專利名稱：透鏡和反射碗不互相接觸的光源模塊以及相關制作方法
技術領域：
本發明提供一種光學模塊以及相關制作方法，特別是一種透鏡和反射碗不互相接觸的光源模塊以及相關制作方法。
背景技術：
使用發光組件來產生光源的光源模塊可應用于各種不同領域，例如激光指示筆、通訊顯示裝置、電視遙控裝置，以及照相手機的閃光燈等。請參考圖1，圖1為一傳統光源模塊10的示意圖。光源模塊10包括一基板12，一芯片14，一反射碗16以及一透鏡18。芯片14設于基板12上，一般采用發光二極管(light emitting diode，LED)或激光二極管(laser diode，LD)等發光組件。反射碗16設于基板12上且環繞于芯片14的周圍，而反射碗16的環狀表面17和基板12呈一預定角度，可反射芯片14所發出的光。透鏡18形成在基板12之上與反射碗16之中，覆蓋于芯片14之上并和反射碗16的環狀表面17互相接觸，透鏡18的厚度和反射碗16的高度相同。在光源模塊10中，芯片14所發出的光線部分會直接被透鏡18折射，部分光線則先經反射碗16的環狀表面17反射后，才會被透鏡18折射。光源模塊10在使用上有下列缺點(1)光線在由光源發出后，其強度會隨行進距離的增加而衰減。在光源模塊10中，芯片14發出的光線在被透鏡18折射出去之前，在透鏡18之中行進距離很長，尤其是部分被反射碗16的環狀表面17反射以及被透鏡18折射的光線。因此，光源模塊10所提供的光源強度較弱；(2)在光源模塊10中，透鏡18的折射面的面積很大，使得折射光線的發光角度過大。針對距離透鏡18的折射面一固定長度的使用距離，折射光線形成的發光面積較大，相對的在單位面積內的有效光強度較小。因此，光源模塊10在使用距離內，在單位面積內所能提供的光源強度較弱。
請參考圖2，圖2為另一傳統光源模塊20的示意圖。相較于光源模塊10，光源模塊20還包括外加透鏡28。外加透鏡28的作用在于解決前述缺點(2)中發光角度過大的問題，外加透鏡28可聚集被透鏡18折射的光線，減少折射光線的發光角度，以增加單位面積內的有效光強度。然而，光源模塊20雖可借由外加透鏡28來改善缺點(2)中發光角度過大的問題，但芯片14所發出的光線需通過透鏡18與外加透鏡28，大幅增加光線的行進距離。因此，外加透鏡28會增加缺點(1)的影響，減少光源模塊20所能提供的光源強度。此外，外加透鏡28體積龐大，亦會增加光源模塊20的成本。
請參考圖3，圖3為另一傳統光源模塊30的示意圖。光源模塊30包括基板12，芯片14，反射碗16，以及透鏡38。透鏡38同樣形成在基板12之上與反射碗16之中，覆蓋于芯片14之上并和反射碗16的環狀表面17互相接觸。透鏡38和透鏡18不同之處在于透鏡38的厚度較薄，借此縮短光線在透鏡38中的行進距離，可改善前述缺點(1)中光源強度不足的問題。然而，透鏡38的折射面的面積仍然很大，并無法解決前述缺點(2)中單位面積有效光強度較弱的問題。
傳統技術中的光學模塊10有光源強度較弱以及在單位面積內所能提供的光源強度不足的缺點。傳統技術中的光學模塊20借由外加透鏡28增加單位面積內的有效光強度，然而卻會降低光源強度，同時會增加生產成本。傳統技術中的光學模塊30借由厚度較薄的透鏡38來增加光源強度，然而卻無法改善單位面積有效光強度較弱的問題。
發明內容
本發明的主要目的在于提供一種光源模塊，以解決傳統技術的問題。
本發明的光源模塊包括一基板，一芯片，一反射碗以及一第一透鏡。該芯片設在該基板之上，用來發出光源。該反射碗設在該基板之上，用來反射該芯片所發出的光。該第一透鏡以樹脂形成在該基板之上并覆蓋于該芯片之上，且該第一透鏡和該反射碗不互相接觸。
本發明的制作光源模塊的方法包括提供一基板，將一芯片設在該基板上，將一反射碗設在該基板上，以及使用樹脂在該基板上形成一覆蓋于該芯片且不和該反射碗相接觸的第一透鏡。
圖1為一傳統光源模塊的剖面示意圖。
圖2為另一傳統光源模塊的剖面示意圖。
圖3為另一傳統光源模塊的剖面示意圖。
圖4為本發明光源模塊的剖面示意圖。
圖5為本發明光源模塊的上視圖。
圖6為本發明光源模塊第一實施例的剖面示意圖。
圖7為本發明光源模塊第二實施例的剖面示意圖。
圖8為本發明光源模塊第三實施例的剖面示意圖。
圖9為本發明制作光源模塊的方法的流程圖。
圖10為本發明另一制作光源模塊的方法的流程圖。
圖11為本發明另一制作光源模塊的方法的流程圖。
圖12-圖26為本發明制作光源模塊的透鏡的示意圖。
主要組件符號說明21模板 23刮板31膠板 52折射面54接觸面56側面57上開口58下開口63膠帶 75研磨器12，42基板 14，44芯片16，46反射碗17，59環狀表面33，73注膠器71，72通氣孔41，51，61模具18，28，38，48，68，78透鏡10，20，30，40，60，70，80光源模塊25，35，43，45，53，55，65，67區域120-260，910-940，1010-1050，1110-1160步驟具體實施方式
請參考圖4與圖5，圖4為本發明的光源模塊40的剖面示意圖，圖5為本發明的光源模塊40的上視圖。光源模塊40包括一基板42，一芯片44，一反射碗46，以及一第一透鏡48。芯片44設于基板42上，可采用發光二極管或激光二極管等發光組件。
反射碗46包括一上開口57，一下開口58以及一環狀表面59。反射碗46設于基板42之上，下開口58在反射碗46底部與基板42的接觸面上定義一區域，芯片44設于此區域內。反射碗46的環狀表面59位于上開口57和下開口58之間，和基板42呈一預定角度，可反射芯片44所發出的光。環狀表面59上可鍍上反射性材質，例如具高反射率的鋁，如此反射碗46更能有效地反射光線。
第一透鏡48以樹脂形成在基板42之上，覆蓋于芯片44之上。第一透鏡48和反射碗46的環狀表面59不互相接觸，且第一透鏡48的厚度小于反射碗46的高度。在圖4的實施例中，第一透鏡48呈圓餅狀，包括一折射光線的折射面52，一和基板42接觸的接觸面54，以及一定義第一透鏡48厚度的側面56。芯片44位于接觸面54的中心點，且第一透鏡48的厚度遠小于反射碗46的高度。形成第一透鏡48的樹脂可包括環氧樹脂(epoxy)。此外，針對不同種類的芯片44，形成第一透鏡48的樹脂可還包括熒光性物質(fluorescence material)，熒光性物質可提高芯片44所發出光線在第一透鏡48之中的穿透率。
由于在光源模塊40中，第一透鏡48的厚度遠小于反射碗46的高度，芯片44所發出的光線絕大部分會通過第一透鏡48的折射面52，大幅縮短光線從芯片44至折射面52的行進距離，因此光源模塊40可提供較強的光源強度。由于第一透鏡48和反射碗46不互相接觸，折射面52的面積小于傳統技術中透鏡18的折射面的面積，因此第一透鏡48的折射光線的發光角度較小，相較于傳統技術的光源模塊10，20，30，本發明的光源模塊40在單位面積內提供的有效光強度較大。同時，少部分從芯片44所發出的光線會通過第一透鏡48的側面56，再由反射碗46反射，因為本發明反射碗46的環狀表面59上鍍有反射性材質，可有效率地反射經第一透鏡48的側面56折射的光線。因此，第一透鏡48可縮短光線的行進距離和減小折射光線的發光角度，本發明的光源模塊40因而提供較強的光源強度，并且在單位面積內可提供較強的有效光。
請參考圖6，圖6為本發明第一實施例的光源模塊60的剖面示意圖。光源模塊60和光源模塊40不同之處在于光源模塊60還包括一第二透鏡68。第二透鏡68以樹脂形成在第一透鏡48之上，可設計為凸透鏡。第二透鏡68用來聚集通過第一透鏡48的光線，更進一步縮小發光角度，更能提高光源模塊60在單位面積內的有效光強度。
請參考圖7，圖7為本發明第二實施例的光源模塊70的剖面示意圖。光源模塊70和光源模塊40不同之處在于光源模塊70還包括一第三透鏡78與通氣孔71，72。第三透鏡78設于反射碗46的上方，可聚集經第一透鏡48折射與經反射碗46反射的光線，更進一步減少折射光線的發光角度，更能增加光源模塊70在單位面積內的有效光強度。通氣孔71形成在反射碗46與基板42之間，通氣孔72形成在反射碗46與第三透鏡78之間，用來提供光源模塊70散熱路徑。由于在光源模塊70中，反射碗46設于基板42之上，且第三透鏡78設于反射碗46的上方，因此反射碗46的下開口58和基板42密合，而反射碗46的上開口57和第三透鏡78密合，若光源模塊70不包括通氣孔71和72，反射碗46的下開口58，反射碗46的上開口57和基板42會形成一密閉空間，芯片44發光時所產生的熱能在此密閉空間內將不易被散發，如此會影響光源模塊70的散熱效能。因此，通氣孔71和72的作用即在于提供光源模塊70所需的散熱路徑。光源模塊70可同時包括通氣孔71和72，或僅包括通氣孔71或通氣孔72，或還包括更多的通氣孔。
光源模塊70的第三透鏡78可設計為一凸透鏡，如圖7所示。光源模塊70的第三透鏡78亦可采用一菲涅爾透鏡(fresnel lens)，如圖8中所示的本發明第三實施例的光源模塊80。
請參考圖9，圖9說明本發明中制作光源模塊的方法。圖9的流程圖可用來制作光源模塊40，其包括下列步驟步驟910提供基板42；步驟920將芯片44設于基板42上；步驟930將反射碗46設于基板42上；以及步驟940使用樹脂在基板42上形成一覆蓋于芯片44且不和反射碗46相接觸的第一透鏡48。
請參考圖10，圖10說明本發明中另一制作光源模塊的方法。圖10的流程圖可用來制作光源模塊60，其包括下列步驟步驟1010提供基板42；步驟1020將芯片44設于基板42上；步驟1030將反射碗46設于基板42上；以及步驟1040使用樹脂在基板42上形成一覆蓋于芯片44且不和反射碗46相接觸的第一透鏡48；以及步驟1050使用樹脂在第一透鏡48上形成第二透鏡68。
請參考圖11，圖11說明本發明中另一制作光源模塊的方法。圖11的流程圖可用來制作光源模塊70，其包括下列步驟步驟1110提供基板42；步驟1120將芯片44設于基板42上；步驟1130將反射碗46設于基板42上；以及步驟1140使用樹脂在基板42上形成一覆蓋于芯片44且不和反射碗46相接觸的第一透鏡48；步驟1150將第三透鏡78設于反射碗46之上；以及步驟1160形成通氣孔71和72。
請參考圖12-圖14，圖12-圖14說明步驟940，1040和1140中制作第一透鏡48的一第一方法，其包括下列步驟步驟120將一模板(stencil)21設于基板42之上；步驟130使用一刮板23將樹脂導入模板21的一定義第一透鏡48形狀的區域25；以及步驟140移除模板21并以加熱方式固定樹脂所形成的第一透鏡48。
圖12對應于步驟120，圖13對應于步驟130，而圖14為第一方法在步驟140后所形成的第一透鏡48。
請參考圖14-圖16，圖14-圖16說明步驟940，1040和1140中制作第一透鏡48的一第二方法，其包括下列步驟步驟150將一膠板(encapsulate board)31設于基板42之上；步驟160使用一注膠器(dispenser)33將樹脂注入膠板31的一定義第一透鏡48形狀的區域35；以及步驟165移除膠板31并以加熱方式固定樹脂所形成的第一透鏡48。
圖15對應于步驟150，圖16對應于步驟160，而圖14同樣說明了第二方法在步驟165后所形成的第一透鏡48。
請參考圖14，圖17-圖19，圖14，圖17-圖19說明步驟940，1040和1140中制作第一透鏡48的一第三方法，其包括下列步驟步驟170將一模具(mold)41設于基板42之上；步驟180透過位于模具41的一側且提供注入樹脂的路徑的一第一區域43，將樹脂注入模具41的一定義第一透鏡48形狀的一第二區域45以及第一區域43；步驟190移除模具41；以及步驟195移除形成在第一區域43內的樹脂，并以加熱方式固定形成在第二區域45內的第一透鏡48。
圖17對應于步驟170，圖18對應于步驟180，圖19對應于步驟190，而圖14同樣說明了第三方法在步驟195后所形成的第一透鏡48。
請參考圖14，圖20，圖21，圖14，圖20，圖21說明步驟940，1040和1140中制作第一透鏡48的一第四方法，其包括下列步驟步驟200將一模具51設于基板42之上；步驟210透過位于模具51的上方且提供注入樹脂的路徑的一第一區域53，將樹脂注入模具51的一定義第一透鏡48形狀的一第二區域55；以及步驟215移除模具51并以加熱方式固定形成在第二區域55內的第一透鏡48。
圖20對應于步驟200，圖21對應于步驟210，而圖14同樣說明了第四方法在步驟215后所形成的第一透鏡48。
請參考圖14，圖22-圖24，圖14，圖22-圖24說明步驟940，1040和1140中制作第一透鏡48的一第五方法，其包括下列步驟步驟220在基板42上定義第一透鏡48范圍外的區域設置一膠帶63；步驟230將一模具61設于基板42上；步驟240透過位于模具61的一側且提供注入樹脂的路徑的一第一區域65，將樹脂注入模具61的一定義第一透鏡48形狀的一第二區域67；以及步驟245移除模具61與膠帶63，并以加熱方式固定形成在第二區域67內的第一透鏡48。
22對應于步驟220，圖23對應于步驟230，圖24對應于步驟240，而圖14同樣說明了第五方法在步驟245后所形成的第一透鏡48。
請參考圖14，圖25，圖26，圖14，圖25，圖26說明步驟940，1040和1140中制作第一透鏡48的一第六方法，其包括下列步驟
步驟250使用一注膠器73將樹脂覆蓋于芯片44與基板42之上；步驟260使用一研磨器(miller)75移除基板42上位于第一透鏡48定義范圍外的樹脂；以及步驟265以加熱方式固定樹脂所形成的第一透鏡48。
圖25對應于步驟250，圖26對應于步驟260，而圖14同樣說明了第六方法在步驟265后所形成的第一透鏡48。
本發明制作光學模塊的方法，并不限定于以上實施例中所述的方法，凡使用樹脂在基板上形成一覆蓋于芯片且不和反射碗相接觸的透鏡，其皆屬本發明的范疇。
綜上所述，本發明提供了一種透鏡和反射碗不互相接觸的光源模塊以及相關制作方法，本發明的光源模塊可縮短光線的行進距離和減小折射光線的發光角度。此外，借由在反射碗的環狀表面鍍上反射性材質，本發明的光源模塊有效率地反射經透鏡的側面折射的光線。相較于傳統技術，本發明的光源模塊可提供較強的光源強度，并且在單位面積內能提供的有效光強度較大。
以上所述僅為本發明的優選實施例，凡依本發明范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種透鏡和反射碗不互相接觸的光源模塊，其包括一基板；一芯片，設在該基板之上，用來發出光；一反射碗，設在該基板之上，用來反射該芯片所發出的光；以及一第一透鏡，以樹脂形成在該基板之上并覆蓋于該芯片之上，且該第一透鏡和該反射碗不互相接觸。
2.根據權利要求1所述的光源模塊，其特征在于，該反射碗的表面鍍有反射性材質。
3.根據權利要求1所述的光源模塊，其特征在于，該樹脂包括環氧樹脂。
4.根據權利要求1所述的光源模塊，其特征在于，該樹脂包括熒光性物質。
5.根據權利要求1所述的光源模塊，其特征在于，該樹脂為熱固性膠。
6.根據權利要求1所述的光源模塊，其特征在于，該第一透鏡為一平面鏡。
7.根據權利要求1所述的光源模塊，其特征在于，該第一透鏡為一凸透鏡。
8.根據權利要求1所述的光源模塊，其特征在于，還包括一第二透鏡，以樹脂形成在該第一透鏡之上，用來折射通過該第一透鏡的光線。
9.根據權利要求8所述的光源模塊，其特征在于，該第一透鏡為一平面鏡且該第二透鏡為一凸透鏡。
10.根據權利要求1所述的光源模塊，其特征在于，還包括一第三透鏡，設在該反射碗之上，用來折射該芯片所發出的光線。
11.根據權利要求10所述的光源模塊，其特征在于，還包括一通氣孔，用來提供該光源模塊的散熱路徑。
12.根據權利要求10所述的光源模塊，其特征在于，該通氣孔形成在該第三透鏡與該反射碗之間。
13.根據權利要求10所述的光源模塊，其特征在于，該通氣孔形成在該基板與該反射碗之間。
14.根據權利要求1所述的光源模塊，其特征在于，該基板為一印刷電路板。
15.根據權利要求1所述的光源模塊，其特征在于，該基板為一陶瓷電路板。
16.根據權利要求1所述的光源模塊，其特征在于，該芯片為一發光二極管或一激光二極管。
17.一種制作光源模塊的方法，其包括下列步驟(a)提供一基板；(b)將一芯片設在該基板上；(c)將一反射碗設在該基板上；以及(d)使用樹脂在該基板上形成一覆蓋于該芯片且不和該反射碗相接觸的第一透鏡。
18.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括使用樹脂在該第一透鏡上形成一第二透鏡。
19.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括將一第三透鏡設在該反射碗上。
20.根據權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括在該第三透鏡與該反射碗之間形成一通氣孔。
21.根據權利要求19所述的方法，其特征在于，還包括在該基板與該反射碗之間形成一通氣孔。
22.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，步驟(d)包括將一模板設在該基板上；使用一刮板將樹脂導入該模板的一定義該第一透鏡形狀的區域；以及移除該模板并以加熱方式固定樹脂所形成的該第一透鏡。
23.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，步驟(d)包括下列步驟將一膠板設在該基板上；使用一注膠器將樹脂注入該膠板的一定義該第一透鏡形狀的區域；以及移除該膠板并以加熱方式固定樹脂所形成的該第一透鏡。
24.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，步驟(d)包括下列步驟將一模具設在該基板上；透過位于該模具的一側且提供注入樹脂的路徑的一第一區域，將樹脂注入該模具的一定義該第一透鏡形狀的第二區域；移除該模具；以及移除形成在該第一區域內的樹脂，并以加熱方式固定形成在該第二區域內的樹脂。
25.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，步驟(d)包括下列步驟將一模具設在該基板上；透過位于該模具的上方且提供注入樹脂的路徑的一第一區域，將樹脂注入該模具的一定義該第一透鏡形狀的第二區域；以及移除該模具并以加熱方式固定形成在該第二區域內的樹脂。
26.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，步驟(d)包括下列步驟在該基板上定義該第一透鏡范圍外的區域設置一膠帶；將一模具設在該基板上；透過位于該模具的一側且提供注入樹脂的路徑的一第一區域，將樹脂注入該模具的一定義該第一透鏡形狀的第二區域；以及移除該模具與該膠帶，并以加熱方式固定形成在該第二區域內的樹脂。
27.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，步驟(d)包括下列步驟使用一注膠器將樹脂覆蓋于該芯片與該基板之上；以研磨方式移除該基板上位于該第一透鏡定義范圍外的樹脂；以及以加熱方式固定樹脂所形成的該第一透鏡。
28.根據權利要求17所述的方法，其特征在于，步驟(d)使用環氧樹脂在該基板上形成該覆蓋于該芯片且不和該反射鏡相接觸的第一透鏡。
全文摘要
光源模塊，包括一基板，一芯片，一反射碗以及一透鏡。該芯片設在該基板之上，用來發出光。該反射碗設在該基板之上，用來反射該芯片所發出的光。該透鏡以樹脂形成在該基板之上并覆蓋于該芯片之上，且該透鏡和該反射碗不互相接觸。
文檔編號H01L33/00GK1941433SQ20051010719
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月28日 優先權日2005年9月28日
發明者郭政忠 申請人:光寶科技股份有限公司