CN108885351A - 光学模块 - Google Patents

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Abstract

一个实施例中公开的光学模块包括：主体，包括凹槽和侧表面，凹槽从主体的上表面凹入预定深度，侧表面在凹槽的周边处具有向外凹入的弯曲表面；发光模块，具有在主体的凹槽的下部上的发光二极管；以及光学透镜，包括设置在主体上的入射部分和在入射部分上的非球面的透镜部分，其中，凹槽的上部具有最大的第一直径，透镜部分的下部具有最大的第二直径，第二直径小于第一直径。

Description

光学模块
技术领域
实施例涉及光学模块。
实施例涉及用于窄角度的光学模块。
背景技术
发光二极管(LED)可以使用诸如GaAs基、AlGaAs基、GaN基、InGaN基和InGaAlP基半导体材料的化合物半导体材料构成发光源。
这种LED被封装并用作发射各种颜色光的发光装置。发光装置用作各种领域中的光源，例如，用于显示颜色的照明指示器、字符指示器和图像指示器。
特别地，在紫外LED(UV LED)的情况下，短波长可以用于消毒和净化，并且长波长可以用于曝光设备或固化设备。由于具有这种UV LED的发光装置的发光强度低，因此需要提高发光强度。
发明内容
技术问题
实施例提供了一种光学模块，其具有发射紫外波长的发光二极管。
实施例提供了一种用于窄角度的光学模块，其具有紫外发光二极管。
实施例提供了一种用于曝光或窄角度的光学模块，其具有15度或更小的光束扩展角。
技术方案
根据实施例的光学模块包括：主体，包括凹入的凹槽和侧表面，侧表面在凹槽的周边处具有向外凹入的弯曲表面；发光模块，具有在主体的凹槽的下部处的发光二极管；以及光学透镜，包括设置在主体上的入射部分和在入射部分上具有凸形曲面的透镜部分，其中，入射部分设置在主体的上表面和凹槽上，入射部分包括第一区域和第二区域，第一区域在垂直方向上与主体的上表面重叠，第二区域在垂直方向上沿着透镜部分的外周与凹槽的上部重叠，透镜部分在垂直方向上与凹槽重叠，凹槽的上部具有最大的第一直径，透镜部分的下部具有最大的第二直径，第二直径小于第一直径，凹槽的下部具有小于第二直径的第三直径，并且发光二极管的上表面设置成低于连接凹槽的弯曲表面的下端的水平直线。
根据实施例，其中，主体包括接收部分，发光模块设置在接收部分中并且凹槽的底部是敞开的，发光模块包括设置在接收部分的底部并且电连接到发光二极管的电路板，并且接收部分的底部中心与透镜部分的中心对齐。
根据实施例，其中，透镜部分包括非球面形状，第二直径是第一直径的80％或更大，并且入射部分中的第二区域的下表面的面积小于第一区域的下表面的面积。
根据实施例，其中，光学透镜的高度小于凹槽的深度，第一直径和第二直径的比率在1:0.81到1:0.91的范围内，光学透镜的入射部分具有平坦的入射表面，并且从光学透镜发射的光的光束扩展角为15度或更小。
根据实施例，其中，从发光二极管发射的第一光以相对于光轴的第一入射角直接入射在透镜部分上，并以第一出射角通过透镜部分发射，并且从发光二极管发射的第二光在凹槽的侧表面处以相对于光轴的第二入射角被反射，并通过设置在透镜部分外侧的入射部分以第二出射角发射，其中，第一入射角相对于光轴为35度或更小，第二入射角相对于光轴大于35度，第一和第二出射角包括相对于光轴或者垂直轴的15度或更小。
根据实施例，其中，从发光二极管发射的第一光以相对于光轴的第一入射角直接入射在透镜部分上，并以第一出射角通过透镜部分发射，并且从发光二极管发射的第二光在凹槽的侧表面处相对于光轴以第二入射角被反射，并通过设置在透镜部分外侧的入射部分以第二出射角发射，其中，第一入射角和第一出射角的比率为1.7或更小，第二入射角与第二出射角的比率为0.375或更小。
根据实施例，其中，主体包括陶瓷材料或铝材料，凹槽在俯视图中呈圆形形状，并且凹槽的直径朝向发光二极管逐渐减小。
根据该实施例，其中，凹槽的曲面具有1.5mm或更小的曲率半径，入射部分的下表面包括平坦的水平表面，并且入射部分的下表面的面积比凹槽的上表面更大。
根据实施例，其中，发光二极管发射紫外波长的光，凹槽在俯视图中呈圆形形状，凹槽的直径朝向发光二极管逐渐减小，并且从光学透镜发射的光的光束扩展角为15度或更小。
根据实施例，其中，发光二极管发射紫外波长的光，凹槽在俯视图中呈圆形形状，凹槽的直径朝向发光二极管逐渐减小，电路板的下表面与主体的下表面设置在同一水平面并且设置在接收部分中，电路板包括陶瓷材料，并且电路板的宽度小于接收部分的宽度。
有益效果
实施例可以提供具有15度或更小的窄角度的光学模块的光束扩展角。
实施例可以提高曝光光学设备的可靠性。
实施例可以减少设置在光学模块中的紫外发光二极管的数量。
在实施例中，通过提供具有比朗伯发光强度分布更窄的光束扩展角的曝光光学模块，可以提高曝光设备的可靠性。
附图说明
图1是根据实施例的发光模块的透视图。
图2是图1的光学模块的结合侧视图。
图3是图2的光学模块的平面图。
图4是沿图3的光学模块的线A-A截取的截面图。
图5是用于描述图4的光学模块中的主体的凹槽和光学透镜的结构的视图。
图6是用于描述图4的光学模块中的光路的视图。
图7是根据实施例的光学模块的发光二极管的详细配置图。
图8是根据实施例的光学模块的发光二极管的另一配置图。
图9是示出根据实施例的从光学模块发射的光的光束扩展角分布的视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本领域技术人员容易实施的本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以各种不同的形式实现，并且不限于这里描述的实施例。
在以下描述中，当存在某一部分“包括”一些结构元件的表达时，这意味着该某一部分不排除另一结构元件，但是除非另有说明，否则可以进一步包括另一结构元件。此外，在附图中未示出与细节描述无关的结构和元件以清楚地描述本发明，厚度可以被夸大以清楚地解释各种层和区域，并且以下描述中的类似元件由类似的参考标记指定。
在实施例的描述中，当层、膜、区域、板等的一部分被称为“在”另一部分“上”时，它可以“直接形成在”另一部分“上”，或者第三部分可***这些部分之间。另外，当一部分“直接形成在”另一部分“上”时，意味着在这些部分之间没有第三部分。
<发光模块>
图1是根据实施例的发光模块的透视图，图2是图1的光学模块的结合侧视图，图3是图2的光学模块的平面图，图4是沿图3的光学模块的线A-A截取的截面图，图5是用于描述图4的光学模块中的反射器的凹槽和光学透镜的结构的视图，图6是用于描述图4的光学模块中的光路的视图。
参照图1至图6，光学模块100包括具有凹槽111的主体110、设置在凹槽111的底部的发光模块130、以及设置在主体110上的光学透镜160。
主体110可以是由反射材料形成的反射器。主体110可以由例如铝材料的金属材料形成。主体110可以由金属材料形成，或者可以在其表面上镀有铝材料。主体110可以由具有100％铝的材料形成。主体110可以可选地包括金属，例如，铝(Al)、铂(Pt)、钛(Ti)、铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)和钽(Ta)，并且可以形成为单层或多层。主体110可以由对从发光模块130发射的波长具有80％或更多的反射率的金属形成。主体110可以包括绝缘材料或导电材料。主体110包括陶瓷材料，并且例如铝材料的金属层可以形成在凹槽111的侧表面116上。
如图2和图3所示，主体110的俯视图形状可以是多边形形状，例如，矩形形状，并且作为另一示例，可以是圆形形状。主体110的外形可以是多面体形状，但不限于此。主体110的上表面112或底表面113处的水平或垂直长度X1可以彼此相同或不同，但不限于此。主体110的底表面113的面积可以等于或大于其上表面112的面积。主体110的高度T1可以小于主体110的水平或垂直长度X1。
在主体110中，设置有具有敞开的上部的凹槽111和设置在凹槽111的下部的接收部分121，并且发光模块130设置在接收部分121处。凹槽111从主体110的上表面112以预定深度凹入并连接到接收部分121，并且接收部分121可以是主体110的下部被敞开的区域。
凹槽111可以具有向下逐渐变窄的形状，例如，半球形或容器形状。凹槽111可以相对于垂直于其底部中心的光轴形成为旋转对称形状或轴对称形状。凹槽111的内部可以是空置空间。
凹槽111的上部形状可以是具有最大第一直径X4的圆形形状，并且底部形状可以是多边形形状或圆形形状。凹槽111具有随着向下下降而直径逐渐减小的形状，并且可以在凹槽111的下端处连接到接收部分121。凹槽111的侧表面116可以是反射表面，并且反射表面可以由与主体110不同的金属反射材料形成，或者可以由主体110的材料形成。凹槽111的侧表面116可以包括向外凹的弯曲表面，弯曲表面可以是比连接凹槽111的上端和下端的直线向外弯曲的凹面。弯曲表面可以在凹槽111的上端和下端之间形成抛物线形状或二次曲线形状。这里，凹槽111的上端可以是与主体110的上端的边界点，并且下端可以是与接收部分121的边界点。当凹槽111的侧表面116是弯曲表面时，曲率半径可以为1.5mm或更小，例如，在1.2到1.5mm的范围内，并且当曲率半径在上述范围之外时，光的反射效率可能会降低。当凹槽111的俯视图形状是圆形形状时，其直径可朝向发光二极管133减小。
凹槽111的深度D1可以大于光学透镜160的高度H1，例如，深度D1可以是高度H1的1.4倍或更多，例如，在高度H1的1.4到1.8倍的范围内。深度D1可以是3.5mm或更大，例如，在3.5到4.2mm的范围内。具有深度D1的凹槽111可以充分地漫射光。光学透镜160的入射部分161的下表面的面积可以大于凹槽111的上表面的面积。
接收部分121的俯视图形状可以是多边形形状或圆形形状，并且可以具有距主体110的底表面113的预定高度D2。接收部分121的宽度D3可以在1.8到2.5mm的范围内，并且该宽度可以根据发光二极管133的宽度D4而改变。接收部分121的高度D2设置为大于发光模块130的厚度，并且接收部分121的上端或其与凹槽111的边界点可以设置在发光二极管133的上表面上方。发光二极管133的上表面可以设置成低于连接凹槽111的凹形弯曲表面的下端的直线。接收部分121可以根据发光模块130的尺寸而变化，并且可以形成为使得从发光模块130发射的光通过凹槽111的侧表面116反射而在接收部分121中不会损失。
发光模块130包括电路板131和电路板131上的发光二极管133。电路板131可以包括树脂基基板、陶瓷基基板或金属基基板。电路板131可以是刚性基板或柔性基板。电路板131可以具有电路图案，并且可以向发光二极管133供电。电路板131的宽度可以小于或等于接收部分121的宽度。当电路板131的宽度小于或等于接收部分121的宽度时，电路板131可以与接收部分121的侧壁紧密接触。当电路板121的宽度大于接收部分121的宽度时，电路板121可以从接收部分121下方延伸到主体110的下表面。电路板131的下表面可以设置在与主体110的下表面相同的水平面中。
发光二极管133可以包括可在从紫外线到可见光的波长范围内选择的峰值波长。例如，发光二极管133可以发射紫外波长，并且可以应用于曝光设备、灭菌设备或固化设备。
发光二极管133可以由第II族和第VI族元素的化合物半导体或第III族和第V族元素的化合物半导体形成。例如，发光二极管133可以是紫外发光二极管(LED)芯片，并且可以是具有100nm至400nm范围内的波长的LED芯片。例如，发光二极管133可以选择性地包括通过使用化合物半导体制造的半导体元件，化合物半导体例如为AlInGaN、InGaN、AlGaN、GaN、GaAs、InGaP、AlInGaP、InP或InGaAs系列。发光二极管133可以包括N型半导体层、P型半导体层和有源层。有源层可以用成对的化合物半导体实现，成对的化合物半导体例如为InGaN/GaN、InGaN/AlGaN、InGaN/InGaN、GaN/AlGaN、InAlGaN/InAlGaN、AlGaAs/GaAs、InGaAs/GaAs、InGaP/GaP、AlInGaP/InGaP、和InP/GaAs。发光二极管133可以是水平型芯片或垂直型芯片，可以设置在电路板131上并使用诸如导线的连接构件电连接，并且设置为倒装芯片类型，但是不限于此。
发光二极管133的厚度T3可以在0.13mm±0.03mm的范围内。发光二极管133的宽度D4可以是1.3mm±0.4mm范围内的一侧的长度，但不限于此。发光二极管133与接收部分121的侧壁之间的距离G3可以小于0.5mm，例如，在0.32mm至0.42mm的范围内。由于发光二极管133与接收部分121的侧壁隔开距离G3，因此从发光二极管133发射的光被接收部分121的侧壁反射和再反射，从而防止光损失。发光二极管133的光束扩展角可以是110度或更大，例如，在110度到130度的范围内，并且接收部分121的宽度D3可以根据发光二极管133的光束扩展角的分布而变化，但不限于此。
如图2至图4所示，光学透镜160设置在主体110上，并折射和发射从发光二极管133发射的光。光学透镜160可以用粘合剂粘附到主体110的上表面(未示出)。光学透镜160的入射表面可以形成为平坦的水平表面或向上凸出的表面。光学透镜160的发射表面可以包括凸透镜形状，并且凸透镜形状可以折射和发射入射在入射表面上的光。这里，光学透镜160可以具有小于主体110的高度T1的厚度H1，并且可以具有3mm或更小的厚度，例如，在2mm至3mm的范围内。当光学透镜160的厚度H1大于上述范围时，光学模块100的尺寸增大，并且当厚度H1小于上述范围时，光学损耗可能增加。光学透镜160的水平和垂直长度X2可以彼此相同或不同，并且可以与主体110的水平和垂直长度X1相同或不同。光学透镜160的水平和垂直长度X2可以是8mm或更小，例如，在6.5mm到8mm的范围内，并且可以根据主体110的尺寸而变化。光学透镜160可以由透明材料形成，例如，由玻璃材料形成。光学透镜160可以由例如硼硅酸盐基玻璃材料形成。
光学透镜160包括入射部分161和在入射部分161上的透镜部分165。入射部分161设置在主体110的上表面112上，并且透镜部分165具有从入射部分161凸出地突出的透镜形状。入射部分161是凸缘，并且其厚度T2设置为光学透镜160的厚度H1的30％或更小，例如，10％至30％，入射部分161透射入射光并将光学透镜160支撑在主体110上。入射部分161的下表面可包括平坦的入射表面。
入射部分161包括第一区域(图3中的A1)和第二区域(图3中的A2)，第一区域在垂直方向上与主体110的上表面重叠，第二区域沿着透镜部分165的外周边在垂直方向上与凹槽111的上表面重叠。入射部分161中的第二区域A2的下表面的面积可以小于第一区域A1的下表面的面积。因此，可以通过第一区域A1支撑光学透镜160，并且可以通过第二区域A2调整行进到透镜部分165以外的路径的漏光量。
光学透镜160的透镜部分165形成为从入射部分161向上凸出的凸透镜形状，并且其表面可以形成为曲面或非球面形状。透镜部分165的中心可以与凹槽111的底部中心对齐。透镜部分165的厚度H2可以具有光学透镜160的厚度H1的70％至90％的范围，以及其曲率半径可以是2mm或更小，例如，在1.80mm到2mm的范围内。透镜部分165的厚度H2和曲率半径可以根据发光二极管133的尺寸而变化。
透镜部分165可以具有第二直径X3，其是下部的最大直径。第二直径X3可以小于第一直径X4并且可以小于6mm，例如，在5.32至5.42mm的范围内。当透镜部分165的第二直径X3小于上述范围时，通过设置在透镜部分165的外周上的入射部分161发射的光的光束扩展角可增加，并且当透镜部分165的第二直径X3大于上述范围时，光在透镜部分165内部被全反射，从而发生光损失。第二直径X3可以小于第一直径X4，并且可以是其80％或更多。第一直径X4和第二直径X3的比率可以在1:0.81至1:0.91的范围内，并且第一直径X4和第二直径X3之间的差可以具有大于0.7mm且小于1mm的范围，例如，0.76至0.86毫米的范围。当凹槽111的下部的直径是第三直径(例如，D3)时，第二直径X3可以小于第一直径并且可以大于第三直径D3。另外，当凹槽111的高度的半点处的直径被定义为第四直径时，第四直径可以小于第二直径X3。具有第二直径X3的透镜部分165的外部区域可以形成在凹槽111的侧表面116处反射的光的路径与凹槽111的侧表面116外的光路之间的区域。
透镜部分165的下部(不包括入射部分)的面积可以小于凹槽111的上表面的面积。通过使用入射在透镜部分165上并从透镜部分165发射的光，以及使用通过第一直径X4和第二直径X3之间的差值G1入射在入射部分161上并在入射部分161外部反射的光，光学透镜160可以具有窄角度的光束扩展角分布。例如，透镜部分165和入射部分161可以通过使用入射光设置为15度或更小的光束扩展角分布。光学透镜160可以发射相对于发光二极管133的光束扩展角具有10％至14％范围内的光束扩展角的光。光学模块100可以提供15度或者更小的光束扩展角分布，如图9所示。具有光束扩展角分布的光学模块可以应用于在特定区域中会聚光的装置，例如，曝光装置。另外，可以在光学模块中减少凹槽111下方的发光二极管133的数量。
参照图5，发光二极管133的底部中心Pc和光学透镜160的透镜部分165的顶点P1可以在光轴Z0上对准。发光二极管133的底部中心Pc可以是电路板131的上表面的中心。连接发光二极管133的底部中心Pc和凹槽111的侧表面116的上端P2的直线成相对于光轴Z0的第一角度E2，并且连接发光二极管133的底部中心Pc和光学透镜160的透镜部分165的外部低点P4的直线可以成相对于光轴Z0的第二角度E1。第二角度E2设置为大于第一角度E1，使得一些光可以通过第一角度E1和第二角度E2之间的区域发射。第一角度E1和第二角度E2之间的差可以在7.3±0.7度的范围内。第一角度E1可以设置为35度或更小的角度，例如，在31到35度的范围内。这里，从发光二极管133的底部中心Pc或电路板131的上表面到光学透镜160的入射表面的距离D11可以大于凹槽111的第一直径的半径D12，第一直径的半径D12可以大于光学透镜160的厚度H1。这里，第一直径的半径D12与透镜部分165的半径D12的比率可以是1:0.81到1:0.91的比率。入射在透镜部分165上的光和通过入射部分161反射的光可以通过第一直径的半径D12与透镜部分165的半径D12之比的差异来透射。在本发明中，通过利用光学透镜160的入射表面的尺寸(透镜部分165的下部的直径)和凹槽111的上部的直径的比率的差异来控制反射光和透射光的路径，行进到透镜部分165的表面的光的分布可以具有窄的光束扩展角。
连接光学透镜160的顶点P1和透镜部分165的外部低点P4的直线具有相对于光轴Z0的第三角度E3，连接光学透镜的顶点P1和凹槽111的侧表面的上端P2的直线可以以相对于光轴Z0的第四角度E4来设置。第三角度E3可以大于第四角度E4，并且第三角度E3和第四角度E4之间的差值可以是2度或更大，例如，在2到4度的范围内，并且入射在光透镜部分165上的光可以与通过该差异未入射在其上的光区分开。第三角度E3可以在50到52度的范围内。第三角度E3和第四角度E4的比率可以具有1.02:1或更大的范围，例如，1.02:1至1.2:1的范围。第三角度E3可以根据凹槽111的尺寸和透镜部分165的曲率半径而变化。
光学透镜160可以通过折射经由凹槽111入射在透镜部分165上的光来提供具有窄角度的光分布，例如，光束扩展角为15度或更小。通过以15度或更小来发射透过透镜部分165的外侧入射部分161的光，光学透镜160可以提供15度或更小的光束扩展角。
参考图6，在光路的基础上，在从发光二极管133发射的光中，相对于光轴Z0以第一入射角R1和R2直接行进到光学透镜160的透镜部分165的光L1和L2被透镜部分165折射，然后相对于垂直轴Z以15度或更小的第一出射角R5和R6发射。第一入射角R1和R2是相对于发光二极管133的上表面的中心P0发射的光L1和L2与光轴Z0之间的角度。第一入射角R1和R2的最大角度可以是这样的角度，即，从发光二极管133发射的光以该角度入射在透镜部分165的外部低点P4和P5上。这里，第一入射角R1和R2的最大角度可以相对于光轴Z0以35度或更小的角度发射。当第一入射角R1和R2例如在10至35度的范围内时，第一出射角R5和R6与第一入射角R1和R2的比率(R5/R1和R6/R2)可以是以1.7或更小的比率发射到透镜部分165。当第一出射角R5和R6与第一入射角R1和R2的比率(R5/R1和R6/R2)超过上述范围时，存在光束扩展角超过15度的问题。
在从发光二极管133发射的光中，相对于光轴Z0以第二入射角R3和R4行进到凹槽111的侧表面116的一些光L3和L4在凹槽111的侧表面116处被反射，并且通过凹槽111的侧表面的上端P2和P3与透镜部分165的外部点P4之间发射。此时，第二入射角R3和R4以相对于光轴Z0超过35度的角度行进。以第二入射角R3和R4发射的光L3和L4通过入射部分161折射并以第二出射角R7和R8发射，第二出射角R7和R8相对于垂直轴Z以15度或更小的角度行进。第二入射角R3和R4是相对于发光二极管133的上表面的中心P0发射的光L3和L4与光轴Z0之间的角度。这里，发射到光学透镜160的透镜部分165的外侧入射部分161的光L3和L4具有相对于光轴Z0超过35度的第二入射角R3和R4以及相对于垂直轴Z的15度或更小第二出射角R7和R8。在光以第二入射角R3和R4行进的情况下，例如，光L3和L4相对于光轴Z0具有36至65度的范围，第二出射角R7和R8与第二入射角R3和R4的比率(R7/R3和R8/R4)可以是0.375或更小的比率。当第二出射角R7和R8与第二入射角R3和R4的比率(R7/R3和R8/R4)超过上述范围时，存在光束扩展角超过15度的问题。
这里，通过发光二极管133发射的光中的光束扩展角之外的光，例如，相对于光轴Z0超过65度的光(例如，当光束扩展角为130度时)是光的光束扩展角分布之外的光，对光分布的影响可能不大。
在从发光二极管133发射的光中，相对于光轴Z0为35度或更小的光L1和L2行进到光学透镜160的透镜部分165，并且通过光学透镜160的入射部分161以大于35度和60度或更小的周期发射到外部。通过使用以第一入射角R1和R2从发光模块130直接入射在透镜部分165上的第一光L1和L2以及具有第二入射角R3和R4的由凹槽111的侧表面116反射并发射到入射部分161的光L3和L4，光学模块100可以设置为具有光束扩展角的窄角模块，如图9所示。
图7是示出根据实施例的发光二极管的另一示例的视图。
参照图7，发光二极管可包括：发光结构10，包括多个半导体层11、12和13；第一电极层20，在发光结构10下面；第二电极层50，在第一电极层20下面；绝缘层41，在第一电极层20和第二电极层50之间；以及焊盘25。
发光结构10可以包括第一半导体层11、有源层12和第二半导体层13。有源层12可以设置在第一半导体层11和第二半导体层13之间。有源层12可以设置在第一半导体层11下面，并且第二半导体层13可以设置在有源层12下面。
例如，第一半导体层11可以包括添加诸如n型掺杂剂的第一导电类型掺杂剂的n型半导体层，第二半导体层13可以包括添加诸如p型掺杂剂的第二导电类型掺杂剂的p型半导体层。另一方面，第一半导体层11可以设置为p型半导体层，第二半导体层13可以设置为n型半导体层。
发光结构10选择性地由II至V族元素和III至V族元素的化合物半导体形成，并且能够发射从紫外波段到可见光波段的波长范围内的预定的峰值波长。例如，可以发射紫外光。发光结构10可以包括第一半导体层11、第二半导体层13、以及在第一半导体层11和第二半导体层13之间的有源层12。其他半导体层可以设置层11、12和13中的至少一个，但是本发明不限于此。
第一半导体层11包括InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的组成式。第一半导体层11可以用II-VI族化合物半导体和III-V族化合物半导体中的至少一种来实现。例如，第一半导体层11可以选自由GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP组成的组。第一导电掺杂剂包括n型掺杂剂，诸如Si、Ge、Sn、Se或Te。
有源层12可以设置在第一半导体层11下面，并且可以具有单量子阱结构、多量子阱(MQW)结构、量子点结构或量子线结构中的至少一种，但是实施例不限于此。有源层12包括成对的阱层和阻挡层。成对的阱层和阻挡层例如包括InGaN/GaN、GaN/AlGaN、AlGaN/AlGaN、InGaN/AlGaN、InGaN/InGaN、AlGaAs/GaA、InGaAs/GaAs、InGaP/GaP、AlInGaP/InGaP和InP/GaAs中的至少一对。
第二半导体层13可以设置在有源层12下面。第二半导体层13包括具有第二导电类型掺杂剂的半导体，例如，InxAlyGa1-x-yN的组成式(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)。第二半导体层13可以选自由GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP组成的组。第二半导体层13是具有诸如Mg、Zn、Ca、Sr或Ba的p型掺杂剂的p型半导体层。
粗糙的不平坦部11A可以设置在第一半导体层11的顶表面上，并且不平坦表面11A可以提高光提取效率。不平坦表面11A可以具有多边形或半球形的横截面。
第一电极层20设置在发光结构和第二电极层50之间，并且电连接到发光结构10的第二半导体层13，且还电连接到第二电极层50。第一电极层20包括第一接触层15、反射层17和覆盖层19。第一接触层15设置在反射层17和第二半导体层13之间，反射层17设置在第一接触层15和覆盖层19之间。第一接触层15、反射层17和覆盖层19可以由不同的导电材料制成，但不限于此。
第一接触层15可以与第二半导体层接触，例如，与第二半导体层13欧姆接触。第一接触层15可以由例如导电氧化物膜、导电氮化物或金属制成。第一接触层15可以由氧化铟锡(ITO)、ITO氮化物(ITON)、氧化铟锌(IZO)、IZO氮化物(IZON)、氧化铝锌(AZO)、氧化铝镓锌(AGZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、氧化锑锡(ATO)、氧化镓锌(GZO)、IZO氮化物(IZON)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、Pt、Ag和Ti中的至少一种制成。
反射层17可以电连接到第一接触层15和覆盖层19。反射层17可以反射从发光结构10入射的光，以执行增加提取到外部的光量的功能。
反射层17可以由具有70％或更高的光反射率的金属制成。例如，反射层17可以由包括Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Au和Hf中的至少一种的金属或其合金制成。而且，反射层17可以实现为使用上述金属或合金和透光导电材料的多层，透光导电材料诸如为氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、铟锌锡氧化物(IZTO)、铟铝锌氧化物(IAZO)、铟镓锌氧化物(IGZO)、铟镓锡氧化物(IGTO)、铝锌氧化物(AZO)或氧化锑锡(ATO)。
例如，根据实施例的反射层17可以包括Ag、Al、Ag-Pd-Cu合金或Ag-Cu合金中的至少一种。例如，反射层17可以具有其中交替设置Ag层和Ni层的结构，或者可以包括Ni/Ag/Ni或Ti层和Pt层。又例如，第一接触层15可以设置在反射层17下面，并且第一接触层15的至少一部分可以穿过反射层17以与第二半导体层13接触。又例如，反射层17可以设置在第一接触层15下面，并且反射层17的一部分可以穿过第一接触层15以与第二半导体层13接触。
根据实施例的发光二极管可以包括设置在反射层17下面的覆盖层19。覆盖层19与反射层17的底表面接触，并且接触部分34连接到焊盘25以作为线层，用于传输提供给焊盘25的功率。覆盖层可以由例如Au、Cu、Ni、Ti、Ti-W、Cr、W、Pt、V、Fe和Mo中的至少一种的金属制成。
覆盖层19的接触部分34设置在不与发光结构10垂直重叠的区域中，以垂直地重叠焊盘25。覆盖层19的接触部分34设置在不与第一接触层15和反射层17垂直重叠的区域中。覆盖层19的接触部分34设置在低于发光结构10的位置以与焊盘25直接接触。
焊盘25可以设置为单层或多层结构。单层可以由Au制成，并且当焊盘25设置为多层结构时，焊盘25可以包括Ti、Ag、Cu和Au中的至少两种材料。这里，在多层结构的情况下，可以提供Ti/Ag/Cu/Au的层压结构或Ti/Cu/Au的层压结构。反射层17和第一接触层15中的至少一个可以与焊盘25直接接触，但是不限于此。
焊盘25可以设置在第一电极层20的外壁和发光结构10之间的区域处。保护层30和透光层45可以与焊盘25的周边接触。
保护层30可以设置在发光结构10的底表面上，以与第二半导体层13的底表面和第一接触层15接触，并且还与反射层17接触。
保护层30的与发光结构10垂直重叠的内部可以设置为与突起16的区域垂直重叠。保护层30的外部可以从覆盖层19的接触部分34向上延伸并且设置成与接触部34垂直重叠。保护层30的外部可以与焊盘25接触，例如，设置在焊盘25的圆周表面上。
保护层30的内部可以设置在发光结构10和第一电极层20之间，并且外部可以设置在透光层45和覆盖层45的接触部分34之间。保护层30的外部可以从发光结构10的侧壁延伸到外部区域A1，以防止水分渗透。
保护层30可以定义为沟道层、低折射率材料层或隔离层。保护层30可以由例如氧化物或氮化物的绝缘材料制成。例如，保护层30可以由选自由SiO2、SixOy、Si3N4、SixNy、SiOxNy、Al2O3、TiO2和AlN组成的组中的至少一种材料制成。保护层30可以由透明材料制成。
根据实施例的发光二极管可以包括用于使第一电极层20与第二电极层50电绝缘的绝缘层。绝缘层41可以设置在第一电极层20和第二电极层50之间。绝缘层41的上部可以与保护层30接触。绝缘层41可以由例如氧化物或氮化物制成。例如，绝缘层41可以由选自由SiO2、SixOy、Si3N4、SixNy、SiOxNy、Al2O3、TiO2和AlN组成的组中的至少一种材料制成。
绝缘层41可以具有例如100纳米至2000纳米的厚度。当绝缘层41具有100纳米或更小的厚度时，绝缘特性可能劣化。当绝缘层41的厚度超过2000纳米时，在后续工艺中可能发生破裂。绝缘层41可以与第一电极层20的底表面和第二电极层50的顶表面接触，因此具有大于保护层30、覆盖层19、接触层15和反射层17中的每一个厚度的厚度。
第二电极层50可以包括设置在绝缘层41下面的扩散阻挡层52、设置在扩散阻挡层52下面的接合层54、以及设置在接合层54下面并且电连接到第一半导体层11的导电支撑构件56。此外，第二电极层50可以选择性地包括扩散阻挡层52、接合层54和导电支撑构件56中的一个或两个。扩散阻挡层52和接合层54中的至少一个可以省略。
扩散阻挡层52可以由Au、Cu、Ni、Ti、Ti-W、Cr、W、Pt、V、Fe和Mo中的至少一种制成。扩散阻挡层52可以用作绝缘层41和接合层54之间的扩散阻挡。扩散阻挡层52可以电连接到接合层54和导电支撑构件56，并且还电连接到第一半导体层11。
扩散阻挡层52可以执行用于在制造接合层54时防止接合层54中包含的材料在反射层17的方向上扩散的功能。扩散阻挡层52可以防止包含在接合层54中的诸如锡(Sn)的材料对反射层17产生影响。
接合层54可以由阻挡金属或接合金属制成，例如，由Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag、Nb、Pd或Ta中的至少一种制成。根据实施例，导电支撑构件56可以通过支撑发光结构10来执行散热功能。接合层54可以包括种子层。
导电支撑构件56可以通过使用金属或载体衬底形成，例如，载体衬底为注入有Ti、Cr、Ni、Al、Pt、Au、W、Cu、Mo、Cu-W或杂质的半导体衬底(例如，Si、Ge、GaN、GaAs、ZnO、SiC和SiGe)。导电支撑构件56可以是用于支撑发光二极管的层，并且具有对应于第二电极层50的厚度的80％的厚度，即，30μm或更大的厚度。
第二接触层33设置在第一半导体层11中以与第一半导体层11接触。第二接触层的顶表面可以设置在高于第一半导体层11的底表面的位置，电连接到第一半导体层11，并且与有源层12和第二半导体层13绝缘。
第二电极33可以电连接到第二导电层50。第二接触层33可以设置为穿过第一电极层20、有源层12和第二半导体层15。第二接触层33可以设置在发光结构10中限定的凹槽2中并通过保护层30与有源层12和第二半导体层15绝缘。可以设置多个第二接触层33，并且多个第二接触层33可以彼此间隔开。
第二接触层33可以连接到第二电极层50的突起51，并且突起51可以从扩散阻挡层52突出。突起51可以穿过限定在绝缘层41和突起层30中的孔41A并与第一电极层20绝缘。
第二接触层33可以由Cr、V、W、Ti、Zn、Ni、Cu、Al、Au和Mo中的至少一种制成。又例如，突起51可以包括形成扩散阻挡层52和接合层54的材料中的至少一种，但不限于此。例如，突起51可以包括Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag、Nb、Pd或Ta中的至少一种。
焊盘25电连接到第一电极层20，并暴露于在发光结构10的侧壁外侧的区域。焊盘25可以设置为一个或多个。例如，焊盘25可以由Au、Cu、Ni、Ti、Ti-W、Cr、W、Pt、V、Fe和Mo中的至少一种制成。
透光层45可以保护发光结构10的表面，使焊盘25与发光结构10绝缘，并且与保护层30的周边部分接触。透光层45的折射率可以小于构成发光结构10的半导体层的折射率，以提高光提取效率。透光层45可以由例如氧化物或氮化物制成。例如，透光层45可以由选自由SiO2、SixOy、Si3N4、SixNy、SiOxNy、Al2O3、TiO2和AlN构成的组中的至少一种材料制成。根据设计可以省略透光层45。根据实施例，发光结构10可以由第一电极层20和第二电极层50驱动。
图8是根据实施例的发光二极管的另一示例。
参照图8，发光二极管包括衬底311、第一半导体层312、发光结构310、电极层331、绝缘层333、第一电极335和第二电极337。
衬底311可以是例如透光或绝缘衬底或导电衬底。衬底311可以包括例如蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP、Ge和Ga2O3中的至少一种。多个凸起部分(未示出)可以设置在衬底311的顶表面上，以提高光提取效率。这里，可以去除衬底311，并且第一半导体层312或第一导电半导体层313可以设置在顶层中。
第一半导体层312设置在衬底311下面。第一半导体层312可以使用第II族至第V族元素的化合物半导体形成。第一半导体层312可以包括例如GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInP和GaP中的至少一种。第一半导体层312可以由缓冲层和未掺杂(未被掺杂)半导体层中的至少一个形成，缓冲层可以减小衬底和氮化物半导体层之间的晶格常数的差异，并且未掺杂半导体层可以提高半导体晶体的质量。这里，可以不形成第一半导体层312。
发光结构310设置在第一半导体层312或衬底311下面。发光结构310可以选择性地由II至V族元素和III-V族元素的化合物半导体形成，并且能够发射从紫外波段到可见光波段的波长范围内的预定的峰值波长。
发光结构310包括第一导电半导体层313、第二导电半导体层315、以及在第一半导体层313和第二半导体层315之间的有源层314。第一半导体层313和第二半导体层315可以由单层或多层的结构形成。
第一导电半导体层313可以包括掺杂有第一导电掺杂剂的半导体层，例如，n型半导体层。第一导电半导体层313包括InxAlyGa1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)的组成式。第一导电半导体层313可以是III-V族元素的化合物半导体，例如，GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs和GaAsP。第一导电掺杂剂是n型掺杂剂并包括诸如Si、Ge、Sn、Se和Te的掺杂剂。
有源层314设置在第一导电半导体层313下面，并且选择性地包括单量子阱、多量子阱(MQW)、量子线结构或量子点结构。有源层314包括成的阱层和阻挡层。成对的阱层和阻挡层例如包括InGaN/GaN、GaN/AlGaN、AlGaN/AlGaN、InGaN/AlGaN、InGaN/InGaN、AlGaAs/GaA、InGaAs/GaAs、InGaP/GaP、AlInGaP/InGaP和InP/GaAs中的至少一对。
第二半导体层315可以设置在有源层314下面。第二半导体层315包括具有第二导电类型掺杂剂的半导体，例如，InxAlyGa1-x-yN的组成式(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)。第二半导体层315可以选自由GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP和AlGaInP组成的组。第二半导体层13是具有诸如Mg、Zn、Ca、Sr或Ba的p型掺杂剂的p型半导体层。
发光结构310是另一示例，第一导电半导体层313可以是p型半导体层，第二导电半导体层315可以是n型半导体层。可以在第二导电半导体层315下面形成具有与第二导电类型相反极性的第三导电类型半导体层。此外，发光结构310可以具有n-p结结构、p-n结结构、n-p-n结结构和p-n-p结结构中的任何一种。
电极层331形成在导电半导体层315下面。电极层331包括反射层，反射层还可以包括与发光结构310的欧姆接触。反射层可以选自反射率为70％或更多的材料，例如，Al、Ag、Ru、Pd、Rh、Pt和Ir的金属以及两种或更多种上述金属的合金。电极层331可以包括透明电极层/反射层的堆叠结构，例如，包括单层或多层结构。导电半导体层315和电极层331中的至少一层的表面具有光提取结构，例如，可以形成粗糙部，这样的光提取结构通过改变入射的光临界角来设置，并改善光提取效率。由电极层331反射的光可以通过衬底311发射。
第一电极设置在第一导电半导体层313的一部分下面，第二电极337设置在电极层331的一部分下面。
第一电极335电连接到第一导电半导体层315，第二电极337通过电极层331电连接到第二导电半导体层315。第一电极335和第二电极337可以由Cr、Ti、Co、Ni、V、Hf、Ag、Al、Ru、Rh、Pt、Pd、Ta、Mo和W中的至少一种或合金形成。第一电极335和第二电极337可以相同，或者是由不同层压结构形成的层压结构，并且可以是单层或多层结构。
绝缘层333可以设置在电极层331下面并且设置在第二导电半导体层315的下表面、第二导电半导体层315和有源层314的侧表面、以及第一导电半导体层313的部分区域上。绝缘层333设置在电极层331、第一电极335和第二电极337的排除区域上，并且电保护发光结构310的下部电气。绝缘层333包括绝缘材料或绝缘树脂，其由具有Al、Cr、Si、Ti、Zn和Zr的氧化物、氮化物、氟化物和硫化物中的至少一种形成。绝缘层333例如是SiO2，可以选择性地由Si3N4、Al2O3和TiO2形成。绝缘层333是为了形成倒装结合的下面的发光结构的金属结构，用于防止发光结构310的层间短路。
实施例可以设置在发光二极管上的荧光体层(未示出)，并且荧光体层可以设置在发光二极管的上表面或发光二极管的上/侧表面上。荧光体层可以改善从LED发出的光的波长的转换效率。荧光体层可以包括红色荧光体、绿色荧光体、蓝色荧光体、黄色荧光体中的至少一种，但不限于此。荧光体可以选择性地由例如YAG、TAG、硅酸盐、氮化物、氧氮化物基材料形成。
根据实施例，光学模块可以作为单元提供，或者可以以布置在多个光学模块中的形式提供。根据实施例，光学模块可以应用于曝光***或固化设备的UV灯。
在上述实施例中描述的特征、结构和效果被结合到至少一个实施例中，但不仅限于一个实施例。此外，本领域技术人员可以容易地组合和修改在一个实施例中示例的特征、结构和效果以用于另一实施例。因此，这些组合和修改应被解释为落入本发明的范围内。
【工业适用性】
本发明可以提供一种紫外光学模块。
本发明提供一种具有窄光束扩展角的紫外光学模块，并且可以应用于工业和工业灯。
本发明可以用作具有窄光束扩展角的紫外模块的曝光机或硬化机的灯。

Claims (10)

1.一种光学模块，包括：
主体，包括凹入的凹槽和侧表面，所述侧表面在凹槽的周边处具有向外凹入的弯曲表面；
发光模块，包括在主体的凹槽的下部处的发光二极管；以及
光学透镜，包括设置在主体上的入射部分和在入射部分上的具有凸形曲面的透镜部分，
其中，入射部分设置在主体的上表面和凹槽上，
入射部分包括第一区域和第二区域，第一区域在垂直方向与主体的上表面重叠，第二区域沿着透镜部分的外周在垂直方向上与凹槽的上部重叠，
透镜部分在垂直方向上与凹槽重叠，
凹槽的上部具有最大的第一直径，
透镜部分的下部具有最大的第二直径，
第二直径小于第一直径，
凹槽的下部具有小于第二直径的第三直径，以及
发光二极管的上表面设置成低于连接凹槽的弯曲表面的下端的水平直线。
2.根据权利要求1所述的光学模块，其中，主体包括接收部分，发光模块设置在接收部分中，并且凹槽的底部是敞开的，
发光模块包括设置在接收部分的底部并且电连接到发光二极管的电路板，以及
接收部分的底部中心与透镜部分的中心对齐。
3.根据权利要求1所述的光学模块，其中，透镜部分包括非球面形状，
第二直径是第一直径的80％或更大，以及
入射部分中的第二区域的下表面的面积小于第一区域的下表面的面积。
4.根据权利要求3所述的光学模块，其中，光学透镜的高度小于凹槽的深度，
第一直径和第二直径的比率在1:0.81至1:0.91的范围内，以及
光学透镜的入射部分具有平坦的入射表面，并且从光学透镜发射的光的光束扩展角为15度或更小。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的光学模块，其中，从发光二极管发射的第一光以相对于光轴的第一入射角直接入射在透镜部分上，并且通过透镜部分以第一出射角发射，以及
从发光二极管发射的第二光在凹槽的侧表面处以相对于光轴的第二入射角被反射，并且通过设置在透镜部分外侧的入射部分以第二出射角发射，
其中，第一入射角相对于光轴为35度或更小，第二入射角相对于光轴大于35度，并且第一出射角和第二出射角包括相对于光轴或垂直轴的15度或更小。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的光学模块，其中，从发光二极管发射的第一光以相对于光轴的第一入射角直接入射在透镜部分上，并且通过透镜部分以第一出射角发射，以及
从发光二极管发射的第二光在凹槽的侧表面处以相对于光轴的第二入射角被反射，并且通过设置在透镜部分外侧的入射部分以第二出射角发射，
其中，第一入射角和第一出射角的比率为1.7或更小，以及
第二入射角和第二出射角的比率为0.375或更小。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的光学模块，其中，主体包括陶瓷材料或铝材料，
凹槽在俯视图中呈圆形形状，以及
凹槽的直径朝向发光二极管逐渐减小。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的光学模块，其中，凹槽的弯曲侧表面的曲率半径为1.5mm或更小，
其中，入射部分的下表面包括平坦的水平表面，以及
入射部分的下表面的面积大于凹槽的上表面的面积。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的光学模块，其中，发光二极管发射紫外波长的光，
凹槽在俯视图中呈圆形形状，
凹槽的直径朝向发光二极管逐渐减小，以及
从光学透镜发出的光的光束扩展角为15度或更小。
10.根据权利要求2所述的光学模块，其中，发光二极管发射紫外波长的光，
凹槽在俯视图中呈圆形形状，
凹槽的直径朝向发光二极管逐渐减小，
电路板的下表面与主体的下表面设置在同一水平面并设置在接收部分中，
电路板包括陶瓷材料，以及
电路板的宽度小于接收部分的宽度。
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