專利名稱：具大發光角度的光源裝置及其制造方法
具大發光角度的光源裝置及其制造方法
技術領域：
本發明是關于一種光源裝置及其制造方法；具體而言，本發明是關于一種可避免 光線過度集中的光源裝置及其制造方法。
背景技術：
顯示面板及使用顯示面板的面板顯示裝置已漸漸成為各類顯示裝置的主流。例如 各式面板顯示屏、家用的平面電視、個人計算機及膝上型計算機的平板型監視器、移動電話 及數字相機的顯示屏等，均為大量使用顯示面板的產品。特別是近年來液晶顯示裝置的市 場需求大幅成長，為配合液晶顯示裝置在功能上及外觀上的要求，液晶顯示裝置所使用的 背光模塊設計也日趨多元化。 為追求更輕薄的尺寸及較節省的用電量，發光二極管組件已被大量使用作為提供 光線的來源。無論采用側光式或直下式的背光模塊設計，均可使用發光二極管作為光源。如 圖1所示，傳統的發光二極管組件包含有基座IO，其上設置有發光二極管芯片20。基座10 上另形成有封裝膠材30，以對發光二極管芯片20進行封裝。封裝膠材30的表面31通常形 成為凸面。 由于凸面的幾合特性，容易使光線集中于發光二極管組件的正向。當與背光模塊 配合時，此一光線集中的特性易造成背光模塊的局部亮點現象，影響顯示裝置的影像品質。 為解決此一問題，通常需增加背光模塊中混光的距離，進而造成整體厚度的增加。另一解決 的方式為增加背光模塊中擴散板的數量，但此一方式也會造成整體厚度及成本的增加。
發明內容
本發明的一 目的在于提供一種光源裝置及其制造方法，可避免光線過度集中。
本發明的另一目的在于提供一種光源裝置及其制造方法，可將光線導引至較偏離 中心的角度出光。 光源裝置包含有基座、發光芯片以及封裝鏡體。發光芯片設置于基座上；封裝鏡體 則覆蓋于基座上，并包圍發光芯片。除連接基座的一面外，封裝鏡體曝露于空氣的部分即形 成為外表面。外表面主要包含兩個部分內環凸面及外環凸面。外環凸面包圍在內環凸面 外側以圍成一環形。內環凸面形成為喇叭狀的弧面，且圍成一底窄口寬的錐狀空間。內環 凸面的外緣與外環凸面的內緣相連接，并被外環凸面的內緣圍繞。 發光芯片位于內環凸面于基座上的投影范圍內，因此發光芯片產生的光線可有較 大部分直接投射至內環凸面上。部分發光芯片產生的光線在內環凸面處產生折射，并直接 射出封裝鏡體。而另外有部分發光芯片產生的光線則被內環凸面直接反射至外環凸面，并 在外環凸面處直接出射或折射而離開封裝鏡體。通過內環凸面及外環凸面的配合，可避免 發光芯片產生的光線集中在封裝鏡體的中間位置出射，進而有效分散光線出射的角度及范 圍。
光源裝置的制造方法主要包含下列步驟形成基座；設置發光芯片于基座上；形成封裝鏡體覆蓋于基座上；以及于封裝鏡體連接杯壁的外表面上形成內環凸面及外環凸 面，使內環凸面直接反射發光芯片產生的部分光線至外環凸面，并使被反射的光線直接自 外環凸面離開封裝鏡體。
圖1為傳統直下式背光模塊使用的發光二極管組件示意圖； 圖2為本發明光源裝置的實施例示意圖； 圖3為光源裝置的實施例剖面圖； 圖4為光源裝置的實施例光線路徑圖； 圖5為光源裝置的實施例光線分布圖； 圖6為光源裝置包含熒光粉層的實施例示意圖； 圖7A至圖7D為熒光粉層的不同實施例示意圖； 圖8為光源裝置制造方法的實施例流程圖； 圖9為光源裝置制造方法的另一實施例流程圖。主要組件符號說明
100基座 200發光芯片 210發光頂面 300封裝鏡體 310外表面 330內環凸面 339第一空間 350外環凸面 410光線 430光線 700熒光粉層 710杯底 730杯壁 750第二空間
具體實施方式
本發明提供一種光源裝置及其制造方法。在較佳實施例中，光源裝置為一發光二 極管發光裝置；然而在不同實施例中，也可以其它發光機制取代發光二極管中的二極管芯 片。光源裝置較佳供背光模塊使用，特別是供直下式背光模塊使用。以較佳實施例而言，此 背光模塊供液晶顯示裝置使用。然而在不同實施例中，此背光模塊也可供計算機鍵盤、移動 電話按鍵、看板及其它需要平面光源的裝置使用。進一步而言，本發明更包含使用此光源裝 置及背光模塊的液晶顯示裝置。在較佳實施例中，本發明的液晶顯示裝置包含一彩色液晶 顯示裝置。然而在不同實施例中，本發明的液晶裝置也可包含單色的液晶顯示裝置。此外， 液晶顯示裝置泛指使用液晶面板的顯示裝置，包含家用的液晶電視、個人計算機及膝上型計算機的液晶監視器、移動電話及數字相機的液晶顯示屏等。 如圖2所示，光源裝置包含有基座100、發光芯片200以及封裝鏡體300。基座 100較佳為一印刷電路板或其它可承載電路的基板，其上并設有連接墊或接塊供與發光芯 片200電連接；然而在不同實施例中，基座100也可為形成為杯體狀，并圍成一容納空間供 設置發光芯片200。發光芯片200設置于基座100上。在較佳實施例中，發光芯片200包含 至少一個二極管晶粒所形成的發光二極管芯片；然而在不同實施例中，也可以其它發光機 制取代發光二極管芯片而做為發光芯片200。發光芯片200較佳平躺設置于基座100上，并 具有發光頂面210朝向基座100的反方向發光。發光頂面210較佳為矩形平面，但也可隨 發光芯片200的形狀而改變為不同形狀的平面或曲面。 在圖2所示的實施例中，封裝鏡體300覆蓋于基座100上，并包圍發光芯片200。 封裝鏡體300可采用液態封裝材料或固態封裝材料，材質可選自環氧樹脂、硅樹脂或其它 聚合物材質。此外，封裝鏡體300也可配合不同色彩上或亮度上需求而加入適當的混合物， 例如熒光粉等。如圖2所示，在將封裝鏡體300設置于基座100上后，即形成近半球形或近 圓盤形的結構。然而在不同實施例中，封裝鏡體300也可形成為半橢球形或近橢圓盤形的 結構。 除連接基座100的一面外，封裝鏡體300曝露于空氣的部分即形成為外表面310。 如圖2及圖3所示，外表面310的邊緣連接于基座100的表面。外表面310主要包含兩個 部分內環凸面330及外環凸面350。此處所言的凸面，指外表面310在此處相對于封裝鏡 體300的內部向外突出形成弧面。外環凸面350包圍在內環凸面330外側以圍成一環形。 相對于封裝鏡體300的內部，外環凸面350向外突出且較佳為連續而無奇點的表面(邊緣 位置除外)。在較佳實施例中，外環凸面350為自外凸球弧面上截取一部分環形區域所形 成。此處所言的球弧面可包含部分的正圓球弧面、橢圓球弧面或其它形式的球弧面。在圖 3所示的實施例中，外環凸面350直接連接至基座IOO，且在連接處垂直于基座100。此外， 此實施例中外環凸面350在徑向截面上形成的弧線為四分的一的正圓弧線。
如圖2及圖3所示，內環凸面330形成為喇叭狀的弧面，且圍成一底窄口寬的錐狀 第一空間339 ;而內環凸面330即向第一空間339凸出。內環凸面330的外緣與外環凸面 350的內緣相連接，并被外環凸面350的內緣圍繞。由于內環凸面330及外環凸面350均為 外凸面，因此兩者的接合位置可以選擇性形成為連續或不連續的接口。在圖2及圖3所示的 實施例中，內環凸面330及外環凸面350的接合位置為連續，因此無尖點或脊線的產生；然 而在不同實施例中，兩者也可以不連續方式接合，此時即會在接合位置產生脊線。此外，在 不同實施例中，內環凸面330及外環凸面350之間也可夾有其它平面、凸面或凹面的設置， 以提供不同的光學效果。 如圖3所示，發光芯片200較佳位于內環凸面330于基座100上的投影范圍內，因 此發光芯片200產生的光線可有較大部分直接投射至內環凸面330上。部分發光芯片200 產生的光線410在內環凸面330處產生折射，并直接射出封裝鏡體300。而另外有部分發 光芯片200產生的光線430則被內環凸面330直接反射至外環凸面350，并在外環凸面350 處直接出射或折射而離開封裝鏡體300。通過內環凸面330及外環凸面350的配合，可避免 發光芯片200產生的光線集中在封裝鏡體300的中間位置出射，進而有效分散光線出射的 角度及范圍。
如圖4所示，外環凸面350及內環凸面330在封裝鏡體300的同一徑向截面上分 別具有第一曲率半徑&及第二曲率半徑I^。此徑向截面較佳以發光芯片200的中心為徑 向中心以形成截面；然而在不同實施例中，也可以發光芯片200邊緣上的任一點作為徑向 中心來形成截面。在此實施例中，外環凸面350及內環凸面330的曲率均為固定，因此第一 曲率半徑&及第二曲率半徑R2即為外環凸面350及內環凸面330上各點的曲率半徑。然 而在不同實施例中，若外環凸面350及內環凸面330的曲率不固定，則第一曲率半徑&及 第二曲率半徑R2即為外環凸面350及內環凸面330上各點的平均曲率半徑。在較佳實施 例中，第一曲率半徑&及第二曲率半徑R2的總合介于整個封裝鏡體300在同一徑向截面上 的半徑D/2及直徑D之間，且第一曲率半徑&與第二曲率半徑R2相異，以造成外環與內環 間的不對稱。以此一關系來看，當第一曲率半徑&增加時，第二曲率半徑R2較佳即隨的減 小，以控制兩者間的關系符合上述要求。此外，在較佳實施例中，第一曲率半徑Ri大于第二 曲率半徑R2，以增加設計及運用上的便利性。 如圖4所示，封裝鏡體300在同一徑向截面上具有一最大高度H。在此實施例中， 由于外環凸面350在此徑向截面上形成四分的一的正圓弧，且內環凸面330與外環凸面350 以連續方式相連接，因此最大高度H產生于外環凸面350及內環凸面330交界處與基座100 之間。在較佳實施例中，第一曲率半徑&與最大高度H的比值R/H介于0.6到l之間。通 過達成此一關系，可有效提高內環凸面330將光線直接反射至外環凸面350的效果。
通過此設計，也可將光源裝置的主要出光角度導至與中心線偏離60度以上的角 度。如圖5所示，當第一曲率半徑&為0. 95mm，第二曲率半徑R2為1. 15mm，最大高度H為 1. 25mm，徑向截面的直徑D為小于5mm時，即可得到如圖5所示的出光角度分布。由圖5可 知，出光量/光線強度最高的出射角度介于60度至70度之間。 在圖6所示的實施例中，光源裝置進一步包含熒光粉層700覆蓋發光芯片200 ;而 封裝鏡體300則包圍于熒光粉層700外側。熒光粉層700的厚度較佳小于100 y m。通過較 集中于發光芯片200外側且較薄的熒光粉層700，可有效控制并減小光源裝置在不同出光 角度上的出射光線間所產生的色差。熒光粉層700較佳可由黃綠熒光粉所組成，例如YAG 熒光粉；然而在不同實施例中，也可由紅綠熒光粉所組成。 在圖7A所示的實施例中，熒光粉層700可形成為杯狀，且包含有杯底710及杯壁 730。杯狀的熒光粉層700覆蓋于發光芯片200上，也即，發光芯片200為杯底710以及杯 壁730所包覆，而發光芯片200所產生的光線需于穿過杯底710，或者穿過杯底71與部分 杯壁730后始能向外射出。杯底710可選擇性為圓形、方形、矩形或其它形狀。杯壁730圍 繞在杯底710的上部，且杯壁730與杯底710的外緣圍成一第二空間750，供封裝鏡體200 填入。在此實施例中，杯壁730在接近杯底710的中央位置時具有較小厚度，也即杯壁730 的外緣表面朝杯底710中央傾斜。因此杯壁730與杯底710外緣所圍成的第二空間750為 朝杯底710中央收縮的餅形空間。換言之，熒光粉層700的厚度呈外側厚而中央薄的設計。 然而在圖7B所示的實施例中，杯壁730較厚朝杯底710傾斜幅度較明顯，因此第二空間750 即形成為朝杯底710中央收縮的錐形空間。通過上述熒光粉層700的形狀與內環凸面330 及外環凸面350搭配，可更有效控制并減小光源裝置在不同出光角度上的出射光線間所產 生的色差。 另外在圖7C所示的實施例中，熒光粉層700也可形成為半球狀，且表面突向封裝鏡體300。在圖7D所示的實施例中，熒光粉層700則形成為凸錐狀，且突向內環凸面330所 圍成底窄口寬的第一空間339。換言之，熒光粉層700的厚度呈外側薄而中央厚的設計。此 二實施例中的熒光粉層700的形狀與內環凸面330及外環凸面350搭配，也可有效控制并 減小光源裝置在不同出光角度上的出射光線間所產生的色差。 本發明同時包含了光源裝置的制造方法。在圖8所示的實施例流程圖中，步驟810 包含形成基座。在較佳實施例中，基座形成為印刷電路板，其上并設有接塊或連接墊供與 發光芯片電連接。步驟830包含設置發光芯片于基座上。在較佳實施例中，發光芯片由發 光二極管晶粒所形成；然而在不同實施例中，發光芯片也可由其它材質所形成。設置發光芯 片時并同時將其與基座上的接塊或連接墊電連接，以供傳遞信號。 步驟850包含形成封裝鏡體覆蓋于基座上，并包圍發光芯片。在較佳實施例中， 以注入方式將封裝鏡體的液態材質形成于基座及發光芯片上，接著再以光硬化、熱固或其 它硬化方法使封裝鏡體硬化。此外，在注入封裝鏡體的材質時，較佳需注意注入的體積，以 控制最終形成封裝鏡體的各部分尺寸。 步驟870包含于封裝鏡體連接杯壁的外表面上形成內環凸面及外環凸面，使內 環凸面直接反射發光芯片產生的部分光線至外環凸面，并使被反射的光線直接自外環凸面 離開封裝鏡體。在較佳實施例中，可將封裝鏡體的材質注入具有與其外表面對應形狀的模 具中，以于封裝鏡體的外表面上形成底窄口寬的空間，并形成內環凸面和外環凸面的形狀。 接著再將模具及封裝鏡體覆蓋于基座及發光芯片上，并以光硬化、熱固或其它硬化方式使 封裝鏡體硬化。然而在不同實施例中，也可先使封裝鏡體硬化后，再以打磨或其它方式于封 裝鏡體的外表面上形成內環凸面。 在進行步驟870時，較佳需決定出內環凸面及外環凸面在同一徑向截面上所分別 具有的第一曲率半徑及第二曲率半徑。在較佳實施例中，第一曲率半徑及第二曲率半徑不 相同，以使內環凸面與外環凸面不對稱。為得到較佳的光學效果及光線分布，需限制第一曲 率半徑及第二曲率半徑的總合介于同一徑向截面的半徑及直徑之間。以此一關系來看，可 以反比關系調整第一曲率半徑及第二曲率半徑的值；換言的，當增加第一曲率半徑時，即隨 的減小第二曲率半徑的值；反的也然。此外，在較佳實施例中，第一曲率半徑&大于第二曲 率半徑R2，以增加設計及運用上的便利性。 在較佳實施例中，也可同時限制第一曲率半徑與封裝鏡體的最大高度比值介于 0. 6到1之間。當選定一比值后，也可通過反比關系調整第一曲率半徑及封裝鏡體的最大高 度。通過達成此一關系，可有效提高內環凸面330將光線直接反射至外環凸面350的效果。
在圖9所示的實施例中，光源裝置的制造方法進一步包含890:覆蓋熒光粉層于發 光芯片外，封裝鏡體則包圍于熒光粉層外側，且熒光粉層的厚度較佳小于100iim。通過較集 中于發光芯片外側且較薄的熒光粉層，可有效控制并減小光源裝置在不同出光角度上的出 射光線間所產生的色差。 本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅為實施本發明的范例。 必需指出的是，已揭露的實施例并未限制本發明的范圍。相反地，包含于申請專利范圍的精 神及范圍的修改及均等設置均包含于本發明的范圍內。
權利要求
一種光源裝置，包含一基座；一發光芯片，設置于該基座上；以及一封裝鏡體，覆蓋于該基座上并包圍該發光芯片；該封裝鏡體具有一外表面，該外表面包含一內環凸面及一外環凸面，該外環凸面圍繞該內環凸面；其中，該內環凸面圍成底窄口寬的一第一空間；其中，該發光芯片位于該內環凸面于該基座上的投影范圍內，該發光芯片產生的部分光線經由該內環凸面直接反射至該外環凸面，并直接自該外環凸面離開該封裝鏡體。
2. 根據權利要求l所述的光源裝置，其特征在于，該外環凸面及該內環凸面于該封裝鏡體的同一徑向截面上分別具有一第一曲率半徑及一第二曲率半徑，該第一曲率半徑及該第二曲率半徑的總合介于該徑向截面的半徑及直徑之間，且該第一曲率半徑異于該第二曲率半徑。
3. 根據權利要求2所述的光源裝置，其特征在于，該第一 曲率半徑與該封裝鏡體于該徑向截面上最大高度的比值介于0. 6及1之間。
4. 根據權利要求3所述的光源裝置，其特征在于，該最大高度產生于該內環凸面與該外環凸面的交界位置與該基座之間。
5. 根據權利要求3所述的光源裝置，其特征在于，該外環凸面連接至該基座，且在連接處垂直于該基座。
6. 根據權利要求2所述的光源裝置，其特征在于，該第一曲率半徑大于該第二曲率半徑。
7. 根據權利要求1所述的光源裝置，其特征在于，進一步包含一熒光粉層覆蓋該發光芯片，該封裝鏡體包圍于該熒光粉層外；其中該熒光粉層的厚度小于100iim。
8. 根據權利要求7所述的光源裝置，其特征在于，該熒光粉層形成杯狀，具有一杯底及一杯壁，該發光芯片位于該杯底與該杯壁內，該杯壁圍繞于該杯底上部，且該杯壁與該杯底的外緣圍成一第二空間，該封裝鏡體充填該第二空間。
9. 根據權利要求8所述的光源裝置，其特征在于，該杯壁于接近該杯底中央時具有較小厚度，并圍成該第二空間為朝該杯底中央收縮的錐形空間。
10. 根據權利要求8所述的光源裝置，其特征在于，該杯壁于接近該杯底中央時具有較小厚度，并圍成該第二空間為朝該杯底中央收縮的餅形空間。
11. 根據權利要求7所述的光源裝置，其特征在于，該熒光粉層形成為半球狀，且突向該封裝鏡體。
12. 根據權利要求7所述的光源裝置，其特征在于，該熒光粉層形成為凸錐狀，且突向該內環凸面圍成的該第一空間。
13. —種光源裝置，包含一基座；一發光芯片，設置于該基座上；以及一封裝鏡體，覆蓋于該基座上并包圍該發光芯片；該封裝鏡體具有一外表面，該外表面包含一內環凸面及一外環凸面，該外環凸面圍繞該內環凸面；其中，該內環凸面圍成底窄口寬的一第一空間；其中，該發光芯片位于該內環凸面于該基座上的投影范圍內，該外環凸面及該內環凸面于該封裝鏡體的同一徑向截面上分別具有一第一曲率半徑及一第二曲率半徑，該第一曲率半徑及該第二曲率半徑的總合介于該徑向截面的半徑及直徑之間，且該第一曲率半徑異于該第二曲率半徑。
14. 根據權利要求13所述的光源裝置，其特征在于，該第一曲率半徑與該封裝鏡體于該徑向截面上最大高度的比值介于0. 6及1之間。
15. 根據權利要求14所述的光源裝置，其特征在于，該最大高度產生于該內環凸面與該外環凸面的交界位置與該基座之間。
16. 根據權利要求14所述的光源裝置，其特征在于，該外環凸面連接至該基座，且在連接處垂直于該基座。
17. 根據權利要求13所述的光源裝置，其特征在于，該第一曲率半徑大于該第二曲率半徑。
18. 根據權利要求13所述的光源裝置，其特征在于，進一步包含一熒光粉層覆蓋該發光芯片，該封裝鏡體包圍于該熒光粉層外；其中該熒光粉層的厚度小于100iim。
19. 根據權利要求18所述的光源裝置，其特征在于，該熒光粉層形成杯狀，具有一杯底及一杯壁，該發光芯片位于該杯底與該杯壁內，該杯壁圍繞于該杯底上部，且該杯壁與該杯底的外緣圍成一第二空間，該封裝鏡體充填該第二空間。
20. 根據權利要求19所述的光源裝置，其特征在于，該杯壁于接近該杯底中央時具有較小厚度，并圍成該第二空間為朝該杯底中央收縮的錐形空間。
21. 根據權利要求19所述的光源裝置，其特征在于，該杯壁于接近該杯底中央時具有較小厚度，并圍成該第二空間為朝該杯底中央收縮的餅形空間。
22. 根據權利要求18所述的光源裝置，其特征在于，該熒光粉層形成為半球狀，且突向該封裝鏡體。
23. 根據權利要求18所述的光源裝置，其特征在于，該熒光粉層形成為凸錐狀，且突向該內環凸面圍成的該第一空間。
24. —種光源裝置制造方法，包含下列步驟形成一基座；設置一發光芯片于該基座上；以及形成一封裝鏡體覆蓋于該基座上并包圍該發光芯片；于該封裝鏡體的一外表面上形成一內環凸面及一外環凸面，該外環凸面圍繞該內環凸面，該內環凸面圍成底窄口寬的一第一空間；其中，該內環凸面直接反射該發光芯片產生的部分光線至該外環凸面，并使該部分光線直接自該外環凸面離開該封裝鏡體。
25. 根據權利要求24所述的制造方法，其特征在于，該內環凸面及該外環凸面形成步驟包含于同一徑向截面上決定該外環凸面及該內環凸面分別具有的一第一曲率半徑及一第二曲率半徑；其中，該第一曲率半徑異于該第二曲率半徑；以及使該第一曲率半徑及該第二曲率半徑的總合介于該徑向截面的半徑及直徑之間。
26. 根據權利要求25所述的制造方法，其特征在于，該內環凸面及該外環凸面形成步驟包含使該第一曲率半徑與該封裝鏡體于該徑向截面上最大高度的比值介于0. 6及1之間。
27. 根據權利要求26所述的制造方法，其特征在于，該內環凸面及該外環凸面形成步 驟包含使該最大高度產生于該內環凸面與該外環凸面的交界位置與該基座之間。
28. 根據權利要求25所述的制造方法，其特征在于，該內環凸面及該外環凸面形成步 驟包含以反比方式調整該第一曲率半徑及該第二曲率半徑的值。
29. 根據權利要求24所述的制造方法，其特征在于，進一步包含下列步驟覆蓋一熒 光粉層于該發光芯片外，使該封裝鏡體包圍于該熒光粉層外；其中該熒光粉層的厚度小于 100iim。
全文摘要
本發明提供一種光源裝置及其制造方法。光源裝置包含有基座、發光芯片以及封裝鏡體。發光芯片設置于基座上；封裝鏡體則覆蓋于基座上，并包圍發光芯片。封裝鏡體的外表面主要包含兩個部分內環凸面及外環凸面。外環凸面包圍在內環凸面外側以圍成一環形；內環凸面則圍成一底窄口寬的錐狀空間。發光芯片位于內環凸面于基座上的投影范圍內；部分發光芯片產生的光線則被內環凸面直接反射至外環凸面，并在外環凸面處直接出射或折射而離開封裝鏡體。
文檔編號F21S8/00GK101709842SQ200910260518
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月11日 優先權日2009年12月11日
發明者姚源榕, 林睿騰 申請人:友達光電股份有限公司