TWI650884B

TWI650884B - 發光二極體封裝結構

Info

Publication number: TWI650884B
Application number: TW105117193A
Authority: TW
Inventors: 邱國銘; 張育譽; 彭瀚興; 李恆毅; 顏世強
Original assignee: 光寶光電（常州）有限公司; 光寶科技股份有限公司
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2019-02-11
Also published as: TW201743475A

Abstract

一種發光二極體封裝結構，其透鏡包括大致呈方形的底層、一體相連於底層的第一導光區塊、及自第一導光區塊漸縮地延伸所形成的第二導光區塊。第二導光區塊具有遠離第一導光區塊的一頂點，透鏡的表面具有相連於頂點的四個側曲面及四個邊界曲面，四個所述邊界曲面朝底層正投影而形成有坐落於底層的兩條對角線上的四個第一投影區域，任兩個邊界曲面間設置有一個所述側曲面。每個邊界曲面具有第一曲率半徑(R₁)，每個第二導光區塊上的側曲面部位具有第二曲率半徑(R₂)，並且R₁/R₂=M√2，M=0.8~1.2。藉此，提供一種有別於以往構造的發光二極體封裝結構。

Description

發光二極體封裝結構

本發明涉及一種發光二極體，還涉及一種發光二極體封裝結構。

現有發光二極體封裝結構的透鏡所具備的外曲面大都是建構在相同的曲率中心，例如：半球狀透鏡、周邊被削除的半球狀透鏡、或是橢圓狀透鏡。然而，現有發光二極體封裝結構的透鏡已被侷限在上述既定的外型上，使得現有的發光二極體封裝結構難以通過透鏡的構造設計在有效固晶區下提升取光效率。

於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明實施例在於提供一種發光二極體封裝結構，能有效地改善現有發光二極體封裝結構的問題。

本發明實施例公開一種發光二極體封裝結構，包括：一基板，大致呈方形並具有位於相反兩側的一第一表面與一第二表面，所述第一表面具有四個邊長、四個角、及兩條對角線；一金屬層，設置於所述基板的所述第一表面上；至少一發光二極體晶片，安裝於所述金屬層上；以及一透鏡，設置於所述基板的所述第一表面上，並且所述金屬層及至少一所述發光二極體晶片埋置於所述透鏡內；其中，所述透鏡包含：一底層，位於所述基板的所述第一表面上；一第一導光區塊，一體相連於所述底層；及一第二導光區塊，自所述第一導光區塊朝遠離所述基板的方向漸縮地延伸所形成，並且所述第二導光區塊形成有遠離所述第一導光區塊的一頂點；其中，所述透鏡的表面具有相連於所述頂點的四個側曲面及四個邊界曲面，四個所述邊界曲面朝所述第一表面正投影而形成有四個第一投影區域，四個所述第一投影區域坐落於所述第一表面的所述兩條對角線上，並且任兩個所述邊界曲面間設置有一個所述側曲面；其中，每個所述邊界曲面具有一第一曲率半徑並定義為R₁，每個所述第二導光區塊上的所述側曲面部位具有一第二曲率半徑並定義為R₂，並且R₁/R₂=M√2，M=0.8~1.2。

綜上所述，本發明實施例所公開的發光二極體封裝結構，通過在透鏡表面形成具備不同曲率半徑的邊界曲面R₁及第二導光區塊上的側曲面R₂，並且上述邊界曲面與第二導光區塊上的側曲面的曲率半徑符合特定關係式(R₁/R₂=M√2，M=0.8~1.2)，藉以有效地提升發光二極體封裝結構的有效固晶區域及取光效率。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。

100‧‧‧發光二極體封裝結構

1‧‧‧基板

11‧‧‧第一表面

111‧‧‧邊長

112‧‧‧角

113‧‧‧對角線

12‧‧‧第二表面

2‧‧‧金屬層

21‧‧‧散熱墊

22‧‧‧正電極墊

23‧‧‧負電極墊

3‧‧‧焊墊層

31‧‧‧散熱焊墊

32‧‧‧正電極焊墊

33‧‧‧負電極焊墊

4‧‧‧導電柱

5‧‧‧發光二極體晶片

6、6a、6b‧‧‧透鏡

61‧‧‧底層

62‧‧‧第一導光區塊

621‧‧‧預設邊界

622‧‧‧底邊界曲面

623‧‧‧曲率中心

63‧‧‧第二導光區塊

64‧‧‧頂點

65‧‧‧邊界曲面

66‧‧‧側曲面

65’‧‧‧第一投影區域

66’‧‧‧第二投影區域

661’‧‧‧圓弧邊界

C‧‧‧中心軸

R₁‧‧‧第一曲率半徑

R₂‧‧‧第二曲率半徑

R₃‧‧‧曲率半徑

X‧‧‧最短距離

Y‧‧‧最短距離

Z‧‧‧最短距離

H₁‧‧‧高度

H₂‧‧‧距離

W‧‧‧長度

圖1為本發明發光二極體封裝結構第一實施例的立體示意圖。

圖2為圖1另一視角的立體示意圖。

圖3為圖1的分解示意圖。

圖4A為圖1的透鏡的第一導光區塊與第二導光區塊正投影於基板第一表面(或透鏡底層)的示意圖。

圖4B為圖1的上視示意圖，示意第一導光區塊的底邊界曲面及其曲率半徑R3。

圖5為圖1的邊長視角的側視圖。

圖6為圖1的對角線視角的側視圖。

圖7為本發明發光二極體封裝結構第二實施例的立體示意圖。

圖8為圖7另一視角的立體示意圖。

圖9為圖7的分解示意圖。

圖10A為圖7的透鏡正投影於基板第一表面的示意圖。

圖10B為圖7的邊長視角的側視圖。

圖10C為圖7的對角線視角的側視圖。

圖11為本發明發光二極體封裝結構第三實施例的立體示意圖。

圖12為圖11另一視角的立體示意圖。

圖13為圖11的分解示意圖。

圖14A為圖11的透鏡正投影於基板第一表面的示意圖。

圖14B為圖11的對角線視角的側視圖。

圖14C為圖11的對角線視角的側視圖。

請參閱圖1至圖14，為本發明的實施例，需先說明的是，本實施例對應附圖所提及的相關數量與外型，僅用來具體地說明本發明的實施方式，以便於了解本發明的內容，而非用來侷限本發明的保護範圍。

如圖1至圖3，本實施例公開一種發光二極體封裝結構100，尤指適用於晶片級封裝(CSP)的發光二極體封裝結構100，但不以此為限。所述發光二極體封裝結構100包括有大致呈方形的一基板1、設置於所述基板1相反兩側的一金屬層2與一焊墊層3、埋置於所述基板1內的多個導電柱4、位於所述金屬層2上的至少一發光二極體晶片5、及一透鏡6。

所述基板1具有位於相反兩側的一第一表面11與一第二表面12，並且所述第一表面11具有四個邊長111、四個角112、及兩條對角線113。

所述金屬層2位於基板1的第一表面11上，並且上述金屬層13具有大致位於第一表面11中央處的一散熱墊21以及分別位於散熱墊21兩側的一正電極墊22與一負電極墊23。

所述焊墊層3設置於基板1的第二表面12，並且焊墊層3具有大致位於第二表面12中央處的一散熱焊墊31以及分別位於散熱焊墊31兩側的正電極焊墊32和負電極焊墊33。上述散熱焊墊31位在散熱墊21的下方，而該正電極焊墊32和負電極焊墊33則分別位在上述正電極墊22與負電極墊23的下方。再者，多個所述導電柱4的一端分別連接於上述散熱墊21、正電極墊22、與負電極墊23，並且多個所述導電柱4的另一端分別連接於上述散熱焊墊31與該正電極焊墊32和負電極焊墊33。

所述發光二極體晶片5安裝於金屬層2的散熱墊21上，並且發光二極體晶片5的兩個電極墊(圖中未標示)以打線方式分別電性連接於金屬層2的正電極墊22與負電極墊23，但不以此為限。在另一未繪示的實施例中，所述金屬層2可省略散熱墊21，所述發光二極體晶片5直接設置於基板1的第一表面11，而正電極墊22與負電極墊23分別設置於發光二極體晶片5的兩側，並且發光二極體晶片5的兩個電極墊透過打線方式分別電性連接於所述正電極墊22與負電極墊23。

請參閱圖3至圖6，所述透鏡6設置於基板1的第一表面11上，並且所述金屬層2及發光二極體晶片5埋置於透鏡6內。所述透鏡6定義有一中心軸C，並且所述透鏡6對稱於中心軸C。其中，所述透鏡6於本實施例中為一體成型的構造並包括有一底層61、一體相連於所述底層61的一第一導光區塊62、及自所述第一導光區塊62朝遠離所述底層61(或基板1)的方向漸縮地延伸所形成的一第二導光區塊63。

所述底層61大致呈方形並且位於所述基板1的第一表面11上，所述底層61的四個側緣分別切齊於所述基板1的四個側緣。所述第二導光區塊63形成有遠離所述第一導光區塊62的一頂點 64，而所述頂點64位於中心軸C上，所述第一導光區塊62對應於中心軸C的高度小於所述第二導光區塊63對應於中心軸C的高度。需說明的是，由於所述底層61的四個側緣分別切齊於所述基板1的四個側緣，所以下述有關透鏡6朝第一表面11正投影的技術特徵也可以理解為透鏡6朝底層61正投影。

進一步地說，所述透鏡6的表面具有相連於頂點64的四個側曲面66及四個邊界曲面65。其中，四個所述邊界曲面65朝所述第一表面11正投影而形成有四個第一投影區域65’，四個所述第一投影區域65’坐落於所述第一表面11的兩條對角線113上，並且任兩個所述邊界曲面65間設置有一個所述側曲面66。

每個所述邊界曲面65具有一第一曲率半徑R₁，所述第一曲率半徑R₁大致為任一所述第一投影區域65’對應於所述對角線113的長度。所述第一曲率半徑R₁為第一導光區塊62與第二導光區塊63的高度總和(如：R₁=H₁+R₂)。於本實施例中，每個所述邊界曲面65的曲率中心位在所述中心軸C上。

每個第二導光區塊63上的所述側曲面66部位具有一第二曲率半徑R₂，也就是說，所述第二曲率半徑R₂為每個第二導光區塊63上的所述側曲面66部位對應於所述中心軸C的高度。於本實施例中，每個所述第二導光區塊63的側曲面66的曲率中心位在所述中心軸C上，所述第二曲率半徑R2為所述第二導光區塊63的高度，所以第一導光區塊62的高度H₁為第一曲率半徑R₁減去第二曲率半徑R₂所得到的差值(如：H₁=R₁-R₂)。

再者，所述第二導光區塊63上的四個所述側曲面66朝所述第一表面11正投影而形成有四個第二投影區域66’，任一所述第二投影區域66’具有遠離所述中心軸C的一圓弧邊界661’，任一所述圓弧邊界661’與相鄰所述邊長111的最短距離以及所述第二曲率半徑R₂的總和等於所述邊長111的一半長度(如：Y+R₂=W/2)。

每個所述第一導光區塊62的所述側曲面66具有相連於所述底層61的一底邊界曲面622，每個所述底邊界曲面622呈圓弧狀，並且任一所述底邊界曲面622的曲率半徑R₃大於任一邊長111。任一所述底邊界曲面622的曲率中心623位在相鄰所述邊長111的中垂線上，四個所述底邊界曲面622的曲率中心623與所述中心軸C的距離皆相等，如圖4B所示。

每個所述邊界曲面65的曲率半徑自所述邊界曲面65的中央朝相反兩側遞減，並且每個所述邊界曲面65的曲率半徑最大值為所述第一曲率半徑R₁；每個所述側曲面66的曲率半徑自所述側曲面66的中央朝相反兩側遞增，並且每個第二導光區塊63的所述側曲面66的曲率半徑最小值為所述第二曲率半徑R₂。再者，所述第一曲率半徑R₁與第二曲率半徑R₂符合下列的第一關係式：R₁/R₂=M√2，M=0.8~1.2。

更詳細地說，所述第一導光區塊62的外表面具有一預設邊界621，並且所述預設邊界621朝所述第一表面11正投影所形成的位置，其與相鄰所述邊長111的最短距離(Z)大致介於0.05公厘~0.1公厘之間，較佳為0.075公厘，任一所述邊長111的長度定義為W，所述第二曲率半徑R₂符合下列第二關係式：

其中，當Z為0.075公厘時，則第二關係式如下所示：

更詳細地說，有關上述第二關係式的推導過程大致說明如下：任一所述第一投影區域65’與相鄰所述角112的最短距離定義為X，任一所述第二投影區域66’的圓弧邊界661’與相鄰所述邊長 111的最短距離定義為Y，所述第一導光區塊62的高度定義為H₁，所述預設邊界621與底層61的距離為H₂。由圖4A和圖6皆可得出：(R₁+X)/W=0.5√2、(R₂+Y)/W=0.5，由圖5可得出：R₁=R₂+H₁。因此，依據圖4A至圖6可列出各參數間的條件式如下： W-2Y=2R ₂ W 2R ₂ W>2R ₁ H ₁=R ₁-R ₂ XH₂Y

接著，依據上述條件式進行下列推導。其中，R₂取正根解，即可得出所述第二關係式。

(W-2R ₂)²=1.17157R ₂ Z W ²-4R ₂ W+4R ₂ ²=1.17157R ₂ Z 4R ₂ ²-R ₂(4W+1.17157Z)+W ²=0

藉此，當上述邊界曲面65與第二導光區塊63的側曲面66的曲率半徑(R₁、R₂)符合上述第一關係式(R₁/R₂=M√2，M=0.8~1.2) 時，發光二極體封裝結構100的有效固晶區域及取光效率能夠被有效地提升。當所述邊界曲面65與第二導光區塊63的側曲面66的曲率半徑(R₁、R₂)也符合上述第二關係式時，發光二極體封裝結構100的有效固晶區域及取光效率更是能達到較佳的效果。

此外，所述透鏡6的第一曲率半徑R1與第二曲率半徑R₂在符合本實施例所揭露的第一關係式(R₁/R₂=M√2，M=0.8~1.2)的前提下，透鏡6的構造也可以依據設計者的需求而加以調整。舉例來說，本發明的其他實施例另公開圖7至圖10C所示的透鏡6a構造及圖11至圖14C所示的透鏡6b構造。

[本發明實施例的技術功效]

綜上所述，本發明實施例所公開的發光二極體封裝結構及其透鏡，通過在透鏡表面形成具備不同曲率半徑的邊界曲面R₁、第二導光區塊上的側曲面R₂及相連於底層且位於第一導光區塊的底邊界曲面R₃，並且上述邊界曲面與第二導光區塊上側曲面的曲率半徑符合上述第一關係式(R₁/R₂=M√2，M=0.8~1.2)，藉以有效地提升發光二極體封裝結構的有效固晶區域及取光效率。

再者，當所述邊界曲面與側曲面的曲率半徑符合上述第二關係式時，發光二極體封裝結構的有效固晶區域及取光效率更是能達到較佳的效果。

以上所述僅為本發明的優選可行實施例，並非用來侷限本發明的保護範圍，凡依本發明申請專利範圍所做的同等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。

Claims

一種發光二極體封裝結構，包括：一基板，大致呈方形並具有位於相反兩側的一第一表面與一第二表面，所述第一表面具有四個邊長、四個角、及兩條對角線；一金屬層，設置於所述基板的所述第一表面上；至少一發光二極體晶片，安裝於所述金屬層上；以及一透鏡，設置於所述基板的所述第一表面上，並且所述金屬層及至少一所述發光二極體晶片埋置於所述透鏡內；其中，所述透鏡包含：一底層，位於所述基板的所述第一表面上；一第一導光區塊，一體相連於所述底層；及一第二導光區塊，自所述第一導光區塊朝遠離所述基板的方向漸縮地延伸所形成，並且所述第二導光區塊形成有遠離所述第一導光區塊的一頂點；其中，所述透鏡的表面具有相連於所述頂點的四個側曲面及四個邊界曲面，四個所述邊界曲面朝所述第一表面正投影而形成有四個第一投影區域，四個所述第一投影區域坐落於所述第一表面的所述兩條對角線上，並且任兩個所述邊界曲面間設置有一個所述側曲面；其中，每個所述邊界曲面具有一第一曲率半徑並定義為R₁，每個所述第二導光區塊上的所述側曲面部位具有一第二曲率半徑並定義為R₂，並且R₁/R₂=M√2，M=0.8~1.2。
如請求項1所述的發光二極體封裝結構，其中，所述透鏡定義有一中心軸，並且所述透鏡對稱於所述中心軸，而所述頂點位於所述中心軸上，所述第一導光區塊對應於所述中心軸的高度小於所述第二導光區塊對應於所述中心軸的高度。
如請求項2所述的發光二極體封裝結構，其中，所述第一曲率半徑大致為任一所述第一投影區域對應於所述對角線的長度。
如請求項3所述的發光二極體封裝結構，其中，所述第二曲率半徑為每個所述第二導光區塊上的所述側曲面部位對應於所述中心軸的高度。
如請求項4所述的發光二極體封裝結構，其中，每個所述邊界曲面的曲率中心以及每個所述第二導光區塊上的所述側曲面的曲率中心皆位在所述中心軸上；所述第一導光區塊的高度為所述第一曲率半徑減去所述第二曲率半徑所得到的差值。
如請求項5所述的發光二極體封裝結構，其中，所述第一導光區塊的外表面具有一預設邊界，並且所述預設邊界朝所述第一表面正投影所形成的位置，其與相鄰所述邊長的最短距離定義為Z，且Z為0.05公厘~0.1公厘，任一所述邊長的長度定義為W，所述第二曲率半徑符合下列關係式：
如請求項1至6中任一請求項所述的發光二極體封裝結構，其中，每個所述邊界曲面的曲率半徑自所述邊界曲面的中央朝相反兩側遞減，並且每個所述邊界曲面的曲率半徑最大值為所述第一曲率半徑；每個所述側曲面的曲率半徑自所述側曲面的中央朝相反兩側遞增，並且每個所述第二導光區塊上的所述側曲面的曲率半徑最小值為所述第二曲率半徑。
如請求項1至6中任一請求項所述的發光二極體封裝結構，其中，每個所述側曲面具有相連於所述底層且位於第一導光區塊的一底邊界曲面，每個所述底邊界曲面呈圓弧狀，並且任一所述底邊界曲面的曲率半徑大於任一邊長。
如請求項8所述的發光二極體封裝結構，其中，任一所述底邊界曲面的曲率中心位在相鄰所述邊長的中垂線上。
如請求項9所述的發光二極體封裝結構，其中，四個所述底邊界曲面的曲率中心與所述中心軸的距離皆相等。