直下式led背光模组的制作方法
【专利摘要】直下式LED背光模组，包括设置有封装凹腔的背板，封装凹腔内设置背光源，所述封装凹腔顶部设置有扩散板，所述扩散板与所述背光源相对的平面为入光面；所述背光源为多个间隔布置于凹腔底部的LED倒装芯片，所述LED倒装芯片封装于基板上，所述LED倒装芯片的发光表面与所述扩散板的入光面之间的距离H和相邻LED倒装芯片发光中心点之间的距离L之间满足：L≤2H*tanα，其中，α为芯片光能量发射轴向角，tan表示正切运算。本实用新型用LED倒装芯片作为背光源，通过调整LED倒装芯片间距以及倒装芯片发光表面与扩散板之间的距离就能够有效实现混光均匀性，无需使用散光光学器件，实现了背光模组的超薄化，降低制造成本。
【专利说明】直下式LED背光模组
【技术领域】
[0001]本实用新型属于液晶显示设备【技术领域】，尤其涉及一种采用LED倒装芯片的直下式背光模组。
【背景技术】
[0002]液晶显示装置(LCD, Liquid Crystal Display)具有机身薄、省电、无福射等众多优点，得到了广泛的应用。现有市场上的液晶显示装置大部分为背光型液晶显示装置，其包括液晶面板及背光模组。由于液晶显示屏本身不发光，因此，背光模组(backlight module)是IXD的关键组件之一，背光模组的功能是提供足够亮度和分布均匀的光源，使显示器能正常显示影像。液晶面板的工作原理是在两片平行的玻璃基板当中放置液晶分子，两片玻璃基板中间有许多垂直和水平的细小电线，通过通电与否来控制液晶分子改变方向，将背光模组的光线折射出来产生画面。
[0003]现行LED背光源主要是冷阴极管CCFL和发光二极管LED，而背光模组依照光源入射位置的不同分成侧入式背光模组与直下式背光模组两种。直下式背光模组是将背光源例如CCFL阴极荧光灯或LED布置在液晶面板下方，直接形成面光源提供给液晶面板。与CCFL背光源相比，LED背光源的优势在于色彩还原性好、低能耗、超长寿命、响应速度快、材料无环境公害以及更好的电学光学控制性能等等，尤其是使用了红绿蓝三基色LED后，其色彩还原性远高于CCFL背光。从长远来看，RGB三基色LED背光是液晶显示背光技术中最有前途的。
[0004]但由于LED直接出光的光能量分布为朗伯型，光能量集中在轴向小角度内，直接将这种配光的LED放置在面板下方很难实现面板上的均匀照明。传统液晶显示器的直下式LED背光模组为了实现面板上的均匀照明，一般采取增加散光板与LED光源之间的距离的方式，但增加此距离的同时也增加了模组的厚度，不利于超薄化的发展。
[0005]另一种使用更多的解决方式是增加散光光学器件，例如在LED光源和散光板之间表面增加一个二次光学透镜，用以散射LED光源发出的光以达到实现混光的目的。但是，二次光学透镜本身将占据一定的厚度，也对背光模组的超薄化形成了一定程度的限制。另外，现有的二次光学透镜与LED之间存在一定的匹配问题，S卩如果两者之间匹配不好，将直接影响混光均匀的效果好坏。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于提供一种采用倒装芯片技术(Flip-chip)的直下式背光模组，在有效实现混光均匀性的同时，简化结构，降低制造成本。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案:
[0008]直下式LED背光模组，包括设置有封装凹腔的背板，封装凹腔内设置背光源，所述封装凹腔顶部设置有扩散板，所述扩散板与所述背光源相对的平面为入光面；所述背光源为多个间隔布置于凹腔底部的LED倒装芯片，所述LED倒装芯片封装于基板上，所述LED倒装芯片的发光表面与所述扩散板的入光面之间的距离Η和相邻LED倒装芯片发光中心点之间的距离L之间满足:L彡2H*tana，其中，α为芯片光能量发射轴向角，tan表示正切运笪
[0009]进一步的，所述LED倒装芯片的发光表面与所述扩散板的入光面之间的距离Η小于 1mm η
[0010]进一步的，所述芯片光能量发射轴向角α为20度，LED倒装芯片的发光表面与扩散板的入光面之间的距离Η为0.75mm,相邻LED倒装芯片发光中心点之间的距离小于0.540mm。
[0011]进一步的，所述相邻LED倒装芯片发光中心点之间的距离L为125?500 μ m，LED倒装芯片发光面积为0.01?0.15平方毫米。
[0012]进一步的，所述封装凹腔的内侧壁设置有一层由高反射率材料制成的侧反光层。
[0013]进一步的，所述基板上方表面设置有由高反射率材料制成的底发光层。
[0014]进一步的，所述基板为所述封装凹腔的底壁。
[0015]进一步的，所述背板为非透明硅背板或陶瓷背板或非透明有机塑料背板。
[0016]进一步的，所述背板为铝背板或铜背板。
[0017]进一步的，所述封装凹腔底面上形成有氧化铝绝缘导热层，LED倒装芯片的PCB电路设置在氧化铝绝缘导热层上，LED倒装芯片贴装在氧化铝绝缘导热层上方并且与PCB电路之间进行电气连接。
[0018]由以上技术方案可知，本实用新型采用倒装LED芯片技术，在背板封装凹腔内封装LED倒装芯片阵列，通过合理设置相邻LED倒装芯片的间距以及倒装芯片发光面与扩散板之间的距离，使LED倒装芯片投射至扩散板入光面光斑重合，在不采用散光光学器件情况下有效实现混光均匀性，在实现背光模组的超薄化同时还可降低制造成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本实用新型实施例1的结构示意图；
[0021]图2为实施例1的LED倒装芯片的示意图；
[0022]图3为本实用新型实施例2的结构示意图；
[0023]图4为本实用新型实施例3的结构示意图；
[0024]图5为本实用新型实施例4的结构示意图。
【具体实施方式】
[0025]实施例1
[0026]如图1所示，本实用新型的直下式LED背光模组包括背板1，背板1上设置有封装凹腔la，作为背光源的LED倒装芯片2设置于封装凹腔la内。背板1顶部设置有扩散板3，扩散板3位于LED倒装芯片2的上方，扩散板3与LED倒装芯片2相对的平面为入光面3a ο
[0027]同时参照图2，本实用新型的LED倒装芯片2包括衬底20、依次形成于衬底20上的n型半导体层21、多量子阱层22、P型半导体层23、电流扩散层24，以及与P型半导体层23形成电连接的P电极25和与N型半导体层21形成电连接的N电极26。本实施例的衬底20为蓝宝石，也可根据工艺需求，选用其他适用于LED倒装芯片制造的衬底，例如SiC、ZnS、ZnO或GaAs衬底。LED倒装芯片2封装于基板4上，基板4设置于背板1的封装凹腔la的底面上，基板4上印刷有与LED倒装芯片电气连接的PCB电路。基板4上形成有P电极层40，P电极层40上形成有N电极层41，在P电极层40和N电极层41之间形成有绝缘层42，绝缘层42将P电极层40和N电极层41隔离开。在对应倒装芯片P电极25的位置暴露出P电极层40，在P电极层40上形成对应P电极25的P电极焊接点43，在N电极层41上形成对应N电极26的N电极焊接点44，P电极25与P电极焊接点43通过焊球连接，N电极26与N电极焊接点44通过焊球连接，从而形成电连接。基板4的材料可为硅片、陶瓷、线路板或金属板。
[0028]参照图1，多个LED倒装芯片2间隔布置在背板1的封装凹腔la内，LED倒装芯片2的发光表面(即衬底20)与扩散板3的入光面3a之间的距离为H，相邻LED倒装芯片2发光中心点之间的距离为L，为确保LED倒装芯片投射至扩散板入光面光斑重合，实现均匀混光，本实用新型的LED倒装芯片2的发光表面与扩散板3的入光面之间的距离Η和相邻LED倒装芯片2发光中心点之间的距离L之间满足以下条件:L彡2H*tana，其中α为芯片光能量发射轴向角，tan表示正切运算。对于需要实现超薄化的背光模组，Η小于1mm。
[0029]由于LED芯片发射的光能量主要分布在以光源光轴为中心的一定角度之内，优选的，本实施例芯片光能量发射轴向角α为20度，LED倒装芯片2的发光表面与扩散板3的入光面之间的距离Η为0.75mm,则相邻LED倒装芯片2发光中心点之间的距离小于0.540mm。进一步的，相邻LED倒装芯片2发光中心点之间的距离可设为125?500 μ m，LED倒装芯片发光面积为0.01?0.15平方毫米。LED倒装芯片通过倒装焊接固定在基板上组成LED倒装芯片阵列，采用超音波等焊接固定方式控制LED倒装芯片之间的间距。
[0030]实施例2
[0031]如图3所示，本实施例与实施例1不同的地方在于:背板1的封装凹腔la的内侧壁上设置有一层由高反射率材料制成的侧反光层1-1。同时，优选的在基板4上方表面设置同样由高反射率材料制成的底发光层1-2，侧反光层1-1与底反光层1-2使封装凹腔la形成一个反射腔室，少部分由背光源发出的没有直接到达腔体顶部扩散板3的光线可通过侧反光层1-1与底反光层1-2的反射到达扩散板的入光面，进一步提高背光模组的发光效率。在封装凹腔顶部设置的扩散板3和增亮膜层5等光学膜层，可以将均匀照度分布转化为所需的亮度分布。
[0032]实施例3
[0033]如图4所示，与实施例1不同的是，本实施例的PCB电路通过现有技术的丝印，蚀刻等方式直接设置于背板1的封装凹腔la底面(壁)上，LED倒装芯片与封装凹腔la底面上的PCB电路电连接，由此可以省略基板，即将封装凹腔的底壁作为基板。由于PCB电路的基板需要占据一定空间且具备一定厚度，本实施例将PCB电路直接印刷于封装凹腔底面上，省略基板，有助于背光模组进一步的超薄化，同时降低成本，并且减少可LED倒装芯片传热至背板的散热路径，使得背光模组散热效果优化。本实施例的背板I由非透明硅或陶瓷等绝缘无机材料或非透明有机塑料制成。
[0034]实施例4
[0035]如图5所示，与实施例4不同的是，背板I由铝，铜等导电金属材料制成，例如，本实施例的背板基材是金属铝基材料，封装凹腔Ia底面上形成有氧化铝绝缘导热层6。控制LED倒装芯片的PCB电路设置在氧化铝绝缘导热层6上，LED倒装芯片贴装在该氧化铝绝缘导热层上方并且与PCB电路之间进行电气连接。
[0036]为了使经扩散板后光线变得均匀、一致，扩散板的出光面可设置散射微结构，对LED倒装芯片发出的光进行散射，该散射微结构形状为锯齿形或波浪形结构。扩散板可由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯中的一种或多种与散射粒子混合组成，前述散射粒子为二氧化硅(Si02)或二氧化钛(Ti02)粒子。
[0037]由于传统的背光源模块由封装好的LED灯珠组成，LED灯珠通常包括数颗LED芯片、引线框、散热基片和透明封胶，尺寸大，限制了背光源发光点的间距调整，本实用新型利用倒装技术在背板的封装凹腔内布置间隔排列的倒装LED芯片，形成高密度阵列分布，通过调整LED倒装芯片间间距及与LED倒装芯片发光面与扩散板之间的距离，使LED倒装芯片投射至扩散板入光面光斑重合，在不采用散光光学器件情况下在扩散板入光面上实现混光均匀，同时实现背光模组的超薄化。
[0038]LED倒装芯片可以只包括单色LED倒装芯片，也可以是包括基于红光和绿光芯片的双色LED倒装芯片，或在基于红光、绿光和蓝光芯片的三色LED倒装芯片外加上琥珀色或紫色的LED倒装芯片。其中红光芯片可以是由GaAs、GaInP或具有高In组分的InGaN材料制成。蓝绿光芯片则由II1-V族材料通过芯片工艺制成。在蓝色LED倒装芯片的衬底上通过晶圆级封装工艺或电泳工艺等方式涂覆相应颜色荧光粉形成发射蓝光，红光，绿光。
[0039]本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其它部分的不同之处，各个部分之间相同或相似部分互相参见即可。每个部件之间的组合关系并不只是实施例所公开的形式，对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。
【权利要求】
1.直下式LED背光模组，包括设置有封装凹腔的背板，封装凹腔内设置背光源，所述封装凹腔顶部设置有扩散板，所述扩散板与所述背光源相对的平面为入光面； 其特征在于: 所述背光源为多个间隔布置于凹腔底部的LED倒装芯片，所述LED倒装芯片封装于基板上，所述LED倒装芯片的发光表面与所述扩散板的入光面之间的距离H和相邻LED倒装芯片发光中心点之间的距离L之间满足:L彡2H*tana，其中，a为芯片光能量发射轴向角，tan表示正切运算。
2.如权利要求1所述的直下式LED背光模组，其特征在于:所述LED倒装芯片的发光表面与所述扩散板的入光面之间的距离H小于1mm。
3.如权利要求1或2所述的直下式LED背光模组，其特征在于:所述芯片光能量发射轴向角α为20度，LED倒装芯片的发光表面与扩散板的入光面之间的距离H为0.75mm，相邻LED倒装芯片发光中心点之间的距离小于0.540mm。
4.如权利要求1或2所述的直下式LED背光模组，其特征在于:所述相邻LED倒装芯片发光中心点之间的距离L为125?500 μ m, LED倒装芯片发光面积为0.01?0.15平方毫米。
5.如权利要求1所述的直下式LED背光模组，其特征在于:所述封装凹腔的内侧壁设置有一层由高反射率材料制成的侧反光层。
6.如权利要求1所述的直下式LED背光模组,其特征在于:所述基板上方表面设置有由高反射率材料制成的底发光层。
7.如权利要求1所述的直下式LED背光模组，其特征在于:所述基板为所述封装凹腔的底壁。
8.如权利要求7所述的直下式LED背光模组屏，其特征在于:所述背板为非透明硅背板或陶瓷背板或非透明有机塑料背板。
9.如权利要求7所述的直下式LED背光模组屏，其特征在于:所述背板为铝背板或铜背板。
10.如权利要求7或8或9所述的直下式LED背光模组屏，其特征在于:所述封装凹腔底面上形成有氧化铝绝缘导热层，LED倒装芯片的PCB电路设置在氧化铝绝缘导热层上，LED倒装芯片贴装在氧化铝绝缘导热层上方并且与PCB电路之间进行电气连接。
【文档编号】F21S8/00GK204083976SQ201420297499
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】王冬雷 申请人:广东德豪润达电气股份有限公司