TWI451602B - 光學發射器及其製作方法以及顯示裝置 - Google Patents

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陳信宏
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Description

光學發射器及其製作方法以及顯示裝置
本發明有關於半導體元件，且特別是有關於半導體發光二極體。
在此所指的發光二極體為一半導體光源，其係用以產生具有特定波長的或是一波長範圍的光線。發光二極體一般是用來作為指示燈，並逐漸用於顯示器中。當對相對摻雜的半導體化合物層的p-n接面施加一橫跨p-n接面的電壓時，發光二極體會發出光線。藉由在p-n接面中製作一主動層以及藉由改變半導體層的能隙(使用不同的材料)可產生不同波長的光線。
一般而言，發光二極體的製作方法為在一成長基板上成長多個發光結構。這些發光結構與其下的成長基板被分離成多個獨立的發光二極體晶片。在分離製程之前或之後，會在各個發光二極體晶片上製作電極或是導電接墊，以使整個結構可電性導通。然後，可封裝發光二極體晶片，其係藉由增加封裝基板、選擇性的螢光材料、以及光學元件(例如透鏡以及反射鏡)而成為一光學發射器(optical emitter)。
光學發射器規格(Optical emitter specification)一般依特定應用識別光學發射器發出的發光圖案。一般使用的光束圖案為蝙蝠翼狀的光束圖案，其係用以照射平面、用於交通號誌、或是作為顯示器的背光單元。蝙蝠翼狀的光束圖案的特色為在其配光曲線圖(candela distribution plot)中具有二個大體相等的波峰以及一位於二波峰之間的波谷(在大約0度的位置)。
設計光學發射器以符合這些規格。儘管現行的光學發射器的設計已可符合蝙蝠翼狀的光束圖案的需求，但仍未能完全滿足各個方面的需求。因此，仍持續尋求可信賴且更有效率的設計以使製程更加容易。
本發明一實施例提供一種光學發射器，包括：一或多個發光二極體晶片；一封裝基板，貼附至該一或多個發光二極體晶片的一側；多個電性連接結構，位於該一或多個發光二極體晶片與該封裝基板上的多個電極之間；一模製透鏡，接合至該封裝基板並直接接觸該一或多個發光二極體晶片，該模製透鏡使自該一或多個發光二極體晶片發出且穿過該模製透鏡的光線成一蝙蝠翼狀的圖案；以及一螢光材料，埋於該模製透鏡中且形成一周邊圓筒。
本發明另一實施例提供一種光學發射器的製作方法，包括：將一或多個發光二極體晶片貼附至一封裝基板；電性連接該一或多個發光二極體晶片以及該封裝基板上的多個電極；模製一透鏡於該封裝基板與該一或多個發光二極體晶片上，其中該透鏡包括一周邊溝槽；以及以一第一螢光材料填滿該周邊溝槽。
本發明又一實施例提供一種顯示裝置，包括：多個光學發射器，各光學發射器包括：一或多個發光二極體晶片；一封裝基板，貼附至該一或多個發光二極體晶片的一側；多個電性連接結構，連接該一或多個發光二極體晶片與該封裝基板；一模製透鏡，接合至該封裝基板並直接接觸該一或多個發光二極體晶片，該模製透鏡使自該一或多個發光二極體晶片發出且穿過該模製透鏡的光線成一蝙蝠翼狀的圖案；以及一螢光材料，環繞地埋於該模製透鏡中。
可以了解的是，下述內容將提供許多不同的實施例，或是例子，以實施不同實施例的不同的特徵。為簡潔起見，以下將以特定成分(或構件)與排列舉例說明。當然，在此僅用以作為範例，並非用以限定本發明。舉例來說，當以下述及一第一元件形成於一第二元件之上或上時，可包括第一元件與第二元件是直接接觸地形成的實施例、以及間隔有其他元件於第一元件與第二元件之間的實施例，如此則第一元件可不與第二元件直接接觸。當然，本揭露可特別聲明第一元件與第二元件是否直接接觸。此外，本揭露書在不同實施例中可能使用重複的標號及/或標示。此重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論之不同實施例及/或結構之間具有任何關連性。
一般而言，發光二極體封裝(在此亦可稱為光學發射器)包括一發光二極體晶片(其貼附至一封裝基板)、一層螢光材料、以及一些光學元件(例如透鏡及/或反射鏡)。發光二極體晶片可以多種方式電性連接至位於封裝基板上的電路。發明人所知的一種連接方式為將晶片的成長基板部分貼附至封裝基板，並形成多個電極接墊，其連接晶片上的發光結構中的p型半導體層與n型半導體層，然後，由電極接墊連接導線至封裝基板上的接觸接墊。另一種連接方式為倒置發光二極體晶片，並利用焊料凸塊直接連接發光結構上的電極接墊與封裝基板，此即為覆晶封裝(flip-chip package)。另一種連接方式為使用混合的連接結構。一半導體層(例如p型層)可打線接合至封裝基板，而在移除成長基板後，其他層(n型層)可焊接或金屬接合至封裝基板。
發光二極體封裝可包括一或多種螢光材料，其通常直接塗在發光二極體晶片上。常見的塗佈一或多種螢光材料的方法包括噴塗(spray-coating)一位於濃縮的黏性流體材料(如液態膠)中的螢光材料至發光二極體晶片的表面上，藉此使發光二極體晶片所發出的光都必須穿過螢光材料。當黏性液體凝固或是固化後，螢光材料可成為發光二極體封裝的一部分。然而，噴塗上的螢光材料的劑量與均勻性難以控制。再者，由於螢光材料的位置接近發光二極體晶片，故易受到熱循環(thermal cycling)的影響，以致於螢光材料隨著使用時間的增加而劣化，而導致螢光材料的光輸出降低以及改變輸出色彩。
光學元件(例如反射鏡與透鏡)是用來調整發光圖案或光束圖案的形狀。幾種光學元件經常被用來完成預期的圖案，例如蝙蝠翼狀的光束圖案。透鏡的材質可為塑膠、環氧樹脂、或是矽膠，且可藉由將透鏡邊緣黏合至封裝基板上的方式將其貼附至封裝基板。一般而言，透鏡與發光二極體晶片係分開製作，且透鏡可為特定的尺寸與形狀。
習知蝙蝠翼狀的光學發射器係使用二個透鏡來完成蝙蝠翼狀的圖案。一第一透鏡(或是主要光學元件)為一透明透鏡直接貼附或是直接形成在發光二極體晶片上。第一透鏡通常為半橢圓形，且主要功用為自發光二極體晶片取出最多的光。一第二透鏡(或是第二光學元件)係配合第一透鏡，並貼附在第一透鏡上，以調整光束圖案的形狀。因此，使用發明人所知的方法，可藉由改變第二透鏡的設計而無需改變發光二極體封裝的其他部分即可產生多種光束圖案。發光二極體晶片所產生的光線可穿過藍寶石成長基板、一或多層螢光材料、第一透鏡、也許會穿過第一與第二透鏡之間的間隙、最終穿過第二透鏡以調整蝙蝠翼狀的圖案。(光線需穿過的)多個界面中的每一個都會少量地減少光輸出，因此，這些界面整體會大幅減低光輸出(相較於發光二極體晶片的原始光輸出)。
發明人所知的蝙蝠翼狀的光學發射器是使用一主要以及第二光學元件的組合，其具有一些關於製作、成本以及設計方面的問題。由於第二透鏡與發光二極體封裝的其餘部分係分開製作，因此在組裝時會將第二透鏡安裝在第一透鏡上。這些光學元件的對位(alignment)會影響最終產生的光束圖案，因此，對位製程的容忍度相當低。低容忍度引起製程問題以及影響良率。蝙蝠翼狀的光學發射器的製作成本包括二透鏡，其使得蝙蝠翼狀的光學發射器比產生其他光束圖案的光學發射器昂貴。當發光二極體晶片變得更有效率且尺寸縮小時，分開製作的第二透鏡以及對位問題不利於縮小發光二極體封裝的整體尺寸。雖然可製作較小的第二透鏡，然而，較小的透鏡會擴大對位不準的問題(mis-alignment issue)，並且導致在最終組裝時難以處理(handling)。再者，螢光材料接近發光二極體晶片會減少元件的可靠度以及隨著使用時間的增加而改變顏色。
本發明的光學發射器僅使用單一個透鏡直接鑄模在一或多個發光二極體晶片上，且螢光材料並不直接形成在發光二極體晶片上。第1圖繪示本發明多個實施例之一光學發射器的製作方法101的流程圖。第2A圖至第2F圖繪示第1圖的製作方法101的一實施例之光學發射器在各種製程步驟的局部剖面圖。光學發射器可為一獨立元件、或是積體電路晶片或系統整合晶片(system on chip)的一部分，系統整合晶片可包括各種被動與主動微電子元件，例如電阻、電容、電感、二極體、金屬氧化物半導體場效電晶體、互補式金屬氧化物半導體電晶體、雙極性接面電晶體(bipolar junction transistor)、橫向擴散型金屬氧化物半導體(laterally diffused MOS，LDMOS)電晶體、高功率型金屬氧化物半導體電晶體、或其他類型的電晶體。可以了解的是，為幫助了解本發明的概念，已簡化第2A圖至第2F圖。因此，值得注意的是，額外的製程可在第1圖的製作方法101之前、之時、與之後進行，且一些其他的製程可僅簡略描述於此。
請參照第1圖，製作方法101的步驟103為將一或多個發光二極體晶片貼附至一封裝基板。第2圖繪示一封裝基板201的剖面圖。封裝基板201為一矽基板、一陶瓷基板、一氮化鎵基板、一金屬核心印刷電路板(metal core printed circuit board，MCPCB)、或是其他用以封裝發光二極體的封裝基板。封裝基板可包括多個金屬接墊203以及多個穿基板導孔(through substrate vias，TSVs)205。在晶圓級封裝製程中，金屬接墊203以及穿基板導孔205係用於封裝基板上，以導電及/或導熱。雖然本說明書中的實施例並無此需要，但在矽基板上使用金屬接墊與穿基板導孔可提升熱與電的傳導性。
第2B圖繪示將發光二極體晶片211貼附至封裝基板201。在一些實施例中，可將發光二極體晶片的成長基板側貼附至封裝基板，貼附製程可使用任何適合的導電或非導電膠來黏合發光二極體晶片，而這端視發光二極體晶片的一側與被貼附的封裝基板需要彼此電性導通或是絕緣而定。在多個實施例中，發光二極體晶片之相對於成長基板的一側係貼附至封裝基板，該貼附製程可包括電性連接發光二極體晶片，其係接合發光二極體上的電極接墊至封裝基板上的接觸接墊。接合製程可包括焊接或是其他的金屬接合法。在一些實施例中，可移除成長基板，並將發光二極體晶片的一側接合並電性連接至基板。在此，該貼附製程可為金屬接合，例如共晶接合。
在一實施例中，發光二極體晶片以焊料接合的方式貼附至晶片。為以焊接的方式接合發光二極體晶片，可將一焊料印刷在封裝基板上，並且在接觸發光二極體晶片時回焊(reflow)焊料。在另一實施例中，可利用導熱膠，以膠合的方式將發光二極體晶片貼合至基板。
一發光二極體晶片211包括一發光結構(未繪示)以及一或多個電極接墊以電性連接至一封裝基板，第2B圖並未繪示前述元件。雖然以下描述的光學發射器具有一藍色發光二極體，在此描述的概念亦可應用至其他顏色的發光二極體，只要螢光材料係用以將發光二極體所發出的光之至少一部分轉換成另一波長即可。發光結構具有二摻雜層以及一多重量子井層(multiple quantum well layer)位於摻雜層之間。前述二摻雜層為相反的摻雜半導體層。在一些實施例中，一第一摻雜層包括一n型氮化鎵材料，且第二摻雜層包括一p型材料。在另一實施例中，第一摻雜層包括一p型氮化鎵材料，且第二摻雜層包括一n型氮化鎵材料。多重量子井層包括多層交替的(或週期性的)主動材料層，例如氮化鎵與氮化銦鎵。舉例來說，在一實施例中，多重量子井層包括十層氮化鎵層與十層氮化銦鎵層，其中一氮化銦鎵層形成在一氮化鎵層上，且另一氮化鎵層形成在前述氮化銦鎵層上，諸如此類的配置方式。
摻雜層與多重量子井層皆可以磊晶成長製程的方式形成。在完成磊晶成長製程之後，基本上已形成一pn接面(或是一pn二極體)。當在摻雜層之間施加一電壓時，一電流流過發光結構，且多重量子井層會發出光線。多重量子井層所發出的光線的顏色與發光的波長有關，且可藉由改變構成多重量子井層的材料的成分與結構來改變發光的波長。發光結構可選擇性地包括額外的膜層，例如一位於基板與第一摻雜層之間的緩衝層、一反射層、以及一歐姆接觸層。適合的緩衝層的材質可為第一摻雜層之未摻雜的材料或是其他相似的材料。光反射層的材質可為金屬，例如鋁、銅、鈦、銀、前述之合金、或前述之組合。歐姆接觸層可為一銦錫氧化物層、一氮化鈦層、或是一其他導電材料的薄層，其實質上相對於發光二極體所發出的光線而言是透明的。光反射層與歐姆接觸層的形成方法為物理氣相沉積法、化學氣相沉積法、或其他沉積製程。
第1圖的步驟105為在將發光二極體晶片貼合至基板之後，使發光二極體晶片電性連接至封裝基板。形成至少二個電性連接結構，這二個電性連接結構分別形成在p型與n型摻雜層上。在一些實施例中，為分散電流，可在p型層上形成二個電性連接結構。如前述，電性連接結構可包括打線接合結構、焊接結構、金屬接合結構、或前述之組合。第2B圖更繪示多個打線接合結構213，其位於發光二極體晶片211與金屬接墊203之間。打線接合結構213連接發光二極體上的電極以及金屬接墊203，其透過穿基板導孔205電性連接至封裝基板201的背面上的電極。雖然第2B圖繪示一水平封裝體，發光二極體晶片可以多種方法貼附至封裝基板，包括利用單一打線接合結構的垂直封裝、或是不使用導線的覆晶封裝。因為電性連接結構213可為多種不同的形式，因此，第2B圖繪示的結構僅為舉例說明，亦即電性連接結構213無需為打線接合結構。
再次參照第1圖，步驟107為在發光二極體晶片與封裝基板上鑄模形成一透鏡。透鏡包括一周邊溝槽。透鏡的形成方法可為射出成形(injection molding)或是壓模成形(compression molding)。可使用多種材料構成透鏡。適合的材料需具有高光學穿透性(透明度)、適合成形的黏度、對封裝基板具有適當的黏度、以及良好的導熱性與穩定性(例如在熱循環中不會劣化或是改變顏色)。材料例如包括矽膠、環氧樹脂、一些高分子、樹脂、以及塑膠，包括聚甲基丙烯酸甲酯(Poly(methyl methacrylate)，PMMA)。適合的材料可流動以成形為透鏡，並可被固化成一預定的形狀。一些適合的材料可具有相似於封裝基板的熱膨脹係數，及/或在熱循環的過程中，可吸收因熱膨脹係數的差異所產生的應力。適合的透鏡材料例如包括Shin-Etsu化學公司生產的SCR與KER矽膠樹脂以及橡膠材料，以及Dow Cornings股份有限公司的矽膠、彈性體、以及矽膠樹脂。可以理解的是，工業製造商可依照客戶的指定而調整透鏡材料的折射率。因此，本領域具有通常知識者可基於適當的材料特性選擇一適合的透鏡材料，除了優先考慮折射率以外，可將折射率定義在一製造商可提供的範圍內。
在一些實施例中，第2C圖繪示使用壓模成形法。在發光二極體晶片與封裝基板上配置一透鏡前驅物材料221，然後，將一透鏡模具(lens mold)223配置在透鏡前驅物材料221上。透鏡模具223包括周邊溝槽225，且可包括一或多個開口，以於模具223被壓抵至封裝基板時使多餘的透鏡材料與空氣可從開口流出模具223。透鏡模具223的開口的位置與數量係依相關的製程條件與材料特性而定。可使用多個開口，且這些開口的位置不同。雖然第2C圖繪示一透鏡凹槽位於二個發光二極體晶片上，但是透鏡模具可包括多個模具凹槽位於一具有多個發光二極體晶片貼附於其上的封裝基板上，以同時形成用於多個封裝體中的透鏡。封裝基板201可包括多個對位標記位於個別的發光二極體晶片之間，以確保透鏡凹槽可精確地位於發光二極體晶片上。
為能良好地填滿，可經由一或多個開口排出透鏡凹槽中的氣體。或者是，在真空環境下進行製程，此時可不需要開口。可加熱或施加壓力於透鏡前驅物材料/膠221。當將模具223壓抵至封裝基板時，透鏡前驅物材料/膠221填滿透鏡凹槽以形成透鏡。
固化透鏡前驅物材料以使其保持形狀並黏著至封裝基板以及發光二極體晶片(如圖所示)。輻射或是其他的能量可用於透鏡模具，且輻射可穿過透鏡模具。輻射可為紫外線輻射、熱輻射(紅外線)、微波、或是其他可固化透鏡膠的輻射。紫外線固化或是熱固化的膠材料可自市面上取得。在一些實施例中，可以熱能進行固化製程，而無需使用輻射。可經由封裝基板201或是加熱透鏡模具223來傳導熱能。
在透鏡固化之後，可移除透鏡模具，如第2D圖所示。自封裝基板201上移除透鏡模具223，但不移除透鏡231。在一實施例中，可經由一或所有的模具開口注入一些氣體，以有利於分離透鏡231與透鏡模具223。其他方式包括改變鑄模完成的透鏡或是透鏡模具的溫度以產生一溫度差，或是使用一透鏡模具223中的移動模板(removal template)。在另一實施例中，周邊溝槽可具有不同的寬度。溝槽底部較窄，而溝槽頂部較寬，以有利於移除透鏡模具。
以前述方式可於透鏡231中形成周邊溝槽233。值得注意的是，第2D圖繪示鄰近的周邊溝槽235、237亦是以相同的模具形成。這些周邊溝槽235、237是屬於鄰近的光學發射器。最終，可切割周邊溝槽之間並切過透鏡材料以將封裝基板切割成多個獨立的光學發射器，其中周邊溝槽之間例如為周邊溝槽233、237之間。
再次參照第1圖，步驟109為在周邊溝槽中填入一螢光材料。可以分配(dispensing)或是注入的方式將螢光材料填入周邊溝槽中，如第2E圖所示。分配的方式可為印刷一含有螢光材料的黏性液體於透鏡材料上，並藉由震動、物理性移動封裝基板、或音波/超音波使液體流入溝槽中。分配的方式亦可為將整個部分地製作的封裝體浸入含有螢光材料的液體中。注入的方式可為使注射槍或是注射筆沿著溝槽注射。可使用具有注射口(output port)的注射槍注射整個周邊溝槽，且注射口的形狀相同於周邊溝槽的形狀。再者，可以旋轉塗佈的方式填滿周邊溝槽，以將多餘的材料甩出透鏡表面。本領域技術人員可依據使用的填入技術而選擇適當的具有螢光劑的材料以形成螢光材料，以使填滿溝槽。
在將螢光材料填入周邊溝槽之後，將其固化成一周邊圓筒，如第2E圖的241所示。螢光劑可與矽膠、環氧樹脂、高分子、樹脂、矽膠樹脂、以及塑膠(包括聚甲基丙烯酸甲酯)混合。前述材料較佳選擇熱膨脹係數相似於透鏡的材料，以減少熱循環所引起的兩材料之間的應力。當然，可使用相同的基底材料，而唯一的差異只在於添加的螢光劑。根據混合物的材料特性，可以輻射或是加熱的方式固化螢光材料，且藉由固化與化學反應的方式形成一基質(matrix)。之後，螢光圓筒埋於透鏡中。
若是周邊溝槽具有變化的寬度，則周邊圓筒具有變化的厚度。螢光牆係用以改變發光二極體所發出的光線的波長，並反射光線，以使於光學發射器之外所感測到的光線顏色不同於發光二極體所發出的光線顏色。厚度變化需依據照在圓筒的不同位置的預期光線，以產生均勻的色彩分布。舉例來說，預期會有較多反射光的地方，圓筒牆較厚，因此，無論觀察角度為何，螢光劑轉換的光可保持相同的比例。螢光圓筒241亦可用於連接另一螢光層，例如另一個螢光圓筒，其與螢光圓筒243、245同中心，或是一螢光層直接形成在發光二極體晶片上以產生多種顏色，例如白光。為產生白光，當只使用一螢光圓柱時，螢光劑可為一當受藍光激發時會產生黃光的螢光劑。當使用二螢光膜層時，其中一螢光層為綠色螢光層，另一螢光層為紅色螢光層。在其他實施例中，螢光圓筒243、245為彼此分離且分屬於不同光學發射器的圓筒。
在一些實施例中，可依序或是同時固化螢光圓筒與透鏡。可形成透鏡，並以軟烤(soft cure)的方式固化透鏡以保持其外型。之後，可將螢光材料加入周邊溝槽中。可以硬烤(hard bake)的方式同時固化透鏡與螢光材料以完成固化製程(solidification process)。
在另一實施例中，在添加螢光材料之前，可形成並完全固化透鏡。螢光圓筒可設計成比透鏡材料軟。之後，在熱循環的過程中，螢光圓筒可吸收一些熱膨脹應力，以降低熱循環產生的應力使透鏡與封裝基板分層(delaminate)的機率。
再次參照第1圖，步驟111為在形成透鏡與螢光圓筒之後，可在透鏡的頂面上選擇性地(optionally)塗佈一反射材料。如上述，表面塗佈材料所需的反射性可依據蝙蝠翼狀的光束圖案的要求而定，且可使用多種塗佈材料。可以分配、噴塗、旋轉塗佈、或是其他沈積方法將表面塗佈材料沈積在透鏡頂面上。在一實施例中，可使用含有反射添加物的膠(例如矽膠)分配在透鏡的頂面上。添加物可包括金屬顆粒(例如銀或是其他的金屬)、一些金屬氧化物(例如氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯)。可使用其他高反射添加物。其他高反射塗膜包括介電膜，其被調整成反射發光二極體晶片發出的特定波長的光。在一些實施例中，表面塗膜選擇性地反射大於80%的入射光、約90%的入射光、或是大於90%的入射光。在一些實施例中，表面塗膜僅覆蓋一部分的頂面。在其他實施例中，表面塗膜可覆蓋整個頂面。第2F圖繪示一反射器251塗佈在部分的透鏡上。
在其他實施例中，可不使用反射塗膜。可改變透鏡的形狀，以使來自發光二極體晶片且到達頂面的光大部分被表面反射，如同全內反射(total internal reflection，TIR)。全內反射為一光學現象，其發生在一光線照射到二介質之間的界面且入射角大於一特定臨界角(相對於表面的法向量)。當入射角的角度較大時，若是界面的另一側的折射率較低，則沒有光線可以穿過，即所有光線皆被反射。臨界角為全內反射發生時的入射角度。若是入射角大於臨界角(亦即光線接近平行於界面)-光線於此入射角時會被折射以使其沿著邊界前進-之後光線將完全停止穿越邊界且全體被內反射回去。本發明多個實施例之頂透鏡表面具有一表面，其使大部分的入射角大於臨界角。由於頂面之另一側的折射率(例如空氣的折射率約為1)低於透鏡(例如矽的模造物的折射率約為1.4～1.55)，大部分來自發光二極體的光會被反射為全內反射。結合表面塗膜與透鏡形狀設計可確保發光二極體晶片發出的大部分光線自頂面反射。
再次參照第1圖，步驟113為將封裝基板切割成多個光學發射器。如第2F圖所示，自螢光圓筒外側分離光學發射器以及與其相鄰的光學發射器。可以機械的方式(例如鋸或切)切割封裝基板。封裝基板亦可使用輻射能切割，例如雷射。可使用雷射進行一非直線切割(non-linear cut)。舉例來說，光學發射器可具有圓形基底，以代替方形基底。
本發明多個實施例之光學發射器除了可具有一發光二極體晶片之外，還可具有多個發光二極體晶片。這些發光二極體晶片可排列成線形陣列、矩陣、或是圓形、或是其他形狀。第3A圖至第3C圖繪示本發明多個實施例。第3A圖繪示第3B圖或第3C圖的剖面圖，該剖面以45度角穿過光學發射器的中心。第3A圖至第3C圖的實施例包括無反射塗層形成在透鏡301的頂面上。在這些實施例中，四個發光二極體晶片303設置(mounted)在基板305上。在第3B圖中，各晶片具有一側靠近光學發射器的中心。在第3C圖中，各晶片具有一角落靠近光學發射器的中心。晶片的配置係依據透鏡的外型以產生全內反射。值得注意的是，光學發射器的封裝基板可為矩形或是正方形(如第3B圖所示)，或是圓形、橢圓形(如第3C圖所示)。螢光周邊圓筒311可為圓形或是橢圓形，其端視發光二極體晶片的形狀與配置、以及透鏡形狀而定。在上視圖中，透鏡為圓形或橢圓形。當形成透鏡時，可藉由模具來形成特定形狀。特定形狀亦可藉由後續切割或蝕刻製程來形成。
第4A圖至第4C圖繪示本發明多個實施例。第4A圖繪示第4B圖或第4C圖的剖面圖，該剖面以45度角穿過光學發射器的中心。第4A圖至第4C圖的實施例包括反射塗層407形成在透鏡401的部分頂面上。前述部分可為一中心部分。塗層407可部分填入一凹槽(如第4A圖所示)，或者是塗層可為一薄層。在這些實施例中，四個發光二極體晶片403設置在基板405上。螢光周邊圓筒411埋於透鏡401中。在第4B圖中，各晶片具有一側靠近光學發射器的中心。在第4C圖中，各晶片具有一角落靠近光學發射器的中心。反射塗層、透鏡的形狀、以及晶片的配置共同引起透鏡的頂面的全內反射。值得注意的是，光學發射器的封裝基板可為矩形或是正方形(如第4B圖所示)，或是圓形、橢圓形(如第4C圖所示)。
第5A圖至第5C圖繪示本發明多個實施例。第5A圖繪示第5B圖或第5C圖的剖面圖，該剖面以45度角穿過光學發射器的中心。第5A圖至第5C圖的實施例包括反射塗層507形成在透鏡501的部分頂面上。前述部分可為一中心部分。塗層507可填入一凹槽(如第5A圖所示)，或者是塗層507可為一薄層位於透鏡的整個頂面上。在這些實施例中，四個發光二極體晶片503設置在基板505上。螢光周邊圓筒511埋於透鏡501中。在第5B圖中，各晶片具有一側靠近光學發射器的中心。在第5C圖中，各晶片具有一角落靠近光學發射器的中心。反射塗層會引起發光二極體晶片所產生的全部光線自頂面產生全內反射，以自內部射出光學發射器。值得注意的是，光學發射器的封裝基板可為矩形或是正方形(如第5B圖所示)，或是圓形、橢圓形(如第5C圖所示)。
在本發明另一實施例中，可使用不同數量的發光二極體晶片。舉例來說，可排列三個發光二極體晶片以形成一等邊三角形的頂點(vertex)。在另一實施例中，可排列五個發光二極體晶片以形成二列-一列有二個發光二極體晶片，且另一列有三個發光二極體晶片。在各個具有多個發光二極體晶片的結構中，一透鏡形成在這些發光二極體晶片上。
本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何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，當可做些許的更動與潤飾，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。
101．．．光學發射器的製作方法
103、105、107、109、111、113‧‧‧步驟
201‧‧‧封裝基板
203‧‧‧金屬接墊
205‧‧‧穿基板導孔
211、303、403、503‧‧‧發光二極體晶片
213‧‧‧打線接合結構、電性連接結構
221‧‧‧透鏡前驅物材料/膠
223‧‧‧透鏡模具、模具
225、233、235、237‧‧‧周邊溝槽
231、301、401、501‧‧‧透鏡
241、243、245‧‧‧螢光圓筒
251‧‧‧反射器
305、405、505‧‧‧基板
311‧‧‧螢光周邊圓筒
第1圖繪示本發明多個實施例之一光學發射器的製作方法的流程圖。
第2A圖至第2F圖繪示本發明多個實施例之一光學發射器在各種製程步驟的剖面圖。
第3A圖至第3C圖繪示本發明多個實施例之剖面圖與上視圖的例子。
第4A圖至第4C圖繪示本發明多個實施例之剖面圖與上視圖的例子。
第5A圖至第5C圖繪示本發明多個實施例之剖面圖與上視圖的例子。
201‧‧‧封裝基板
251‧‧‧反射器

Claims (10)

  1. 一種光學發射器，包括：一或多個發光二極體晶片；一封裝基板，貼附至該一或多個發光二極體晶片的一側；多個電性連接結構，位於該一或多個發光二極體晶片與該封裝基板上的多個電極之間；一模製透鏡，接合至該封裝基板並直接接觸該一或多個發光二極體晶片，該模製透鏡使自該一或多個發光二極體晶片發出且穿過該模製透鏡的光線成一蝙蝠翼狀的圖案；以及一螢光材料，埋於該模製透鏡中且形成一周邊圓筒。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學發射器，更包括：一高反射塗膜，位於該模製透鏡的一頂面上，其中該高反射塗膜包括金屬或金屬氧化物。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學發射器，其中該周邊圓筒具有變化的厚度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學發射器，其中該模製透鏡包括一頂面，該頂面呈凹槽狀以內反射該一或多個發光二極體晶片發出的光線至該透鏡的側面。
  5. 一種光學發射器的製作方法，包括：將一或多個發光二極體晶片貼附至一封裝基板；電性連接該一或多個發光二極體晶片以及該封裝基板上的多個電極； 模製一透鏡於該封裝基板與該一或多個發光二極體晶片上，其中該透鏡包括一周邊溝槽；以及以一第一螢光材料填滿該周邊溝槽。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光學發射器的製作方法，更包括：將一高反射材料塗佈於該透鏡的一頂面。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之光學發射器的製作方法，其中該模製一透鏡於該封裝基板與該發光二極體晶片上的步驟包括：配置一透鏡模具於該封裝基板與該一或多個發光二極體晶片上；將一透鏡膠嵌入該透鏡模具中；以及固化一透鏡。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之光學發射器的製作方法，其中該以一第一螢光材料填滿該周邊溝槽的步驟包括：注入一螢光劑與膠的混合物，並固化該螢光劑與膠的混合物。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之光學發射器的製作方法，更包括：使用一第二螢光材料形成一螢光元件，其中該第二螢光材料不同於該第一螢光材料。
  10. 一種顯示裝置，包括：多個光學發射器，各光學發射器包括：一或多個發光二極體晶片； 一封裝基板，貼附至該一或多個發光二極體晶片的一側；多個電性連接結構，連接該一或多個發光二極體晶片與該封裝基板；一模製透鏡，接合至該封裝基板並直接接觸該一或多個發光二極體晶片，該模製透鏡使自該一或多個發光二極體晶片發出且穿過該模製透鏡的光線成一蝙蝠翼狀的圖案；以及一螢光材料，環繞地埋於該模製透鏡中。
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