TWI537648B - 發光元件封裝結構 - Google Patents

Description

發光元件封裝結構

本發明是有關於一種發光二極體封裝結構，尤指應用於液晶顯示器中之發光二極體封裝結構。

隨著液晶顯示器技術之進步，輕量化及薄型化已成為市場之趨勢，液晶顯示器之背光模組發光源亦逐漸由發光二極體(LED,Light Emitting Diode)取代傳統冷陰極管，本發明即是有關於一種發光二極體封裝結構。

請參照圖1，係習知技術側邊入光式背光模組中之發光二極體及光導引裝置之上視示意圖，其中複數個發光二極體110係焊接於燈條(Light Bar)101之上，發光二極體所發出之光源係透過光導引裝置120傳導至光導引裝置之各角落使光均勻化；但因發光二極體本身為點狀光源，導致其出光側A之光源尚未經過光導引裝置均勻化而產生熱點(Hot Spot)或暗區等問題，而傳統上為解決此問題之方法之一為將光導引裝置在局部區域設計圖形120A等微結構作光補償，然仍無法完全解決問題且增加光導引裝置之製作成本。

且近期因發光二極體發光效率之提升，以致於達到液晶顯示器模組亮度規格所需之發光二極體數量減少，因此發光二極體之間距P1變大，反而導致熱點問題更嚴重。但若為了解決熱點問題而使用較多的發光二極體110以及微結構120A來讓間距P2變小，如圖2 之習知技術側邊入光式背光模組中之發光二極體及導光板之上視示意圖所示，卻又造成成本上升、耗費能源之副作用。

因發光二極體背光模組是由至少一顆發光二極體作為光源，相較於傳統條狀式的冷陰極管光源，發光二極體為點狀光源。如圖3所示，其為光學模擬習知發光二極體所發光之光形圖，其中光形曲線410代表光源散發出來之角度與強度分布，以出光0度角作為光強度100%時的比例標準，可看出曲線410到達光強度50%時的半輝度角θ約為60度角，在此條件下，模擬類似圖2所示之背光模組產生之熱點現象，如圖4表示，可明顯看出各顆發光二極體封裝主體所對應之點光源產生之熱點H01~H0N，亦即為本發明所欲解決之問題。

為解決上述問題，本發明之目的為提供一種發光元件之封裝主體，該封裝主體包含複數個封裝結構與複數個發光元件，每一封裝結構皆具有一腔體，該腔體至少由一第一側壁、一第二側壁及一底部所形成，其中該第一側壁之高度大於該第二側壁，且該等封裝主體係以該第二側壁相鄰排列；而複數個發光元件係設置於該等腔體之內。

120、220、1120‧‧‧光導引裝置

120A‧‧‧微結構

410、710‧‧‧光形曲線

500、800、1100‧‧‧發光元件封裝結構

101、201、501、801、1101‧‧‧電路板

110、510、810、1110‧‧‧發光元件封裝主體

512、812‧‧‧發光元件封裝主體腔體底部

513、813‧‧‧發光元件封裝主體腔體長邊側壁

514、814、1014‧‧‧發光元件封裝主體腔體短邊側壁

515、815‧‧‧發光二極體晶片

516、816‧‧‧發光元件填充膠體

517、817‧‧‧發光元件封裝主體中央開口處

519、819‧‧‧發光元件封裝主體腔體

1028‧‧‧發光元件封裝主體側邊柵欄

1010A、1010B‧‧‧發光元件封裝主體

1130‧‧‧液晶顯示面板

1112‧‧‧背光模組

θ、θ’‧‧‧半輝度角

H01、H02、、、H0(N-1)、H0N、H71、H72、、、H7(N-1)、H7N‧‧‧熱點

A‧‧‧點狀光源出光側

C‧‧‧入光面

D‧‧‧光導引裝置之出光面

E‧‧‧發光元件封裝主體相鄰側側壁

F‧‧‧發光元件封裝主體非相鄰側側壁

P1、P2‧‧‧間距

圖1所示為習知技術側邊入光式背光模組中之發光二極體及導光板之上視示意圖。

圖2所示為習知技術側邊入光式背光模組中之發光二極體及導光板之上視示意圖。

圖3所示為光學模擬習知發光元件封裝結構所發光之光形圖。

圖4所示為發光二極體封裝主體所對應之點光源產生之熱點模擬 圖。

圖5所示為第一實施例之一種發光元件之封裝結構側視圖。

圖6所示為第一實施例之發光元件封裝主體之放大圖。

圖7A、7B所示為第一實施例之光學模擬習知發光元件封裝結構所發光之光形圖及發光二極體封裝主體所對應之點光源產生之熱點模擬圖。

圖8所示為第二實施例之一種發光元件之封裝結構側視圖。

圖9所示為第二實施例之發光元件封裝主體之放大圖。

圖10A、B所示為兩種發光元件封裝主體放大圖。

圖11所示為第三實施例之一種顯示器結構組立示意圖。

請參照圖5，其繪示依照本發明第一實施例之一種發光元件之封裝結構500，包含一電路板501及複數個發光元件封裝主體510；如圖6所繪示之發光元件封裝主體510之放大圖，發光元件封裝主體510結構上包含有腔體519，腔體519係為內壁具有光學反射特性之結構，以反射光源至腔體519之開口處517出光(圖5中以虛線表示中央開口處517之輪廓)。腔體519被底部512、二長邊側壁513、二短邊側壁514所包圍，其中長邊側壁513與短邊側壁514相鄰且相連，形成環形側壁環繞腔體519，而發光二極體晶片515設置於底部512以提供光源，用以激發填充於凹槽內部混合於膠體516內之螢光粉以發出特定波長之光源，發光二極體晶片可選擇單顆或兩顆以上，以達到發光元件出光量之需求；本發明之目的乃為增加複數發光元件封裝結構之相鄰邊側出光角度，在本實施例中，降低短邊側壁514之高度，使短邊側壁514高度低於長邊側壁513，讓光源可朝側邊較大角度發光，但為同時維持封裝結構之結構強度，側壁有必然存在之重 要性，依照本發明實驗結果，短邊側壁降低之程度建議在長邊側壁之50%至95%之間，可依照設計之需求於此範圍調整之，以60%至80%範圍之效果尤佳。

而依照本實施例將短邊側壁514降低為長邊側壁513之60%高度時，對出光角度進行模擬之結果可見圖7A，光形曲線710到達0度角光強度50%時的半輝度角θ’約為70度角，本封裝結構之設計確可增加出光角度，並由模擬各顆發光二極體封裝主體所對應之點光源產生之熱點H71~H7N，如圖7B所示，出光角度增加之後，可減輕各點光源之間點光源與暗區之亮度差異，進而改善熱點問題。

請參照圖8，其繪示依照本發明第二實施例之一種發光元件之封裝結構800，包含一電路板801及複數個發光元件封裝主體810；如圖9所繪示之發光元件封裝主體810之放大圖，發光元件封裝主體810結構上包含有一腔體819，腔體819係為內壁具有光學反射特性之結構，以反射光源至腔體819之上方開口處817出光(圖8中以虛線表示中央開口處817之輪廓)，腔體819被底部812、二長邊側壁813、二短邊側壁814所包圍，其中長邊側壁813與短邊側壁814相鄰且相連，形成環形側壁環繞腔體819，而發光二極體晶片815設置於底部812以提供光源，用以激發填充於腔體819內部混合於膠體816內之螢光粉以發出特定波長之光源；本實施例因背光模組之功能需求，發光元件封裝主體810於封裝結構800上之配置方式係採取封裝主體長邊彼此相鄰，故為達到增加發光元件封裝結構之側出光角度之目的，則需將彼此相鄰側之長邊側壁813予以降低高度，使長邊側壁813高度低於短邊側壁814，讓光源可朝側邊較大角度發光，但為同時維持封裝結構之結構強度，側壁有必然存在之重要性，依照本發明實驗結果，長邊側壁813降低之程度建議在短邊側壁814之50%至95%之間，可依照設計之需求於此範圍調整之，以60%至80%範圍之效果 尤佳。而圖8所示之第二實施例來看，局部長邊側壁813之高度降低(圖8中長邊側壁813凹陷部分)，使局部長邊側壁81之高度小於短邊側壁814，並且保留另一局部長邊側壁813之高度與短邊側壁814之高度相同。

進一步探討降低發光元件封裝主體側壁之設計方式，依照封裝主體之材料強度、出光角度需求、製造方式等因素進行調整，亦可按圖10之兩種發光元件封裝主體放大圖據以實施；其中一重要原則乃為側壁降低結構不侷限於直線形，亦可如圖10A中發光元件封裝主體1010A採圓弧形側壁1014之設計；或於降低之側壁處作柵欄設計，如圖10B所繪示之發光元件封裝主體1010B，可藉由柵欄1028的形狀與間距來控制側邊出光強度、出光角度、或是支撐側邊膠體結構。

請參照圖11，其繪示依照本發明第三實施例之一種顯示器結構1111之組立示意圖，其包含液晶顯示面板1130與背光模組1112；背光模組1112包含發光元件之封裝結構1100與光導引裝置1120，光導引裝置1120為一平板型或楔型結構，其具有一入光面C與出光面D，發光元件所散發之光源由入光面C進入光導引裝置1120，予以均勻化擴散後由出光面D進入液晶顯示面板，提供液晶顯示面板撥放影像所需之光源；而發光元件之封裝結構1100包含一電路板1101及複數個發光元件封裝主體1110，其中發光元件封裝主體結構與前述第一實施例中之發光元件封裝主體510結構相同，在此不再贅述；該發光元件封裝主體係兩兩相鄰排列，其相鄰側之側壁E之法向量係垂直於光導引裝置之出光面D之法向量，其非相鄰側之側壁F之法向量係平行於光導引裝置之出光面D，且為增加發光元件封裝結構之側出光角度，相鄰側之側壁予以降低高度，使相鄰側之側壁高度低於(或部分低於)非相鄰側之側壁高度，讓光源可朝相鄰側較大角度發光，以達到改善熱點問題之目的。

綜上所述，本發明之發光元件封裝結構藉由上述各實施方式揭示之構造、裝置，確能達到預期之目的與功效。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

510‧‧‧發光元件封裝主體

512‧‧‧發光元件封裝主體腔體底部

513‧‧‧發光元件封裝主體腔體長邊側壁

514‧‧‧發光元件封裝主體腔體短邊側壁

515‧‧‧發光二極體晶片

516‧‧‧發光元件填充膠體

517‧‧‧發光元件封裝主體中央開口區

519‧‧‧發光元件封裝主體腔體

Claims (7)

1. 一種發光元件之封裝結構，該封裝結構包含：複數個封裝主體，每一封裝主體皆具有一腔體，該腔體至少由一第一側壁、一第二側壁及一底部所形成，該第一側壁與該第二側壁相鄰且相連，形成一環形側壁，其中局部該第二側壁之高度小於該第一側壁之高度，該第二側壁之高度為該第一側壁之高度的50%~95%，且該等封裝主體係以該第二側壁相鄰排列；複數個發光元件，設置於該等腔體之內；以及複數個填充膠體，設置於該等腔體之內，且該等填充膠體覆蓋該等發光元件，該等填充膠體分別具有一螢光粉，且該等填充膠體從該等第二側壁露出。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件之封裝主體，其中該發光元件包含至少一發光二極體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件之封裝主體，其中該第二側壁的形狀為圓弧型和柵欄之任一者。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件之封裝主體，其中另一局部該第二側壁之高度與該第一側壁之高度相同。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光元件之封裝主體，其中該第二側壁具有一開口，並且該開口之一寬度小於對應於該腔體之一寬度。
6. 一種背光模組，組裝於一顯示器中，該背光模組包含：一光導引裝置，其具有一出光面及一入光面；一封裝結構，包含複數個發光元件之封裝主體，每一封裝主體皆具有一腔體，該腔體至少由一第一側壁、一第二側壁及一底部所形成，該第一側壁與該第二側壁相鄰且相連，形成一環形側壁，其中局部該第二側壁之高度小於該第一側壁之高度，該第二側壁之高度為該第一側壁之高度的50%~95%，且該封裝主體第二側壁之法向量係垂直於光導引裝置出光面之法向量，該封裝主體之第一側壁之法向量係平行於光導引裝置出光面之法向量；複數個發光元件，設置於該等腔體之內；以及複數個填充膠體，設置於該等腔體之內，且該等填充膠體覆蓋該等發光元件，該等填充膠體分別具有一螢光粉，且該等填充膠體從該等第二側壁露出。
7. 如申請專利範圍第6項所述之背光模組，其中該發光元件，包含至少一發光二極體。