CN102257643A - 具有粗糙化出光结构的发光二极管装置及其制造方法 - Google Patents

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CN102257643A CN2010800021417A CN201080002141A CN102257643A CN 102257643 A CN102257643 A CN 102257643A CN 2010800021417 A CN2010800021417 A CN 2010800021417A CN 201080002141 A CN201080002141 A CN 201080002141A CN 102257643 A CN102257643 A CN 102257643A
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Abstract

本发明是关于一种具有粗糙化出光结构的发光二极管装置。该装置包括：一导线架；一或多个发光二极管芯片，设置在该导线架上，并且与该导线架产生电连接；以及一封装用透镜，用以封装该一或多个发光二极管芯片，以及该透镜的表面具有微米级的粗化结构。该封装用透镜的表面的粗化结构具有约0.1μm到约50μm的粗糙度。本发明亦关于具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法。

Description

具有粗糙化出光结构的发光二极管装置及其制造方法
技术领域
本发明是关于一种具有粗糙化出光结构的发光二极管装置及其制造方法，该粗糙化出光结构具有微米级的粗糙度，以增加发光二极管的出光效率并且改善发光均匀性。
背景技术
在现有发光二极管装置的设计中，为了增加发光二极管的出光均匀性，通常会在发光二极管上设置一层透镜，此透镜可用以封装发光二极管，并可集中由发光二极管所发出的光线。然而，当自发光二极管所发出的光线通过此透镜时，光线通常会发生全反射现象，因而造成出光效率的降低。图1是现有发光二极管装置的出光示意图。如图1所示，发光二极管110被透镜120所包覆，以及发光二极管110在发光时，其所发出的光线可到达透镜120的表面125，在此时，光线可能会穿过透镜表面125而射出至外界(如箭头A所示)，或者，在透镜表面125发生全反射现象而折回透镜120的内部(如箭头B所示)，因而降低发光二极管的出光效率。因此，亟需一种能够增加发光二极管出光效率并改善发光均匀性的发光二极管装置。
发明内容
鉴于上述现有发光二极管的设计问题，本发明提供一种具有粗糙化出光结构的发光二极管装置及其制造方法。
本发明的一实施样态为提供一种具有粗糙化出光结构的发光二极管装置。此装置包括：导线架；一或多个发光二极管芯片，设置在导线架上，并且与导线架产生电连接；以及封装用透镜，用以封装一或多个发光二极管芯片，以及封装用透镜的表面具有微米级的粗化结构，此粗化结构具有约0.1μm到约50μm的粗糙度。此外，此装置更包括由透明胶材所形成的保护层，此保护层是位于一或多个发光二极管芯片与封装用透镜之间，以保护一或多个发光二极管芯片。
本发明的另一实施样态为一种具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法。此制造方法包括下列步骤：将一或多个发光二极管芯片设置在导线架上，并且使一或多个发光二极管芯片与导线架产生电连接，以形成一半成品；将此半成品置入已前处理的模具内，此模具经过前处理而具有包括微米级粗化结构的内部表面；将封装用胶材注入模具内并且进行加热，而使封装用胶材熟化，此封装用胶材在熟化之后形成封装用透镜，此封装用透镜用以封装一或多个发光二极管芯片，此封装用透镜的表面具有微米级的粗化结构；以及从模具中将已封装的发光二极管芯片与导线架取出。此模具的内部表面的粗化结构具有约0.1μm到约50μm的粗糙度，以及此封装用透镜的表面的粗化结构具有约0.1μm到约50μm的粗糙度。此外，此制造方法更包括在将上述半成品置入模具内之前，于一或多个发光二极管芯片上涂布一层由透明胶材所形成的保护层，以保护一或多个发光二极管芯片，此透明胶材中可含有荧光体。
本发明的又一实施样态为一种具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法。此制造方法包括下列步骤：将一或多个发光二极管芯片设置在导线架上，并且使一或多个发光二极管芯片与导线架产生电连接，以形成一半成品；将此半成品置入模具内；将封装用胶材注入模具内并且进行加热，而使此封装用胶材熟化，此封装用胶材在熟化之后形成封装用透镜，该封装用透镜用以封装一或多个发光二极管芯片；从模具中将已封装的发光二极管芯片与导线架取出；以及对封装用透镜的表面进行粗糙化，而使封装用透镜的表面具有微米级的粗化结构。此封装用透镜的表面的粗化结构具有约0.1μm到约50μm的粗糙度。此外，此制造方法更包括在将上述半成品置入模具内之前，于一或多个发光二极管芯片上涂布一层由透明胶材所形成的保护层，以保护一或多个发光二极管芯片，此透明胶材中可含有荧光体。
附图说明
通过本发明的说明书的随附附图，将可更加了解上述本发明的例示性实施例及范例的优点及特征。在此，各附图为例示性的概略图，并非按实际比例绘制，不应以附图所示的比例作为实施的依据。此外，在本说明书的随附附图中，以相同的参考符号来标示相同或相似的元件。
图1是现有发光二极管装置的出光示意图；
图2显示依照本发明的一实施例的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的示意图；
图3显示依照本发明的另一实施例的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的示意图；
图4A显示图2的粗糙化表面的局部放大示意图；
图4B显示图3的粗糙化表面的局部放大示意图；
图5是依照本发明的一实施例的发光二极管装置的制造流程图；
图6A至6D是图5的制造流程的具体示意图；
图7是依照本发明的另一实施例的发光二极管装置的制造流程图；
图8A与8B是图7的部分制造流程的具体示意图；及
图9是依照本发明的又另一实施例的发光二极管装置的制造流程图。
附图标号
110发光二极管
120透镜
125透镜表面
200发光二极管装置
210导线架
220发光二极管芯片
230封装用透镜
240粗糙化表面
300发光二极管装置
310封装用透镜
320粗糙化表面
510芯片接合
520引线焊接
530利用已前处理的模具或模板进行注胶与封装
610导线架
620发光二极管芯片
630导线
640模具或模板
650凹凸内部表面
660封装用透镜
670凹凸表面
710芯片接合
720引线焊接
730点胶
740利用已前处理的模具或模板进行注胶与封装
810保护层
910芯片接合
920引线焊接
930点胶
940利用未前处理的模具或模板进行注胶与封装
950粗糙化
具体实施方式
图2显示依照本发明的一实施例的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置200的示意图。如图2所示，发光二极管装置200包括：导线架210；发光二极管芯片220，与导线架210产生电连接；半球形封装用透镜230，用以封装发光二极管芯片220，并且具有粗糙化表面240。图3显示依照本发明的另一实施例的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置300的示意图。如图3所示，发光二极管装置300的构造是类似于图2所示的发光二极管装置200的构造，其差异在于：图2的发光二极管装置200的封装用透镜230为半球形，而图3的发光二极管装置300的封装用透镜310为矩形。同样地，图3的封装用透镜310亦具有粗糙化表面320。粗糙化表面240与320可分别用以增加发光二极管装置200与300的出光效率并且改善发光均匀性。粗糙化表面240与320具有微米级的粗糙化结构，其粗糙度可介于约0.1μm与约50μm之间。分别如图2与图3所示，当图2的发光二极管芯片220发光时，由发光二极管芯片220所发出的光线可通过半球形封装用透镜230的粗糙化表面240而被导出发光二极管装置200(如图2的箭头E所示)；而当图3的发光二极管芯片220发光时，由发光二极管芯片220所发出的光线则可通过矩形封装用透镜310的粗糙化表面320而被导出发光二极管装置300(如图3的箭头E′所示)，俾能增加发光二极管装置200与300的出光效率并且改善发光均匀性。此外，在图2与图3中，发光二极管芯片220可通过但不限于例如导线(无图示)，而与导线架210产生电连接。在其他实施例中，可采用倒装芯片封装形式而使发光二极管芯片220与导线架210产生电连接。此外，虽然在图2与图3中仅显示一个发光二极管芯片220，但可明白本发明的发光二极管装置200与300实际上可分别包括一或多个发光二极管芯片220。
图4A显示图2的粗糙化表面240的局部放大示意图(即圆圈C所标示的部分)；而图4B显示图3的粗糙化表面320的局部放大示意图(即圆圈D所标示的部分)。可从图4A与4B清楚地观察到粗糙化表面240与320分别具有不规则的凹凸形状。当发光二极管芯片220发出光线时，通过粗糙化表面上的这些不规则凹凸形状，可降低光线在穿过封装用透镜时所产生的全反射现象。
图5是依照本发明的一实施例的发光二极管装置的制造流程图。如图5所示，在步骤510中，将发光二极管芯片设置在导线架上(芯片接合步骤)。在步骤520中，通过例如金(Au)等等的导线，使发光二极管芯片与导线架产生电连接(引线焊接步骤)，而形成发光二极管装置的半成品。在步骤530中，将上述半成品置入已前处理(粗糙化)的模具(mold)或模板(template)内，然后将封装用胶材注入此模具或模板内并且进行加热，待此封装用胶材经过加热而熟化之后，再将成品自此模具或模板中取出(注胶与封装步骤)。
图6A至6D是图5的制造流程的具体示意图。图6A具体显示图5的步骤510到步骤520的情况。如图6A所示，在导线架610上设置发光二极管芯片620，并且通过导线630，使发光二极管芯片620与导线架610产生电连接而形成发光二极管的半成品。图6B到6D具体显示图5的步骤530的情况。如图6B到6D所示，将图6A的半成品(由导线架610、发光二极管芯片620、以及导线630所构成)置入已前处理(粗糙化)的模具或模板640内，此模具或模板具有不规则的凹凸内部表面650(如图6B的局部放大图所示，即圆圈标示处)。模具或模板640在经过粗糙化之后，其凹凸内部表面650可具有约0.1μm到约50μm的粗糙度的微米级粗化结构。接着，如图6C所示，将例如环氧树脂(epoxy)或硅酮树脂(silicone)的封装用胶材注入模具或模板640内，并且对此封装用胶材进行加热而使其熟化。最后，如图6D所示，使成品与模具或模板640脱离，此成品是由导线架610、发光二极管芯片620、导线630、以及封装用透镜660所构成，其中封装用透镜660是上述封装用胶材经加热熟化后所形成。此封装用透镜具有因模具或模板640的凹凸内部表面650而形成的不规则凹凸表面670(如图6D的局部放大图所示，即圆圈标示处)。凹凸表面670亦具有约0.1μm到约50μm的粗糙度的微米级粗化结构。可通过喷砂、化学刻蚀、以及电化学刻蚀其中之一来形成模具或模板640的凹凸内部表面650，俾能使凹凸内部表面650具有约0.1μm到约50μm的微米级粗化结构。
图7是依照本发明的另一实施例的发光二极管装置的制造流程图。如图7所示，在步骤710中，将发光二极管芯片设置在导线架上(芯片接合步骤)。在步骤720中，通过例如金(Au)等等的导线，使发光二极管芯片与导线架产生电连接(引线焊接步骤)。在步骤730中，进行点胶(glue dispensing)处理，于其中将含或不含荧光体的透明胶材涂布在发光二极管芯片与导线上，而完全覆盖此发光二极管芯片并且部分覆盖此导线(点胶步骤)，以形成发光二极管装置的半成品。上述步骤730中的透明胶材可作为用以保护发光二极管芯片与导线的保护层，以及在发光二极管装置需要搭配不同荧光体而发出各种不同波长的光线时，此透明胶材亦可作为用以固定荧光体的载体层。此透明胶材可为硅酮树脂。在步骤740中，将上述半成品置入已前处理(粗糙化)的模具或模板内，然后将封装用胶材注入此模具或模板内并且进行加热，待此封装用胶材经过加热而熟化之后，再将成品自此模具或模板中取出(注胶与封装步骤)。图7所示的制造流程图是类似于图5所示的制造流程图，其差异在于：在发光二极管芯片与导线上涂布含或不含荧光体的透明胶材(即点胶步骤)。
图8A是图7的步骤710到步骤730的具体示意图；而图8B是显示将图8A的半成品置入图6B的相同模具或模板640内的情况。相较于图6A，如图8A所示，发光二极管装置的半成品可由导线架610、发光二极管芯片620、导线630、以及含或不含荧光体的保护层(及/或载体层)810所构成。在图7中，除了步骤730以外，其余步骤皆与图5相同，即步骤510可对应于步骤710、步骤520可对应于步骤720、以及步骤530可对应于步骤740(其可参考图6C至6D)，故在此将不再赘述。此外，虽然图6A与图8A的各发光二极管装置仅显示具有一个发光二极管芯片620，但可明白本发明的发光二极管装置实际上可包括一或多个发光二极管芯片620。
在本发明的其他实施例中，可不使用已前处理(粗糙化)的模具或模板。亦即，如图9所示，图9是依照本发明的又另一实施例的发光二极管装置的制造流程图。在步骤910中，将发光二极管芯片设置在导线架上(芯片接合步骤)。在步骤920中，通过例如金(Au)等等的导线，使发光二极管芯片与导线架产生电连接(引线焊接步骤)，以形成发光二极管装置的半成品。在步骤930中，进行点胶处理，于其中将含或不含荧光体的透明胶材涂布在发光二极管芯片与导线上，而完全覆盖此发光二极管芯片并且部分覆盖此导线(点胶步骤)。然而，步骤930并非必要步骤，在其他实施例中，可省略步骤930。在步骤940中，将发光二极管装置的半成品置入具有未前处理的内部表面的模具或模板内，并以上述加热熟化步骤形成不具有凹凸表面的封装用透镜，接着从模具或模板中取出成品(注胶与封装步骤)。最后，在步骤950中，再通过刻蚀或压印(imprint)等方式，使此封装用透镜的表面粗糙化，因此形成具有不规则凹凸形状的封装用透镜表面(表面粗糙化步骤)。在经过粗糙化之后，此封装用透镜的表面可具有约0.1μm到约50μm的粗糙度的微米级粗化结构。上述刻蚀方式是通过在例如约室温至约60℃的环境下，以甲苯对已成型的透镜表面进行刻蚀约30秒至约1小时，而达到粗糙化的目的；而上述压印方式是通过例如将硅酮树脂选择性地印刷在已成型的透镜表面上，然后以约150℃的温度进行烘烤约30分钟，而达到粗糙化的目的。
依照本发明的方法，可同时大量生产包括具有相同粗糙度的出光结构的发光二极管装置。
虽然本发明已参考较佳实施例及附图详加说明，但本领域的技术人员可了解在不离开本发明的精神与范畴的情况下，可进行各种修改、变化以及等效替代，然而这些修改、变化以及等效替代仍落入本发明权利要求的范围内。

Claims (24)

1.一种具有粗糙化出光结构的发光二极管装置，包括：
一导线架；
一或多个发光二极管芯片，设置在所述导线架上，并且与所述导线架产生电连接；及
一封装用透镜，用以封装所述一或多个发光二极管芯片，以及所述封装用透镜的表面具有微米级的粗化结构。
2.如权利要求1所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置，其中所述封装用透镜的表面的粗化结构具有约0.1μm到约50μm的粗糙度。
3.如权利要求1所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置，更包括：
一保护层，由一透明胶材所形成，并位于所述一或多个发光二极管芯片与所述封装用透镜之间，以保护所述一或多个发光二极管芯片。
4.如权利要求3所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置，其中所述保护层含有荧光体。
5.如权利要求3所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置，其中所述透明胶材为硅酮树脂。
6.如权利要求1所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置，其中所述封装用透镜是由一封装用胶材所形成。
7.如权利要求6所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置，其中所述封装用胶材为环氧树脂或硅酮树脂。
8.一种具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，包括下列步骤：
将一或多个发光二极管芯片设置在一导线架上，并且使所述一或多个发光二极管芯片与所述导线架产生电连接，以形成一半成品；
将所述半成品置入已前处理的一模具内，所述模具经过前处理而具有包括微米级粗化结构的内部表面；
将一封装用胶材注入所述模具内并且进行加热，而使所述封装用胶材熟化，所述封装用胶材在熟化之后形成一封装用透镜，所述封装用透镜用以封装所述一或多个发光二极管芯片，所述封装用透镜的表面具有微米级的粗化结构；及
从所述模具中将所述已封装的发光二极管芯片与所述导线架取出。
9.如权利要求8所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述模具的内部表面的粗化结构具有约0.1μm到约50μm的粗糙度。
10.如权利要求9所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述前处理包括喷砂、化学刻蚀、或电化学刻蚀。
11.如权利要求8所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述封装用透镜的表面的粗化结构具有约0.1μm到约50μm的粗糙度。
12.如权利要求8所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，更包括：
在将所述半成品置入所述模具内之前，于所述一或多个发光二极管芯片上涂布一保护层，以保护所述一或多个发光二极管芯片，所述保护层是由一透明胶材所形成。
13.如权利要求12所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述保护层含有荧光体。
14.如权利要求12所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述透明胶材为硅酮树脂。
15.如权利要求8所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述封装用胶材为环氧树脂或硅酮树脂。
16.一种具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，包括下列步骤：
将一或多个发光二极管芯片设置在一导线架上，并且使所述一或多个发光二极管芯片与所述导线架产生电连接，以形成一半成品；
将所述半成品置入一模具内；
将一封装用胶材注入所述模具内并且进行加热，而使所述封装用胶材熟化，所述封装用胶材在熟化之后形成一封装用透镜，所述封装用透镜用以封装所述一或多个发光二极管芯片；
从所述模具中将所述已封装的发光二极管芯片与所述导线架取出；及
对所述封装用透镜的表面进行粗糙化，而使所述封装用透镜的表面具有微米级的粗化结构。
17.如权利要求16所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述封装用透镜的表面的粗化结构具有约0.1μm到约50μm的粗糙度。
18.如权利要求17所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述粗糙化步骤包括刻蚀或压印。
19.如权利要求16所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，更包括：
在将所述半成品置入所述模具内之前，于所述一或多个发光二极管芯片上涂布一保护层，以保护所述一或多个发光二极管芯片，所述保护层是由一透明胶材所形成。
20.如权利要求19所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述保护层含有荧光体。
21.如权利要求19所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述透明胶材为硅酮树脂。
22.如权利要求16所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述封装用胶材为环氧树脂或硅酮树脂。
23.如权利要求18所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述刻蚀步骤是通过在约室温至约60℃的环境下，以甲苯对所述封装用透镜的表面进行刻蚀约30秒至约1小时。
24.如权利要求18所述的具有粗糙化出光结构的发光二极管装置的制造方法，其中所述压印步骤是通过将一硅酮树脂选择性地印刷在所述封装用透镜的表面上，然后以约150℃的温度进行烘烤约30分钟。
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