TW201515275A - 發光二極體 - Google Patents

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Abstract

一種發光二極體，包括具有電路結構的基板、至少一個發光二極體晶片和封裝材料，發光二極體晶片設置於基板之上且與基板的電路結構電連接，封裝材料設置在所述基板上並包覆發光二極體晶片。所述封裝材料的表面包含至少一凹槽，所述凹槽的截面呈“V”形或梯形。本發明所提供的發光二極體的凹槽可以減少全反射現象的發生，從而提高了整個發光二極體的光輸出效率。

Description

發光二極體
本發明涉及一種發光二極體，特別涉及一種集成封裝的發光二極體。
發光二極體作為一種新的光源，目前已廣泛應用於多種場合。多年來發光二極體的發展方向仍然致力於發光效率的提升上，發光效率的影響因素一般包括選用的發光二極體晶片材料、組件結構的設計、透明度及全反射現象等。
發光二極體封裝體中最重要的組件為發光二極體晶片，其決定了發光二極體的性能。現有技術中，通常在發光二極體晶片上包覆封裝材料以進一步保護晶粒的各項特性。然而，現有的封裝材料的折射率大約為1.4-1.5，根據折射定律，例如，當封裝材料折射率為1.5、入射角大於41度時，光線在空氣與封裝材料的介面發生全反射，再如，當封裝材料折射率為1.4、入射角大於45度時，光線在空氣與封裝材料的介面發生全反射，如此經過全反射後的光線需要再經過多次反射後才能從封裝材料中射出，從而造成光線的能量損耗、降低整個發光二極體的光輸出效率。
本發明目的在於提供一種發光二極體以克服上述缺陷。
一種發光二極體，包括具有電路結構的基板、至少一個發光二極體晶片和封裝材料，發光二極體晶片設置於基板之上且與基板的電路結構電連接，封裝材料設置在所述基板上並包覆發光二極體晶片。所述封裝材料的表面包含至少一向基板凹陷的凹槽，所述凹槽的截面呈“V”形或梯形，凹槽的斜面的截面的輪廓形成“V”形或梯形的斜邊。
本發明所提供的發光二極體，利用在發光二極體晶片周圍的封裝材料上形成凹槽以減少全反射現象的發生，從而提高了整個發光二極體的光輸出效率。
圖1為本發明實施方式一中的發光二極體的剖面圖。
圖2為圖1中的一種發光二極體的平面圖。
圖3為本發明所提供的發光二極體的原理示意圖。
圖4為圖1中的另一種發光二極體的平面圖。
圖5為本發明實施方式二中的發光二極體的剖面圖。
下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
請參閱圖1，本發明所提供的發光二極體10包括具有電路結構的基板130、至少一個發光二極體晶片120和封裝材料110。所述發光二極體晶片120設置於基板130之上且與基板130的電路結構電連接。所述發光二極體晶片120與基板130的電路結構的電連接方式可採用打線連接方式或覆晶連接方式。所述基板130可選擇PCB基板、陶瓷基板、金屬基板或柔性基板等。所述封裝材料110包覆發光二極體晶片120。所述封裝材料110的折射率為1.4-1.5。所述封裝材料110可包含螢光物質。
所述封裝材料110包含至少一向封裝材料110內部凹陷的凹槽111，凹槽111具有兩個相對的斜面1111。本實施例中，所述凹槽111的截面呈“V”形，凹槽111的兩斜面1111的截面輪廓形成“V”形結構的斜邊。所述封裝材料110的凹槽111位於各相鄰的兩發光二極體晶片120之間。所述“V”形凹槽111的深度H’小於等於封裝材料110的厚度H。
進一步地，請參閱圖2，“V”形凹槽111還可環繞設置於各發光二極體晶片120的周圍，並呈現縱橫交錯的排布方式以增加發光二極體10的光輸出效率。
本發明所提供的發光二極體10發出的光線一部分到達封裝材料110的頂面1101、並經過封裝材料110的頂面1101折射出封裝材料110，另一部分光線到達封裝材料110的斜面1111、在“封裝材料110與空氣的介面”形成的入射角小於全反射角以減少全反射現象的發生，最終經過封裝材料110的斜面1111折射出封裝材料110，從而提高了整個發光二極體10的光輸出效率。
為使“V”形凹槽111更充分發揮破壞全反射現象的作用，所述“V”形凹槽111截面的斜邊的遠離基板130的一端的端點A與發光二極體晶片120的中心軸O-O之間的距離D大於等於0，且小於“封裝材料110的厚度H與全反射臨界角α的正切”的乘積；所述“V”形凹槽111的截面的斜邊的法線I-I與發光二極體晶片120的中心軸O-O之間的夾角θ大於“全反射臨界角α的餘角”，且小於90度。
具體的，請參閱圖3，將發光二極體晶片120看做點光源M，封裝材料頂面1101與基板130平行。為便於理解，圖中示出了出光角度為全反射臨界角α的光線MB和出光角度為90度的光線MC的光路。在設計封裝材料的凹槽時，所述凹槽斜邊遠離基板130的一端的端點A與光軸O-O之間的距離D應小於等於出光角度為全反射臨界角α的光線MB在封裝材料頂面1101正好能折射出封裝材料的臨界點B與光軸O-O之間的距離。由於臨界點B與光軸O-O之間的距離等於“封裝材料的厚度H與全反射臨界角α的正切”的乘積，所以，凹槽斜邊的端點A與光軸O-O之間的距離D大於等於0，且小於“封裝材料110的厚度H與全反射臨界角α的正切”的乘積；如果點光源M的發出的大於全反射臨界角α的光線能完全折射出封裝材料，那麼凹槽斜邊的法線I-I與出光角度為90度的光線MC的夾角須小於全反射臨界角α，則凹槽斜邊的法線I-I與光軸O-O的夾角θ應大於全反射臨界角α的餘角，且小於90度。
在本實施例中，採用折射率為1.4的封裝材料110，根據全反射臨界角的正弦等於折射率的倒數，可以計算得到封裝材料110的全反射臨界角為45度。此時，所述“V”形凹槽111的截面的斜邊的法線I-I與發光二極體晶片120的中心軸O-O之間的夾角θ大於45度，且小於90度，所述“V”形凹槽111的截面的處於封裝材料110上遠離基板130一側的底邊的頂點A與發光二極體晶片120的中心軸O-O之間的距離D大於等於0，小於Htan45°。
在另一實施例中，採用折射率為1.5的封裝材料110，則封裝材料110的全反射臨界角為41度。此時，所述“V”形凹槽111的截面的斜邊的法線I-I與發光二極體晶片120的中心軸O-O之間的夾角θ大於49度，且小於90度，所述“V”形凹槽111的截面的處於封裝材料110上遠離基板130一側的底邊的頂點A與發光二極體晶片120的中心軸O-O之間的距離D大於等於0，小於Htan41°。
需要說明的是，生產商在生產本發明所提供的發光二極體時，可採用不同折射率的封裝材料110，也即該封裝材料110的折射率並不僅限於在1.4-1.5的範圍內時，通過上述凹槽111的設置，都可達到本發明旨在達到的減少全反射，提高發光二極體出光效率的目的。
進一步地，請參閱圖4，所述封裝材料110的凹槽111也可設計為圍繞在發光二極體晶片120聚集區域的周圍，發光二極體晶片120聚集區域周圍的凹槽111呈現縱橫交錯的排布方式。
優選的，可以在所述發光二極體晶片120的聚集區域中心還設置有中心凹槽112，以進一步提高整個發光二極體10的光輸出效率。所述中心凹槽112為一向封裝材料110內部凹陷的圓錐體，可以理解的是，中心凹槽112也可設計為一向封裝材料110內部凹陷的圓臺。
請參閱圖5，所述封裝材料110也可包含至少一向封裝材料110內部凹陷的梯形凹槽113，所述凹槽113的截面呈一上寬下窄的梯形，也即所述梯形的上底的長度大於下底的長度。所述封裝材料110的凹槽113位於各相鄰的兩發光二極體晶片120之間。
本發明之技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之教示及揭示而作種種不背離本發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧發光二極體
110‧‧‧封裝材料
111、113‧‧‧凹槽
112‧‧‧中心凹槽
1101‧‧‧頂面
1111‧‧‧斜面
120‧‧‧發光二極體晶片
130‧‧‧基板
無
10‧‧‧發光二極體
110‧‧‧封裝材料
111‧‧‧凹槽
1101‧‧‧頂面
1111‧‧‧斜面
120‧‧‧發光二極體晶片
130‧‧‧基板

Claims (10)

  1. 一種發光二極體，包括具有電路結構的基板、至少一個發光二極體晶片和封裝材料，發光二極體晶片設置於基板之上且與基板的電路結構電連接，封裝材料設置在所述基板上並包覆發光二極體晶片，其改良在於：所述封裝材料的表面包含至少一向基板凹陷的凹槽，所述凹槽的截面呈“V”形或梯形，凹槽的斜面的截面的輪廓形成“V”形或梯形的斜邊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述封裝材料的折射率為1.4-1.5。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述“V”形或梯形凹槽的截面的斜邊的法線與發光二極體晶片的中心軸之間的夾角大於“全反射臨界角的餘角”，且小於90度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述斜邊的遠離基板的一端的端點與發光二極體晶片的中心軸之間的距離大於等於0，且小於“封裝材料的厚度與全反射臨界角的正切”的乘積。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述“V”形或梯形凹槽的深度小於等於封裝材料的厚度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述封裝材料的凹槽位於相鄰的發光二極體晶片與發光二極體晶片之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的發光二極體，其中，所述相鄰的發光二極體晶片與發光二極體晶片之間僅有一個凹槽。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體，其中，所述封裝材料的凹槽圍繞發光二極體晶片聚集區域的周圍。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的發光二極體，其中，所述發光二極體晶片聚集區域中心進一步包含中心凹槽。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的發光二極體，其中，所述中心凹槽呈圓錐形或圓臺形。
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