CN1941433A - 透镜和反射碗不互相接触的光源模块以及相关制作方法 - Google Patents

Abstract

光源模块，包括一基板，一芯片，一反射碗以及一透镜。该芯片设在该基板之上，用来发出光。该反射碗设在该基板之上，用来反射该芯片所发出的光。该透镜以树脂形成在该基板之上并覆盖于该芯片之上，且该透镜和该反射碗不互相接触。

Description

透镜和反射碗不互相接触的光源模块以及相关制作方法

技术领域

本发明提供一种光学模块以及相关制作方法，特别是一种透镜和反射碗不互相接触的光源模块以及相关制作方法。

背景技术

使用发光组件来产生光源的光源模块可应用于各种不同领域，例如激光指示笔、通讯显示装置、电视遥控装置，以及照相手机的闪光灯等。请参考图1，图1为一传统光源模块10的示意图。光源模块10包括一基板12，一芯片14，一反射碗16以及一透镜18。芯片14设于基板12上，一般采用发光二极管(light emitting diode，LED)或激光二极管(laser diode，LD)等发光组件。反射碗16设于基板12上且环绕于芯片14的周围，而反射碗16的环状表面17和基板12呈一预定角度，可反射芯片14所发出的光。透镜18形成在基板12之上与反射碗16之中，覆盖于芯片14之上并和反射碗16的环状表面17互相接触，透镜18的厚度和反射碗16的高度相同。在光源模块10中，芯片14所发出的光线部分会直接被透镜18折射，部分光线则先经反射碗16的环状表面17反射后，才会被透镜18折射。光源模块10在使用上有下列缺点：

(1)光线在由光源发出后，其强度会随行进距离的增加而衰减。在光源模块10中，芯片14发出的光线在被透镜18折射出去之前，在透镜18之中行进距离很长，尤其是部分被反射碗16的环状表面17反射以及被透镜18折射的光线。因此，光源模块10所提供的光源强度较弱；

(2)在光源模块10中，透镜18的折射面的面积很大，使得折射光线的发光角度过大。针对距离透镜18的折射面一固定长度的使用距离，折射光线形成的发光面积较大，相对的在单位面积内的有效光强度较小。因此，光源模块10在使用距离内，在单位面积内所能提供的光源强度较弱。

请参考图2，图2为另一传统光源模块20的示意图。相较于光源模块10，光源模块20还包括外加透镜28。外加透镜28的作用在于解决前述缺点(2)中发光角度过大的问题，外加透镜28可聚集被透镜18折射的光线，减少折射光线的发光角度，以增加单位面积内的有效光强度。然而，光源模块20虽可借由外加透镜28来改善缺点(2)中发光角度过大的问题，但芯片14所发出的光线需通过透镜18与外加透镜28，大幅增加光线的行进距离。因此，外加透镜28会增加缺点(1)的影响，减少光源模块20所能提供的光源强度。此外，外加透镜28体积庞大，亦会增加光源模块20的成本。

请参考图3，图3为另一传统光源模块30的示意图。光源模块30包括基板12，芯片14，反射碗16，以及透镜38。透镜38同样形成在基板12之上与反射碗16之中，覆盖于芯片14之上并和反射碗16的环状表面17互相接触。透镜38和透镜18不同之处在于透镜38的厚度较薄，借此缩短光线在透镜38中的行进距离，可改善前述缺点(1)中光源强度不足的问题。然而，透镜38的折射面的面积仍然很大，并无法解决前述缺点(2)中单位面积有效光强度较弱的问题。

传统技术中的光学模块10有光源强度较弱以及在单位面积内所能提供的光源强度不足的缺点。传统技术中的光学模块20借由外加透镜28增加单位面积内的有效光强度，然而却会降低光源强度，同时会增加生产成本。传统技术中的光学模块30借由厚度较薄的透镜38来增加光源强度，然而却无法改善单位面积有效光强度较弱的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光源模块，以解决传统技术的问题。

本发明的光源模块包括一基板，一芯片，一反射碗以及一第一透镜。该芯片设在该基板之上，用来发出光源。该反射碗设在该基板之上，用来反射该芯片所发出的光。该第一透镜以树脂形成在该基板之上并覆盖于该芯片之上，且该第一透镜和该反射碗不互相接触。

本发明的制作光源模块的方法包括提供一基板，将一芯片设在该基板上，将一反射碗设在该基板上，以及使用树脂在该基板上形成一覆盖于该芯片且不和该反射碗相接触的第一透镜。

附图说明

图1为一传统光源模块的剖面示意图。

图2为另一传统光源模块的剖面示意图。

图3为另一传统光源模块的剖面示意图。

图4为本发明光源模块的剖面示意图。

图5为本发明光源模块的上视图。

图6为本发明光源模块第一实施例的剖面示意图。

图7为本发明光源模块第二实施例的剖面示意图。

图8为本发明光源模块第三实施例的剖面示意图。

图9为本发明制作光源模块的方法的流程图。

图10为本发明另一制作光源模块的方法的流程图。

图11为本发明另一制作光源模块的方法的流程图。

图12-图26为本发明制作光源模块的透镜的示意图。

主要组件符号说明

21        模板                  23        刮板

31        胶板                  52        折射面

54        接触面                56        侧面

57        上开口                58        下开口

63        胶带                  75        研磨器

12，42    基板                  14，44    芯片

16，46    反射碗                17，59    环状表面

33，73    注胶器                71，72    通气孔

41，51，61                                模具

18，28，38，48，68，78                    透镜

10，20，30，40，60，70，80                光源模块

25，35，43，45，53，55，65，67            区域

120-260，910-940，1010-1050，1110-1160    步骤

具体实施方式

请参考图4与图5，图4为本发明的光源模块40的剖面示意图，图5为本发明的光源模块40的上视图。光源模块40包括一基板42，一芯片44，一反射碗46，以及一第一透镜48。芯片44设于基板42上，可采用发光二极管或激光二极管等发光组件。

反射碗46包括一上开口57，一下开口58以及一环状表面59。反射碗46设于基板42之上，下开口58在反射碗46底部与基板42的接触面上定义一区域，芯片44设于此区域内。反射碗46的环状表面59位于上开口57和下开口58之间，和基板42呈一预定角度，可反射芯片44所发出的光。环状表面59上可镀上反射性材质，例如具高反射率的铝，如此反射碗46更能有效地反射光线。

第一透镜48以树脂形成在基板42之上，覆盖于芯片44之上。第一透镜48和反射碗46的环状表面59不互相接触，且第一透镜48的厚度小于反射碗46的高度。在图4的实施例中，第一透镜48呈圆饼状，包括一折射光线的折射面52，一和基板42接触的接触面54，以及一定义第一透镜48厚度的侧面56。芯片44位于接触面54的中心点，且第一透镜48的厚度远小于反射碗46的高度。形成第一透镜48的树脂可包括环氧树脂(epoxy)。此外，针对不同种类的芯片44，形成第一透镜48的树脂可还包括荧光性物质(fluorescence material)，荧光性物质可提高芯片44所发出光线在第一透镜48之中的穿透率。

由于在光源模块40中，第一透镜48的厚度远小于反射碗46的高度，芯片44所发出的光线绝大部分会通过第一透镜48的折射面52，大幅缩短光线从芯片44至折射面52的行进距离，因此光源模块40可提供较强的光源强度。由于第一透镜48和反射碗46不互相接触，折射面52的面积小于传统技术中透镜18的折射面的面积，因此第一透镜48的折射光线的发光角度较小，相较于传统技术的光源模块10，20，30，本发明的光源模块40在单位面积内提供的有效光强度较大。同时，少部分从芯片44所发出的光线会通过第一透镜48的侧面56，再由反射碗46反射，因为本发明反射碗46的环状表面59上镀有反射性材质，可有效率地反射经第一透镜48的侧面56折射的光线。因此，第一透镜48可缩短光线的行进距离和减小折射光线的发光角度，本发明的光源模块40因而提供较强的光源强度，并且在单位面积内可提供较强的有效光。

请参考图6，图6为本发明第一实施例的光源模块60的剖面示意图。光源模块60和光源模块40不同之处在于光源模块60还包括一第二透镜68。第二透镜68以树脂形成在第一透镜48之上，可设计为凸透镜。第二透镜68用来聚集通过第一透镜48的光线，更进一步缩小发光角度，更能提高光源模块60在单位面积内的有效光强度。

请参考图7，图7为本发明第二实施例的光源模块70的剖面示意图。光源模块70和光源模块40不同之处在于光源模块70还包括一第三透镜78与通气孔71，72。第三透镜78设于反射碗46的上方，可聚集经第一透镜48折射与经反射碗46反射的光线，更进一步减少折射光线的发光角度，更能增加光源模块70在单位面积内的有效光强度。通气孔71形成在反射碗46与基板42之间，通气孔72形成在反射碗46与第三透镜78之间，用来提供光源模块70散热路径。由于在光源模块70中，反射碗46设于基板42之上，且第三透镜78设于反射碗46的上方，因此反射碗46的下开口58和基板42密合，而反射碗46的上开口57和第三透镜78密合，若光源模块70不包括通气孔71和72，反射碗46的下开口58，反射碗46的上开口57和基板42会形成一密闭空间，芯片44发光时所产生的热能在此密闭空间内将不易被散发，如此会影响光源模块70的散热效能。因此，通气孔71和72的作用即在于提供光源模块70所需的散热路径。光源模块70可同时包括通气孔71和72，或仅包括通气孔71或通气孔72，或还包括更多的通气孔。

光源模块70的第三透镜78可设计为一凸透镜，如图7所示。光源模块70的第三透镜78亦可采用一菲涅尔透镜(fresnel lens)，如图8中所示的本发明第三实施例的光源模块80。

请参考图9，图9说明本发明中制作光源模块的方法。图9的流程图可用来制作光源模块40，其包括下列步骤：

步骤910：提供基板42；

步骤920：将芯片44设于基板42上；

步骤930：将反射碗46设于基板42上；以及

步骤940：使用树脂在基板42上形成一覆盖于芯片44且不和反射碗46相接触的第一透镜48。

请参考图10，图10说明本发明中另一制作光源模块的方法。图10的流程图可用来制作光源模块60，其包括下列步骤：

步骤1010：提供基板42；

步骤1020：将芯片44设于基板42上；

步骤1030：将反射碗46设于基板42上；以及

步骤1040：使用树脂在基板42上形成一覆盖于芯片44且不和反射碗46相接触的第一透镜48；以及

步骤1050：使用树脂在第一透镜48上形成第二透镜68。

请参考图11，图11说明本发明中另一制作光源模块的方法。图11的流程图可用来制作光源模块70，其包括下列步骤：

步骤1110：提供基板42；

步骤1120：将芯片44设于基板42上；

步骤1130：将反射碗46设于基板42上；以及

步骤1140：使用树脂在基板42上形成一覆盖于芯片44且不和反射碗46相接触的第一透镜48；

步骤1150：将第三透镜78设于反射碗46之上；以及

步骤1160：形成通气孔71和72。

请参考图12-图14，图12-图14说明步骤940，1040和1140中制作第一透镜48的一第一方法，其包括下列步骤：

步骤120：将一模板(stencil)21设于基板42之上；

步骤130：使用一刮板23将树脂导入模板21的一定义第一透镜48形状的区域25；以及

步骤140：移除模板21并以加热方式固定树脂所形成的第一透镜48。

图12对应于步骤120，图13对应于步骤130，而图14为第一方法在步骤140后所形成的第一透镜48。

请参考图14-图16，图14-图16说明步骤940，1040和1140中制作第一透镜48的一第二方法，其包括下列步骤：

步骤150：将一胶板(encapsulate board)31设于基板42之上；

步骤160：使用一注胶器(dispenser)33将树脂注入胶板31的一定义第一透镜48形状的区域35；以及

步骤165：移除胶板31并以加热方式固定树脂所形成的第一透镜48。

图15对应于步骤150，图16对应于步骤160，而图14同样说明了第二方法在步骤165后所形成的第一透镜48。

请参考图14，图17-图19，图14，图17-图19说明步骤940，1040和1140中制作第一透镜48的一第三方法，其包括下列步骤：

步骤170：将一模具(mold)41设于基板42之上；

步骤180：透过位于模具41的一侧且提供注入树脂的路径的一第一区域43，将树脂注入模具41的一定义第一透镜48形状的一第二区域45以及第一区域43；

步骤190：移除模具41；以及

步骤195：移除形成在第一区域43内的树脂，并以加热方式固定形成在第二区域45内的第一透镜48。

图17对应于步骤170，图18对应于步骤180，图19对应于步骤190，而图14同样说明了第三方法在步骤195后所形成的第一透镜48。

请参考图14，图20，图21，图14，图20，图21说明步骤940，1040和1140中制作第一透镜48的一第四方法，其包括下列步骤：

步骤200：将一模具51设于基板42之上；

步骤210：透过位于模具51的上方且提供注入树脂的路径的一第一区域53，将树脂注入模具51的一定义第一透镜48形状的一第二区域55；以及

步骤215：移除模具51并以加热方式固定形成在第二区域55内的第一透镜48。

图20对应于步骤200，图21对应于步骤210，而图14同样说明了第四方法在步骤215后所形成的第一透镜48。

请参考图14，图22-图24，图14，图22-图24说明步骤940，1040和1140中制作第一透镜48的一第五方法，其包括下列步骤：

步骤220：在基板42上定义第一透镜48范围外的区域设置一胶带63；

步骤230：将一模具61设于基板42上；

步骤240：透过位于模具61的一侧且提供注入树脂的路径的一第一区域65，将树脂注入模具61的一定义第一透镜48形状的一第二区域67；以及

步骤245：移除模具61与胶带63，并以加热方式固定形成在第二区域67内的第一透镜48。

22对应于步骤220，图23对应于步骤230，图24对应于步骤240，而图14同样说明了第五方法在步骤245后所形成的第一透镜48。

请参考图14，图25，图26，图14，图25，图26说明步骤940，1040和1140中制作第一透镜48的一第六方法，其包括下列步骤：

步骤250：使用一注胶器73将树脂覆盖于芯片44与基板42之上；

步骤260：使用一研磨器(miller)75移除基板42上位于第一透镜48定义范围外的树脂；以及

步骤265：以加热方式固定树脂所形成的第一透镜48。

图25对应于步骤250，图26对应于步骤260，而图14同样说明了第六方法在步骤265后所形成的第一透镜48。

本发明制作光学模块的方法，并不限定于以上实施例中所述的方法，凡使用树脂在基板上形成一覆盖于芯片且不和反射碗相接触的透镜，其皆属本发明的范畴。

综上所述，本发明提供了一种透镜和反射碗不互相接触的光源模块以及相关制作方法，本发明的光源模块可缩短光线的行进距离和减小折射光线的发光角度。此外，借由在反射碗的环状表面镀上反射性材质，本发明的光源模块有效率地反射经透镜的侧面折射的光线。相较于传统技术，本发明的光源模块可提供较强的光源强度，并且在单位面积内能提供的有效光强度较大。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (28)

1.一种透镜和反射碗不互相接触的光源模块，其包括：

一基板；

一芯片，设在该基板之上，用来发出光；

一反射碗，设在该基板之上，用来反射该芯片所发出的光；以及

一第一透镜，以树脂形成在该基板之上并覆盖于该芯片之上，且该第一透镜和该反射碗不互相接触。

2.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，该反射碗的表面镀有反射性材质。

3.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，该树脂包括环氧树脂。

4.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，该树脂包括荧光性物质。

5.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，该树脂为热固性胶。

6.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，该第一透镜为一平面镜。

7.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，该第一透镜为一凸透镜。

8.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，还包括一第二透镜，以树脂形成在该第一透镜之上，用来折射通过该第一透镜的光线。

9.根据权利要求8所述的光源模块，其特征在于，该第一透镜为一平面镜且该第二透镜为一凸透镜。

10.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，还包括一第三透镜，设在该反射碗之上，用来折射该芯片所发出的光线。

11.根据权利要求10所述的光源模块，其特征在于，还包括一通气孔，用来提供该光源模块的散热路径。

12.根据权利要求10所述的光源模块，其特征在于，该通气孔形成在该第三透镜与该反射碗之间。

13.根据权利要求10所述的光源模块，其特征在于，该通气孔形成在该基板与该反射碗之间。

14.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，该基板为一印刷电路板。

15.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，该基板为一陶瓷电路板。

16.根据权利要求1所述的光源模块，其特征在于，该芯片为一发光二极管或一激光二极管。

17.一种制作光源模块的方法，其包括下列步骤：

(a)提供一基板；

(b)将一芯片设在该基板上；

(c)将一反射碗设在该基板上；以及

(d)使用树脂在该基板上形成一覆盖于该芯片且不和该反射碗相接触的第一透镜。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：

使用树脂在该第一透镜上形成一第二透镜。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：

将一第三透镜设在该反射碗上。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：

在该第三透镜与该反射碗之间形成一通气孔。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：

在该基板与该反射碗之间形成一通气孔。

22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括：

将一模板设在该基板上；

使用一刮板将树脂导入该模板的一定义该第一透镜形状的区域；以及

移除该模板并以加热方式固定树脂所形成的该第一透镜。

23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括下列步骤：

将一胶板设在该基板上；

使用一注胶器将树脂注入该胶板的一定义该第一透镜形状的区域；以及

移除该胶板并以加热方式固定树脂所形成的该第一透镜。

24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括下列步骤：

将一模具设在该基板上；

透过位于该模具的一侧且提供注入树脂的路径的一第一区域，将树脂注入该模具的一定义该第一透镜形状的第二区域；

移除该模具；以及

移除形成在该第一区域内的树脂，并以加热方式固定形成在该第二区域内的树脂。

25.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括下列步骤：

将一模具设在该基板上；

透过位于该模具的上方且提供注入树脂的路径的一第一区域，将树脂注入该模具的一定义该第一透镜形状的第二区域；以及

移除该模具并以加热方式固定形成在该第二区域内的树脂。

26.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括下列步骤：

在该基板上定义该第一透镜范围外的区域设置一胶带；

将一模具设在该基板上；

透过位于该模具的一侧且提供注入树脂的路径的一第一区域，将树脂注入该模具的一定义该第一透镜形状的第二区域；以及

移除该模具与该胶带，并以加热方式固定形成在该第二区域内的树脂。

27.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括下列步骤：

使用一注胶器将树脂覆盖于该芯片与该基板之上；

以研磨方式移除该基板上位于该第一透镜定义范围外的树脂；以及

以加热方式固定树脂所形成的该第一透镜。

28.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，步骤(d)使用环氧树脂在该基板上形成该覆盖于该芯片且不和该反射镜相接触的第一透镜。

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