CN1426117A - 具有微小透镜的表面黏著型发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本发明“具有微小透镜表面黏著型发光二极管”是将复数个微小透镜或绕射透镜制作于平面型SMD LED表面上，利用这些复数个透镜来增加光直接自发光晶片射出的的机会、增加LED亮度，而且肉眼上来看元件表面仍为平面，不会影响元件固定作业品质，也不会增加元件体积。

Description

具有微小透镜的表面黏著型发光二极管
技术领域
本发明提供一种表面黏著型发光二极管，特别是指一种具有微小透镜的表面黏著型发光二极管。
背景技术
现行表面黏著型发光二极管(SMD LED)封装方式因封装树脂(Epoxy)与大气的折射率差异，(大气的折射率nair为1，树脂的折射率nepoxy约为1.5)，大部分的光都无法直接射出。证明如下：
若元件表面为平面状，由司奈尔定津(Snell’s Law)：
nsin(θ)＝n’sin(θ’)
则：
nairsin(θair)＝nepoxysin(θepoxy)；nair＝1，如图1所示。
Sin(θair)＝1.5×sin(θepoxy)
此例中光自封装树脂(Epoxy)射到大气所能获得的最大角度θair为90°，得计算式如下：
sin(90°)＝1.5×sin(θepoxy)
θepoxy＝sin-1(1/1.5)＝0.729728＝0.728728×180/π＝41.8°
此处41.8°即为临界角(Critical Angle)。换句话说，一个LED发光晶片(Dice)可发出180°的光，却只有41.8°×2＝83.6°的光可以自元件中直接射出，其它的光必须经若干次的折射，浪费许多亮度后才能射出，或完全无法射出，因而发光亮度效益较差，如图2所示。
现行SMD型式的LED，受限于模具制作技术和成本，通常封装树脂(Epoxy)的外观不外乎平面、单球(弧)面、或两者的复合型，如图3、图4、图5所示。
若表面构成一单一的凸透镜，虽可改善亮度，但产品将因此而体积增大，且严重缺点为固定LED元件作业(Pick & Place)时，真空吸取器容易因为元件弧形的表面而漏气导致真空度不足，造成作业时抛料损失及位置摆放偏移。
归纳以上所述的传统做法的SMD LED缺点如下：
1.发光亮度较差，
2.为增加亮度，须将SMD LED封装树脂(Epoxy)表面设计成弧面，使元件体积增大，不利小型化。
3.SMD LED弧面元件将造成元件固定作业时容易抛料造成损失，有时甚至机台还会因此而停机。
4.SMD LED弧面元件将造成元件固定作业时容易位置摆放偏移，增加加工的麻烦。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有微小透镜表面黏著型发光二极管，其可保留一切SMD LED的优点，能增加LED亮度，光指向性更集中。
本发明另一目的在于提供一种具有微小透镜表面黏著型发光二极管，其具有体积小和改善元件固定作业时的良率和品质。
本发明一种具有微小透镜的表面黏著型发光二极管的结构；是包含：支架或基板：导电电极建构于其上；发光晶片：通以直流电流流经其正负电极后可发出特定波长的光线；导电线或导电材料：用来连接发光晶片与支架或基板；封装树脂：用以保护发光晶片及导电线或导电材料等；透过导电物质或黏著剂，将发光晶片固定在支架或基板上，再经过焊线作业后，发光晶片的正负电极和支架或基板上的导电电极连接，然后再将封装树脂用模铸法(Molding)的方式，将发光晶片和导电线包覆成SMDLED，其特征在于，发光二极管在封装树脂表面具有复数个微小透镜结构，此结构可以提高发光亮度及光指向性更集中。
其中微小透镜为凸透镜，以阵列方式排列。
其中其中微小透镜为平行柱状镜。
其中微小透镜呈同心圆状排列。
其中微小透镜为具绕射功能的绕射透镜，该透镜有聚焦效果，元件中任何位置发射出的光线透过此透镜皆会聚焦到同一位置，达到增加亮度的效果。
其中微小透镜为三角柱状形透镜。
其中微小透镜直径为10-200um，或菱形镜宽度为10-200μm。
本发明具“有微小透镜的表面黏著型发光二极管”使用的模具极为精细，每个透镜直径约10-200um，一般的传统机械加工难以做到。这种可成型出微小透镜的模具须使用光学蚀刻技术(LithographiceGalvanoformung and Abformung，LIGA)，此技术是利用光阻剂曝光显影后，再经加热使预留的光阻形成球面，经蒸镀上金属导电层后，即可用电铸的方法制作成模具，将此电铸模塔配压模机即可压铸成型出具有微小透镜的SMD LED。
此利用光学蚀刻技术来制作模具的方法，一举超越传统制作模具的机械加工思维，克服传统机械加工技艺即使不计成本也无法制作出具有微小透镜的模具，运用在封装上(例如：模铸法(Molding))，微小透镜即可建构在SMD LED表面。
因为具有微小透镜的SMD LED表面可以增加LED发光晶片(Dice)光发射的临界角(Critical Angle)，可以多收集发光晶片(Dice)发射的光，如此一来光的亮度即可提高，而且光的指向性可以更集中。
将微小透镜设计成具有绕射功能的绕射透镜，则光可以聚焦，封装树脂(Epoxy)内任一点的光线透过绕射透镜射出后皆能聚在焦点上，达到增加亮度的目的。
同时，因为在肉眼上SMD LED表面仍为平面，在进行固定元件作业(Pick & Place)时，不用担心因为真空吸取器会漏气而真空度不足，导致作业时元件抛料损失及位置摆放偏移，造成后续补料和重工的麻烦和困扰。
具有微小透镜的SMD LED将有以下的优点：
1.保留一切SMD LED的优点。
2.能增加LED亮度，光指向性更集中。
3.避免元件尺寸为寻求增加亮度输出而增大体积。
4.肉眼上表面仍保持平面，改善元件固定作业时的良率和品质。
附图说明
将本发明“有微小透镜的表面黏著型发光二极管”的内容配合相关附图以及实施例做一说明，其中：
图1是司奈尔定率(Snell’s Law)；
图2是大于临界角(Critical Angle)的光无法自元件中直接射出示意图；
图3是传统平面型的表面黏著型发光二极管(SMD LED)剖面图；
图4是传统单球(弧)面型的SMD LED剖面图；
图5是传统复合型SMD LED剖面图；
图6是本发明具有微小透镜的SMD LED剖面图；
图7是本发明以阵列方式排列的具有复数个微小透镜的SMD LED立体图；
图8是本发明以阵列方式排列的具有复教个微小透镜的SMD LED的透镜部分局部放大图；
图9是本发明以呈柱状排列的复教个微小透镜SMD LED立体图；
图10是本发明以呈柱状排列的复教个微小透镜SMD LED的透镜部分局部放大图；
图11是本发明以微小逶镜呈同心圆状排列的SMD LED立体图；
图12是本发明SMD LED表面具有绕射功能的微小透镜立体图；
图13是本发明以具有绕射透镜的SMD LED的绕射透镜部分局部放大图；
图14是本发明以呈柱状的排列的复数个菱形微小透镜SMD LED立体图；
图15是图16的微小透镜部分的局部放大图。
具体实施方式
请参阅图6、图7、图8所示为本发明实施例以阵列方式排列的微小透镜6A。此结构是由复数个微小透镜所构成的面，可以将元件内部大部分的光收集起来并射出，这是因为微小透镜的表面为弧面，可扩大临界角(Critical Angle)，也就是扩大元件内可有效射出光的角度，自然可以增加整个SMD LED的亮度。虽然透镜为凸形，但细小且密集，每个透镜直径约为10um-200um，肉眼上看还是平面状，不会有固定元件作业(Pick & Place)时，因为真空吸取器漏气而造成作业时抛料损失、位置摆放偏移以及停机的困扰。
请参阅图9和图10所示为本发明“有微小透镜的表面粘著型发光二极管”表面呈柱状的微小透镜6B。如上所述，此实施例为此结构亦可把光自元件中取出，增加SMD LED亮度。
请参阅图11所示为本发明实施例，是将微小透镜予以变化，呈同心圆方式排列的微小透镜6C。此种环状排列可以将元件中几乎所有向上的光都予以收集并射出(同理)，细密的纹路并不影响元件固定作业的进行。
请参阅图12和图13所示为本发明实施例，是将微小透镜设计成具绕射功能的绕射透镜6D，该透镜有聚焦效果，元件中任何位置发射出的光线透过此透镜皆会聚焦到同一位置，达到增加亮度的效果。
图14和图15所示为菱形微小透镜6F呈柱状方式排列实施例。元件中的光将透过此菱镜结构被收集然后射出。此种结构类似液晶显示面板上的菱形片，有增强亮度效果。
综上所述，本发明“具有微小透镜的表面黏著型发光二极管”是一种创新、改良，首先创作运用最新的光学蚀刻技术(LithographiceGalvanoformung and Abformung，LIGA)做微小透镜模具，也运用微机电技术(Micro Electro Mechanical Systems Workshop，MEMS)制作菱形微小透镜模具，提高SMD LED亮度，具有其实质功效，更符合专利申请要件。

Claims (7)

1.一种具有微小透镜的表面黏著型发光二极管的结构；是包含：
支架或基板：导电电极建构于其上；
发光晶片：通以直流电流流经其正负电极后可发出特定波长的光线；
导电线或导电材料：用来连接发光晶片与支架或基板；
封装树脂：用以保护发光晶片及导电线或导电材料等；
透过导电物质或黏著剂，将发光晶片固定在支架或基板上，再经过焊线作业后，发光晶片的正负电极和支架或基板上的导电电极连接，然后再将封装树脂用模铸法(Molding)的方式，将发光晶片和导电线包覆成SMD LED，其特征在于，发光二极管在封装树脂表面具有复数个微小透镜结构，此结构可以提高发光亮度及光指向性更集中。
2.如权利要求1所述的具有微小透镜的表面黏著型发光二极管，其特征在于，其中微小透镜为凸透镜，以阵列方式排列。
3.如权利要求1所述的具有微小透镜的表面黏著型发光二极管，其特征在于，其中其中微小透镜为平行柱状镜。
4.如权利要求1所述的具有微小透镜的表面黏著型发光二极管，其特征在于，其中微小透镜呈同心圆状排列。
5.如权利要求1所述的具有微小透镜的表面黏著型发光二极管，其特征在于，其中微小透镜为具绕射功能的绕射透镜，该透镜有聚焦效果，元件中任何位置发射出的光线透过此透镜皆会聚焦到同一位置，达到增加亮度的效果。
6.如权利要求1所述的具有微小透镜的表面黏著型发光二极管，其特征在于，其中微小透镜为三角柱状形透镜。
7.如权利要求1所述的具有微小透镜的表面黏著型发光二极管，其特征在于，其中微小透镜直径为10-200um，或菱形镜宽度为10-200μm。
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