CN1929157A

CN1929157A - 边射式发光二极管及其封装镜

Info

Publication number: CN1929157A
Application number: CNA2005100992099A
Authority: CN
Inventors: 周文彬; 萧增科; 侯腾超
Original assignee: Coretronic Corp
Current assignee: Coretronic Corp
Priority date: 2005-09-09
Filing date: 2005-09-09
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2025-09-09
Also published as: CN100399593C

Abstract

一种边射式发光二极管及其封装镜，该封装镜包括底面、入射面、反射面、第一折射面、第二折射面以及第三折射面。LED产生的光线从入射面进入封装镜内，一部分光线在反射面藉内部全反射而被反射至第二折射面，在通过第二折射面后沿着第一光路径射出封装镜，其余的光线直接通过第一折射面和第三折射面，分别被第一折射面和第三折射面折射后射出封装镜。第一折射面与反射面间具有一过渡面，其设计使从入射面进入封装镜的光线并不会与过渡面相交，可避免不适当的反射或折射；这种封装镜用于LED的封装，可减少光损，并降低制造的加工应力。

Description

边射式发光二极管及其封装镜

【技术领域】

本发明是有关一种发光二极管，特别是一种边射式发光二极管及其封装镜。

【背景技术】

一般而言，传统发光二极管(LED；Light Emitting Diodes)的出光方式为出光路径与LED晶片出光面垂直并以朗柏型(Lambert ion)能量分布方式呈现(见图1A)，通常用在交通标志、照明或其他指引式标志的运用。但是受到其能量分布外形的限制，若要将数颗发光二极管作光学性质混合时(例如光强度，色光混合…等)，通常需要在离开发光二极管的出光面一段距离的位置的后才能获得混合的效果(见图1B)，所以会有一段无法进行混合的无效距离L1。然而，若能将单颗的发光二极管的发光型扁平化，则可将无效的距离大幅缩短。

Lumileds公司于2003年SID研讨会中发表了一种边射式(SideEmitting)的发光二极管，其中揭露了一种具有特殊封装结构的边射式发光二极管(如图2所示)，采用这种封装结构的边射式发光二极管仅有小部分的光能量(不到10％)会由上方(LED晶片的中央光轴方向14)射出，大部分的光能量则会从侧面的方向射出，而在实际应用上，这种边射式发光二极管会藉由在其上方贴附一遮光片16来反射其向上出射的光能量，而该公司亦已取得相关技术的专利包括美国专利第6,679,621号的”SIDE EMITTINGLED AND LENS”。

另外在前述Lumileds公司的第6,679,621号美国专利的中还揭露了另一种封装结构(如图3所示)，其包括有：入射面10，反射面11，第一折射面12和第二折射面13，其中第一折射面12与LED晶片的中央光轴14(Central Optic Axis)具有一斜角，第二折射面13则是平顺地连接第一折射面12和底面15。由LED晶片发出的光线从入射面10进入这种封装结构的后主要沿着二个路径P1，P2射出，其中路径P1是光线从入射面10进入封装结构的后，藉由内部全反射而在反射面11被反射至第一折射面12，然后通过第一折射面12而沿着路径P1射出；路径P2则是光线从入射面10进入封装结构的后，直接通过第二折射面13而沿着路径P2射出。图3的设计存在以下的几点问题：

1.由于仅将所有光线分为两光路，导致在两光路交界处易产生“光轴路径重叠”，以致于发生不适当的反射或折射。如图4所示，在第一折射面12和第二折射面13之间具有一个光路径的重叠区间α，从入射面10进入这种封装结构的光线若是进入这个重叠区间α，将会直接抵达第一折射面12以致于发生不适当的反射或是折射。

2.这种封装结构的几何形状存在狭长的部分，容易导致结构强度的不足。

3.由于外形多锐角，使得制造时容易产生加工应力集中的现象，导致形变，进而使其光学特性产生变化。

【发明内容】

本发明的一目的，是提出一种于两光路交界处不易产生光轴路径重叠效应以致于发生不适当的反射或折射，且制造时不易产生加工应力集中现象，可维持光学特性稳定，并可强化机械强度的边射式发光二极管的封装镜(lens)。

本发明的另一目的，是提出一种边射式发光二极管，可以将LED晶片发出的光线导引朝向侧边的方向照射，以达到光型扁平化的目的，使出光方式转为与LED出光面平行且角度分布更收敛，以提升收集效率；更可降低不同LED晶粒发光效率差异所造成的影响。

本发明的一种封装镜，是应用于一光源，其特征在于：包括有：

底面；

入射面，连接于该底面，且其下方设置该光源；

反射面，与封装镜的中央光轴形成一夹角；

第一折射面；

第一过渡面，介于该反射面与该第一折射面之间；

第二折射面，与该第一折射面连接；

第三折射面，与该底面连接；以及

第二过渡面，介于该第二折射面与该第三折射面之间；

其中该光源提供的光线从该入射面进入该封装镜的内部，一部分的光线在该反射面被反射至该第二折射面，光线在通过该第二折射面的后产生折射而沿着第一光路径射出该封装镜；

其余从该入射面进入该封装镜内部的光线，是分别直接地通过该第一折射面的后被折射而沿着一第二光路径射出该封装镜，以及直接地通过该第三折射面的后被折射而沿着一第三光路径射出该封装镜。

本发明的较佳可行实施例，是透过重新设计封装镜(lens)的几何形状进而达成上述的目的；这种封装镜被安装于一光源的发光路径，包括有：底面、入射面，反射面，第一折射面，第二折射面以及第三折射面，从入射面进入封装镜的一部分光线被反射面反射后经由第二折射面射出，而其余的光线则会直接地分别从第一折射面和第三折射面射出封装镜，因此没有光路重叠的问题，可以避免发生不适当的反射或是折射以减少光损，这种封装镜也没有过于狭长的几何形状，可以降低加工应力所造成的影响。本发明所提出的边射式发光二极管，具有一半导体发光器件(如LED晶片)，以及一封装镜，封装镜包括有：底面、入射面，反射面，第一折射面，第二折射面以及第三折射面，LED晶片发出的光线从入射面进入封装镜的内部，一部分的光线在反射面藉由内部全反射而被反射至第二折射面，利用第二折射面将光线折射后朝向侧边的方向照射，其余进入封装镜的光线则直接通过第一折射面和第三折射面然后朝向侧边折射出封装镜。光线通过反射面、第一折射面、第二折射面及第三折射面后，光的行进方向被修正为水平行进方向。

【附图说明】

图1A为传统LED晶片的发光光型图。

图1B显示利用多个传统LED晶片进行光学性质混合的光线混合分布情形。

图2为一种已知边射式发光二极管的镜片构造。

图3为另一种已知边射式发光二极管的镜片构造。

图4为图3的已知边射式发光二极管的镜片中的光路分布图。

图5为本发明的边射式发光二极管的封装镜构造图。

图6为本发明的边射式发光二极管的光路径分布图。

图7A为本发明的边射式发光二极管的发光光形分布图。

图7B显示利用多个本发明的边射式发光二极管进行光学性质混合的光线混合分布情形。

【具体实施方式】

有关本发明的较佳实施例，现配合图式说明如下。

依据本发明所揭露的一较佳实施例请参考图5，其中所揭露的封装镜20包括：底面21(bottom surface)、入射面22(incident surface)，反射面23(reflective surface)，第一折射面31(first refractive surface)，第二折射面32(second refractive surface)以及第三折射面33(thirdrefractive surface)，第一过渡面34和第二过渡面35。这种封装镜20可作为例如发光二极管(LED)40这种半导体发光器件的封装构造(如图6所示)。

如图6所示，LED晶片40发出的光线从入射面22进入封装镜20的内部，一部分的光线在反射面23藉由内部全反射(internal total reflection)而被反射至第二折射面32，使光线在通过第二折射面32的后产生折射，而沿着第一光路径P1从侧面射出封装镜20，其余自入射面22进入封装镜20的光线则是分别直接地通过第一折射面31和第三折射面33，然后分别沿着第二光路径P2和第三光路径P3从侧面折射出封装镜20，而第一光路径P1、第二光路径P2和第三光路径P3的延伸方向大致上垂直于封装镜20的中央光轴C(central optical axis)，用以将LED晶片40发出的光线导引朝向封装镜20的侧边的方向照射。

依据本发明的较佳实施例，反射面23紧邻于封装镜20的中央光轴C的一侧，并且与中央光轴C形成一夹角；其中第一过渡面34介于第一折射面31和反射面23之间，而第一折射面31则是平顺地连接过渡面34和第二折射面32，第二折射面32与封装镜20的中央光轴C之间的角度由反射面23的角度决定，在第二折射面32和第三折射面33之间还有第二过渡面35，而第三折射面33具有平顺的弧形，并且位于第二过渡面35和底面21之间。

为了便于继续说明封装镜20的构造，在此先对图5中所标示的几个符号作一说明：一般而言LED晶片40可视为点光源，图中所示的第一交点c1即为中央光轴C和LED晶片40的出光面的交点，第二交点c2是为第一过渡面34和第一折射面31的连接处，第三交点c3是为第三折射面33和第二过渡面35的连接处，第四交点c4则为第一折射面31和第二折射面32的连接处。

由于LED晶片40所发出的光线，是以朗柏型(Lambert ion)能量分布方式呈现(请参考图1A)。而在本发明的一较佳实施例中，参阅图6，LED晶片40所发出的光线在进入本发明的封装镜20的后，依其能量的强度分布可区分为区间1，区间2及区间3。区间1是介于中央光轴C和第一交点c1至第二交点c2的连线之间。区间2是介于第一交点c1至第四交点c4的连线和区间1之间(第三交点C3亦在第一交点c1至第四交点c4的连线位置上)。区间3则介于区间2与底面21之间。其中区间1的能量分布最强，区间2次之，区间3最弱，能量分布最强的区间1的光线藉由反射面23的反射，而将光线反射至第二折射面32，致使能量最强的部分被安排在封装镜20整体侧向的发光光形的中央部分(如图7A所示)，区间2的光线直接由第一折射面31折射而出，区间3的光线则直接由第三折射面33折射而出，所以第一折射面31，第二折射面32以及第三折射面33是分别负责控制单一区间的来源光线的射出路径，彼此并不会互相影响。

第一过渡面34的表面的延伸方向被特别地设计，致使从入射面22进入封装镜20的光线并不会与第一过渡面34相交，较佳的设计如图5所示，第一过渡面34的表面延伸方向是与第一交点c1至第二交点c2的连线方向重叠，因此可以避免发生不适当的反射或是折射。

以图6的实施例而言，第一交点c1与光线进入入射面22的入射点处具有一微小之间距，这个间距会影响第一过渡面34的位置；因此较佳的设计还必须考虑LED晶片40所发出的光线在通过入射面22的后的折射现象，依据本发明的较佳实施例，封装镜20可直接封装(package)于LED晶片40的出光侧，此时LED晶片40的光轴即与封装镜20的中央光轴C重叠，第一交点c1最接近光线进入入射面22的入射点，此时第一过渡面34的表面的延伸方向即可以与第一交点c1至第二交点c2的连线方向重叠。

本发明所提出的边射式发光二极管，透过封装镜20可将LED晶片40的发光光型更加收敛(如图7A所示)，以提升收集效率。以本发明封装镜20制作的LED模组，可运用于背光模组及一般照明领域，尤其在多颗LED晶片40的运用中，能将单颗LED晶片40的发光光型扁平化，让无效的距离L2大幅缩短(如图7B所示)，更可降低不同LED晶片40发光效率差异所造成的影响。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内所作的变化与润饰，仍应视为本发明的保护范畴。

【主要元件符号说明】

〔习知技术〕

10........入射面

11........反射面

12........第一折射面

13........第二折射面

14........LED晶片的中央光轴方向

15........底面

16........遮光片

LED.......发光二极管

L1..........无效距离

P1，P2......光线的路径

〔本发明〕

20........封装镜

21........底面(bottom surface)

22........入射面(incident surface)

23........反射面(reflective surface)

31........第一折射面(first refractive surface)

32........第二折射面(second refractive surface)

33........第三折射面(third refractive surface)

34........第一过渡面

35........第二过渡面

P1........第一光路径

P2........第二光路径

P3........第三光路径

C.........封装镜20的中央光轴(central optical axis)

c1........第一交点

c2........第二交点

c3........第三交点

c4........第四交点

L2........无效距离

Claims

1.一种封装镜，是应用于一光源，其特征在于：包括有：

底面；

入射面，连接于该底面，且其下方设置该光源；

反射面，与封装镜的中央光轴形成一夹角；

第一折射面；

第一过渡面，介于该反射面与该第一折射面之间；

第二折射面，与该第一折射面连接；

第三折射面，与该底面连接；以及

第二过渡面，介于该第二折射面与该第三折射面之间；

2.如权利要求1所述的封装镜，其特征在于：该反射面是紧邻于该封装镜的中央光轴的一侧，使进入封装镜的部分光线被反射而通过该第二折射面后位于该封装镜侧向的发光光形的中央部分。

3.如权利要求1所述的封装镜，其特征在于：自该入射面进入该封装镜的光线并不会与该第一过渡面相交。

4.如权利要求3所述的封装镜，其特征在于：该第一过渡面的表面的延伸方向是与光源其出光面与中央光轴交点至该第一过渡面和该第一折射面的连接处的连线方向重叠。

5.如权利要求1所述的封装镜，其特征在于：该第二过渡面和该第三折射面的连接处恰位于光源的出光面与中央光轴交点至该第一折射面和该第二折射面的连接处的连线位置上。

6.如权利要求1所述的封装镜，其特征在于：该第三折射面具有平顺的弧形并且位于该第二过渡面和该底面之间。

7.一种边射式发光二极管，其特征在于：包括有：

LED晶片；

封装镜，位于该LED晶片的出光侧，包含有：

底面；

入射面，其下方设置该LED晶片；

反射面，与封装镜的中央光轴形成一夹角；

第一折射面；

第一过渡面，介于该反射面与该第一折射面之间；

第二折射面，与该第一折射面连接；

第三折射面，与该底面连接；以及

第二过渡面，介于该第二折射面与该第三折射面之间；

其中该LED晶片发出的光线从该入射面进入该封装镜的内部，一部分的光线在该反射面被反射至该第二折射面，光线在通过该第二折射面的后产生折射而沿着第一光路径射出该封装镜；

8.如权利要求7所述的边射式发光二极管，其特征在于：该反射面是紧邻于该封装镜的中央光轴的一侧，使进入封装镜的部分光线被反射而通过该第二折射面后位于该封装镜侧向的发光光形的中央部分。

9.如权利要求7所述的边射式发光二极管，其特征在于：自该入射面进入该封装镜的光线并不会与该第一过渡面相交。

10.如权利要求9所述的边射式发光二极管，其特征在于：该第一过渡面的表面的延伸方向是与该LED晶片中心轴至该第一过渡面和该第一折射面的连接处的连线方向重叠。

11.如权利要求7所述的边射式发光二极管，其特征在于：该第二过渡面和该第三折射面的连接处恰位于LED晶片的出光面与中央光轴交点至该第一折射面和该第二折射面的连接处的连线位置上。

12.如权利要求7所述的边射式发光二极管，其特征在于：该第三折射面具有平顺的弧形并且位于该第二过渡面和该底面之间。