发光装置及其制造方法与流程

本发明涉及发光装置，特别涉及发光装置及其制造方法。

背景技术

在led(lightemittingdiode，发光二极管)构成的发光装置中，提高芯片的出光率一直是本领域技术人员所不断追求的目标。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种发光装置及其制造方法，能够达到增加出光率的目的。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种发光装置，发光装置包括芯片、基板、封装胶和透镜；

芯片置于基板的表面，封装胶覆盖芯片；

透镜置于封装胶表面并具有微结构，微结构的弧度使得光到达出射界面的入射角小于引起全反射的临界角。

本发明的实施方式还公开了一种发光装置的制造方法，制造方法包括以下步骤：

提供一基板，并在基板的表面放置芯片；

填充封装胶以覆盖芯片；以及

在封装胶表面形成具有微结构的透镜，微结构的弧度使得光到达出射界面的入射角小于引起全反射的临界角。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在本申请的发光装置中，通过在封装胶表面设置具有微结构的透镜，可以改变芯片发射的光到达出射界面的入射角，使得入射角小于引起全反射的临界角，从而达到增加出光率的目的。

进一步地，透镜的折射率等于或大于封装胶的折射率，可以使得几乎所有进入封装胶的光能够穿过封装胶和透镜的界面并到达出射界面。

进一步地，统一在封装胶表面形成具有微结构的透镜，相比单独芯片或单独smd器件加透镜的生产工艺更简单、高效。

进一步地，将透镜与封装胶进行无间隙胶合，以避免二次反射。

附图说明

图1是本发明第一实施方式中一种发光装置的结构示意图；

图2a是光在界面折射、反射的示意图。

图2b是光强示意图。

图2c是本发明第一实施方式中一种发光装置光出射的示意图。

图3是本发明第一实施方式中一种发光装置的结构示意图。

图4是本发明第一实施方式中一种发光装置的结构示意图。

图5a-5b示出了封装级芯片器件。

图5c是本发明第一实施方式中一种发光装置的结构示意图。

图6是本发明第二实施方式中一种发光装置的制造方法的流程示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

本发明第一实施方式涉及一种发光装置。图1是该发光装置的结构示意图。如图1所示，该发光装置包括芯片1、基板2、封装胶3和透镜4。

芯片1置于基板2的表面，封装胶3覆盖芯片1。

透镜4置于封装胶3表面并具有微结构，上述微结构的弧度使得光到达出射界面的入射角小于引起全反射的临界角。

可选地，上述微结构是对应于一个或多个芯片的半球形结构、由多段弧面形成的非球形结构，或多棱体结构，图1中示例性地示出了对应于一个芯片的半球形结构。此外，可以理解，除了上述几种微结构以外，也可以采用其他类型的微结构或者一个微结构不用对应于一个或多个芯片而可以被布置为对应于一个芯片的一部分，只要能够改变芯片发射的光到达出射界面的入射角，使得入射角小于引起全反射的临界角，从而增加出光率即可。

在本实施方式的发光装置中，通过在封装胶表面设置具有微结构的透镜，可以改变芯片发射的光到达出射界面的入射角，使得入射角小于引起全反射的临界角，从而达到增加出光率的目的。

在一个优选例中，透镜4的折射率等于或大于封装胶3的折射率。在可选的实施例中，透镜4的折射率可以是1.1－2.4。透镜的折射率等于或大于封装胶的折射率，从而可以使得几乎所有进入封装胶的光能够穿过封装胶和透镜的界面并到达出射界面，进一步提高了出光率。然而，可以理解，即使透镜的折射率稍稍小于封装胶的折射率，还是能够使得大部分光从芯片穿过封装胶和透镜的界面并到达出射界面。

众所周知，光的全反射现象是光从光密介质发射到光疏介质的界面时，全部被反射回光密介质的现象。如图2a所示，封装胶相对于空气是光密介质，根据光的折射率定律得知sinθ1/sinθ2＝n2/n1(1)，其中θ1是入射角，θ2是折射角，θ3是反射角，n1、n2分别是封装胶和空气的折射率。当光由光密介质射入光疏介质并且折射角θ2等于90度时，式(1)为：

sinθ1＝n2/n1，此时的θ1称为临界角。当入射角≥临界角时，入射光线全部被反射回原介质中，全反射现象产生。

假设封装胶的折射率是1.414，空气的折射率是1，在封装胶与空气界面为平面时，则产生全反射时的临界角等于45度。led芯片出射光的分布形状，即芯片光强的空间分布可近似看作为余弦形状，如图2b所示，iθ为出射面角度为θ的光强，其中io为垂直于出射面的光强、与出射面角度θ为零度，为垂直于出射面的最大光强。当封装胶与空气界面为平面时，临界角为45度，意味着入射角＞45度的光强都将返回封装胶内无法出射到空气中，也就是说这部分的光都被浪费了。而这部分光占有很大的比例，从理论上计算，比45度以内的光更多。

如果在芯片上加以微结构透镜，如图2c所示，以半球状微结构为例，并且假设透镜的折射率≥封装胶的折射率，且优选地使用与封装胶相同折射率的胶合胶进行无间隙粘合，则不会发生全反射。这是因为当透镜的折射率≥封装胶的折射率时在封装胶透镜界面方向的入射光改变了发射方向，并且在到达出射界面(即透镜空气界面)时因具有一定弧度的微结构而进一步改变了入射角，从而使其大大小于临界角，避免了全反射现象的发生，提高了出射的光通量。其他类型的微结构，例如非球形、多棱体微结构同样能达到相同的效果。

统一在封装胶表面形成具有微结构的透镜，相比单独芯片或单独的smd光源加透镜的生产工艺更简单、高效。具体地说：

透镜4可以通过对封装胶表面进行光刻制成或者透镜4可以采用类似于封装胶3的材料通过3d打印或者通过点胶在封装胶3表面制成，与封装胶3实现无间隙黏合，其中3d打印或点胶材料的折射率等于或大于封装胶3的折射率以避免二次反射。

透镜4的材料也可以通过3d打印、注塑成型、压制成型或烧结成型预先制成后再与封装胶3进行无间隙胶合，其中进行胶合的胶合胶的折射率等于透镜4的折射率，以避免二次反射。

在本申请的各实施方式中，透镜4可以是有机材料或无机材料，例如硅胶、pc(聚碳酸酯)、pmma(聚甲基丙烯酸甲酯)、玻璃、水晶、陶瓷等。

上述发光装置可以是板上芯片(cob，chiponboard)器件、表面贴装(smd，surfacemountdevice)组成的器件，或芯片级封装(csp,chipscalepackage)器件。smd组成的器件可以是由smd阵列所组成的器件、单个smd或其他形式的smd器件。

当上述发光装置是板上芯片器件时，如图3所示，基板2是光源基板，在芯片1四周设有围坝5，封装胶3填充于围坝5内并覆盖芯片1，统一在封装胶3表面形成具有微结构的透镜4，每个微结构对应于一个或多个芯片1；

当上述发光装置是表面贴装器件时，如图4所示，基板2是导热导电印刷线路板，每个表面贴装器件包括芯片1，各表面贴装器件(smd)由封装胶3覆盖后，统一在封装胶3表面形成具有微结构的透镜4，每个微结构对应于一个或多个表面贴装器件；

上述发光装置也可以是芯片级封装器件，芯片电极直接焊在pcb(printed,circuitboard,印刷电路板)线路上(如图5a所示)或直接焊在表面贴装器件的电极上(如图5b所示)，此时的发光装置的结构与图3、图4所示的cob发光装置和smd发光装置类似。

可以理解，芯片级封装的芯片通常是倒装芯片结构(flipchip)。当上述发光装置是芯片级封装器件时，上述发光装置的结构也可以如图5c所示，其中，基板2是光源基板，芯片1是csp倒装芯片，封装胶3覆盖每个芯片1，统一在各封装胶3表面形成具有微结构的透镜4，每个微结构对应于一个或多个芯片级封装器件。

此外，可以理解，在本申请的各个实施方式中，也可以在其他类型的发光装置中的芯片上设置具有微结构的透镜，不限于上述三种发光装置。

本发明第二实施方式涉及一种发光装置的制造方法。图6是该发光装置的制造方法的流程示意图。如图6所示，该发光装置的制造方法包括以下步骤：

在步骤601中，提供一基板，并在基板的表面放置芯片。

此后进入步骤602，填充封装胶以覆盖芯片。

此后进入步骤603，在封装胶表面形成具有微结构的透镜，其中上述微结构的弧度使得光到达出射界面(即透镜空气界面)的入射角小于引起全反射的临界角。可选地，上述微结构是对应于一个或多个芯片的半球形结构、由多段弧面形成的非球形结构，或多棱体结构。此外，可以理解，除了上述几种微结构以外，也可以采用其他类型的微结构或一个微结构不用对应于一个或多个芯片而可以被布置为对应于一个芯片的一部分，只要能够改变芯片发射的光到达出射界面的入射角，使得入射角小于引起全反射的临界角，从而增加出光率即可。

在本实施方式发光装置的制造方法中，通过在封装胶表面形成具有微结构的透镜，可以改变芯片发射的光到达出射界面的入射角，使得入射角小于引用全反射的临界角，从而达到增加出光率的目的。

在一个优选例中，在步骤603中，透镜的折射率等于或大于封装胶的折射率。在可选的实施例中，透镜的折射率可以是1.1－2.4。透镜的折射率等于或大于封装胶的折射率，从而可以使得几乎所有进入封装胶的光能够穿过封装胶和透镜的界面并到达出射界面，进一步提高了出光率。然而，可以理解，即使透镜的折射率稍稍小于封装胶的折射率，还是能够使得大部分光从芯片穿过封装胶和透镜的界面并到达出射界面。

统一在封装胶表面形成具有微结构的透镜，相比单独芯片加透镜的生产工艺更简单、高效。具体地说：

在步骤603中，通过对封装胶表面进行光刻来形成透镜，或者通过3d打印或通过点胶在封装胶表面制成透镜，或将通过3d打印、注塑成型、压制成型或烧结成型预先制成的透镜与封装胶进行无间隙胶合。

胶合胶将透镜与封装胶进行无间隙胶合，其中胶合胶的折射率等于透镜的折射率。将透镜与封装胶进行无间隙胶合，以避免二次反射。

上述发光装置可以是板上芯片器件、表面贴装器件，或芯片级封装器件。此外，可以理解，在本申请的各个实施方式中，也可以在其他类型的发光装置中的芯片上设置具有微结构的透镜，不限于上述三种发光装置。

本实施方式是与第一实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。