TWI524037B - 具有光學透鏡之發光二極體模組（二） - Google Patents

Description

具有光學透鏡之發光二極體模組(二)

本發明係關於一種發光二極體模組，尤指一種具有光學透鏡之發光二極體模組，該發光二極體模組具有金屬基板及前置金屬板，至少一光學透鏡射出成形於該前置金屬板上。

習知技術如德國專利DE102004062989，其專利家族為歐盟專利EP1828678、ES2342549、中國專利CN101087977、JP2008524816A、中華民國專利TWI388767、美國專利US7806562及WO2006066531，此一習知技術揭露可藉由插銷(52)將初級光學元件(5)固定於載板(2)上，為了將初級光學元件(5)在位於其底下之各發光二極體晶片(3)上方的距離，設定為正確數值，可在初級光學元件(5)與載板(2)或是裝設表面(10)之間，設置一個或更多個間隔層，而該間隔層則限制了插銷(52)於孔洞(22)內的穿透深度。初級光學元件(5)係一種複合式光學聚焦器，這種光學聚焦器(5)的一個終端係結合於鑄造凹槽(4)內，且係藉由例如加拿大膠香脂(Canada balsam)而光學地耦接於各發光二極體晶片(3)上。該光學聚焦器(5)可使由各發光二極體晶片(3)產生之光聚焦，使得光以已減小的發散度自光學聚焦器(5)上遠離各發光二極體晶片(3)的終端側(51)出射。初級光學元件(5)可與車頭燈之光學元件(二階光學 元件)搭配。

惟，此一習知技術是以插銷(52)將初級光學元件(5)固定於載板(2)上，初級光學元件(5)與發光二極體晶片(3)中間易存在間隙，當發光二極體晶片(3)所射出之光束經過該間隙時，將因該間隙內的空氣產生折射而影響光學聚焦，並增加光損耗。再者，習知技術實施於車頭燈時，需要許多光學元件(二階光學元件)搭配，例如：一至二個光學透鏡及一至二個反射鏡，因此，車燈所需要的透鏡構件數量較多，車燈所需要的焦距較長，車燈所組成的體積較大及車燈的製造成本較高，而有改良之必要。

本發明之目的在於，提供一種具有光學透鏡之發光二極體模組，包括金屬基板、前置金屬板、複數發光二極體晶片及第一光學透鏡等構成；金屬基板與前置金屬板貼合，且第一光學透鏡射出成形於前置金屬板上；金屬基板具有一電路圖案，且前置金屬板具有複數第一穿孔，複數發光二極體晶片透過複數第一穿孔各別設置於該電路圖案上；其中第一光學透鏡具有複數第一長形齒及複數第二長形齒而導引對應的發光二極體晶片50所發射的光束，各第一長形齒傾斜方向與各第二長形齒之傾斜方向相反。

本發明增益之功效(一)在於，所提供之發光二極體模組可利用第一光學透鏡直接修正其光束圖案並使光束照射至指定位置，因此，本發明實施於車燈時，可簡化車燈所需要的透 鏡構件數量，縮短車燈所需要的焦距，減少車燈所組成的體積及降低車燈的製造成本。

本發明增益之功效(二)在於，所提供之發光二極體模組直接利用第一光學透鏡，使複數發光二極體晶片發射的光束在X軸向所形成的半功率角(half-intensity directional angle)可以小於或等於60度，並且複數發光二極體晶片發射的光束在Y軸向所形成的半功率角可以小於或等於30度。

本發明增益之功效(三)在於，所提供之發光二極體模組採用無空氣間隙之封裝方式將第一光學透鏡射出成形於前置金屬板上，因此，本發明可降低光束的折射及光損耗。

本發明增益之功效(四)在於，所提供之發光二極體模組在熱壓合過程及冷卻過程中，前置金屬板與金屬基板因熱能所導致的長度變化量不致於使發光二極體模組產生彎曲(bending)，可避免損壞發光二極體模組的封裝結構。

本發明增益之功效(五)在於，所提供之發光二極體模組可利用第一光學透鏡及第二光學透鏡直接修正其光束圖案並使光束照射至指定位置，各第一長形齒及各第三長形齒具有相同之尺寸及傾斜角度，各第二長形齒及各第四長形齒具有相同之尺寸及傾斜角度，或者，各第一長形齒及各第三長形齒可具有不同之尺寸及傾斜角度，各第二長形齒及各第四長形齒可具有不同之尺寸及傾斜角度，以符合各式車燈之需求。

本發明增益之功效(六)在於，所提供之發光二極 體模組可藉由前置金屬板與金屬基板分散複數發光二極體晶片所產生之熱能，使發光二極體模組可前後散熱，前置金屬板進一步可具有鰭片，以兼具散熱及遮光效果。

本發明所採取的技術手段(一)為提供一種具有光學透鏡之發光二極體模組，包括：一金屬基板，該金屬基板具有一電路圖案；一前置金屬板，具有複數第一穿孔，且該前置金屬板貼合於該金屬基板；複數發光二極體晶片，透過複數第一穿孔各別設置於該電路圖案上；及一第一光學透鏡，射出成形於該前置金屬板上，且覆蓋複數第一穿孔，該第一光學透鏡具有X軸向之複數第一長形齒及X軸向之複數第二長形齒；其中各第一長形齒之一第一光學面與各第二長形齒之一第二光學面向內側傾斜，各第一光學面之傾斜方向與各第二光學面之傾斜方向相反。

本發明所採取的技術手段(二)為提供一種具有光學透鏡之發光二極體模組，包括：一金屬基板，該金屬基板具有一電路圖案；一前置金屬板，具有複數第一穿孔及複數第二穿孔，該前置金屬板貼合於該金屬基板；複數發光二極體晶片，透過複數第一穿孔及複數第二穿孔各別設置於該電路圖案上；一第一光學透鏡，射出成形於該前置金屬板上，且覆蓋複數第一穿孔，該第一光學透鏡具有X軸向之複數第一長形齒及X軸向之複數第二長形齒；一第二光學透鏡，射出成形於該前置金屬板上，且覆蓋複數第二穿孔，該第二光學透鏡具有X軸向之複數第三長形齒及X軸向之複數第四長形齒；其中各第一長形齒之一第一光學面與各 第二長形齒之一第二光學面向內側傾斜，各第一光學面之傾斜方向與各第二光學面之傾斜方向相反，各第三長形齒之一第三光學面與各第四長形齒之一第四光學面向內側傾斜，各第三光學面之傾斜方向與各第四光學面之傾斜方向相反。

本發明所採取的技術手段(三)為提供一種具有光學透鏡之發光二極體模組，包括：一金屬基板，該金屬基板具有一電路圖案；一前置金屬板，具有複數第一穿孔、複數第二穿孔及一第三穿孔，該前置金屬板貼合於該金屬基板；複數發光二極體晶片，透過複數第一穿孔、複數第二穿孔及該第三穿孔各別設置於該電路圖案上；一第一光學透鏡，射出成形於該前置金屬板上，且覆蓋複數第一穿孔，該第一光學透鏡具有X軸向之複數第一長形齒及X軸向之複數第二長形齒；一第二光學透鏡，射出成形於該前置金屬板上，且覆蓋複數第二穿孔，該第二光學透鏡具有X軸向之複數第三長形齒及X軸向之複數第四長形齒；一第三光學透鏡，射出成形於該前置金屬板上，且覆蓋該第三穿孔，該第三光學透鏡具有X軸向之複數第五長形齒及X軸向之複數第六長形齒；其中各第一長形齒之傾斜方向與各第二長形齒之傾斜方向相反，各第三長形齒之傾斜方向與各第四長形齒之傾斜方向相反，且各第五長形齒之傾斜方向與各第六長形齒之傾斜方向相反。

1a,1b,1c,1d,1e,1f‧‧‧發光二極體模組

10‧‧‧金屬基板

12‧‧‧電路圖案

14‧‧‧電路保護漆

15,16‧‧‧電極部

20‧‧‧第一絕緣層

30‧‧‧前置金屬板

31‧‧‧第一穿孔

32‧‧‧第二穿孔

33‧‧‧第三穿孔

34‧‧‧電鍍壁面

35‧‧‧螢光體

39‧‧‧鰭片

40‧‧‧第二絕緣層

50‧‧‧發光二極體晶片

51‧‧‧電路保護元件

52‧‧‧中心垂線

80‧‧‧第一光學透鏡

81‧‧‧第一長形齒

811‧‧‧第一光學面

82‧‧‧第二長形齒

821‧‧‧第二光學面

89‧‧‧中央稜鏡

89a‧‧‧中央曲面

90‧‧‧第二光學透鏡

91‧‧‧第三長形齒

911‧‧‧第三光學面

92‧‧‧第四長形齒

921‧‧‧第四光學面

99‧‧‧中央稜鏡

100‧‧‧第三光學透鏡

101‧‧‧第五長形齒

102‧‧‧第六長形齒

圖1係本發明較佳實施例之立體示意圖。

圖2係本發明較佳實施例之部份立體分解圖。

圖3係本發明較佳實施例之部份剖面圖。

圖4係本發明較佳實施例之光路徑示意圖。

圖5係本發明第一光學透鏡之立體示意圖。

圖6係本發明另一第一光學透鏡之立體示意圖。

圖7係本發明第二實施例之立體示意圖。

圖8係本發明第二實施例之部份立體分解圖。

圖9係本發明第二實施例之部份剖面圖。

圖10係本發明第二實施例之光路徑示意圖。

圖11係本發明第三實施例之立體示意圖。

圖12係本發明第四實施例之立體示意圖。

圖13係本發明第四實施例之部份剖面圖。

圖14係本發明第五實施例之立體示意圖。

圖15係本發明第五實施例之部份剖面圖。

圖16係本發明第六實施例之立體示意圖。

圖17係本發明第六實施例之部份剖面圖。

為能進一步瞭解本發明之特徵、技術手段以及所達成之具體功能、目的，茲列舉較具體之實施例，繼以圖式圖號詳細說明如後。

請參閱圖1至圖6所示，在較佳實施例中，本發明之發光二極體模組1a包括金屬基板10、前置金屬板30、複數發光 二極體晶片50及第一光學透鏡80等構成；金屬基板10具有一電路圖案12；前置金屬板30具有複數第一穿孔31，且前置金屬板30貼合於金屬基板10；第一光學透鏡80射出成形於前置金屬板30上，且覆蓋複數第一穿孔31，第一光學透鏡80具有X軸向之複數第一長形齒81及X軸向之複數第二長形齒82而導引對應的發光二極體晶片50所發射的光束；其中各第一長形齒81之一第一光學面811與各第二長形齒82之一第二光學面821向內側傾斜，各第一光學面811之傾斜方向與各第二光學面821之傾斜方向相反，發光二極體模組1a可利用第一光學透鏡80直接修正其光束圖案(Beam Pattern)並使光束照射至指定位置，本發明實施於車燈時，可簡化車燈所需要的透鏡構件數量，縮短車燈所需要的焦距，減少車燈所組成的體積及降低車燈的製造成本。

列舉第一光學透鏡80之實施方式如后：複數第一長形齒81及複數第二長形齒82分佈於對應的發光二極體晶片50之一中心垂線52之兩側，各發光二極體晶片50透過第一光學透鏡80在X軸向所形成的半功率角(half-intensity directional angle)可以小於或等於60度，各發光二極體晶片50透過第一光學透鏡80在Y軸向所形成的半功率角可以小於或等於30度。

列舉第一光學透鏡80之另一實施方式如后：複數第一長形齒及複數第二長形齒分佈於第一光學透鏡80之一中心垂線802之兩側，第一光學透鏡80具有X軸向之一中央稜鏡89(如圖5所示)或中央曲面89a(如圖6所示)而導引對應的發光二極體晶 片50所發射的光束；其中該中央稜鏡89具有兩對稱面，該中央曲面89a可選自非球面(Aspheric Surface)、弧形面(Cambered Surface)、拋物面(Parabolic Surface)、雙曲面(Hyperbolic Surface)或自由曲面(Free-Form Surface)。

列舉第一光學透鏡80之封裝方式如后：在需要混光之實施方式中，各第一穿孔31進一步可設有一螢光體35(例如但不限於螢光膠或螢光膠片)，各發光二極體晶片50所發射的光束透過螢光體35達成混光。為降低光束的折射及光損耗，第一光學透鏡80與各螢光體35中間採取無空氣間隙之封裝方式，各螢光體35與各發光二極體晶片50中間採取無空氣間隙之封裝方式。

列舉前置金屬板30之封裝方式如后：前置金屬板30與金屬基板10的線性熱膨脹係數(Coefficient of Linear Thermal Expansion，簡稱CLTE)為相同，前置金屬板30與金屬基板10可選自同一材質的鋁材質或銅材質，各第一穿孔31具有一電鍍壁面34。再者，前置金屬板30與金屬基板10的線性熱膨脹係數(CLTE)亦可為接近，前置金屬板與該金屬基板可選自不同材質的鋁材質或銅材質，各第一穿孔31具有一電鍍壁面34。此外，複數發光二極體晶片50所產生之熱能可分散至前置金屬板30與金屬基板10，使發光二極體模組1a可前後散熱，避免複數發光二極體晶片50所產生之熱能積蓄於第一光學透鏡80與複數發光二極體晶片50。

列舉電路圖案12之絕緣方式如后：金屬基板10與電路圖案12中間設有一第一絕緣層20，使金屬基板10與電路圖案12 達成絕緣，前置金屬板30與金屬基板10中間設有一第二絕緣層40，使前置金屬板30與電路圖案12達成絕緣，且前置金屬板30與金屬基板10達成絕緣；其中第二絕緣層40可選自熱固型之絕緣粘著材質(例如但不限於絕緣導熱膠或環氧樹脂)或非熱固型之絕緣粘著材質。當選用熱固型之第二絕緣層40時，前置金屬板30與金屬基板10在熱壓合過程及冷卻過程中因熱能所導致的長度變化量趨於一致，不致於使發光二極體模組1a產生彎曲，可避免損壞發光二極體模組1a的封裝結構。

列舉電路圖案12之電路保護方式如后：電路圖案12可具有複數電極部15,16，電路圖案12上方進一步可塗佈一電路保護漆14，且露出電路圖案12之複數電極部15,16。再者，電路圖案12上進一步可設有一電路保護元件51，且電路保護元件51可選自靜電放電保護二極體(ESD Protection Diode)或突波保護之金屬氧化物變阻器(Metal Oxide Varistor for Surge Protection)，以保護複數發光二極體晶片50及電路圖案12，可避免靜電放電或突波之毀損。

請參閱圖5至圖10所示，在第二實施例中，本發明之發光二極體模組1b與較佳實施例者大致相同，兩者之差異處僅在於：前置金屬板30複數第一穿孔31與複數第二穿孔32，複數第一穿孔31之數量大於複數第二穿孔32之數量，複數第一穿孔31與複數第二穿孔32呈兩列分佈於前置金屬板30上，且前置金屬板30貼合於金屬基板10；第一光學透鏡80射出成形於前置金屬板30 上，且覆蓋複數第一穿孔31，第一光學透鏡80具有X軸向之複數第一長形齒81及X軸向之複數第二長形齒82而導引對應的發光二極體晶片50所發射的光束；第二光學透鏡90射出成形於前置金屬板30上，且覆蓋複數第二穿孔32，第二光學透鏡90具有X軸向之複數第三長形齒91及X軸向之複數第四長形齒92而導引對應的發光二極體晶片50所發射的光束；其中各第一長形齒81之一第一光學面811與各第二長形齒82之一第二光學面821向內側傾斜，各第一光學面811之傾斜方向與各第二光學面821之傾斜方向相反，各第三長形齒91之一第三光學面911與各第四長形齒92之一第四光學面921向內側傾斜，各第三光學面911之傾斜方向與各第四光學面921之傾斜方向相反，發光二極體模組1b可利用第一光學透鏡80與第二光學透鏡90直接修正其光束圖案並使光束照射至指定位置。

列舉第一光學透鏡80之實施方式如后：複數第一長形齒81及複數第二長形齒82分佈於對應的發光二極體晶片50之一中心垂線52之兩側，複數第三長形齒91及複數第四長形齒92分佈於對應的發光二極體晶片50之一中心垂線52之兩側，第一光學透鏡80在X軸向的長度大於或等於第二光學透鏡90在X軸向的長度，各第一長形齒81及各第三長形齒91具有相同之尺寸及傾斜角度，各第二長形齒82及各第四長形齒92具有相同之尺寸及傾斜角度。再者，各第一長形齒81及各第三長形齒91可具有不同之尺寸及傾斜角度，各第二長形齒82及各第四長形齒92可具有不同之尺寸及傾斜角度。

列舉第一光學透鏡80之另一實施方式如后：複數第一長形齒及複數第二長形齒分佈於第一光學透鏡80之一中心垂線802之兩側，第一光學透鏡80具有X軸向之一中央稜鏡89(如圖9所示)或中央曲面(圖未出示)而導引對應的發光二極體晶片50所發射的光束，複數第三長形齒91及複數第四長形齒92分佈於第二光學透鏡90之一中心垂線902之兩側，第二光學透鏡90具有X軸向之一中央稜鏡99(如圖9所示)或中央曲面(圖未出示)而導引對應的發光二極體晶片50所發射的光束；其中該中央稜鏡89具有兩對稱面，該中央曲面可選自非球面、弧形面、拋物面、雙曲面或自由曲面。

請參閱圖11所示，在第三實施例中，本發明之發光二極體模組1c與第二實施例者大致相同，兩者之差異處僅在於：第二光學透鏡90與對應的複數第二穿孔32置左對齊於第一光學透鏡80與複數第一穿孔31，或者第二光學透鏡90與對應的複數第二穿孔32置右對齊於第一光學透鏡80與複數第一穿孔31。

請參閱圖12至圖13所示，在第四實施例中，本發明之發光二極體模組1d與第二實施例者大致相同，兩者之差異處僅在於：前置金屬板30進一步具有複數第二穿孔32及至少一第三穿孔33，複數第一穿孔31、複數第二穿孔32及第三穿孔33呈三列設置於前置金屬板30，複數第一穿孔31之數量大於複數第二穿孔32之數量，且前置金屬板30貼合於金屬基板10；第一光學透鏡80射出成形於前置金屬板30上，且覆蓋複數第一穿孔31，第一光 學透鏡80具有X軸向之複數第一長形齒81及X軸向之複數第二長形齒82而導引對應的發光二極體晶片50所發射的光束；第二光學透鏡90射出成形於前置金屬板30上，且覆蓋複數第二穿孔32，第二光學透鏡90具有X軸向之複數第三長形齒91及X軸向之複數第四長形齒92而導引對應的發光二極體晶片50所發射的光束；第三光學透鏡100射出成形於前置金屬板30上，且覆蓋第三穿孔33，第三光學透鏡100具有X軸向之複數第五長形齒101及X軸向之複數第六長形齒102；其中各第一長形齒81之傾斜方向與各第二長形齒82之傾斜方向相反，各第三長形齒91之傾斜方向與各第四長形齒92之傾斜方向相反，且各第五長形齒101之傾斜方向與各第六長形齒102之傾斜方向相反，發光二極體模組1d可利用第一光學透鏡80、第二光學透鏡90及第三光學透鏡100直接修正其光束圖案並使光束照射至指定位置。

列舉第一光學透鏡80、第二光學透鏡90及第三光學透鏡100之排列方式如后：第二光學透鏡90與對應的複數第二穿孔32置左對齊於第一光學透鏡80與複數第一穿孔31，第三光學透鏡100與第三穿孔33置左對齊於第二光學透鏡90與複數第二穿孔32。再者，第一光學透鏡80、第二光學透鏡90及第三光學透鏡100之另一排列方式例如：第二光學透鏡90與對應的複數第二穿孔32置右對齊於第一光學透鏡80與複數第一穿孔31，第三光學透鏡100與第三穿孔33置右對齊於第二光學透鏡90與複數第二穿孔32。

請參閱圖14至圖15所示，在第五實施例中，本 發明之發光二極體模組1e與第二實施例者大致相同，兩者之差異處僅在於：前置金屬板30至少具有一可散熱及遮光的鰭片39，複數發光二極體晶片50所產生之熱能可分散至金屬基板10及前置金屬板30之鰭片39，避免熱能集中，鰭片30可位於任一光學透鏡80,90之一側邊，以兼具遮光效果。

列舉複數發光二極體晶片50之設置方式如后：複數發光二極體晶片50可採取倒裝晶片(Flip Chip)之方式各別設置於電路圖案12上，或者，如圖16及圖17所示，在第六實施例中，發光二極體模組1i之複數發光二極體晶片50可採取固晶打線(Die bonding and Wire bonding)之方式各別設置於電路圖案12上，但本發明之實施方式不限於此。

1a‧‧‧發光二極體模組

10‧‧‧金屬基板

15,16‧‧‧電極部

20‧‧‧第一絕緣層

30‧‧‧前置金屬板

31‧‧‧第一穿孔

35‧‧‧螢光體

51‧‧‧電路保護元件

80‧‧‧第一光學透鏡

Claims (4)

1. 一種具有光學透鏡之發光二極體模組，包括：一金屬基板，該金屬基板具有一電路圖案；一前置金屬板，具有複數第一穿孔，且該前置金屬板貼合於該金屬基板；複數發光二極體晶片，透過複數第一穿孔各別設置於該電路圖案上；及一第一光學透鏡，射出成形於該前置金屬板上，且覆蓋複數第一穿孔，該第一光學透鏡具有X軸向之複數第一長形齒及X軸向之複數第二長形齒；其中各第一長形齒之一第一光學面與各第二長形齒之一第二光學面向內側傾斜，各第一光學面之傾斜方向與各第二光學面之傾斜方向相反；其中複數第一長形齒及複數第二長形齒分佈於對應的發光二極體晶片之一中心垂線之兩側，各發光二極體晶片透過該第一光學透鏡在X軸向所形成的半功率角小於或等於60度，各發光二極體晶片透過該第一光學透鏡在Y軸向所形成的半功率角小於或等於30度；其中該金屬基板與該電路圖案中間設有一第一絕緣層，該前置金屬板與該金屬基板中間設有一第二絕緣層，該第二絕緣層可選自熱固型之絕緣粘著材質或非熱固型之絕緣粘著材質。
2. 根據申請專利範圍第1項所述具有光學透鏡之發光二極體模組，其中該前置金屬板與該金屬基板可選自同一材質的鋁材質或銅材質，各第一穿孔具有一電鍍壁面及一螢光體，該第一光學透鏡與各螢光體中間無空氣間隙。
3. 根據申請專利範圍第1項所述具有光學透鏡之發光二極體模組，其中該前置金屬板與該金屬基板可選自不同材質的鋁材質或銅材質，各第一穿孔具有一電鍍壁面及一螢光體，該第一光學透鏡與各螢光體中間無空氣間隙。
4. 根據申請專利範圍第1項所述具有光學透鏡之發光二極體模組，其中該電路圖案上方可塗佈一電路保護漆，且該電路圖案上至少設有一電路保護元件，該電路保護元件可選自靜電放電保護二極體(ESD Protection Diode)或突波保護之金屬氧化物變阻器(Metal Oxide Varistor for Surge Protection)。