TW201326682A - 發光二極體裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種可調整光型的發光二極體裝置。本發明實施例藉由改變護蓋表面幾何形狀，以改變發光二極體裝置發光的光型。

Description

發光二極體裝置

    本發明係關於一種可調整光型的發光二極體裝置。

    在發光二極體晶片製造完成後，經過封裝程序形成發光二極體裝置。良好的發光二極體裝置具有高散熱與光萃取效率，同時具有低能耗與壽命長等優點。

    發光二極體裝置發出的光，通常具有一特定的配光曲線。如果此配光曲線並非為最終產品所需，必須再藉由透鏡、反射罩、擴散板等元件進行二次光學設計，以達到法規或照明產品的配光需求。

    因使用額外的元件，二次光學設計使成本增加。反射板、透鏡、擴散板等會吸收光，導致發光效率降低，浪費能源。此外，一般發光二極體燈具的配光曲線為固定；然而，不同的使用環境，可能會有不同的配光曲線需求。

    鑒於上述，有需要提出一種發光二極體裝置，以高效率、低成本、省能源的方式設計所需的配光曲線。

    本發明一實施例提供一種發光二極體裝置，包含一基板；一發光二極體晶片位於基板上；一護蓋，與發光二極體晶片相隔一距離，護蓋並與基板連接；以及一波長轉換材料，位於護蓋內表面上，或是波長轉換材料分佈於於護蓋之中；其中上述護蓋外表面的側面輪廓包含一直線以及一曲線。

    以下將詳述本案的各實施例，並配合圖式作為例示。除了這些詳細描述之外，本發明還可以廣泛地施行在其他的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本案的範圍內，並以之後的專利範圍為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部這些特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件並未描述於細節中，以避免造成本發明不必要之限制。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際的尺寸或數量，除非有特別說明。本文所述的方向是以圖式作為參考基準。

    為降低成本、提高效率，本發明藉由一次光學設計，達到所需的照明效果或光型。

    由於本發明著重於發光二極體裝置的光學設計，其電路、散熱的細節則未限制，或可使用本領域所已知的結構，因此以下實施例省略這方面的描述。

    一般發光二極體的發光角度通常可達120度以上。此種光型可稱為「散光型」，其特徵是光照範圍大，發光強度在發光角度內為均勻分佈，配光曲線接近普通照明燈。散光型的發光二極體燈適合用於室內和需要光線柔和均勻的場合。

    但某些時候或地點，例如欲強調特徵的局部照明，需要高指向性或特殊效果的光型。為因應此類需求，本發明實施例提供發光二極體裝置，藉由改變護蓋表面幾何形狀，以改變發光二極體裝置的發光光型，例如：聚光或蝙蝠翼光型。

    圖1A至圖1D顯示本發明第一實施例的聚光光型發光二極體裝置。本實例的發光二極體裝置主要包含基板10、護蓋20、發光二極體晶片30。發光二極體晶片30可以間接置放於基板10上，如圖1B所示，發光二極體晶片30可以置放於導線架(lead frame)且/或次級基板(submount)上，再放置於基板10上；或是可以直接置放於基板10上（如圖1D所示），護蓋20與發光二極體晶片30相隔一距離 (spaced apart from the LED chip)。於部分實施例中，護蓋20與發光二極體晶片30之間，可以填充空氣或者透明高分子材料。護蓋並與基板連接，其方式可包含但不限於：配合(fit)、黏著、焊接、螺固等。此處發光二極體晶片30的數量雖為單數，但也可以是複數。

    上述基板10可以是，但不限於，印刷電路板(printed circuit board，PCB)、金屬基印刷電路板(metal core PCB，MCPCB)、陶瓷基板(ceramic substrate)、直接接合銅基板(DBC)、直接鍍銅基板(DPC)等、矽基板、鋁基板、金屬複合材料…等。

    發光二極體裝置更包含一波長轉換材料，用於轉換發光二極體晶片30的發光波長。波長轉換材料可以位於護蓋20的外表面上或是內表面上。於部分實施例中，波長轉換材料係位於護蓋的內表面上。於部分實施例中，波長轉換材料分佈於於護蓋之中。

    為了獲得聚光光型，護蓋20的外表面的側面輪廓(profile)具有一曲線22與一直線24。於部分實施例中，曲線22具有一曲率半徑其中心指向發光二極體晶片30或光源中心點。

    於部分實施例中，定義發光二極體晶片的法線方向為90度，直線24位於曲線22的周圍，曲線22至少涵蓋45度到135度由發光二極體晶片發出的光線。於部分實施例中，護蓋20的外表面係為一體成形，同時具有曲線22與直線24兩者。

    請參考圖1C，護蓋20還具有一內表面。於部分實施例中，內表面的側面輪廓26係為一曲線，且具有一曲率半徑其中心指向發光二極體晶片30或光源中心點；於其他實施例，內表面的側面輪廓26為圓形、梯形、方形，或矩形等的其中之一。

    於本說明書，「內表面」是指面向晶片30或光源中心點的表面，「外表面」是指「內表面」的相對表面。

    圖1D為圖1A至1C實施例的發光強度分佈圖，亦即配光曲線。此配光曲線定義發光二極體晶片法線方向為90度。法線方向可與基板的法線方向平行。此發光二極體裝置的配光曲線呈現聚光光型，光強度最大值為0.4799 w/sr大約落在90度。於本說明書，「聚光光型」是指配光曲線在70度到110度之間的光強度分佈，佔總發光強度的50%以上，較佳者為60%以上。

    圖2A至圖2C顯示本發明第二實施例的另一種聚光光型發光二極體裝置，其中圖2A為立體圖，圖2B為側視圖，圖2C為剖面圖。本實施例與第一實施例不同處，在於曲線22與直線24的相對尺寸(dimension)與相對高度，以得到不同的指向性強度，其餘細節可沿用第一實施例。此處「高度」定義為曲線22或直線24的最高點與基板10的距離。

    圖2D顯示第二實施例的配光曲線，相關定義同圖1D。如圖，此發光二極體裝置的配光曲線呈現聚光光型，光強度最大值為0.99509 w/sr大約落在90度。相較於第一實施例，此實施例具有更高指向性。

    圖3A至圖3C顯示本發明第三實施例的又一種聚光光型發光二極體裝置，其中圖3A為立體圖，圖3B為側視圖，圖3C為剖面圖。此實施例與前述實施例的不同處除了曲線22與直線24的相對尺寸與相對高度，還有直線24與基板10方向可具有一夾角α，用於改善正向光的全反射現象。本實施例的其餘細節可沿用第一或第二實施例。

    圖3D顯示第三實施例的配光曲線，相關定義同圖1D。如圖，此發光二極體裝置的配光曲線呈現聚光光型，光強度最大值為0.96773 w/sr大約落在90度。相較於第一實施例，此實施例具有更高指向性。

    圖4A至圖4C顯示本發明第四實施例的蝙蝠翼光型發光二極體裝置，其中圖4A為立體圖，圖4B為側視圖，圖4C為剖面圖。此實施例與前述實施例的不同處在於：曲線22位於直線24的周圍，直線24至少涵蓋60度到120度由發光二極體晶片發出的光線；亦即，直線24的高度大於曲線22的最大高度。本實施例的其餘細節可沿用前述各實施例。

    圖4D顯示第四實施例的配光曲線，相關定義同圖1D。如圖，此發光二極體裝置的配光曲線呈現蝙蝠翼型，光強度最大值為0.25254 w/sr大約落在45度與135度。於本說明書，「蝙蝠翼型」是指其配光曲線具有兩個最大值，分別位於35度至55度之間，與125度至145度之間，且光強度大致呈對稱分佈。此外，法線向量(90度)之光強度，與最大光強度值的比值(百分比)介於大約10%至大約60%之間，較佳值約為20%至50%之間。

    圖5A至圖5C顯示本發明第五實施例的另一種蝙蝠翼光型發光二極體裝置，其中圖5A為立體圖，圖5B為側視圖，圖5C為剖面圖。此實施例與第四實施例的不同處在於曲線22與直線24的相對尺寸。本實施例的其餘細節可沿用第四實施例。

    圖5D顯示第五實施例的配光曲線，相關定義同圖1D。如圖，此發光二極體裝置的配光曲線呈現蝙蝠翼型，光強度最大值為0.24962 w/sr大約落在45度與135度。

    圖6A至圖6C顯示本發明第六實施例的又一種蝙蝠翼光型發光二極體裝置，其中圖6A為立體圖，圖6B為側視圖，圖6C為剖面圖。此實施例與第五實施例的不同處在於曲線22與直線24的相對尺寸與相對高度。本實施例的其餘細節可沿用第四實施例或第五實施例。

    圖6D顯示第六實施例的配光曲線，相關定義同圖1D。如圖，此發光二極體裝置的配光曲線呈現蝙蝠翼型，光強度最大值為0.26128 w/sr大約落在45度與135度。

    本發明所提供的聚光型發光二極體裝置，其發光強度高、角度小；所射出光型可類似手電筒發出的光束：光斑亮度高，而光斑的週邊亮度低。聚光型發光二極體裝置可適用於製作投射燈、筒燈、檯燈、手電筒等裝置。此外，蝙蝠翼型發光二極體裝置適用於路燈、隧道燈、庭院燈等戶外照明應用。

    本發明僅透過一次光學設計，藉由改變護蓋20的外型，即可達到所需照明效果。護蓋20的其餘細節並未限制。於部分實施例中，圖7顯示一種發光二極體裝置。如圖，護蓋20包含外帽蓋20a (outer cap)、內帽蓋20b，以及一波長轉換材料40位於外帽蓋20a與內帽蓋20b之間，波長轉換材料40用於轉換發光二極體晶片30的發光波長。於部分實施例中，波長轉換材料40之一面直接接觸外帽蓋20a，波長轉換材料40之另一面直接接觸內帽蓋20b，藉以形成三明治結構。於部分實施例中，護蓋20經由內帽蓋20b連接於基板10。連接的方式可包含但不限於：配合(fit)、黏著、焊接、螺固等。於本實施例，內帽蓋20b具有四支腳柱20c，對應固定於基板的孔洞10a中。腳柱20c的高度可等於或者大於孔洞10a的高度。此外，在內帽蓋20b與發光二極體晶片30之間，可以填充空氣50或者透明高分子材料50。

    於本實施例，護蓋20的外形，亦即外帽蓋20a的外形，與第一實施例相同，但其亦可採用如第二至第六實施例所示範的外形。

    此外，外帽蓋20a、內帽蓋20b為透明材質製成，材質可包含，但不限於：樹脂、環氧樹脂、矽膠、高分子聚合物、透明聚酯光學材料、聚碳酸樹脂、壓克力、玻璃等。

    此外，波長轉換材料40可具有磷光體(phosphor)或量子點(quantum dot)等以轉換波長。磷光體(phosphor)可以是釔鋁石榴石螢光粉(yttrium aluminum garnet，YAG)、鋱鋁石榴石螢光粉(terbium aluminum garnet，TAG)等等。

    圖8顯示根據本發明另一實施例的發光二極體裝置。本實施例與圖7實施例的不同處在於：內帽蓋20b的內表面的側面輪廓26，亦即護蓋20的內表面的側面輪廓26，為矩形。但於其他實施例，內表面的側面輪廓26可以為圓形、梯形或方形。此外，於本實施例，護蓋20的外形，亦即外帽蓋20a的外形，與第四實施例相同，但其亦可採用如其他實施例所示範的外形。

    在另一實施例，外帽蓋20a的內表面與內帽蓋20b的外表面具有大致相同的輪廓，使得波長轉換材料40具有均勻的厚度。

    本發明藉由改變護蓋表面幾何形狀，即可得到所需的照明光型，省下二次光學設計，包含反射罩、擴散板等的成本。同時，因省略二次光學設計，發光二極體晶片所發出的光，其路徑減短、被吸收率降低，能源利用率得以提高。

    以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其他未脫離發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包括在下述之申請專利範圍內。

10．．．基板

10a．．．孔洞

20．．．護蓋

20a．．．外帽蓋

20b．．．內帽蓋

20c．．．腳柱

22．．．曲線

24．．．直線

26．．．內表面的側面輪廓

30．．．發光二極體晶片

40．．．波長轉換材料

50．．．空氣/透明高分子材料

圖1A至圖1D顯示本發明第一實施例的發光二極體裝置，其中圖1A為立體圖，圖1B為側視圖，圖1C為剖面圖，圖1D為側視圖。

圖1E為圖1A至1C實施例的發光強度分佈圖。

圖2A至圖2C顯示本發明第二實施例的發光二極體裝置，其中圖2A為立體圖，圖2B為側視圖，圖2C為剖面圖。

圖2D為圖2A至2C實施例的發光強度分佈圖。

圖3A至圖3C顯示本發明第三實施例的發光二極體裝置，其中圖3A為立體圖，圖3B為側視圖，圖3C為剖面圖。

圖3D為圖3A至3C實施例的發光強度分佈圖。

圖4A至圖4C顯示本發明第四實施例的發光二極體裝置，其中圖4A為立體圖，圖4B為側視圖，圖4C為剖面圖。

圖4D為圖4A至4C實施例的發光強度分佈圖。

圖5A至圖5C顯示本發明第五實施例的發光二極體裝置，其中圖5A為立體圖，圖5B為側視圖，圖5C為剖面圖。

圖5D為圖5A至5C實施例的發光強度分佈圖。

圖6A至圖6C顯示本發明第六實施例的發光二極體裝置，其中圖6A為立體圖，圖6B為側視圖，圖6C為剖面圖。

圖6D為圖6A至6C實施例的發光強度分佈圖。

圖7顯示一種根據本發明較佳實施例的發光二極體裝置。

圖8顯示一種根據本發明另一實施例的發光二極體裝置。

10．．．基板

20．．．護蓋

22．．．曲線

24．．．直線

26．．．內表面

30．．．發光二極體晶片

Claims (10)

1. 一種發光二極體裝置，包含：
       一基板；
       一發光二極體晶片，位於該基板上；
       一護蓋，與該發光二極體晶片相隔一距離，該護蓋並與該基板連接；以及
       一波長轉換材料，位於該護蓋表面上，或是該波長轉換材料分佈於該護蓋之中；
       其中該護蓋外表面的側面輪廓(profile)包含一直線以及一曲線。
2. 如申請專利範圍第1項的發光二極體裝置，其中該波長轉換材料係位於該護蓋的內表面上。
3. 如申請專利範圍第1項的發光二極體裝置，其中該直線位於該曲線的周圍，且該曲線的高度大於該直線的高度。
4. 如申請專利範圍第3項的發光二極體裝置，其中該發光二極體晶片透過該護蓋發出的光具有一聚光光型，其配光曲線在70度到110度之間的光強度分佈，佔總發光強度的50%以上。
5. 如申請專利範圍第3項的發光二極體裝置，其中該直線與該基板具有一夾角。
6. 如申請專利範圍第1項的發光二極體裝置，其中該曲線位於該直線的周圍，且該直線的高度大於該曲線的高度。
7. 如申請專利範圍第6項的發光二極體裝置，其中該發光二極體晶片透過該護蓋發出的光具有一蝙蝠翼光型，其配光曲線具有兩個最大值，分別位於35度至55度之間，與125度至145度之間，且光強度值大致呈對稱分佈。
8. 如申請專利範圍第1項的發光二極體裝置，其中該護蓋具有至少一腳柱，該基板具有相對該腳柱的至少一孔洞，該腳柱與該孔洞透過配合(fit)方式固定。
9. 如申請專利範圍第1項的發光二極體裝置，其中該護蓋包含：
       一外帽蓋；
       一內帽蓋，與該基板連接，其中該內帽蓋的外表面與該外帽蓋的內表面具有相似的輪廓，且該外帽蓋的外表面的側面輪廓具有該直線以及該曲線；以及
       該波長轉換材料位於該外帽蓋與該內帽蓋之間，該波長轉換材料用於轉換該發光二極體晶片的發光波長。
10. 如申請專利範圍第9項的發光二極體裝置，其中該波長轉換材料之一面直接接觸該外帽蓋，該波長轉換材料之另一面直接接觸該內帽蓋，以形成一三明治結構。