专利名称：非轴对称led封装结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种LED封装结构，特别涉及一种可应用于车辆用LED灯的非轴对称LED封装结构。
背景技术：
由于LED具有体积小、寿命长、省电及耐用等优点，近年来以逐渐应用于日常生活中。最常见的应用即为车用灯的设计。对于一般封装完成的LED来说，其发射的光源的光源场形角较大，以致于整体直接投射的光度不足，将无法满足法规规定的车用灯的亮度。因此，将通过二次光学设计来改善上述的缺点，图1所示为现有LED封装结构剖视图，如图所示， 一封装本体10是将开设一凹槽12，此凹槽12周围为一抛物反射面14 ;一 LED发光元件16设置于封装本体10上相对凹槽12所在的位置，此LED发光元件16发出的光源将通过抛物反射面14以增强光源的利用效率；一封装胶体18覆盖LED发光元件16并填满此凹槽12 ;—透镜20是设置于封装本体10上，且位于LED发光元件16发光路径上，此透镜20具有聚光特性并相搭配于抛物反射面14的设计，使LED发光元件16发出的光源在通过抛物反射面14反射后，再经由透镜20发生集中偏折，进而达到提高照度的效果；另外，封装本体10与LED发光元件16通过多条导线22电性连接。 然而凹槽12周围抛物反射面14的设计虽有利于光源的利用效率，但由于光源是从抛物反射面14的内焦点射出，再经反射后，会以平行光的方式射出，如此将增加透镜20设计上的困扰；再者，为了使LED发光元件16发出的光源能符合法规的光形，将会在封装胶体18上增设遮片(图中未示)的设计与透镜20相结合，此遮片将会增加封装时的困难度，且也将限制LED发光元件16产生的光形范围；此外，LED发光元件16发出的光源必然有部分的散杂光线无法被透镜20汇聚至正前方，如此将造成部分光源的损失而导致亮度下降。
有鉴于此，本发明是针对上述所述的困扰，同时结合光学结构设计与LED封装技术，提出一种非轴对称LED封装结构。
发明内容
本发明的主要目的是在于提供一种非轴对称LED封装结构，其不需增加二次光学设计或加装遮片，是利用纵向曲线与横向曲线所构成的非轴对称透光元件，并将LED晶片封装于其中而成一非轴对称LED封装结构，以将发射出的光源产生符合法规规范且亮度平均分布于两侧的矩形光形。 本发明的另一 目的是在于提供一种非轴对称LED封装结构，其是将LED晶片设置的位置于基底上做Y方向的位移，使得LED晶片发射出的光源呈现出单边高梯度光形。
本发明的另一 目的是在于提供一种非轴对称LED封装结构，其是产生的光源场形角较小，能大幅提升整体发光亮度。 本发明的又一 目的是在于提供一种非轴对称LED封装结构，其透光元件为一体成形直接包覆于LED晶片，将减少光源在行进中的能量损耗，进而提高光源能量的使用率。
为达到上述的目的，本发明提出的非轴对称LED封装结构包括一基底、一 LED晶片及一透光元件。此LED晶片设置于基底上，通过数条金属线与基底形成电性连接，并且由透光元件完全覆盖LED晶片，此透光元件为具有光学设计的非轴对称半球体，其周围是一全反射曲面，中央为一集光凸面，且搭配LED晶片位置在基底上往Y方向0.3 0. 5mm的偏移，使LED晶片所发射的光源通过全反射曲面与集光凸面产生较为集中的光源，以增进LED晶片整体发光效果；其中所述半球体较佳的为一椭圆半球体。 本发明的有益效果在于能产生符合法规规范且光源场形角较小的单边高梯度光形、能大幅提升整体发光亮度，同时也使亮度更为平均，减少了光源的能量损耗，提高了光源能量的使用率。
图1为现有LED封装结构剖视图；图2为本发明的立体结构示意图；图3为本发明的结构剖视图；图4为本发明的光源路径示意图；图5为本发明的光源折射示意图；图6为本发明的光形图案示意图；图7为本发明的光形亮度分布示意图；图8(a)为本发明的结构俯视图；图8(b)为本发明的结构透视图，图9为本发明的光形梯度分布示意图。附图标记说明10-封装本体；12-凹槽；14-抛物反射面；16-LED发光元件
18-封装胶体；20-透镜；22-导线；30-基底；32_LED晶片；34-金属线；36-透光元件；37-纵向曲线；38-半球体；39-横向曲线；40-中空折射平面；42-集光凸面；44-全反射曲
面；46-缺口。
具体实施例方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明提出一种非轴对称LED封装结构，其是通过具有全反射曲面与集光凸面的光学设计的透光元件，并搭配LED晶片于Y方向的位移，以产生符合法规规范且光源场形角较小的单边高梯度光形，下面则将以本发明应用于一车用灯具为较佳实施例来详述本发明的技术特征。 如图2所示为本发明的立体结构示意图，并请同时参阅图3所示的结构剖视图。如图所示，一 LED晶片32是设置于一基底30上，且LED晶片32与基底30之间是通过复数条金属线34电性连接，使LED晶片32将提供发射出一光源。 一透光元件36，设置于基底30上包覆LED晶片32，此透光元件36较佳的为环氧树脂或压克力材质，但也可为玻璃材质，且其为具有纵向曲线与横向曲线非对称的一椭圆半球体38，且此透光元件36是具有一中空折射平面40、一集光凸面42与一全反射曲面44，此全反射曲面44是位于透光元件36的周围，将对LED晶片32两侧发散角较大的光源进行全反射至中空折射平面40 ;中空折射平面40是在中央相对应LED晶片32所在的位置开设一缺口 46，并在此缺口 46底部设置一集光 凸面42，此集光凸面42为折射聚光面，将对LED晶片32上方发散角较小的光源进行折射 集中至中空折射平面40。另外，LED晶片32是相对于集光凸面42的位置在基底30上往Y 方向偏移设置，使光源穿过透光元件36而呈现单边高梯度光形。 接着请配合参照图4所示的光源路径示意图，为了确保LED晶片32发出的光源入 射至全反射曲面44上任一点时，皆能发生全反射现象，因此，上述的全反射面44的设计须 满足以下式(1)至式(8)所列的条件<formula>formula see original document page 6</formula>
<formula>formula see original document page 6</formula>
其中，(x， y)与(Xl， y》分别为全反射曲面44上任二点座标，(xf" yf》及(xf2， yf2)分别为LED晶片32上任意二点座标，(xu， yu)与(XUl， yu》为中空折射平面40上任 意二两点的座标； r为入射中空折射平面40的入射角， 工为折射出中空折射平面40的 折射角，n为透光元件36的介质密度， 为由(Xl，y》延伸与全反射曲面44形成的切线与 由(x"y》延伸的水平线所形成的夹角， 2为(xfi，yf》及(xf2，yf2)分别与0q，y》组成 的连线与水平线形成的二夹角的角度差， 3为(xu，yu)与(XUl，yUl) 二点组成的连线与水 平线所形成的夹角，全反射曲面是满足式(5)与式(6)，且中空折射平面是满足式(7)与式 (8)，经由以上式(1)至式(8)计算将可确保所述LED晶片所提供的光源于入射至所述全反 射曲面上时将皆全反射至所述中空折射平面上。 图5为本发明的光源折射示意图，请同时参阅图2的立体结构示意图以及图6与 图7所示的光形图案示意图与光形亮度分布示意图，如图所示，LED晶片32所提供的光源通 过透光元件36为具有复数纵向曲线37与复数横向曲线39非轴对称的半球体38的设计， 使得光源在经过集光凸面42与全反射曲面44折射与全反射穿通过透光元件36后将产生 矩形光形，且亮度将示平均分布于光形的两侧；此外，上述半球体38的纵向曲线37与横向 曲线39是如8(a)图与8(b)图所示，纵向曲线37是指半球体38Y轴方向的曲线，横向曲线 39是指所述半球体38X轴方向的曲线，且复数纵向曲线37与复数横向曲线39的曲率或长 度是各自不同，由此以控制产生不同的光线分布。
图9为本发明的光形梯度分布示意图，通过将LED晶片32设置的位置在不超出与 集光凸面42相对应的范围内在基底30上往Y方向偏移，使得光源在穿过透光元件36后， 产生单边梯度较密集的现象，进而呈现出单边高梯度光形，此种单边高梯度光形将满足车 用灯具为雾灯的法定需求，其中上述所述LED晶片面积为lmi^lmm时，所述偏移较佳的范围 为0. 3 0. 5mm之内。 除以上所述外，本发明是可安装在车辆时旋转倾斜15度角，以产生符合法定车用 灯具为近灯的光形。另外，将在所述LED晶片32上均匀铺洒一萤光粉层(图中所示)，以增 加增强光源的利用效率。 经上述实施例说明可知本发明不需额外加透镜或遮片于LED封装结构中，是将直 接通过透光元件32的全反射面44与集光凸面42的光学结构设计，来达成符合法定规范的 高亮度且为矩形的单边高梯度的车用灯具光形。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性 的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变， 修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
一种非轴对称LED封装结构，其特征在于，其包括一基底；一LED晶片，是设置于所述基底上，且提供一光源；以及一透光元件，是设置于所述基底上且包覆于所述LED晶片，所述透光元件是非轴对称的一半球体，所述半球体周围是一全反射曲面，且具有一中空折射平面，在所述中空折射平面中央位于所述LED晶片的位置开设一缺口，且在所述缺口的底部设置一集光凸面。
2. 根据权利要求l所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，所述半球体是由复数纵向曲线与复数横向曲线所构成，且所述半球体是一半椭圆球体。
3. 根据权利要求2所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，所述复数纵向曲线与所述复数横向曲线的曲率各自不同。
4. 根据权利要求2所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，所述复数纵向曲线与所述复数横向曲线的长度是各自不同。
5. 根据权利要求2所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，所述复数纵向曲线与所述复数横向曲线所控制的光线分布是各自不同。
6. 根据权利要求1所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，所述光源通过所述透光元件所产生的光形为矩形，且亮度平均分布于两侧。
7. 根据权利要求l所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，所述集光凸面为一折射聚光面。
8. 根据权利要求1所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，所述透光元件为环氧树脂、压克力材质或玻璃材质。
9. 根据权利要求1所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，所述LED晶片上是均匀铺洒一萤光粉层。
10. 根据权利要求1所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，所述LED晶片是相对所述集光凸面的位置在所述基底上往Y方向偏移设置，使所述光源通过所述透光元件呈现单边高梯度光形。
11. 根据权利要求10所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，所述LED晶片面积为1咖*1咖，所述Y方向偏移设置的偏移量为0. 3 0. 5mm。
12. 根据权利要求l所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，还包括复数条金属线，是设置于所述透光元件内，且电性连接所述LED晶片与所述基底。
13. 根据权利要求1所述的非轴对称LED封装结构，其特征在于，所述中空折射平面与所述全反射曲面是满足下列条件<formula>formula see original document page 2</formula>公式(1)<formula>formula see original document page 2</formula>公式(2)<formula>formula see original document page 2</formula>公式(3)<formula>formula see original document page 2</formula>公式(4)<formula>formula see original document page 3</formula>公式(5)<formula>formula see original document page 3</formula>公式(6)<formula>formula see original document page 3</formula>公式(7)<formula>formula see original document page 3</formula>公式(8)<formula>formula see original document page 3</formula>其中，(x，y)与0q，y》分别为所述全反射曲面上任二点座标，(xf!，yf》及(xf2，yf2)分别为所述LED晶片上任意二点座标，(xu，yu)与(XUl，yUl)为所述中空折射平面上任意二两点的座标； r为入射所述中空折射平面的入射角，为折射出所述中空折射平面的折射角，n为所述透光元件的介质密度， 为由(Xl，yi)延伸与所述全反射曲面形成的切线与由(x"y》延伸的水平线所形成的夹角， 2为(xfi，yf》及(xf2，yf2)分别与0q，y》组成的连线与水平线形成的二夹角的角度差， 3为(xu，yu)与(XUl，yUl) 二点组成的连线与水平线所形成的夹角；所述全反射曲面是满足所述公式(5)与所述公式(6)，且所述中空折射平面是满足所述公式(7)与所述公式(8)，经由以上公式(1)至公式(8)计算将确保所述LED晶片所提供的光源在入射至所述全反射曲面上时皆全反射至所述中空折射平面上。
全文摘要
本发明是一种非轴对称LED封装结构，是在一基底形成一具有全反射曲面与集光凸面的纵向曲线与横向曲线非对称的透光元件，一LED晶片将设置于相对集光凸面的位置，此LED晶片发出的光源将通过透光元件的全反射曲面与集光凸面，产生光源场形角较小且符合法定规范的车用灯具光形，并且搭配LED晶片在基底上的偏移设置，使光形呈现为单边高梯度。
文档编号H01L33/00GK101752467SQ20081018052
公开日2010年6月23日 申请日期2008年11月28日 优先权日2008年11月28日
发明者刘源昌, 江志彬, 许日滔 申请人:财团法人车辆研究测试中心