TW201635598A - 具有多層透鏡之發光結構及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明為一種具有多層透鏡之發光結構及其製造方法，其中發光結構包括發光元件、第一透鏡結構及第二透鏡結構，第一透鏡結構覆蓋於發光元件表面，而第二透鏡結構則覆蓋堆疊於第一透鏡結構上。第一及第二透鏡結構分別由複數個第一及第二子透鏡所組成，並且每一個第二子透鏡垂直堆疊於第一子透鏡上，以使得每一第一子透鏡與對應的第二子透鏡皆具有相同的光軸。藉由本發明的實施，可以設計並加以分配發光結構的出光角度，以符合各種使用需求。

Description

具有多層透鏡之發光結構及其製造方法

本發明為一種具有多層透鏡之發光結構及其製造方法，特別是一種利用多層透鏡有效分配並設計出光角度之發光結構及其製造方法。

在半導體發光元件中，例如是發光二極體(Light Emitting Diode,LED)或有機發光二極體(Organic Light Emitting Diode,OLED)都可以再配置光學透鏡，藉此利用光學透鏡的二次光學原理調整其發射光的光路徑方向。

以發光二極體為例，發光二極體晶片的出光角度一般僅約為120度，其光照範圍受到相當的限制，並且因為發光二極體晶片的發射光主要都集中於其光軸處(即發光二極體的中心處)，因此造成中心處與周邊處的光亮度不均勻，而在發光二極體晶片上裝設光學透鏡便可改善發光二極體光源的出光角度及其發射光的均勻度，並可以針對光形形狀加以設計。

然而，現在大多是將發光二極體晶片裝設在機構載 體中，再將光學透鏡封裝結合於機構載體上，並安裝在發光二極體晶片的上方，以完成發光二極體晶片的封裝；又或是在已封裝完成的發光二極體發光結構的出光路徑上分別設置各式光學透鏡，以改變發光二極體發光結構的出光角度及光形形狀。

但是，以現有方式製造的發光結構因使用了多個獨 立且分離的光學透鏡，造成發光結構的體積難以縮小，並不符合現有微型化發光結構的使用趨勢。另外，因為在發光二極體晶片發射光的光路徑上經過了具有不同折射率之介質，造成大量的光損失，也同樣也不符合實際的使用需求。對此，如何進一步縮小發光結構的體積，並降低光損失即為本領域相關從業者極欲改善之課題。

本發明為一種具有多層透鏡之發光結構及其製造方法，藉由將多層透鏡直接堆疊設置於發光元件上，將可避免發光元件的發射光經過空氣後再經過透鏡而造成的光損失，並利用每層透鏡中的子透鏡的結構設計並加以分配發光結構的出光角度，以符合各種使用需求。

本發明提供一種具有多層透鏡之發光結構，其包括：一發光元件；一層第一透鏡結構，其係覆蓋於發光元件表面，且第一透鏡結構具有排列成陣列之複數個第一子透鏡；以及一層第二透鏡結構，其係覆蓋第一透鏡結構，第二透鏡結構具有排列成陣列之複數個第二子透鏡，並且每一第二子透鏡與對應之第一子透鏡具有相同之光軸。

本發明又提供一種具有多層透鏡之發光結構製造方 法，其包括下列步驟：提供一發光元件，發光元件上定義有至少一定位點；形成一層第一透鏡結構於發光元件表面，其係以定位點作為基準點，以切割法、奈米壓印法、模造成型法或3D列印法於發光元件上形成第一透鏡結構，且第一透鏡結構具有排列成陣列之複數個第一子透鏡；以及形成一層第二透鏡結構於第一透鏡結構表面，以定位點作為基準點，以切割法、奈米壓印法、模造成型法或3D列印法於第一透鏡結構表面上形成第二透鏡結構，第二透鏡結構具有排列成陣列之複數個第二子透鏡，且每一第二子透鏡與對應之第一子透鏡具有相同之光軸。

本發明再提供一種具有多層透鏡之發光結構，其包 括：一發光元件，發光元件具有一中央軸；一層第一透鏡結構，其係覆蓋於發光元件表面，且第一透鏡結構具有至少一第一子透鏡，第一子透鏡之結構係以中央軸對稱分佈；以及一層第二透鏡結構，其係覆蓋第一透鏡結構，第二透鏡結構具有至少二第二子透鏡，該些第二子透鏡之結構係以中央軸對稱分佈，且每一第二子透鏡之透鏡曲率半徑小於第一子透鏡之透鏡曲率半徑。

本發明更提供一種具有多層透鏡之發光結構，其包 括：一發光元件，發光元件具有一中央軸；一層第一透鏡結構，其係覆蓋於發光元件表面，且第一透鏡結構具有至少二第一子透鏡，該些第一子透鏡之結構係以中央軸對稱分佈；以及一層第二透鏡結構，其係覆蓋第一透鏡結構，第二透鏡結構具有至少一第二子透鏡，第二子透鏡之結構係以中央軸對稱分佈，且第二子透鏡之透鏡曲率半徑大於每一第一子透鏡之透鏡曲率半徑。

藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效：一、可以設計發光結構的出光角度，使其達成特定的發光光形，以符合各種使用需求；以及二、可減少光損失，以提高出光亮度及均勻度。

為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。

100‧‧‧發光結構

20‧‧‧發光元件

21‧‧‧透光基材

211‧‧‧基礎子透鏡

22‧‧‧臨時基板

22a‧‧‧散熱基板

23‧‧‧發光二極體晶粒

24‧‧‧中央軸

25‧‧‧定位點

40‧‧‧第一透鏡結構

41‧‧‧第一子透鏡

60‧‧‧第二透鏡結構

61‧‧‧第二子透鏡

80‧‧‧第三透鏡結構

81‧‧‧第三子透鏡

L‧‧‧光軸

90‧‧‧雷射裝置

91‧‧‧母模模板

92‧‧‧3D列印機台

第1圖為本發明實施例之一種使用半導體晶圓作為發光元件之示意圖；第2A圖為本發明實施例之一種具有多層透鏡發光結構之立體示意圖；第2B圖為沿第2A圖中A-A剖線之剖視示意圖；第3A圖為本發明實施例之另一種具有多層透鏡發光結構之立體示意圖；第3B圖為沿第3A圖中B-B剖線之剖視示意圖；第4圖為本發明實施例之一種使用臨時基板或散熱基板承載多個發光二極體晶粒作為發光元件之示意圖；第5A圖為本發明實施例之一種已移除臨時基板之具有多層透鏡發光結構之立體示意圖；第5B圖為沿第5A圖中C-C剖線之剖視示意圖； 第5C圖為本發明實施例之一種具有多層透鏡發光結構之剖視示意圖；第6圖為本發明實施例之再一種具有多層透鏡發光結構之剖視示意圖；第7A圖為本發明實施例之一種僅具有第一透鏡結構之發光元件示意圖；第7B圖為沿第7A圖中D-D剖線之剖視示意圖；第7C圖為第7A圖中之發光元件加上第二透鏡結構之示意圖；第7D圖為沿第7C圖中E-E剖線之剖視示意圖；第7E圖為第7D圖中之發光元件加上第三透鏡結構之第一實施態樣圖；第7F圖為第7D圖中之發光元件加上第三透鏡結構之第二實施態樣圖；第7G圖為第7D圖中之發光元件加上第三透鏡結構之第三實施態樣圖；第8A圖為本發明實施例之另一種僅具有第一透鏡結構之發光元件示意圖；第8B圖為沿第8A圖中F-F剖線之剖視示意圖；第8C圖為第8A圖中之發光元件加上第二透鏡結構之示意圖；第8D圖為沿第8C圖中G-G剖線之剖視示意圖；第8E圖為第8D圖中之發光元件加上第三透鏡結構之第一實施態樣圖；第8F圖為第8D圖中之發光元件加上第三透鏡結構之第二實施態樣圖； 第9圖為本發明實施例之又另一種具有多層透鏡發光結構之剖視示意圖；第10圖為本發明實施例之又再一種具有多層透鏡發光結構之剖視示意圖；第11圖為本發明實施例之再另一種具有多層透鏡發光結構之剖視示意圖；第12圖為本發明實施例之又再另一種具有多層透鏡發光結構之剖視示意圖；第13圖為本發明實施例之一種具有多層透鏡之發光結構製造方法流程圖；第14圖為本發明實施例之一種具有多個定位點之發光元件示意圖；第15圖為本發明實施例之一種使用雷射切割法製作透鏡結構之示意圖；第16A圖及第16B圖為本發明實施例之一種利用奈米壓印法製作透鏡結構之示意圖；以及第17圖為本發明實施例之一種使用3D列印法製作透鏡結構之示意圖。

如第1圖至第2B圖所示，本實施例為一種具有多層透鏡之發光結構100，其包括：一發光元件20；一層第一透鏡結構40；以及一層第二透鏡結構60。

如第1圖所示，發光元件20可以是一半導體晶圓，例 如是發光二極體晶圓、有機發光二極體晶圓或雷射晶圓等。於以下圖式中為了便於解說，可能僅繪製出半導體晶圓的一部份，熟知該項技術者應可瞭解並將以下各實施例或實施態樣中技術內容施作於未切割前的半導體晶圓的整體表面上。

如第2A圖及第2B圖所示，第一透鏡結構40直接覆蓋於發光元件20表面，可讓發光元件20的發射光直接入射至第一透鏡結構40中以減少光損失，其中第一透鏡結構40具有排列成陣列之複數個第一子透鏡41，並且該些第一子透鏡41彼此相鄰。每一第一子透鏡41的結構尺寸皆完全相同，並且其透鏡直徑可以是200微米以下，其透鏡厚度亦可為200微米以下。第一子透鏡41的形狀可以是凹透鏡結構、凸透鏡結構或立體幾何結構，以配合不同的使用需求進行搭配選用。

第二透鏡結構60，其係直接覆蓋並堆疊於第一透鏡結構40上。第二透鏡結構60同樣具有排列成陣列之複數個第二子透鏡61，並且每一第二子透鏡61係垂直堆疊於一第一子透鏡41上，以使得每一第二子透鏡61與對應之第一子透鏡41具有相同之光軸L。該些第二子透鏡61彼此相鄰，並且每一第二子透鏡61的結構尺寸完全相同，其透鏡直徑可以是200微米以下，其透鏡厚度亦可為200微米以下。第二子透鏡61的形狀可以是凹透鏡結構、凸透鏡結構或立體幾何結構，與第一子透鏡41的形狀相互搭配後，可以在發光元件20的發射光於離開發光元件20時，使其聚焦或發散，進而根據光學設計的原理，設計並分配發光結構100的出光角度，使其達成特定的發光光形。此外，第二子透鏡61也可與第一子透鏡41具有相同或不同的透鏡曲率半徑。

如第3A圖及第3B圖所示，於另一實施例中，發光元件20還可進一步包括一層第三透鏡結構80，其係直接覆蓋於第二透鏡結構60上。第三透鏡結構80亦具有排列成陣列之複數個第三子透鏡81，並且每一第三子透鏡81與對應之第二子透鏡61及第一子透鏡41具有相同之光軸L。該些第三子透鏡81彼此相鄰，並且每一第三子透鏡81的結構尺寸完全相同，其透鏡直徑可以是200微米以下，其透鏡厚度亦可為200微米以下。第三子透鏡81的形狀也可以是凹透鏡結構、凸透鏡結構或立體幾何結構。又於另一實施例中，當然也可繼續於第三透鏡結構80上連續堆疊多層透鏡結構，進而達成所需的光學設計。此外，每一第三子透鏡81也可以與第一子透鏡41及第二子透鏡61具有相同或不同的透鏡曲率半徑。

前述立體幾何結構可以是三角錐結構，藉由在半導體晶圓上排列形成多個三角錐結構，可以達到類似光柵之光學效果。

前述第一透鏡結構40、第二透鏡結構60及第三透鏡結構80的材質可以選用熱固化光學膠體、光固化光學膠體或光學玻璃膠，並且配合設置的位置，第一透鏡結構40可選用其折射率介於空氣與發光元件20之間的材質，而第二透鏡結構60可選用其折射率介於空氣與第一透鏡結構40之間的材質，第三透鏡結構80則可選用其折射率介於空氣與第二透鏡結構60之間的材質。也就是說，可以使用讓第一、第二及第三透鏡結構40、60、80之折射率逐漸遞減的材質，以破壞介面間的全反射進而提高發光結構100的出光量。

然而，若是相鄰的透鏡結構40、60、80使用了不同 材質的膠體製成，其透鏡結構40、60、80之間的結合強度可能不足，因此可在相異材質的第一透鏡結構40、第二透鏡結構60及第三透鏡結構80之間再於相鄰表面塗佈接著劑，以提高其結合強度。

如第4圖所示，發光元件20除了可以使用半導體晶圓以外，也可以選擇使用包括有臨時基板22及設置於臨時基板22上的複數個發光二極體晶粒23的結構，其中該些發光二極體晶粒23彼此分立並且間隔地排列成一陣列。其中，臨時基板22也可以被置換成散熱基板22a，例如是陶瓷基板、印刷電路板或金屬印刷電路板(Metal Core PCB,MCPCB)。

請同時參考第5A圖及第5B圖，臨時基板22僅在製程中用以乘載發光二極體晶粒23，於完成第一、第二及第三透鏡結構40、60、80之設置後便可移除，最後再沿著發光二極體晶粒23的周圍進行切割(如第5B圖中箭頭所示)，又或者是可先進行切割後再移除臨時基板22，以使得於最終成品中每一發光二極體晶粒23上形成有多層透鏡結構，並且每層透鏡結構40、60中多個垂直對應的子透鏡41、61皆具有相同的光軸L。

如第5C圖所示，當使用散熱基板22a承載發光二極體晶粒23時，各發光二極體晶粒23則可先經過篩選再排列於散熱基板22a上，如此一來便能根據其發光強度設置於散熱基板22a上的不同位置，藉此可以依照光學設計的需要設計整個發光結構100的發光光形。

如第6圖所示，由於發光元件20是一種半導體發光結構，而於半導體發光結構中常已具有一透光基材21，且此透光基材21具有良好的透光性，例如是藍寶石基材。對此，可在透光基 材21的外表面利用切割法於透光基材21的表面先行製作多個排列成陣列的基礎子透鏡211，其中基礎子透鏡211的形狀可以是凹透鏡結構、凸透鏡結構或立體幾何結構，並且其透鏡直徑可以是200微米以下，其透鏡厚度亦可為200微米以下。前述切割法可例如是雷射切割法、黃光蝕刻曝光法或是任何現有已知之切割或是去除部分透光基材21的方法。

具有複數個基礎子透鏡211的透光基材21是位於發光元件20的頂端，而第一、第二及第三透鏡結構40、60、80依序覆蓋於透光基材21表面，以使得每一基礎子透鏡211與對應的第一子透鏡41及第二子透鏡61具有相同的光軸L，或再進一步與對應的第三子透鏡81亦具有相同的光軸L。為了提高基礎子透鏡211與第一透鏡結構40之間的結合強度，基礎子透鏡211與第一透鏡結構40之間的相鄰表面也可以再塗佈有接著劑。

除了使前述各垂直對應的子透鏡皆具有相同的光軸L以外，也可將各層的子透鏡設計為不彼此對應的形式。如第7A圖及第7B圖所示，發光元件20具有一中央軸24，而第一透鏡結構40中的第一子透鏡41則以中央軸24呈對稱分佈覆蓋於發光元件20的表面；如第7C圖及第7D圖所示，第二透鏡結構60則覆蓋於第一透鏡結構40上，並且以發光元件20的中央軸24呈對稱分佈。其中，第一透鏡結構40中可包括至少一個第一子透鏡41，第二透鏡結構60中則可包括至少二第二子透鏡61(例如是四個第二子透鏡61)，且第二子透鏡61的透鏡曲率半徑小於第一子透鏡41的透鏡曲率半徑，另外每一第二子透鏡61的斷面面積還可以小於每一第一子透鏡41的斷面面積。

請再進一步參考第7E圖至第7G圖，發光結構20還可以在第二透鏡結構60上進一步覆蓋一層第三透鏡結構80，第三透鏡結構80具有至少一第三子透鏡81，並且第三子透鏡80之結構同樣以中央軸對稱分佈，並且第三子透鏡81的透鏡曲率半徑大於第二子透鏡61的透鏡曲率半徑，而且第三子透鏡81的斷面面積可以大於第二子透鏡61的斷面面積(如第7E圖所示)；或者，第三子透鏡81的透鏡曲率半徑小於第二子透鏡61的透鏡曲率半徑，而且第三子透鏡81的斷面面積還可以小於第二子透鏡61的斷面面積(如第7F圖所示)；又或者第三子透鏡81的透鏡曲率半徑等於第二子透鏡61的透鏡曲率半徑，而且第三子透鏡81的斷面面積亦可以等於第二子透鏡61的斷面面積(如第7G圖所示)。

如第8A圖及第8B圖所示，第一透鏡結構40中可包括至少二第一子透鏡41(例如是四個第二子透鏡41)，而如第8C圖及第8D圖所示，第二透鏡結構60中可包括至少一第二子透鏡61，且第二子透鏡61的透鏡曲率半徑大於第一子透鏡41的透鏡曲率半徑，此外第二子透鏡61的斷面面積還可以大於第一子透鏡41的斷面面積。

請再進一步參考第8E圖至第8F圖，發光結構20還可以在第二透鏡結構60上進一步覆蓋一層第三透鏡結構80，第三透鏡結構80具有至少一第三子透鏡81，並且第三子透鏡80之結構同樣以中央軸對稱分佈，並且第三子透鏡81的透鏡曲率半徑可以小於第二子透鏡61的透鏡曲率半徑，而且第三子透鏡81的斷面面積可以小於第二子透鏡61的斷面面積(如第8E圖所示)，又或者第三子透鏡81的透鏡曲率半徑等於第二子透鏡61的透鏡曲率半徑，而且 第三子透鏡81的斷面面積還可以等於第二子透鏡61的斷面面積(如第8F圖所示)，更或者第三子透鏡81的透鏡曲率半徑亦可以大於第二子透鏡61的透鏡曲率半徑(圖未示)。

前述圖式中僅為各種實施態樣的舉例說明，並非用以限制本發明欲實施的範圍，使用者可依其使用需求選用不同的層數的透鏡結構40、60、80以及每一透鏡結構中子透鏡41、61、81的尺寸及形狀，並且前述發光元件20可以是如第1圖所示的半導體晶圓形式的發光元件20，也可以是如第4圖所示的包括臨時基板22或散熱基板22a及排列於其上的發光二極體晶粒23的發光元件20，但為了便於瞭解子透鏡41、61的各種形式態樣，僅在圖式中以發光元件20代表上述各種態樣。另外，在各層子透鏡不彼此對應的情況下，各子透鏡的透鏡直徑及厚度將有可能大於200微米，尤其是在透鏡結構中僅包括一個子透鏡時，也就是說各子透鏡的透鏡直徑或厚度的尺寸將可依需求而有所調整。

舉例來說，如第9圖所示，可以使用半導體晶圓作為發光元件20，並且設計第一透鏡結構40及第二透鏡結構60的形狀皆為凹透鏡；又如第10圖所示，可以使用臨時基板22或散熱基板22a承載多個發光二極體晶粒23作為發光元件20，並設計第一透鏡結構40的形狀為凸透鏡，第二透鏡結構60的形狀為凹透鏡，而第三透鏡結構80的形狀為立體幾何結構(如三角錐結構)。

又或者是如第11圖所示，其中第一透鏡結構40具有多個呈凸透鏡形狀的第一子透鏡41，並且依發光元件20的中央軸呈對稱分佈；第二透鏡結構60僅具有一個呈凸透鏡形狀的第二子透鏡61，並同樣依中央軸呈對稱分佈，另外第二子透鏡61的透鏡 曲面半徑可以大於第一子透鏡41的透鏡曲面半徑，而且第二子透鏡61的斷面面積還可以大於第一子透鏡41的斷面面積；第三透鏡結構80則具有多個呈凸透鏡形狀的第三子透鏡81並以中央軸對稱分佈，而且第三子透鏡81的透鏡曲面半徑可以小於第二子透鏡61的透鏡曲面半徑，而且第三子透鏡81的亦可以斷面面積還小於第二子透鏡61的斷面面積。

更可如第12圖所示，其中第一透鏡結構40具有多個呈凸透鏡形狀的第一子透鏡41，並且依發光元件20的中央軸呈對稱分佈；第二透鏡結構60具有多個呈凹透鏡形狀的第二子透鏡61，並同樣依中央軸呈對稱分佈，另外第二子透鏡61的透鏡曲面半徑可以大於第一子透鏡41的透鏡曲面半徑，而且第二子透鏡61的斷面面積還可以大於第一子透鏡41的斷面面積；第三透鏡結構80則可僅具有一個呈依中央軸呈對稱分佈且凸透鏡形狀的第三子透鏡81，並且第三子透鏡81的透鏡曲面半徑可以大於第二子透鏡61的透鏡曲面半徑，而且第三子透鏡81的斷面面積還可以大於第二子透鏡61的斷面面積。

雖然圖未示，但也可以選用如第6圖中具有透光基材21的發光元件20，使透光基材21位於發光元件20的頂端，並於透光基材21表面形成有排列成陣列之至少一基礎子透鏡211，第一透鏡結構便覆蓋於透光基材的表面，並且基礎子透鏡211係以中央軸呈對稱分佈，而且基礎子透鏡211的透鏡曲面半徑可以大於或小於第一子透鏡的透鏡曲面半徑，又或者是可以等於第一子透鏡的透鏡曲面半徑。

藉由上述各實施例之實施，可以設計並分配發光結 構100的出光角度。舉例來說，可以使發光結構100的出光角度集中於發光元件20的中央軸24上，以提高發光結構100的光線指向性，可應用於遠距離投射照明燈具等，又或者可以設計出光角度，以使得發光結構100的出光光形呈現左右不對稱的形狀，進而符合特殊的光形角度。更或是可以經過光學設計及各層透鏡結構形狀的選用，使得發光結構100各出光角度的光強度更佳均勻，如此一來便能省去各種均勻光線的元件的使用，可以降低製造成本。

由於上述各實施例所述之發光結構100需要使用各層透鏡結構精確地彼此對準，因此如第13圖所示，在此提出一種具有多層透鏡之發光結構製造方法S100，其包括下列步驟：提供一發光元件(步驟S10)；形成一層第一透鏡結構(步驟S20)；形成一層第二透鏡結構(步驟S30)；以及形成一層第三透鏡結構(步驟S40)。

提供一發光元件(步驟S10)：如第14圖所示，所提供的發光元件20可以是臨時基板22或散熱基板22a上設置有排列成陣列的多個發光二極體晶粒23，也可以是半導體晶圓(如第1圖所示)。

為了提供高準確度的對位結果，於發光元件20上可以定義有至少一個或是多個定位點25，其形式可以為一定位孔，再搭配定位插銷以利用機構固定之方式對發光元件20進行定位；也或者可以使用光學定位點25，並利用光學定位方式使用光學攝影機輔助校正以執行精確地對位程序，又或者在發光元件上設置至少一個或是多個定位孔後，搭配對應數量及適當的光束直徑大小的發光源作為光源基準對位點，並在移動發光元件時，使得每 一個發光源的光束直徑都完全穿透過定位孔後，便能精確對位。 應用於定位發光元件20之技術已普遍地使用於各種發光元件20檢測或封裝技術中，在此不再一一舉例說明，熟知該項技術者應可瞭解如何將已知定位技術應用於本實施例中。

由於可將定位點25的數量設定為二個以上，藉此能夠利用多個定位點25的設置，以確保發光元件不會發生角度偏轉的問題。

接著請同時參考前述結構實施例中所附之圖式。

形成一層第一透鏡結構(步驟S20)：以定位點25作為基準點，利用切割法、奈米壓印法、模造成型法或3D列印法於發光元件20於發光元件20表面上形成第一透鏡結構40，且第一透鏡結構40具有排列成陣列之複數個第一子透鏡41。

形成一層第二透鏡結構(步驟S30)：於步驟S20後，再以同樣的定位點25作為基準點，以切割法、奈米壓印法、模造成型法或3D列印法於第一透鏡結構40表面上形成第二透鏡結構60，第二透鏡結構60具有排列成陣列之複數個第二子透鏡61，且每一第二子透鏡61與對應之第一子透鏡41具有相同之光軸L。

形成一層第三透鏡結構(步驟S40)：於步驟S30後，可以再以相同的定位點25作為基準點，以切割法、奈米壓印法、模造成型法或3D列印法於第二透鏡結構60表面上形成第三透鏡結構80，第三透鏡結構80具有排列成陣列之複數個第三子透鏡81，且每一第三子透鏡81與對應之第二子透鏡61及第一子透鏡41具有相同之光軸L。

另外，如第6圖所示，當發光元件20具有透光基材21 時，發光結構100製造方法可於步驟20之前進一步包括一預先切割步驟，同樣利用定位點25作為對位的基準點，先利用切割法切割透光基材21，令透光基材21表面形成排列成陣列之複數個基礎子透鏡211。由於透光基材21位於發光元件20的頂端，因此第一透鏡結構40便覆蓋於透光基材21表面，因第一及第二透鏡結構40、60也使用了相同的定位點25進行對位，所以可以讓基礎子透鏡211與對應的第一子透鏡41及第二子透鏡61具有相同之光軸L。其中，切割法可例如是雷射切割法、黃光蝕刻曝光法或是任何現有已知之切割或是去除部分透光基材21的方法。

如第15圖所示，前述之雷射切割法可先於發光元件20表面上設置熱固化光學膠體、光固化光學膠體或光學玻璃膠，使其固化後再利用雷射裝置90準確地切割出所需的第一子透鏡41的形狀。又或是於第一透鏡結構40或第二透鏡結構60上先設置並固化熱固化光學膠體、光固化光學膠體或光學玻璃膠，使其固化成型第二透鏡結構60或第三透鏡結構80的初步形狀後，再利用雷射切割法切割出所需的第二子透鏡61或第三子透鏡81的形狀。

由於雷射切割的割縫窄、精準度高因此確實可形成透鏡直徑200微米以下且透鏡厚度亦可為200微米以下的子透鏡，再配合定位點25之使用可以使在垂直方向上彼此對應的子透鏡確實具有相同的光軸L。

此外，如第16A圖及第16B圖所示，也可以利用奈米壓印法，先製作出母模模板91後，塗覆欲用來製作第一、第二或第三透鏡結構40、60、80的材料於其下方元件上，再將母模模板91壓印於材料中，再使材料固化後進行脫模。更可以利用模造成 型法，於製作模具後將第一、第二或第三透鏡結構40、60、80的材料注入模具與元件之間形成的模穴，於材料固化後再進行脫模。奈米壓印法與模造成型法常被應用於製作透鏡陣列結構中，因此在此不再多加說明。另外，如第17圖所示，也可以利用3D列印機台92使用3D列印法在發光元件20上直接依序形成第一、第二或第三透鏡結構40、60、80。

前述各種形成透鏡結構之方法，都需要使用相同的定位點25進行對位，以確保各層垂直對應的子透鏡皆具有相同重疊之光軸L。即便是各層的子透鏡並無垂直對應，其製造方法亦可使用定位點作為製造各層透鏡結構時進行對位的參考基點。

上述各實施例中，可以對半導體晶圓於切割前直接將多層透鏡結構施作於半導體晶圓表面上，並且每一層透鏡結構皆具有多個並列的子透鏡，每一子透鏡的透鏡直經已為微米或奈米尺寸，非常地精細；再使每一層透鏡結構中的子透鏡垂直對應並具有相同的光軸，將可以有效控制並加以分配發光結構的出光角度。

惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。

100‧‧‧具有多層透鏡之發光結構

20‧‧‧發光元件

40‧‧‧第一透鏡結構

41‧‧‧第一子透鏡

60‧‧‧第二透鏡結構

61‧‧‧第二子透鏡

L‧‧‧光軸

Claims (19)

1. 一種具有多層透鏡之發光結構，其包括：一發光元件；一層第一透鏡結構，其係覆蓋於該發光元件表面，且該第一透鏡結構具有排列成陣列之複數個第一子透鏡；以及一層第二透鏡結構，其係覆蓋該第一透鏡結構，該第二透鏡結構具有排列成陣列之複數個第二子透鏡，並且每一該第二子透鏡與對應之該第一子透鏡具有相同之光軸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之發光結構，其中該發光元件為一半導體晶圓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之發光結構，其中該發光元件包括一臨時基板及複數個發光二極體晶粒，該些發光二極體晶粒設置於該臨時基板上並排列成陣列。
4. 如申請專利範圍第1項所述之發光結構，其中該發光元件包括一散熱基板及複數個發光二極體晶粒，該些發光二極體晶粒設置於該散熱基板上並排列成陣列。
5. 如申請專利範圍第1項所述之發光結構，其中該發光元件具有一透光基材，該透光基材位於該發光元件之頂端，於該透光基材表面形成有排列成陣列之複數個基礎子透鏡，其中該第一透鏡結構係覆蓋於該透光基材表面，並且該基礎子透鏡與對應之該第一子透鏡及該第二子透鏡具有相同之光軸。
6. 如申請專利範圍第5項所述之發光結構，其中該透光基材為一藍寶石基材。
7. 如申請專利範圍第1項至第5項中之任一項所述之發光結構，其 進一步包括一層第三透鏡結構，其係覆蓋該第二透鏡結構，該第三透鏡結構具有排列成陣列之複數個第三子透鏡，並且每一該第三子透鏡與對應之該第二子透鏡及該第一子透鏡具有相同之光軸。
8. 如申請專利範圍第7項所述之發光結構，其中每一基礎子透鏡、每一該第一子透鏡、每一該第二子透鏡及每一該第三子透鏡分別為凹透鏡結構、凸透鏡結構或立體幾何結構。
9. 如申請專利範圍第8項所述之發光結構，其中該基礎子透鏡係以切割法製作而成，該第一透鏡結構、該第二透鏡結構及該第三透鏡結構係以切割法、奈米壓印法、模造成型法或3D列印法製作而成。
10. 如申請專利範圍第9項所述之發光結構，其中該第一透鏡結構、該第二透鏡結構及該第三透鏡結構之材質為熱固化光學膠體、光固化光學膠體或光學玻璃膠。
11. 如申請專利範圍第10項所述之發光結構，其中該基礎子透鏡、該第一透鏡結構、該第二透鏡結構及該第三透鏡結構之每一相鄰表面塗佈有一接著劑。
12. 一種具有多層透鏡之發光結構製造方法，其包括下列步驟：提供一發光元件，該發光元件上定義有至少一定位點；形成一層第一透鏡結構於該發光元件表面，其係以該定位點作為基準點，以切割法、奈米壓印法、模造成型法或3D列印法於該發光元件上形成該第一透鏡結構，且該第一透鏡結構具有排列成陣列之複數個第一子透鏡；以及形成一層第二透鏡結構於該第一透鏡結構表面，以該定位 點作為基準點，以切割法、奈米壓印法、模造成型法或3D列印法於該第一透鏡結構表面上形成該第二透鏡結構，該第二透鏡結構具有排列成陣列之複數個第二子透鏡，且每一該第二子透鏡與對應之該第一子透鏡具有相同之光軸。
13. 如申請專利範圍第12項所述之發光結構製造方法，其進一步包括形成一層第三透鏡結構於該第二透鏡結構表面，其係以該定位點作為基準點，以切割法、奈米壓印法、模造成型法或3D列印法於該第二透鏡結構表面上形成該第三透鏡結構，該第三透鏡結構具有排列成陣列之複數個第三子透鏡，且每一該第三子透鏡與對應之該第二子透鏡及該第一子透鏡具有相同之光軸。
14. 如申請專利範圍第12項所述之發光結構製造方法，其中該發光元件具有一透光基材，該透光基材位於該發光元件之頂端，其中該發光結構製造方法進一步包括一預先切割步驟，其係以該定位點作為基準點並使用切割法切割該透光基材，令該透光基材表面形成排列成陣列之複數個基礎子透鏡，其中該第一透鏡結構係覆蓋於該透光基材表面，並且該基礎子透鏡與對應之該第一子透鏡及該第二子透鏡具有相同之光軸。
15. 一種具有多層透鏡之發光結構，其包括：一發光元件，該發光元件具有一中央軸；一層第一透鏡結構，其係覆蓋於該發光元件表面，且該第一透鏡結構具有至少一第一子透鏡，該第一子透鏡之結構係以該中央軸對稱分佈；以及一層第二透鏡結構，其係覆蓋該第一透鏡結構，該第二透鏡結 構具有至少二第二子透鏡，該些第二子透鏡之結構係以該中央軸對稱分佈，且每一該第二子透鏡之透鏡曲率半徑小於該第一子透鏡之透鏡曲率半徑。
16. 一種具有多層透鏡之發光結構，其包括：一發光元件，該發光元件具有一中央軸；一層第一透鏡結構，其係覆蓋於該發光元件表面，且該第一透鏡結構具有至少二第一子透鏡，該些第一子透鏡之結構係以該中央軸對稱分佈；以及一層第二透鏡結構，其係覆蓋該第一透鏡結構，該第二透鏡結構具有至少一第二子透鏡，該第二子透鏡之結構係以該中央軸對稱分佈，且該第二子透鏡之透鏡曲率半徑大於每一該第一子透鏡之透鏡曲率半徑。
17. 如申請專利範圍第15項或第16項所述之發光結構，其進一步包括一層第三透鏡結構，其係覆蓋該第二透鏡結構，該第三透鏡結構具有至少一第三子透鏡，並且該第三子透鏡之結構係以該中央軸對稱分佈，該第三子透鏡之透鏡曲率半徑大於、小於或等於該第二子透鏡之透鏡曲率半徑。
18. 如申請專利範圍第15項或第16項所述之發光結構，其中該發光元件具有一透光基材，該透光基材位於該發光元件之頂端，於該透光基材表面形成有排列成陣列之至少一基礎子透鏡，其中該第一透鏡結構係覆蓋於該透光基材表面，並且該基礎子透鏡係以該中央軸對稱分佈，該基礎子透鏡之透鏡曲率半徑大於、小於或等於該第一子透鏡之透鏡曲率半徑。
19. 如申請專利範圍第17項所述之發光結構，其中該發光元件具有 一透光基材，該透光基材位於該發光元件之頂端，於該透光基材表面形成有排列成陣列之至少一基礎子透鏡，其中該第一透鏡結構係覆蓋於該透光基材表面，並且該基礎子透鏡係以該中央軸對稱分佈，該基礎子透鏡之透鏡曲率半徑大於、小於或等於該第一子透鏡之透鏡曲率半徑。