光学器件以及包括光学器件的光源模块的制作方法

本申请要求于2017年11月20日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请no.10-2017-0155022的优先权，在此通过参考引入其全部公开的内容。

符合示例实施例的方法和装置涉及光学器件以及包括该光学器件的光源模块。

背景技术：

用作显示设备或照明设备的背光模块的光发射器件封装件的广角透镜用于利用折射使光从中心部分漫射到相对宽的横向区域。这种光向前照射穿过上部漫射板。然而，取决于封装件中采用的透镜的形状，入射在漫射板上的光可能会不均匀地漫射，并且亮度分布可能在中心区域有所增加。这样，在由于漫射光的不均匀分布而导致光可能无法均匀地照射到漫射板上的情况下，在照明设备或显示设备中可能会发生诸如不均匀之类的光学均匀性的缺陷。

此外，随着照明设备或显示设备的应用范围的增加，需要一种用于配置进一步减薄的背光模块的方案。

技术实现要素：

符合示例实施例的方法和装置涉及一种光学器件和光源模块，具有改善的亮度分布均匀性和进一步减小的厚度。

根据示例实施例的一个方面，提供了一种光学器件，包括：第一表面，所述第一表面限定面向中心轴和光源的凹形光入射表面；第二表面，被布置为与所述第一表面相对，所述第二表面被配置为对入射在所述凹形光入射表面上的光进行反射；以及光出射表面，被限定在所述第一表面和所述第二表面之间，并具有倾斜的斜面。所述第二表面包括具有朝向所述第一表面弯曲的凹形表面的第一反射部分、和具有基本平坦区域的第二反射部分，所述第二反射部分插入在所述第一反射部分的第一反射部分边缘与所述第二表面的外部第二表面边缘之间。所述第一反射部分被配置为将以预定角度或更大角度入射的光一次全反射到所述光出射表面，并且所述预定角度在相对于所述光源的顶表面的法线方向20度到40度的范围内。

根据另一示例实施例的一个方面，提供了一种光学器件，包括：第一表面，面向光源，所述第一表面在所述第一表面的中心部分中限定凹形凹陷部分；第二表面，被布置为与所述第一表面相对，所述第二表面被配置为对入射在所述凹形凹陷部分上的光进行反射；以及侧表面，将所述第一表面和所述第二表面彼此连接。所述第二表面包括具有朝向所述第一表面弯曲的凹形表面的第一反射部分、和具有基本平坦区域的第二反射部分，所述第二反射部分插入在所述第一反射部分的第一反射部分边缘和所述第二表面的外部第二表面边缘之间。所述第一反射部分被配置为将以预定角度或更大角度入射的光一次全反射到所述侧表面，并且所述预定角度在相对于所述光源的顶表面的法线方向20度到40度的范围内。

根据又一示例实施例的一个方面，提供了一种光源模块，包括：基板；至少一个光源，安装在所述基板上；以及至少一个光学器件，布置在所述至少一个光源上，所述至少一个光学器件包括第一表面、第二表面以及光出射表面，所述第一表面限定光入射表面，所述至少一个光源的光入射在所述光入射表面上，所述第二表面被布置为与所述第一表面相对，所述第二表面被配置为对入射在所述光入射表面上的光进行反射以改变光路，所述光出射表面由所述第一表面和所述第二表面之间的侧表面限定。所述第二表面包括具有朝向所述第一表面弯曲的凹形表面的第一反射部分、和具有基本平坦区域的第二反射部分，所述第二反射部分插入在所述第一反射部分的第一反射部分边缘和所述第二表面的外部第二表面边缘之间。所述第一反射部分被配置为将以预定角度或更大角度入射的光一次全反射到所述光出射表面，所述预定角度在相对于所述至少一个光源的顶表面的法线方向20度到40度的范围内。

附图说明

根据结合附图给出的以下具体实施方式，将更清楚地理解上述和其他方面、特征和优点，在附图中：

图1是根据示例实施例的光学器件的示意性透视图；

图2是在图1中的方向“i”上观察的图1的平面图；

图3是沿图2的线ii-ii”截取的侧截面图；

图4是图3的部分“a”的放大图；

图5a至图5e是基于光相对于图2中的线ii-ii’的入射角的光路图；

图6a至图6e是基于光相对于图2中的线iii-iii’的入射角的光路图；

图7是根据示例实施例的光学器件的示意性透视图；

图8是沿图7的线iv-iv”截取的侧截面图；

图9是根据示例实施例的光学器件的示意性平面图；

图10是根据示例实施例的光源模块的光发射表面上的亮度分布的图；

图11是根据示例实施例的可以在光源模块中采用的光发射器件的示意性截面图；

图12是根据示例实施例的照明装置的示意性部分分解透视图；以及

图13是图12的照明装置的侧截面图。

具体实施方式

下文中，将参考附图来详细描述示例实施例的各个方面。

参考图1至图4，将描述根据示例实施例的光学器件。图1是根据示例实施例的光学器件的示意性透视图，图2是在图1的‘i’方向上观察的光学器件的平面图。图3是沿图2中的线ii-ii’截取的截面侧视图，并且图4是图3中的部分“a”的放大视图。

参考图1和图2，可以将根据示例实施例的光学器件10布置在光源ls上，以调节从光源ls发射的光的方向性。光源ls可以包括例如光发射器件封装件。光学器件10可以包括使光源ls的光漫射的广角透镜，以实现宽角度的光方向性。

如图3中所示，根据示例实施例的光学器件10可以包括：第一表面11，具有与光源ls相对的光入射表面11a；第二表面12，布置在与第一表面11相对的一侧上；以及光出射表面15，由第一表面11和第二表面12之间的侧表面限定。

第一表面11可以对应于光学器件10的底表面。第一表面11可以是基本上平坦的，并且其边缘11c可以是凸形的，同时具有连续的弯曲形状，并且可以具有相对于中心轴z每90度旋转对称的形状。例如，如图2中所示，第一表面11可以具有从上方观察(例如，在“i”方向上观察)时基本上圆形的形状，同时具有相对于中心轴z每90度具有相对大直径的形状。

第一表面11可以与光源ls相对地布置在光源ls上，并且可以具有光入射表面11a，光源ls的光入射在所述光入射表面11a上。

参考图3，第一表面11可以包括布置在中心轴z穿过的中心部分中朝向第二表面12凹陷的凹陷部分13，以及从凹陷部分13的边缘延伸到第一表面11的边缘11c并具有基本平坦平面的平坦部分11b。通过侵蚀处理的凹凸图案u或不规则反射表面可以形成在平坦部分11b上，以使光学器件10的光在外部平滑地漫射。

凹陷部分13可以具有相对于穿过光学器件10的中心的中心轴z旋转对称的结构，并且凹陷部分13的表面可以限定光入射表面11a，光源ls的光入射在所述光入射表面11a上。由光源ls产生的光可以穿过凹陷部分13以被提供至光学器件10的内部。

凹陷部分13可以通过第一表面11向外打开。参考图4，第一表面11可以布置为与光源ls相对，同时与其间隔开预定间隙g，但是示例实施例不限于此。在示例实施例中，光源ls可以布置在凹陷部分13中，使得光源ls可以投射到凹陷部分13中，并且凹陷部分13也可以布置为与光源ls不具有预定间隙g。

如图4中所示，与凹陷部分13的表面相对应的光入射表面11a可以具有朝向第二表面12凹陷的自由弯曲表面，并且可以具有中心c1，所述中心c1具有尖中心，中心轴z从第一表面11穿过该尖中心。

光入射表面11a可以具有相对于中心轴z旋转对称的结构。光入射表面11a可以具有这样的结构，其中两个弯曲表面的倾斜度变化程度相对于它们之间的中心轴z彼此对称，在中心c1处不连续，但是其结构不限于此。光入射表面11a可以具有以下结构：两个弯曲表面的倾斜度变化程度相对于它们之间的中心轴z彼此对称，在顶点(例如，中心c1)处连续。

参考图2，光入射表面11a的边缘可以具有直径w1的圆形形状，可以形成为大于光源ls的宽度w5。因此，当从上方观看时，光源ls可以布置在光入射表面11a中。

当从上方观察时，第一表面11可以具有朝向光源ls突出的支撑件16，并且支撑件16可以布置在平坦部分11b上。

例如，当光学器件10安装在基板上时，支撑件16可以固定和支撑光学器件10。例如，光学器件10可以经由支撑件16安装在基板上。

支撑件16可以与光学器件10集成在一起，或者可以通过粘合剂等附接到第一表面11。多个支撑件16可以布置成沿着凹陷部分13的外周围绕凹陷部分13。在图2中，示出了三个支撑件16，但是这是示例，并且支撑件16的数量不限于此。支撑件16的数量可以根据需要进行各种改变。支撑件16可以由与光学器件10相同的材料形成。另外，根据示例实施例，支撑件16可以具有沿第一表面11的边缘突出的台阶形状。

第二表面12可以布置为与第一表面11相对，并且可以反射穿过光入射表面11a入射的光从而改变光路。第二表面12可以对应于光学器件10的上表面。

第二表面12可以包括第一反射部分12a和第二反射部分12b，所述第一反射部分12a具有基于中心轴z朝向第一表面11凹入的弯曲表面，所述第二反射部分12b具有基本上平坦的表面，同时从第一反射部分12a的边缘延伸到第二表面12的边缘12c。因此，光学器件10可以具有以下结构：第二表面12的第二反射部分12b布置在光学器件的最上部分上。

参考图2至图4，第一反射部分12a可以布置在第二表面12的中心区域中，并且可以具有非球面透镜的形状，所述非球面透镜具有其中心c2与中心轴z重合的凹形弯曲表面。凹形弯曲表面可以形成为自由弯曲表面，通过第一反射部分12a仅全反射以预定角度或更大角度入射的光一次，然后将光发射到光出射表面15。例如，第一反射部分12a可以配置为，使得可以将已经被第一反射部分12a全反射一次的光发射到设置在其一侧上的光出射表面15，而不是在光学器件10内部再完全反射。第一反射部分12a的边缘可以具有圆形形状，并且第一反射部分12a的圆形形状的直径w2可以大于光入射表面11a的边缘的直径w1。第一反射部分12a的中心c2和光入射表面11a的中心c1可以布置在中心轴z上，使得当从上方观察时，可以看到光入射表面11a被投射到第一反射部分12a中。

第一反射部分12a的形状可以形成为自由弯曲表面，使得以小于预定角度的角度入射的光可以被第一反射部分12a全反射一次，然后可以被第二反射部分12b全反射一次。作为预定角度，入射角θ可以被确定为相对于中心轴z在20度至40度的范围内的特定角度。中心轴z可以是光源ls的顶表面的法线方向。

因此，例如，当光的入射角θ小于预定角度时，光可以在第二表面12的上部被全反射两次，并且一部分光可以穿过光出射表面15向外发射，另一部分光可以在第一表面11的方向上发射，这被示为图4的光路l1。

另一方面，当光的入射角θ等于或高于预定角度时，光可以被第二表面12的第一反射部分12a全反射一次，然后可以立即穿过光出射表面15向外部发射。

因此，当光的入射角θ小于预定角度时，例如当光以靠近中心轴z的角度入射时，光可以在指向光出射表面15之前在第二表面12的上部上被全反射两次，并且当光的入射角θ等于或高于预定角度时，例如当光以远离中心轴z的角度入射时，可以显著地减少光的全内反射，并且可以指向光出射表面15。

如果预定角度小于20度，则光可以入射成相对靠近中心轴z，并且可以执行相对大量的全反射以校正光路。因此，光学器件10中的光损耗可能会有所增加，并且可能会降低外部光提取效率。

如果预定角度超过40度，则光源ls发射的大部分光可以以预定角度或更大角度入射，使得大部分光可以在第二表面12的上部被全反射一次。因此，反射光较为可能指向第一表面11，而不是朝向设置在侧部上的光出射表面15。发射到光出射表面15的光可能会减少，从而降低了外部光提取效率。

取决于光学器件10的横截面的形状，可以增大或减小预定角度的范围。例如，沿着图2的线iii-iii’截取的预定角度的范围可以在大约10度或更小的范围内，该角度范围大于沿着线iii-iii’截取的预定角度的范围。

这将参考图5a至图6e进行详细描述。图5a至图5e示出了基于光的入射角相对于图2的线ii-ii’的光路，并且图6a至图6e示出了基于光的入射角相对于图2的线iii-iii’的光路。

沿着线ii-ii’截取的横截面具有28度的预定角度，其中光的入射角为28度或更小。如图5a至图5d所示，入射角小于28度的相应光束ls1、ls2、ls3和ls4从光学器件的上部被全反射两次。另一方面，在图5e中，光的入射角为30度，其大于28度，并且光ls5在光学器件的上部被全反射一次，然后被发射到光学器件的侧壁。

沿着线iii-iii’截取的横截面的预定角度是32度，比沿着线ii-ii’截取的横截面的预定角度宽4度。例如，在图6a至图6d中，其中光的入射角为32度或更小，可以看出，入射角小于32度的相应光ll1、ll2、ll3和ll5从光学器件的上部被全反射两次。另一方面，在图6e中，其中光的入射角为35度，其大于32度，并且光ll6在光学器件的上部被全反射一次，然后被发射到光学器件的侧壁。

通过从第一反射部分12a的边缘延伸到第二表面12的边缘12c，第二反射部分12b可以形成为具有基本平坦的平面。因此，如下所述，第二反射部分12b可以用于支撑位于其上部上的片状漫射板。第二反射部分12b可以具有平行于平坦部分11b的平面，并且当从侧面观察光学器件10时，具有均匀的厚度。

第二反射部分12b可以具有与第一表面11的形状类似的基本圆形的形状，所述第一表面11相对于中心轴z每隔90度具有相对大的直径。因此，第一表面11和第二表面12的整体形状可以布置成具有不同尺寸的类似形状。

光出射表面15可以是第一表面11与第二表面12之间的侧表面，并且可以具有朝向第一表面11向下倾斜的斜面。因此，如图3中所示，光出射表面15的横截面可以具有从第二表面12向第一表面11倾斜的线性形状，因此光源ls发射的光被发射到外部而并非被全反射至光学器件10内部的可能性可能会增加。因此，可以提高发射到光出射表面15的光的外部光提取效率。

具有这种配置的光学器件10可以增加被发射到侧表面上的光出射表面15的光量，并且例如当构造光学模块时，布置在其上部的漫射板可以直接布置在上表面上而无需任何附加结构。因此，可以显著减小光源ls和漫射板之间的距离，并且还可以增加穿过漫射板发射的光量。

将参考图7和图8描述根据另一示例实施例的光学器件。图7和图8是根据另一示例实施例的光学器件的示意性透视图和截面图。

该光学器件可以与前述示例性实施例的光学器件基本相同，并且可以仅在光出射表面的结构方面有所不同。

如图7和图8所示，光出射表面25可以包括具有第一倾斜度的梯度的第一区域25a和具有第二倾斜度的梯度的第二区域25b。相对于第二反射部分22b，第一区域25a的第一倾斜度可以小于第二倾斜度。第一区域25a可以与第二表面22的第二反射部分22b接触。例如，光出射表面25可以具有两级梯度，其中斜率逐渐变陡。通过布置具有这种两级倾斜度的光出射表面25，可以进一步减小从光学器件20发射的光的亮度分布的差异。

将参考图9描述根据另一示例实施例的光学器件。图9是根据另一示例实施例的光学器件的示意性平面图。

根据示例实施例的光学器件可以与前述示例实施例的光学器件基本相同，并且可以仅在光入射表面31a和第一反射部分32a的结构差异方面有所不同。

如图9中所示，光入射表面31a和第一反射部分32a可以由具有凸形边缘的连续弯曲表面形成，并且可以具有水平截面结构，该结构具有相对于中心轴z每90度旋转对称的形状。例如，光入射表面31a和第一反射部分32a的形状可以接近四边形，类似于第一表面和第二表面的形状，或者可以是由具有相应凸形边和角的曲线形成的形状。

这样，由于光入射表面31a、第一反射部分32a以及第一表面和第二表面的形状彼此相似，所以发射光的形式可以相对接近四边形，因此可以减少其上重叠多个光源发射的光的区域。

光学器件10可以由透明树脂材料形成，并且例如可以包括聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、丙烯酸树脂等。另外，光学器件10也可以由玻璃材料形成，但是其材料不限于此。

光学器件10可以包括在约3％至15％的范围内的光分散材料。例如，光学器件10可以包括从由sio2、tio2和al2o3构成的组中选择的一种或多种材料，作为光分散材料。如果光分散材料的含量小于3％，则光可能无法充分分散，并且可能会发生其中可能无法预期光散射效应的问题。如果光分散材料的含量为15％或更多，则可以减少通过光学器件10向外部发射的光量，因此可以降低光提取效率。

光学器件10可以通过将流体溶剂注入模具中然后使其固化而形成。例如，可以采用注塑成型、转印成型、压缩成型等。

将参考图12和图13描述根据示例实施例的光源模块。图12是根据示例实施例的照明装置的示意性部分分解透视图，图13是图12的照明装置的侧截面图。

参考图12和图13，根据示例实施例的光源模块100可以包括基板50、安装在基板50上的光源40、以及布置在光源40上的光学器件10。漫射板60可以位于光学器件10上。在示例实施例中，光源模块100可以是用于显示器的背光模块，为lcd等提供照明。

基板50可以是印刷电路板。例如，基板50可以是fr4-型印刷电路板(pcb)或能够容易地折曲的柔性pcb。这种印刷电路板可以由包括环氧树脂、三嗪、硅树脂、聚酰亚胺等和其他有机树脂材料的有机树脂材料形成，并且可以由诸如氮化硅、aln、al2o3等之类的陶瓷材料形成，或者可以由诸如金属芯印刷电路板(mcpcb)、金属覆铜层压板(mccl)等的材料之类的金属和金属化合物形成。

作为示例，基板50可以具有四边形结构，但是其形状不限于此。基板50可以具有各种形状，以对应于要安装的产品的结构。例如，基板50可以具有圆形结构。

参考图12，基板50可以具有基准标记51和光源安装区域52。基准标记51和光源安装区域52可以分别引导光学器件10和光源40要安装的位置。作为基准标记51，可以沿着每个光源安装区域52的周边布置多个基准标记。

在光源40的情况下，多个光源可以分别安装在设置在基板50的一个表面上的光源安装区域52上，可以在基板50上按行和列布置，并且可以布置成在彼此相邻的光源40之间具有预定间隔wb，但是示例实施例不限于此。例如，可以采用各种修改，例如将相应光源40布置成形成三角形顶点等。

光学器件10的数量可以对应于光源40的数量。可以以借助于基准标记51相对于相应光源安装区域52覆盖相应光源40的方式将光学器件10安装在基板50上。如上所述，当从上方观察时，光学器件10可以具有接近四边形的形状，但是可以具有其中相应边和角都是凸形的曲线形状，并且光学器件10可以布置为使得基板50的边的方向d1和d2分别对应于漫射板60的边的方向d3和d4。例如，光学器件10可以与基板50和漫射板60的布置形式类似地布置，使得从光源40发射的光可以以漫射板60的四边形形状均匀地照射到漫射板60上。图10是根据示例实施例的光源模块的光发射表面上的亮度分布的图，根据该图可以理解的是，由光源模块发射的光以四边形形状照射。

光源40可以是光电子器件，基于外部施加的驱动功率产生预定波长的光。例如，光源40可以包括半导体发光二极管(led)芯片(包括n型半导体层和p型半导体层以及插入其间的有源层)，或者包括相同组件的led封装件。

取决于所包含的材料或其与磷光体的组合，光源40可以发射蓝光、绿光或红光，或者可以发射白光、紫外光等，或者还可以发射白光、紫外光等。光源40可以包括相同类型的光源，产生相同波长的光，或者可以包括不同类型的光源，产生不同波长的光。另外，光源40可以根据电功率水平(例如，0.5w和1w)进行各种配置。

光学器件10可以安装在基板50上以覆盖光源40。此外，多个光学器件10可以分别安装在多个光源40上方。如图13所示，在光学器件10的情况下，其上表面上的第二反射部分12b可以布置为平坦平面，使得片型漫射板60可以稳定地布置在其上部。因此，可以不需要用于支撑漫射板60的单独结构，因此可以简化制造工艺。当光学器件10支撑漫射板60时，可以提供在基板50和漫射板60之间具有相当窄的间隔de的薄光源模块100。

光学器件10的数量可以对应于光源40的数量。可以将光学器件10安装在基板50上使得相对于相应光源安装区域52经由基准标记51覆盖相应光源40。如图13中所示，光学器件10的第二反射部分12b可以布置成彼此共面，例如当光学器件10被设置为多个光学器件时，使得漫射板60可以稳定地布置在光学器件的上部，而中间没有间隔。这样，第二反射部分12b的区域可以是光源40的区域的1.35倍或更多，以稳定地安装漫射板60。

另外，以多个光学器件10可以同时制造而无需单独制造的方式，多个光学器件10可以通过连接部分彼此连接。

在根据示例实施例的光源模块100中可以采用各种类型的光源40。作为光源40，可以使用具有各种结构的发光二极管(led)芯片、或者其中安装有发光二极管芯片的发光二极管封装件。

图11是光源40的示意图。如图11中所示，例如，光源40可以具有封装结构，其中led芯片41安装在具有反射杯状件43的封装体42中。led芯片41可以由包括磷光体的包封部分44覆盖。尽管光源40示出在led封装件内，但是示例实施例不限于此。

封装体42可以对应于其上安装有led芯片41和由其支撑的基部构件，并且可以由具有相对高的光反射率的白色模塑化合物形成。使用具有相对高的光反射率的这种白色模塑化合物可以提供反射由led芯片41发射的光从而增加向外部发射的光的量的效果。这种白色模塑化合物可以包括硅树脂基材料或具有高耐热性的热固性树脂基材料。另外，可以将白色颜料和填充材料、硬化剂、脱模剂、抗氧化剂、粘合促进剂等添加到热塑性树脂基材料中。另外，封装体42也可以由fr-4、cem-3、环氧树脂材料、陶瓷材料等形成。此外，封装体42可以由诸如铝(al)之类的金属形成。

封装体42可以设置有布置在其上的引线框45，用于将其与外部电源电连接。引线框45可以由具有优良导电性的材料形成，例如诸如铝、铜等之类的金属。例如，当封装体42由金属形成时，可以在封装体42和引线框45之间插入绝缘材料。

在封装体42中设置反射杯状件43的情况下，引线框45可以暴露于反射杯状件43的底表面，led芯片41安装在该底表面上。led芯片41可以电连接到暴露出的引线框45。

在反射杯状件43的情况下，其上部暴露于封装体42的上部的区域可以大于反射杯状件43的底表面的该区域。反射杯状件43的上部的暴露于封装体42的上部的区域可以是光源40的光发射表面。

led芯片41可以由形成在封装体42的反射杯状件43中的包封部分44密封。包封部分44可以包括波长转换材料。

根据示例实施例，改善了亮度分布的均匀性，并且可以提供更薄的光学器件和包括该光学器件的光源模块。

虽然以上已经示出并描述了示例实施例，但是本领域技术人员将清楚的是，在不脱离由所附权利要求限定的本公开的范围的情况下，可以进行修改和改变。