TWI458138B - 發光二極體封裝結構 - Google Patents

Description

發光二極體封裝結構

本發明係有關於一種發光二極體封裝結構，尤指一種能提高發光效率及提供特殊光形設計之一體成型之發光二極體封裝結構。

發光二極體(light emitting diode；LED)目前常見的應用在於電視、個人電腦之顯示器、手機、照明燈具、各種中、大型看板及交通號誌等。近年來台灣發光二極體產業已呈現高成長率，主要的成長動力有二：其中之一是在發光二極體顯示器之背光源市長；其中另一則是在一般光源市場中替代白熾燈泡和螢光燈泡。在上述之市場中，發光二極體均具有環保、省能及色彩表現性佳等優點，另外，如「歐盟2006年禁用汞」之環保法規更是驅動市場成長的主因。

傳統發光二極體封裝結構通常具有基板、反射杯、發光二極體晶片、封裝材料及聚光透鏡。其中，反射杯設置於基板上，發光二極體晶片設置於基板上且位於用反射杯內，所投射出的光線可經反射杯反射；封裝材料設置於反射杯內且覆蓋發光二極體晶片，聚光透鏡設置於反射杯的上方，用於集中光線而產生聚光之功效。

惟，此類發光二極體封裝結構還需藉由帶有表面微結構的光學膜片或擴散膜等，以將光線均勻擴散，導致所述發光二極體封裝結構的體積通常較大，不符合低成本和薄型化的趨勢。另一方面，發光二極體晶片所投射出的光線 容易在封裝材料之不同折射率之界面形成全反射，因而增加光線的出光路徑；再一方面，光線的能量容易被內部元件所吸收，導致傳統發光二極體封裝結構的出光率不如預期。

本發明之主要目的在於，提供一種具有模穴及微結構之反射基座，藉以提高發光二極體封裝結構的發光效率及提供其特殊光形設計。

本發明之次要目的在於，提供一種一體成型之反射基座，具有能夠降低製造成本及薄型化之優點。

為達上述之目的，本發明提供一種發光二極體封裝結構，其包括一體成型之反射基座、至少一電導通件、至少一發光二極體及一封裝體。其中，該一體成型之反射基座包含有一底壁及一具有一反射面的側壁，且該底壁上形成有一模穴及複數環繞於該模穴的微結構；該電導通件設置於該反射基座上；該發光二極體設置於該模穴內且電連接於該電導通件；該封裝體設置於該反射基座上且覆蓋該發光二極體。

其中，該發光二極體所投射出之特定角度之光線穿透該封裝體，而其他角度之光線被該封裝體及該反射面反射，並通過該些微結構導引成為特定角度之光線而穿透該封裝體。

綜上所述，本發明之發光二極體封裝結構可通過具有模穴和表面微結構之一體成型之反射基座來調整光線的出光角度和導引光線的出光路徑，以達到一次光學(primary optics)的設計，從而能有效利用發光二極體所發出的光線以提升光取出效率和產生聚光增亮的功效，並同時減少能量的損耗。

再者，所述發光二極體封裝結構不需額外添加其他光學元件，不會產生光學元件的成本，且能夠達成薄型化之目的，同時製程亦較為簡易。

〔第一實施例〕

請參閱圖1所示，其為本發明之第一實施例之發光二極體封裝結構之立體示意圖。所述發光二極體封裝結構1包括一體成型之反射基座10、至少一電導通件20、至少一發光二極體30及一封裝體40。

在本具體實施例中，一體成型之反射基座10包含有一底壁11及一具有一反射面121的側壁12，其中底壁11上形成有一模穴111及複數環繞於模穴111的微結構112；電導通件20設置於一體成型之反射基座10上；發光二極體30設置於模穴111內且電連接於電導通件20；封裝體40設置於一體成型之反射基座10上且覆蓋發光二極體30。

更詳細地說，所述一體成型之反射基座10係由金屬射出成型(Metal Injection Molding，MIM)技術所製成，主要係藉精確的模具設計與一體成型的射出技術將二次加工的需求減至最低，從而大幅度降低成本和縮短製程時間。

所述模穴111成型於一體成型之反射基座10之底壁11中央，用以容置至少一發光二極體30。所述該些微結構112同樣成型於底壁11上且環繞於模穴111，即環繞於發光二極體30；藉此，發光二極體30所投射出的光線在經側壁12之反射面121和封裝體40反射後，可經由該些微結構112之導引而改變出光路徑並進一步穿透封裝體40，以提升光取出效率；換言之，發光二極體30所投射出的光線可經由該些微結構112之導引而縮短出光路徑。

需說明的是，由於一體成型之反射基座10為低介電材料(例如金屬材料)所製成，因此電導通件20設計為一軟性印刷電路板(FPC)，所述電導通件20設置於一體成型之反射基座10上，並由模穴111經底壁11和側壁12之反射面121延伸至外部，用於分別電性連接模穴111內的發光二極體30與一外部線路(圖未示)。

封裝體40係以點膠方式將高透光高分子材料例如環氧樹脂(epoxy)或矽膠(silicon)形成於一體成型之反射基座10內，並覆蓋發光二極體30和部分電導通件20，其中又以折射率為1.5之矽膠更佳。

在一變化實施例中，所述發光二極體封裝結構1可包括一反射層(圖未示)，其係以高反射率之金屬材料例如金、銀或鋁經電鍍而形成於一體成型之反射基座10的內表面；更詳細地說，反射層係鍍覆於底壁11之微結構111上及側壁12之反射面121，用以提高光線的反射率。

值得一提的是，所述發光二極體封裝結構1’更包括 一螢光膠層50，所述螢光膠層50係設置在模穴111內並覆蓋發光二極體30，除了能夠提供多色光源之外(例如將藍光LED轉換成白光)，還能夠避免部分螢光粉末掉落於反射基座10之微結構112上，導致在製程階段改變或是破壞原始設計的出光路徑、光型及效率之情事。請參閱圖2至3，其中圖3為圖2之一體成型之反射基座之A部分之局部放大圖，所述該些微結構112為複數齒形同心環結構，其中每一齒形同心環結構相對於水平面具有一傾斜度，且每一齒形同心環結構的線寬d較佳介於2至5微米之間。

進一步值得一提的是，側壁12之反射面121與水平面夾有一角度θ₁ ，所述角度θ₁ 較佳介於35度至85度之間，而模穴111之壁面與水平面夾有一角度θ₂ ，所述角度θ₂ 較佳介於35度至90度之間，並且所述角度θ₁ 和角度θ₂ 可通過模具設計而有所調整，藉以改變發光二極體封裝結構1的發光光形，進而增加其應用性，舉例如下。

請配合參閱圖4，其為發光二極體封裝結構之一實施態樣之發光光型圖，當側壁12之反射面121與水平面的夾角θ₁ 為85度，而模穴111之壁面與水平面的夾角θ₂ 為90度時，所述發光二極體封裝結構1的發光光形呈蝠翼型(batwing type)；具體而言，發光二極體封裝結構1在約介於30至60度和-30至-60度之間的出光角度具有最大光強度，且光強度分別朝90度和-90度角的方向逐漸遞減，此種發光二極體封裝結構1可應用於LED路燈燈具上。

請配合參閱圖5，其為發光二極體封裝結構之另一實施態樣之發光光型圖，當側壁12之反射面121與水平面的夾角θ₁ 為45度，而模穴111之壁面與水平面的夾角θ₂ 同樣為45度時，所述發光二極體封裝結構1的發光光形呈子彈型(bullet type)；具體而言，發光二極體封裝結構1的發光角度約介於±30度之間，且位於0度角的光強度為最大，此種發光二極體封裝結構1可應用於聚光式照明，例如珠寶櫃的LED燈具上。

〔第二實施例〕

請參閱圖6所示，其為本發明之第二實施例之發光二極體封裝結構之部分立體示意圖。所述發光二極體封裝結構1’包括一體成型之反射基座10’、至少一電導通件20’、至少一發光二極體30、一封裝體40及一螢光膠層50。

請配合參閱圖7所示，與前一實施例的不同之處在於，所述反射基座10’係由高介電材料例如陶瓷材料以一體成型之技術所製成，亦即一體成型之反射基座10’整體均不導電，一體成型之反射基座10’上還成型有複數貫穿底壁11之貫孔113，且該些貫孔113係相對於模穴111。

另外，所述電導通件20’還包括複數導電結構21’及複數導電銲墊22’；其中，導電結構21’及導電銲墊22’可分別由導電材料例如銀、銅、錫、石墨等所製成，該些導電銲墊22’嵌固於底壁11上，且該些導電結構21’通過該些貫孔113固設於一體成型之反射基座10’上， 用以電性連接發光二極體30與該些導電銲墊22’。

藉此，本實施例之發光二極體封裝結構1’除了具有前一實施例的優點之外，還能夠藉表面黏著技術電性連接於一外部基板(圖未示)，並通過其導電銲墊22’與該外部基板上的線路達成電性連通，進而提升所述發光二極體封裝結構1’的應用性。

綜上所述，相較於傳統發光二極體封裝結構，本發明之發光二極體封裝結構具有以下優點：

1、本發明之反射基座上一體成型有一模穴和環繞於該模穴的複數微結構，其中模穴可容置至少一發光二極體，再者，發光二極體投射出的光線經反射面和封裝體反射後，可通過該些微結構的導引而改變出光路徑而穿透封裝體，從而有效提升光萃取率(>80%)。

2、所述發光二極體封裝結構可藉由控制反射基座之反射面與水平面的夾角及模穴之壁面與水平面的夾角以調整其發光光形，因此可廣泛應用於不同照明領域；再者，所述發光二極體封裝結構不需額外添加其他光學元件，不會產生光學元件的成本，且能夠達成薄型化之目的，同時製程亦較為簡易

3、所述發光二極體封裝結構可通過將螢光膠層設置於反射基座之模穴內並覆蓋發光二極體以提供多色光源，並避免部分螢光粉末掉落於反射基座之微結構上，導致在製程階段改變或是破壞原始設計的出光路徑、光型及效率之情事。

以上所述者，僅為本發明一較佳實例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本創作申請專利範 圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1、1’‧‧‧發光二極體封裝結構

10、10’‧‧‧一體成型之反射基座

11‧‧‧底壁

111‧‧‧模穴

112‧‧‧微結構

113‧‧‧貫孔

12‧‧‧側壁

121‧‧‧反射面

20、20’‧‧‧電導通件

21’‧‧‧導電結構

22’‧‧‧導電銲墊

30‧‧‧發光二極體

40‧‧‧封裝體

50‧‧‧螢光膠層

d‧‧‧線寬

θ₁ 、θ₂ ‧‧‧角度

圖1為本發明第一實施例之發光二極體封裝結構之立體示意圖；圖2為本發明第一實施例之一體成型之反射基座之一實施態樣之部分立體示意圖；圖2A為本發明第一實施例之一體成型之反射基座之另一實施態樣之部分立體示意圖；圖3為圖2之A部分之局部放大圖；圖4為本發明第一實施例之發光二極體封裝結構之一實施態樣之光型圖；圖5為本發明第一實施例之發光二極體封裝結構之另一實施態樣之光型圖；圖6為本發明第二實施例之發光二極體封裝結構之一視角之部分立體示意圖；以及圖7為本發明第二實施例之發光二極體封裝結構之另一視角之立體示意圖。

1‧‧‧發光二極體封裝結構

10‧‧‧一體成型之反射基座

11‧‧‧底壁

111‧‧‧模穴

112‧‧‧微結構

12‧‧‧側壁

121‧‧‧反射面

20‧‧‧電導通件

30‧‧‧發光二極體

40‧‧‧封裝體

50‧‧‧螢光膠層

Claims (6)

1. 一種發光二極體封裝結構，包括：一體成型之反射基座，其包含有一底壁及一具有一反射面的側壁，其中該底壁上形成有一模穴及複數環繞於該模穴的微結構，其中該些微結構為複數齒形同心環結構；至少一電導通件，其設置於該一體成型之反射基座上；至少一發光二極體，其設置於該模穴內且電連接於該電導通件，用於投射出一光線；以及一封裝體，其設置於該一體成型之反射基座上且覆蓋該發光二極體；其中，該發光二極體所投射出之特定角度之光線穿透該封裝體，而其他角度之光線經該封裝體及該反射面反射，並通過該些微結構導引成為特定角度之光線而穿透該封裝體。
2. 如申請專利範圍第1項之發光二極體封裝結構，其中每一齒形同心環結構的線寬係介於2至5微米之間，且每一齒形同心環結構在水平方向上具有一傾斜度。
3. 如申請專利範圍第1項之發光二極體封裝結構，其中該反射面與水平面夾有第一角度，該第一角度介於35度至85度之間，該模穴之壁面與水平面夾有第二角度，該第二角度介於35度至90度之間。
4. 如申請專利範圍第1項之發光二極體封裝結構，更包括一螢光膠層，其設置於該一體成型之反射基座之模穴內並覆蓋該發光二極體。
5. 如申請專利範圍第1項之發光二極體封裝結構，其中該一體成型之反射基座為低介電材料所製成，該電導通件為一軟性印刷電路板，該軟性印刷電路板由該模穴經該底壁及該側壁之反射面延伸至外部。
6. 如申請專利範圍第1項之發光二極體封裝結構，其中該一體成型之反射基座為高介電材料所製成，該一體成型之反射基座具有複數相對於該模穴的貫孔，該電導通件包括複數導電銲墊及複數導電結構，該些導電銲墊嵌固於該底壁上，該些導電結構通過該些貫孔固設於該一體成型之反射基座上，用於電性連接該發光二極體及該些導電銲墊。