透鏡及用于表面照明的發(fā)光模塊的制作方法
【專利摘要】這里公開了透鏡及用于表面照明的發(fā)光模塊。所述發(fā)光模塊包括：電路板；發(fā)光元件，發(fā)光元件包括發(fā)光二極管芯片和涂覆在發(fā)光二極管芯片上的波長轉(zhuǎn)換層，發(fā)光元件安裝在電路板上；透鏡，使從發(fā)光元件發(fā)射的光擴(kuò)散。透鏡包括凹部和上表面，凹部限定光入射在其上的光入射表面，入射在透鏡上的光通過上表面射出，凹部的光入射表面以及上表面中的至少一者包括位于距中心軸15°或更大角度的位置處并且在高度方向上順序連接的多個(gè)段。
【專利說明】透鏡及用于表面照明的發(fā)光模塊
[0001]本申請要求第10-2013-0101191號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，出于所有目的，將該韓國專利申請以其被在此被全面描述的方式通過引用包含于此。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種發(fā)光模塊，更具體地說，涉及一種用于表面照明的透鏡以及一種包括該透鏡的用于表面照明的發(fā)光模塊。

【背景技術(shù)】
[0003]用于背光照射液晶顯示器的發(fā)光模塊或者在表面照明裝置中使用的用于表面照明的發(fā)光模塊通常包括安裝在電路板上的發(fā)光元件和用于使從發(fā)光元件發(fā)射的光以寬的角度擴(kuò)散的透鏡。能夠通過使用透鏡使從發(fā)光元件發(fā)射的光均勻地?cái)U(kuò)散而利用較少數(shù)量的發(fā)光元件在寬的區(qū)域上均勻地照射光。
[0004]圖1A和圖1B是用于描述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光模塊和透鏡的示意性剖視圖和示意性透視圖。
[0005]參照圖1A和圖1B，發(fā)光模塊包括電路板100、發(fā)光元件200和透鏡300。電路板100是設(shè)置有電路的印刷電路板，用于向發(fā)光元件200供應(yīng)功率。
[0006]發(fā)光元件200通常包括發(fā)光二極管芯片210、覆蓋發(fā)光二極管芯片210的成型部230和封裝基底250。成型部230包括使從發(fā)光二極管芯片210發(fā)射的光的波長發(fā)生轉(zhuǎn)換的磷光體，成型部230可以具有透鏡的形狀。封裝基底250可以具有用于安裝發(fā)光二極管芯片210的凹部。發(fā)光元件200電連接到電路板100。
[0007]同時(shí)，透鏡300可以包括下表面310和上表面350，并且還可以包括凸緣370和腿部390。腿部390附著在電路板100上，以將透鏡300設(shè)置在發(fā)光元件200上方。如圖1B中所示，腿部390通常按三個(gè)構(gòu)造并且設(shè)置在規(guī)則的三角形的頂點(diǎn)處。
[0008]透鏡300包括光入射表面330和光出射表面350，光從發(fā)光元件200入射在光入射表面330上，入射光從光出射表面350射出。光入射表面330是設(shè)置在透鏡300的下表面310上的殼狀(炮彈形)的凹部320的內(nèi)表面。凹部320設(shè)置在發(fā)光元件200上方，由此從發(fā)光元件200發(fā)射的光通過光入射表面330入射到透鏡300中。光出射表面350使入射到透鏡300中的光以寬的方位角度射出。
[0009]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光模塊通過透鏡300使從發(fā)光元件200發(fā)射的光擴(kuò)散，從而能夠在寬的區(qū)域上實(shí)現(xiàn)均勻的光。然而，安裝在電路板100上的發(fā)光元件200采用了封裝基底250，由此發(fā)光元件200的尺寸相對大。因此,用于形成透鏡300的光入射表面330的凹部320的入口和高度相對大，因此，難以使透鏡300纖薄。另外，從發(fā)光元件200發(fā)射的光的束擴(kuò)展角相對窄，因此難以通過透鏡300使光擴(kuò)散。
[0010]此外，發(fā)光元件200設(shè)置在透鏡300的下表面310下方，由此從發(fā)光元件200發(fā)出的光的一部分沒有入射到透鏡300中，并且容易在透鏡300的下表面下方損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明已經(jīng)致力于提供一種使用于面光源的透鏡以及發(fā)光模塊纖薄的技術(shù)。
[0012]此外，本發(fā)明已經(jīng)致力于提供一種能夠減少從發(fā)光元件發(fā)射的光的損失的透鏡和發(fā)光模塊。
[0013]另外，本發(fā)明已經(jīng)致力于提供一種能夠通過采用適用于面光源的發(fā)光元件而提供在寬的區(qū)域上具有均勻顏色分布和發(fā)光強(qiáng)度的光的發(fā)光模塊。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的不例性實(shí)施例，提供了一種發(fā)光模塊，所述發(fā)光模塊包括:電路板；發(fā)光元件，安裝在電路板上；以及透鏡，與電路板結(jié)合并且使從發(fā)光元件發(fā)射的光擴(kuò)散。透鏡包括限定光入射在其上的光入射表面的凹部，發(fā)光元件基本上設(shè)置在透鏡的凹部內(nèi)。由于發(fā)光元件設(shè)置在凹部內(nèi)，所以從發(fā)光元件發(fā)射的大部分光可以入射到透鏡中，以減少透鏡的下表面下方的光損失。
[0015]發(fā)光元件是芯片級發(fā)光元件并且與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的包括封裝件主體的發(fā)光二極管封裝件不同。即，發(fā)光元件不包括用于安裝發(fā)光二極管芯片的安裝構(gòu)件，并且電路板被用作用于安裝發(fā)光二極管芯片的安裝構(gòu)件。
[0016]芯片級發(fā)光元件包括發(fā)光二極管芯片和涂覆在發(fā)光二極管芯片上的波長轉(zhuǎn)換層。波長轉(zhuǎn)換層可以覆蓋發(fā)光二極管芯片的上表面和側(cè)表面。具體地說，發(fā)光二極管芯片可以是倒裝結(jié)合到電路板的倒裝片型發(fā)光二極管芯片。倒裝片型發(fā)光二極管芯片可以直接安裝在電路板上，以比使用封裝基底的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光元件的尺寸更多地減小發(fā)光元件的尺寸，從而使發(fā)光模塊纖薄。此外，由于發(fā)光元件的尺寸小，所以透鏡的凹部的尺寸可以減小，并且透鏡的整體高度可以減小。
[0017]透鏡的凹部的入口的寬度可以小于發(fā)光元件的寬度的三倍。凹部的入口的寬度可以設(shè)置為比發(fā)光元件的寬度的三倍小，以減少透鏡和發(fā)光元件之間的對準(zhǔn)誤差。
[0018]透鏡包括具有凹部的下表面和入射在凹部的光入射表面上的光通過其射出的上表面。透鏡的光入射表面是凹部的內(nèi)表面并且由凹部的形狀來限定。透鏡的光入射表面可以包括上端表面和從上端表面連接到凹部的入口的側(cè)表面。凹部可以具有寬度從其入口到上端表面向上變窄的形狀。側(cè)表面可以是從凹部的入口到上端表面具有預(yù)定傾斜度的傾斜表面，也可以具有從入口到上端表面的減小的傾斜度的彎曲傾斜表面。上端表面可以是平坦表面，但是不限于此，因此上端表面可以包括凹表面或凸表面，并且還可以包括光散射圖案。
[0019]透鏡的上表面具有用于使入射到透鏡中的光擴(kuò)散的形狀，使得光具有寬的方向分布。透鏡的上表面可以具有設(shè)置在中心軸附近的凹表面和與凹表面連接的凸表面。不同于此，透鏡的上表面可以具有設(shè)置在中心軸附近的平坦表面和與平坦表面連接的凸表面。上端表面的形狀可以包括代替根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的凹表面的平坦表面或者光散射圖案等，從而即使發(fā)光元件和透鏡的中心軸不對齊，仍減少對光的方向分布的影響，由此增加發(fā)光元件和透鏡之間的對準(zhǔn)容差。
[0020]同時(shí)，透鏡的下表面包括圍繞凹部的平坦表面和圍繞平坦表面的傾斜表面。平坦表面附著到電路板。當(dāng)反射片設(shè)置在電路板上時(shí)，平坦表面附著到反射片。同時(shí)，傾斜表面從平坦表面向上傾斜，并且具有相對于平坦表面小于大約10°的傾斜度。因此，能夠通過使用傾斜表面減少由于透鏡內(nèi)部的全內(nèi)反射引起的光損失并且以寬的方向分布使光擴(kuò)散。
[0021]同時(shí)，透鏡的下表面可以設(shè)置有腿部。腿部可以形成在傾斜表面上。透鏡的腿部附著到電路板。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施例，發(fā)光二極管芯片包括:第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；多個(gè)平臺，設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層上并且彼此分隔開，每個(gè)平臺包括有源層和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；反射電極，設(shè)置在多個(gè)平臺上，以歐姆接觸第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；電流擴(kuò)散層，覆蓋多個(gè)平臺和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，具有暴露反射電極的開口，歐姆接觸第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層并且與多個(gè)平臺絕緣，其中，發(fā)光二極管芯片與電路板倒裝結(jié)合。
[0023]電流擴(kuò)散層覆蓋多個(gè)平臺和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層，由此電流擴(kuò)散層改善了電流擴(kuò)散性質(zhì)。
[0024]第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層是連續(xù)的。此外，多個(gè)平臺可以具有沿一個(gè)方向彼此平行地延伸的伸長的形狀，電流擴(kuò)散層的開口可以設(shè)置為偏向多個(gè)平臺的同一端側(cè)。因此，連接在通過電流擴(kuò)散層的開口暴露的反射電極之間的焊盤可以容易地被形成。
[0025]電流擴(kuò)散層還可以包括諸如Al的反射金屬。因此，除了被反射電極反射的光之夕卜，還通過電流擴(kuò)散層反射獲得反射光，由此行進(jìn)穿過多個(gè)平臺的側(cè)壁以及第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的光可以被反射。
[0026]同時(shí)，反射電極均包括發(fā)射金屬層和阻擋金屬層。此外，阻擋金屬層可以覆蓋反射金屬層的上表面和側(cè)表面。此外，能夠通過防止反射金屬層被暴露到外部來防止反射金屬層劣化。
[0027]發(fā)光二極管芯片還可以包括:上絕緣層，覆蓋電流擴(kuò)散層的至少一部分并且具有反射電極通過其暴露的開口 ；第二焊盤，設(shè)置在上絕緣層上并且通過上絕緣層的開口被連接到暴露的反射電極；第一焊盤，連接到電流擴(kuò)散層。第一焊盤和第二焊盤可以形成為具有相同的形狀和尺寸，從而容易地執(zhí)行倒裝芯片結(jié)合。
[0028]此外，發(fā)光二極管芯片還可以包括設(shè)置在多個(gè)平臺和電流擴(kuò)散層之間的下絕緣層，以使電流擴(kuò)散層與多個(gè)平臺絕緣。下絕緣層可以具有設(shè)置在每個(gè)平臺的上部區(qū)域內(nèi)并且暴露反射電極的開口。
[0029]此外，電流擴(kuò)散層的開口均可以具有比下絕緣層的開口的寬度寬的寬度，使得下絕緣層的所有開口被暴露。即，電流擴(kuò)散層的開口的側(cè)壁設(shè)置在下絕緣層上。另外，發(fā)光二極管芯片還可以包括覆蓋電流擴(kuò)散層的至少一部分并且包括暴露反射電極的開口的上絕緣層。上絕緣層可以覆蓋電流擴(kuò)散層的開口的側(cè)壁。
[0030]下絕緣層可以是反射介電層，例如，分布式布拉格反射器(DBR)。
[0031]同時(shí)，發(fā)光二極管芯片還可以包括生長基底，生長基底可以是例如藍(lán)寶石基底或氮化鎵基底。波長轉(zhuǎn)換層覆蓋生長基底，以轉(zhuǎn)換從生長基底發(fā)射到外部的光的波長。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，透鏡包括凹部和光出射表面，凹部限定光入射在其上的光入射表面，入射在透鏡上的光通過光出射表面射出，凹部的光入射表面以及光出射表面中的至少一者包括位于距中心軸15°或更大角度的位置處并且在高度方向上順序連接的多個(gè)段。
[0033]多個(gè)段中相鄰段可以具有不同的曲率。此外，多個(gè)段包括順序連接的第一段、第二段和第三段，第一段、第二段和第三段的豎直高度可以等于或大于Iym并且可以小于發(fā)光元件的寬度。此外，多個(gè)段中每個(gè)段的豎直方向的高度可以等于或大于Iym并且可以小于發(fā)光元件的寬度。
[0034]通過多個(gè)段和多個(gè)發(fā)光元件，在具有不同波長的光的空間顏色分布中產(chǎn)生多個(gè)分色，并且多個(gè)透鏡被布置為使產(chǎn)生分色的區(qū)域彼此疊置，由此實(shí)現(xiàn)均勻的空間顏色分布。
[0035]透鏡的凹部和光出射表面可以具有相對于中心軸旋轉(zhuǎn)體對稱的形狀。
[0036]同時(shí)，具有單一曲率的虛擬參考表面可以分別穿過第一段、第二段和第三段。此夕卜，第一段、第二段和第三段上的點(diǎn)與具有單一曲率的虛擬參考表面之間的距離可以為大約10 μ m,優(yōu)選為大約5 μ m。
[0037]此外，光出射表面可以具有寬度向上變窄的凸表面和寬度向上變寬的凹表面，凹表面可以位于比凸表面更靠近中心軸的位置。此外，凹表面的段的高度可以比凸表面的段的高度低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]所包括的附圖是為了提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且附圖被包含在本說明書的中并構(gòu)成本說明書的一部分，附圖和說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0039]圖1A是用于描述根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光模塊的剖視圖；
[0040]圖1B是在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光模塊中采用的透鏡的透視圖；
[0041]圖2A是用于描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光模塊的剖視圖；
[0042]圖2B是在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光模塊中采用的透鏡的透視圖；
[0043]圖2C是用于描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的透鏡的凹部的形狀的示意圖；
[0044]圖2D是在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光模塊中采用的透鏡的局部放大剖視圖；
[0045]圖3A到圖3D是用于描述透鏡的各種變化示例的剖視圖；
[0046]圖4是用于描述透鏡的另一變化示例的剖視圖；
[0047]圖5是用于描述透鏡的另一變化示例的剖視圖；
[0048]圖6是用于描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光元件的示意性剖視圖；
[0049]圖7A到圖12是用于描述用于制造可以被用在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光元件中的發(fā)光二極管芯片的方法的示圖，其中，圖7A、圖8A、圖9A、圖1OA和圖1lA是平面圖，圖7B、圖8B、圖9B、圖1OB和圖1lB是沿A-A線截取的剖視圖；
[0050]圖13A和圖13B各自是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管封裝件200的方向分布以及根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有共形涂覆層的倒裝片型發(fā)光二極管芯片的方向分布的曲線圖；
[0051]圖14A和圖14B各自是示出使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管封裝件200的發(fā)光模塊的方向分布以及使用根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的具有共形涂覆層的倒裝片型發(fā)光二極管芯片的發(fā)光模塊的方向分布的曲線圖；
[0052]圖15A到圖15C是用于描述根據(jù)透鏡的下表面的傾斜表面的不同的傾斜度的發(fā)光方向的不意圖；
[0053]圖16A和圖16B是示出根據(jù)透鏡的下表面的傾斜表面的不同的傾斜度的發(fā)光角度的曲線圖；
[0054]圖17是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光元件200a的光譜的曲線圖；
[0055]圖18是分別示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光元件200a的藍(lán)光和黃光的光的方向分布的曲線圖；
[0056]圖19是用于描述根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的透鏡的剖視圖；
[0057]圖20是用于描述圖19的透鏡的光入射表面的示意性局部放大剖視圖；
[0058]圖21是用于描述圖19的透鏡的光出射表面的不意性局部放大剖視圖；
[0059]圖22是用于描述通過圖19的透鏡實(shí)施的光的顏色分布的示意圖；
[0060]圖23A和圖23B是用于描述根據(jù)是否形成多個(gè)段的光的空間分布的模擬圖，其中，圖23A示出在不存在多個(gè)段的情況下的光的空間分布，圖23B示出依賴于多個(gè)段的形成的光的空間分布；
[0061]圖24A和圖24B是通過相機(jī)拍攝的實(shí)際實(shí)現(xiàn)的光的顏色分布的圖片，其中，圖24B是圖24A的一部分的放大圖片；以及
[0062]圖25是用于描述多個(gè)發(fā)光元件均與圖19的透鏡結(jié)合的發(fā)光模塊的顏色分布的圖片。

【具體實(shí)施方式】
[0063]在下文中，將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。通過舉例的方式來提供將在下面描述的本發(fā)明的示例性實(shí)施例，從而本發(fā)明的想法能夠充分地傳遞給本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員。因此，本發(fā)明不限于這里闡述的示例性實(shí)施例，而是可以以許多不同的形式修改。在附圖中，為了簡便起見，可以夸大組件的寬度、長度或厚度等。在整個(gè)說明書中，相同的標(biāo)號表不相同的兀件。
[0064]圖2A是用于描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光模塊的剖視圖，圖2B是發(fā)光模塊的透鏡300a的透視圖，圖2C是用于描述透鏡300a的凹部320的示意圖，圖2D是用于描述透鏡300a的下表面310的局部放大剖視圖。
[0065]首先參照圖2A，發(fā)光模塊包括電路板100a、發(fā)光元件200a和透鏡300a。此外，發(fā)光模塊可以包括反射片110。
[0066]電路板10a是上面形成有電路圖案的印刷電路板。這里，示出了一個(gè)發(fā)光元件200a安裝在電路板10a上的情況，但是多個(gè)發(fā)光元件200a可以在電路板10a上排列，并且透鏡300a可以設(shè)置在每個(gè)發(fā)光元件200a上方。
[0067]不同于根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管封裝件，發(fā)光元件200a并不具有用于安裝發(fā)光二極管芯片的片式安裝構(gòu)件，并且在不使用結(jié)合線的情況下通過倒裝結(jié)合直接安裝在電路板10a上。即，電路板10a執(zhí)行用于安裝發(fā)光二極管芯片的片式安裝構(gòu)件的功能。發(fā)光元件200a并不使用結(jié)合線，由此不需要用于對線進(jìn)行保護(hù)的成型部。將參照圖6在下面詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光元件200a。
[0068]反射片110設(shè)置在透鏡300a和電路板10a之間。反射片110可以涂覆有具有高反射率的白色反射材料，從而反射具有在可見光區(qū)內(nèi)的寬的波長的光。反射片110將朝著電路板10a側(cè)行進(jìn)的光反射到透鏡300a中。
[0069]透鏡300a可以包括下表面310和上表面350，并且還可以包括凸緣370和腿部390。下表面310包括凹部320、圍繞凹部320的平坦表面310a和圍繞平坦表面310a的傾斜表面310b。
[0070]凹部320限定光入射表面330，光從發(fā)光元件200a通過光入射表面330入射到透鏡300a中。即，光入射表面330是凹部320的內(nèi)表面。光入射表面330包括側(cè)表面330a和上端表面330b。凹部320具有從入口向上變窄的形狀。側(cè)表面330a可以是從入口到上端表面330b的具有預(yù)定傾斜度的傾斜表面，相反，側(cè)表面330a可以是從入口到上端表面330b的具有減小的傾斜度的傾斜表面。即，如圖2C中所示，在豎直剖視圖中，側(cè)表面330a通過直線或者向上突出的彎曲線來示出。
[0071]發(fā)光元件200a基本設(shè)置在凹部320內(nèi)部。為此，凹部320的入口的寬度Wl比發(fā)光元件200a的寬度W寬。同時(shí)，凹部320的入口的寬度Wl小于發(fā)光元件200a的寬度W的三倍。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，發(fā)光元件200a具有比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光元件200相對小的尺寸，因此需要將發(fā)光元件200a和透鏡300a精確地對準(zhǔn)。因此，凹部320的入口的寬度Wl小于發(fā)光元件200a的寬度W的三倍，另外，凹部320的入口的寬度Wl設(shè)定為等于或小于發(fā)光元件200a的寬度W的兩倍，由此防止透鏡300a和發(fā)光元件200a對不準(zhǔn)。此外，發(fā)光元件200a和光入射表面330之間的距離接近，以減少輸出到外部的光的量。
[0072]同時(shí)，光入射表面330的上端表面330b具有平坦的形狀。上端表面330b的寬度W2比入口的寬度Wl小并且小于發(fā)光元件200a的寬度W。上端表面330b的寬度W2可以被確定為使得通過從凹部320的入口的中心連接到上端表面330b的邊緣的直線與中心軸形成的角度α為至少3°，優(yōu)選為6°。在從發(fā)光元件200a發(fā)出的光中具有范圍為+15°到-15°的束擴(kuò)展的角度的光至少入射在上端表面330b上，由此改善光的擴(kuò)散率。
[0073]當(dāng)發(fā)光元件200a的中心軸和透鏡300a的中心軸沒有精確對準(zhǔn)時(shí)，上端表面330b防止發(fā)射到透鏡300a外部的光的方向分布很大地改變。
[0074]同時(shí)，凹部320的高度H可以根據(jù)發(fā)光元件200a的束擴(kuò)展角度、透鏡300a的上表面350的形狀、所需要的光的方向分布等來控制。然而，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，由于凹部320的入口的寬度Wl減小，凹部320的高度H可以具有比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的透鏡相對小的值。具體地說，凹部320的高度H可以比凸緣370的厚度小。
[0075]返回參照圖2A，透鏡300a的上表面350具有用于使入射到透鏡300a中的光擴(kuò)散的形狀，從而光具有寬的方向分布。例如，透鏡300a的上表面350可以具有靠近中心軸設(shè)置的凹表面350a以及與凹表面連接的凸表面350b。凹表面350a使行進(jìn)在透鏡300a的中心軸附近的光擴(kuò)散到外部，凸表面350b使發(fā)射到透鏡300a的中心軸外部的光的量增加。
[0076]同時(shí)，凸緣370將上表面350連接到下表面310，并且限制透鏡外觀的尺寸。凸緣370的側(cè)表面以及下表面310可以利用高低不平的圖案(rugged pattern)形成。同時(shí),透鏡300a的腿部390與電路板10a結(jié)合，以固定透鏡300a。腿部390的每個(gè)端部可以通過例如粘合劑結(jié)合在電路板10a上，或者可以安裝在形成在電路板10a上的孔中。
[0077]同時(shí)，如圖2B中所示，腿部390可以被構(gòu)造成四個(gè)。然而，腿部390還可以被構(gòu)造為如現(xiàn)有技術(shù)中的三個(gè)。如圖2D中所示，腿部390可以形成在傾斜表面310b上。
[0078]參照圖2A和圖2D，透鏡300a的下表面310包括圍繞凹部320的平坦表面310a和圍繞平坦表面310a的傾斜表面310b。平坦表面310a附著到電路板10a或反射片110，因此，能夠防止在透鏡300a的下表面處的光損失。在圖2D中，透鏡300a的半徑由d/2表示，平坦表面310a的從光入射表面330到傾斜表面310b的長度由k表示，傾斜表面310b的徑向長度由bx表不。
[0079]同時(shí)，傾斜表面310b向上傾斜，相對于平坦表面310a具有傾斜角β。傾斜表面310b連接到透鏡300a的側(cè)表面，例如，連接到凸緣370的側(cè)表面。因此，透鏡300a的側(cè)表面位于距平坦表面310a為高度h的上部處。傾斜表面310b的傾斜角β優(yōu)選為小于10°。將參照圖15和圖16在下面對其進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0080]圖3Α到圖3D是用于描述透鏡的各種變化示例的剖視圖。這里，將描述圖2Α的凹部320的各種變化示例。
[0081]在圖3Α中，圖2Α中描述的上端表面330b中的靠近透鏡300a的中心軸的一部分形成向下突出的表面。突出表面可以主要控制在中心軸附近入射的光。
[0082]圖3B與圖3A相似，但是與圖3A的不同之處在于:圖3B的上端表面中的與中心軸垂直的表面向上突出。上端表面即具有向上突出的表面又具有向下突出的表面，由此可以緩和由于發(fā)光元件和透鏡之間的對準(zhǔn)誤差導(dǎo)致的光的方向分布方面的變化。
[0083]在圖3C中，圖2A中描述的上端表面330b中的靠近中心軸的一部分形成向上突出的表面。突出表面可以使在中心軸附近入射的光更加擴(kuò)散。
[0084]圖3D與圖3C相似，但是與圖3C的不同之處在于:圖3D的上端表面中的與中心軸垂直的表面向下突出。上端表面即具有向上突出的表面又具有向下突出的表面，由此可以緩和由于發(fā)光元件和透鏡之間的對準(zhǔn)誤差導(dǎo)致的光的方向分布方面的變化。
[0085]圖4是用于描述根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的透鏡的變化示例的剖視圖。
[0086]參照圖4，光散射圖案330c形成在上端表面330b上。光散射圖案330c可以形成為高低不平的圖案。
[0087]通常，相對大的量的光通量集中在透鏡的中心軸附近。另外，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，上端表面330b是垂直于中心軸的表面，因此光通量會(huì)在中心軸附近更加集中。因此，在上端表面330b上形成光散射圖案330c，從而能夠使中心軸C附近的光通量更加擴(kuò)散。
[0088]圖5是用于描述根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的透鏡的變化示例的剖視圖。
[0089]參照圖5，根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的透鏡400a與參照圖2A到圖2D描述的透鏡300a基本相似，但是區(qū)別在于上表面450的形狀，并且區(qū)別還在于腿部490的位置。S卩，代替圖2A中的凹表面350a，在透鏡400a的中心軸附近設(shè)置相對平坦的表面450a，并且凸表面450b從平坦表面450a向外連接。同時(shí)，腿部490設(shè)置在透鏡400a的側(cè)表面附近。
[0090]透鏡的形狀可以考慮期望的光的方向分布等而不同地變化。
[0091]圖6是用于描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光元件200a的示意性剖視圖。
[0092]參照圖6，發(fā)光元件200a包括發(fā)光二極管芯片210和波長轉(zhuǎn)換層240。發(fā)光二極管芯片210包括基底211和半導(dǎo)體層壓件213，并且還可以包括電極焊盤215a和215b。
[0093]發(fā)光二極管芯片210是倒裝片，電極焊盤215a和215b設(shè)置在芯片下方。發(fā)光二極管芯片210的寬度W的范圍可以為從大約0.7mm到大約1.5mm。
[0094]基底211可以是用于生長半導(dǎo)體層的生長基底，例如，可以是藍(lán)寶石基底或氮化鎵基底。具體地說，當(dāng)基底211是藍(lán)寶石基底時(shí)，折射率沿著半導(dǎo)體層壓件213、藍(lán)寶石基底211和波長轉(zhuǎn)換層240的方向逐漸減小，由此改善了光提取效率。根據(jù)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施例，可以省略基底211。
[0095]半導(dǎo)體層壓件213由氮化鎵基化合物半導(dǎo)體形成，并且可以發(fā)射紫外線或藍(lán)底色光。
[0096]發(fā)光二極管芯片210直接安裝在電路板IlOa上。發(fā)光二極管芯片210不使用結(jié)合線而被倒裝結(jié)合，并且直接連接到位于電路板10a上的印刷電路。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，由于在將發(fā)光二極管芯片210結(jié)合在電路板10a上時(shí)沒有使用線，因此不需要成型部來保護(hù)線，并且不需要部分地去除波長轉(zhuǎn)換層240以暴露結(jié)合焊盤。因此，本發(fā)明采用倒裝片型發(fā)光二極管芯片210，比采用使用了結(jié)合線的發(fā)光二極管芯片更多地去除顏色偏差或發(fā)光斑點(diǎn)現(xiàn)象，并且簡化了模塊制造工藝。
[0097]將參照圖7到圖12在下面詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的倒裝片型發(fā)光二極管芯片。
[0098]同時(shí)，波長轉(zhuǎn)換層240覆蓋發(fā)光二極管芯片210。如所示出的，共形涂覆的波長轉(zhuǎn)換層240，例如，磷光體層可以形成在發(fā)光二極管芯片210上，并且可以使從發(fā)光二極管芯片210發(fā)射的光的波長發(fā)生轉(zhuǎn)換。波長轉(zhuǎn)換層240被涂覆在發(fā)光二極管芯片210上，并且可以覆蓋發(fā)光二極管芯片210的上表面和側(cè)表面。根據(jù)本發(fā)明的具體示例性實(shí)施例，波長轉(zhuǎn)換層240還可以僅覆蓋發(fā)光二極管芯片210的上表面?？梢酝ㄟ^使用從發(fā)光二極管芯片210發(fā)射的光和波長轉(zhuǎn)換層240來實(shí)現(xiàn)具有不同顏色的光，具體地說，可以實(shí)現(xiàn)諸如白色光的混合光。
[0099]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，共形涂覆的波長轉(zhuǎn)換層240提前形成在發(fā)光二極管芯片210上，因此可以與發(fā)光二極管芯片210 —起安裝在電路板10a上。
[0100]在下文中，為了幫助對發(fā)光二極管芯片210的理解，將描述發(fā)光二極管芯片210的制造方法。
[0101]圖7A到圖1lB是用于描述用于制造根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的倒裝片型發(fā)光二極管芯片的示圖，其中，圖7A、圖8A、圖9A、圖1OA和圖1lA是平面圖，圖7B、圖8B、圖9B、圖1OB和圖1lB是沿A-A線截取的剖視圖。
[0102]首先參照圖7A和圖7B，在生長基底21上形成第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23，并且在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23上形成彼此分隔開的多個(gè)平臺M。多個(gè)平臺M均包括有源層25和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層27。有源層25設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層27之間。同時(shí)，反射電極30均被設(shè)置在多個(gè)平臺M上。
[0103]多個(gè)平臺M可以通過如下方法形成:使用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積方法等在生長基底21上生長包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23、有源層25和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層27的外延層，然后圖案化第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層27和有源層25以暴露第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23。多個(gè)平臺M的側(cè)表面可以通過使用諸如光致抗蝕劑回流的技術(shù)而形成為傾斜的。平臺M的側(cè)表面的傾斜輪廓改善了由有源層25產(chǎn)生的光提取效率。
[0104]如所示出的，多個(gè)平臺M可以具有沿一個(gè)方向彼此平行地延伸的伸長的形狀。這種形狀簡化了在生長基底21上在多個(gè)芯片區(qū)域中形成具有相同的形狀的多個(gè)平臺M的工藝。
[0105]同時(shí)，可以在形成多個(gè)平臺M之后在每個(gè)平臺M上形成反射電極30，但是不限于此，因此可以在生長第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層27并形成平臺M之前在第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層27上預(yù)先形成反射電極30。反射電極30覆蓋平臺M的大部分上表面，并且具有與平臺M的平面形狀基本相同的形狀。
[0106]反射電極30包括反射層28并且還可以包括阻擋層29。阻擋層29可以覆蓋反射層28的上表面和側(cè)表面。例如，形成反射層28的圖案，在反射層28的圖案上形成阻擋層29，由此阻擋層29可以形成為覆蓋反射層28的上表面和側(cè)表面。例如，可以通過沉積并圖案化Ag、Ag合金、Ni/Ag、NiZn/Ag和T1/Ag層來形成反射層28。同時(shí)，阻擋層29可以由N1、Cr、T1、Pt、Rd、Ru、W、Mo、Tiff的層或它們的復(fù)合層形成，并防止反射層的金屬材料發(fā)生擴(kuò)散或被污染。
[0107]在形成多個(gè)平臺M之后，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的邊緣也可以被蝕刻。因此，基底21的上表面可以被暴露。第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的側(cè)表面還可以形成為是傾斜的。
[0108]如圖7中所示，多個(gè)平臺M可以有限地形成為被設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的上部區(qū)域中。即，多個(gè)平臺M可以以島狀形式設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的上部區(qū)域中。不同于此，如圖12中所示，沿一個(gè)方向延伸的平臺M可以形成為到達(dá)第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的上邊緣。即，多個(gè)平臺M的下表面的在一個(gè)方向上的邊緣與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的在一個(gè)方向上的邊緣重合。因此，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的上表面被多個(gè)平臺M分隔開。
[0109]參照圖8A和圖8B，形成覆蓋多個(gè)平臺M和第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的下絕緣層31。下絕緣層31具有開口 31a和31b，形成在下絕緣層上的結(jié)構(gòu)可以在特定的區(qū)域中通過開口 31a和31b電連接到第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層27。例如，下絕緣層31可以具有開口 31a和開口 31b，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23通過開口 31a暴露，反射電極30通過開口 31b暴露。
[0110]開口 31a可以設(shè)置在平臺M之間的區(qū)域以及靠近基底21的邊緣的區(qū)域中，并且可以具有沿平臺M延伸的伸長的形狀。同時(shí)，開口 31b有限地設(shè)置在平臺M上方，并且設(shè)置為偏向平臺的同一端側(cè)。
[0111]下絕緣層31可以通過使用化學(xué)氣相沉積(CVD)等由S12等的氧化物層、SiNx等的氮化物層以及S1N和MgF2的絕緣層形成。下絕緣層31可以由單層形成，但是不限于此，由此可以由多層形成。此外,下絕緣層31可以由低折射率材料層和高折射率材料層交替地堆疊在其中的分布式布拉格反射器(DBR)形成。例如，可以通過堆疊Si02/Ti02、Si02/Nb205等的介電層形成具有高反射率的絕緣反射層。
[0112]參照圖9A和圖9B，在下絕緣層31上形成電流擴(kuò)散層33。電流擴(kuò)散層33覆蓋多個(gè)平臺M以及第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23。此外，電流擴(kuò)散層33分別設(shè)置在多個(gè)平臺M的上部區(qū)域內(nèi)，并且具有通過其暴露反射電極的開口 33a。電流擴(kuò)散層33可以通過下絕緣層31的開口 31a歐姆接觸第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23。電流擴(kuò)散層33通過下絕緣層31與多個(gè)平臺M和反射電極30絕緣。
[0113]電流擴(kuò)散層33的開口 33a均具有比下絕緣層31的開口 31b的區(qū)域?qū)挼膮^(qū)域，從而防止電流擴(kuò)散層33連接到反射電極30。因此，開口 33a的側(cè)壁設(shè)置在下絕緣層31上。
[0114]電流擴(kuò)散層33形成在基底21的除了開口 33a外的幾乎所有區(qū)域的上部上。因此，電流可以通過電流擴(kuò)散層33容易地?cái)U(kuò)散。電流擴(kuò)散層33可以包括諸如Al層的高反射金屬層，高反射金屬層可以形成在T1、Cr或Ni等的粘合層上。此外，具有N1、Cr、Au等的復(fù)合層結(jié)構(gòu)或單層結(jié)構(gòu)的保護(hù)層可以形成在高反射金屬層上。電流擴(kuò)散層33可以具有例如Ti/Al/Ti/Ni/Au的多層結(jié)構(gòu)。
[0115]參照圖1OA和圖10B，在電流擴(kuò)散層33上形成上絕緣層35。上絕緣層35具有開口 35b以及開口 35a，反射電極30通過開口 35b被暴露，電流擴(kuò)散層33通過開口 35a被暴露。開口 35a可以具有在與平臺M的長度方向垂直的方向上伸長的形狀，并且具有比開口35b的區(qū)域相對寬的區(qū)域。開口 35b使通過電流擴(kuò)散層33的開口 33a和下絕緣層31的開口 31b暴露的反射電極30暴露。開口 35b具有比電流擴(kuò)散層33的開口 33a的區(qū)域窄的區(qū)域，并且可以具有比下絕緣層31的開口 31b的區(qū)域?qū)挼膮^(qū)域。因此，電流擴(kuò)散層33的開口33a的側(cè)壁可以利用上絕緣層35覆蓋。
[0116]上絕緣層35可以由氧化物絕緣層、氮化物絕緣層、這些絕緣層的混合層或者交叉層來形成，或者可以由諸如聚酰亞胺、特氟龍和聚對二甲苯的聚合物來形成。
[0117]參照圖1lA和圖11B，第一焊盤37a和第二焊盤37b形成在上絕緣層35上。第一焊盤37a通過上絕緣層35的開口 35a連接到電流擴(kuò)散層33，第二焊盤37b通過上絕緣層35的開口 35b連接到反射電極30。第一焊盤37a和第二焊盤37b可以連接用于在電路板等上安裝發(fā)光二極管的凸塊，或者可以用作用于SMT的焊盤。
[0118]第一焊盤37a和第二焊盤37b可以通過同一工藝形成并且可以使用例如光刻法和/或蝕刻或者剝離技術(shù)形成。第一焊盤37a和第二焊盤37b可以包括例如T1、Cr、Ni等的粘合層以及Al、Cu、Ag、Au等的高導(dǎo)電率金屬層。第一焊盤37a和第二焊盤37b的端部可以形成為被設(shè)置在同一平面上，由此發(fā)光二極管芯片210可以倒裝結(jié)合在形成為在電路板10a上具有相同的高度的導(dǎo)電圖案上。
[0119]接下來，通過將生長基底21分割為單獨(dú)的發(fā)光二極管芯片單元來完成發(fā)光二極管芯片。還可以在分割為單獨(dú)的發(fā)光二極管芯片單元之前或之后從發(fā)光二極管芯片去除生長基底21。
[0120]在下文中，將參照圖1lA和圖1lB詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)。
[0121]發(fā)光二極管芯片包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23、平臺M、反射電極30和電流擴(kuò)散層33，并且可以包括生長基底21、下絕緣層31、上絕緣層35、第一焊盤37a和第二焊盤37b。
[0122]基底21可以是用于生長氮化鎵基外延層的生長基底，例如，可以是藍(lán)寶石基底或氮化鎵基底。基底21為例如藍(lán)寶石基底，并且可以具有200 μ m或更厚的厚度，優(yōu)選為250 μ m或更厚的厚度。
[0123]第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23是連續(xù)的，多個(gè)平臺M設(shè)置在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23上并且彼此分隔開。如參照圖7所描述的，平臺M包括有源層25和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層27，并且具有朝一側(cè)延伸的伸長的形狀。這里，平臺M具有氮化鎵基化合物半導(dǎo)體的堆疊結(jié)構(gòu)。如圖7中所示，平臺M可以有限地形成在第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的上部區(qū)域內(nèi)。不同于此，如圖12中所示，平臺M可以沿一個(gè)方向延伸到第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的上表面的邊緣，由此第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的上表面可以被分隔成多個(gè)區(qū)域。因此，可以通過緩和在平臺M的拐角附近的電流的集中來進(jìn)一步改善電流擴(kuò)散性能。
[0124]反射電極30均設(shè)置在多個(gè)平臺M上，以歐姆接觸第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層27。如參照圖7所描述的，反射電極30可以包括反射層28和阻擋層29，其中，阻擋層29可以覆蓋反射層28的上表面和側(cè)表面。
[0125]電流擴(kuò)散層33覆蓋多個(gè)平臺M以及第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23。電流擴(kuò)散層33分別設(shè)置在多個(gè)平臺M的上表面內(nèi)，并且具有開口 33a，反射電極30通過開口 33a暴露。電流擴(kuò)散層33還與第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23歐姆接觸，并且與多個(gè)平臺M絕緣。電流擴(kuò)散層33可以包括諸如Al的反射金屬。
[0126]電流擴(kuò)散層33可以通過下絕緣層31與多個(gè)平臺M絕緣。例如，下絕緣層31可以設(shè)置在多個(gè)平臺M和電流擴(kuò)散層33之間，以使電流擴(kuò)散層33與多個(gè)平臺M絕緣。此外，下絕緣層31可以分別設(shè)置在平臺M的上部區(qū)域內(nèi)，并且具有開口 31b和開口 31a，反射電極30通過開口 31b暴露，第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23通過開口 31a暴露。電流擴(kuò)散層33可以通過開口 31a連接到第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23。下絕緣層31的開口 31b具有比電流擴(kuò)散層33的開口 33a的區(qū)域窄的區(qū)域，并且全部被開口 33a暴露。
[0127]上絕緣層35覆蓋電流擴(kuò)散層33的至少一部分。此外，上絕緣層35具有開口 35b，反射電極30通過開口 35b暴露。此外，上絕緣層35可以具有開口 35a，電流擴(kuò)散層33通過開口 35a暴露。上絕緣層35可以覆蓋電流擴(kuò)散層33的開口 33a的側(cè)壁。
[0128]第一焊盤37a可以設(shè)置在電流擴(kuò)散層33上并且可以通過例如上絕緣層35的開口35a連接到電流擴(kuò)散層33。此外，第二焊盤37b連接到通過開口 35b暴露的反射電極30。如圖1lA和圖1lB所示，第一焊盤37a和第二焊盤37b的上端可以位于同一高度。
[0129]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，電流擴(kuò)散層33覆蓋平臺M以及平臺M之間的第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層23的幾乎所有區(qū)域。因此，電流可以通過電流擴(kuò)散層33容易地?cái)U(kuò)散。
[0130]此外，電流擴(kuò)散層33包括諸如Al的反射金屬層，或者下絕緣層形成為絕緣反射層，以利用電流擴(kuò)散層33或下絕緣層31使未被反射電極30反射的光反射，從而提高光提取效率。
[0131]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的倒裝片型發(fā)光二極管芯片可以具有寬的方向分布。
[0132]圖13A和圖13B是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管封裝件200的方向分布以及根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有發(fā)光元件(即，共形涂覆層240)的倒裝片型發(fā)光二極管芯片210的方向分布的曲線圖。
[0133]參照圖13A，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光二極管封裝件200具有大約120°的束擴(kuò)展角。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的發(fā)光元件具有大約145°的束擴(kuò)展角，如圖13B所示。即，可以認(rèn)識到的是，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的芯片級發(fā)光元件具有比根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的封裝件級發(fā)光元件增加了大約25 °的束擴(kuò)展角。
[0134]圖14A示出使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有120°的束擴(kuò)展角的發(fā)光二極管封裝件的發(fā)光模塊的方向分布，圖14B示出使用設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的具有145°的束擴(kuò)展角的設(shè)置有共形涂覆層240的倒裝片型發(fā)光二極管芯片210的發(fā)光模塊的方向分布。這里，通過發(fā)光元件以及在每個(gè)方向上具有相同照明分布的透鏡模擬沿一個(gè)方向的光的方向分布。光的方向分布表不在與每個(gè)發(fā)光兀件距離5m的點(diǎn)處根據(jù)束擴(kuò)展角的發(fā)光強(qiáng)度。這里，透鏡的下表面是基本平坦的而不具有傾斜表面310b。
[0135]在該曲線圖中，隨著最大發(fā)光強(qiáng)度值之間的角度大并且在最大發(fā)光強(qiáng)度值的中心處的發(fā)光強(qiáng)度的比C/P小，光被更寬并且均勻地散射。在圖14A的情況下，最大發(fā)光強(qiáng)度值之間的角度為146°并且在最大發(fā)光強(qiáng)度的中心處的發(fā)光強(qiáng)度的比為10%，在圖14B的情況下，上述值分別為152°和4.5%。此外，比較發(fā)光強(qiáng)度為50%的點(diǎn)處的角度，在圖14A的情況下，該角度為65°，而在圖14B的情況下，該角度為70°。因此，當(dāng)發(fā)光模塊使用設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的共形涂覆層240的倒裝片型發(fā)光二極管芯片210制造時(shí)，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)光模塊相比，該發(fā)光模塊可以使光更寬且均勻地?cái)U(kuò)散。
[0136]圖15A到圖15C是用于描述根據(jù)透鏡的下表面的不同的傾斜度的發(fā)光方向的示意圖。
[0137]模擬從發(fā)光元件200a的側(cè)表面的下部相對于透鏡的下表面的平坦表面310a以0°到3°內(nèi)的角度發(fā)射的光束并計(jì)算從透鏡300a發(fā)射的光與透鏡的下表面的平坦表面310a之間的角度Y ο
[0138]在圖15A的情況下，傾斜角β為大約4°，從透鏡300a發(fā)射的光束的角度Y為9°。因此，相對于透鏡的中心軸的發(fā)光角度90-Y為81°。
[0139]同時(shí)，在圖15B的情況下，傾斜角β為大約9.5°，從透鏡300a發(fā)射的光束的角度Y為24°。因此，相對于透鏡的中心軸的發(fā)光角度90-Y為66°。
[0140]同時(shí)，在圖15C的情況下，傾斜角β為大約23°，從透鏡300a發(fā)射的光束在透鏡300a內(nèi)部全反射，從而在透鏡300a的相對側(cè)處的側(cè)表面射出。在這種情況下，角度Y為39°。因此，相對于透鏡的中心軸的發(fā)光角度90-Y為51°。
[0141]通過以若干角度執(zhí)行模擬，計(jì)算出根據(jù)透鏡的下表面的傾斜表面的各種傾斜角β的光束角度Y，由圖16Α的曲線圖來表示，并且圖16Α的曲線圖的角度被轉(zhuǎn)化成為發(fā)光角度90- Y ,由16Β來表不。
[0142]參照圖16Α或圖16Β，隨著傾斜角β增加，角度Y逐漸增加，并且當(dāng)角度β超過大約20°時(shí)，如圖15C中所示出的，可以認(rèn)識到的是，在透鏡內(nèi)部發(fā)生光的全內(nèi)反射。同時(shí)，在傾斜角β小于5°的情況下，隨著傾斜角β增加，角度Y平滑地增加，但是在傾斜角β等于或大于5°的情況下，角度Y相對迅速地增加，并且在傾斜角β等于或大于15°的情況下，角度Y幾乎聚合成直線。
[0143]根據(jù)上述模擬結(jié)果，當(dāng)傾斜角β超過20°時(shí)，由于在透鏡300a內(nèi)部發(fā)生全內(nèi)反射，因此發(fā)生光損失，并且由于發(fā)光角度90-Y具有小于70°的值，因此光聚集在透鏡的中心軸附近，從而阻礙實(shí)現(xiàn)均勻的光。
[0144]同時(shí)，當(dāng)傾斜角β的范圍為大約10°到大約20°時(shí)，光束沒有全內(nèi)反射而通過透鏡的側(cè)部發(fā)射到外部，但是由于發(fā)光角度90-Y具有小于70°的值，因此光聚集在透鏡的中心軸附近，從而阻礙實(shí)現(xiàn)均勻的光。
[0145]另一方面，當(dāng)傾斜角β小于10°時(shí)，由于發(fā)光角度90-Y基本超過70°，因此光可以被寬地?cái)U(kuò)散，由此優(yōu)選的是，傾斜角β小于10°。
[0146]同時(shí)，在應(yīng)用了如上所述的涂覆有波長轉(zhuǎn)換層240的發(fā)光二極管芯片210的發(fā)光元件的情況下，由于波長轉(zhuǎn)換層240的厚度、波長轉(zhuǎn)換層240內(nèi)的磷光體分布、從發(fā)光二極管芯片210發(fā)射的光的分布等導(dǎo)致在發(fā)光元件200a的空間顏色分布方面顏色偏差嚴(yán)重。
[0147]圖17是示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光元件200a的光譜的曲線圖。
[0148]參照圖17，可以觀察到發(fā)光二極管芯片210的藍(lán)光和磷光體的黃光的混合光譜。藍(lán)光具有大約450nm的峰值波長，黃光具有從綠色區(qū)域到紅色區(qū)域的寬的光譜分布。
[0149]圖18是分別示出根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的發(fā)光元件200a的藍(lán)光和黃光的光的方向分布的曲線圖。使用藍(lán)光濾光器和黃光濾光器過濾從發(fā)光二極管芯片210發(fā)射的光，以測量每種光的光的方向分布。使用藍(lán)色濾光器使400nm到500nm的光透射來測量藍(lán)光的光的方向分布，使用黃色濾光器使500nm到800nm的光透射來測量黃光的光的方向分布。
[0150]參照圖18，藍(lán)光的光分布B以及黃光的光分布Y在0°的束擴(kuò)展角附近彼此相似，但是在等于或大于15°的束擴(kuò)展角下，出現(xiàn)光分布的差異，由此出現(xiàn)嚴(yán)重的空間顏色偏差。
[0151]當(dāng)將光擴(kuò)散透鏡應(yīng)用于發(fā)光元件時(shí)，需要可以減小空間顏色偏差的措施。在下文中，將描述用于使空間顏色偏差最小化的透鏡。
[0152]圖19是用于描述根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的透鏡600的剖視圖，圖20是透鏡600的光入射表面630的局部放大視圖，圖21是透鏡600的上表面650的局部放大視圖。
[0153]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的透鏡與參照圖2A到圖2D描述的透鏡300a基本相似，但是與透鏡300a的不同之處在于，它包括凹部的光入射表面630、上表面的凹表面650a和凸表面650b以及多個(gè)段630al至630an、650al至650an以及650bl至650bn。在下文中，將省略對與參照圖2A到圖2D描述的透鏡300a重疊的內(nèi)容的描述，并且將描述多個(gè)段630al 至 630an、650al 至 650an 以及 650bl 至 650bn。
[0154]首先參照圖19和圖20，多個(gè)段630al至630an中的相鄰的段可以具有不同的曲率。具有不同曲率的段連續(xù)地連接，以構(gòu)成光入射表面的側(cè)表面630a。
[0155]如圖20中所示，多個(gè)段630al至630an可以包括在高度方向上彼此連接的第一段630a (η-k-l)、第二段 630a (n-k)和第二段 630a (η-k+l)。第二段 630a (n-k)的曲率與第一段630a(n-k-l)和第三段630a (n_k+l)的曲率不同。此外，第一段630a (n-k-l)的曲率可以與第三段630a(n-k+l)的曲率不同或者可以等于第三段630a(n_k+l)的曲率。
[0156]同時(shí)，第一段630a(n-k-l)、第二段 630a(n-k)和第三段 630a(η-k+l)的高度 al、a2和a3分別等于或大于I μ m并且小于發(fā)光元件200a的寬度。當(dāng)每個(gè)段的高度小于I μ m時(shí)，透射過每個(gè)段的光的干涉或衍射現(xiàn)象嚴(yán)重，由此高度小于I μ m是不可取的。此外，當(dāng)每個(gè)段的高度過度大時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)期望的效果。
[0157]第一段630a (n-k-l)、第二段 630a (n_k)和第三段 630a (η-k+l)的高度 al、a2 和a3分別可以相同或者彼此不同。此外，多個(gè)段630al至630an的所有的豎直方向的高度等于或大于I μ m并且可以小于發(fā)光元件200a的寬度。通過使相鄰的段的曲率不同，可以根據(jù)波長對入射在光入射表面630上的光的進(jìn)行分色。
[0158]具體地說，考慮到對于發(fā)光二極管芯片210的每種光譜的光的方向分布，多個(gè)段可以設(shè)置在距中心軸15°或更大角度的區(qū)域中。即，多個(gè)段不設(shè)置在距中心軸小于15°的區(qū)域中。
[0159]同時(shí)，如圖20所不，第一段630a(n-k_l)、第二段630a (η-k)和第二段630a (η-k+l)可以連續(xù)地彼此連接，使得具有單一曲率的虛擬參考表面630r穿過第一段630a (n-k-l)、第二段630a (n-k)和第三段630a (n_k+l)。具有單一曲率的虛擬參考表面630r可以是圖2A中的光入射表面330的側(cè)表面330a。此外,第一段630a (n_k_l)、第二段630a(n-k)和第三段630a(n_k+l)上的每個(gè)點(diǎn)與虛擬參考表面630r之間的距離可以不超過10 μ m,優(yōu)選為大約5 μ m。
[0160]參照圖19和圖21，多個(gè)段650bl至650bn中的相鄰的段可以具有不同的曲率。具有不同曲率的段可以連續(xù)地連接，以構(gòu)成凸表面650b。
[0161]如圖21中所示，多個(gè)段650bl至650bn包括在高度方向上彼此連接的第一段650b (n-k-l)、第二段 650b (n-k)和第三段 650b (n_k+l)。第二段 650b (n_k)的曲率與第一段650b(n-k-l)和第三段650b (η-k+l)的曲率不同。此外，第一段650b (n_k_l)的曲率可以與第三段650b (η-k+l)的曲率不同，或者可以等于第三段650b(n-k+l)的曲率。
[0162]同時(shí)，第一段650b (n-k-l)、第二段 650b (n-k)和第三段 650b (η-k+l)的高度 bl、b2和b3分別等于或大于I μ m并且小于發(fā)光元件200a的寬度。當(dāng)每個(gè)段的高度小于I μ m時(shí)，透射過每個(gè)段的光的干涉或衍射現(xiàn)象嚴(yán)重，由此高度小于I μ m是不可取的。此外，當(dāng)每個(gè)段的高度過度大時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)期望的效果。
[0163]同時(shí)，第一段650b (n-k-l)、第二段 650b (n-k)和第三段 650b (η-k+l)的高度 bl、b2和b3分別可以相同或者彼此不同。此外，多個(gè)段650bI至650bn的所有的豎直方向的高度等于或大于Iym并且可以小于發(fā)光元件200a的寬度。通過使相鄰的段的曲率不同，可以根據(jù)波長對從凸表面650b發(fā)射的光進(jìn)行分色。
[0164]同時(shí)，如圖21中所不，第一段650b (n-k-l)、第二段650b (n-k)和第三段650b (η-k+l)可以連續(xù)地彼此連接，使得具有單一曲率的虛擬參考表面650r穿過第一段650b (n-k-l)、第二段650b (n-k)和第三段650b (n_k+l)。具有單一曲率的虛擬參考表面650r可以是圖2A中的凸表面350b的一部分。此外，第一段650b (n-k-l)、第二段650b (n-k)和第三段650b (η-k+l)上的每個(gè)點(diǎn)與虛擬參考表面6501■之間的距離可以不超過ΙΟμπι，優(yōu)選為大約5 μ m。
[0165]上表面650的凹表面650a還可以包括多個(gè)段650al至650an,并且這些段650al至650an可以包括根據(jù)上述方法的第一段、第二段和第三段。多個(gè)段650al至650an可以通過與多個(gè)段650bl至650bn的方法相似的方法構(gòu)成，并且將省略對其的詳細(xì)描述以避免重復(fù)的描述。然而，多個(gè)段650al至650an的高度分別可以比多個(gè)段650bl至650bn的高度小。
[0166]然而，多個(gè)段可以考慮對于發(fā)光兀件200a的每種光譜的光的方向分布(參照圖19)來設(shè)置。因此，多個(gè)段需要被設(shè)置在距中心軸15°或更大角度的區(qū)域中，并且相對少量的段可以設(shè)置在距中心軸小于15°的區(qū)域中。
[0167]圖22是用于描述由圖19的透鏡實(shí)現(xiàn)的光的顏色分布的示意圖。
[0168]參照圖22，通過透鏡600發(fā)出的光被分成為例如暗的藍(lán)色區(qū)域B和暗的黃色區(qū)域Y。由于光入射表面630和上表面650具有關(guān)于中心軸旋轉(zhuǎn)體對稱的形狀，因此區(qū)域B和Y中的每個(gè)可以以環(huán)形形狀表示。
[0169]由于透鏡600的光入射表面630和上表面650可以被分成為密集的段，因此通過透鏡600發(fā)射光可以被分成為更多個(gè)區(qū)域B和Y。
[0170]圖23A和圖23B是用于描述根據(jù)是否形成多個(gè)段的光的空間分布的模擬圖，其中，圖23A示出在不存在多個(gè)段的情況下的光的空間分布，圖23B示出依賴于多個(gè)段的形成的光的空間分布。
[0171]為了找出對于通過透鏡發(fā)射的光的每種光譜的空間分布，將藍(lán)光和綠光單獨(dú)入射到基于光入射表面的距中心軸20°或更小角度的區(qū)域i中以及距中心軸30°到50°的區(qū)域ii中，以模擬透射出透鏡的光的顏色分布。
[0172]如圖23A中所示，當(dāng)不形成多個(gè)段時(shí)，入射到區(qū)域i中的光很好地混合，但是入射到該區(qū)域中的光中的綠光擴(kuò)散的不好，并且入射到區(qū)域ii中的光集中分布在窄的空間中。綠光的集中現(xiàn)象產(chǎn)生顏色偏差。
[0173]同時(shí)，如圖23B中所示，當(dāng)形成多個(gè)段時(shí)，可以認(rèn)識到的是，入射到區(qū)域i和ii中的光很好地混合并且擴(kuò)散得寬。因此，當(dāng)入射到光入射表面的整個(gè)區(qū)域中時(shí)，藍(lán)光和綠光擴(kuò)散得寬，由此可以很好地進(jìn)行顏色混合。
[0174]圖24A和圖24B是示出實(shí)際實(shí)現(xiàn)的光的顏色分布的圖片，其中，圖24B是圖24A的一部分的放大圖片。通過拍攝照射到與透鏡隔開大約25_的擴(kuò)散板的光的圖像而獲得光的顏色分布。
[0175]如圖24A和圖24B所示，當(dāng)應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的透鏡時(shí)，可以看出的是，通過將從發(fā)光二極管芯片210發(fā)射的藍(lán)光和從波長轉(zhuǎn)換層240發(fā)射的黃光的分色，暗的藍(lán)色區(qū)域B以及暗的黃色區(qū)域Y重復(fù)呈環(huán)形的形狀。
[0176]圖25是用于描述多個(gè)發(fā)光元件均與圖19中描述的透鏡結(jié)合的發(fā)光模塊的顏色分布的圖片。通過拍攝照射到與透鏡隔開大約25_的擴(kuò)散板的光的圖像而獲得發(fā)光模塊的顏色分布。
[0177]參照圖25，可以確定的是，從發(fā)光模塊發(fā)射的光在寬的區(qū)域上表現(xiàn)出均勻的顏色分布。即，暗的藍(lán)色區(qū)域B和暗的黃色區(qū)域Y被分成多個(gè)密集區(qū)域，以在整個(gè)發(fā)光模塊中與這些區(qū)域彼此疊置，由此實(shí)現(xiàn)均勻的顏色分布。
[0178]在上文中，雖然描述了各種示例性實(shí)施例，但是本發(fā)明不限于具體的示例性實(shí)施例。此外，在具體的示例性實(shí)施例中描述的組件可以被同樣地或者類似地被應(yīng)用于其它示例性實(shí)施例，除非它們偏離了本發(fā)明的精神。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光模塊，所述發(fā)光模塊包括: 電路板； 發(fā)光元件，發(fā)光元件包括發(fā)光二極管芯片和涂覆在發(fā)光二極管芯片上的波長轉(zhuǎn)換層，發(fā)光元件安裝在電路板上；以及 透鏡，使從發(fā)光元件發(fā)射的光擴(kuò)散， 其中，透鏡包括凹部和上表面，凹部限定光入射在其上的光入射表面，入射在透鏡上的光通過上表面射出， 凹部的光入射表面以及上表面中的至少一者包括位于距中心軸15°或更大角度的位置處并且在高度方向上順序連接的多個(gè)段。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光模塊，其中，所述多個(gè)段中的相鄰的段具有不同的曲率。
3.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光模塊，其中，所述多個(gè)段包括順序連接的第一段、第二段和第三段，第一段、第二段和第三段的豎直方向的高度等于或大于Iym并且小于發(fā)光元件的覽度。
4.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光模塊，其中，所述多個(gè)段中每者的豎直方向的高度等于或大于I μ m并且小于發(fā)光元件的寬度。
5.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光模塊，其中，透鏡的凹部和上表面具有相對于中心軸的旋轉(zhuǎn)體對稱的形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光模塊，其中，發(fā)光二極管芯片是倒裝結(jié)合到電路板的倒裝片型發(fā)光二極管芯片，發(fā)光元件設(shè)置在透鏡的凹部內(nèi)。
7.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光模塊，其中，透鏡的凹部的入口的寬度比發(fā)光元件的寬度大并且比發(fā)光元件的寬度的三倍小。
8.如權(quán)利要求3所述的發(fā)光模塊，其中，具有單一曲率的虛擬參考面分別穿過第一段、第二段和第三段。
9.如權(quán)利要求8所述的發(fā)光模塊，其中，第一段、第二段和第三段上的點(diǎn)與具有單一曲率的虛擬參考面之間的距離為10 μ m。
10.如權(quán)利要求1所述的發(fā)光模塊，其中，上表面具有寬度向上變窄的凸表面以及寬度向上變寬的凹表面，凹表面位于比凸表面更靠近中心軸的位置。
11.如權(quán)利要求10所述的發(fā)光模塊，其中，上表面的凹表面包括多個(gè)段，凹表面的段的高度比凸表面的段的高度低。
12.—種使從發(fā)光元件發(fā)射的光擴(kuò)散的透鏡，所述透鏡包括: 凹部，限定光入射在其上的光入射表面；以及 上表面，入射在透鏡上的光通過上表面射出， 凹部的光入射表面以及上表面中的至少一者包括位于距中心軸15°或更大角度的位置處并且在高度方向上順序連接的多個(gè)段。
13.如權(quán)利要求12所述的透鏡，其中，所述多個(gè)段中相鄰的段具有不同的曲率。
14.如權(quán)利要求12所述的透鏡，其中，所述多個(gè)段包括順序連接的第一段、第二段和第三段，第一段、第二段和第三段的豎直方向的高度等于或大于Iym并且小于發(fā)光兀件的寬度。
15.如權(quán)利要求14所述的透鏡，其中，所述多個(gè)段中每者的豎直方向的高度等于或大于I μ m并且小于發(fā)光元件的寬度。
16.如權(quán)利要求12所述的透鏡，其中，透鏡具有相對于中心軸的旋轉(zhuǎn)體對稱的形狀。
17.如權(quán)利要求12所述的透鏡，其中，透鏡的光入射表面包括上端表面和從上端表面連接到凹部的入口的側(cè)表面，凹部具有從入口到上端表面向上變窄的寬度的形狀，上端表面是平坦表面。
18.如權(quán)利要求12所述的透鏡，所述透鏡還包括: 下表面，包括圍繞凹部的平坦表面和圍繞平坦表面的傾斜表面。
19.如權(quán)利要求12所述的透鏡，其中，上表面具有寬度向上變窄的凸表面和寬度向上變寬的凹表面，凹表面位于比凸表面更靠近中心軸的位置。
20.如權(quán)利要求19所述的透鏡，其中，上表面的凹表面包括多個(gè)段，凹表面的段的高度比凸表面的段的高度低。
21.如權(quán)利要求14所述的透鏡，其中，具有單一曲率的虛擬參考表面分別穿過第一段、第二段和第二段。
22.如權(quán)利要求21所述的透鏡，其中，第一段、第二段和第三段上的點(diǎn)與具有單一曲率的虛擬參考面之間的距離為10 μ m。
【文檔編號】H01L33/58GK104425692SQ201410425067
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】金恩株, 南基范 申請人:首爾半導(dǎo)體株式會(huì)社