CN104040740B - 发光模块和透镜 - Google Patents

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Abstract

提供了一种包括透镜的发光模块。所述发光模块包括发光二极管芯片和透镜。根据实施例的透镜包括：下表面，具有凹入部分；上表面，入射到凹入部分上的光从上表面出射。所述透镜的上表面包括沿着上表面的中心轴设置的凹面。所述下表面的凹入部分包括垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面。垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面设置在比凹入部分的入口区域更窄的区域内。

Description

发光模块和透镜
技术领域
本发明涉及一种发光模块，更具体地说，涉及一种包括用作液晶显示器的面照明装置或背光源的透镜的发光模块。
背景技术
存在用于从背后照亮液晶显示器的侧光式背光源(edge-type backlight)和直下式背光源(direct-type backlight)。对于侧光式背光源，发光二极管(LED)布置在导光板的一侧，通过利用导光板使从光源入射的光从背后照亮液晶面板。侧光式背光源可减少LED的数量，并且不需要LED之间的高水平的质量偏差。因此，侧光式背光源成本合理，并且有利于低功耗产品的发展。然而，侧光式背光源几乎不能克服液晶显示器的边缘部分和中心部分之间的对比度的差异，并且在实现高的图像质量方面具有限制。
另一方面，对于直下式背光源，多个LED按照恒定的间隔布置在液晶面板的正下方，并且来自LED的光从背后照亮液晶面板。直下式背光源具有能够克服液晶显示面板的边缘部分和中心部分之间的对比度的差异并能够实现高的图像质量的优点。
然而，在直下式背光源的情况下，如果各个LED不能均匀地从背后照亮相对大的区域，则需要密集地布置较大数量的LED，导致功耗的增加。另外，如果LED具有质量偏差，则液晶面板被不均匀地从背后照亮，使得难以确保屏幕的均匀质量。
为了减少所使用的LED的数量，可使用通过在每个LED中布置透镜而将光分散的技术。然而，即使在LED和透镜之间的对准发生轻微的变化也会导致通过透镜所发出的光的分布的显著变化，从而更加难以均匀地从背后照亮液晶面板。
另外，如图1中所示，当应用了具有盘形的光定向图案(light orientationpattern)LP的透镜时，可形成相邻的光束彼此交叉的明亮部分WP以及光很少照射到的黑暗部分BP。
可以通过减少朝向明亮部分WP行进的光通量来控制明亮部分WP，同时基于光定向图案LP的视角来调节亮度。另一方面，可通过增大光定向图案LP的尺寸或者减小LED之间的间隙来控制黑暗部分BP。然而，如果朝向明亮部分WP行进的光通量减少以消除明亮部分WP，则黑暗部分BP会更加黑暗；相反地，如果光定向图案LP的尺寸增加或者LED之间的间隙减小以消除黑暗部分BP，则明亮部分WP变得更宽广和更明亮。换句话说，难以消除明亮部分WP和黑暗部分BP两者。
发明内容
技术问题
本发明的一方面在于提出一种用于分散光的透镜和一种包括该透镜的发光模块，更具体地说，提出一种适合于面光源或直下式背光源的发光模块和透镜。
本发明的另一方面在于提出一种用于分散光的透镜和一种包括该透镜的发光模块，更具体地说，提出一种透镜和一种能够增大LED与透镜之间的对准容差和发光模块。
本发明的另一方面在于提出一种在利用多个LED的光源中能够在整个大的区域发出均匀光的发光模块和透镜。
本发明的另一方面在于提出一种容易制造的透镜和发光模块。
解决技术问题的技术方案
根据本发明的一方面，一种发光模块包括：发光二极管芯片；透镜，用于将从发光二极管芯片发出的光的光通量分散。所述透镜包括：下表面，具有凹入部分，从发光二极管芯片发出的光入射到凹入部分上；上表面，入射到凹入部分上的光从上表面出射。上表面包括沿着上表面的中心轴设置的凹面。下表面的凹入部分包括垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面。垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面设置在比凹入部分的入口区域更窄的区域内。
所述透镜的上表面和凹入部分可关于穿过中心轴的表面镜面对称。所述透镜的上表面和凹入部分可关于中心轴具有回转体形状。
所述透镜的上表面可包括从所述凹面连续延伸的凸面。
在一些实施例中，在所述下表面的凹入部分内的垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面上可形成光散射图案，并且在比所述至少一个表面更靠近所述中心轴的表面上可形成光散射图案。光散射图案可形成有不平坦的图案，并且还可将从发光二极管发出的光分散到中心轴附近。
还可以在所述上表面的凹面上形成光散射图案。
在一些实施例中，在所述下表面的凹入部分内的垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面上还可形成具有与透镜的折射率不同的折射率的材料层，并且还可在比所述至少一个表面更靠近所述中心轴的表面上形成所述材料层。
还可以在所述上表面的凹面上形成具有与透镜的折射率不同的折射率的材料层。
垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面被限制地设置在比由上表面的凹面和凸面彼此相遇形成的拐点曲线包围的区域更窄的区域内。垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面被限制地设置在比发光装置的光出射表面区域更窄的区域内。
所述透镜还可包括连接上表面和下表面的凸缘，并且所述凹入部分内的垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面设置在所述凸缘上方。
在一些实施例中，所述发光模块还可包括发光装置，其中，所述发光装置包括：发光二极管芯片；壳体，发光二极管芯片安装在壳体中；波长转换层，用于转换从发光二极管芯片发出的光的波长。波长转换层可与透镜的凹入部分分开并设置在透镜下方。
所述发光模块还可包括印刷电路板，所述发光装置安装在印刷电路板中，所述透镜可安放在印刷电路板上。例如，所述透镜可具有支腿，所述透镜的支腿可安放在印刷电路板上。
在发光装置和凹入部分之间可存在气隙。
因此，入射到凹入部分上的光可从凹入部分的表面首次折射。
根据本发明的另一方面，一种发光模块包括：发光二极管芯片；透镜，用于将从发光二极管芯片发出的光的光通量分散。所述透镜包括：下表面，具有凹入部分，从发光二极管芯片发出的光入射到凹入部分上；上表面，入射到凹入部分上的光从上表面出射。所述凹入部分的入口区域具有沿着单个轴方向拉长的形状。
所述凹入部分的入口区域可具有各种形状。例如，所述凹入部分的入口区域可具有矩形形状、椭圆形形状或带有圆角的矩形形状。
所述凹入部分沿着单个轴方向的截面形状可以是所述凹入部分关于中心轴对称且侧表面为直线的梯形形状，或者所述凹入部分沿着单个轴方向的截面形状是侧表面为曲线的梯形形状。另外，所述凹入部分沿着垂直于所述单个轴方向的方向的截面形状可以是所述凹入部分关于中心轴对称且侧表面为直线的梯形形状，或者所述凹入部分沿着垂直于所述单个轴方向的方向的截面形状可以是侧表面为曲线的梯形形状。
所述透镜的上部可具有回转对称，但不限于此。所述透镜的上部可具有沿着垂直于所述单个轴方向的方向拉长的形状。，所述上表面可具有两个半球形彼此重叠的形状。
在一些实施例中，所述上表面可包括沿着上表面的中心轴设置的凹面。下表面的凹入部分可包括垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面。垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面可设置在比凹入部分的入口区域更窄的区域中。
所述透镜的上表面和凹入部分可关于穿过中心轴的表面镜面对称。
所述透镜的上表面可包括从所述凹面连续延伸的凸面。
在一些实施例中，在所述下表面的凹入部分内的垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面上可形成光散射图案，并且在比所述至少一个表面更靠近所述中心轴的表面上可形成光散射图案。光散射图案可形成有不平坦的图案，并且可进一步将从发光二极管发出的光分散到中心轴附近。
在所述上表面的凹面上还可形成光散射图案。
所述透镜还可包括连接上表面和下表面的凸缘。所述凹入部分内的垂直于所述中心轴的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面可设置在所述凸缘上方。
在一些实施例中，所述发光模块还可包括发光装置，其中，所述发光装置包括：发光二极管芯片；壳体，发光二极管芯片安装在壳体中；波长转换层，用于转换从发光二极管芯片发出的光的波长。所述波长转换层可与透镜的凹入部分分开并可设置在透镜下方。
所述发光模块还可包括印刷电路板，所述发光装置安装在印刷电路板中，其中，所述透镜安放在印刷电路板上。例如，所述透镜可包括支腿，并且所述支腿可安放在印刷电路板上。
在发光装置和凹入部分之间可存在气隙。
因此，入射到凹入部分上的光可从凹入部分的表面首次折射。
本发明的有益效果
根据本发明的实施例，由于首次折射发生在透镜的凹入部分中，二级折射发生在透镜的上表面中，所以所述透镜可将光广阔地分散。另外，由于透镜的凹入部分的上端被形成为包括平坦的表面或凸出的表面(而不是凹入的表面)的形状，所以可增加LED芯片或发光装置与透镜之间的对准容差。另外，由于可减小光定向分布特性随着透镜的凹入部分的上端的形状的变化，因此透镜制造处理裕度增加，使制造透镜变得容易。
另外，由于透镜的凹入部分的入口区域(光入射到入口区域上)具有拉长的形状，因此光可沿着短轴方向被广阔地分散，从而实现了拉长的光定向图案。因此，通过设置多个LED芯片以及在每个LED芯片上设置透镜，光通量可通过拉长的光图案均匀地分布到大的区域，从而实现了均匀的面光源。
附图说明
图1是用于描绘根据现有技术的面光源的光图案的视图。
图2是用于描绘根据本发明的实施例的发光模块的示意性的截面图。
图3是用于描绘发光装置的示意性的透视图。
图4是用于描绘透镜的各种修改的截面图。
图5是用于描绘根据本发明的另一实施例的发光模块的透镜的截面图。
图6是用于描绘在仿真中所使用的发光模块的尺寸的截面图。
图7是用于描绘图6中的透镜的形状的图形。
图8是示出图6中的透镜的光束行进方向的视图。
图9是示出照度分布(illuminance distribution)的曲线图。具体地，图9中的(a)示出了发光装置的照度分布，图9中的(b)示出了使用透镜的发光模块的照度分布。
图10是示出了光定向分布(light orientation distribution)的曲线图。具体地，图10中的(a)示出了发光装置的光定向分布，图10中的(b)示出了使用透镜的发光模块的光定向分布。
图11是用于描绘根据本发明的其它实施例的面光源的光图案的视图。
图12是根据本发明的实施例的发光模块的示意性的透视图。
图13是图12中的发光模块沿着X轴和Y轴截取的剖视图。
图14是用于描绘透镜的凹入部分的各种形状的平面图。
图15和图16是用于描绘透镜的凹入部分的各种形状的截面图。
图17是用于描绘根据本发明的发光模块的光定向分布的曲线图。
图18是用于描绘根据本发明的另一实施例的透镜的透视图和截面图。
图19是用于描绘根据本发明的实施例的包括多个发光装置的发光模块的截面图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为受限于在此阐述的实施例。更确切地说，提供这些实施例以使本公开将是彻底的和完整的，并将本公开的范围充分地传达给本领域的技术人员。在整个公开中，将始终使用相同的标号指示相同的元件。
图2是用于描绘根据本发明的实施例的发光模块的示意性的截面图，图3是用于描绘在所述发光模块中使用的发光装置的透视图。
参照图2，所述发光模块包括印刷电路板(PCB)10、发光装置20和透镜30。尽管部分地示出了PCB 10，但是多个发光装置20可以以矩阵形式、蜂窝形式等多样地布置在单个PCB10上。
PCB 10在其上表面上包括导电的焊盘图案(land pattern)，所述焊盘图案结合到发光装置20的端子。另外，PCB 10在其上表面上可包括反射薄膜。PCB 10可以是基于具有优良的导热性的金属的金属基PCB(MCPCB)。另外，PCB 10可以基于绝缘基底材料(诸如FR4)。尽管未示出，但是可在PCB 10下方设置散热器(heat sink)，以消散从发光装置20产生的热。
如图3中所示，发光装置20包括壳体21、安装在壳体21上的LED芯片23以及覆盖LED芯片23的波长转换层25。发光装置20还包括由壳体21支撑的引线端子(未示出)。
可通过对塑料树脂(诸如PA或PPA)进行注射成型来形成构成封装体的壳体21。在这种情况下，壳体21可以通过注射成型工艺在支撑引线端子的状态下被成型，并且壳体21可具有空腔21a，空腔21a允许LED芯片23安装到其中。空腔21a限定了发光装置20的光出射区域。
引线端子被设置为在壳体21内部彼此分开，并且延伸到壳体21的外部，使得引线端子结合到PCB 10上的焊盘图案。
LED芯片23安装在空腔21a的底部上并电连接到引线端子。LED芯片23可以是发出紫外光或蓝光的氮化镓基LED。
同时，波长转换层25覆盖LED芯片23。在实施例中，在安装了LED芯片23之后，可通过使用包含磷光体的成型树脂(molding resin)填充空腔21a来形成波长转换层25。在这种情况下，填充壳体21的空腔21a的波长转换层25的上表面可以是基本平坦或者凸出的。另外，还可以在波长转换层25上形成具有透镜形状的成型树脂。
在另一个实施例中，其上形成有保形磷光体涂层(conformal phosphor coatinglayer)的LED芯片23可安装在壳体21上。换句话说，可在LED芯片23上涂敷保形磷光体涂层，并且包括保形磷光体涂层的LED芯片23可安装在壳体21上。包括保形磷光体涂层的LED芯片23可通过透明树脂而成型。另外，成型树脂可具有透镜形状，因此，成型树脂可用作初级透镜(primary lens)。
波长转换层25可转换从LED芯片23发出的光的波长，以实现混合色光(例如，白光)。
发光装置20被设计为具有镜面对称的光定向分布，具体地，发光装置20可被设计为具有旋转对称的光定向分布。在这种情况下，发光装置20的指向光定向分布的中心的轴被定义为光轴L。即，发光装置20被设计为具有关于光轴L两侧对称的光定向分布。通常，壳体21的空腔21a可被形成为具有镜面对称，光轴L可被定义为穿过空腔21a的中心的直线。
返回参照图2，透镜30包括下表面31和上表面35，并且透镜30还可包括凸缘37和支腿39。下表面31包括凹入部分31a，并且上表面35包括凹面35a和凸面35b。
下表面31形成有大致盘形的平坦表面，并且凹入部分31a设置在下表面31的中心部分。下表面31可以不是平坦的，并且可形成有各种不平坦的图案。
同时，凹入部分31a的内表面可具有侧表面33a和上端表面33b。上端表面33b垂直于中心轴C，侧表面33a从上端表面33b连续延伸到凹入部分31a的入口。当中心轴C对准为与发光装置20的光轴L一致时，中心轴C被定义为透镜30的中心轴(作为从透镜30发出的光定向分布的中心)。
凹入部分31a可以被形成为使得宽度从其入口处向上逐渐变窄的形状。即，随着侧表面33a从入口行进到上端表面33b，侧表面33a变得更靠近中心轴C。因此，上端表面33b的区域可被形成为比入口相对更小。在上端表面33b附近，侧表面33a可具有相对平缓的坡度。
上端表面33b的区域被限制为比凹入部分31a的入口区域更窄的区域。另外，上端表面33b的区域可被限制为比由上表面35的凹面35a和凸面35b形成的拐点曲线(inflection line)包围的区域更窄的区域。另外，上端表面33b的区域可被限制为位于比发光装置20的空腔21a的区域(即，光出射区域)更窄的区域中。
当发光装置20的光轴L和透镜30的中心轴C未对准时，上端表面33b的区域减小了穿过透镜30的上表面35发出的光定向分布的变化。因此，考虑到发光装置20和透镜30之间的对准误差，可使上端表面33b的区域最小化。
同时，透镜30的上表面35包括凹面35a和关于中心轴C从凹面35a连续延伸的凸面35b。凹面35a和凸面35b彼此相遇的线是拐点曲线。凹面35a以相对大的角度折射从透镜30的中心轴C附近发出的光，以在中心轴C附近将光分散。另外，凸面35b增加了从中心轴C向外发出的光的量。
上表面35和凹入部分31a关于中心轴C对称。例如，上表面35和凹入部分31a关于穿过中心轴C的表面镜面对称，或者上表面35和凹入部分31a可具有关于中心轴C的回转体形状。另外，凹入部分31a和上表面35可根据需要的光定向分布具有各种形状。
同时，凸缘37连接上表面35与下表面31，并限制透镜30的外尺寸。在凸缘37的侧表面和下表面31上可形成不平坦的图案。同时，透镜30的支腿39连接到PCB 10，以支撑下表面31，使得下表面31与PCB 10分开。例如，可这样执行所述连接：每个支腿39的前端通过粘合剂附着到PCB 10，或者每个支腿39插入形成在PCB 10上的孔中。
透镜30被设置为与发光装置20分开。因此，在凹入部分31a中形成气隙。发光装置20的壳体21可设置在下表面31下方，发光装置20的波长转换层25可设置在下表面31下方并远离凹入部分31a。因此，可防止在凹入部分31a内行进的光由于壳体21或波长转换层25的吸收而导致的损耗。
根据本实施例，由于在凹入部分31a内形成垂直于中心轴C的表面，所以即使当发光装置20和透镜30之间出现对准误差时，也可减小从透镜30发出的光定向分布的变化。另外，由于在凹入部分31a中未形成相对尖锐的顶点，所以可容易地制造所述透镜。
图4是用于描绘透镜的各种修改的截面图。将描述图2中的凹入部分31a的各种修改。
在图4中的(a)中，垂直于如上参照图2描述的中心轴C的上端表面33b的一部分在中心轴C的附近形成向下凸出的表面。入射到中心轴C的附近的光可主要由所述凸出的表面控制。
图4中的(b)与图4中的(a)相似，但是不同于图4中的(a)的是：上端表面33b的垂直于中心轴C的表面被形成为向上凸出。由于上端表面33b混合地具有向上凸出的表面和向下凸出的表面，所以可减小由于发光装置20和透镜30之间的对准误差引起的光定向分布的变化。
在图4中的(c)中，垂直于如上参照图2描述的中心轴C的上端表面33b的一部分在中心轴C的附近形成向上凸出的表面。入射到中心轴C的附近的光可进一步地由所述凸出的表面控制。
图4中的(d)与图4中的(c)相似，但是不同于图4中的(a)的是：上端表面33b的垂直于中心轴C的表面被形成为向下凸出。由于上端表面33b混合地具有向上凸出的表面和向下凸出的表面，所以可减小由于发光装置20和透镜30之间的对准误差引起的光定向分布的变化。
图5是用于描绘根据本发明的另一实施例的发光模块的透镜的截面图。
参照图5中的(a)，可在上端表面33b上形成光散射图案33c。光散射图案33c可形成有不平坦的图案。另外，还可在凹面35a上形成光散射图案35c。光散射图案35c也可形成有不平坦的图案。
一般来说，相对大量的光通量集中在透镜30的中心轴C附近。另外，在本发明的实施例中，由于上端表面33b垂直于中心轴C，因此光通量可被进一步集中在中心轴C附近。因此，通过在上端表面33b和/或凹面35a上形成光散射图案33c和光散射图案35c，可分配中心轴C附近的光通量。
参照图5中的(b)，可在上端表面33b上设置具有与透镜30的折射率不同的折射率的材料层39a。材料层39a可具有比透镜的折射率更大的折射率，因此，可改变入射到上端表面33b上的光的路径。
另外，可在凹面35a上设置具有与透镜的折射率不同的折射率的材料层39b。材料层39b可具有比透镜的折射率更大的折射率，因此，穿过凹面35a发出的光的折射角可变得更大。
图5中的(a)中的光散射图案33c和35c以及图5中的(b)中的材料层39a和39b还可应用到图4中所示的各种透镜。
图6是示出了在仿真中所使用的发光模块的尺寸的截面图。在此将使用图2和图3中的标号。
发光装置20的空腔21a具有2.1mm的直径和0.6mm的高度。波长转换层25填充空腔21a并具有平坦的表面。同时，发光装置20和透镜30的下表面31之间的距离d是0.18mm，发光装置20和透镜30被设置为使得光轴L和中心轴C对准。
同时，透镜30的高度H是4.7mm，上表面35的宽度W1是15mm。凹面35a的宽度W2是4.3mm。设置在下表面31中的凹入部分31a的入口的宽度w1是2.3mm，上端表面33b的宽度w2是0.5mm，凹入部分31a的高度h是1.8mm。
图7是用于描绘图6中的透镜的形状的图形。图7中的(a)是用于描绘参考点P、距离R、入射角θ1和出射角θ5的截面图，图7中的(b)示出了距离R随着入射角θ1的变化。图7中的(c)示出了θ5/θ1随着入射角θ1的变化。同时，图8示出了当光束以3°的间隔从参考点P入射到透镜30时的光束行进方向。
参照图7中的(a),参考点P指示位于光轴L上的发光装置20的光出射点。参考点P可被近似确定为位于波长转换层25的外表面上，以排除由发光装置20中的磷光体对光进行散射等的影响。
同时，θ1是光从参考点P入射到透镜30的角度(即，入射角)，θ5是从透镜30的上表面35发出的光的角度(即，出射角)。同时，R是从参考点P到凹入部分31a的内表面的距离。
参照图7中的(b),由于凹入部分31a的上端表面33b垂直于中心轴C，因此随着θ1增大，R略微增大。在图7中的(b)的曲线图中放大的曲线显示了R的增大。同时，随着θ1在凹入部分31a的侧表面33a中增大，R减小并在凹入部分31a的入口附近略微增大。
参照图7中的(c),随着θ1增大，在凹面35a附近θ5/θ1急剧增大，并且在凸面35b附近缓慢地减小。在本实施例中，如图8中所示，在凹面35a与凸面35b相邻处附近发出的光的光通量可彼此重叠。即，被包括在从参考点P入射并且朝向凹面35a出射的光中的光的折射角可大于在拐点曲线附近朝向凸面35b出射的光的折射角。因此，通过控制凹面35a和凸面35b的形状，可减小中心轴C附近的光通量的集中度，同时允许凹入部分31a的上端表面33b具有平坦的形状。
图9是示出基于图6中的发光装置和透镜的照度分布的曲线图。具体地，图9中的(a)示出了发光装置的照度分布，图9中的(b)示出了使用透镜的发光模块的照度分布。通过入射在与发光装置隔开25mm的屏幕上的光的光通量密度的幅值来表示照度分布。
如图9中的(a)中所示，发光装置20具有关于光轴L两侧对称的照度分布，其中，光通量密度在中心处很高并且朝向周边部分急剧减小。当透镜30应用到发光装置20上时，在40mm的半径内可获得总体均匀的光通量密度(如图9中的(b)中所示)。
图10是示出了基于图6的发光装置和透镜的光定向分布的曲线图。具体地，图10中的(a)示出了发光装置的光定向分布，图10中的(b)示出了使用透镜的发光模块的光定向分布。光定向分布表示发光强度随着在与参考点P间隔5m的点处的视角而定，沿着互相垂直的方向的光定向分布在单个曲线图中彼此重叠。
如图10中的(a)中所示，从发光装置20中发出的光具有这样的趋势：在0°处(即，在中心处)发光强度是高的，随着视角增大，发光强度减小。相比之下，当应用透镜时，如图10中的(b)中所示，在视角0°处，发光强度相对较低，并且在70°左右，发光强度相对较高。
因此，可通过应用透镜30改变发光装置的在中心处较强的光定向分布，从而均匀地从背后照亮相对大的区域。
在不受限于液晶显示器的背光照明的情况下，根据本发明的实施例的发光模块和透镜还可应用于面照明装置。
图11是用于描绘根据本发明的另一实施例的面光源的光图案的视图。
参照图11，根据本发明的其它实施例，通过透镜发出的光定向图案LP具有拉长的形状。因此，可通过按照恒定的间隔设置光定向图案LP来实现明亮部分WP被拉长的光图案。
由于设置了拉长的光定向图案LP，因此可防止或者最小化如现有技术中那样的黑暗部分BP的形成，因此，在不考虑黑暗部分BP的情况下，可调整光通量分布以消除黑暗部分BP，从而容易地实现均匀的面光源。
图12是用于描绘根据本发明的实施例的发光模块的示意性的透视图。图13是图12中的发光模块的剖视图。具体地，图13中的(a)是沿着长轴(y)的方向截取的剖视图，图13中的(b)是沿着短轴(x)的方向截取的剖视图。
参照图12和图13，发光模块包括PCB 10、发光装置20和透镜30。尽管部分地示出了PCB 10，但是多个发光装置20可以以直线形式或者矩阵形式多样地布置在单个PCB 10上。
因为PCB 10与上面参照图2描述的PCB 10相同，所以将省略PCB 10的详细描述。因为发光装置20也与上面参照图3描述的发光装置20相同，所以将省略发光装置20的详细描述。如上参照图3所描述，波长转换层25可通过使用包含磷光体的成型树脂填充空腔21a而形成以覆盖LED芯片23，或者其上形成有保形磷光体涂层的LED芯片可安装在壳体21上。
已经描述了包括LED芯片23和壳体21的发光装置20安装在PCB 10上，但是LED芯片23可直接安装在PCB 10上，并且波长转换层25可覆盖PCB 10上的LED芯片23。
返回参照图13中的(a)和图13中的(b)，透镜30可包括下表面31和上表面35，并且透镜30还可包括凸缘37和支腿39。下表面31包括凹入部分31a，并且上表面35包括凹面35a和凸面35b。
下表面31形成有大致盘形的平坦表面，并且凹入部分31a设置在下表面31的中心部分。下表面31可以不是平坦的，并且可形成有各种不平坦的图案。
凹入部分31a是从发光装置20发出的光入射在透镜30上的部分。LED芯片23设置在凹入部分31a的中心部分的下方。凹入部分31a的入口区域具有拉长的形状。在附图中，凹入部分31a的入口区域沿着y轴方向拉长。在这种情况下，x轴是短轴方向，y轴是长轴方向。
凹入部分31a的入口区域可具有各种形状。例如，如图14中所示，凹入部分31a的入口区域可具有(a)矩形形状、(b)椭圆形形状、(c)具有圆角的矩形形状等。这里，凹入部分31a的入口区域沿着长轴方向的宽度表示为“a”，沿着短轴方向的宽度表示为“b”。
同时，随着凹入部分31a从入口区域到凹入部分31a的内部，凹入部分31a的宽度变窄。如图15中的(a)和图15中的(b)中所示，凹入部分31a的截面形状可以是具有两侧对称的梯形形状。图15中的(a)示出了凹入部分31a沿着长轴(y轴)方向截取的截面，图15中的(b)示出了凹入部分31a沿着短轴(x轴)方向截取的截面。
在图15中的(a)中，梯形的底边长度表示为a1，梯形的顶边长度表示为a2，从底边的中心穿过顶边的边缘的线关于中心轴的角度表示为α。这里，a2小于a1。同时，在图15中的(b)中，梯形的底边长度表示为b1，梯形的顶边长度表示为b2，从底边的中心穿过顶边的边缘的线关于中心轴的角度表示为β。这里，b2小于b1。在这种情形下，a2大于b2，因此，优选的是α大于β。
已经参照图15中的(a)和图15中的(b)描述了凹入部分31a的截面形状是侧表面为直线的梯形形状的情形，但是如图16中的(a)和图16中的(b)中所示，凹入部分31a的截面形状还可以是侧表面为曲线的梯形形状。
通过按照拉长的形状形成凹入部分31a的入口区域，可实现如图11中所示的拉长的光定向图案LP。
返回参照图13中的(a)和图13中的(b)，凹入部分31a的内表面可以具有侧表面33a和上端表面33b。上端表面33b垂直于中心轴C。侧表面33a从上端表面33b连续延伸到凹入部分31a的入口。当中心轴C被对准为与发光装置20的光轴L一致时，中心轴C被定义为从透镜30发出的光定向分布的中心。
如上所述，凹入部分31a可以被形成为使得宽度从其入口处向上逐渐变窄的形状。即，随着侧表面33a从入口行进到上端表面33b，侧表面33a变得更靠近中心轴C。因此，上端表面33b的区域可被形成为比入口相对更小。在上端表面33b附近，侧表面33a可具有相对平缓的坡度。
上端表面33b的区域被限制为比凹入部分31a的入口区域更窄的区域。具体地，上端表面33b沿着短轴(x轴)方向的宽度可被限制为比由上表面35的凹面35a和凸面35b形成的拐点曲线包围的区域更窄的区域。另外，上端表面33b沿着短轴(x轴)方向的宽度可被限制为位于比发光装置20的空腔21a的区域(即，光出射区域)更窄的区域。
当发光装置20的光轴L和透镜30的中心轴C未对准时，上端表面33b的区域减小了穿过透镜30的上表面35发出的光定向分布的变化。因此，考虑到发光装置20和透镜30之间的对准误差，可使上端表面33b的区域最小化。
同时，透镜30的上表面35包括凹面35a和关于中心轴C从凹面35a延续的凸面35b。凹面35a和凸面35b彼此相遇的线是拐点曲线。凹面35a以相对大的角度折射从透镜30的中心轴C附近发出的光，以在中心轴C附近将光分散。另外，凸面35b增加了从中心轴C向外发出的光的量。
上表面35和凹入部分31a关于沿着x轴和y轴穿过中心轴C的表面具有镜面对称。另外，上表面35可具有关于中心轴C的回转体形状。另外，凹入部分31a和上表面35可根据需要的光定向分布具有各种形状。
同时，凸缘37连接上表面35与下表面31，并限制透镜30的外尺寸。在凸缘37的侧表面和下表面31上可形成不平坦的图案。同时，透镜30的支腿39连接到PCB 10，以支撑下表面31，使得下表面31与PCB 10分开。例如，可这样执行所述连接：每个支腿39的前端通过粘合剂附着到PCB 10，或者每个支腿39插入形成在PCB 10上的孔中。
透镜30被设置为与发光装置20分开。因此，在凹入部分31a中形成气隙。发光装置20的壳体21可设置在下表面31下方，发光装置20的波长转换层25可设置在下表面31下方并远离凹入部分31a。因此，可防止在凹入部分31a内行进的光由于壳体21或波长转换层25的吸收而导致的损耗。
根据本实施例，由于凹入部分31a的入口区域被形成为具有拉长的形状，所以穿过透镜30发出的光定向图案可具有沿着短轴(x轴)方向拉长的形状。另外，由于在凹入部分31a内形成垂直于中心轴C的表面，所以即使当发光装置20和透镜30之间产生对准误差时，也可减小从透镜30发出的光定向分布的变化。另外，由于凹入部分31a的上端表面33b可被形成为平坦表面，因此在凹入部分31a中未形成相对尖锐的顶点。因此，可容易地制造所述透镜。
已经描述了具有梯形形状的凹入部分31a，但是，凹入部分31a的形状不限于此，可以对凹入部分31a的形状进行各种修改。例如，如上面参照图4中的(a)和图4中的(b)的描述，可对图13的凹入部分31a的形状进行各种变形，以初级控制入射到中心轴C附近的光，从而使光分散或者减小由于发光装置和透镜之间的对准误差导致的光定向分布的变化。
图17是示出了根据本发明的实施例的使用透镜的发光模块的光定向分布的示例的曲线图。通过使用上面参照图12和图13描述的沿着短轴(x轴)方向和长轴(y轴)方向具有相同的照度分布的发光装置20和透镜30模拟了沿着x轴方向的光定向分布Px、沿着y轴方向的光定向分布Py以及沿着45度方向的光定向分布P45。光定向分布表示发光强度随着距发光装置20距离为5m的点处的视角而定，沿着各个方向的光定向分布在单个曲线图显示出重叠。
如图17中所示，沿着短轴(x轴)方向的光定向分布Px在0°视角处具有相对较低的发光强度，并且在70°附近具有相对较高的发光强度。这意味着光是广泛地分布的。相比之下，沿着45度方向的光定向分布P45相对于沿着长轴(y轴)方向的光定向分布Py和x轴具有不随视角而显著变化的发光强度。因此，可以看出，光没有被广泛地分布。
因此，可以看出，可以通过所述发光模块获得沿着x轴拉长的光定向分布。
图18是用于描绘根据本发明的另一实施例的透镜的视图。具体地，图18中的(a)是透视图，图18中的(b)和图18中的(c)是沿着互相垂直的方向截取的剖视图。在下面的描述中，将使用与图13中的标号相同的标号。
参照图18中的(a)和图18中的(b)，根据本实施例的透镜30与上面参照图12和图13描述的透镜30相似，但是不同之处在于上表面35的形状。即，透镜30的上表面35具有沿着垂直于凹入部分31a的长轴(y轴)方向的方向(即，沿着凹入部分31a的短轴(x轴)方向)拉长的形状。具体地，透镜30的上表面35可具有两个半球彼此重叠的形状。两个半球的对称表面与沿着凹入部分31a的长轴方向穿过凹入部分31a的中心的表面一致。
由于透镜30的上表面35具有沿着凹入部分31a的短轴方向拉长的形状，所以可通过透镜30的上表面35的形状和凹入部分31a的形状将光分散，可使得透镜30的光定向图案具有进一步拉长的形状。
同时，在前述的实施例中，可在凹入部分31a的上端表面33b中形成光散射图案(未示出)。光散射图案可形成由不平坦的图案。另外，还可以在上表面35的凹面35a上形成光散射图案(例如，不平坦的图案)。一般来说，相对大量的光通量集中在透镜30的中心轴C附近。另外，在本发明的实施例中，由于上端表面33b基本垂直于中心轴C，因此光通量可被进一步集中在中心轴C附近。因此，通过在上端表面33b和/或凹面35a上形成光散射图案，可分散中心轴C附近的光通量。
另外，为了分散中心轴C附近的光通量，可在上端表面33b上设置具有与透镜30的折射率不同的折射率的材料层(未示出)。材料层39a可具有比透镜的折射率更大的折射率，因此，可改变入射到上端表面33b上的光的路径。另外，可在凹面35a上设置具有与透镜的折射率不同的折射率的材料层39b。材料层39b可具有比透镜的折射率更大的折射率，因此，穿过凹面35a发出的光的折射角可变得更大。
图19是用于描绘根据本发明的实施例的包括多个发光装置的发光模块的截面图。
参照图19，所述发光模块与上面参照图12和图13描述的发光模块相似，但是不同之处在于：多个发光装置20设置在PCB 10上。上面参照图12和图13描述的透镜30设置在每个发光装置20上。
发光装置20可在PCB 20上布置成一行，或者可以布置成各种形状(诸如，矩阵形状或蜂窝形状)。通过布置发光装置20，可实现如图11中示出的光图案。具体地，由于通过透镜30实现拉长的光图案，所以可消除或减小如现有技术中那样的黑暗部分BP的产生。因此，可提供在整个大区域展现出均匀的发光强度的用于照明的面光源或者用于从背后照明的面光源。
虽然已经参照具体实施例描述了本发明，但是对于本领域普通技术人员明显的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变和修改。

Claims (35)

1.一种发光模块，包括：
发光二极管芯片；
透镜，用于将从发光二极管芯片发出的光的光通量分散，
其中，所述透镜包括：
下表面，具有平坦部分和凹入部分，从发光二极管芯片发出的光入射到凹入部分上，凹入部分由平坦部分围绕；
上表面，所述入射到凹入部分上的光从上表面出射，
上表面包括沿着上表面的中心轴设置的凹面和从所述凹面连续延伸的凸面，
下表面的凹入部分包括垂直于所述中心轴的平面和设置在中心轴上的向下凸出的表面中的至少一者，
垂直于所述中心轴的平面和所述向下凸出的表面中的至少一者设置在比凹入部分的入口区域更窄的区域内，
其中，所述垂直于所述中心轴的平面和所述向下凸出的表面中的所述至少一者被限制地设置在比由上表面的凹面和凸面彼此相遇形成的拐点曲线包围的区域更窄的区域内。
2.根据权利要求1所述的发光模块，其中，所述透镜的上表面和凹入部分关于穿过中心轴的表面镜面对称。
3.根据权利要求1所述的发光模块，其中，所述透镜的上表面和凹入部分关于中心轴具有回转体形状。
4.根据权利要求1所述的发光模块，其中，在所述下表面的凹入部分内的垂直于所述中心轴的平面和所述向下凸出的表面中的至少一者上形成光散射图案。
5.根据权利要求1或4所述的发光模块，其中，在所述上表面的凹面上形成光散射图案。
6.根据权利要求1所述的发光模块，其中，在所述下表面的凹入部分内的垂直于所述中心轴的平面和所述向下凸出的表面中的至少一者上还形成具有与透镜的折射率不同的折射率的材料层。
7.根据权利要求1或6所述的发光模块，其中，还在所述上表面的凹面上形成具有与透镜的折射率不同的折射率的材料层。
8.根据权利要求1所述的发光模块，其中，垂直于所述中心轴的平面和所述向下凸出的表面中的至少一者被限制地设置在比发光装置的光出射表面区域更窄的区域内。
9.根据权利要求1所述的发光模块，其中，所述透镜还包括连接上表面和下表面的凸缘，并且所述凹入部分内的垂直于所述中心轴的平面和所述向下凸出的表面中的至少一者设置在所述凸缘上方。
10.根据权利要求1所述的发光模块，其中，所述发光模块还包括发光装置，
其中，所述发光装置包括：
发光二极管芯片；
壳体，发光二极管芯片安装在壳体中；
波长转换层，用于转换从发光二极管芯片发出的光的波长。
11.根据权利要求10所述的发光模块，其中，波长转换层与透镜的凹入部分分开并设置在透镜下方。
12.根据权利要求10所述的发光模块，其中，所述发光模块还包括印刷电路板，所述发光装置安装在印刷电路板中，其中，所述透镜安放在印刷电路板上。
13.根据权利要求10所述的发光模块，其中，在发光装置和凹入部分之间存在气隙。
14.一种透镜，包括：
下表面，包括平坦部分和凹入部分，光入射到凹入部分上，凹入部分由平坦部分围绕；
上表面，入射到凹入部分上的光从上表面出射，
其中，上表面包括靠近中心轴设置的凹面和从所述凹面连续延伸的凸面，
下表面的凹入部分包括垂直于所述中心轴的平面和设置在中心轴上的向下凸出的表面中的至少一者，
垂直于所述中心轴的平面和所述向下凸出的表面中的至少一者被限制地设置在比凹入部分的入口区域更窄的区域内，
其中，所述垂直于所述中心轴的平面和所述向下凸出的表面中的所述至少一者被限制地设置在比由上表面的凹面和凸面彼此相遇形成的拐点曲线包围的区域更窄的区域内。
15.一种发光模块，包括：
发光二极管芯片；
透镜，用于将从发光二极管芯片发出的光的光通量分散，
其中，所述透镜包括：
下表面，具有平坦部分和凹入部分，从发光二极管芯片发出的光入射到凹入部分上，凹入部分由平坦部分围绕；
上表面，入射到凹入部分上的光从上表面出射，
其中，所述凹入部分的入口区域具有沿着垂直于中心轴的单个轴方向拉长的形状，以及
其中，所述凹入部分的入口区域具有垂直于中心轴的矩形形状或椭圆形形状。
16.根据权利要求15所述的发光模块，其中，所述凹入部分的入口区域具有垂直于中心轴的带有圆角的矩形形状。
17.根据权利要求15所述的发光模块，其中，所述凹入部分沿着单个轴方向的截面形状是所述凹入部分关于中心轴对称且侧表面为直线的梯形形状，或者所述凹入部分沿着单个轴方向的截面形状是侧表面为曲线的梯形形状。
18.根据权利要求17所述的发光模块，其中，所述凹入部分沿着垂直于所述单个轴方向的方向的截面形状是所述凹入部分关于中心轴对称且侧表面为直线的梯形形状，或者所述凹入部分沿着垂直于所述单个轴方向的方向的截面形状是侧表面为曲线的梯形形状。
19.根据权利要求18所述的发光模块，其中，所述凹入部分沿着单个轴方向的截面形状中的顶边的长度比所述凹入部分沿着垂直于所述单个轴方向的方向的截面形状的顶边的长度长。
20.根据权利要求15所述的发光模块，其中，所述上表面具有回转对称。
21.根据权利要求15所述的发光模块，其中，所述上表面具有沿着垂直于所述单个轴方向的方向拉长的形状。
22.根据权利要求21所述的发光模块，其中，所述上表面沿着单个轴方向的截面形状是半球形。
23.根据权利要求22所述的发光模块，其中，所述上表面具有两个半球形彼此重叠的形状。
24.根据权利要求15所述的发光模块，其中，所述上表面包括沿着上表面的中心轴设置的凹面，下表面的凹入部分包括垂直于所述中心轴的平面和向下凸出的表面中的至少一者，垂直于所述中心轴的平面和向下凸出的表面中的至少一者设置在比凹入部分的入口区域更窄的区域中。
25.根据权利要求24所述的发光模块，其中，所述透镜的上表面和凹入部分关于穿过中心轴的表面镜面对称。
26.根据权利要求24所述的发光模块，其中，在所述下表面的凹入部分内的垂直于所述中心轴的平面和向下凸出的表面中的至少一者上形成光散射图案。
27.根据权利要求24所述的发光模块，其中，在所述上表面的凹面上形成光散射图案。
28.根据权利要求24所述的发光模块，其中，所述透镜还包括连接上表面和下表面的凸缘，并且所述凹入部分内的垂直于所述中心轴的平面和向下凸出的表面中的至少一者设置在所述凸缘上方。
29.根据权利要求15所述的发光模块，其中，所述发光模块还包括发光装置，
其中，所述发光装置包括：
发光二极管芯片；
壳体，发光二极管芯片安装在壳体中；
波长转换层，用于转换从发光二极管芯片发出的光的波长。
30.根据权利要求29所述的发光模块，其中，所述波长转换层与透镜的凹入部分分开并设置在透镜下方。
31.根据权利要求29所述的发光模块，其中，所述发光模块还包括印刷电路板，所述发光装置安装在印刷电路板中，其中，所述透镜安放在印刷电路板上。
32.根据权利要求29所述的发光模块，其中，在发光装置和凹入部分之间存在气隙。
33.一种透镜，包括：
下表面，包括平坦部分和凹入部分，光入射到凹入部分上，凹入部分由平坦部分围绕；
上表面，入射到凹入部分上的光从上表面出射，
其中，所述凹入部分的入口区域具有沿着垂直于中心轴的单个轴方向拉长的形状，使得入射到所述凹入部分上的光形成沿着垂直于所述单个轴方向的方向拉长的光定向图案，以及
其中，所述凹入部分的入口区域具有垂直于中心轴的矩形形状或椭圆形形状。
34.根据权利要求33所述的透镜，其中，所述凹入部分的入口区域具有垂直于中心轴的带有圆角的矩形形状。
35.根据权利要求33所述的透镜，其中，所述上表面包括靠近中心轴设置的凹面和从所述凹面连续延伸的凸面，下表面的凹入部分包括垂直于所述中心轴的平面和向下凸出的表面中的至少一者，垂直于所述中心轴的平面和向下凸出的表面中的所述至少一者被限制地设置在比凹入部分的入口区域更窄的区域内。
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