直下式led背光模組的制作方法
【專利摘要】直下式LED背光模組，包括設(shè)置有封裝凹腔的背板，封裝凹腔內(nèi)設(shè)置背光源，所述封裝凹腔頂部設(shè)置有擴散板，所述擴散板與所述背光源相對的平面為入光面；所述背光源為多個間隔布置于凹腔底部的LED倒裝芯片，所述LED倒裝芯片封裝于基板上，所述LED倒裝芯片的發(fā)光表面與所述擴散板的入光面之間的距離H和相鄰LED倒裝芯片發(fā)光中心點之間的距離L之間滿足：L≤2H*tanα，其中，α為芯片光能量發(fā)射軸向角，tan表示正切運算。本實用新型用LED倒裝芯片作為背光源，通過調(diào)整LED倒裝芯片間距以及倒裝芯片發(fā)光表面與擴散板之間的距離就能夠有效實現(xiàn)混光均勻性，無需使用散光光學器件，實現(xiàn)了背光模組的超薄化，降低制造成本。
【專利說明】直下式LED背光模組

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于液晶顯示設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種采用LED倒裝芯片的直下式背光模組。

【背景技術(shù)】
[0002]液晶顯示裝置(LCD, Liquid Crystal Display)具有機身薄、省電、無福射等眾多優(yōu)點，得到了廣泛的應用?，F(xiàn)有市場上的液晶顯示裝置大部分為背光型液晶顯示裝置，其包括液晶面板及背光模組。由于液晶顯示屏本身不發(fā)光，因此，背光模組(backlight module)是IXD的關(guān)鍵組件之一，背光模組的功能是提供足夠亮度和分布均勻的光源，使顯示器能正常顯示影像。液晶面板的工作原理是在兩片平行的玻璃基板當中放置液晶分子，兩片玻璃基板中間有許多垂直和水平的細小電線，通過通電與否來控制液晶分子改變方向，將背光模組的光線折射出來產(chǎn)生畫面。
[0003]現(xiàn)行LED背光源主要是冷陰極管CCFL和發(fā)光二極管LED，而背光模組依照光源入射位置的不同分成側(cè)入式背光模組與直下式背光模組兩種。直下式背光模組是將背光源例如CCFL陰極熒光燈或LED布置在液晶面板下方，直接形成面光源提供給液晶面板。與CCFL背光源相比，LED背光源的優(yōu)勢在于色彩還原性好、低能耗、超長壽命、響應速度快、材料無環(huán)境公害以及更好的電學光學控制性能等等，尤其是使用了紅綠藍三基色LED后，其色彩還原性遠高于CCFL背光。從長遠來看，RGB三基色LED背光是液晶顯示背光技術(shù)中最有前途的。
[0004]但由于LED直接出光的光能量分布為朗伯型，光能量集中在軸向小角度內(nèi)，直接將這種配光的LED放置在面板下方很難實現(xiàn)面板上的均勻照明。傳統(tǒng)液晶顯示器的直下式LED背光模組為了實現(xiàn)面板上的均勻照明，一般采取增加散光板與LED光源之間的距離的方式，但增加此距離的同時也增加了模組的厚度，不利于超薄化的發(fā)展。
[0005]另一種使用更多的解決方式是增加散光光學器件，例如在LED光源和散光板之間表面增加一個二次光學透鏡，用以散射LED光源發(fā)出的光以達到實現(xiàn)混光的目的。但是，二次光學透鏡本身將占據(jù)一定的厚度，也對背光模組的超薄化形成了一定程度的限制。另外，現(xiàn)有的二次光學透鏡與LED之間存在一定的匹配問題，S卩如果兩者之間匹配不好，將直接影響混光均勻的效果好壞。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的目的在于提供一種采用倒裝芯片技術(shù)(Flip-chip)的直下式背光模組，在有效實現(xiàn)混光均勻性的同時，簡化結(jié)構(gòu)，降低制造成本。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取如下的技術(shù)解決方案:
[0008]直下式LED背光模組，包括設(shè)置有封裝凹腔的背板，封裝凹腔內(nèi)設(shè)置背光源，所述封裝凹腔頂部設(shè)置有擴散板，所述擴散板與所述背光源相對的平面為入光面；所述背光源為多個間隔布置于凹腔底部的LED倒裝芯片，所述LED倒裝芯片封裝于基板上，所述LED倒裝芯片的發(fā)光表面與所述擴散板的入光面之間的距離Η和相鄰LED倒裝芯片發(fā)光中心點之間的距離L之間滿足:L彡2H*tana，其中，α為芯片光能量發(fā)射軸向角，tan表示正切運笪
[0009]進一步的，所述LED倒裝芯片的發(fā)光表面與所述擴散板的入光面之間的距離Η小于 1mm η
[0010]進一步的，所述芯片光能量發(fā)射軸向角α為20度，LED倒裝芯片的發(fā)光表面與擴散板的入光面之間的距離Η為0.75mm,相鄰LED倒裝芯片發(fā)光中心點之間的距離小于0.540mm。
[0011]進一步的，所述相鄰LED倒裝芯片發(fā)光中心點之間的距離L為125?500 μ m，LED倒裝芯片發(fā)光面積為0.01?0.15平方毫米。
[0012]進一步的，所述封裝凹腔的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有一層由高反射率材料制成的側(cè)反光層。
[0013]進一步的，所述基板上方表面設(shè)置有由高反射率材料制成的底發(fā)光層。
[0014]進一步的，所述基板為所述封裝凹腔的底壁。
[0015]進一步的，所述背板為非透明硅背板或陶瓷背板或非透明有機塑料背板。
[0016]進一步的，所述背板為鋁背板或銅背板。
[0017]進一步的，所述封裝凹腔底面上形成有氧化鋁絕緣導熱層，LED倒裝芯片的PCB電路設(shè)置在氧化鋁絕緣導熱層上，LED倒裝芯片貼裝在氧化鋁絕緣導熱層上方并且與PCB電路之間進行電氣連接。
[0018]由以上技術(shù)方案可知，本實用新型采用倒裝LED芯片技術(shù)，在背板封裝凹腔內(nèi)封裝LED倒裝芯片陣列，通過合理設(shè)置相鄰LED倒裝芯片的間距以及倒裝芯片發(fā)光面與擴散板之間的距離，使LED倒裝芯片投射至擴散板入光面光斑重合，在不采用散光光學器件情況下有效實現(xiàn)混光均勻性，在實現(xiàn)背光模組的超薄化同時還可降低制造成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本實用新型實施例，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做簡單介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為本實用新型實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為實施例1的LED倒裝芯片的示意圖；
[0022]圖3為本實用新型實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本實用新型實施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本實用新型實施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0025]實施例1
[0026]如圖1所示，本實用新型的直下式LED背光模組包括背板1，背板1上設(shè)置有封裝凹腔la，作為背光源的LED倒裝芯片2設(shè)置于封裝凹腔la內(nèi)。背板1頂部設(shè)置有擴散板3，擴散板3位于LED倒裝芯片2的上方，擴散板3與LED倒裝芯片2相對的平面為入光面3a ο
[0027]同時參照圖2，本實用新型的LED倒裝芯片2包括襯底20、依次形成于襯底20上的n型半導體層21、多量子阱層22、P型半導體層23、電流擴散層24，以及與P型半導體層23形成電連接的P電極25和與N型半導體層21形成電連接的N電極26。本實施例的襯底20為藍寶石，也可根據(jù)工藝需求，選用其他適用于LED倒裝芯片制造的襯底，例如SiC、ZnS、ZnO或GaAs襯底。LED倒裝芯片2封裝于基板4上，基板4設(shè)置于背板1的封裝凹腔la的底面上，基板4上印刷有與LED倒裝芯片電氣連接的PCB電路?；?上形成有P電極層40，P電極層40上形成有N電極層41，在P電極層40和N電極層41之間形成有絕緣層42，絕緣層42將P電極層40和N電極層41隔離開。在對應倒裝芯片P電極25的位置暴露出P電極層40，在P電極層40上形成對應P電極25的P電極焊接點43，在N電極層41上形成對應N電極26的N電極焊接點44，P電極25與P電極焊接點43通過焊球連接，N電極26與N電極焊接點44通過焊球連接，從而形成電連接?；?的材料可為硅片、陶瓷、線路板或金屬板。
[0028]參照圖1，多個LED倒裝芯片2間隔布置在背板1的封裝凹腔la內(nèi)，LED倒裝芯片2的發(fā)光表面(即襯底20)與擴散板3的入光面3a之間的距離為H，相鄰LED倒裝芯片2發(fā)光中心點之間的距離為L，為確保LED倒裝芯片投射至擴散板入光面光斑重合，實現(xiàn)均勻混光，本實用新型的LED倒裝芯片2的發(fā)光表面與擴散板3的入光面之間的距離Η和相鄰LED倒裝芯片2發(fā)光中心點之間的距離L之間滿足以下條件:L彡2H*tana，其中α為芯片光能量發(fā)射軸向角，tan表示正切運算。對于需要實現(xiàn)超薄化的背光模組，Η小于1mm。
[0029]由于LED芯片發(fā)射的光能量主要分布在以光源光軸為中心的一定角度之內(nèi)，優(yōu)選的，本實施例芯片光能量發(fā)射軸向角α為20度，LED倒裝芯片2的發(fā)光表面與擴散板3的入光面之間的距離Η為0.75mm,則相鄰LED倒裝芯片2發(fā)光中心點之間的距離小于0.540mm。進一步的，相鄰LED倒裝芯片2發(fā)光中心點之間的距離可設(shè)為125?500 μ m，LED倒裝芯片發(fā)光面積為0.01?0.15平方毫米。LED倒裝芯片通過倒裝焊接固定在基板上組成LED倒裝芯片陣列，采用超音波等焊接固定方式控制LED倒裝芯片之間的間距。
[0030]實施例2
[0031]如圖3所示，本實施例與實施例1不同的地方在于:背板1的封裝凹腔la的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置有一層由高反射率材料制成的側(cè)反光層1-1。同時，優(yōu)選的在基板4上方表面設(shè)置同樣由高反射率材料制成的底發(fā)光層1-2，側(cè)反光層1-1與底反光層1-2使封裝凹腔la形成一個反射腔室，少部分由背光源發(fā)出的沒有直接到達腔體頂部擴散板3的光線可通過側(cè)反光層1-1與底反光層1-2的反射到達擴散板的入光面，進一步提高背光模組的發(fā)光效率。在封裝凹腔頂部設(shè)置的擴散板3和增亮膜層5等光學膜層，可以將均勻照度分布轉(zhuǎn)化為所需的亮度分布。
[0032]實施例3
[0033]如圖4所示，與實施例1不同的是，本實施例的PCB電路通過現(xiàn)有技術(shù)的絲印，蝕刻等方式直接設(shè)置于背板1的封裝凹腔la底面(壁)上，LED倒裝芯片與封裝凹腔la底面上的PCB電路電連接，由此可以省略基板，即將封裝凹腔的底壁作為基板。由于PCB電路的基板需要占據(jù)一定空間且具備一定厚度，本實施例將PCB電路直接印刷于封裝凹腔底面上，省略基板，有助于背光模組進一步的超薄化，同時降低成本，并且減少可LED倒裝芯片傳熱至背板的散熱路徑，使得背光模組散熱效果優(yōu)化。本實施例的背板I由非透明硅或陶瓷等絕緣無機材料或非透明有機塑料制成。
[0034]實施例4
[0035]如圖5所示，與實施例4不同的是，背板I由鋁，銅等導電金屬材料制成，例如，本實施例的背板基材是金屬鋁基材料，封裝凹腔Ia底面上形成有氧化鋁絕緣導熱層6。控制LED倒裝芯片的PCB電路設(shè)置在氧化鋁絕緣導熱層6上，LED倒裝芯片貼裝在該氧化鋁絕緣導熱層上方并且與PCB電路之間進行電氣連接。
[0036]為了使經(jīng)擴散板后光線變得均勻、一致，擴散板的出光面可設(shè)置散射微結(jié)構(gòu)，對LED倒裝芯片發(fā)出的光進行散射，該散射微結(jié)構(gòu)形狀為鋸齒形或波浪形結(jié)構(gòu)。擴散板可由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯中的一種或多種與散射粒子混合組成，前述散射粒子為二氧化硅(Si02)或二氧化鈦(Ti02)粒子。
[0037]由于傳統(tǒng)的背光源模塊由封裝好的LED燈珠組成，LED燈珠通常包括數(shù)顆LED芯片、引線框、散熱基片和透明封膠，尺寸大，限制了背光源發(fā)光點的間距調(diào)整，本實用新型利用倒裝技術(shù)在背板的封裝凹腔內(nèi)布置間隔排列的倒裝LED芯片，形成高密度陣列分布，通過調(diào)整LED倒裝芯片間間距及與LED倒裝芯片發(fā)光面與擴散板之間的距離，使LED倒裝芯片投射至擴散板入光面光斑重合，在不采用散光光學器件情況下在擴散板入光面上實現(xiàn)混光均勻，同時實現(xiàn)背光模組的超薄化。
[0038]LED倒裝芯片可以只包括單色LED倒裝芯片，也可以是包括基于紅光和綠光芯片的雙色LED倒裝芯片，或在基于紅光、綠光和藍光芯片的三色LED倒裝芯片外加上琥珀色或紫色的LED倒裝芯片。其中紅光芯片可以是由GaAs、GaInP或具有高In組分的InGaN材料制成。藍綠光芯片則由II1-V族材料通過芯片工藝制成。在藍色LED倒裝芯片的襯底上通過晶圓級封裝工藝或電泳工藝等方式涂覆相應顏色熒光粉形成發(fā)射藍光，紅光，綠光。
[0039]本說明書中各個部分采用遞進的方式描述，每個部分重點說明的都是與其它部分的不同之處，各個部分之間相同或相似部分互相參見即可。每個部件之間的組合關(guān)系并不只是實施例所公開的形式，對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本實用新型將不會被限制于本文所示的實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬范圍。
【權(quán)利要求】
1.直下式LED背光模組，包括設(shè)置有封裝凹腔的背板，封裝凹腔內(nèi)設(shè)置背光源，所述封裝凹腔頂部設(shè)置有擴散板，所述擴散板與所述背光源相對的平面為入光面； 其特征在于: 所述背光源為多個間隔布置于凹腔底部的LED倒裝芯片，所述LED倒裝芯片封裝于基板上，所述LED倒裝芯片的發(fā)光表面與所述擴散板的入光面之間的距離H和相鄰LED倒裝芯片發(fā)光中心點之間的距離L之間滿足:L彡2H*tana，其中，a為芯片光能量發(fā)射軸向角，tan表示正切運算。
2.如權(quán)利要求1所述的直下式LED背光模組，其特征在于:所述LED倒裝芯片的發(fā)光表面與所述擴散板的入光面之間的距離H小于1mm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的直下式LED背光模組，其特征在于:所述芯片光能量發(fā)射軸向角α為20度，LED倒裝芯片的發(fā)光表面與擴散板的入光面之間的距離H為0.75mm，相鄰LED倒裝芯片發(fā)光中心點之間的距離小于0.540mm。
4.如權(quán)利要求1或2所述的直下式LED背光模組，其特征在于:所述相鄰LED倒裝芯片發(fā)光中心點之間的距離L為125?500 μ m, LED倒裝芯片發(fā)光面積為0.01?0.15平方毫米。
5.如權(quán)利要求1所述的直下式LED背光模組，其特征在于:所述封裝凹腔的內(nèi)側(cè)壁設(shè)置有一層由高反射率材料制成的側(cè)反光層。
6.如權(quán)利要求1所述的直下式LED背光模組,其特征在于:所述基板上方表面設(shè)置有由高反射率材料制成的底發(fā)光層。
7.如權(quán)利要求1所述的直下式LED背光模組，其特征在于:所述基板為所述封裝凹腔的底壁。
8.如權(quán)利要求7所述的直下式LED背光模組屏，其特征在于:所述背板為非透明硅背板或陶瓷背板或非透明有機塑料背板。
9.如權(quán)利要求7所述的直下式LED背光模組屏，其特征在于:所述背板為鋁背板或銅背板。
10.如權(quán)利要求7或8或9所述的直下式LED背光模組屏，其特征在于:所述封裝凹腔底面上形成有氧化鋁絕緣導熱層，LED倒裝芯片的PCB電路設(shè)置在氧化鋁絕緣導熱層上，LED倒裝芯片貼裝在氧化鋁絕緣導熱層上方并且與PCB電路之間進行電氣連接。
【文檔編號】F21S8/00GK204083976SQ201420297499
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】王冬雷 申請人:廣東德豪潤達電氣股份有限公司