发光装置及其制造方法

专利名称：发光装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种发光装置及其制造方法，特别是涉及一种运用特 殊封装透镜使得封装后的发光二极管形成具有特殊指向性的光源，使 得射出的光束在被照射面上有特殊的光型分布并提供照射范围内的适 当照度，同时又能省去二次光学设计的发光装置及其制造方法。
背景技术：
一般照明是利用人工光源或自然光源以提供人们足够的亮度，就 人工光源而言，又可提供更多具有功能性的照明，例如道路照明、 广告看板照明、建筑照明、住宅照明、舞台照明、交通工具的内部照 明及外部照明、医疗照明、植物栽培照明等。
由于传统的照明灯具存在有高能量耗损、低能量转换效率及使用
寿命短等缺陷，故近来使用发光二极管(LED)做为照明的产品越来越
多。发光二极管具有体积小、耗能低、寿命长、反应速度快、安全低 电压等优点。但是发光二极管的光源强度不足，因此必须搭配封装技 术，才能达到电性连接并提高发光效率及更有效的将热量排出。 请参阅图l，其显示一种现有的发光二极管封装结构，如图所示，
封装结构10具有一反射凹杯11，反射凹杯11内壁面涂布有反射金属 层12，发光元件13置放于反射凹杯11内，再以环氧树脂层14包覆发 光元件13。
但，此种现有的发光元件13所产生的光束130被反射金属层12 反射到封装层14，或者是直接投射到封装层14，最后经由折射后出光， 此种封装透镜的设计使光束均匀朝四面八方射出，欲集中光束需在封 装结构的外部添加二次光学机构。
请参阅图2，其是显示另一种现有的发光二极管封装结构，如图所 示，封装结构20具有一透光基板21，透光基板21上设置一发光元件 22，再于透光基板21上罩覆一透镜层23，并于透镜层23外表面溅镀一层反射层24，透镜层23是用以集中光束，使发光元件22所产生的 光束220在射向透镜层23后，会再通过透镜层23外表的反射层24， 将光束220反射，然后朝向透光基板21发射至外界。
但是，此种现有的封装结构会影响发光元件的整体发光效率。此 种封装方式虽改变了光线的发射路径，使用透光的封装基板，但透光 性的封装基板散热性不佳，会使发光元件所产生的热无法有效导出而 累积在发光元件与基板的接面上，导致发光元件温度升高而发光效率 低落。因此也无法有效提升亮度。
是以，如何解决上述现有发光二极管封装结构所存在无法将光束 集中、无法有效提升亮度、散热性不佳及无法产生具有指向性的光束 等问题，实为目前急欲解决的问题。

发明内容
本发明的目的是提供一种发光装置及其制造方法，使得出射光束 具有指向性并能在被照射面上形成特殊光型以达到均匀的照明效果。
为达到上述目的，本发明提供一种具特殊指向性及光型分布的发 光装置，包括基座；发光元件，设于该基座上；以及透镜，罩覆于该 基座上并密封该发光元件，该透镜具有出光面及反射层且该反射层形 成于该透镜的局部表面，其中，形成于该局部表面的反射层将发光元 件产生的光束反射集中穿出该出光面。
前述的基座，在该表面上形成一反射壁，将射向基座的光束反射， 以提高光束的使用率；罩覆于该基座上的透镜表面是呈平面、曲面或 圆锥曲面、规则表面或不规则表面、平滑或粗糙平面。由于该反射层 形成于该透镜的局部表面，且该出光面为未覆盖反射层的透镜表面区 域且可为任意图形。因此，该发光元件所产生的光束会反射至该出光 面后经过折射出光，并通过反射层收集光线和局限出光的效用，达到 使出光的光束偏折往特定方向，且在被照射面上形成特殊的光型分布。
为达到上述目的，本发明还提供一种具特殊指向性及光型分布的 发光装置的制造方法，包括如下步骤提供发光元件，并将该发光元 件设置于该基座上；提供透镜，并将该透镜封装于该基座上；以及利 用镀膜方式将透镜表面的局部区域镀上反射层，其中，形成于该局部区域的反射层将发光元件产生的光束反射至远离该基座的方向，并穿 过该反射层所未包覆的透镜部分的出光面以达到折射出光的效果，其 中该出光面是以利用材料的性质或者结构的性质，以达到指向性出光 的效果。
前述的发光元件设于基座上，该发光元件为发光二极管芯片，该 发光元件所产生的光束，能完全被反射层反射、聚集，再经过一次折 射后射出。
前述的反射层的材料为金属或者非金属，当该反射层为金属时， 该金属是金、银、铝、铂或钯的其中之一。
相比于现有技术，本发明的发光装置及其制造方法具有部分镀有 反射层的透镜，使得发光元件所产生的光束，发射至该反射层上时， 可再经由反射作用朝向特定的方向穿过该出光面，再经折射或者不折 射的射出至被照射面，以令光束具有集中性及指向性并在被照射面产 生特殊的光型分布。因此，可确实解决现有光束四处散射无法集中及 不具有指向性等问题，同时省去二次光学设计。


图1是绘示现有发光二极管封装结构的示意图； 图2是绘示另一现有发光二极管封装结构的适意图； 图3是绘示本发明发光装置的第一实施例的侧视剖面示意图； 图4是绘示本发明发光装置的第一实施例的立体结构示意图； 图5是绘示本发明发光装置的第二实施例的侧视外观示意图； 图6是绘示本发明发光装置的第二实施例的侧视剖面示意图； 图7是绘示本发明发光装置的第二实施例的另一方向立体结构示 意图8是绘示本发明发光装置的第二实施例的出光示意图9是绘示本发明发光装置的第二实施例的被光照面的光场分布
图IO是绘示本发明发光装置的第三实施例的侧视示意图； 图11是绘示本发明发光装置的第三实施例的出光示意图； 图12是绘示本发明发光装置的第三实施例的光型分布7图13是绘示本发明发光装置的制造方法的流程图14是绘示本发明的发光装置的制造方法中利用真空镀膜形成反 射层的制造工艺步骤的流程图；以及
图15是绘示本发明的发光装置的制造方法中利用电镀形成反射层 的制造工艺步骤的流程图。
主要元件符号说明:10封装结构
11反射凹杯
12反射金属层
13发光元件
130光束
20封装结构
21透光基板
22发光元件
220光束
23透镜层
24反射层
30发光装置
31基座
310容置空间
311反射壁
32发光元件
321萤光粉层
33透镜
33a出光面
33b反射层
35光型分布
S10 S12步骤 S20-S23步骤S30 S32步骤
具体实施例方式
以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领 域中的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他 优点与功效。
请参阅图3及图4，其分别绘示依据本发明的一实施例的发光装置 的侧视剖面及立体结构示意图。如图所示，本发明的发光装置30，包 括 一基座31、设于基座31上的发光元件32、罩覆于基座31上的发 光元件32的透镜33以及形成于透镜33表面的出光面33a以及反射层 33b。
在本实施例中，基座31为不透光材料所制成。基座31具有一内 凹的容置空间310，且容置空间310是例如为开口较大而底面较小的杯 状容置空间。另外，基座31的容置空间310的壁面并形成有一反射壁 311。
发光元件32为发光二极管芯片，其设于容置空间310内并例如位 于反射壁311的中央，藉以使发光元件32所产生的侧向光束，能先被 特定形状的反射壁311反射，再聚集性地朝向预射的方向射出。此外， 该发光元件32的表面可视需要涂布萤光粉层321，用以使得发光元件 32所产生的光束可经由激发萤光粉而转换成不同的波长的光束。由此 设计，光束可在透镜内充分混合后再出光，例如，发光元件32发射出 的蓝光激发萤光粉产生黄光，使得蓝光与黄光混合产生白光。同时， 萤光粉层321也可保护发光元件32不受外界污染、氧化及侵蚀等。
透镜33为封装透镜，且例如具有圆弧的曲面，并封装于基座31 上，用以保护发光元件32不受外界污染、氧化及侵蚀与提高发光效率。
反射层33b例如以真空镀膜或电镀方式形成于透镜33表面的局部 区域或特定区域上。由此设计，发光元件32所产生的光束，在投射至 透镜33表面的反射层33b后会被反射层33b反射，并如图3所示穿过 出光面33a而射向预期的方向，藉以令投射于反射层33b的光束，皆 朝预期的方向射出，从而达到集中光束、聚集光束及使光束具有指向 性的目的。此外，因为光束经过集中与聚集，故可提升光束的使用率， 使被照射面更为明亮。
在本实施例中，反射层33b形成于透镜33的一侧边，所以发光元件32所产生的光束投射于反射层33b后，皆会经由透镜33上未形成 有反射层33b的另一侧边射出，也就是会经由出光面33a射出。因此， 通过形成反射层33b于透镜33的不同位置上，即可令光束朝向特定方 向射出，进而使光束具有指向性且更加集中，并能减少杂散光。当然， 在不同实施例中，也可将反射层33b形成于其他特定区域，使发光元 件32所产生的光束，能朝向另一特定方向射出。
应注意的是，透镜33的表面不以圆弧的曲面为限，其表面也可为 圆曲面、不规则曲面或其他形状的曲面，以因应不同应用场合的需求， 而形成所需的光束。
请参阅图5及图6，其是分别绘示依据本发明的另一实施例的发光 装置的侧视外观图及侧视剖面图。如图所示，本发明的发光装置30， 包括 一基座31、设于基座31上的发光元件32、罩覆于基座31上的 发光元件32的透镜33 。此外该透镜33又具有出光面33a及反射面33b。
在本实施例中，基座31为不透光材料所制成。该发光元件32为 发光二极管芯片，且设于该基座31上，藉以使发光元件32所产生的 光束，通过反射层33b的形状反射并产生聚集的效果，再经由该出光 面33a而朝预期的方向射出。此外，该发光元件32的表面可视需要涂 布萤光粉层321，用以使发光元件32所产生的光束可激发萤光粉而转 换成不同的波长的光束，使光束在封装透镜内能充分混合后出光。例 如，发光元件32发射出的蓝光激发萤光粉产生黄光，使得蓝光与黄光 混合产生白光。同时，萤光粉层也可保护发光元件，不受外界污染、 氧化及侵蚀。
透镜33为封装透镜。该透镜33例如具有平面、曲面、规则表面、 不规则表面或圆锥曲面，且该透镜33可为粗糙表面或平滑表面，并供 封装于基座31上，以保护发光元件32不受外界污染、氧化及侵蚀与 提高发光效率等功用。通常，透镜33为一中空罩体，也就是该透镜具 有容置空间可供密封发光元件。
前述的反射层33b例如以真空镀膜或电镀方式形成于透镜33表面 的特定区域上。具体而言，如图5所示的具体实施例中，该反射层33b 形成于透镜33的侧壁表面，并藉以令发光元件32所产生的光束，经 由透镜33的反射层33b反射后，再经折射或不经折射地穿过出光面33a
10到聚集光束及使光束具有指向性的目 的。由此，光束的使用率将会大增，使被照射面更为明亮。
在本实施例中，反射层33b形成于透镜33的大部分侧表面，其中， 该反射层是指足以将发光元件32产生的光束反射至出光面33a的区 域，且该出光面33a是指透镜的未形成反射层的区域，该透镜33形成 有该反射层33b的形状可为圆弧曲面，以利于光束的集中。如上所述， 发光元件32所产生的光束，投射至反射层33b后，皆会反射至出光面 33a，再折射出光。因此，通过透镜33上的反射层33b的位置设计和 该出光面33b的折射面设计，可令光束朝向特定方向射出，进而使光 束具有指向性且更加集中，并能减少杂散光。当然，在不同实施例中， 也可将反射层33b形成于其他特定区域，使发光元件32所产生的光束， 能朝向另一特定方向射出。
应注意的是，透镜33表面不以圆弧的曲面为限，其表面也可为圆 曲面、不规则曲面、规则曲面或其他形状的曲面，且该表面也可为粗 糙面或平滑面，以因应不同应用场合的需求，而形成所需的光束。
请参阅图7、图8及图9，为分别绘示依据春发明第:^g歸的侧 视外观图、出光示意图及光场分布图。如图所示，该发光元件32所产 生的光束是通过透镜33的反射层33b的反射后，再经由出光面33a射 至外界，而形成均匀集中的光场分布。如此，除了可让出射光束有较 佳的指向性，并且可在被照射面上有特殊的光型分布(如图9所示)，以 提供照射范围内适当的照度。
请参阅图10、图11及图12，为分别绘示依据本发明第三实施例 的侧视示意图、出光示意图及光型分布图。如图所示，该发光元件32 所产生的光束是通过透镜33的反射层33b的反射后，经由出光面33a 射至外界，而形成均匀集中的光场分布。由于该出光面33a可为任意 的形状，所以本发明的光束射出时除了让出射光束有较佳的指向性外， 并可在被照射面上有特殊的光型分布35，以提供照射范围内适当的照 度和所需求的光照型式。
请参阅图13，其是本发明的发光装置的制造方法流程图。并一同 参阅图4或者图6，本发明的发光装置的制造方法包括以下步骤。
在步骤SIO中，将发光元件设置于一基座上，其中，该基座可以设有反射壁，或者不需要设置反射壁。
在步骤S11中，提供一透镜，并将透镜封装于基座上。
在步骤S12中，利用一镀膜方式，将透镜表面的局部区域镀上反 射层。该镀膜方式，可为现有的真空镀膜及电镀，但其它能获得类似 或相同效果的现有方法也适用之。
请参阅图14，其是本发明的发光装置的制造方法中利用真空镀膜 形成反射层的流程图，如图所示，其包括以下步骤。
在步骤S20中，设定透镜表面的镀膜区域。
在步骤S21中，提供一遮罩罩覆于透镜表面的镀膜区域以外的区域。
在步骤S22中，依据该镀膜区域的形状在透镜的局部表面(即该镀 膜区域)镀上反射层。
在步骤S23中，将遮罩移除。
通过以上述步骤，即可将反射层形成于透镜表面的特定区域。 请再参阅图15，其是本发明的发光装置的制造方法中利用电镀形 成反射层的流程图，如图所示，其包括以下步骤。 在步骤S30中，设定透镜表面的镀膜区域。 在步骤S31中，在透镜表面的镀膜区域镀上一层透明导电层。 在步骤S32中，在镀膜区域的透明导电层上镀上一层反射层。 通过以上述步骤，即可将反射层形成于透镜表面的特定区域。 需特别说明的是，在本实施例中，是以真空镀膜及电镀方式举例 说明，当然在其他实施例中，也可以其他镀膜方式形成反射层。但是， 镀膜方式乃业界所周知，且并非本发明的技术特征，故不在此赘述。
在本实施例中，较佳的，为在提供透镜的步骤Sll前，更包括以 萤光粉层321罩覆发光元件32的步骤，或者是步骤S10中所提供的该 发光元件32原本即罩覆有萤光粉层321，用以例如将发光元件32发射 出的蓝光激发萤光粉产生黄光，使得蓝光与黄光混合产生白光。同时 保护该发光元件32不受外界污染、氧化及侵蚀等。
在本实施例中，该发光元件32为发光二极管芯片，其设于基座31 上，使发光元件32所产生的光束，通过透镜33的反射层33b反射后， 再折射穿过该出光面33a而朝向预期的方向射出。再者，透镜33为封装透镜，其表面具有圆弧的曲面，并封装于基座31上。反射层33b形 成于透镜33表面的特定区域，藉以令发光元件32所产生的光束，经 透镜33表面的反射层33b反射后，穿过该出光面33a而朝向预期的方 向射出并在外部的被照射面(未图示)上形成特殊光照分布35。据此， 即可形成具有指向性的光束和特殊光型，并达到光束集中、减少杂散 光及提升光使用效率等目的。
综上所述，本发明的发光装置及其制造方法，主要是提供一种封 装方式来使得出射光束具有指向性并能在被照射面上形成特殊光型以 达到均匀的照明效果，其主要是利用该透镜的特殊设计并在特定区域 表面形成反射层，再使该发光元件所产生的光束投射于该反射层后， 经过反射使光线皆朝向出光面，再经由折射后朝特定的方向射出，故 能将光束集中及提升光使用率。因此，通过反射层形成于透镜表面不 同的位置时，即可产生具有不同方向性的光束，以因应不同情况的需 求。再者，本发明结构简单，制造上无需高额成本，所以，能够降低 整体制造成本。由上可知，本发明的发光装置及其制造方法实已解决 现有技术中无法形成特殊指向性的光束、光束无法集中及光束散射而 降低光效率的种种缺陷，实具有高度产业利用价值。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并非用以限定本发明的范 围，本发明事实上仍可做其他改变，因此，凡本领域技术人员在未脱
离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变， 仍应由权利要求书的范围所涵盖。
权利要求
1、一种发光装置，其特征在于，包括基座；发光元件，设于该基座上；以及透镜，设于该基座上并罩覆该发光元件，该透镜具有出光面及反射层，且该反射层形成于该透镜的一区域表面，从而使该发光元件产生的光束反射穿出该出光面。
2、 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于该基座具有反 射壁。
3、 根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于该基座具有向 内凹设的容置空间，且该反射壁形成于该容置空间的壁面。
4、 根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于该发光元件设 置于该容置空间内。
5、 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于该发光元件为 发光二极管芯片。
6、 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于该发光元件罩 覆有一萤光粉层。
7、 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于该透镜为封装 透镜。
8、 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于该透镜的表面 是选自圆弧面、圆曲面及不规则曲面所组成的群组的其中一者。
9、 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于该反射层的材 料为金属。
10、 根据权利要求9所述的发光装置，其特征在于该金属是选自金、银、铝、铂及钯所组成的群组的其中一者。
11、 根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于该反射层的 材料为非金属。
12、 根据权利要求1或第2所述的发光装置，其特征在于该反 射层形成于该透镜的该区域表面，而该出光面形成于该透镜的另一区 域表面，从而使该出光面形成特定的形状，以及使该光束朝特定的方 向射出并形成特定的光照型式。
13、 根据权利要求12所述的发光装置，其特征在于该透镜的该 出光面是利用该透镜的材料性质或结构性质，使该光束经折射地或者 不经折射地射出。
14、 一种发光装置的制造方法，其特征在于，包括 提供基座；将发光元件设置于该基座上； 以透镜罩覆该基座上的该发光元件；以及 以镀膜方式形成反射层于该透镜的一区域表面上。
15、 根据权利要求14所述的发光装置的制造方法，其特征在于-该基座具有反射壁。
16、 根据权利要求14所述的发光装置的制造方法，其特征在于-在将该发光元件设置于该基座上的步骤之后，更包括以萤光粉层罩覆 该发光元件的步骤。
17、 根据权利要求16所述的发光装置的制造方法，其特征在于 该镀膜方式为真空镀膜法。
18、 根据权利要求17所述的发光装置的制造方法，其特征在于， 该镀膜方式包括在该透镜上设定镀膜区域； 以一遮罩罩覆该透镜的该镀膜区域以外的区域；形成该反射层于该透镜的该镀膜区域上；以及 移除该遮罩。
19、 根据权利要求14所述的发光装置的制造方法，其特征在于-该镀膜方式为电镀法。
20、 根据权利要求19所述的发光装置的制造方法，其特征在于， 该镀膜方式包括在该透镜上设定镀膜区域； 在该透镜的该镀膜区域镀上透明导电层；以及 在该镀膜区域的该透明导电层上镀上该反射层。
21、 根据权利要求15所述的发光装置的制造方法，其特征在于 该基座具有向内凹的容置空间，且该反射壁位于该容置空间的壁面。
22、 根据权利要求21所述的发光装置的制造方法，其特征在于 该发光元件设置于该容置空间内。
23、 根据权利要求14所述的发光装置的制造方法，其特征在于 该发光元件为发光二极管芯片。
24、 根据权利要求14所述的发光装置的制造方法，其特征在于 该透镜表面是选自圆弧面、圆曲面及不规则曲面所组成的群组的其中 一者。
25、 根据权利要求14所述的发光装置的制造方法，其特征在于 该反射层的材料为金属。
26、 根据权利要求25所述的发光装置的制造方法，其特征在于 该金属是选自包括金、银、铝、铂及钯所组成的群组的其中一者。
27、 根据权利要求14所述的发光装置的制造方法，其特征在于 该反射层的材料为非金属。
全文摘要
一种发光装置及其制造方法。该发光装置包括基座、设于该基座上的发光元件以及具有出光面与反射层的透镜，其中该透镜罩覆该基座上的该发光元件，且该反射层形成于该透镜的表面，藉以令该反射层聚集性地反射该发光元件所产生的光束，并通过光束与出光面产生折射使该光束偏折朝特定方向射出，而在外部的被照射面上产生特殊的光型分布。
文档编号F21S2/00GK101608748SQ20091014631
公开日2009年12月23日 申请日期2009年6月19日 优先权日2008年6月20日
发明者孙瑞宏 申请人:和椿科技股份有限公司