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CN107452849B - 发光二极管封装结构 - Google Patents

发光二极管封装结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管封装结构，其透镜包括呈方形的底层、一体相连于底层的第一导光区块、及自第一导光区块渐缩地延伸所形成的第二导光区块。第二导光区块具有远离第一导光区块的一顶点，透镜的表面具有相连于顶点的四个侧曲面及四个边界曲面，四个所述边界曲面朝底层正投影而形成有坐落于底层的两条对角线的四个第一投影区域，任两个边界曲面间设置有一个所述侧曲面。每个边界曲面具有第一曲率半径(R1)，每个第二导光区块上的侧曲面部位具有第二曲率半径(R2)，并且R1/R2＝M√2，M＝0.8～1.2。由此，提供一种有别于以往构造的发光二极管封装结构，由此有效地提升发光二极管封装结构的有效固晶区域及取光效率。

Description

发光二极管封装结构
技术领域
本发明涉及一种发光二极管，且还涉及一种发光二极管封装结构。
背景技术
现有发光二极管封装结构的透镜所具备的外曲面大都是建构在相同的曲率中心，例如：半球状透镜、周边被削除的半球状透镜、或是椭圆状透镜。然而，现有发光二极管封装结构的透镜已被局限在上述既定的外型上，使得现有的发光二极管封装结构难以通过透镜的构造设计在有效固晶区下提升取光效率。
于是，本发明人认为上述缺陷可改善，潜心研究并配合学理的运用，终于提出一种设计合理且有效改善上述缺陷的本发明。
发明内容
本发明实施例在于提供一种发光二极管封装结构，能有效地改善现有发光二极管封装结构的问题。
本发明实施例公开一种发光二极管封装结构，包括：一基板，呈方形并具有位于相反两侧的一第一表面与一第二表面，所述第一表面具有四个边长、四个角、及两条对角线；一金属层，设置于所述基板的所述第一表面上；至少一发光二极管芯片，安装于所述金属层上；以及一透镜，设置于所述基板的所述第一表面上，并且所述金属层及至少一所述发光二极管芯片埋置于所述透镜内；其中，所述透镜包含：一底层，位于所述基板的所述第一表面上；一第一导光区块，一体相连于所述底层；及一第二导光区块，自所述第一导光区块朝远离所述基板的方向渐缩地延伸所形成，并且所述第二导光区块形成有远离所述第一导光区块的一顶点；其中，所述透镜的表面具有相连于所述顶点的四个侧曲面及四个边界曲面，四个所述边界曲面朝所述第一表面正投影而形成有四个第一投影区域，四个所述第一投影区域坐落于所述第一表面的所述两条对角线，并且任两个所述边界曲面间设置有一个所述侧曲面；其中，每个所述边界曲面具有一第一曲率半径并定义为R1，每个所述第二导光区块上的所述侧曲面部位具有一第二曲率半径并定义为R2，并且R1/R2＝M√2，M＝0.8～1.2。
优选地，所述透镜定义有一中心轴，并且所述透镜对称于所述中心轴，而所述顶点位于所述中心轴上，所述第一导光区块对应于所述中心轴的高度小于所述第二导光区块对应于所述中心轴的高度。
优选地，所述第一曲率半径为任一所述第一投影区域对应于所述对角线的长度。
优选地，所述第二曲率半径为每个所述第二导光区块上的所述侧曲面部位对应于所述中心轴的高度。
优选地，每个所述边界曲面的曲率中心以及每个所述第二导光区块上的所述侧曲面的曲率中心皆位在所述中心轴上；所述第一导光区块的高度为所述第一曲率半径减去所述第二曲率半径所得到的差值。
优选地，所述第一导光区块的外表面具有一预设边界，并且所述预设边界朝所述第一表面正投影所形成的位置，其与相邻所述边长的最短距离定义为Z，且Z为0.05毫米～0.1毫米，任一所述边长的长度定义为W，所述第二曲率半径符合下列关系式：
优选地，每个所述边界曲面的曲率半径自所述边界曲面的中央朝相反两侧递减，并且每个所述边界曲面的曲率半径最大值为所述第一曲率半径；每个所述侧曲面的曲率半径自所述侧曲面的中央朝相反两侧递增，并且每个所述第二导光区块上的所述侧曲面的曲率半径最小值为所述第二曲率半径。
优选地，每个所述侧曲面具有相连于所述底层且位于第一导光区块的一底边界曲面，每个所述底边界曲面呈圆弧状，并且任一所述底边界曲面的曲率半径大于任一边长。
优选地，任一所述底边界曲面的曲率中心位在相邻所述边长的中垂线。
优选地，四个所述底边界曲面的曲率中心与所述中心轴的距离皆相等。
综上所述，本发明实施例所公开的发光二极管封装结构，通过在透镜表面形成具备不同曲率半径的边界曲面R1及第二导光区块上的侧曲面R2，并且上述边界曲面与第二导光区块上的侧曲面的曲率半径符合特定关系式(R1/R2＝M√2，M＝0.8～1.2)，由此有效地提升发光二极管封装结构的有效固晶区域及取光效率。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附附图仅用来说明本发明，而非对本发明的保护范围作任何的限制。
附图说明
图1为本发明发光二极管封装结构第一实施例的立体示意图。
图2为图1另一视角的立体示意图。
图3为图1的分解示意图。
图4A为图1的透镜的第一导光区块与第二导光区块正投影于基板第一表面(或透镜底层)的示意图。
图4B为图1的上视示意图，示意第一导光区块的底边界曲面及其曲率半径R3。
图5为图1的边长视角的侧视图。
图6为图1的对角线视角的侧视图。
图7为本发明发光二极管封装结构第二实施例的立体示意图。
图8为图7另一视角的立体示意图。
图9为图7的分解示意图。
图10A为图7的透镜正投影于基板第一表面的示意图。
图10B为图7的边长视角的侧视图。
图10C为图7的对角线视角的侧视图。
图11为本发明发光二极管封装结构第三实施例的立体示意图。
图12为图11另一视角的立体示意图。
图13为图11的分解示意图。
图14A为图11的透镜正投影于基板第一表面的示意图。
图14B为图11的对角线视角的侧视图。
图14C为图11的对角线视角的侧视图。
具体实施方式
请参阅图1至图14，为本发明的实施例，需先说明的是，本实施例对应附图所提及的相关数量与外型，仅用来具体地说明本发明的实施方式，以便于了解本发明的内容，而非用来局限本发明的保护范围。
如图1至图3，本实施例公开一种发光二极管封装结构100，尤指适用于芯片级封装(CSP)的发光二极管封装结构100，但不以此为限。所述发光二极管封装结构100包括有大致呈方形的一基板1、设置于所述基板1相反两侧的一金属层2与一焊垫层3、埋置于所述基板1内的多个导电柱4、位于所述金属层2上的至少一发光二极管芯片5、及一透镜6。
所述基板1具有位于相反两侧的一第一表面11与一第二表面12，并且所述第一表面11具有四个边长111、四个角112、及两条对角线113。
所述金属层2位于基板1的第一表面11上，并且上述金属层13具有大致位于第一表面11中央处的一散热垫21以及分别位于散热垫21两侧的一正电极垫22与一负电极垫23。
所述焊垫层3设置于基板1的第二表面12，并且焊垫层3具有大致位于第二表面12中央处的一散热焊垫31以及分别位于散热焊垫31两侧的正电极焊垫32和负电极焊垫33。上述散热焊垫31位在散热垫21的下方，而该正电极焊垫32和负电极焊垫33则分别位在上述正电极垫22与负电极垫23的下方。再者，多个所述导电柱4的一端分别连接于上述散热垫21、正电极垫22、与负电极垫23，并且多个所述导电柱4的另一端分别连接于上述散热焊垫31与该正电极焊垫32和负电极焊垫33。
所述发光二极管芯片5安装于金属层2的散热垫21上，并且发光二极管芯片5的两个电极垫(图中未标示)以打线方式分别电性连接于金属层2的正电极垫22与负电极垫23，但不以此为限。在另一未绘示的实施例中，所述金属层2可省略散热垫21，所述发光二极管芯片5直接设置于基板1的第一表面11，而正电极垫22与负电极垫23分别设置于发光二极管芯片5的两侧，并且发光二极管芯片5的两个电极垫通过打线方式分别电性连接于所述正电极垫22与负电极垫23。
请参阅图3至图6，所述透镜6设置于基板1的第一表面11上，并且所述金属层2及发光二极管芯片5埋置于透镜6内。所述透镜6定义有一中心轴C，并且所述透镜6对称于中心轴C。其中，所述透镜6于本实施例中为一体成型的构造并包括有一底层61、一体相连于所述底层61的一第一导光区块62、及自所述第一导光区块62朝远离所述底层61(或基板1)的方向渐缩地延伸所形成的一第二导光区块63。
所述底层61大致呈方形并且位于所述基板1的第一表面11上，所述底层61的四个侧缘分别切齐于所述基板1的四个侧缘。所述第二导光区块63形成有远离所述第一导光区块62的一顶点64，而所述顶点64位于中心轴C上，所述第一导光区块62对应于中心轴C的高度小于所述第二导光区块63对应于中心轴C的高度。需说明的是，由于所述底层61的四个侧缘分别切齐于所述基板1的四个侧缘，所以下述有关透镜6朝第一表面11正投影的技术特征也可以理解为透镜6朝底层61正投影。
进一步地说，所述透镜6的表面具有相连于顶点64的四个侧曲面66及四个边界曲面65。其中，四个所述边界曲面65朝所述第一表面11正投影而形成有四个第一投影区域65’，四个所述第一投影区域65’坐落于所述第一表面11的两条对角线113上，并且任两个所述边界曲面65间设置有一个所述侧曲面66。
每个所述边界曲面65具有一第一曲率半径R1，所述第一曲率半径R1大致为任一所述第一投影区域65’对应于所述对角线113的长度。所述第一曲率半径R1为第一导光区块62与第二导光区块63的高度总和(如：R1＝H1+R2)。于本实施例中，每个所述边界曲面65的曲率中心位在所述中心轴C上。
每个第二导光区块63上的所述侧曲面66部位具有一第二曲率半径R2，也就是说，所述第二曲率半径R2为每个第二导光区块63上的所述侧曲面66部位对应于所述中心轴C的高度。于本实施例中，每个所述第二导光区块63的侧曲面66的曲率中心位在所述中心轴C上，所述第二曲率半径R2为所述第二导光区块63的高度，所以第一导光区块62的高度H1为第一曲率半径R1减去第二曲率半径R2所得到的差值(如：H1＝R1-R2)。
再者，所述第二导光区块63上的四个所述侧曲面66朝所述第一表面11正投影而形成有四个第二投影区域66’，任一所述第二投影区域66’具有远离所述中心轴C的一圆弧边界661’，任一所述圆弧边界661’与相邻所述边长111的最短距离以及所述第二曲率半径R2的总和等于所述边长111的一半长度(如：Y+R2＝W/2)。
每个所述第一导光区块62的所述侧曲面66具有相连于所述底层61的一底边界曲面622，每个所述底边界曲面622呈圆弧状，并且任一所述底边界曲面622的曲率半径R3大于任一边长111。任一所述底边界曲面622的曲率中心623位在相邻所述边长111的中垂线，四个所述底边界曲面622的曲率中心623与所述中心轴C的距离皆相等，如图4B所示。
每个所述边界曲面65的曲率半径自所述边界曲面65的中央朝相反两侧递减，并且每个所述边界曲面65的曲率半径最大值为所述第一曲率半径R1；每个所述侧曲面66的曲率半径自所述侧曲面66的中央朝相反两侧递增，并且每个第二导光区块63的所述侧曲面66的曲率半径最小值为所述第二曲率半径R2。再者，所述第一曲率半径R1与第二曲率半径R2符合下列的第一关系式：R1/R2＝M√2，M＝0.8～1.2。
更详细地说，所述第一导光区块62的外表面具有一预设边界621，并且所述预设边界621朝所述第一表面11正投影所形成的位置，其与相邻所述边长111的最短距离(Z)大致介于0.05毫米～0.1毫米之间，较佳为0.075毫米，任一所述边长111的长度定义为W，所述第二曲率半径R2符合下列第二关系式：
其中，当Z为0.075毫米时，则第二关系式如下所示：
更详细地说，有关上述第二关系式的推导过程大致说明如下：任一所述第一投影区域65’与相邻所述角112的最短距离定义为X，任一所述第二投影区域66’的圆弧边界661’与相邻所述边长111的最短距离定义为Y，所述第一导光区块62的高度定义为H1，所述预设边界621与底层61的距离为H2。由图4A和图6皆可得出：(R1+X)/W＝0.5√2、(R2+Y)/W＝0.5，由图5可得出：R1＝R2+H1。因此，依据图4A至图6可列出各参数间的条件式如下：
W-2Y＝2R2
W≥2R2
H1＝R1-R2
接着，依据上述条件式进行下列推导。其中，R2取正根解，即可得出所述第二关系式。
(W-2R2)2＝1.17157R2Z
W2-4R2W+4R2 2＝1.17157R2Z
4R2 2-R2(4W+1.17157Z)+W2＝0
由此，当上述边界曲面65与第二导光区块63的侧曲面66的曲率半径(R1、R2)符合上述第一关系式(R1/R2＝M√2，M＝0.8～1.2)时，发光二极管封装结构100的有效固晶区域及取光效率能够被有效地提升。当所述边界曲面65与第二导光区块63的侧曲面66的曲率半径(R1、R2)也符合上述第二关系式时，发光二极管封装结构100的有效固晶区域及取光效率更是能达到较佳的效果。
此外，所述透镜6的第一曲率半径R1与第二曲率半径R2在符合本实施例所揭露的第一关系式(R1/R2＝M√2，M＝0.8～1.2)的前提下，透镜6的构造也可以依据设计者的需求而加以调整。举例来说，本发明的其他实施例另公开图7至图10C所示的透镜6a构造及图11至图14C所示的透镜6b构造。
[本发明实施例的技术功效]
综上所述，本发明实施例所公开的发光二极管封装结构及其透镜，通过在透镜表面形成具备不同曲率半径的边界曲面R1、第二导光区块上的侧曲面R2及相连于底层且位于第一导光区块的底边界曲面R3，并且上述边界曲面与第二导光区块上侧曲面的曲率半径符合上述第一关系式(R1/R2＝M√2，M＝0.8～1.2)，由此有效地提升发光二极管封装结构的有效固晶区域及取光效率。
再者，当所述边界曲面与侧曲面的曲率半径符合上述第二关系式时，发光二极体封装结构的有效固晶区域及取光效率更是能达到较佳的效果。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用来局限本发明的保护范围，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种发光二极管封装结构，其特征在于，所述发光二极管封装结构包括：
一基板，呈方形并具有位于相反两侧的一第一表面与一第二表面，所述第一表面具有四个边长、四个角、及两条对角线；
一金属层，设置于所述基板的所述第一表面上；
至少一发光二极管芯片，安装于所述金属层上；以及
一透镜，设置于所述基板的所述第一表面上，并且所述金属层及至少一所述发光二极管芯片埋置于所述透镜内；其中，所述透镜包含：
一底层，位于所述基板的所述第一表面上；
一第一导光区块，一体相连于所述底层；及
一第二导光区块，自所述第一导光区块朝远离所述基板的方向渐缩地延伸所形成，并且所述第二导光区块形成有远离所述第一导光区块的一顶点；
其中，所述透镜的表面具有相连于所述顶点的四个侧曲面及四个边界曲面，四个所述边界曲面朝所述第一表面正投影而形成有四个第一投影区域，四个所述第一投影区域坐落于所述第一表面的所述两条对角线，并且任两个所述边界曲面间设置有一个所述侧曲面；
其中，每个所述边界曲面具有一第一曲率半径并定义为R1，每个所述第二导光区块上的所述侧曲面部位具有一第二曲率半径并定义为R2，并且R1/R2＝M√2，M＝0.8～1.2。
2.如权利要求1所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述透镜定义有一中心轴，并且所述透镜对称于所述中心轴，而所述顶点位于所述中心轴上，所述第一导光区块对应于所述中心轴的高度小于所述第二导光区块对应于所述中心轴的高度。
3.如权利要求2所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述第一曲率半径为任一所述第一投影区域对应于所述对角线的长度。
4.如权利要求3所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述第二曲率半径为每个所述第二导光区块上的所述侧曲面部位对应于所述中心轴的高度。
5.如权利要求4所述的发光二极管封装结构，其特征在于，每个所述边界曲面的曲率中心以及每个所述第二导光区块上的所述侧曲面的曲率中心皆位在所述中心轴上；所述第一导光区块的高度为所述第一曲率半径减去所述第二曲率半径所得到的差值。
6.如权利要求5所述的发光二极管封装结构，其特征在于，所述第一导光区块的外表面具有一预设边界，并且所述预设边界朝所述第一表面正投影所形成的位置，其与相邻所述边长的最短距离定义为Z，且Z为0.05毫米～0.1毫米，任一所述边长的长度定义为W，所述第二曲率半径符合下列关系式：
7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的发光二极管封装结构，其特征在于，每个所述边界曲面的曲率半径自所述边界曲面的中央朝相反两侧递减，并且每个所述边界曲面的曲率半径最大值为所述第一曲率半径；每个所述侧曲面的曲率半径自所述侧曲面的中央朝相反两侧递增，并且每个所述第二导光区块上的所述侧曲面的曲率半径最小值为所述第二曲率半径。
8.如权利要求1至6中任一权利要求所述的发光二极管封装结构，其特征在于，每个所述侧曲面具有相连于所述底层且位于第一导光区块的一底边界曲面，每个所述底边界曲面呈圆弧状，并且任一所述底边界曲面的曲率半径大于任一边长。
9.如权利要求8所述的发光二极管封装结构，其特征在于，任一所述底边界曲面的曲率中心位在相邻所述边长的中垂线。
10.如权利要求2所述的发光二极管封装结构，其特征在于，每个所述侧曲面具有相连于所述底层且位于第一导光区块的一底边界曲面，每个所述底边界曲面呈圆弧状，并且任一所述底边界曲面的曲率半径大于任一边长，四个所述底边界曲面的曲率中心与所述中心轴的距离皆相等。
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