專利名稱：發(fā)光二極管裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可調(diào)整光型的發(fā)光二極管裝置。
背景技術(shù)：
在發(fā)光二極管芯片制造完成后，經(jīng)過封裝程序形成發(fā)光二極管裝置。良好的發(fā)光二極管裝置具有高散熱與光萃取效率，同時具有低能耗與壽命長等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)光二極管裝置發(fā)出的光，通常具有特定的配光曲線。如果此配光曲線并非為最終產(chǎn)品所需，必須再藉由透鏡、反射罩、擴(kuò)散板等組件進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計，以達(dá)到法規(guī)或照明產(chǎn)品的配光需求。因使用額外的組件，二次光學(xué)設(shè)計使成本增加。反射板、透鏡、擴(kuò)散板等會吸收光，導(dǎo)致發(fā)光效率降低，浪費(fèi)能源。此外，一般發(fā)光二極管燈具的配光曲線為固定的；然而，不同的使用環(huán)境，可能會有不同的配光曲線需求。鑒于上述，有需要提出一種發(fā)光二極管裝置，以高效率、低成本、省能源的方式設(shè)計所需的配光曲線。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一實施例提供一種發(fā)光二極管裝置，包含一基板；位于基板上的一發(fā)光二極管芯片；一護(hù)蓋，與發(fā)光二極管芯片相隔一距離，護(hù)蓋并與基板連接；以及一波長轉(zhuǎn)換材料，位于護(hù)蓋內(nèi)表面上，或是波長轉(zhuǎn)換材料分布于護(hù)蓋之中；其中上述護(hù)蓋外表面的側(cè)面輪廓包含一直線以及一曲線。
圖1A至圖1D顯示本發(fā)明第一實施例的發(fā)光二極管裝置，其中圖1A為立體圖，圖1B為側(cè)視圖，圖1C為剖面圖，圖1D為側(cè)視圖。圖1E為圖1A至IC實施例的發(fā)光強(qiáng)度分布圖。圖2A至圖2C顯示本發(fā)明第二實施例的發(fā)光二極管裝置，其中圖2A為立體圖，圖2B為側(cè)視圖，圖2C為剖面圖。圖2D為圖2A至2C實施例的發(fā)光強(qiáng)度分布圖。圖3A至圖3C顯示本發(fā)明第三實施例的發(fā)光二極管裝置，其中圖3A為立體圖，圖3B為側(cè)視圖，圖3C為剖面圖。圖3D為圖3A至3C實施例的發(fā)光強(qiáng)度分布圖。圖4A至圖4C顯示本發(fā)明第四實施例的發(fā)光二極管裝置，其中圖4A為立體圖，圖4B為側(cè)視圖，圖4C為剖面圖。圖4D為圖4A至4C實施例的發(fā)光強(qiáng)度分布圖。圖5A至圖5C顯示本發(fā)明第五實施例的發(fā)光二極管裝置，其中圖5A為立體圖，圖5B為側(cè)視圖，圖5C為剖面圖。
圖為圖5A至5C實施例的發(fā)光強(qiáng)度分布圖。圖6A至圖6C顯示本發(fā)明第六實施例的發(fā)光二極管裝置，其中圖6A為立體圖，圖6B為側(cè)視圖，圖6C為剖面圖。圖6D為圖6A至6C實施例的發(fā)光強(qiáng)度分布圖。圖7顯示一種根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的發(fā)光二極管裝置。圖8顯示一種根據(jù)本發(fā)明另一實施例的發(fā)光二極管裝置。主要組件符號說明10 基板IOa 孔洞20 護(hù)蓋20a外帽蓋20b內(nèi)帽蓋20c 腳柱22 曲線24 直線26內(nèi)表面的側(cè)面輪廓30發(fā)光二極管芯片40波長轉(zhuǎn)換材料50空氣/透明高分子材料
具體實施例方式以下將詳述本案的各實施例，并配合圖式作為例示。除了這些詳細(xì)描述之外，本發(fā)明還可以廣泛地施行在其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)，并以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。在說明書的描述中，為了使讀者對本發(fā)明有較完整的了解，提供了許多特定細(xì)節(jié)；然而，本發(fā)明可能在省略部分或全部這些特定細(xì)節(jié)的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或組件并未描述于細(xì)節(jié)中，以避免造成本發(fā)明不必要的限制。圖式中相同或類似的組件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，并非代表組件實際的尺寸或數(shù)量，除非有特別說明。本文所述的方向是以圖式作為參考基準(zhǔn)。為降低成本、提高效率，本發(fā)明藉由一次光學(xué)設(shè)計，達(dá)到所需的照明效果或光型。由于本發(fā)明著重于發(fā)光二極管裝置的光學(xué)設(shè)計，其電路、散熱的細(xì)節(jié)則未限制，或可使用本領(lǐng)域所已知的結(jié)構(gòu)，因此以下實施例省略這方面的描述。一般發(fā)光二極管的發(fā)光角度通常可達(dá)120度以上。此種光型可稱為“散光型”，其特征是光照范圍大，發(fā)光強(qiáng)度在發(fā)光角度內(nèi)為均勻分布，配光曲線接近普通照明燈。散光型的發(fā)光二極管燈適合用于室內(nèi)和需要光線柔和均勻的場合。但某些時候或地點(diǎn)，例如欲強(qiáng)調(diào)特征的局部照明，則需要高指向性或特殊效果的光型。為因應(yīng)此類需求，本發(fā)明實施例提供發(fā)光二極管裝置，藉由改變護(hù)蓋表面幾何形狀，以改變發(fā)光二極管裝置的發(fā)光光型，例如:聚光或蝙蝠翼光型。圖1A至圖1D顯示本發(fā)明第一實施例的聚光光型發(fā)光二極管裝置。本實例的發(fā)光二極管裝置主要包含基板10、護(hù)蓋20、發(fā)光二極管芯片30。發(fā)光二極管芯片30可以間接置放于基板10上，如圖1B所示，發(fā)光二極管芯片30可以置放于導(dǎo)線架(lead frame)和/或次級基板(submount)上,再放置于基板10上；或是可以直接置放于基板10上(如圖1D所示)，護(hù)蓋20與發(fā)光二極管芯片30相隔一距離(spaced apart from the LED chip)。在部分實施例中，在護(hù)蓋20與發(fā)光二極管芯片30之間，可以填充空氣或者透明高分子材料。護(hù)蓋并與基板連接，其方式可包含但不限于:配合(fit)、黏著、焊接、螺固等。此處發(fā)光二極管芯片30的數(shù)量雖為單數(shù)，但也可以是復(fù)數(shù)。上述基板10可以是但不限于，印刷電路板(printed circuit board, PCB)、金屬基印刷電路板(metal core PCB,MCPCB)、陶瓷基板(ceramic substrate)、直接接合銅基板(DBC)、直接鍍銅基板(DPC)等、硅基板、鋁基板、金屬復(fù)合材料等。發(fā)光二極管裝置還包含一波長轉(zhuǎn)換材料，用于轉(zhuǎn)換發(fā)光二極管芯片30的發(fā)光波長。波長轉(zhuǎn)換材料可以位于護(hù)蓋20的外表面上或是內(nèi)表面上。在部分實施例中，波長轉(zhuǎn)換材料位于護(hù)蓋的內(nèi)表面上。在部分實施例中，波長轉(zhuǎn)換材料分布于護(hù)蓋之中。為了獲得聚光光型，護(hù)蓋20的外表面的側(cè)面輪廓(profile)具有一曲線22與一直線24。在部分實施例中，曲線22具有中心指向發(fā)光二極管芯片30或光源中心點(diǎn)的一曲率半徑。在部分實施例中，定義發(fā)光二極管芯片的法線方向為90度，直線24位于曲線22的周圍，曲線22至少涵蓋45度到135度由發(fā)光二極管芯片發(fā)出的光線。在部分實施例中，護(hù)蓋20的外表面為一體成形，同時具有曲線22與直線24兩者。請參考圖1C，護(hù)蓋20還具有一內(nèi)表面。在部分實施例中，內(nèi)表面的側(cè)面輪廓26為一曲線，且具有中心指向發(fā)光二極管芯片30或光源中心點(diǎn)的一曲率半徑；在其它實施例，內(nèi)表面的側(cè)面輪廓26為圓形、梯形、方形，或矩形等的其中之一。在本說明書中，“內(nèi)表面”是指面向芯片30或光源中心點(diǎn)的表面，“外表面”是指“內(nèi)表面”的相對表面。圖1D為圖1A至IC實施例的發(fā)光強(qiáng)度分布圖，亦即配光曲線。此配光曲線定義發(fā)光二極管芯片法線方向為90度。法線方向可與基板的法線方向平行。此發(fā)光二極管裝置的配光曲線呈現(xiàn)聚光光型，光強(qiáng)度最大值為0.4799w/sr大約落在90度。在本說明書中，“聚光光型”是指配光曲線在70度到110度之間的光強(qiáng)度分布，占總發(fā)光強(qiáng)度的50%以上，優(yōu)選為60%以上。圖2A至圖2C顯示本發(fā)明第二實施例的另一種聚光光型發(fā)光二極管裝置，其中圖2A為立體圖，圖2B為側(cè)視圖，圖2C為剖面圖。本實施例與第一實施例不同處在于曲線22與直線24的相對尺寸(dimension)與相對高度，以得到不同的指向性強(qiáng)度,其余細(xì)節(jié)可沿用第一實施例。此處“高度”定義為曲線22或直線24的最高點(diǎn)與基板10的距離。圖2D顯示第二實施例的配光曲線，相關(guān)定義同圖1D。如圖，此發(fā)光二極管裝置的配光曲線呈現(xiàn)聚光光型，光強(qiáng)度最大值為0.99509w/sr大約落在90度。相較于第一實施例，此實施例具有更高的指向性。圖3A至圖3C顯示本發(fā)明第三實施例的又一種聚光光型發(fā)光二極管裝置，其中圖3A為立體圖，圖3B為側(cè)視圖，圖3C為剖面圖。此實施例與前述實施例的不同處除了曲線22與直線24的相對尺寸與相對高度之外，還有直線24與基板10的方向可具有一夾角α，用于改善正向光的全反射現(xiàn)象。本實施例的其余細(xì)節(jié)可沿用第一或第二實施例。圖3D顯示第三實施例的配光曲線，相關(guān)定義同圖1D。如圖，此發(fā)光二極管裝置的配光曲線呈現(xiàn)聚光光型，光強(qiáng)度最大值為0.96773w/sr大約落在90度。相較于第一實施例，此實施例具有更高的指向性。圖4A至圖4C顯示本發(fā)明第四實施例的蝙蝠翼光型發(fā)光二極管裝置，其中圖4A為立體圖，圖4B為側(cè)視圖，圖4C為剖面圖。此實施例與前述實施例的不同處在于:曲線22位于直線24的周圍，直線24至少涵蓋60度到120度由發(fā)光二極管芯片發(fā)出的光線；亦即，直線24的高度大于曲線22的最大高度。本實施例的其余細(xì)節(jié)可沿用前述各實施例。圖4D顯示第四實施例的配光曲線，相關(guān)定義同圖1D。如圖，此發(fā)光二極管裝置的配光曲線呈現(xiàn)蝙蝠翼型，光強(qiáng)度最大值為0.25254w/sr大約落在45度與135度。在本說明書，“蝙蝠翼型”是指其配光曲線具有兩個最大值，分別位于35度至55度之間，與125度至145度之間，且光強(qiáng)度大致呈對稱分布。此外，法線向量(90度)的光強(qiáng)度與最大光強(qiáng)度值的比值(百分比)介于大約10%至大約60%之間，優(yōu)選約為20%至50%之間。圖5A至圖5C顯示本發(fā)明第五實施例的另一種蝙蝠翼光型發(fā)光二極管裝置，其中圖5A為立體圖，圖5B為側(cè)視圖，圖5C為剖面圖。此實施例與第四實施例的不同處在于曲線22與直線24的相對尺寸。本實施例的其余細(xì)節(jié)可沿用第四實施例。圖顯示第五實施例的配光曲線，相關(guān)定義同圖1D。如圖，此發(fā)光二極管裝置的配光曲線呈現(xiàn)蝙蝠翼型，光強(qiáng)度最大值為0.24962w/sr大約落在45度與135度。圖6A至圖6C顯示本發(fā)明第六實施例的又一種蝙蝠翼光型發(fā)光二極管裝置，其中圖6A為立體圖，圖6B為側(cè)視圖，圖6C為剖面圖。此實施例與第五實施例的不同處在于曲線22與直線24的相對尺寸與相對高度。本實施例的其余細(xì)節(jié)可沿用第四實施例或第五實施例。圖6D顯示第六實施例的配光曲線，相關(guān)定義同圖1D。如圖，此發(fā)光二極管裝置的配光曲線呈現(xiàn)蝙蝠翼型，光強(qiáng)度最大值為0.26128w/sr大約落在45度與135度。本發(fā)明所提供的聚光型發(fā)光二極管裝置，其發(fā)光強(qiáng)度高、角度??；所射出光型可類似手電筒發(fā)出的光束:光斑亮度高，而光斑的外圍亮度低。聚光型發(fā)光二極管裝置可適用于制作投射燈、筒燈、臺燈、手電筒等裝置。此外，蝙蝠翼型發(fā)光二極管裝置適用于路燈、隧道燈、庭院燈等戶外照明應(yīng)用。本發(fā)明僅透過一次光學(xué)設(shè)計，藉由改變護(hù)蓋20的外型，即可達(dá)到所需照明效果。護(hù)蓋20的其余細(xì)節(jié)并未限制。在部分實施例中，圖7顯示一種發(fā)光二極管裝置。如圖，護(hù)蓋20包含外帽蓋20a(outer cap)、內(nèi)帽蓋20b，以及位于外帽蓋20a與內(nèi)帽蓋20b之間的一波長轉(zhuǎn)換材料40，波長轉(zhuǎn)換材料40用于轉(zhuǎn)換發(fā)光二極管芯片30的發(fā)光波長。在部分實施例中，波長轉(zhuǎn)換材料40的一面直接接觸外帽蓋20a，波長轉(zhuǎn)換材料40的另一面直接接觸內(nèi)帽蓋20b，藉以形成三明治結(jié)構(gòu)。在部分實施例中，護(hù)蓋20經(jīng)由內(nèi)帽蓋20b連接于基板
10。連接的方式可包含但不限于:配合(fit)、黏著、焊接、螺固等。在本實施例，內(nèi)帽蓋20b具有四支腳柱20c，對應(yīng)固定于基板的孔洞IOa中。腳柱20c的高度可等于或者大于孔洞IOa的高度。此外，在內(nèi)帽蓋20b與發(fā)光二極管芯片30之間，可以填充空氣50或者透明高分子材料50。在本實施例，護(hù)蓋20的外形，亦即外帽蓋20a的外形，與第一實施例相同，但其也可采用如第二至第六實施例所示范的外形。此外，外帽蓋20a、內(nèi)帽蓋20b為透明材質(zhì)制成，材質(zhì)可包含但不限于:樹脂、環(huán)氧樹脂、硅膠、高分子聚合物、透明聚酯光學(xué)材料、聚碳酸樹脂、壓克力、玻璃等。此外,波長轉(zhuǎn)換材料40可具有磷光體(phosphor)或量子點(diǎn)(quantum dot)等以轉(zhuǎn)換波長。磷光體(phosphor)可以是乾招石槽石突光粉(yttrium aluminum garnet,YAG)、鋪招石槽石突光粉(terbium aluminum garnet, TAG)等等。圖8顯示根據(jù)本發(fā)明另一實施例的發(fā)光二極管裝置。本實施例與圖7實施例的不同處在于:內(nèi)帽蓋20b的內(nèi)表面的側(cè)面輪廓26，亦即護(hù)蓋20的內(nèi)表面的側(cè)面輪廓26，為矩形。但在其它實施例中，內(nèi)表面的側(cè)面輪廓26可以為圓形、梯形或方形。此外，在本實施例中，護(hù)蓋20的外形，亦即外帽蓋20a的外形，與第四實施例相同，但其也可采用如其它實施例所示范的外形。在另一實施例，外帽蓋20a的內(nèi)表面與內(nèi)帽蓋20b的外表面具有大致相同的輪廓，使得波長轉(zhuǎn)換材料40具有均勻的厚度。本發(fā)明藉由改變護(hù)蓋表面幾何形狀，即可得到所需的照明光型，省下二次光學(xué)設(shè)計，包含反射罩、擴(kuò)散板等的成本。同時，因省略二次光學(xué)設(shè)計，發(fā)光二極管芯片所發(fā)出的光，其路徑減短、被吸收率降低，能源利用率得以提高。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并非用以限定本發(fā)明；凡其它未脫離發(fā)明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應(yīng)包括在權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管裝置，包含: 一基板； 一發(fā)光二極管芯片，位于所述基板上； 一護(hù)蓋，與所述發(fā)光二極管芯片相隔一距離，所述護(hù)蓋與所述基板連接；以及 一波長轉(zhuǎn)換材料，位于所述護(hù)蓋表面上，或是分布于所述護(hù)蓋之中； 其特征在于，所述護(hù)蓋外表面的側(cè)面輪廓包含一直線以及一曲線。
2.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換材料位于所述護(hù)蓋的內(nèi)表面上。
3.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述直線位于所述曲線的周圍，且所述曲線的高度大于所述直線的高度。
4.如權(quán)利要求3的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管芯片透過所述護(hù)蓋發(fā)出的光具有一聚光光型，該聚光光型的配光曲線在70度到110度之間的光強(qiáng)度分布占總發(fā)光強(qiáng)度的50%以上。
5.如權(quán)利要求3的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述直線與所述基板具有一夾角。
6.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述曲線位于所述直線的周圍，且所述直線的高度大于所述曲線的高度。
7.如權(quán)利要求6的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述發(fā)光二極管芯片透過所述護(hù)蓋發(fā)出的光具有一蝙蝠翼光型，該蝙蝠翼光型的配光曲線具有兩個最大值，分別位于35度至55度之間與125度至145度之間，且光強(qiáng)度值大致呈對稱分布。
8.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述護(hù)蓋具有至少一個腳柱，所述基板具有相對所述腳柱的至少一個孔洞，所述腳柱與所述孔洞通過配合方式固定。
9.如權(quán)利要求1的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述護(hù)蓋包含: 一外帽蓋； 一內(nèi)帽蓋，與所述基板連接，其中所述內(nèi)帽蓋的外表面與所述外帽蓋的內(nèi)表面具有相似的輪廓，且所述外帽蓋的外表面的側(cè)面輪廓具有所述直線以及所述曲線；以及 所述波長轉(zhuǎn)換材料位于所述外帽蓋與所述內(nèi)帽蓋之間，所述波長轉(zhuǎn)換材料用于轉(zhuǎn)換所述發(fā)光二極管芯片的發(fā)光波長。
10.如權(quán)利要求9的發(fā)光二極管裝置，其特征在于，所述波長轉(zhuǎn)換材料的一面直接接觸所述外帽蓋，所述波長轉(zhuǎn)換材料的另一面直接接觸所述內(nèi)帽蓋，以形成一三明治結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可調(diào)整光型的發(fā)光二極管裝置。本發(fā)明實施例藉由改變護(hù)蓋表面幾何形狀，以改變發(fā)光二極管裝置發(fā)光的光型。
文檔編號H01L33/48GK103187509SQ20121007321
公開日2013年7月3日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者洪志欣, 邵世豐, 陳嘉南 申請人:華夏光股份有限公司