带有倒装发光二级管的薄型背光源的制作方法

专利名称：带有倒装发光二级管的薄型背光源的制作方法
技术领域：
本发明涉M于液晶显示器的背光源，尤其是涉及^^)^jt^l管(LED) 照亮背光源。
背景技术：
用于液晶显示器(LCD)的背光源有很多类型。-*4，对于全色背光源， 用来照亮背光源的光具有红色、绿色和蓝色的部分。荧光灯最常用作光源。随 着大功率LED的A艮，在某些应用方面这些LED已经取代了荧光灯。可以使 用红色、绿色和蓝色LED的组合，或者可以^JU "白光"LED。"白光"LED ^^l涂覆有波长转换磷光体的蓝色或紫外(UV) LED，以便因而产生的iL肴起 来是白色。
用于小型或中型尺寸的LCD的典型背光源使用由聚合物形成的固态、透明 光导。光源(荧她泡或LED)与矩形光导的一^H!'J狄学齡。光导可以是 楔形或者具有多个面或将M光导面均匀地泄漏到液晶层上的其他类型及^射 器。液晶层的红色、绿色和蓝色象素位置由有放地充当RGB象素光阀的电信号 控制，以在LCD显示屏上产生彩色图像。
图1图示了背光源中^JD—个或多个LED的典型LCD。光源是LED皿 10。模块10包含固定在基座14上、并安^^^腔16内的LED芯片(die) 12。腔具有与固态光导20的侧边ibl禺合的窗口 18。 LED12可以发射蓝光，且 LED上的磷^L层(如，4615柘榴石铈(YAG:Ce))泄漏部分蓝光，并发射 黄-绿光，因而^^M白色的。可替换地，可以是多色LED,以向光导20 提供红、#蓝光部分。
LED芯片12上的4，属焊盘与差一叠14 Ji^目应的焊盘掩^。 LED芯片12可 以倒装，或#^可以通过引线。基座14具有与印制电iEg4l(PCB)24连接的接线 端22。 PCB24具有将接线端22与LED驱动器26连接的导线图案。
LED芯片12和基座14可以裤，一:hMi于在固态光导20中形成的腔内。
漫射器28和和增亮膜(BEF)30位于光导20上方，以使得在窄视角内的光更 均匀且更亮。液晶层32位于BEF30 H LCD驱动器34控制每一个RGB象素位置处 的电场，以在LCD上显示图像。
底部M膜36向上朝向液晶层32 M光导中的所有光。光导20可以具有 楔形，表面Wt具有多个面，或具有通过顶部表面泄漏出光的^fe缺陷。
对于非常薄和小型的LCD,例如适用于手机、个人数字助理(PDA)、数码 相机、和她小型装置，液晶层可以是和0.75mm—样薄，漫散器28和BEF30 可以具有0.25mm的组合厚度，且光导20和M器36可以具有0.6mm的组合 厚度，达到大约1.6111111的总厚度。这些厚度被认为是目前能做到的最薄。
LED才狭10的总高度可以做得与光导/漫散器一样薄。PCB24增加了 LCD 的有效厚度，因为它为LED模块10和电接线端提供才;i^支撑。PCB也可以用 ^^座14中去除热量，这取决于LED的功率级。PCB可以与1.5mm —样厚。
在非常薄的装置中，期望进一步减小LCD的厚度。

发明内容
描述了 LCD的不同实施例，其中， 一个或多个LED安彭'jLCD内，而 不需要^^1任何印制电路板(PCB)，从而将LCD的厚度减少大约常用PCB的厚 度。
在一个实施例中，LED和基座"倒置，，安絲LCD中，以^^座与LCD 的液晶，'J面相对。因而，液晶层为基座和LED芯片提供才减支撑。LED芯 片(安a基座上)可以插4光导"顶部"表面中形成的腔内，且光导的顶 部表面紧靠液晶层或位于光导和液晶层之间的任意漫散器和BEF。在这种构造 下，包括所有支撑元件的LED光源不增加LCD的厚度。
LED可以是白光LED或可以包含多个LED,以利用红色、绿色和蓝色
光部分照亮液晶层。
在另一个实施例中，在与LCD芯片相对的LCD "底部"表面上是具有两 种状态的电动可切换镜。电信号使得可切换MA^Jt的，以将照射到镜子上 的所有^Jt回LED，或;1透明的，以4M^过可切皿。〗壬意的透MM 会M学系统准直通过可切换镜的光，且准直光用作手^il用于数字图像的其 他装置中的闪光灯或用作手电筒。如果LED用作闪光灯，则可以提供适当的驱 动器电路i^^供^itLED的电湳J^沖。
还描述了务他的实施例。


图1是薄型LCD的侧面剖视图，其中，LED才狭安装在印制电i^L(PCB)上。
图2是LCD的侧面剖视图，其中，基座由液晶层和/光导支撑，以狄对 PCB的需要。
图3是示出了液晶层、光导、基座和LED芯片的相对位置的图2的LCD
从顶部到底部的透视图。
图4A是可以用在图2的LCD中的可能侧a式白光LED的侧面剖视图。 图4B是可以用在图2的LCD中的另一种可能侧a式白光LED的侧面
剖件见图。
图5是与图2的LCD相似、但是具有与LED芯片相对的电动可切,的 LCD的侧面剖视图，其中，当可切皿处于透明状态时，LED可以用作手机 相机的闪iU^。
图6是示出了图5中LCD和^光学系统的手机翻盖部分的侧视图。 不同图中具有相同数字标记的元件可能是相同的或等效的。
具体实施例方式
图2是图示了 4 本发明一个实施例的LCD40的,'败图。图3是图2从 顶部到底部的透视图。
固态透明光导42(例如，由聚合物或玻璃形成)具有在其内形成的腔44， 其中，腔具有,J^LED46的近似尺寸。侧狄LED46在LED芯片周围以低 角360度发射其大部分光。因而，来自LED 46的大部分光直M送到光波导 42中。任意的^)"器可位于光导42的侧壁周围，以防止^Mv侧壁漏出。
底部M器48向上朝着液晶层M光导42中的光。光导42可以具有多个 面、粗糙表面或允许^/v光导42的顶部表面泄漏出去的，缺陷。光导42甚 至可以是楔形的。从光导均匀地泄漏光的很多技术;lj^斤周知的。
可能是半透明膜的漫散器50从光导42漫射光，以增加越錄面的光的均 勻性。增亮膜(BEF)52^it改向iiX更窄的视角，以在那个视角内增加亮度。这 种BEF膜M所周知的。
由此产生的光然后A4t到液晶层54的背表面，iiA非常众所周知的，JUL 需详细描述。 一种液晶层M包括底部偏振器56、在玻璃皿上的透明薄膜晶 体管(TFT)阵列58、液晶层60、在玻璃基板上的透明接地层(ground layer)62、与RGB象素位置相对应的RGB滤色器64和第二偏振器66。 M定的象 素位置，由LCD驱动器68施加到TFT阵列58上的信号改变光的偏振，且使 得在那个象素位置处的狄LCD40中输出成红色、绿色或蓝色象素。通过恰当 选择TFT信号，由LCD40产生彩色图像。
LED46安絲基座(submount) 70上。基座70可以由陶覺、硅、绝缘金 属^^#^适的材料形成。LED46上的金属焊盘与基座70 J^目应的焊盘(所 示为焊锡球72)接合。LED46优选为倒装芯片，以使厚度达到最小，其中，倒 装芯片是在芯片"底部"表面具有用于与基座或其他安装结构直##^的所有 电接线端的芯片。基座70具有与LED驱动器76连接的接线端74。基座70除 了作为驱动器76和LED 46之间的电接口之外，基座70还作为从LED46上去 除热量的散热片。基座70的表面可以M射的，以朝向光导42将LED 回去。
基座70和LED驱动器76之间的电连接可以用所谓的乘性金属箔互i^易 地实现，例如，由古尔德(Gould)电子制造的JTC Flex 。作为可替代的， 基座70和液晶层可以共享同一个柔性金属箔上的连接。假如基座太小以至于不 能固定到柔性金属箔上，线齡可以用来形成与柔性金属箔的电连接，其夹紧 JJ^座的侧面，或基座可以方 在(并碟)到乘I"生金属箔中的孔内，或LED46 可以直接固定到薄柔性金属箔的顶部。诸如柔性金属箔的电连接器可以附加地 用作从LED芯片去除热量的散热片。
金属支架78与液晶层的底部表面和基座70连接，以将基座70固定在合适 的位置，且用作附加的散热片。金属支架78也可以超出LCD区域，以提供附 加的散热，这取决于LED的电能利用率。支架78和基座70可粘合地固定在合 适的位置或用其^^适的手段(例如，用导热带)固定。在另一个实施例中， 基座70直接固定到液晶层54上，而不需要中间支架78。 一层或多层附加层可 以增加到液晶层54的底部，用于支撑^^座70。液晶层和光导有助于^^座70 去除热量。
金属支架也可以是一个引线框，其中，金属支架分f^至少两部分，^ 部分是向LED芯片提供阳,阴极电压的电连接，"tU^供才雄支撑^t热。或 者使用带有通孔的基座，且基座,到引對匡上，或者LED基座利用线4^与 引對鲢接。
由于LED46和基座70不需要4封可用于枳械支撑、散热和电接口的印制电 路板(PCB),所以LCD可以比图1贿技术的LCD更加薄。将LED倒装在液晶层上的另一^Hf处是很好地P艮定从LED46 ^it部分 到基座70的距离。通itit种构造，基座70与液晶层和光导的界面的对准^^可 以精确iiM角定的，且LED46的发J^部分可以与光导42精确对准。在J贿技术 的构造中，如图1中所示，LEDitJt部射目对于光导的位置是基于不同元件(例 如，PCB、基座、絲器)的尺寸和对准，且可能出舰大的对准误差。做 对于^背光源，下至几个孩沐的准直精度很重要，it^这种对准误差是重大 的改进。
虽然侧狄LED利用最小数量的幼H4fiy^^ii/Ob导42中，但是任 何类型的LED可以用在图2的实施例中。具有基座的多个LED可以用来将光 沿着光导42的一个或者多个侧面或者拐角^^i^Ot导42。逸叶于更大的LED 可育&需要的。^-"个LED按照图2中所示的方式来支撑。
不同层的厚度可以与本发明公开的背景部分所描勘目同，其中因此产生的 整个LCD的厚度不超过2mm。
图4A是一类可以在图2中4t^的,J^J6式白光LED82的侧面剖视图。由 氮化4S4^家(AUnGaN)材料形成的蓝色LED芯片83具有在其上沉积或电镀 的磷光体层84。当磷光体层由蓝色LED供ft^发射红色和绿色光，并泄漏部分 蓝光。〉'^^bl白光。许多类型的白光LED是已知的，且是合适的。侧^it 镜85 ^Jt和折射来自LED芯片83的光，以便大部分^ LED芯片83周围以 低角发射。可替换地，红色、绿色和蓝色LED可用来产生白光，或白光LED 和红光LED-"^可以用;j!Ut加光的红色部分。也可以^^)具有红色、绿色和蓝 色磷光体的UVLED。
图4B图示了侧^JL式白光LED86的另一个实施例，该LED86比图4A中 的LED更薄。LED86包含安^基座70上的蓝色LED芯片87，而磷M 板88固定到LED芯片87的顶部。磷光体成分可以&匕处所描述的、^f可发射 与蓝iti且^^产生白光的磷光体成分。顶部M器89保证所有的itA LED86 的侧面J^射。
图5是与图2的LCD40在许多方面相似的LCD卯的侧面剖视图，到目似 处无需重复描述。在图5中，基座70直接固定到液晶层54上，但也可以使用 金属支架。在图5中，光导42底部的M器48 ^^f申到LED46的下面。相反 地，电动可切换镜92位于LED下方。可切皿是能够商业供应的，JL^it讯 应用中常用于光学切换。当通过4te制器94对可切^^加第一电压时，可切 换镜处于第一状态呈反射状，JL^t可切换g加第二电压时，可切换M于第二状态呈透明状。在图5中，当可切换镜92处于第一状态时，镜将照射 的it^回腔44中，因此光育y^i^vit导42中。当只^^]LCD时，^fM这 种模式。
处于其第4态时，LED46可用作例如在手机中的数石財目机的闪光灯或手 电筒。当可切换镜92是透明的时，LED的光由会M学系统96 (透镜)来准 直，且用来照亮数字图像的对象。图中示出了手机中的传统照相机光学系统和 电子部件98。典型地，LCD将用,成图像，用户将按下相^fe，可切换 镜92将变成透明的，上升的电流脉沖将由驱动器76供给LED46，以产生明亮 的闪光，由此产生的图片将^C^:理。
图6是含有图5的LCD和闪iUT特征的手机翻盖部分的侧视图。注意到 闪狄和LCD屏W目对侧，舰过与图1中贿技^M目比倒置LED来成为可 能。如果预期的是，能够将闪^LCD设置在同"H^，例如当用户想为他自己 /她自己照相时，闪iUT可以安絲手才琳内，且LCD可以安絲可#^/的翻 盖部分内。
实施例的任意组合是可能的，LCD可以是彩色的或单色的。 ^t本发明进^f恃细描^，本领域的技术人员将理解的是给定了本发 明的/>开内容，可以对本发明进^f务改，而不脱离此处所描述的本发明精神的 范围。因此，不意味着本发明的保护范围限定在此处所图示和描述的特定实施 例中。
权利要求
1.一种液晶显示器(LCD)装置，其包括发光二极管(LED)芯片，该LED芯片是在第一表面上具有所有电接线端的倒装芯片，该LED芯片具有与第一表面相邻的侧面以及具有与第一表面相对的第二表面；由固态材料形成的基本上矩形的光导，该光导具有前表面和后表面，由LED芯片发射的光耦合进入该光导中；和在光导前表面上的液晶层，以便从光导前表面沿第一方向发射的光照亮作为背光源的液晶层后表面，该LED芯片安装在靠近光导的LCD装置中，以便该LED芯片的第一表面基本上面向第一方向，并且该LED芯片的至少一部分位于光导前表面和光导后表面之间的平面内。
2. 根据权利要求l所述的装置，其中，LED芯片安装在在光导中形 成的腔内。
3. 根据权利要求l所述的装置，其中，光只从LED芯片的侧面发射 进入光导。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中，液晶层遍布在光导的边缘， 其中LED芯片由遍布在光导边缘的液晶层支撑。
5. 根据权利要求l所述的装置，其进一步包括面向LED芯片第二 表面的反射器。
6. 根据权利要求l所述的装置，其进一步包括具有与LED芯片电 连接端接合的电连接端的基座。
7. 根据权利要求6所述的装置，其中，液晶层遍布在光导边缘，该 装置进一步包括固定到遍布在光导边缘的液晶层的一部分上的夹具，该 夹具支撑基座。
8. 根据权利要求6所述的装置，其中，至少基座的一部分位于光导 前表面和液晶层后表面之间的平面内。
9. 根据权利要求1所述的装置，其进一步包括用于将光耦合进入 光导的一个或多个附加倒装LED芯片，其中一个或多个附加LED芯片 安装在靠近光导的LCD装置中，该一个或多个附加LED的底部表面具 有电接线端，安装该一个或多个附加LED芯片使得该一个或多个附加 LED的底部表面基本上面向该第一方向。
10. 根据权利要求1所述的装置，其进一步包括靠近LED芯片的磷光体，用于对LED芯片发射的光进行颜色转换，以便产生白光。
11. 根据权利要求l所述的装置，其进一步包括在光导和液晶层之 间的漫射器。
12. 根据权利要求1所述的装置，其进一步包括与LED芯片热耦 合的散热片，用于从LED芯片去除热量。
13. 根据权利要求1所述的装置，其进一步包括与LED芯片第二 表面相对的可切换镜，该可切换镜在第一状态第二状态之间是电动可切换 的，其中在第一状态，面向LED芯片第二表面的可切换镜表面是反射的， 在第二状态，可切换镜基本上是透明的
14. 根据权利要求13所述的装置，其进一步包括在可切换镜光输 出侧处的会聚光学系统，用于修改由处于第二状态的可切换镜所传递光的 光图案。
15. 根据权利要求13所述的装置，其进一步包括LED驱动器，用 于在可切换镜处于用作数码相机中闪光灯的第二状态时向LED芯片提供 电流脉沖。
16. 根据权利要求15所述的装置，其进一步包括含有LCD、可切换 镜和数码相机的移动电话。
17. 根据权利要求1所述的装置，其中，LED芯片安装在LCD上， 无需使用印制电路板。
18. 根据权利要求1所述的装置，其中LCD的总厚度小于大约2mm。
19. 根据权利要求1所述的装置，其中LED芯片发射蓝光。
20. 根据权利要求1所述的装置，其进一步包括与LED芯片电耦 合的LED驱动器和与液晶层电耦合的LCD驱动器。
全文摘要
一个或多个LED安装在LCD中，而无需使用任何印制电路板(PCB)，从而将LCD的厚度减少大约常用PCB的厚度。在一个实施例中，安装LED和基座，以便基座与LCD的液晶层侧面相对，从而液晶层为基座和LED芯片提供机械支撑。LED芯片(安装在基座上)可以插入在光导“顶部”表面中形成的腔内，且光导的顶部表面紧靠液晶层。在这种构造下，包括所有支撑元件的LED光源不增加LCD的厚度。在另一个实施例中，在与LED芯片相对的LCD的“底部”表面上是或为反射或为透明的可切换镜。在透明状态下，LCD中的LED可以用作手机相机的闪光灯，而LCD可以用来照相。
文档编号G02B6/00GK101622558SQ200780031734
公开日2010年1月6日 申请日期2007年8月24日 优先权日2006年8月25日
发明者G·哈伯斯, O·B·施彻金, S·比尔休曾 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司;飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司