专利名称：一体式光发射装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种光发射装置及其制造方法，特别是涉及一种一体式光发射装置及其制造方法。
背景技术：
由于发光二极管(Light emitting diodes，LED)具有具低驱动电压与高发光效率等优点，使得LED已广泛被应用于显示器与发光装置等领域。
如图1所示，一般以LED12作为光源的光发射装置的封装结构，大多是先以钻孔技术在一印刷电路板11顶面钻取所需的杯形槽110，使该杯形槽110具有一杯形槽壁，并于该槽壁镀上用以反射光线的金属反射物质(图未示)，而形成一可反射光线的反射面10。然后再于该杯形槽110中组装固定一LED12，并以导线13电连接该ED12与印刷电路板11。借由该反射面10的设计，可使LED12射向反射面10的大部分光线可经由反射面10的反射，而由杯形槽110开口射出，进而达到光线集中与增加亮度的功效。某些设计还会在该杯形槽110中充填成型一包覆该LED12的透明封装层14，一方面可保护LED12，另一方面也可借由该封装层14的外型设计，使该透明封装层14可作为用以折射光线的透镜。
但是上述在印刷电路板11上钻取杯形槽110的方法具有许多缺点(1)杯形槽制程繁复。除了钻孔外，尚需配合使该杯形槽110槽壁平整的精密研磨、抛光等精密加工步骤，容易因其中一步骤错误，而严重影响杯形槽110的光线反射效率，且研磨、抛光过程相当耗时。(2)研磨、抛光用钻头容易磨损，而造成槽壁不平整，进而影响反射面10的光线反射效率，因此必须经常更换钻头，造成加工成本偏高。(3)受限于钻孔与研磨抛光设备，杯形槽110的外型大多只能设计成圆杯状，使得反射面10的反射角度受限。(4)形成反射面10的金属镀层与杯形槽110槽壁的吸附强度不够，在发光装置每次作功产生的温度变化过程中，反射面10镀层可能剥落，而使透明封装层14与印刷电路板11间产生分界，进而会造成反射出的光线的衰减，并降低产品的可靠度。
因此，以此方式制成的杯形反射面10的反射效能不佳，为弥补此缺点，通常是利用额外的繁复制程在杯形槽110上形成该圆凸球面形封装层14，以便利用该封装层14的球面外形的透镜效果增加亮度。
美国专利第5043716号专利案便提供一种类似的方法，该专利案是先在一具有多数个呈阵列分布且分别往下凸的球面槽的模具中加入封装材料，然后再将一已预先形成有多数个对应上述球面槽的杯形孔的反射板往下置入模具中，使封装材料被挤入填满于杯形孔中，最后，再将一已固定有多数个对应上述杯形孔排列方式的发光二极管的电路基板往下贴附固定于反射板顶面。但是，此方式的缺点是制程过于繁复且慢，且此种将单独模制成型的反射板叠接于电路基板上的组接强度也不佳，除了整体步骤繁复外，构成球面槽的下凸部位虽为透明压克力制成但也不具有特别的光学效能且需具有一定的厚度及硬度。整体而言该5043716号亦不适合用来成型薄形的可挠性电路板。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光学效能佳且制造上可较为简单而快速的一体成型式光发射装置。
本发明的再一目的在于提供一种厚度可较薄且结合稳定的一体成型式光发射装置的创新方法。
本发明一体式光发射装置包含一基板，及至少一固定于该基板上的发光体，其特征在于还包含一环绕该发光体地一体模制成型于该基板上且具有一环绕该发光体的反射面的反射层、一包封该发光体地一体模制成型于该基板上且与该反射层的反射面固接的封装层，及一覆盖该封装层地贴覆固定于于该反射层与封装层上并可改变该发光体产生的光线的射出角度的菱镜膜。
本发明一体式光发射装置的制造方法，其特征在于该制造方法包含备制一基板；借转注成型的方式，置基板于一成型模穴中并在模穴中于基板顶面一体成型一反射层，且该反射层与该基板相配合于成型时界定出一开口朝上的杯形槽；于该基板位于该杯形槽中的区域电连接至少一发光体；借转注成型的方式，置前述步骤完成后的基板于一成型模穴中并在模穴中于该杯形槽中一体成型一包覆该发光体且固接于该基板及反射层上的封装层；及将一菱镜膜贴覆固定于该封装层表面。
下面结合附图及实施例对本发明一体式光发射装置及其制造方法进行详细说明，附图中图1是一般光发射装置的侧视剖面示意图；图2是本发明一体式光发射装置的一实施例的侧视剖面示意图；图3是该实施例以一转注成型机构成型一反射层的示意图；图4是该实施例以转注成型机构成型一封装层的示意图；图5是该实施例的制造方法的步骤流程图；图6是该实施例于一基板上成型一反射层的流程的侧视剖面示意图；图7是用以在该基板顶面成型该反射层的一上模具的侧视剖面图；图8是图7沿线A-A的俯视剖面图；图9是用以在该基板顶面成型该反射层的上模具的侧视剖面图；图10是图9沿线B-B的俯视剖面图；图11是用以在该基板顶面成型该反射层的上模具的侧视剖面图；图12是图11沿线C-C的俯视剖面图；图13是该实施例将一发光体与一导线固定于该基板上的侧视剖面示意图；图14是该实施例于一杯形槽中成型一封装层，并于该封装层上贴覆一菱镜膜的流程的侧视剖面示意图；图15是该实施例的菱镜膜贴覆固定于该封装层与反射层顶面的侧视剖面局部放大示意图；图16是该实施例于一基板上成型多数反射槽，且于每一反射槽中设置一发光体的侧视剖面示意图。
具体实施例方式
如图2所示，本发明一体式光发射装置的实施例包含一水平基板3、一体成型于该基板3顶面且与该基板3相配合构成一开口朝上的杯形槽40的一反射层4、一固定于该基板3顶面且位于该杯形槽40中的发光体5、一电连接该基板3与该发光体5间的导线6、一体成型于该杯形槽40中且包覆该发光体5与导线6的一封装层7，及一覆盖该封装层7地平整贴覆固定于该反射层4与封装层7顶面的菱镜膜8。且该反射层4具有一界定出该杯形槽40槽缘的环状反射面41。
配合图3、4所示，有关一体成型的方式，本发明的实施例是将基板3置于射出成型的模具中，利用射出成型的方式将反射层4及封装层7分别逐步地一体成型于基板3上，其中射出成型的方式是使用转注式成型方式(transfer molding)，以便于成型薄的、平的及多凹槽状的热塑性小构件时，具有较佳的成型品质与均一性，特别是当本发明是运用在矩阵式或不规则式多颗LED布列的平面型发光装置时。本实施例是采用转注式成型方式来成型具有多数个杯形槽40的薄板状反射层4与该封装层7，由于转注式成型(transfer molding)技术已为一体射出成型领域中经常被采用的技术，以下只就转注成型技术于成型本发明的反射层4的方式简述如下。
主要是借由将该基板3置于一转注成型机构21的基座211顶面，转注成型机构21包括一包含上模具213及下模具212的成型模具，将该基座211置于下模具212上，然后配合所要成型的杯形槽40外形，将所对应的上模具213组装于下模具212上方，并以其一向下凸出的杯形部214靠抵于基板3顶面，借此置基板3于一成型模穴210中，然后将用以构成反射层4的成型材料20置入一挤槽22的加热腔室220中，并借由加热器23将成型材料20加热，同时以一挤压杆24将融熔状态的成型材料20挤压注入成型机构21中，并填满整个基板3与上模具213间的模穴210，待成型材料20冷却硬化并将模具212、213拆除后，便可得到具有所需杯形槽40的反射层4。同样道理，该封装层7的制法大致相同，只是上模具213外形不同，如图4所示，因此不再详述。转注式成型(transfer molding)可将成型材料在注入模穴210的前充份且均匀地融熔，并快速地注入模穴210，提高在模穴210中的流动性，因此在较薄的模穴210中仍能均匀流动，使得反射层4的成型均匀，可在杯形反射面41得到光滑且均匀的最佳光反射效能，又能成型较薄的反射层4，特别是成型材料中含有光反射粒子时，光反射粒子将能均匀地分布在反射面41区域，而给予其上方的菱镜膜8本身的光学效能最高的加乘效果，关于此点容后详述。另外，本案利用上模具213向下凸出的杯形部214靠抵于基板3顶面，即可据以成形所需杯形槽40，十分方便，且只要更换不同的上模具即可借由更换不同形状的杯形部214来改变杯形槽40的形状。
如图2、5、6所示，以下便针对该一体式光发射装置的制造方法的各步骤进行说明。
首先，进行步骤201的备制基板3。该基板3是由耐高温、抗化学腐蚀且具导电特性的材料制成。在本实施例中，该基板3为印刷电路板(printed circuit board，PCB)，且该印刷电路板可以是薄片式或具挠性的印刷电路板。实施时，该基板3也可以是布设有导线的陶瓷板或导线架(lead frame)，但是实施时不以上述型态为限。
接着，进行步骤202的成型杯形槽40。将该基板3设置于一转注成型机构中，并依据所欲成型的杯形槽40外形，将一预定外形的上模具213的杯形部214靠抵于基板3顶面，如图6上半部所示，再于杯形部214周围以转注式成型方式，成型该用与和该基板3相配合界定出杯形槽40的反射层4，待上模具213移除后，便可获得所需外形的杯形槽40，如图6下半部所示。
在本实施例中，该上模具213的杯形部214为外径由下往上逐渐变宽且横截面为圆形，而外表面光滑的截头圆锥状物，因此，该杯形槽40是对应呈开口朝上的截头圆锥状，实施时，该上模具213截面也可以是椭圆形或四角形，但是实施时，该上模具213的杯形部214与所成型的杯形槽40外形皆不以上述型态为限，可依所欲成型的反射面41结构而选择所需的外型。而该反射层4是由环氧树脂(epoxy resin)、高分子聚合物、硅胶(silicone)、塑料、金属或以上的混合组合物制成。实施时，可于上述材料中混合嵌埋可使该反射面41可反射光线的金属物质、颜料、奈米粒子或以上的混合组成物等光反射材料。
如图5、13所示，在成型所需的杯形槽40后，便可进行步骤203的组装固定发光体5与步骤204的电连接导线6。该发光体5是贴覆固定于该基板3位于杯形槽40所包围的区域中，并以该导线6电连接该发光体5与基板3，使该发光体5可被基板3输出的驱动电压驱动而发光，且使射向反射面41的光线，可反射向该杯形槽40的开口，而可使光线集中。在本实施例中，该发光体5为GaN、InGaN、AlInGaP或GaP型态的发光二极管，且产生的光线的波长范围是介在紫外光(ultraviolet，UV)区与红外光(infrared，IR)区间，但是实施时，该发光体5也可以是任何可受电压驱动而发光的电子元件，且可于该基板3顶面位于该杯形槽40所包围的区域中设置一个以上的发光体5，但是实施时，该发光体的型态与数量皆不以此为限。
如图5、14所示，紧接着，进行步骤205的成型封装层7。将已固定发光体5与导线6的基板3再置于转注式成型机构中，并将构成封装层7的封装材料转注式成型于整个杯形槽40中，而于该杯形槽40中一体成型一包埋发光体5与导线6，并与该反射面41固接的封装层7，且该封装层7是与该反射层4等高。在本实施例中，该封装层7是由具高光线穿透率的透明环氧树脂制成，除了可保护发光体5外，也可使发光体5产生的光线可完整地穿透。实施时，该封装层7也可以由透明高分子聚合物、硅胶或塑料等封装材料制成，且可于上封装述材料中加入光转换材料(light converting material)，该光转换材料包含光扩散物质(diffusing bodies)、彩色染料(color dyes)、颜料(pigments)、抗紫外光物质(UV inhibitor)或以上的混合组成物，借此可帮助光的射出与激发(emission and excitation)，但是实施时不以此为限。
然后，进行步骤206的贴覆菱镜膜(prism film)8。将菱镜膜8以覆盖该封装层7的方式，平整贴覆固定于该封装层7与反射层4顶面，此时，便完成本发明一体式光发射装置。
配合图15的局部放大图所示，该菱镜膜8为一种具细微沟纹80表面且具导光功能的光学膜片，在本实施例中，该菱镜膜8为3M公司出产的产品，产品型号为VikuitiTM Brightness Enhancement Film(BEF)-III10T，是一种具有多数细微沟纹80结构表面的半透明膜，上述细微沟纹80截面呈菱镜结构，可将经由一般视角范围以外的角度区域射出杯形槽40的光线反射回杯形槽40中，并经由反射面41的再反射，而由较佳的视角范围射出，进而使得射出杯形槽40的光线能够集中，达到增强亮度的效果。在本实施例中，是以透明黏着剂或光胶进行菱镜膜8的贴覆，但是实施时不以此为限。
完成步骤206后，若所制造完成的光发射装置为具有多数个杯形槽40与发光体5的结构，如图16所示，便可视需要而依序进行步骤207的切割、步骤208的功能测试，及步骤209的卷带装配(tapping)。将该光发射装置切割成多数个分别只具有单一杯形槽40与发光体5的小发光单元，并针对发光单元进行功能测试及卷带装配。由于切割、功能测试与卷带装配皆为熟习该项技术者所经常采用的技术，且非本发明的改良重点，因此不再详述。
另外，实施时也可于每一杯形槽40中设置一个以上的发光体5与导线6，因而可提高射出每一杯形槽40的光线亮度，但是实施时不以此为限。
综观上述，借由转注式成型方式于该基板3顶面一体成型反射层4与封装层7的设计，可使相互结合的反射层4、封装层7与基板3间具有较佳的结合强度，且有利于需要时成型薄而均匀的反射层4；再者，转注成型所构成的反射层4与封装层7与基板3间较佳的结合强度结构，在可挠性的结构中可连带提高了菱镜膜8贴覆牢固性，且该杯形槽40具有较佳的外型设计自由度，只要利用该上模具213的杯形部214的外形改变，就能够依设计上的需要，成型所需外形的杯形槽40。并借由转注成型法所成型的均匀光滑的杯形反射面，提高射向杯形槽40开口的光线所能产生的亮度，使该菱镜膜8的光学特性在LED产品上发挥到最佳效能，进而使发光装置整体的光学效能再提升，不需额外成型圆顶透镜结构。再加上该菱镜膜8的超薄特性，可提高整体组件的薄化程度。
另外，反射层4与封装层7成型材料的选择性多，且反射层4与封装层7厚度易于控制，并可于基板3顶面同时大量制造所需的杯形槽40与封装层7，因此，除了适用于发展薄型化阵列式大型光发射装置外，也适用于配合挠性电路板来制造挠性光发射装置，且整体制造成本远低于在印刷电路板11上钻孔、研磨、抛光等精密加工程序的成本，而光发射装置的制造品质也易于控制。
综合上述各优点，使得本发明一体式光发射装置具有相当好的应用发展潜力。因此，的确非常实用与进步。
权利要求
1.一种一体式光发射装置，包含一基板，及至少一固定于该基板上的发光体，其特征在于该一体式光发射装置还包含一环绕该发光体地一体模制成型于该基板上的反射层、一包封该发光体地一体模制成型于该基板上的封装层，及一覆盖该封装层地贴覆固定于该封装层上并可集中该发光体产生的光线的菱镜膜，该菱镜膜表面具有多数细纹沟纹，上述细微沟纹截面呈菱镜结构，该反射层与基板相配合界定出一具有对外开口的杯形槽，且该杯形槽具有一环绕该发光体并与封装层固接的反射面。
2.如权利要求1所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该基板为印刷电路板。
3.如权利要求2所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该基板为具挠性的印刷电路板。
4.如权利要求1所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该基板为陶瓷板。
5.如权利要求1所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该基板为导线架。
6.如权利要求1所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该发光体为发光二极管。
7.如权利要求1所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该反射层及封装层是由环氧树脂材料模制成型。
8.如权利要求1所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该反射层及封装层是由硅胶材料模铸成型。
9.如权利要求1所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该反射层的反射面混合有可反射该发光体所产生的光线的材料。
10.如权利要求9所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该反射层是由嵌埋有金属物质及/或奈米粒子的环氧树脂制成。
11.如权利要求9所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该反射层是由嵌埋有金属物质及/或奈米粒子的硅胶制成。
12.如权利要求1所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该反射层的杯形槽具有多种不同外形。
13.如权利要求1所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该反射层是呈平板状且/或薄层状结构。
14.如权利要求1所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该封装层是由透明环氧树脂模制成型。
15.如权利要求1所述的一种一体式光发射装置，其特征在于该封装层是由具有光转换材料的环氧树脂制成。
16.如权利要求15所述的一种一体式光发射装置，其特征在于成型该封装层的环氧树脂的光转换材料是选自于光扩散物质、彩色染料、抗紫外线物质及光扩散物质、彩色染料与抗紫外线物质的混合所组成的群体。
17.一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于该制造方法包含备制一基板；借转注成型的方式，置基板于一成型模具的模穴中并在模穴中于基板顶面一体成型一反射层，且该反射层与该基板相配合于成型时界定出一开口朝上的杯形槽；于该基板位于该杯形槽中的区域电连接至少一发光体；借转注成型的方式，将前述步骤完成后的基板置于一成型模具的模穴中并在模穴中于该杯形槽中一体成型一包覆该发光体且固接于该基板及反射层上的封装层；及将一菱镜膜贴覆固定于该封装层表面。
18.如权利要求17所述的一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于该转注成型反射层的制造方法，是借由具有一与所欲成型的杯形槽外形相同的杯形部的成型模具，将杯形部抵定于基板顶面后，于该杯形部周围以转注式成型用与和该基板相配合界定出该杯形槽的反射层。
19.如权利要求18所述的一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于杯形部可更换不同形状。
20.如权利要求18所述的一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于该杯形部具有平滑的外表面。
21.如权利要求18所述的一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于该杯形部的外径是由下往上逐渐变宽且横截面呈椭圆形。
22.如权利要求18所述的一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于该杯形部的外径是由下往上逐渐变宽且横截面呈圆形。
23.如权利要求18所述的一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于该杯形部的外径是由下往上逐渐变宽且横截面呈矩形。
24.如权利要求17所述的一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于是以含有光反射材料的环氧树脂于该基板上成型该反射层。
25.如权利要求24所述的一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于该环氧树脂中嵌埋有可使该反射层可反射光线的金属物质及/或奈米粒子。
26.如权利要求17所述的一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于是以透明环氧树脂成型该封装层。
27.如权利要求17所述的一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于封装层包含光转换材料。
28.如权利要求27所述的一种用以制造一体式光发射装置的方法，其特征在于该光转换材料是选自于光扩散体、彩色染料、抗紫外线物质及光扩散物质、彩色染料与抗紫外线物质的混合所组成的群体。
全文摘要
本发明公开了一种一体式光发射装置，包含一基板、至少一固定于该基板上的发光体、一环绕该发光体地一体模制成型于该基板上且具有一环绕该发光体的反射面的反射层、一包封该发光体地一体模制成型于该基板上且与该反射层的反射面固接的封装层，及一覆盖该封装层地贴覆固定于于该反射层与封装层上并可改变该发光体产生的光线的射出角度的菱镜膜。借由于该基板上一体成型该反射层与封装层的结构设计，除了可使该光发射装置的制造较为方便外，还可使基板、反射层与封装层间具有较佳的结合强度，且可大幅降低光发射装置的制造成本。
文档编号H01L33/00GK1925176SQ20051009584
公开日2007年3月7日 申请日期2005年9月2日 优先权日2005年9月2日
发明者杨丕福 申请人:杨丕福