具有光学耦合到后表面的led的薄边缘背光的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光二极管(LED)，特别地，涉及与背光一起使用LED。
【背景技术】
[0002]液晶显示器(IXD)常用于膝上型计算机、桌面监视器、电视机以及更小的应用，例如移动电话、个人数字助理(PDA)、便携式音乐播放器中。透射式LCD需要背光照明，其常规上通过使用诸如LED之类的光源照射波导的边缘来实现。
[0003]计算机监视器和电视机中使用的边缘照亮背光具有最小的外框(bezel)高度和边缘厚度，其至少部分地由光源的尺寸和波导厚度所驱使。图1A和图1B分别通过实例说明了常规背光10的平面图和侧视图，该背光包括由多个LED光源14照射的边缘照亮波导12，这些LED光源在图1B中被示为包括LED 16和反射器18。由图可见，外框高度Hbezel由LED光源14的高度确定并且波导边缘12edge的厚度T ^^由LED光源14的宽度确定。出于美学和设计的目的，希望的是最小化外框高度和边缘厚度。
【发明内容】
[0004]一种背光包括具有多个LED的波导，这些LED置于波导后表面中的腔体内以用作光源。LED可以是低廓形(low profile)侧面发射LED并且可以例如利用安装到波导的波长转换元件通过波长转换产生白色光或者蓝色光。波导的后表面从LED的位置到侧边缘可以是渐缩的，使得侧边缘比波导的中心区域更薄，从而给予波导以薄的外观。此外，由于与沿着侧边缘放置相反的是，发光二极管位于波导的后表面中，因而可以消除外框，或者至少最小化其高度，例如Imm或者更小。
【附图说明】
[0005]图1A和图1B分别示出了常规背光的平面图和侧视图，该常规背光具有由多个LED从边缘照射的波导。
[0006]图2A和图2B分别示出了包括波导的背光的俯视平面图和侧视图，该波导具有分布在波导的后表面中的LED。
[0007]图3A、图3B、图3C、图3D和图3E示出了具有上覆的IXD和安装在背光后表面中的腔体内的LED的背光的一部分的截面图。
[0008]图4为可以与背光一起使用的低廓形侧面发射LED的一个实施例的截面图。
[0009]图5A和图5B示出了可以与背光一起使用的准直透镜的不同配置的俯视平面图。
[0010]图6示出了具有准直透镜的一部分的LED的俯视平面图。
[0011]图7示出了一种LED,其中包覆成型的(overmolded)透镜在模制引线框架上形成。
[0012]图8示出了包括波导的背光，该波导具有分布在波导的后表面中的LED，其中波长转换元件安装在波导的前表面上。
[0013]图9A和图9B示出了波导的另一个实施例。
【具体实施方式】
[0014]图2A和图2B分别示出了包括波导102的背光100的俯视平面图和侧视图，该波导102具有分布在波导102的背面中的低廓形侧面发射LED 110。借助于波导102背面中分布的LED 110，外框高度被最小化了。例如，当LED 110不在波导102的边缘102edge处时，可以完全消除外框，但是为了保护包括波导102和上覆的IXD (图2A和图2B中未示出)的显示器，可以使用具有低的高度H (例如Imm)的外框103，如图2B中的虚线所示。此外，如图2B中所示，波导102的后表面102baek朝前表面102 &_可以是渐缩的，以便最小化波导102的边缘1026_的厚度。应当理解的是，代替侧面发射LED 110，可以使用具有附接的或者外部的侧面定向光学元件的顶部发射LED。
[0015]LED 110可以成行(列)或者成矩形地设置在波导102中，如图2A中所示。LED 110置于侧边缘102edge之间的波导中心区域中。举例而言，沿着波导102宽度的LED 110与最近边缘102edge之间的距离可以是边缘-边缘宽度的近似25%至33%。可替换地，LED 110可以成棋盘形地或者以其他空间分布方式置于波导102的背面内。相对较小的LED的发射可以被覆盖或充分地抑制以避免背光中的热点。此外，利用背光中更高的混合高度，光将在入射到漫射器或远端磷光体板上或者离开背光时被混合。漫射器膜、亮度增强膜和诸如磷光体膜之类的远端波长转换材料可以产生光的附加的再循环和混合，其将改进均匀性。如果这还不够充分，那么可以使用图案化漫射器以最佳地控制光分布均匀地通过LCD。由于LED110置于中心区域并且后表面102baek是渐缩的，因而中心区域具有厚度T center,而边缘具有更小的厚度τ_。在一个实施例中，边缘厚度Tedg/j、于中心区域厚度T。_,的一半，并且在另一个实施例中，边缘厚度Tedge可以为零或者在制造限制下近似为零。
[0016]图3A示出了具有上覆的IXD 101的背光100—部分的跨LED 110截取的截面图。在图3A中，侧面发射LED 110安装在基台112和电路板114上并且包括包覆成型的透镜116。将具有包覆成型的透镜116的LED 110插入到固态透明波导102中的腔体104内。在透镜116与腔体104的壁之间可以存在小的空气间隙(例如25微米)以便允许定位公差。对于LED的一些实施例，例如具有侧面定向光学元件的顶部发射LED，该空气间隙可以更大。波导102可以是空心的腔体、模制的塑料(例如PMMA)或者另一适当的材料。镜膜106可以覆盖波导102的后表面102baek和边缘102 edge (在图2A和图2B中示出)。膜106可以是可从3M公司获得的增强镜面反射器(ESR)膜或者外部漫射白色散射板。可选的是，镜膜106或外部白色板覆盖边缘102*-代替使用反射膜，可以在具有反射侧壁的载体中支撑波导102。
[0017]波导102的后表面102baek可以具有许多小的凹坑108以便在向上的方向上朝IXD101的后表面散射光。IXD 101以常规的方式选择性地控制显示屏幕中的像素。对于波导102，可以在模制工艺中产生凹坑108，或者可以通过蚀刻、喷砂、印刷或其他方式形成凹坑。可替换地，可以通过印刷白色散射点来形成提取部件。凹坑108可以采用任何形式，例如棱镜或者随机粗糙化。这样的部件有时称为提取部件。在一个实施例中，更靠近LED 110(其中来自LED的光更亮)的凹坑108的密度小于更远离LED 110的凹坑108的密度以便在波导102的前表面102fMnt上创建均勻光发射。欲知关于背光和波导的更多信息,参见SergeBierhuizen 等人 2007 年 8 月 16 日的题为“Thin Backlight Using Low Profile SideEmitting LED”的美国序列号N0.11/840130,该文献通过引用全部合并于此。如果希望的话，远端磷光体膜可以在背光中添加附加的混合。
[0018]图3B、图3C、图3D和图3E示出了背光和LED的其他实施例的截面图。图3B示出了顶部发射LED 110’的使用，其具有耦合到波导102以便将来自LED 110’的顶部发射的光重新定向到波导102中的顶部反射器116’。图3C类似于图3B，然而，图3C中波导102’内的腔体104’是从底部表面延伸到顶部表面的通孔。图3D示出了包覆成型的透镜116’’的使用，其用于将来自LED 110’’的顶部发射的光重新定向到波导102中。图3E类似于图3D，具有从底部表面延伸到顶部表面的通孔形式的腔体104’。
[0019]图4为可以与背光100 —起使用的低廓形侧面发射LED 110的一个实施例的截面图。LED 110包括半导体发光元件132、波长转换元件134和反射膜136。侧面发射LED 110安装在基台112上，该基台安装在印刷电路板114上。可以用在背光实施例中的薄侧面发射LED的其他实施例可以见诸Oleg Shchekin等人2006年6月9日提交的题为Low ProfileSide Emitting LED的美国申请序列号n0.11/423419,该申请转让给本受让人并且通过引用合并于此。
[0020]在一个实例中，LED 110的有源层产生蓝色光。LED 110在诸如蓝宝石、SiC或GaN之类的起始生长衬底上形成。通常，生长η层132n，其后是有源层132artive，其后是P层132p。P层132p被蚀刻以暴露下面的η层132 η的一部分。然后,在LED的表面上形成反射金属电极140 (例如银、铝或合金)以便接触η层和P层。当二极管正向偏置时，有源层132artive发射其波长由有源层的成分(例如AlInGaN)确定的光。形成这样的LED是公知的，并且不必进一步详加描述。形成LED的附加细节记载于Steigerwald等人的美国专利N0.6828596和Bhat等人的美国专利N0.6876008，这两个专利都转让给本受让人并且通过引用合并于此。
[0021]然后，将半导体发光元件132作为倒装芯片安装到基台112上。基台112包含通过焊球144焊接或超声焊接到金属140的金属电极142。也可以使用其他类型的结合。如果电极本身能够被超声焊接在一起的话，那么可以去掉焊球144。
[0022]基台电极142通过通路(via)电连接到基台112底部上的焊盘，因而基台112可以被表面安装到印刷电路板114上的金属焊盘。电路板114上的金属迹线将焊盘电耦合到电源。基台112可以由诸如氮化铝、陶瓷、硅、氧化铝等等之类的任何适当的材料形成。如果基台材料是导电的，那么在衬底材料上形成绝缘层，并且在绝缘层上形成金属电极图案。基台112充当机械支撑，在LED芯片上的精细的η电极和ρ电极与电源之间提供电接口并且提供散热。基台是公知的。LED半导体层的加工可以发生在将LED安装到基台112上之前或之后。
[0023]为了使得LED 110具有非常低的廓形，并且为了防止光被生长衬底吸收，例如通过CMP或者使用激光剥离方法移除生长衬底，在激光剥离方法中，激光加热GaN和生长衬底的界面以