CN103165798B - 发光二极管封装结构及其透镜 - Google Patents

Abstract

一种发光二极管封装结构，包括发光二极管芯片及透镜，该透镜覆盖于发光二极管芯片的上方，该发光二极管芯片发出的光线射向该透镜，所述透镜包括一凹透镜和径向尺寸较凹透镜的径向尺寸小的凸透镜，该凹透镜罩设于发光二极管芯片上，所述凸透镜贴设于凹透镜远离发光二极管芯片的面上，所述凹透镜、凸透镜的中心光轴与发光二极管芯片的中轴重合，发光二极管发出的侧向部分的光线经凹透镜折射向两侧发散，正向部分的光线再经凸透镜的第二次折射向两侧发散。本发明还涉及该种发光二极管封装结构的透镜。

Description

发光二极管封装结构及其透镜

技术领域

本发明涉及一种半导体结构，尤其涉及一种发光二极管封装结构及其透镜。

背景技术

相比于传统的发光源，发光二极管（LightEmittingDiode，LED）具有重量轻、体积小、污染低、寿命长等优点，其作为一种新型的发光源，已经被越来越广泛地应用，例如在背光模组中大量运用到发光二极管封装结构。

背光模组中通常将一定数量的发光二极管装设于导光板的侧边或底部，利用发光二极管实现导光板的照明。然而发光二极管的出光角度有限、且其正向光强远大于侧向光强，往往需要增加装设的发光二极管的数量来克服相邻两个发光二极管之间明显的亮暗带和光点，从而达到更好的照明效果。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种出光角度更大、且正向光强和侧向光强差值较小的发光二极管封装结构及其透镜。

一种发光二极管封装结构，包括发光二极管芯片及透镜，该透镜覆盖于发光二极管芯片的上方，该发光二极管芯片发出的光线射向该透镜，所述透镜包括一凹透镜和径向尺寸较凹透镜的径向尺寸小的凸透镜，该凹透镜罩设于发光二极管芯片上，所述凸透镜贴设于凹透镜远离发光二极管芯片的面上，所述凹透镜、凸透镜的中心光轴与发光二极管芯片的中轴重合。

一种透镜，包括一凹透镜及一径向尺寸较凹透镜的径向尺寸小的凸透镜，该凸透镜贴设于凹透镜的其中一个面上，所述凹透镜与凸透镜的中心光轴重合。

本发明提供的发光二极管封装结构在正对发光二极管芯片的方向上罩设透镜，该透镜包括一凹透镜和一位于该凹透镜的中心光轴上的凸透镜。发光二极管芯片发出的光线首先通过凹透镜进行一次折射，实现第一次发散，使侧向出射光线增多，增大侧向光强和出光角度。此后，经由凹透镜出射的正向光线再经过凸透镜的折射，从而在中心透镜的焦点处会聚后再次发散，进一步消弱正向光强，增强光轴侧向出光强度，减小正向出光和侧向出光的光强差值，形成均匀、出光角度较大的光场。

下面参照附图，结合具体实施方式对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明第一实施方式的发光二极管封装结构的剖面示意图。

图2为本发明发光二极管封装结构出射光线角度和各出光角度下光强值的坐标图。

图3为本发明第二实施方式的发光二极管封装结构的剖面示意图。

主要元件符号说明

发光二极管封装结构	100、200
		基板	10
第一表面	11
		第二表面	12
电路结构	20
		发光二极管芯片	30
导线	31
		透镜	40
凹透镜	41
		第一凹面	411
第二凹面	412
		侧面	413
凸透镜	42
		第一凸面	421
第二凸面	422
		容置空间	43
封装体	50
		内部透镜	60

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，本发明第一实施方式提供的发光二极管封装结构100，其包括基板10、电路结构20、固定于基板10上并与电路结构20电性连接的发光二极管芯片30、透镜40、填充于基板10与透镜40之间、覆盖发光二极管芯片30的封装体50。

所述基板10用于承载发光二极管芯片30，其包括第一表面11和相对的第二表面12。该基板10的形状可以依需要设置，在本实施方式中，该基板10的截面为矩形板体。该基板10的材料可以包括：具有导电性或无导电性的导热材料，包括金属材料，例如银、铜、铜合金、铜银合金、铝、铝合金或具有金或银镀层的金属材料；或陶瓷材料，例如氧化铝、氮化铝等；或复合材料、印刷电路板或有机高分子材料等。

所述电路结构20包括至少两个相互间隔的电极，每一电极自基板10的第一表面11经由侧面绕行延伸至第二表面12。该电路结构20可通过机械、蚀刻或激光加工技术在基板10上形成孔洞后，再利用溅镀、电镀、电铸或蒸镀的方式形成。该电路结构20也可以是热电分离的结构，即热能与电能的传递路径彼此不同。

所述发光二极管芯片30装设于该基板10的第一表面11上。本实施方式中的发光二极管芯片30固定于其中一个电极上。该发光二极管芯片30是采用固晶打线方式固定于基板10上并利用导线31与基板10的电路结构20相连形成电性连接。在其他实施方式中，可根据实际情况采用覆晶方式电连接该发光二极管芯片30。

所述透镜40罩设于发光二极管芯片30上，以使发光二极管芯片30发出的光线完全经由透镜40向外射出。该透镜40包括凹透镜41和位于凹透镜41远离发光二极管芯片30的侧面的凸透镜42。

所述凹透镜41为双面内凹的透镜，其包括第一凹面411、与第一凹面411相对的第二凹面412，以及连接第一凹面411和第二凹面的侧面413。该凹透镜41整体罩设于基板10上，侧面413与基板10的侧边边缘对齐。第一凹面411向远离基板10的方向内凹，使第一凹面411与基板10的第一表面11间形成一容置空间43，以容纳发光二极管芯片30和导线31。第一凹面411的弯曲弧线以发光二极管芯片30的中心光轴为对称中心左右对称，从而使最终发出的光线左右均匀对称。在其他实施方式中，若不要求左右均匀对称的出光效果，则可无此限制，而使第一凹面411的弯曲弧线以实际所需要达到的光场效果而定。第二凹面412向靠近基板10的方向内凹，也即第一凹面411和第二凹面412均相对向内凹陷。该第二凹面412的弯曲弧度也可根据需要进行设定，在本实施方式中，该第二凹面412与第一凹面411的弯曲弧度以两者之间的水平面为对称平面镜像对称。

所述凸透镜42设置于凹透镜41的第二凹面412上，该凸透镜42的径向尺寸小于凹透镜41的径向尺寸，以使该凸透镜41覆盖第二凹面412的中央。该凸透镜42包括第一凸面421和第二凸面422。第一凸面421与凹透镜41的第二凹面412贴合，且两者的中轴线重合。第二凸面422位于第一凸面421上、向远离第一凸面421的方向凸伸，并在边缘处圆滑过渡而与第一凸面421的两端连接。在本实施方式中，凹透镜41和凸透镜42的各凹凸面的中心光轴均与发光二极管芯片30的中轴线重合。该第二凸面422的曲率半径较小，因此凸透镜42的焦点距第二凸面422的距离很短。

光线自发光二极管芯片30发出后先经过凹透镜41的折射，由于发光二极管芯片30的中轴与凹透镜41的中心光轴重合，且发光二极管芯片30大致为点光源，因此射出凹透镜41的光线以中心光轴为对称轴向左右两侧均匀发散，形成光场的角度范围较原有点光源大，从而使侧向出光增多，增大侧向光强。经第二凹面412正向出射的部分光线再进入凸透镜42，该凸透镜42对入射至其内的、集中的正向出射光线进行第二次折射，从而使该部分光线在凸透镜42的焦点处会聚后再次向外发散，削弱正向出光强度的同时进一步增大侧向光强。

透镜40与基板10之间的容置空间43内可填充封装体50，并覆盖发光二极管芯片30，以保护发光二极管芯片30免受灰尘、水汽等影响。所述封装体50的材质可以为硅胶、环氧树脂或二者的组合物。所述封装体50内还可以包含荧光转换材料，以改善发出光线的光学特性，从而达到不同的需求。该透镜40的凹透镜41和凸透镜42可以采用一体成型制作，还可以分别制作而成，再连接形成透镜40。

本实施方式中，在正对发光二极管芯片30的基板10上罩设透镜40，该透镜包括一凹透镜41和一位于该凹透镜41的中心光轴上的凸透镜42。发光二极管芯片30发出的光线首先通过凹透镜41进行一次折射，实现第一次发散，使侧向出射光线增多，增大侧向光强和出光角度。自凹透镜41射出的正向出射光线再通过凸透镜42的折射，正向光线经由该凸透镜42的折射后在焦点处会聚后再向外发散出去，由于凸透镜42的曲率半径较小，因此其焦距很短，焦点的位置相对较低，使最终通过焦点的光线向两侧发散的角度较大，进而使更多的正向光线向侧面折射，削弱正向光强，增强侧向光强，从而使正向光强和侧向光强之间的差值缩小。请参阅图2，为发光二极管芯片30发出的光线经两次折射后出射光线角度和各出光角度下的光强值的坐标图，由图可知，图2的波峰和波谷均较低。可见正向出射的光强与侧向出射的光强的差距减小。装设到背光模组时，由于每一颗发光二极管封装结构100的光场较宽，因此可减少发光二极管封装结构100装设的数量，且由于每一颗发光二极管封装结构100正向出射光线的光强与侧向出射光线的光强的差值比现有技术中小，因此可以实现减弱亮点和明暗带的效果并达到让人眼难以区分的程度，实现更好的显示效果。

当然，在本实施方式中，所述透镜40的形状并不限于以上所述。所述凹透镜41也可以为仅包括第一凹面411的透镜，与该第一凹面411相对的另一面为平面，凸透镜42的一面为平面且与凹透镜41的平面相贴合，另一面为第二凸面422，向远离发光二极管芯片30的方向凸起。或者，所述凹透镜41仅包括第二凹面412，另一面为平面。

请参阅图3，本发明第二实施方式提供的发光二极管封装结构200，其与第一实施方式的区别在于，透镜40的第一凹面411与基板10围成的容置空间43内装设有罩设发光二极管芯片30于其内的内部透镜60。该内部透镜60向远离基板10的方向凸出，形成一凸形的透镜。该内部透镜60的曲率半径可以实际需要设定，还可以与凹透镜41的第一凹面411相同。在本实施方式中，该内部透镜60的曲率半径小于第一凹面411的曲率半径。

可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管封装结构，包括发光二极管芯片及透镜，该透镜覆盖于发光二极管芯片的上方，该发光二极管芯片发出的光线射向该透镜，其特征在于：所述透镜包括一凹透镜和径向尺寸较凹透镜的径向尺寸小的凸透镜，所述凹透镜为双面内凹的透镜，该凹透镜罩设于发光二极管芯片上，所述凸透镜贴设于凹透镜远离发光二极管芯片的面上，所述凹透镜、凸透镜的中心光轴与发光二极管芯片的中轴重合，该凸透镜对入射至其内的、集中的正向出射光线进行第二次折射，从而使该部分光线在凸透镜的焦点处会聚后再次向外发散。

2.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述凹透镜包括第一凹面，该第一凹面邻近发光二极管芯片一侧、并向远离发光二极管芯片的方向凹陷，以与发光二极管芯片所在的平面围合形成一容置空间，发光二极管芯片装设于该容置空间内。

3.如权利要求2所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述凹透镜还包括第二凹面，该第二凹面位于第一凹面相对的另一面，并向靠近发光二极管芯片的方向凹陷。

4.如权利要求3所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述凸透镜包括第一凸面和第二凸面，第一凸面与凹透镜的第二凹面的弯曲弧度相同、并贴设于第二凹面上，第二凸面向远离发光二极管芯片的方向凸伸。

5.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述凸透镜覆盖于凹透镜的中央，所述发光二极管芯片发出的正向光线经由凹透镜射向凸透镜。

6.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于：还包括用于承载发光二极管芯片的基板，该基板上形成有电路结构，该电路结构包括至少两间隔设置的电极，发光二极管芯片与电极电性连接，所述凹透镜正对发光二极管芯片装设于基板上，并将发光二极管芯片罩设于凹透镜与基板之间。

7.如权利要求6所述的发光二极管封装结构，其特征在于：所述发光二极管芯片外还罩设有一内部透镜，该内部透镜装设于凹透镜与基板之间，并向远离基板的方向凸出。

8.一种透镜，其特征在于：该透镜包括一凹透镜及一径向尺寸较凹透镜的径向尺寸小的凸透镜，所述凹透镜为双面内凹的透镜，该凸透镜贴设于凹透镜的其中一个面上，所述凹透镜与凸透镜的中心光轴重合，该凸透镜对入射至其内的、集中的正向出射光线进行第二次折射，从而使该部分光线在凸透镜的焦点处会聚后再次向外发散。

9.如权利要求8所述的透镜，其特征在于：所述凹透镜包括第一凹面和相对的第二凹面，该第一凹面和第二凹面相向凹陷。

10.如权利要求9所述的透镜，其特征在于：所述凸透镜贴设于第一凹面或第二凹面上，该凸透镜包括与凹透镜贴设的第一凸面和与第一凸面相对的第二凸面，该第二凸面向远离凹透镜的方向凸伸。