TWI548126B - 固態發光裝置 - Google Patents

Description

固態發光裝置

本發明係為一種固態發光裝置，尤指一種以相應的凸柱與凹槽之間的卡合設計而能完成其中透鏡單元之組裝的發光裝置。

請參閱第1圖，係為習知發光二極體燈條10之部份剖視圖。如第1圖所示，該發光二極體燈條10係是在一印刷電路板12上設置有多個封裝模組10。每一封裝模組10包含有一發光二極體單元14和一光學透鏡16，其中該光學透鏡16係設置於該印刷電路板12上並位於該發光二極體單元14的上方。

根據目前技術，一般採用直下式的發光二極體背光模組的出光修正若只有一次光學設計時，光源的指向性較不佳，也就是光源無法均勻化；在此情形下每一發光二極體單元需要使用較多顆數的晶粒方能達到所需的亮度或照明範圍，造成成本增加與驅動功率過高的問題。是以，如第1圖所示，為了提高射出光線的利用率、亮度或照明範圍，並調整其出光形式或均勻度等，便進一步採用二次光學設計(Second Lens)，也就是再於發光二極體單元14上設置一光學透鏡16。經由該光學透鏡16的修正，將可有效解決光源的指向性問題，使得光源均勻化而達到較佳的出光效果，進而減少晶粒的使用顆數。

就目前技術來說，搭配二次光學設計的發光二極體燈條的製作必須經過兩次的熱處理：包括第一次熱處理使得發光二極體單元14固定在印刷電路板12上，以及將光學透鏡16點膠後進行第二次熱處理使得光學透鏡16固定在印刷電路板12上。

就目前技術來說，光學透鏡16係藉由所設計的多個凸柱11、13配合點膠材料15、17或黏著劑而設置於印刷電路板12上。其中，所使用的點膠材料15、17或黏著劑多為熱固膠或紫外光硬化膠，並是直接圍繞著該些凸柱11、13，所以若用的膠量較多時，除了容易造成該光學透鏡16在印刷電路板12上滑動偏移外，亦可能會溢流到其他地方而對其他元件造成損壞；若用的膠量較少則該光學透鏡16可能會產生脫落，或是發光二極體燈條經過長期使用時，膠材可能產生破裂。

是以，雖然使用該光學透鏡16可改善出光效果，但是在組裝上卻也會產生如上所述的技術問題。另外，由於也需要額外的點膠材料或黏著劑的使用以進行固定，因此不但增加了材料成本，而且還提高製程上的複雜度。

本發明之目的在於提供一種固態發光裝置。該發光裝置係藉由其中透鏡單元上的凸柱與其中電路板上的凹槽之間的卡合設計，而能直接完成透鏡單元對電路板之固定組裝，從而可免除相關點膠材料或黏著劑的使用即能達到良好的組裝與固定效果，並能減少成本與製程複雜度。

本發明係為一種固態發光裝置，包含有：一印刷電路板，具有至少二組裝凹槽；一發光二極體單元，設置於該印刷電路板上並位於該些組裝凹槽之間；以及一透鏡單元，設置於該印刷電路板上並位於該發光二極體單元的上方，該透鏡單元具有一透鏡主體與至少二組裝凸柱位於該透鏡主體的底面，其中該些組裝凸柱相應於該些組裝凹槽且係藉由產生形變而相應地卡合於該些組裝凹槽中並完成固定組裝。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

10‧‧‧固態發光裝置

12‧‧‧印刷電路板

11、13‧‧‧凸柱

15、17‧‧‧點膠材料

14‧‧‧發光二極體單元

16‧‧‧光學透鏡

20、30、40、50、60、70、80‧‧‧固態發光裝置

22、32、42、52、62、72、82‧‧‧印刷電路板

221、321、421、521、621、721、821‧‧‧第一表面

222、322、422、522、622、722、822‧‧‧第二表面

24、34、44、54、64、74、84‧‧‧發光二極體單元

21、23、31、33、41、43、51、53、61、63、71、73、81、83‧‧‧組裝凸柱

26、36、46、56、66、76、86‧‧‧透鏡單元

260、360、460、560、660、760、860‧‧‧透鏡主體

25、27、35、37、45、47、55、57、65、67、75、77、85、87‧‧‧組裝凹槽

611、631‧‧‧片體

810、830‧‧‧軸心

710、730‧‧‧端部

811、831‧‧‧熱固性材質

第1圖，係為習知固態發光裝置10之部分剖視圖。

第2A圖和第2B圖，係分別為本發明的一固態發光裝置20的分解與組裝完成的示意圖。

第3A圖和第3B圖，係分別為本發明的一固態發光裝置30的分解與組裝完成的示意圖。

第4A圖和第4B圖，係分別為本發明的一固態發光裝置40的分解與組裝完成的示意圖。

第5A圖和第5B圖，係分別為本發明的一固態發光裝置50的分解與組裝完成的示意圖。

第6A圖和第6B圖，係分別為本發明的一固態發光裝置60的分解與組裝完成的示意圖。

第7A圖和第7B圖，係分別為本發明的一固態發光裝置70的分解與組裝完成的示意圖。

第8A圖和第8B圖，係分別為本發明的一固態發光裝置80的分解與組裝完成的示意圖。

以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並不會限縮本發明欲保護之範圍。此外，實施例中之圖式係省略不必要之元件，以清楚顯示本發明之技術特點。

為解決先前技術所述的問題，本發明提出一種固態發光裝置，主要概念為於其中的透鏡單元上形成有組裝凸柱以對應所要組裝的印刷電路板上的組裝凹槽。更進一步來說，透鏡單元的組裝或固定方式將不需使用點膠材料或黏著劑，而主要是利用材質的彈性形變或熱膨脹形變等特性，再加上對組裝凸柱與組裝凹槽的對應形狀設計，使得組裝凸柱能相應於組裝凹槽產生形變而卡合於其中而完成兩者之間組裝與固定。

現以一第一實施例進行本發明所提出的固態發光裝置的實施說明；於此實施例中，所採用的組裝與固定方式係為利用材質的彈性形變特性。

請同時參閱第2A圖和第2B圖，係分別為一固態發光裝置20的分解與組裝完成的示意圖。如圖所示，該固態發光裝置20主要包含有印刷電路板22、發光二極體單元24、透鏡單元26。詳細來說，在本實施例中，該印刷電路板22係具有至少二組裝凹槽25、27，發光二極體單元24位於印刷電路板22上並位於組裝凹槽25、27之間，而透鏡單元26則具有一透鏡主體260與至少二組裝凸柱21、23位於該透鏡主體260的底面；也就是設計該些組裝凹槽25、27的間距係相應於該些組裝凸柱21、23的間距。圖式係分以二個凸柱與二個凹槽之元件作示意，但本發明並不限於此。而其中組裝凹槽與組裝凸柱的數目係相互對應。

承上所述，本發明的該印刷電路板22具有一第一表面221和一第二表面222，該些組裝凹槽25、27係形成於該第一表面221上且未貫穿該第二表面222。而該些組裝凹槽25、27的形成方式係以雷射、機械加工或化學處理方式形成於該第一表面221上，藉由此處理技術便能達到準確的組裝位置的定位要求。

於此實施例中，該些組裝凹槽25、27的容積形狀係相應於該些組裝凸柱21、23的外觀形狀。如第2A圖和第2B圖所示，該些組裝凹槽25、27與該些組裝凸柱21、23係呈現為柱狀，其柱狀可為矩形柱狀或圓形柱狀；也就是該些組裝凹槽25、27的孔徑大小係自該第一表面221向該些組裝凹槽25、27之底部呈現為相等，且該些組裝凸柱21、23的剖面大小係自該透鏡主體260的底面向該些組裝凸柱21、23之端緣呈現為相等。其次，該些組裝凹槽25、27的孔徑或容積小於該些組裝凸柱21、23的剖面或體積，並且該些組裝凸柱21、23係為彈性材質；例如具彈性的塑膠材質。而為使該發光二極體單元24不受損壞，該些組裝凸柱21、23的長度係大於該發光二極體單元24的厚度加上該些組裝凹槽25、27的深度。

承上所述，該些組裝凸柱21、23能因應一受力情形產生彈性形變以進入該些組裝凹槽25、27中，再於恢復部份的 或全部的形變後產生卡合而完成固定組裝。詳細來說，如第2A、2B圖所示，其方式是將該透鏡單元26置於該發光二極體單元24的上方，並使該些組裝凸柱21、23相應於該些組裝凹槽25、27；由於組裝凸柱21、23為彈性材質且於此實施例中設計其剖面較組裝凹槽25、27的孔徑大，當兩者接觸時再施予壓力至該透鏡單元26上，便能讓組裝凸柱21、23產生相應的彈性形變進入組裝凹槽25、27中，之後組裝凸柱21、23便藉由形變的恢復力而向組裝凹槽25、27側壁加以抵頂，進而產生卡合而完成該透鏡單元26於該印刷電路板22上的固定組裝。

於本發明中的透鏡單元26之材質可為一可透光之高分子物質；例如聚甲基丙烯酸甲脂(Polymethly Methacrylate，簡稱為PMMA)、聚苯乙烯(Polystyrene，簡稱為PS)、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯(Methly-methacrylate-Styrene，簡稱為MS)或聚碳酸酯(Polycarbonate，簡稱為PC)。

本實施例還可根據上述的概念而將其組裝凸柱與組裝凹槽的形狀作其他變化設計，而能達到同樣的組裝與固定效果。請分別參閱第3A圖和第3B圖、第4A圖和第4B圖、第5A圖和第5B圖、第6A圖和第6B圖，係分別為另一固態發光裝置30、40、50、60的分解與組裝完成的示意圖。相同的元件係以相似編號作示意。在第3A圖和第3B圖中，組裝凸柱31、33與組裝凹槽35、37的形狀係呈現為梯形；在第4A圖和第4B圖中，組裝凸柱41、43與組裝凹槽45、47的形狀係呈現為凸點狀；在第5A圖和第5B圖中，組裝凸柱51、53與組裝凹槽55、57的形狀係呈現為倒T字形；在第6A圖和第6B圖中，組裝凸柱61、63的形狀係呈現為夾狀，而組裝凹槽65、67則呈現為梯形。

承上所述，針對第3A圖至第5B圖的主要設計，該些組裝凹槽的孔徑大小係自該第一表面向該些組裝凹槽之底部呈現增加，且相對應地該些組裝凸柱的剖面大小則自該透鏡主體的底面向該些組裝凸柱之端緣呈現增加。類似於上述實施例的組 裝方式，由於組裝凸柱係為彈性材質，且於第3A圖至第5B圖中可設計組裝凹槽的容積小於組裝凸柱的體積；當兩者接觸時再施予壓力至透鏡單元上，便能讓各組裝凸柱產生相應的彈性形變而進入相應的組裝凹槽中。最後，組裝凸柱於組裝凹槽中恢復部分或全部的形變後產生卡合而完成各透鏡單元的固定組裝。

另一方面，由其組裝凸柱與組裝凹槽的設計形狀可知，即使組裝凹槽的容積大於組裝凸柱的體積，也可於恢復部份的或全部的形變後產生卡合。此係由於各組裝凸柱的端緣相對較大，一旦藉由彈性形變而進入至組裝凹槽後便無法退出其開孔而產生卡合，進而完成固定組裝。此外，組裝凸柱的長度可大於組裝凹槽的深度加上發光二極體單元的厚度。

而針對第6A圖和第6B圖的變化設計，其中進一步設計每一組裝凸柱61、63更包括複數個可彈性形變之片體611、631，而該些片體611、631之間相夾一可變夾角。詳細來說，此一變化設計中的各組裝凸柱61、63的外觀係呈現為類似夾子的夾狀，也就是其內部是中空的且各片體611、631係相互分離。該些片體611、631亦能因應一受力情形產生彈性形變以縮緊、靠攏以進入組裝凹槽65、67中；又由於相應的組裝凹槽65、67為梯形，也就是其孔徑大小係自第一表面621向其底部呈現增加，組裝凸柱61、63之片體611、631便可恢復部份的或全部的形變而向相應的組裝凹槽65、67側壁加以抵頂，進而產生卡合而完成該透鏡單元66的固定組裝。

現以一第二實施例進行本發明所提出的固態發光裝置的實施說明；於此實施例中，所採用的組裝與固定方式係為利用材質的熱膨脹形變特性。

請同時參閱第7A圖和第7B圖，係分別為又一固態發光裝置70的分解與組裝完成的示意圖。如圖所示，該固態發光裝置70的元件組成係和第一實施例相同，也就是主要包含有透鏡單元76和印刷電路板72。而此實施例和第一實施例不同之 處在於，該些組裝凸柱71、73之最下方所各包含的一端部710、730係為熱固性材質；例如可為具熱膨脹特性之高分子聚合物，可為環氧樹脂、矽氧樹脂(silicone)或前述之組合。也就是凸柱的端部710、730具熱固性，其他部份則可和透鏡單元76為同一材質。於此實施例中，該些端部710、730類似呈圓形狀。

其次，如圖所示，該些組裝凹槽75、77的孔徑大小係自該第一表面721向該些組裝凹槽75、77之底部呈現為增加，即組裝凹槽75、77之上方呈柱狀、下方為類似於弧狀且較寬大的凹槽。該些組裝凸柱71、73的剖面大小於該透鏡主體760的底面至該些端部710、730之間呈現為固定。該些端部710、730的剖面大小是小於或等於該些組裝凹槽75、77之上方開口的孔徑大小。

承上所述，藉由此一設計使得將該透鏡單元76置於該發光二極體單元74的上方並進行組裝時，該些組裝凸柱71、73即能順利地進入至相應的組裝凹槽75、77中。是以，再因應一加熱情形的運作(例如利用紫外光(UV)照射或烘烤方式)，該些組裝凸柱71、73之端部710、730便會產生熱膨脹情形而增大體積，且所增大的體積形狀會因應凹槽75、77底面的形狀；又由於其材料的熱固特性而於溫度下降後不會造成體積的縮減，使得所產生的熱固形變將與該些組裝凹槽75、77產生卡合而完成該透鏡單元76的固定組裝。於一實施例中可設計該些組裝凸柱71、73的長度係大於該發光二極體單元74的厚度加上該些組裝凹槽75、77的深度。

本實施例還可根據上述的概念而將其組裝凸柱的結構與組裝凹槽的形狀作其他變化設計，而能達到同樣的組裝與固定效果。請同時參閱第8A圖和第8B圖，係為再一固態發光裝置80的分解與組裝完成的示意圖。如圖所示，類似於第2A圖和第2B圖，此一變化設計的該些組裝凹槽85、87與該些組裝凸柱81、83係呈現為柱狀。不同之處在於，除了組裝凹槽85、87的孔徑 可等於或大於組裝凸柱81、83的剖面外，組裝凸柱81、83各包含一熱固性材質811、831；也就是組裝凸柱81、83並非整個都具熱固性，而是由該熱固性材質811、831包覆該凸柱81、83之軸心810、830的至少一表面。

承上所述，各軸心810、830可和該透鏡單元86為同一材質，也就是可為該透鏡單元86的延伸。是以，當組裝凸柱81、83整體進入至相應的組裝凹槽85、87中後，其中的熱固性材質811、831將能因應一加熱情形的運作產生熱膨脹情形而增大體積，所產生的熱固形變將向組裝凹槽85、87側壁加以抵頂，進而產生卡合而完成該透鏡單元86的固定組裝。

另一方面，由此一熱膨脹的卡合特性可知，組裝凸柱與組裝凹槽的設計形狀可不為重點，也就是其可作如上所述相關形狀的變化設計，甚至是組裝凸柱的形狀與組裝凹槽的形狀也可互不相同。換句話說，利用熱膨脹的卡合特性，只要組裝凹槽的孔徑、容積或形狀能在加熱運作之前順利地提供相應的組裝凸柱進入於其中，便可於加熱運作後產生有效的熱膨脹與熱固性而完成固定組裝。當然，該熱固性材質對其凸柱之軸心的包覆形式亦不限於上述之實施例中的方式。

綜上所述，本發明所提出的固態發光裝置至少可以達到以下幾點功效增進：其一、藉由透鏡單元本身的凸柱及電路板的凹槽之設計，可直接將透鏡卡合於電路板上而完成設置；其二、免除熱固膠或紫外光硬化膠的使用，可節省製程上的成本開銷並可減少封裝結構的製程複雜度；其三、避免了因使用點膠材料或黏著劑所產生的溢流情形或透鏡滑動偏移情形，而可改善透鏡與電路板之間的結合強度，並能在準確的卡合位置設計下有效地控制出光效果；其四、可避免透鏡過於凸出而使得整體結構更趨薄形化，並讓電路板或承載本體更貼近於散熱座或其他平面結構而達到更佳的散熱效果。

是故，本發明能有效解決先前技術中所提出之相關 問題，而能成功地達到本案發展之主要目的。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

20‧‧‧固態發光裝置

22‧‧‧印刷電路板

221‧‧‧第一表面

222‧‧‧第二表面

24‧‧‧發光二極體單元

21、23‧‧‧組裝凸柱

26‧‧‧透鏡單元

260‧‧‧透鏡主體

25、27‧‧‧組裝凹槽

Claims (11)

1. 一種固態發光裝置，包含有：一印刷電路板，具有至少二組裝凹槽；一發光二極體單元，設置於該印刷電路板上並位於該些組裝凹槽之間；以及一透鏡單元，設置於該印刷電路板上並位於該發光二極體單元的上方，該透鏡單元具有一透鏡主體與至少二組裝凸柱位於該透鏡主體的底面，其中該些組裝凸柱相應於該些組裝凹槽且係藉由產生形變而相應地卡合於該些組裝凹槽中並完成固定組裝。
2. 如申請專利範圍第1項所述之固態發光裝置，其中該印刷電路板具有一第一表面和一第二表面，該些組裝凹槽係形成於該第一表面上且未貫穿該第二表面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之固態發光裝置，其中該些組裝凸柱係為彈性材質，因應一受力情形產生彈性形變以進入該些組裝凹槽中，再於恢復部份的或全部的形變後產生卡合而完成固定組裝。
4. 如申請專利範圍第3項所述之固態發光裝置，其中每一該些組裝凸柱包括複數可彈性形變之片體，該些片體之間相夾一可變夾角。
5. 如申請專利範圍第2項所述之固態發光裝置，其中該些組裝凹槽的孔徑大小係自該第一表面向該些組裝凹槽之底部呈現增加。
6. 如申請專利範圍第5項所述之固態發光裝置，其中該些組裝凸柱的剖面大小係自該透鏡主體的底面向該些組裝凸柱之端緣呈現增加。
7. 如申請專利範圍第2項所述之固態發光裝置，其中該些組裝凸柱各包含一熱固性材質，因應一加熱情形產生熱固形變後與該些組裝凹槽產生卡合而完成固定組裝。
8. 如申請專利範圍第7項所述之固態發光裝置，其中該熱固性材質包覆該凸柱至少一表面。
9. 如申請專利範圍第2項所述之固態發光裝置，其中該些組裝凹槽係以雷射、機械加工或化學處理方式形成於該第一表面上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之固態發光裝置，其中該些組裝凹槽的間距係相應於該些組裝凸柱的間距。
11. 如申請專利範圍第1項所述之固態發光裝置，其中該些組裝凹槽的容積形狀係相應於該些組裝凸柱的外觀形狀。