TWI462349B - 發光二極體及其光分配結構 - Google Patents

Description

發光二極體及其光分配結構

本發明涉及一種發光二極體，尤其涉及一種發光二極體的光分配結構。

發光二極體作為一種高效的光源，具有環保、省電、壽命長等諸多特點，已經被廣泛的運用於諸多領域，如生活照明、背光光源等。

習知的發光二極體的出光角度一般為90度至120度，且其出光角中央(出光角約為0度至30度)的光線強度較強，周圍的光線強度較弱，導致整個發光二極體的出光不均勻，從而限制了其在需要均勻照明的環境中的廣泛應用。

有鑒於此，有必要提供一種出光均勻的發光二極體光源及其光分配結構。

一種發光二極體的光分配結構，包括一透鏡、一反射層及一粗糙化膜片，該粗糙化膜片與該透鏡均由透明材料製成，該反射層包括一貼合面及與該貼合面相對的一反射面，該反射面為一光滑的弧形凹面，該粗糙化膜片包括一結合面及與該結合面相對的一粗糙面，該結合面為一弧形的凸面，該結合面與該反射層的反射面無間貼合，該粗糙面上形成有粗糙結構，該粗糙結構的粗糙程度 自該粗糙化膜片的中部向邊緣逐漸減小，該透鏡包括一入光面及與該入光面相對的一出光面，該入光面與該粗糙化膜片的粗糙面結合。

一種發光二極體，包括一基座、設於該基座上的兩電極、與該兩電極電連接的一發光晶片，以及一光分配結構，該光分配結構包括一透鏡、一反射層及一粗糙化膜片，該粗糙化膜片與該透鏡均由透明材料製成，該反射層包括一貼合面及與該貼合面相對的一反射面，該反射面為一光滑的弧形凹面，該粗糙化膜片包括一結合面及與該結合面相對的一粗糙面，該結合面為一弧形的凸面，該結合面與該反射層的反射面無間貼合，該粗糙面上形成有粗糙結構，該粗糙結構的粗糙程度自該粗糙化膜片的中部向邊緣逐漸減小，該透鏡包括一入光面及與該入光面相對的一出光面，該入光面與該粗糙化膜片的粗糙面結合，該反射層的貼合面貼合於該基座上且至少與其中一電極絕緣，該發光晶片位於該反射層的中部。

使用上述光分配結構的發光二極體在工作時，其粗糙化膜片上的粗糙結構可使透鏡中的光線發生漫反射，由於該粗糙化膜片上的粗糙結構的粗糙程度自該粗糙化膜片的中部向邊緣逐漸減小，故，在該粗糙化膜片與反射層共同作用下，使射向透鏡中部的光線更分散，從而使該發光二極體的出光強度更加均勻。

10‧‧‧基座

11‧‧‧第一表面

12‧‧‧第二表面

20‧‧‧電極

30‧‧‧發光晶片

40‧‧‧光分配結構

41‧‧‧反射層

42‧‧‧粗糙化膜片

43‧‧‧透鏡

100‧‧‧發光二極體

410‧‧‧通孔

411‧‧‧貼合面

412‧‧‧反射面

420‧‧‧收容孔

421‧‧‧結合面

422‧‧‧粗糙面

423‧‧‧粗糙結構

431‧‧‧入光面

432‧‧‧出光面

433‧‧‧光室

4201‧‧‧內壁

4230‧‧‧凹陷

4310‧‧‧凹坑

4320‧‧‧凸起

4331‧‧‧側壁

4332‧‧‧頂壁

圖1為本發明一較佳實施例中的發光二極體的組裝結構示意圖。

圖2為圖1所示發光二極體的分解結構示意圖。

圖3為圖2中的粗糙化膜片的俯視圖。

以下將結合附圖對本發明作進一步之詳細說明。

請參閱圖1，所示為本發明一較佳實施例中的發光二極體100，該發光二極體100包括一基座10、設於該基座10上的兩電極20、與該兩電極20電連接的一發光晶片30及設於該發光晶片30上的一光分配結構40。

請參照圖2，該基座10為絕緣基座，其由塑膠或其他適合的材料所製成，如矽(Si)、砷化鎵(GaAs)、氧化鋅(ZnO)及磷化銦(InP)等。該基座10呈平板狀，包括相對設置的一第一表面11及一第二表面12。該兩電極20相互分離且每一電極20自該基座10的第一表面11延伸至該第二表面12。

該發光晶片30的材料可根據實際發光需求進行選擇，比如發紅光的GaAsP，發黃光的InGaAlP，發藍光的GaN，發綠光的GaP等。該發光晶片30位於該基座10的第一表面11所在的一側，且固設於其中一電極20上，該發光晶片30的兩個電觸點藉由打線的方式分別與該兩電極20電連接。在其他實施例中，該發光晶片30亦可以晶片倒裝的形式與該兩電極20形成電性連接。

該光分配結構40包括自該基座10依次向上疊置的一反射層41、一粗糙化膜片42及一透鏡43。該反射層41為一金屬片體，其大小與該基座10相當，且厚度自其中部向外緣逐漸增大。該反射層41的中部貫穿設有一通孔410。該反射層41包括一貼合面411及與該貼合面411相對的一反射面412。該貼合面411呈平面狀，用以貼合 該基座10。該反射層41與該兩電極20絕緣，或者至少與其中一電極20絕緣。該反射面412為一光滑的弧形凹面，其藉由衝壓或拋光工藝形成。該發光晶片30藉由該通孔410外漏，該反射面412圍繞於該發光晶片30的周圍，用以反射該發光晶片30產生的光線。在其他的實施例中，該反射層41亦可以由玻璃或耐高溫的塑膠製成，其反射面412可以藉由一次脫模形成。

請參照圖3，該粗糙化膜片42為一透明片體，其由耐高溫的透明材料製成，如玻璃、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯酸酯(PEA)等。該粗糙化膜片42的厚度自中部向邊緣逐漸減小，且中部貫穿設有一收容孔420。該粗糙化膜片42包括一結合面421及與該結合面421相對的一粗糙面422。該結合面421為一弧形的凸面，形狀與該反射層41的反射面412匹配。該結合面421與該反射層41的反射面412無間貼合。該粗糙面422上形成有粗糙結構423，所述粗糙結構423採用蝕刻或者印刷的方式形成，該粗糙結構423的粗糙程度自該粗糙化膜片42的中部向邊緣逐漸減小。該收容孔420圍繞於該發光晶片30周圍。

本實施例中，該粗糙結構423為多個自該粗糙面突起的複數錐狀的凸起4230，所述凸起4230圍繞該收容孔420排布，所述凸起4230的高度及跨度自該粗糙化膜片42的中部向邊緣逐漸減小。在其他的實施例中，該粗糙結構423亦可以為深度及跨度自該粗糙化膜片42的中部向邊緣逐漸減小的凹槽，或者其他形狀的凸起或凹槽，如半球形，梯台形等。

該透鏡43由透明材料製成，如透明塑膠或玻璃等。本實施例中，該透鏡43由透明環氧樹脂等藉由注射成型的工藝成型於該粗糙化 膜片42的粗糙面422上。該透鏡43大致呈圓餅形，其具有一蝠翼狀的縱截面。該透鏡43包括一入光面431及與該入光面431相對的一出光面432。該入光面431與該粗糙化膜片42的粗糙面422結合，該粗糙化膜片42的粗糙面422上的凸起4230伸入該透鏡43的入光面431，使該入光面431上形成與所述凸起4230對應的凹坑4310。該入光面431的中部凹設一光室433，該光室433與該粗糙化膜片42上的收容孔420連通，且該光室433的內徑與該粗糙化膜片42上的收容孔420的內徑相同，該光室433具有一圓形側壁4331及一拱形的頂壁4332，從而使該光室433具有一倒U形的縱截面，該側壁4331及頂壁4332均為光滑的反光面。該光室433位於該發光晶片30的正上方。該出光面432為一向外凸起的曲面，該出光面432的中部設有一漏斗狀的凹陷4320，從而使該透鏡43的中部為一凹透鏡的結構，而邊緣呈一凸透鏡的結構，該出光面432的邊緣部分正對所述粗糙化膜片42的粗糙面422，該出光面432的凹陷4320正對該入光面431上的光室433。

該發光二極體100工作時，該發光晶片30發出的光線，一部分直接進入該透鏡43內，另一部分藉由該粗糙化膜片42的內壁4201進入該粗糙化膜片42中，進而被該粗糙化膜片42的結合面421處的反射層41的反射面412反射進入該透鏡43內。進入該透鏡43中的光線一部分直接藉由該透鏡43的出光面432射出，另一部分被該出光面432反射至該粗糙化膜片42的粗糙面422上，被反射至該粗糙面422上的光線一部分被該粗糙面422上的粗糙結構423漫反射再次進入該透鏡43中，另一部分則進入該粗糙化膜片42中，再次被該反射層41的反射面412反射至該透鏡43中。如此，經過多次往復，該粗糙化膜片42的粗糙面422上粗糙結構423將光線進行多 次分配，從而使該透鏡43的出光面432可射出相對均勻的光線。

其次，由於該發光晶片30為一點光源且位於該透鏡43的中部，故，該發光晶片30射向該透鏡43的中部的光線更多，本發明中，該粗糙化膜片42的粗糙結構423的粗糙程度自該粗糙化膜片42中部向邊緣逐漸變小，越係粗糙的結構越係可以將光線充分的漫反射，故，該粗糙化膜片42中部的粗糙結構423可以使該透鏡43中部射出的光線更分散，從而有利於使透鏡43射出的光線更均勻。同時，該反射層41的反射面412為一弧形凹面，可以將射至該反射面412的光線反射至該反射層41的中部上方，而粗糙程度相對較大的粗糙結構423位於該反射層41的反射面412的中部上方，可以更多的光線進行漫反射。

再次，該透鏡43的入光面431的中部設置的光室433，使發光晶片30與透鏡43間隔開，不僅可以避免發光晶片30發出的熱量破壞透鏡43，同時該光室433的側壁4331及頂壁4332可以將發光晶片30發出的一部光線反射分配至該粗糙化膜片42中，進而減少自該透鏡43的中部射出的光線，從而有利於使透鏡43射出的光線更均勻。

另外，本發明中的透鏡43的出光面432的中部設有一漏斗狀的凹陷4320，使該透鏡43的中部為一凹透鏡的結構，而邊緣呈一凸透鏡的結構，該凹透鏡的結構有利於光線的發散，而凸透鏡的結構有利於光線的聚集，這種結構同樣有利於使透鏡43的出光面432射出的光線趨於均勻。

另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，該等依據本發明精神所做之變化，都應包含在本發明所要求保護 之範圍之內。

10‧‧‧基座

11‧‧‧第一表面

12‧‧‧第二表面

20‧‧‧電極

30‧‧‧發光晶片

40‧‧‧光分配結構

41‧‧‧反射層

42‧‧‧粗糙化膜片

43‧‧‧透鏡

410‧‧‧通孔

411‧‧‧貼合面

412‧‧‧反射面

420‧‧‧收容孔

421‧‧‧結合面

422‧‧‧粗糙面

423‧‧‧粗糙結構

431‧‧‧入光面

432‧‧‧出光面

433‧‧‧光室

4201‧‧‧內壁

4230‧‧‧凹陷

4310‧‧‧凹坑

4320‧‧‧凸起

4331‧‧‧側壁

4332‧‧‧頂壁

Claims (10)

1. 一種發光二極體的光分配結構，包括一透鏡，其改良在於：還包括一反射層及一粗糙化膜片，該粗糙化膜片與該透鏡均由透明材料製成，該反射層包括一貼合面及與該貼合面相對的一反射面，該反射面為一光滑的弧形凹面，該粗糙化膜片包括一結合面及與該結合面相對的一粗糙面，該結合面為一弧形的凸面，該結合面與該反射層的反射面無間貼合，該粗糙面上形成有粗糙結構，該粗糙結構的粗糙程度自該粗糙化膜片的中部向邊緣逐漸減小，該透鏡包括一入光面及與該入光面相對的一出光面，該入光面與該粗糙化膜片的粗糙面結合，該透鏡的入光面正對發光二極體的發光晶片的中部為光滑的反光面，以將發光晶片中部發出的光線反射至該粗糙化膜片的粗糙面。
2. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的光分配結構，其中該反射層的厚度自中部向外緣逐漸增大，該反射層的中部貫穿設有一通孔。
3. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的光分配結構，其中該粗糙化膜片的厚度自中部向邊緣逐漸減小，且中部貫穿設有一收容孔。
4. 如申請專利範圍第3項所述的發光二極體的光分配結構，其中該入光面的中部凹設一光室，該光室與該粗糙化膜片上的收容孔連通，該光室具有一倒U形的縱截面，該光室具有一圓形側壁及一拱形的頂壁，該側壁及頂壁均為光滑的反光面。
5. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的光分配結構，其中該粗糙結構為自該粗糙面突起的複數的凸起，該凸起的高度及跨度自該粗糙化膜片的中部向邊緣逐漸減小。
6. 如申請專利範圍第5項所述的發光二極體的光分配結構，其中該凸起為錐 形、半球形及梯台形中的任意一種。
7. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的光分配結構，其中該粗糙結構為形成於該粗糙面上的複數的凹槽，該凹槽深度及跨度自該粗糙化膜片的中部向邊緣逐漸減小。
8. 如申請專利範圍第7項所述的發光二極體的光分配結構，其中該凹槽為錐形、半球形及梯台形中的任意一種。
9. 如申請專利範圍第1項所述的發光二極體的光分配結構，其中該透鏡具有一蝠翼狀的縱截面，該出光面為一向外凸起的曲面，該出光面的中部設有一漏斗狀的凹陷。
10. 一種發光二極體，包括一基座、設於該基座上的兩電極及與該兩電極電連接的一發光晶片，基改良在於：還包括一如申請專利範圍第1至9項中任意一項所述的光分配結構，該反射層的貼合面貼合於該基座上且至少與其中一電極絕緣，該發光晶片位於該反射層的中部。