，又可以省略掉各种辅助装置的设置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (20)

1.一发光二极管封装体包含有：

一发光二极管元件；以及

一直接包裹该发光二极管元件的透镜体，该透镜体包含有：

二反射面，分别设置于该透镜体的一中央轴的两侧；以及多个折射面，设置于各该反射面之间并分别与该中央轴之间具有一倾角；

其中投射至各该反射面的部份由该发光二极管元件所发射的光线系被反射至至少一该折射面，再被该折射面折射并被集中至一收敛角内。

2.根据权利要求1所述的发光二极管封装体，其特征在于，各该反射面系对称设置于该中央轴的两侧。

3.根据权利要求1所述的发光二极管封装体，其特征在于，投射至各该反射面的部份由该发光二极管元件所发射的光线系于各该反射面产生全反射后再投射至该折射面。

4.根据权利要求1所述的发光二极管封装体，其特征在于，至少二该折射面系对称设置于该中央轴的两侧。

5.根据权利要求1所述的发光二极管封装体，其特征在于，各该折射面中的二折射面系分别与各该反射面呈一锐角，且其余的各该折射面系构成一半球面。

6.根据权利要求1所述的发光二极管封装体，其特征在于，各该折射面中的二折射面系分别与各该反射面呈一锐角，且其余的各该折射面系构成一三角面。

7.根据权利要求1所述的发光二极管封装体，其特征在于，直接投射至至少一该折射面的部份由该发光二极管元件所发射的光线系被该折射面折射并被集中至该收敛角内。

8.一背光模块包含有：

一导光板；

至少一光学薄膜，置于该导光板的上方；以及

至少一发光装置，置于该导光板的侧面附近，包含有：

一发光半导体元件；以及

一透镜体，设置于该发光半导体元件的上，包含有：

至少一反射面；以及

至少一折射面，邻近该反射面设置，并与该透镜体的一中央轴间具有一倾角；

其中该发光半导体元件所发射的光线系进入该透镜体，且有一第一部分光线系被该反射面反射至该折射面，再被该折射面折射并被集中至一收敛角内。

9.根据权利要求8所述的背光模块，其特征在于，该发光半导体元件所发射的光线系进入该透镜体，且有一第二部分光线系直接投射至该折射面，且被该折射面折射并被集中至该收敛角内。

10.根据权利要求8所述的背光模块，其特征在于，该发光半导体元件系为一发光二极管晶片。

11.根据权利要求8所述的背光模块，其特征在于，各该反射面系为多个，且对称设置于该中央轴的两侧。

12.根据权利要求8所述的背光模块，其特征在于，该折射面系为多个，且对称设置于该中央轴的两侧。

13.根据权利要求8所述的背光模块，其特征在于，该收敛角系与该中央轴呈±25°。

14.一平面显示器包含有：

一显示面板；

一导光板，置于该显示面板下方；

至少一光学薄膜，置于该显示面板与该导光板之间；以及

至少一发光装置，置于该导光板的侧面附近，包含有：

一发光半导体元件；以及

一透镜体，设置于该发光半导体元件的上，包含有：

至少一反射面；以及

至少一折射面，邻近该反射面设置，并与该透镜体的一中央轴间具有一倾角；

其中该发光半导体元件所发射的光线系进入该透镜体，且有一第部分光线系被该反射面反射至该折射面，再被该折射面折射并被集中至一收敛角内。

15.根据权利要求14所述的平面显示器，其特征在于，该发光半导体元件所发射的光线系进入该透镜体，且有一第二部分光线系直接投射至该折射面，且被该折射面折射并被集中至该收敛角内。

16.根据权利要求14所述的平面显示器，其特征在于，该发光半导体元件系为一发光二极管晶片。

17.根据权利要求14所述的平面显示器，其特征在于，该透镜体系包含有一聚碳酸酯透镜体、一聚甲基丙烯酸甲酯透镜体、一树脂透镜体或是一玻璃透镜体。

18.根据权利要求14所述的平面显示器，其特征在于，该收敛角系与该中央轴呈±25°。

19.根据权利要求14所述的平面显示器，其特征在于，该光学薄膜系为一扩散板。

20.根据权利要求14所述的平面显示器，其特征在于，该该光学薄膜系为一棱镜片。

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