CN102478168A - 透镜夹持对位座及其发光二极管光板 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透镜夹持对位座及其发光二极管光板，光板包括基板、发光二极管、透镜及夹持对位座，发光二极管配置于基板并与基板的焊垫对应，而夹持对位座具有夹持部及对位元件，透镜藉夹持部而固定于夹持对位座上，对位元件对应焊垫并藉回焊制程而焊固于焊垫，因此，透镜即可藉焊接自动对位机制而与发光二极管对位，进而使发光二极管所发出光线经由透镜而调整光形及光强度分布。
Description
技术领域
本发明有关于一种透镜夹持对位座及其发光二极管光板，特别是能藉回焊自动对位机制而与发光二极管对位的对位座及其光板。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)挟着其节能、环保的优势，从低功率的指示、显示等应用领域，逐渐发展并涉入高功率的照明应用领域。在高功率的照明应用领域中，发光二极管除了需具备高亮度的基本要求外，发光二极管照明灯具所发出来的光线亦需满足特定照明要求。例如，应用于路灯的发光二极管灯具，其光强度分布必须满足路灯的照明规范。又如汽车头灯(head light)的应用，发光二极管头灯则需满足头灯光形及亮度的规范。除此之外，发光二极管在特定低功率的应用场合上，其整体发光的光形及强度分布亦有特定要求。
发光二极管通常通过透镜的设计来满足上述光形及强度分布的要求。部分设计采用一次光学的架构，另一部分设计则采用二次光学的架构。前述一次光学是指在发光二极管芯片上直接形成透镜，在发光二极管芯片所发出的光线未射入空气前控制该光线。二次光学则是在发光二极管芯片发出光线的路径上(通常在光线已穿入空气中之后)设置透镜，以控制该光线。
前述二次光学所采用的透镜(lens)，一般由透镜支架(lens holder)所夹持，该透镜支架经由紧配合、胶合或螺丝锁固的方式而固定于电路板上，如此一来，即可将透镜与电路板上的发光二极管完成对位，进而通过透镜控制发光二极管所发出的光线。由于透镜与发光二极管间的对位关系是靠透镜支架与电路板间的固定关系而维持的，因此，当上述紧配合或螺固状态改变时，将明显影响整体所发出的光形及强度分布。
前述紧配合固定方式，通常是将透镜支架上的数支固定脚***电路板上的孔洞中，由于是紧配合(干涉配合)，故卡合时足够的外力方能将固定脚紧配入孔洞，若所施的外力不均匀或固定脚与孔洞的尺寸关系不恰当，有可能会造成对位不够精准，进而影响光形。其次，由于发光二极管运作时会产生热量，而紧配合的孔径往往因受该热量的影响而变大，如此即改变了紧配合的稳定状态，进而影响光形与强度的分布。
前述胶合与螺固的方式，都需增加制程步骤及制程时间，且大量生产时，每一单体的对位效果亦不易一致。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一透镜夹持对位座及其发光二极管光板，以在制程中较精确地定位，解决上述问题。
依据一实施例，发光二极管光板包含基板、发光二极管、透镜及夹持对位座，基板具有多个焊垫，发光二极管配置于基板并对应焊垫，夹持对位座具有一夹持部及多个对位元件，夹持部夹持透镜，对位元件则对应并以回焊方式焊接于焊垫，以使透镜对应发光二极管，并使得发光二极管所发出的光线经由透镜而调整光形及光强度分布。
所述的发光二极管光板，其中，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1倍至5倍。
所述的发光二极管光板，其中，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1.2倍至5倍。
所述的发光二极管光板，其中，每一该对位元件自该对位元件的底面向上呈锥状外扩。
所述的发光二极管光板，其中，每一该对位元件为一阶梯圆柱，且该阶梯圆柱的底面积小于该阶梯圆柱的顶面积。
所述的发光二极管光板，其中，该夹持对位座具有多个对位孔，所述多个对位元件分别配置于所述多个对位孔，每一该对位孔的底面积与对应的该对位元件的外径的尺寸差小于或等于该对位元件的外径与该对位元件对应的该焊垫的外径的尺寸差。
所述的发光二极管光板，其中，该夹持对位座的底面具有多个凸块，在该夹持对位座固定于该基板时，所述多个凸块其中之一接触该基板的表面。
所述的发光二极管光板，其中，该夹持对位座具有一容置空间，该透镜配置于该容置空间，该夹持对位座具有一通道以连通该容置空间与该发光二极管间，部分该发光二极管所发出的光线经过该容置空间而射入该透镜。
所述的发光二极管光板，其中，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1.2倍至5倍；
该夹持对位座具有多个对位孔，所述多个对位元件分别配置于所述多个对位孔，每一该对位孔的底面积与对应的该对位元件的外径的尺寸差小于或等于该对位元件的外径与该对位元件对应的该焊垫的外径的尺寸差；
该夹持对位座的底面具有多个凸块，在该夹持对位座固定于该基板时，所述多个凸块其中之一接触该基板的表面；以及
该夹持对位座具有一容置空间，该透镜配置于该容置空间，该夹持对位座具有一通道以连通该容置空间与该发光二极管间，部分该发光二极管所发出的光线经过该容置空间而射入该透镜。
依据一实施例，透镜夹持对位座，适于夹持一透镜并将该透镜与一基板上之一发光二极管对位，该基板具有多个焊垫，透镜夹持对位座包括一本体，本体具有夹持部及多个对位元件，夹持部夹持透镜，所述多个对位元件对应所述多个焊垫，以使该透镜对应发光二极管，每一焊垫的表面积为所对应的对位元件的底面积的2倍至4倍。
所述的透镜夹持对位座，其中，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1倍至5倍。
所述的透镜夹持对位座，其中，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1.2倍至5倍。
所述的透镜夹持对位座，其中，每一该对位元件自该对位元件的底面向上呈锥状外扩。
所述的透镜夹持对位座，其中，每一该对位元件为一阶梯圆柱，且该阶梯圆柱的底面积小于该阶梯圆柱的顶面积。
所述的透镜夹持对位座，其中，该夹持对位座具有多个对位孔，所述多个对位元件配置于所述多个对位孔，每一该对位孔的底面积与对应的该对位元件的外径的尺寸差小于或等于该对位元件的外径与该对位元件对应的该焊垫的外径的尺寸差。
所述的透镜夹持对位座，其中，该夹持对位座的底面具有多个凸块，在该夹持对位座固定于该基板时，所述多个凸块其中之一接触该基板的表面。
所述的透镜夹持对位座，其中，该夹持对位座具有一容置空间，该透镜配置于该容置空间，该透镜夹持对位座在具有一通道以连通该容置空间与该发光二极管间，部分该发光二极管所发出的光线经过该容置空间而射入该透镜。
所述的透镜夹持对位座，其中，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1.2倍至5倍；
该夹持对位座具有多个对位孔，所述多个对位元件分别配置于所述多个对位孔，每一该对位孔的底面积与对应的该对位元件的外径的尺寸差小于或等于该对位元件的外径与该对位元件对应的该焊垫的外径的尺寸差；
该夹持对位座的底面具有多个凸块，在该夹持对位座固定于该基板时，所述多个凸块其中之一接触该基板的表面；以及
该夹持对位座具有一容置空间，该透镜配置于该容置空间，该夹持对位座具有一通道以连通该容置空间与该发光二极管间，部分该发光二极管所发出的光线经过该容置空间而射入该透镜。
通过上述本发明的特征，基板可依表面黏着技术(Surface-MountTechnology，SMT)，先在焊垫上以网板印刷(Solder Printing)的方式涂布焊锡，接着将夹持对位座(含对位元件)、及发光二极管配置于适当位置(此为取置作业mounting，pick and place)，以让对位元件初步对应焊垫，接着将整个基板、发光二极管及夹持对位座依回焊制程(reflow process，又称过锡炉)将对位元件焊固于焊垫上，由于(1)对位元件与夹持对位座之间的相对位置为设计时已决定、(2)发光二极管与焊垫的相对位置已于基板上确定、及(3)在回焊制程时，对位元件将因熔融的焊锡的内聚力与表面张力而能准确地对位于焊垫上，因此，能够将透镜与发光二极管的相对位置固定，而达到更精确定位的目的。
其次，依前述特征，在对位元件的底面积与焊垫的表面积经适当设计，即可使得对位精度提高；再者，在另一实施例中，对位元件与夹持对位座间采非紧配方式设计时，对位孔与对位元件间的尺寸关系在适当设计下，亦能得到更精确的定位效果。
附图说明
图1为依据本发明的发光二极管光板一实施例的结构示意图；
图2为图1在2-2位置的局部剖面示意图；
图3为本发明的对位元件的另一实施例结构示意图；
图4为本发明的发光二极管光板次一实施例的结构示意图；
图5为本发明的发光二极管光板另一实施例的剖面结构示意图。
其中，附图标记：
20 基板
22a，22b，22c 焊垫
26 转接板
30 发光二极管
40 透镜
42 对位凸点
50 夹持对位座
50a 第一壳体
50b 第二壳体
51a，51b 对位孔
52a，52b 夹持部
54a，54b，54e，54f 对位元件
54c 锥状元件
55 容置空间
56 通道
57a，57b 凸块
具体实施方式
以上关于本发明的内容说明及以下的实施方式的说明用以示范与解释本发明的精神与原理，并且提供本发明的专利申请范围更进一步的解释。
请参照图1，其为依据本发明的发光二极管光板的结构示意图。从图中可以见悉发光二极管光板包含基板20、发光二极管30、透镜40(亦可称光学透镜)及夹持对位座50。基板20可以是但不限于印刷电路板(Plastic Circuit Board，PCB)或其它可用于回焊制程(reflow process)的基板。
基板20具有多个焊垫22a，22b(Soldering Pad)。焊垫22a，22b的数量在此实施例是二个为例，但并不以此为限，亦可为三个或其它数量。当然，在基板20上对应发光二极管30的位置亦具有供发光二极管30焊固的焊垫22c。为便于说明，焊垫22a，22b称为第一焊垫22a，22b，而焊垫22c称为第二焊垫22c。第一焊垫22a，22b与第二焊垫22c间的相对位置在设计阶段即固定，以利后续对位的目的。
发光二极管30配置于基板20上的第二焊垫22c，以初步固定其相对位置，由于第二焊垫22c对应第一焊垫22a，22b，故发光二极管30与第一焊垫22a，22b间的相对位置亦固定。发光二极管30受激发(或通入电流)后，可发出光线。发光二极管30的表面亦可具有一表面透镜，以对该光线做一次光学的调整。
夹持对位座50具有夹持部52a，52b及多个对位元件54a，54b，夹持部52a，52b用以夹持透镜40，对位元件54a，54b则对应第一焊垫22a，22b并以回焊方式焊接(容后详述)于第一焊垫22a，22b，以使透镜40对应发光二极管30，并使得发光二极管30所发出的光线经由透镜40而调整光形及光强度分布(即二次光学的调整)。
请同时参阅图2，其为图1在2-2位置的局部剖面示意图。图中可以看见透镜40被夹持于夹持对位座50、发光二极管30焊固于第二焊垫22c、及对位元件54a，54b焊固于第一焊垫22a，22b的情形。
夹持对位座50具有容置空间55及通道56，容置空间55用以容置透镜40。通道56则连通空置空间55与发光二极管30间的空间，以使得发光二极管30所发出的光线得以射入透镜40，透镜40则可将射入透镜40的光线予以适当地调整，而得到所需的光形及光强度分布。夹持部52a，52b在此实施例中虽以凸条方式设计，但并不以此为限，任何能夹持透镜40于夹持对位座50的结构均可。
此外，为了能将透镜40以适当角度置于夹持对位座50，透镜40另具有对位凸点42，夹持对位座50对应对位凸点42位置另具有凹槽，以容置该对位凸点42并防止于制程中将透镜40以不正确的方位置放。
对位元件54a，54b在本实施例中以阶梯状的圆柱为例，但并不以此为限，此阶梯圆柱的底面积小于阶梯圆柱的底面积顶面积。对位元件54a，54b亦为如图3所示的锥状元件54c，此锥状元件54c自其底面向上呈锥状外扩形。另外，对位元件54a，54b亦可采用截面积(底面积)为方形或矩形的对位元件。其次，对位元件54a，54b的材质可以是任何能通过回焊制程而焊固于基板的材质，例如但不限于表面镀镍的金属、金、银、铜及镍等材料。
以此实施例为例，每一第一焊垫22a，22b的直径(即用于焊接的圆形表面的直径)为所对应的对位元件54a，54b的底面直径(用于与焊垫焊接的底面)的1倍至5倍，较佳为1.2倍至5倍。换句话说，较佳的是，每一焊垫22a，22b的表面积为所对应的对位元件的底面积的1.2到5倍。
通过上述特征，发光二极管光板的组装及焊固的程序可以是但不限于下述程序：
首先，将基板20依表面黏着技术(Surface-Mount Technology，SMT)，先在焊垫22a，22b，22c上以网板印刷(Solder Printing)的方式涂布焊接材料，此焊接材料可以是但不限于锡膏(solder paste)或助焊剂(flux)。
其次，将夹持对位座50(含对位元件54a，54b)、及发光二极管30依取置作业(mounting，pick and place)技术分别配置于第一焊垫22a，22b与第二焊垫22c，以让对位元件初步对应焊垫。接着，将整个基板20、发光二极管30及夹持对位座50依回焊制程(reflow process，又称过锡炉)将对位元件54a，54b及发光二极管30焊固于第一焊垫22a，22b及第二焊垫22c上，由于焊接材料在回焊制程初期将产生熔融，熔融后的焊接材料可藉其内聚力与表面张力而能准确地将对位元件54a，54b及发光二极管30各别地焊固于第一焊垫22a，22b及第二焊垫22c上，此即称为焊接自动对位机制(soldering self-alignment mechanism)。
再者，经由上述对位元件54a，54b底面积及第一焊垫22a，22b表面积的适当设计，即能更精确地将对位元件54a，54b对位于第一焊垫22a，22b，进而使得透镜40能与发光二极管30精确对位。
续，在此实施例中，夹持对位座50另具有对位孔51a，51b，供前述对位元件54a，54b置放。为了能使上述焊接自动对位机制不致受对位孔51a，51b与对位元件54a，54b之间尺寸差的影响，每一对位孔51a，51b的底面积(或可称孔径)与对应的对位元件54a，54b的外径的尺寸差小于或等于对位元件54a，54b的外径与对位元件54a，54b对应的焊垫22a，22b(第一垫焊)的外径的尺寸差。
上述尺寸差，在对位元件54a，54b为锥形柱时，例如图3所示，则是在对位元件54a，54b焊固于基板20上之后，对位元件54a，54b与对位孔51a，51b之间的直径差。此外，若对位元件54a，54b为非圆形截面，而为方形或矩形截面时，则是对位元件54a，54b截面的长或宽与焊垫22a，22b的长或宽的差异值。
在一实施例中，夹持对位座50在朝基板20的面上具有凸块57a，57b，此凸块57a，57b其中之一接触基板20的表面。此凸块57a，57b的效果在于减少夹持对位座50与基板20间的摩擦力，也就是说，当对位元件54a，54b在与第一焊垫22a，22b因回焊制程而自动对位时，焊接材料将藉其内聚力与表面张力而牵引夹持对位座50在基板20表面上平移，由于凸块57a，57b的设置，将使得夹持对位座50与基板20间为点接触、线接触或小区域的面接触，使得更容易让对位元件54a，54b与第一焊垫22a，22b达到预定的对位效果。此外，基板20对应该凸块57a，57b之处另可以设计有低摩擦力的表面，例如但不限于一金属面，以降低夹持对位座50与基板20间的摩擦力。
在本实施例中，每个夹持对位座50用以夹持单一透镜40，但并非用以限定本发明，每个夹持对位座50亦可夹持多个透镜40，例如但不限于个别分离的透镜40或透镜数组(lens array)，如此一来，即可利用整个夹持对位座50与基板20的第一焊垫22a，22b之间的对位而达到多个发光二极管30与多个透镜40一次对位的目的，亦可减少对位元件54a，54b的使用。
此外，夹持对位座50在此实施例中，虽采单一元件设计，但亦可采多元件设计，如图4所示，其为本发明的发光二极管光板次一实施例的结构示意图。发光二极管光板包含基板20、转接板26、发光二极管30、透镜40及夹持对位座50。
在此实施例中，夹持对位座50包含第一壳体50a及第二壳体50b。而发光二极管30具配置于转接板26之后，再焊固于基板20上，通过此设计，亦可达到上述精确对位的效果。
接着，请搭配图5阅览之。其为本发明的发光二极管光板另一实施例的剖面结构示意图。图中可以见悉，发光二极管光板包含基板20、发光二极管30、透镜40及夹持对位座50。
在此实施例中，夹持对位座50的对位元件54e，54f固定于夹持对位座50的本体内，此固定方式可以是在夹持对位座50于射出成型即已固定于本体内的方式。通过对位元件54e，54f固定于夹持对位座50的设计，可以得到更佳的对位效果。
在采用此实施例时，夹持对位座50的较佳材质可以采用能耐高温的材质，以能耐到回锡制程的温度为佳，例如但不限于耐温达摄式260度以上。
本实施例的对位元件54e，54f虽采用图式的结构，但并不以此为限，亦可以是一片状元件，而该片状元件外露部分则用以与第一焊垫22a，22b焊接，此时，片状元件即可呈矩形，通过矩形的长与宽并不相同的特性，则能进一步对夹持对位座50所焊固的方位一并对位。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (18)
1.一种发光二极管光板，其特征在于，包括：
一基板，具有多个焊垫；
一发光二极管，配置于该基板；
一透镜；以及
一夹持对位座，具有一夹持部及多个对位元件，该夹持部夹持该透镜，所述多个对位元件对应并以回焊方式焊接于所述多个焊垫，以使该透镜对应该发光二极管。
2.根据权利要求1所述的发光二极管光板，其特征在于，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1倍至5倍。
3.根据权利要求2所述的发光二极管光板，其特征在于，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1.2倍至5倍。
4.根据权利要求1所述的发光二极管光板，其特征在于，每一该对位元件自该对位元件的底面向上呈锥状外扩。
5.根据权利要求1所述的发光二极管光板，其特征在于，每一该对位元件为一阶梯圆柱，且该阶梯圆柱的底面积小于该阶梯圆柱的顶面积。
6.根据权利要求1所述的发光二极管光板，其特征在于，该夹持对位座具有多个对位孔，所述多个对位元件分别配置于所述多个对位孔，每一该对位孔的底面积与对应的该对位元件的外径的尺寸差小于或等于该对位元件的外径与该对位元件对应的该焊垫的外径的尺寸差。
7.根据权利要求1所述的发光二极管光板，其特征在于，该夹持对位座的底面具有多个凸块，在该夹持对位座固定于该基板时，所述多个凸块其中之一接触该基板的表面。
8.根据权利要求1所述的发光二极管光板，其特征在于，该夹持对位座具有一容置空间，该透镜配置于该容置空间，该夹持对位座具有一通道以连通该容置空间与该发光二极管间，部分该发光二极管所发出的光线经过该容置空间而射入该透镜。
9.根据权利要求1所述的发光二极管光板，其特征在于，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1.2倍至5倍；
该夹持对位座具有多个对位孔，所述多个对位元件分别配置于所述多个对位孔，每一该对位孔的底面积与对应的该对位元件的外径的尺寸差小于或等于该对位元件的外径与该对位元件对应的该焊垫的外径的尺寸差；
该夹持对位座的底面具有多个凸块，在该夹持对位座固定于该基板时，所述多个凸块其中之一接触该基板的表面；以及
该夹持对位座具有一容置空间，该透镜配置于该容置空间，该夹持对位座具有一通道以连通该容置空间与该发光二极管间，部分该发光二极管所发出的光线经过该容置空间而射入该透镜。
10.一种透镜夹持对位座，适于夹持一透镜并将该透镜与一基板上的一发光二极管对位，该基板具有多个焊垫，其特征在于，该透镜夹持对位座包括：
一本体，具有一夹持部及多个对位元件，该夹持部夹持该透镜，所述多个对位元件对应所述多个焊垫，以使该透镜对应该发光二极管。
11.根据权利要求10所述的透镜夹持对位座，其特征在于，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1倍至5倍。
12.根据权利要求11所述的透镜夹持对位座，其特征在于，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1.2倍至5倍。
13.根据权利要求10所述的透镜夹持对位座，其特征在于，每一该对位元件自该对位元件的底面向上呈锥状外扩。
14.根据权利要求10所述的透镜夹持对位座，其特征在于，每一该对位元件为一阶梯圆柱，且该阶梯圆柱的底面积小于该阶梯圆柱的顶面积。
15.根据权利要求10所述的透镜夹持对位座，其特征在于，该夹持对位座具有多个对位孔，所述多个对位元件配置于所述多个对位孔，每一该对位孔的底面积与对应的该对位元件的外径的尺寸差小于或等于该对位元件的外径与该对位元件对应的该焊垫的外径的尺寸差。
16.根据权利要求10所述的透镜夹持对位座，其特征在于，该夹持对位座的底面具有多个凸块，在该夹持对位座固定于该基板时，所述多个凸块其中之一接触该基板的表面。
17.根据权利要求10所述的透镜夹持对位座，其特征在于，该夹持对位座具有一容置空间，该透镜配置于该容置空间，该透镜夹持对位座在具有一通道以连通该容置空间与该发光二极管间，部分该发光二极管所发出的光线经过该容置空间而射入该透镜。
18.根据权利要求10所述的透镜夹持对位座，其特征在于，每一该焊垫的表面积为所对应的该对位元件的底面积的1.2倍至5倍；
该夹持对位座具有多个对位孔，所述多个对位元件分别配置于所述多个对位孔，每一该对位孔的底面积与对应的该对位元件的外径的尺寸差小于或等于该对位元件的外径与该对位元件对应的该焊垫的外径的尺寸差；
该夹持对位座的底面具有多个凸块，在该夹持对位座固定于该基板时，所述多个凸块其中之一接触该基板的表面；以及
该夹持对位座具有一容置空间，该透镜配置于该容置空间，该夹持对位座具有一通道以连通该容置空间与该发光二极管间，部分该发光二极管所发出的光线经过该容置空间而射入该透镜。
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