专利名称：具有隔室的发光二极管显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示器件，具体而言，涉及具有隔室的发光二极管显示器。
背景技术：
诸如发光二极管(LED)显示器中使用的LED这样的发光器件被封装起来，以便处理和装入电子设备中。LED管芯(die)一般附接到诸如印刷电路板、引线框和柔性电路等载板(board)，并利用接合引线(wirebonds)电耦合到载板。在某些情形下，管芯例如通过焊接、导电环氧树脂或共熔芯片附接等电地和机械地附接到载板，而且从管芯顶部到载板上的线迹的一条接合引线完成了载板和LED管芯之间的电连接。
具有腔的塑料外壳一般位于载板上，在腔内有若干个LED，该外壳约束并引导从LED管芯输出的光。塑料外壳一般地被称为“反射器”，因为它具有将来自LED的光引导至所需方向(即，离开载板和管芯)的反射区。腔通常被充满或部分充满光学级环氧树脂。每个腔一般地被称为显示器的一个“段”。
当希望物理上较大的段时，多个管芯被置于一个腔中。例如，用于腕表的显示器的段可以较小，而用于微波炉或其他家用电器的显示器的段一般较大。向段添加另外的LED提高了段输出的总光量，这是制造较亮的大型显示器所希望的。
但是，当两个、三个或多个LED管芯被置于一个腔中时，该段所发出的光常常是不均匀的。亮度高度集中于某些区域中，并在整个段上呈现不均一的亮度。具有较大亮度的LED显示器的段的区域被称为“热点”。图1A是具有两个LED管芯102、104的传统显示段100的横截面。LED管芯102、104安装在载板106上，LED管芯102、104的顶部利用接合线108、110被电连接到载板106上的线迹(未示出)。LED管芯102、104位于腔111中，该腔由反射器112形成，该反射器由塑料制成，并具有围绕腔111周边的反射面114、116。腔的其余部分被密封剂118填充，例如光学环氧树脂、硅其他有机或无机材料。或者，腔未填充固态材料，而是被保留为空气隙。
图1B根据模型仿真，示出了图1A的显示段的腔上的相对光强。热点120、122基本出现在LED的位置处。具有较低强度的区域124出现在热点120、122之间。对于某些显示应用，这种热点是不可接受的。
图2A是显示段130的横截面，其中腔111’内有另外的LED管芯132，这是试图减小图1B的热点区域的一种方法。图2B示出了图2A的显示段的腔上的相对光强。额外的LED管芯填补了低强度区域，并减小了段中热点的感观，但是由于增加该额外的较贵的LED管芯、相关的管芯附接以及接合线，段所需的电功率、散热片和成本都增加了。
减小热点的另一方法是在用于包封LED管芯和接合线的环氧树脂中包括扩散剂(diffusant)。扩散剂由小颗粒构成，它们在内部反射和散射入射光线。这漫射了来自热点的光，使得段的腔上的强度更均匀。但是，扩散剂颗粒导致的严重光损失和吸收造成了从段离开的光变少。
图3是显示段140的横截面，示出了光线是如何传播通过载有扩散剂的密封剂118’的，其中光线由从LED管芯102出发的箭头表示。一些光线，例如光线142，在离开载有扩散剂的密封剂118’之前，必须传播较长的路程。这导致来自显示段140的光强损失。
减小热点的另一手段是加深腔，以使得从LED管芯散布的光束在段上产生较均匀的强度。但是，加深腔导致封装后的显示器变大，反射器的材料成本更高，并且密封剂的材料成本更高。此外，更深的腔意味着来自LED的所有光都必须传播通过比类似的较浅的腔更多的密封剂。这导致更多的光被吸收和/或后向散射，尤其是当密封剂包括扩散剂时，于是显示段所提供的光变少了。
希望减小具有多个LED的LED显示段中的热点形成，并且还希望提供具有提高了的亮度的显示段。
发明内容
一种显示段包括载板、附接于载板的第一发光二极管，以及附接于载板的第二发光二极管。在第一发光二极管和第二发光二极管之间，在载板上布置有中间反射器结构。中间反射器结构具有靠近第一发光二极管的第一中间反射器壁和靠近第二发光二极管的第二中间反射器壁。
图1A是具有两个LED管芯的传统显示段的横截面。
图1B示出了图1A的显示段的腔上的相对光强。
图2A是在腔内具有额外LED管芯的显示段的横截面。
图2B示出了图2A的显示段的腔上的相对光强。
图3是示出了光线如何传播通过载有扩散剂的密封剂的显示段的横截面。
图4A是根据本发明一个实施例的LED显示器中使用的显示段的横截面。
图4B示出了图4A的显示段的腔上的相对光强。
图4C是图4A的显示段的横截面，示出了来自LED管芯的光线的路径。
图5A是根据本发明一个实施例的显示段的平面图。
图5B是图5A的显示段的等角视图，示出了公共载板。
图6是根据本发明另一实施例的显示段的平面图。
图7A～图7H是中间反射器结构的实施例的横截面。
具体实施例方式
图4A是根据本发明一个实施例的LED显示器中使用的显示段400的横截面。显示段400包括两个LED二极管102、104，它们在本实施例中是安装在载板106上的芯片(也称为管芯)。载板106例如是陶瓷基板、印刷电路板或引线框。LED管芯102、104位于周边反射器壁412、414内。中间反射器结构416截断LED管芯102、104之间的腔411，形成了两个反射隔室，每个LED管芯一个隔室。中间反射器结构416具有中间反射器壁418、420，它们分别与周边反射器壁412、414共同作用，以增加从显示段400输出的光，并减小热点(见下图4C)。中间反射器壁418、420上涂有白色光反射涂料，例如具有氧化钛(TiO2)颜料的涂料，以反射那些小于临界角的光线，否则这些光线可能从无涂料的壁逃逸。涂层较薄，在此视图中未单独示出。基板由陶瓷、印刷电路板(“PCB”)材料构成，或者是引线框。在某些实施例中，反射器由聚碳酸酯材料制成。反射器结构例如被涂敷或镀以铝、银或镍，或者被涂以白色或金属涂料。或者，反射器的材料是反射材料，或者载有反射材料，例如载有氧化钛的聚碳酸酯。
在某些实施例中，中间反射器结构416的高度(即从安装有LED管芯的载板表面开始测量的最大高度)小于周边反射器壁的高度。这在某些应用中提供了来自相邻LED管芯的更好的光均匀性。具有较低的中间反射器结构也使得其对最终用户来说不那么明显，从而在与传统显示段一起使用时，改善了根据本发明的显示段的外观。具有较低的中间反射器结构还允许利用单次涂敷密封剂来填充腔的其余部分(即未被LED管芯、中间反射器结构和接合线占据的部分)。
在某些实施例中，中间反射器结构416与反射器422集成在一起，后者由塑料制成，然后被金属化或被涂覆，从而形成反射壁。在一个特定实施例中，中间反射器结构和周边反射器壁被注模(injection-mold)在一起。或者，中间反射器结构和周边反射器是被组装在载板上的两个组件，这使得可将中间反射器结构添加到传统显示器腔，以得到强度提高并且热点减小的显示段。
图4B示出了图4A的显示段400的腔411上的预期相对光强。该光强与图1B基本一样，除了LED管芯之间的区域以外。虚线430示出了图1A的显示段的LED之间的传统显示段光强。图4A的显示段400所产生的总光是强度曲线432下面的面积。因此，来自图4A的显示段400的光比来自图1A的传统显示段100的光多出了曲线430、432之间的区域434。类似地，在图4A的实施例的LED管芯之间，光强更均匀，基本消除了段的腔中的热点(见图1B，标号120、122)。
图4C是图4A的显示段400的横截面，其示出了光线的路径，由从LED管芯102开始的箭头表示。光线442在密封剂118中传播通过的路径比没有中间反射器结构416时类似的光线442’将传播通过的路径短得多。通过密封剂118的更短路径意味着更少的来自LED管芯102的光被吸收和/或散射。反射器结构的角度和形状是根据所使用的光源的类型(例如LED)、腔大小、管芯在腔中的布置、密封剂类型和显示段的应用来选择的。
图5A是根据本发明实施例的显示段500的平面图。中间反射器结构502在公共基板(未在本图中示出)上安装的每个LED二极管504、506、508、510之间延伸。中间反射器结构与周边发射器结构512集成在一起，从而用反射壁包围各LED。
图5B是图5A的显示段500的等角视图，其示出了公共载板514。换言之，显示段500中的每个LED二极管都安装在同一载板514上。电引线(未示出)从载板的底和/或边延伸出来。在一个实施例中，每个LED可被独立控制，以允许将每个LED的光输出设定到希望的水平。或者，一个段中的两个或更多个LED共享一个电连接。在一个特定实施例中，一个段中的所有LED共享一个电连接。显示段500是电组件，几个显示段通常组装在一起以形成一个显示器。
图6是根据本发明另一实施例的显示段600的平面图。3个LED二极管602、604、606被安装在载板(在该图中未示出)上。反射器608包括周边反射壁609和中间反射器结构610，中间反射器结构610将各LED管芯彼此隔离，并与周边反射壁609一起工作，从而用反射壁包围安装在载板上的每个LED。中间反射器结构610的高度与周边反射壁609的高度相同。或者，中间反射器结构610的高度小于周边反射壁609。
图7A～图7H是中间反射器结构的实施例的横截面。图1A示出了具有相交于顶点706的直壁702、704的中间反射器结构700。壁的角度是根据腔中LED间的可用间隔(见图4A)，由底边708的宽度选择的。图7B示出了具有直壁702’、704’和被截断的末端706’的中间反射器结构710。根据图7B的中间反射器结构被用作模型，以获得图4B所示的仿真结果。图7C示出了具有相交于顶点726的凹面反射侧壁722、724的中间反射器结构720。凹面反射侧壁的形状例如是圆、椭圆、抛物线或双曲线的一部分。在一个实施例中，每个侧壁被类似地弯曲。或者，一个侧壁的弯曲情况与另一侧壁不同，其可能具有不同的半径、弧度或形状。在一个特定实施例中，一个侧壁是凹面，另一个是凸面。
图7D示出了具有不相交的凹面反射侧壁722’、744’的中间反射器结构720’。与图7B类似，中间反射器结构的顶部726’被截断。图7E和7F示出了具有凸面反射侧壁732、734，732’、734’的中间反射器结构730、730’。图7G是具有半球形反射壁742的中间反射器结构740。图7H是具有半椭球形反射壁752的中间反射器结构750。
在不同应用中使用不同形状和横截面的中间反射器结构。例如，如果希望从前面看时，段具有高亮度，则需要使用例如图7C和7D所示的凹面反射壁。在一个特定实施例中，凹面反射壁基本上是抛物面形的。在其他应用中，例如当在广视角上希望好的亮度时，则凸面反射壁可能更理想。
虽然已详细示出了本发明的优选实施例，但是很明显，在不偏离所附权利要求列出的本发明的范围的情况下，本领域的技术人员可对这些实施例的作出修改和变形。
权利要求
1.一种显示段，包括载板；布置在所述载板上的具有腔的反射器结构；在所述腔内的附接于所述载板的第一发光二极管；在所述腔内的附接于所述载板的第二发光二极管；和在所述腔内布置在所述载板上的中间反射器结构，所述中间反射器结构在所述第一发光二极管和所述第二发光二极管之间，具有靠近所述第一发光二极管的第一中间反射器壁和靠近所述第二发光二极管的第二中间反射器壁。
2.如权利要求1所述的显示段，还包括围绕所述腔的周边反射壁，其中，所述中间反射器结构与所述周边反射壁共同包围所述第一发光二极管。
3.如权利要求1所述的显示段，其中，所述反射器结构包括具有从所述载板开始的第一高度的周边反射壁，其中，所述中间反射器结构具有从所述载板开始的第二高度，所述第一高度大于所述第二高度。
4.如权利要求3所述的显示段，还包括基本充满所述腔以覆盖所述中间反射器结构的密封剂。
5.如权利要求4所述的显示段，其中，所述密封剂含有分散剂。
6.如权利要求1所述的显示段，其中，所述第一中间反射器壁和所述第二中间反射器壁被涂以白色光反射涂料。
7.如权利要求1所述的显示段，其中，所述第一中间反射器壁和所述第二中间反射器壁被镀以金属。
8.如权利要求1所述的显示段，其中，所述反射器结构和所述中间反射器结构被集成。
9.如权利要求8所述的显示段，其中，所述反射器结构和所述中间反射器结构包括注模塑料。
10.如权利要求8所述的显示段，其中，所述注模塑料载有反射材料。
11.如权利要求1所述的显示段，其中，所述反射器结构是所述显示段的第一组件，所述中间反射器结构是所述显示段的第二组件，所述第一组件和所述第二组件每个都布置在所述载板上。
12.如权利要求11所述的显示段，其中，所述反射器结构和所述中间反射器结构中的至少一个包括载有反射材料的塑料。
13.如权利要求1所述的显示段，还包括在所述腔内附接于所述载板的第三发光二极管，所述中间反射器结构被布置在所述第一发光二极管和所述第三发光二极管之间，以及所述第二发光二极管和所述第三发光二极管之间。
14.如权利要求1所述的显示段，其中，所述第一中间反射器壁是凹面，所述第二中间反射器壁是凹面。
15.如权利要求14所述的显示段，其中，所述第一中间反射器壁是抛物面，所述第二中间反射器壁是抛物面。
16.如权利要求1所述的显示段，其中，所述第一中间反射器壁是凹面，所述第二中间反射器壁是凸面。
全文摘要
本发明提供了一种具有隔室的发光二极管显示器。显示段包括载板、附接于载板的第一发光二极管，以及附接于载板的第二发光二极管。在第一发光二极管和第二发光二极管之间，在载板上布置有中间反射器结构。中间反射器结构具有靠近第一发光二极管的第一中间反射器壁和靠近第二发光二极管的第二中间反射器壁。
文档编号G09F9/33GK1808714SQ200510130
公开日2006年7月26日 申请日期2005年12月9日 优先权日2004年12月10日
发明者王立业, 黄伊峰, 伊丽莎白·陈令丰 申请人:安捷伦科技有限公司