專利名稱：發(fā)光二極管的聚光組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種發(fā)光二極管的聚光組件，特別是一種用于發(fā)光芯片的聚光組
件，可使發(fā)光芯片的發(fā)光角度縮小，并均勻照射收光面，增加照射區(qū)域的能量。
背景技術(shù)：
在電子組件的工藝上，需要制作極為細(xì)小的金屬線路或是半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。為了達(dá)成 此工藝條件，因此往往需要利用到微影技術(shù)的工藝方法?，F(xiàn)有的微影技術(shù)將晶圓表面事先 經(jīng)清潔處理后，再涂抹上具感光化學(xué)物質(zhì)的光阻劑(photoresist)。然后將設(shè)計(jì)好的圖形制 作成光罩(Photo mask)，置于晶圓表面，并由一光源發(fā)出光線以通過(guò)光罩透明區(qū)域的部分， 通過(guò)光罩的光線會(huì)與光阻劑產(chǎn)生反應(yīng)，通常我們稱此步驟為曝光。 現(xiàn)有用以曝光的機(jī)臺(tái)，大多是利用汞氙短弧燈當(dāng)作光源，由汞氙短弧燈發(fā)出紫外 光(Ultraviolet Light)以通過(guò)光罩透明區(qū)域的部分，通過(guò)光罩的紫外光線會(huì)與對(duì)紫外光 會(huì)產(chǎn)生反映的光阻劑產(chǎn)生化學(xué)變化。但由于汞氙短弧燈需要高壓才能啟動(dòng)，同時(shí)需要一段 時(shí)間的暖機(jī)后才能達(dá)到所需要的光照功率，因此在使用上具有許多的限制。
為了避免現(xiàn)有的汞氙短弧燈在使用時(shí)的限制，開(kāi)始有廠商開(kāi)發(fā)出以發(fā)光二極管來(lái) 取代現(xiàn)有的汞氙短弧燈，發(fā)光二極管具有通電后立刻發(fā)光的特性，且不需要如汞氙短弧燈 那樣的高壓?jiǎn)?dòng)，同時(shí)可藉由挑選發(fā)光芯片來(lái)控制所發(fā)出的紫外光頻段。但是由于發(fā)光芯 片為一拓展的光源，需要藉由透光透鏡來(lái)將發(fā)光芯片所發(fā)出的拓展光源匯聚成一平行光 源，以避免利用發(fā)光二極管當(dāng)作光源曝光時(shí)，會(huì)由于是拓展光源， 一來(lái)光照無(wú)法均勻，二來(lái) 會(huì)使經(jīng)過(guò)光罩后的形狀產(chǎn)生變化。同時(shí)，為了提供較大功率的紫外光以取代現(xiàn)有的汞氙短 弧燈，需要使用較大尺寸的高功率發(fā)光芯片，同時(shí)需要針對(duì)較大尺寸的高功率發(fā)光芯片來(lái) 設(shè)計(jì)一聚光組件，以使發(fā)光芯片透過(guò)聚光組件所發(fā)出的光線為一平行光。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管的聚光組件，用以使發(fā)光芯片所發(fā) 出的光線為一平行光。 根據(jù)本發(fā)明所揭露的一種發(fā)光二極管的聚光組件，用以匯聚發(fā)光芯片所發(fā)出的光 線，使光線經(jīng)由發(fā)光二極管的聚光組件后，形成趨近平行的光線。其中，發(fā)光二極管的聚光 組件包括圓柱體與第一透鏡。
發(fā)光芯片可以是邊長(zhǎng)為d的方形結(jié)構(gòu)。 圓柱體的一端用以設(shè)置于發(fā)光芯片上。發(fā)光芯片的中心位置可以是設(shè)置于圓柱體 一端的中心位置。 第一透鏡設(shè)置于圓柱體相對(duì)用以設(shè)置發(fā)光芯片的另一端上，其中第一透鏡具有彼 此相對(duì)的第一平面和第一曲面。第一透鏡的第一平面貼附于圓柱體相對(duì)發(fā)光芯片的另一端 上。
其中，圓柱體的高度h和半徑a隨發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)d而改變。h的高度范圍條件主要先決定發(fā)光二極管的發(fā)光角度e后，再由發(fā)光芯片的尺寸邊長(zhǎng)d來(lái)算出圓柱體的高度 h值，這樣方可消除發(fā)光芯片過(guò)大時(shí)，軸心與邊緣發(fā)光角度的差異縮小，降低設(shè)計(jì)的誤差。 為了要消除發(fā)光芯片軸心與離軸發(fā)光角度的差異，于此，圓柱體的高度h和半徑a
與發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)d的關(guān)系需符合條件式一，將角度差異限制在r以內(nèi)。<formula>formula see original document page 4</formula> ......................................條件式一 其中，e是為由發(fā)光芯片中心位置的法線方向(亦即圓柱體的中心位置處)與發(fā) 光芯片中心至圓柱體與第一透鏡貼附的一圓周上的位置所夾的角度。e'是為由發(fā)光芯片 的一端的法線方向(亦即離圓柱體的中心位置d/2的距離處)與發(fā)光芯片的一端至圓柱體 與第一透鏡貼附的一圓周上的位置的聯(lián)機(jī)所夾的角度。
利用三角函數(shù)可以由條件式一轉(zhuǎn)換得公式一。 <formula>formula see original document page 4</formula>°...............公式一 其中h為圓柱體的高度、a為圓柱體的半徑和d為發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)。
當(dāng)發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)d和圓柱體的高度h為已知的既定值時(shí)，即可利用公式一求得 圓柱體的半徑a。同理，當(dāng)發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)d和圓柱體的半徑a為已知的既定值時(shí)，即可利 用公式一求得圓柱體的高度h。 換言之，由發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)d與公式一可以得出圓柱體的高度h與半徑a。因此，
使用者可以依照所使用的發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)d，來(lái)決定要使用的圓柱體尺寸為何。 再者，假設(shè)第一曲面的曲線方程式為公式A。<formula>formula see original document page 4</formula>........................公式A 其中，Ah為第一透鏡的第一平面的中心點(diǎn)至第一透鏡的第一曲面的中心點(diǎn)的最 短路徑。 將發(fā)光芯片與圓柱體貼附處的中心位置假設(shè)為原點(diǎn)0，于此假設(shè)原點(diǎn)0(亦即發(fā)光 芯片與圓柱體貼附處的中心位置)的坐標(biāo)為(x，y) = (O，O)。 圓柱體與第一透鏡貼附的圓周上的一位置Q，位置Q的坐標(biāo)即為(x， y) = (a， h)。
將Q點(diǎn)的坐標(biāo)(x， y) = (a， h)代入公式A，可以得到公式B。
<formula>formula see original document page 4</formula>..........................................公式B 再將公式B代回至公式A，即可得到公式C。<formula>formula see original document page 4</formula>........................公式C 對(duì)公式C進(jìn)行x微分，以得到第一曲面通過(guò)位置Q的斜率為下列公式D。
<formula>formula see original document page 4</formula>.........................................公式D 由公式D可得Q點(diǎn)(a， h)的切線方程式為下列公式E。
<formula>formula see original document page 4</formula>).......................公式E 將x = 0代入公式E時(shí)，可以得到公式F，藉以得知Q點(diǎn)的切線在Y軸的交點(diǎn)位置。<formula>formula see original document page 4</formula>...........................................公式F 將y = 0代入公式E時(shí)，可以得到公式G，藉以得知Q點(diǎn)的切線在X軸的交點(diǎn)位置。<formula>formula see original document page 5</formula> a為Q點(diǎn)的切線與光線出射Q點(diǎn)時(shí)的方向所夾的角度，然而，為了讓所有由發(fā)光芯 片射出的光線最終在通過(guò)第一曲面后，以平行方向射出，因此以Y軸方向(即圓柱體的邊) 作為光線平行射出的方向，則！^為發(fā)光芯片所發(fā)出的光線入射Q點(diǎn)時(shí)的入射角，而！32為 發(fā)光芯片所發(fā)出的光線出射Q點(diǎn)時(shí)的出射角。
因此，由公式F和公式G可得到公式H。
<formula>formula see original document page 5</formula>
假設(shè)圓柱體與第一透鏡的材質(zhì)相同，且折射率皆為ni。其中，w > n2，ni為圓柱體 與第一透鏡的折射率，且112為空氣的折射率。由史奈爾定律(Snell， slaw) :nlSin P工= 化sinl^，可得到公式K及公式L。 (ni、n2圖中無(wú)標(biāo)示)cos A =力-sin2 A = 1 - (^ sin )5:
又e = tan0
sin jS, cos A
tan(A
"i
公式K
"2
"i V"2 +(2M)2
1_
5
sin)32
"2
2M
"i V"2 +(2A/ )2
公
式L
因此可以得到公式二。
A)
tan )02 — tan jS,
5
公式二
1 + tan j32 tan )8, 將公式I與公式L代入公式二，并結(jié)合公式一即可求解出第一平面的中心點(diǎn)至第 一曲面的中心點(diǎn)的最短距離Ah。 其中，第一 曲面包括有第一端點(diǎn)、至少一中間點(diǎn)和第二端點(diǎn)。中間點(diǎn)位于第一端點(diǎn)
與第二端點(diǎn)之間且符合公式三(即Bezier Curve): P(t) = (l-t)2p。+2t(l-t)P,t2p2............公式三， 其中，P(t)為中間點(diǎn)，P。為第一端點(diǎn)，P2為第二端點(diǎn)，Pi為通過(guò)第一端點(diǎn)的曲面切 線與通過(guò)第二端點(diǎn)的曲面切線的交點(diǎn)，且t介于O和l之間。而在前述的公式一及公式二 的推導(dǎo)過(guò)程中，可以得知第一曲面的中心點(diǎn)(即P(t))位置、圓柱體與第一透鏡貼附的圓周 上的一位置Q(即P。)及圓柱體與第一透鏡貼附的圓周上與Q相對(duì)應(yīng)的另一位置(即P2)，
5
根據(jù)本發(fā)明所揭露的另一種發(fā)光二極管的聚光組件，其中，圓柱體與發(fā)光芯片的間更設(shè)置有第二透鏡。第二透鏡具有彼此相對(duì)的第二平面和第二曲面。第二透鏡的第二平面貼附于圓柱體上相對(duì)設(shè)置第一透鏡的另一端上，且第二透鏡的第二曲面的中心點(diǎn)貼附于發(fā)光芯片上。當(dāng)由發(fā)光芯片上所發(fā)出的光線入射第二透鏡時(shí)，會(huì)符合下列公式四。 n4sin e 4 > n3sin 9 3，且03 = tan—1 ; 、 n4 < n3，帶入則得"4sin04》w3sin(tan—'孕).................................公式四 其中，114為空氣折射率，113為第二透鏡折射率，94表示發(fā)光芯片發(fā)光角度，93表示發(fā)光芯片上所發(fā)出的光線經(jīng)第二曲面或第二平面后的角度。由公式四可知，當(dāng)發(fā)光芯片所發(fā)出光線經(jīng)過(guò)第二透鏡的第二曲面時(shí)，能將發(fā)光角度縮小且能量集中至第一透鏡的第一曲面來(lái)匯聚成近平行光束。 根據(jù)本發(fā)明所揭露的一種發(fā)光二極管的聚光組件，藉由公式一，先行計(jì)算出配合發(fā)光芯片邊長(zhǎng)所需要的發(fā)光二極管的聚光組件圓柱體的高度與半徑，再由公式二推導(dǎo)出第一透鏡的的第一平面的中心點(diǎn)至第一透鏡的第一曲面的中心點(diǎn)的最短路徑。最后由公式三推導(dǎo)出第一曲面上各點(diǎn)的位置。藉由公式一至公式三所推得，可得到一發(fā)光二極管的聚光組件，用以匯聚發(fā)光芯片所發(fā)出的光線，使光線經(jīng)由發(fā)光二極管的聚光組件后，形成趨近平行的光線。 有關(guān)本發(fā)明的特征與實(shí)作，茲配合圖示作最佳實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下。


圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例剖面示意 圖2為本發(fā)明的第一曲面上各點(diǎn)位置示意 圖3為第一實(shí)施例的模擬發(fā)光角度 圖4為第一實(shí)施例的模擬能量分布 圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例示意 圖6為第二實(shí)施例的模擬發(fā)光角度 圖7為第二實(shí)施例的模擬能量分布 圖8為第三實(shí)施例的示意圖；以及
圖9為第四實(shí)施例的示意圖。
主要組件符號(hào)說(shuō)明
10...........................發(fā)光二極管的聚光組件 20...........................發(fā)光芯片 100
200
201
202
300
鏡面面鏡
體透平曲透
柱=一 二
圓第第第第
301.........................第二平面 302.........................第二曲面 h............................圓柱體的高度 a............................圓柱體的半徑 d............................發(fā)光芯片的邊長(zhǎng) 0...........................發(fā)光芯片與圓柱體貼附處的中心位置 Q........................圓柱體與第一透鏡貼附的圓周上的位置 Ah.....................第一平面的中心點(diǎn)至第一曲面的中心點(diǎn)的最短路徑 9.........................發(fā)光芯片中心位置的法線方向與發(fā)光芯片中心至
圓柱體與第一透鏡貼附的圓周上的位置所夾的角度 e '.........................發(fā)光芯片的一端的法線方向與發(fā)光芯片一端
至圓柱體與第一透鏡貼附的圓周上的位置的聯(lián)機(jī)所夾的角度 a...........................為Q點(diǎn)的切線與光線出射Q點(diǎn)時(shí)的方向所夾的
角度 |3工..........................發(fā)光芯片所發(fā)出的光線入射Q點(diǎn)時(shí)的入射角 |32..........................發(fā)光芯片所發(fā)出的光線出射Q點(diǎn)時(shí)的出射角 P(t)........................中間點(diǎn) P。.........................第一端點(diǎn) P2.........................第二端點(diǎn) P工..........................通過(guò)第一端點(diǎn)的曲面切線與通過(guò)第二端點(diǎn)的曲
面切線的交點(diǎn) e3..........................發(fā)光芯片上所發(fā)出的光線經(jīng)第二曲面或第二平
面后的角度 e 4..........................發(fā)光芯片發(fā)光角度 n3..........................第二透鏡折射率 n4..........................空氣折射率
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1為本發(fā)明的第一實(shí)施例剖面示意圖。于本實(shí)施例中，發(fā)光二極管 的聚光組件10用以匯聚發(fā)光芯片20所發(fā)出的光線，以致使光線經(jīng)由發(fā)光二極管的聚光組 件10后，形成趨近平行的光線。發(fā)光二極管的聚光組件10包含有圓柱體100與第一透鏡 200。 發(fā)光芯片20，用以在通電后發(fā)出一頻率波段的光線。其中，發(fā)光芯片20可以是邊 長(zhǎng)為d的方形結(jié)構(gòu)，當(dāng)然也可以是矩形等幾何形狀。 圓柱體100的一端用以設(shè)置于發(fā)光芯片20上。發(fā)光芯片20的中心位置可以設(shè)置 于圓柱體IOO —端的中心位置。 第一透鏡200設(shè)置于圓柱體100相對(duì)用以設(shè)置發(fā)光芯片20的另一端上，其中第一 透鏡200具有彼此相對(duì)的第一平面201和第一曲面202。第一透鏡200的第一平面201貼 附于圓柱體相對(duì)發(fā)光芯片20的另一端上。
其中，圓柱體100的高度h和半徑a隨發(fā)光芯片20的邊長(zhǎng)d而改變。h的高度范 圍條件主要先決定發(fā)光二極管的發(fā)光角度9后，再由發(fā)光芯片20的尺寸邊長(zhǎng)d來(lái)算出圓 柱體100的高度h值，這樣方可消除發(fā)光芯片20過(guò)大時(shí)，軸心與邊緣發(fā)光角度的差異縮小， 降低設(shè)計(jì)的誤差。 為了要消除發(fā)光芯片20軸心與離軸發(fā)光角度的差異，于此，圓柱體100的高度h
和半徑a與發(fā)光芯片20的邊長(zhǎng)d的關(guān)系需符合條件式一，將角度差異限制在1°以內(nèi)。e-e '《r ......................................條件式一 其中，e是為由發(fā)光芯片20中心位置的法線方向(亦即圓柱體ioo的中心位置 處)與發(fā)光芯片20中心至圓柱體100與第一透鏡200貼附的一圓周上的位置Q所夾的角 度。e '是為由發(fā)光芯片20的一端的法線方向(亦即離圓柱體100的中心位置d/2的距 離處)與發(fā)光芯片20的一端至圓柱體100與第一透鏡200貼附的一圓周上的位置Q的聯(lián)
機(jī)所夾的角度。 利用三角函數(shù)可以由條件式一轉(zhuǎn)換得公式一。tan—、！)一tan1(！—丄)S1。............公式一 當(dāng)發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)d和圓柱體lOO的高度h為已知的既定值時(shí)，即可利用公式一 求得圓柱體100的半徑a。同理，當(dāng)發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)d和圓柱體100的半徑a為已知的既定 值時(shí)，即可利用公式一求得圓柱體100的高度h。 換言之，由發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)d與公式一可以得出圓柱體的高度h與半徑a。因此，
使用者可以依照所使用的發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)d，來(lái)決定要使用的圓柱體尺寸為何。 再者，假設(shè)第一曲面202的曲線方程式為公式A。
y = -ex2+(h+A h)........................公式A 其中，Ah為第一透鏡200的第一平面201的中心點(diǎn)至第一透鏡200的第一曲面 202的中心點(diǎn)的最短距離。 將發(fā)光芯片20與圓柱體100貼附處的中心位置假設(shè)為原點(diǎn)0，于此假設(shè)原點(diǎn)O(亦 即發(fā)光芯片20與圓柱體100貼附處的中心位置)的坐標(biāo)為(x，y) = (O，O)。
圓柱體100與第一透鏡200貼附的圓周上的一位置Q，位置Q的坐標(biāo)即為(x，y)= (a， h)。 將Q點(diǎn)的坐標(biāo)(x， y) = (a， h)代入公式A，可以得到公式B。 e = 7..........................................公式B 再將公式B代回至公式A，即可得到公式C。 少=——rJf2 + 0 + AA)........................公式C 對(duì)公式C進(jìn)行x微分，以得到第一曲面202通過(guò)位置Q的斜率為下列公式D。
「 ， 雄 ，、^ y =--x..........................................公式D 由公式D可得Q點(diǎn)(a， h)的切線方程式為下列公式E。
2 A A_的=--- a).......................公式E將x
0代入公式E時(shí)，可以得到公式F，藉以得知Q點(diǎn)的切線在Y軸的交點(diǎn)位置'
<formula>formula see original document page 9</formula>
0代入公式E時(shí)，可以得到公式G，藉以得知Q點(diǎn)的切線在X軸的交點(diǎn)位置'<formula>formula see original document page 9</formula>式G 再參照?qǐng)Dl， a為Q點(diǎn)的切線與光線出射Q點(diǎn)時(shí)的方向所夾的角度，然而，為了讓 所有由發(fā)光芯片20射出的光線最終在通過(guò)第一曲面202后，以平行方向射出，因此在本實(shí) 施例中，以Y軸方向(即圓柱體的邊)作為光線平行射出的方向，則^為發(fā)光芯片20所發(fā) 出的光線入射Q點(diǎn)時(shí)的入射角，而！32為發(fā)光芯片20所發(fā)出的光線出射Q點(diǎn)時(shí)的出射角。
因此，由公式F和公式G可得到公式H。
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，a = I — ^2代入公式H，可由導(dǎo)出公式i及公式j(luò)t
<formula>formula see original document page 9</formula> 假設(shè)圓柱體100與第一透鏡200的材質(zhì)相同，且折射率皆為ni。其中，ni > n2， r^為圓柱體與第一透鏡的折射率，且ri2為空氣的折射率。由史奈爾定律(Snell' s law): n!sinl^ =化sinl^，可得到公式K及公式L。 (ni、n2圖中無(wú)標(biāo)示) <formula>formula see original document page 9</formula>
!^，因此可以得到公式二。 tan J32 — tan
公式二
-即可求解出第一平面201的中心點(diǎn)
<formula>formula see original document page 9</formula>
將公式I與公式L代入公式二，并結(jié)合公式 至第一曲面202的中心點(diǎn)的最短距離Ah。 于此實(shí)施例中，假設(shè)圓柱體100與第一透鏡的材質(zhì)相同，且折射率皆為ni = 1. 5c 其中，ni > n2， ni為圓柱體與第一透鏡的折射率，且n2為空氣的折射率(即ni = 1. 5， n2 = 1)。 (ni、n2圖中無(wú)標(biāo)示)<formula>formula see original document page 10</formula> 又，公式M及公式N可推得公式O。
<formula>formula see original document page 10</formula>
將求得的tan 13 1 (即公式0)和tan 13 2 (即公式I)代入至公式二，即可得到公式 <formula>formula see original document page 10</formula>
利用公式一與公式P即可以得出第一透鏡200的第一平面201的中心點(diǎn)至第一透 鏡200的第一曲面202的中心點(diǎn)的最短距離Ah。 請(qǐng)參照?qǐng)D2，圖2為本發(fā)明的第一曲面202上各點(diǎn)位置示意圖。利用公式三(即 Bezier Curve)得到第一曲面202上各點(diǎn)的位置，以完整定義出第一曲面202。
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中，P(t)為中間點(diǎn)，P。為第一端點(diǎn)，P2為第二端點(diǎn)，Pi為通過(guò)第一端點(diǎn)的曲面切 線與通過(guò)第二端點(diǎn)的曲面切線的交點(diǎn)。T為常數(shù)，且介于0和1之間。而在前述的公式一及 公式二的推導(dǎo)過(guò)程中，可以得知第一曲面202的中心點(diǎn)(即P(t))位置、圓柱體100與第一 透鏡200貼附的圓周上的一位置Q(即P。)及圓柱體100與第一透鏡200貼附的圓周上與Q 相對(duì)應(yīng)的另一位置(圖未示出)(即P2)，利用公式三即可定義出第一曲面202的曲線。
根據(jù)本實(shí)施例所揭露的一種發(fā)光二極管的聚光組件，藉由公式一，先行計(jì)算出配 合發(fā)光芯片邊長(zhǎng)所需要的發(fā)光二極管的聚光組件圓柱體的高度與半徑，再由公式二推導(dǎo)出 第一透鏡的的第一平面的中心點(diǎn)至第一透鏡的第一曲面的中心點(diǎn)的最短路徑。最后由公式 三推導(dǎo)出第一曲面上各點(diǎn)的位置。由公式一至公式三所推得，可得到一適合于該發(fā)光芯片 邊長(zhǎng)的發(fā)光二極管的聚光組件的大小尺寸，使發(fā)光二極管的聚光組件可用以匯聚發(fā)光芯片 所發(fā)出的光線，使光線經(jīng)由發(fā)光二極管的聚光組件后，形成趨近平行的光線出射。
請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為第一實(shí)施例的模擬發(fā)光角度圖。于此模擬3中，是選用發(fā) 光芯片邊長(zhǎng)d二40mil(lmil = 0.0254咖)，由公式一推得發(fā)光角度e =28.8° ，圓柱體的 高度h二3.0公分、半徑a二 1.65公分，公式二推得第一透鏡的Ah二 1.4729公分。依據(jù) 本發(fā)明所述公式一、二、三推得的發(fā)光二極管的聚光組件的大小尺寸，會(huì)使所選用的發(fā)光芯 片的出射光線，以一平行方向射出，由圖3仿真的結(jié)果顯示，使用本發(fā)明發(fā)光二極管的聚光 組件后，最后出射光線所呈現(xiàn)的發(fā)光角度為+/_2° ，說(shuō)明了本發(fā)明發(fā)光二極管的聚光組件 具有將發(fā)光芯片提供的光線改變?yōu)檎嵌染酃獾奶匦?，可將能量有效聚光?/_2°以內(nèi)。
請(qǐng)參照?qǐng)D4，圖4為第一實(shí)施例的模擬能量分布圖。于此模擬圖中，是選用邊長(zhǎng)d =40mil (lmil = 0. 0254mm)且發(fā)光角度為9 = 28. 8° ，圓柱體的高度h = 3. 0公分、半 徑a二 1.65公分，且第一透鏡的Ah二 1.4729公分。由圖4中可以看出光照射的能量由 光軸中心至離軸+/_2°呈均勻分布，藉以得知本發(fā)明的發(fā)光二極管的聚光組件可以使發(fā)光 芯片提供的照射能量由光軸中心至離軸+/_2°的區(qū)域，有均勻能量的出光效果。
請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例示意圖。本實(shí)施例與第一實(shí)施例雷同，差 別在于圓柱體100與發(fā)光芯片20之間更設(shè)置有第二透鏡300。第二透鏡300具有彼此相對(duì) 的第二平面301和第二曲面302。第二透鏡300的第二平面301貼附于圓柱體100上相對(duì) 設(shè)置第一透鏡200的另一端上，且第二透鏡300的第二曲面302的中心點(diǎn)貼附于發(fā)光芯片 20上。當(dāng)由發(fā)光芯片20上所發(fā)出的光線入射第二透鏡300時(shí)，會(huì)符合下列公式四。
a _l an4sine4>n3Sine3，i03 =tan 丁、n4〈ri3，帶入則得"4sin04》"3sin(taiT'孕)...........................公式四 其中，!14為空氣折射率，!13為第二透鏡300折射率，e 4表示發(fā)光芯片20發(fā)光角度， 9 3表示發(fā)光芯片20上所發(fā)出的光線經(jīng)第二曲面302或第二平面301后的角度。由公式四 可知，當(dāng)發(fā)光芯片20所發(fā)出光線經(jīng)過(guò)第二透鏡300的第二曲面302時(shí)，能將發(fā)光角度縮小 且能量集中至第一透鏡200的第一曲面201來(lái)匯聚成近平行光束。 請(qǐng)參照?qǐng)D6，圖6為第二實(shí)施例的模擬發(fā)光角度圖。于此模擬6中，是選用邊 長(zhǎng)d = 40mil(lmil = 0.0254mm)，由公式一推得發(fā)光角度為e =28.8° ，圓柱體的高度h =3.0公分、半徑&= 1.65公分，公式二推得第一透鏡的Ah= 1.4729公分。依據(jù)本發(fā) 明所述公式一、二、三推得的發(fā)光二極管的聚光組件的大小尺寸，會(huì)使所選用的發(fā)光芯片的 出射光線，以一平行方向射出，由圖6仿真的結(jié)果顯示，使用本發(fā)明發(fā)光二極管的聚光組件 后，最后出射光線所呈現(xiàn)的發(fā)光角度為+/_2° ，說(shuō)明了本發(fā)明發(fā)光二極管的聚光組件具有 將發(fā)光芯片提供的光線改變?yōu)檎嵌染酃獾奶匦?，可將能量有效聚光?/_2°以內(nèi)。
請(qǐng)參照?qǐng)D7，圖7為第二實(shí)施例的模擬能量分布圖。于此模擬圖中，選用邊長(zhǎng)d = 40mil(lmil = 0. 0254mm)且發(fā)光角度為9 =28.8° ，圓柱體的高度h = 3. 0公分、半徑a =1.65公分，且第一透鏡的Ah二 1.4729公分。由圖7中可以看出光照射的能量由光軸 中心至離軸+/_2°呈均勻分布，藉以得知本發(fā)明的發(fā)光二極管的聚光組件可以使發(fā)光芯片 提供的照射能量由光軸中心至離軸+/_2°的區(qū)域，有均勻能量的出光效果。
請(qǐng)參照?qǐng)D8，圖8為第三實(shí)施例的示意圖。于本實(shí)施例中，由多個(gè)發(fā)光芯片20呈正 三角形排列分布，且多個(gè)發(fā)光二極管的聚光組件10分別對(duì)應(yīng)多個(gè)發(fā)光芯片20設(shè)置，用以結(jié) 合多個(gè)發(fā)光芯片20的光照能量來(lái)達(dá)到曝光機(jī)的高輻射能量需求。 請(qǐng)參照?qǐng)D9，圖9為第四實(shí)施例的示意圖。于本實(shí)施例中，是由多個(gè)發(fā)光芯片20呈
等間距的矩陣排列分布，且多個(gè)發(fā)光二極管的聚光組件10分別對(duì)應(yīng)多個(gè)發(fā)光芯片20設(shè)置，
用以結(jié)合多個(gè)發(fā)光芯片20的光照能量來(lái)達(dá)到曝光機(jī)的高輻射能量需求。 雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，在不背離本發(fā)
明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和
變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種發(fā)光二極管的聚光組件，用以匯聚一發(fā)光芯片所發(fā)出的一光線，使該光線經(jīng)由該發(fā)光二極管的聚光組件后，形成一趨近平行的光線，其特征在于，包括一圓柱體，用以設(shè)置于該發(fā)光芯片上，該圓柱體的高度和半徑符合公式一.....................公式一，其中h為該圓柱體的高度、a為該圓柱體的半徑和d為該發(fā)光芯片的邊長(zhǎng)；以及一第一透鏡，設(shè)置于該圓柱體相對(duì)用以設(shè)置該發(fā)光芯片的另一端上，其中該第一透鏡具有彼此相對(duì)的一第一平面和一第一曲面，該第一透鏡的該第一平面貼附于該圓柱體上，且該第一透鏡的該第一曲面符合公式二 <mrow><mi>tan</mi><mi>&theta;</mi><mo>=</mo><mi>tan</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>&beta;</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub><mi>&beta;</mi><mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msub> <mrow><mi>tan</mi><mi>&beta;</mi> </mrow> <mn>2</mn></msub><mo>-</mo><mi>tan</mi><msub> <mi>&beta;</mi> <mn>1</mn></msub> </mrow> <mrow><mn>1</mn><mo>+</mo><msub> <mrow><mi>tan</mi><mi>&beta;</mi> </mrow> <mn>2</mn></msub><mi>tan</mi><msub> <mi>&beta;</mi> <mn>1</mn></msub> </mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mi>a</mi> <mi>h</mi></mfrac> </mrow>.................公式二且 <mrow><mi>tan</mi><msub> <mi>&beta;</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>sin</mi><msub> <mi>&beta;</mi> <mn>1</mn></msub> </mrow> <mrow><mi>cos</mi><msub> <mi>&beta;</mi> <mn>1</mn></msub> </mrow></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mfrac> <msub><mi>n</mi><mn>2</mn> </msub> <msub><mi>n</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mi>sin</mi><msub> <mi>&beta;</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow> <msqrt><mn>1</mn><mo>-</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <msub><mi>n</mi><mn>2</mn> </msub> <msub><mi>n</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mi>sin</mi><msub> <mi>&beta;</mi> <mn>2</mn></msub><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </msqrt></mfrac><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mfrac> <msub><mi>n</mi><mn>2</mn> </msub> <msub><mi>n</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>&Delta;h</mi> </mrow> <msqrt><msup> <mi>a</mi> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>&Delta;h</mi><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </msqrt></mfrac> </mrow> <msqrt><mn>1</mn><mo>-</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mfrac> <msub><mi>n</mi><mn>2</mn> </msub> <msub><mi>n</mi><mn>1</mn> </msub></mfrac><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>&Delta;h</mi> </mrow> <msqrt><msup> <mi>a</mi> <mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>&Delta;h</mi><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </msqrt></mfrac><mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </msqrt></mfrac><mo>,</mo> </mrow> <mrow><mi>tan</mi><msub> <mi>&beta;</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>&Delta;h</mi> </mrow> <mi>a</mi></mfrac><mo>;</mo> </mrow>其中n1為該圓柱體與該第一透鏡的折射率，且n2為空氣的折射率，Δh為該第一透鏡的該第一平面的中心點(diǎn)至該第一透鏡的該第一曲面的中心點(diǎn)的最短距離。F2008101719399C0000011.tif
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的聚光組件，其中該第一曲面包括有一第一端點(diǎn)、 至少一中間點(diǎn)和一第二端點(diǎn)，該中間點(diǎn)位于該第一端點(diǎn)與該第二端點(diǎn)的間且符合公式三P(t) = (l-t)2p。+2t(l-t)P,t2p2......公式三，其中，P(t)為該中間點(diǎn)，P。為該第一端點(diǎn)，P2為該第二端點(diǎn)，Pi為通過(guò)該第一端點(diǎn)的曲面切線與通過(guò)該第二端點(diǎn)的曲面切線的交點(diǎn)，且t介于0和1之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管的聚光組件，其特征在于，該圓柱體與該發(fā)光芯片 的間設(shè)置有一第二透鏡。
4. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光二極管的聚光組件，其特征在于，該第二透鏡具有彼此相 對(duì)的一第二平面和一第二曲面，該第二透鏡的該第一平面貼附于該圓柱體上相對(duì)設(shè)置該第 一透鏡的另一端上，且該第二透鏡的該第二曲面的中心點(diǎn)貼附于該發(fā)光芯片上。
5. 如權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管的聚光組件，其特征在于，該發(fā)光芯片上所發(fā)出的 光線入射該第二透鏡時(shí)，會(huì)符合公式四"4 sin04之"3 sin(tan-1孕)...........................公式四其中，n4為空氣折射率，r^為該第二透鏡折射率，94表示該發(fā)光芯片發(fā)光角度，93表 示該發(fā)光芯片上所發(fā)出的光線經(jīng)該第二曲面或該第二平面后的角度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種發(fā)光二極管的聚光組件，用以匯聚發(fā)光芯片所發(fā)出的光線，使光線經(jīng)由發(fā)光二極管的聚光組件后，形成趨近平行的光線。發(fā)光二極管的聚光組件包含有圓柱體與第一透鏡。圓柱體用以設(shè)置于發(fā)光芯片上。第一透鏡設(shè)置于圓柱體相對(duì)用以設(shè)置發(fā)光芯片的另一端上，其中第一透鏡具有彼此相對(duì)的第一平面和第一曲面。第一透鏡的第一平面貼附于圓柱體上。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101728464SQ200810171939
公開(kāi)日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者花士豪, 蕭乾道, 黃添富 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院