专利名称：Led背光源的具有结构的导光板的发光元件的制作方法
技术领域：
本实用新型揭示一种LED背光源的具有结构的导光板的发光元件，属于液晶显示 技术领域
背景技术：
LED已经广泛用于液晶显示的背光源装置，LED背光源的商业化形式主要有两种， 一是LED背光源的侧光式(edge backlight)发光元件，一是LED背光源的直下式(direct backlight)发光元件。LED背光源的侧光式发光元件的主要缺点是不能进行光局域控制 (local dimming)、较难适用于大尺寸的背光源。直下式发光元件的主要部分包括面型灯板(LED光源)和扩散板 (diffusionplate)，其中，为了达到亮度均勻性要求，面型灯板与扩散板之间有大约20至 30毫米的间隙，因此，不易薄型化和采用较多的LED封装。而且，因为面型灯板上的LED封 装的填充物(通常为硅胶)的折射率为η = 1.5左右，LED芯片发出的光在填充物的出光 表面有全内反射，因此，LED封装的出光效率还可以再提高。另外，扩散板的入光表面有反 射，即使从LED封装的表面发出的光，也还是有一部分不能进入扩散板。具有结构的导光板已被提出，采用该导光板的发光元件既没有LED背光源的侧光 式发光元件和直下式发光元件两者的主要缺点，又保持侧光式发光元件和直下式发光元件 两者的主要优点。因此，需要一种具有结构的导光板和LED光源组装在一起的发光元件，避免LED芯 片发出的光在填充物的出光表面的全内反射，避免光在导光板的入光表面的反射，提高LED 光源和导光板之间的耦合效率(coupling efficiency) 0
实用新型内容具有结构的导光板包括带有凹部的导光板、带有反光物体阵列的导光板和带有V 型槽的导光板，其共有的一个特点是在组装成发光元件时，允许LED封装贴近导光板的底 面安装，而无需顾虑亮度均勻性。利用这一特点，本实用新型提供一种具有结构的导光板的 发光元件，避免LED芯片发出的光在填充物的出光表面的全内反射，避免光在导光板的入 光表面的反射。基本特征如下，在具有结构的导光板的底面上的预定的与导光板中的结构 相对应的位置处形成透明胶层，提供面型灯板或条型灯板(light bar)，在LED面型灯板或 条型灯板的电路板上的预定的位置固定LED封装使之与导光板中的结构相对应，使得电路 板上的LED封装的位置、导光板的底面上的透明胶层的位置与导光板中的凹部(或反光物 体)的位置一一对应，因而，从LED封装发出的光从底面进入具有结构的导光板之后，被具 有结构的导光板中的凹部或反光物体阵列或V型槽反射，沿与具有结构的导光板的出光表 面几乎平行的方向在具有结构的导光板内传播。把面型灯板或条型灯板(light bar)与具 有结构的导光板组装在一起，使得LED面型灯板或条型灯板上的LED封装的出光表面与对 应的透明胶层粘结在一起形成发光元件，避免了 LED封装的出光表面处的全内反射和导光板的入光表面处的全内反射，提高了 LED封装的出光效率(extraction efficiency)和LED 光源与导光板之间的耦合效率。本实用新型的目的和能达到的各项效果如下(1)采用本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件，避免光在LED封装的 填充物的出光表面处的全内反射，充分利用LED芯片所发出的光，提高了 LED封装的出光效 率，降低了 LED封装所产生的热量，使得热管理更加容易。(2)采用本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件，避免光在导光板的入 光表面的反射，提高LED光源与导光板之间的耦合效率。(3)本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件，工艺简单，易于批量生产。(4)采用本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件，LED封装的填充物的 出光表面的出光角度加大，使得导光板内的光分布更均勻。(5)采用本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件，在保持性能的前提下， 在使用相同数目的LED封装时，可以使用亮度较低的LED芯片，因而降低了 LED背光源的发 光元件的成本。(6)采用本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件，在保持性能的前提下， 在使用相同亮度的LED芯片时，可以使用较少数量的LED封装，因而降低了 LED背光源的发 光元件的成本。本实用新型和它的特征及效益将在下面的详细描述中更好的展示。
图1展示在先的LED背光源的直下式发光元件的截面图。图2a至图2k展示本实用新型提供的组装采用具有结构的导光板的发光元件的生 产工艺的一个实施例。图3a至图3j展示本实用新型提供的组装采用具有结构的导光板的发光元件的生 产工艺的另一个实施例。图4展示本实用新型提供的组装采用具有结构的导光板的发光元件的生产工艺 的流程图。
具体实施例虽然本实用新型的实施例将会在下面被描述，但下列各项描述只是说明本实用新 型的原理，而不是局限本实用新型于下列各项实施例的描述。注意下 列各项适用于本实用新型的组装采用具有结构的导光板的发光元件的生 产工艺的所有实施例(1)各个图中各部分的比例不代表实施例的各部分的真实比例。(2)单个或多个采用本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件构成液晶显 示器的LED背光源。(3)图2和图3中没有画出LED背光源的发光元件的其他部件，其他部件包括，扩 散片、集光片、偏光片、反射片、框架，等。(4)具有结构的导光板是从一组导光板中选出，该组导光板包括，带有凹部的直下式导光板、带有反光物体阵列的直下式导光板和带有V型槽的导光板。具有结构包括，凹 部、反光物体阵列、V型槽。 (5)导光板的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳 酸脂、聚苯乙烯、MS、MMA、环烯聚合物、环烯共聚物。(6)具有结构的导光板与面型灯板或条型灯板之间的对位采用对位点(alignment mark)方式，即，在导光板与面型灯板或条型灯板上分别形成互相对应的对位点，以便组装 时相互对准位置。(7)在具有结构的导光板的底面上形成网点后，在具有结构的导光板的底面上的 预定的位置处形成透明胶层。(8)在具有结构的导光板的底面上的预定的位置处或在LED封装的出光表面处形 成透明胶层的方法包括，采用印刷机(printer)印刷，采用点胶机(dispenser)点胶，等。(9)透明胶层是从一组胶中选出，该组胶包括，但不限于，硅胶、硅酮胶、环氧树脂， 等。优选的透明胶层的折射率为1. 5左右。(10)优选的实施例选择LED封装的填充物的材料、透明胶层的材料和导光板的 材料，使得LED封装的填充物的折射系数小于等于透明胶层的折射系数，透明胶层的折射 系数小于等于导光板的折射系数。(11)优选的实施例导光板的折射系数、LED封装的填充物的折射系数、透明胶层 的折射系数均在η = 1. 425至η = 1. 575之间。(12)透明胶层的厚度极薄，在微米量级至毫米量级。(13)电路板上的LED封装的位置、导光板的底面上的透明胶层的位置与导光板中 的具有结构(包括，凹部、反光物体、V型槽)的位置一一对应。(14)本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件，其特征在于，每一个LED 封装的填充物的出光表面与导光板的相对应的入光底面之间有一透明胶层，LED封装的填 充物、透明胶层和导光板具有相同或相近的折射系数，该透明胶层把LED封装的填充物的 出光表面与导光板的相对应的入光底面粘结在一起，使得填充物的出光表面与导光板的相 对应的入光底面之间没有空气，因此，光从LED封装的芯片发出，经过LED封装的填充物和 透明胶层，进入导光板，光在填充物和透明胶层之间的界面处没有全内反射，光在透明胶层 和导光板的入光底面之间的界面处没有全内反射，因而使得到达LED封装的填充物的出光 表面的光全部或几乎全部进入导光板。导光板的不与LED封装的填充物的出光表面相对应 的底面的部分也可以有透明胶层。电路板上的LED封装与导光板的底面上的透明胶层的位 置相对应，使得从LED封装发出的光从底面进入具有结构的导光板之后，被导光板中的具 有结构反射，沿与具有结构的导光板的出光表面几乎平行的方向在具有结构的导光板内传 播，直至被网点反射出导光板。(15)本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件，LED封装的填充物的出光 表面的出光角度加大，使得导光板内的光分布更均勻。(16)本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件，在保持性能的前提下，在 使用相同数目的LED封装时，可以使用亮度较低的LED芯片，因而降低了 LED背光源的发光 元件的成本。(17)本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件，在保持性能的前提下，在使用相同亮度的LED芯片时，可以使用较少数目的LED封装，因而降低了 LED背光源的发光 元件的成本。 (18)本实用新型提供的具有结构的导光板的发光元件，LED封装采用LED面发光 (top view)贴片式(SMD)封装，包括，支架(支架具有凹槽)、固定在支架上的LED芯片和 填充物；一个LED面发光贴片式封装可以采用一个发单色光的芯片，也可以采用多个发单 色光的芯片。单色光的芯片包括红光、蓝光、绿光芯片。LED面发光贴片式封装也可以发白 光。填充物填充在凹槽中并覆盖LED芯片。LED封装的填充物具有单层或多层结构，每一层 填充物的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，透明物质、混有荧光粉的透明物质。透 明物质是从一组材料中选出，该组材料包括，但不限于，硅胶、环氧树脂。此后，简称LED封 装。(19)具有结构的导光板的发光元件的一个实施例，包括，导光板和至少一个灯板， 把它们组装在一起。灯板的形状包括条型灯板和面型灯板。灯板的结构包括电路板和固定 在其上的LED封装。条型灯板(图2d)(作为线光源)包括，一个条形电路板和固定在其上 的排列成一条直线的至少两个LED封装。面型灯板(图2c)(作为面光源)包括，一个面型 电路板和固定在其上的不排列成一条直线的至少三个LED封装。(20)采用单个或多个条型灯板的发光元件重量较轻。采用单个或多个面型灯板的 发光元件散热效果好。(21)对于带有V型槽的导光板，采用的条型灯板的长度与V型槽相同或相近。图1展示在先的LED背光源的直下式发光元件的一个实施例的截面图。LED背光 源的直下式发光元件包括，面型灯板和扩散板101。其中，面型灯板包括面型电路板105和 固定在其上的不在一条直线上的至少三个LED封装104。其缺点是，为了达到亮度的均勻性 的要求，面型灯板和扩散板1014之间必须有间隙106，约为20至30毫米，该间隙106限制 了 LED背光源的直下式发光元件的薄型化，并且需采用较多的LED封装，使得成本高。其优 点是散热好、可以进行光局部控制和适用于大尺寸的LED背光源。图2a至图2k展示本实用新型提供的组装具有结构的导光板的发光元件的生产工 艺的一个实施例(本实施例适用于的带有凹部的直下式导光板和带有反光物体阵列的直 下式导光板)第一步(图2a和图2b)提供具有结构的导光板。在导光板的底面上已经形成网 点(dot pattern)(图中未展示网点)。图2a展示带有凹部的直下式导光板201的示意图，导光板201的内部的顶部具 有倒锥体形状的凹部202。在导光板上形成对位点，使其与面型灯板或条形灯板上的对位 点相对应，为组装时对准位置。对于采用图2c的面型灯板205m，导光板201上形成对位点 203a。对于采用至少一条条型灯板，由于每一个条型灯板上都有对位点，因此，在导光板上 与每一个条型灯板相对应的位置都需要形成对位点(图中未展示)。图2b展示图2a的A-A截面图。注意，对于带有反光物体阵列的直下式导光板，LED封装在面型灯板或条型灯板上 的位置只需与反光物体相对应，与反光墙无关，因此，本实施例同样于适用于带有反光物体 阵列的直下式导光板。第二步(图2c至图2e):提供面型灯板或条型灯板。[0049]图2c展示面型灯板的示意图，面型灯板包括LED封装204和电路板205m。LED封 装204按照预定的位置固定在电路板205m上，LED封装204的位置与导光板201的凹 部202 相对应。电路板205m上的对位点203b与导光板201上的对位点203a相对应。图2d展示条型灯板的示意图，条型灯板包括LED封装204和电路板205t。LED封 装204按照预定的位置固定在条型灯板205t上，LED封装204的位置与导光板201的凹部 202相对应。条型灯板上的对位点203c与导光板上的对位点相对应(图2a中未展示导光 板上的全部对位点)。图2e展示面型灯板或条型灯板的B-B截面。LED封装204固定在电路板205上， 电路板205表示电路板205m或电路板205t，其B-B截面是相同的。第三步(图2f至图2k)形成透明胶层。有三种方法形成透明胶层。第一种方法(图2f)在导光板201的底面上形成透明胶层阵列。采用印刷(或称丝印)方法或点胶方法在导光板的底面的预定的位置上形成透明 胶层207a的阵列。每个透明胶层207a的位置与导光板中的凹部202或反光物体一一对应。 LED封装204在电路板205上的位置与透明胶层207a的位置一一对应，即，与导光板中的 凹部202或反光物体一一对应。优选的，LED封装204的出光表面208的中心与倒圆锥体 形状凹部202或反光物体的顶点相对应。第二种方法(图2g)在LED封装204的出光表面208上形成透明胶层207b。采用点胶方法在LED封装204的出光表面上形成透明胶层207b。透明胶层207b 的大小可以与LED封装204的出光表面相同，也可以大于LED封装204的出光表面。LED封 装204在电路板205上的位置要与导光板中的凹部202或反光物体相对应。第三种方法(图2h)在导光板201的底面上形成透明胶层的阵列并且在LED封 装204的出光表面上形成透明胶层207b。第四步(图2j和图2k)组装导光板201和面型灯板或条型灯板。图2j展示利用导光板上的对位点203a和图2c展示的电路板205m上的对位点 203b组装导光板201和面型灯板，透明胶层207a或207b或207a和207b把导光板201和 面型灯板或条型灯板粘结在一起，此后，简称为透明胶层207，使得LED封装204和凹部202 一一对应。对于带有反光物体阵列的导光板，则是LED封装204和反光物体一一对应。图2k展示利用导光板上的对位点203a和图2d展示的电路板205t上的对位点 203c组装导光板201和条型灯板(为了简化，图2a中并没有在导光板201上画出与全部条 型灯板上的对位点相对应的对位点)。透明胶层207把与凹部或反光物体相对应的导光板 201的底部和条型灯板上的LED封装204粘合在一起。图2k中的条型灯板是沿图2d中的 条型灯板的C-C截面方向。图2k中有多个条型灯板与一个导光板组装在一起，可以减轻重 量。图2j和图2k中的粗箭头220表示从LED封装发出的从底面向上进入导光板的光 被导光板中的凹部或反光物体改变传播方向，变成在导光板内传播。一个实施例，LED面发光贴片式封装的厚度为0. 7毫米，电路板的厚度为1毫米， 因此，采用此种工艺制造的发光元件即具有侧光式发光元件的薄型化的优点，又具有直下 式发光元件的可局域控制光以及适用于大尺寸的LED背光源的优点。图3a至图3j展示本实用新型提供的组装采用具有结构的导光板的发光元件的生产工艺的另一个实施例(本实施例适用于带有V型槽的导光板)。第一步(图3a和图3b)提供具有结构的导光板。在导光板301的底面上已经形 成网点(图中未展示网点)。图3a展示带有V型槽的导光板301的示意图，导光板301的内部的顶部具有V型 槽302。在导光板上与条型灯板相对应的位置形成对位点303a。图3b展示图3a的A-A截面图。第二步(图3c和图3d)提供条型灯板。图3c展示条型灯板的示意图，条型灯板包括LED封装304和电路板305。LED封 装304按照预定的位置固定在电路板305上，LED封装304的位置与导光板301的V型槽 302相对应。电路板305上的对位点303b与导光板301上的对位点303a相对应。注意，(1)条型灯板的长度与V型槽相同或相近；(2)条型灯板上的LED封装304 的数量取决于发光元件对亮度的要求。图3d展示图3c的条型灯板的C-C截面。LED封装304固定在电路板305上，LED 封装304有出光表面308。第三步(图3e至图3g)形成透明胶层。有三种方法形成透明胶层。第一种方法(图3e)在导光板301的底面上形成透明胶层的阵列。采用印刷(或称丝印)方法或点胶方法在导光板301的底面的预定的位置上形成 透明胶层307a的阵列，透明胶层307a的位置与V型槽302相对应。透明胶层307a的位置 与LED封装304在电路板305上的位置一一对应，因此，LED封装304与导光板301中的V 型槽302相对应。LED封装304有出光表面308。另一实施例，在导光板301的底部上与V型槽302相对应的位置形成一条带状透 明胶层，其长度与V型槽302相同或近似相同。第二种方法(图3f)在LED封装304的出光表面308上形成透明胶层307b。采用点胶方法在LED封装304的出光表面308上形成透明胶层307b。透明胶层 307b的大小可以与LED封装304的出光表面相同，也可以大于LED封装304的出光表面。 LED封装304在电路板305上的位置要与导光板301中的V型槽302相对应。第三种方法(图3g)在导光板301的底面上形成透明胶层307a的阵列并且在LED 封装304的出光表面上形成透明胶层307b。第四步(图3h)组装导光板301和条型灯板。图3h展示利用导光板301上的对位点303a和条型灯板上的对位点303b组装导 光板301和条型灯板。透明胶层307把与V型槽302相对应的导光板301的底部和条型灯 板上的LED封装304粘合在一起。图3h中的条型灯板是沿图3c中的条型灯板的C-C截面 方向。图3h中的粗箭头320表示从LED封装304发出的从底面向上进入导光板301的光 被导光板中的V型槽302改变传播方向，变成在导光板301内传播，形成附加的侧光光源。图3j展示图3h的成品的示意图。在与V型槽302相对应的导光板301的底部的 下方有条型灯板，该条型灯板包括，电路板305和固定在其上的LED封装304，LED封装304 被透明胶层(图中未展示)粘合在导光板301的与V型槽302相对应的底部。依靠LED封 装304这一附加的侧光光源的帮助，该侧光式发光元件可以适用于大尺寸LED背光源。一个实施例，LED面发光贴片式封装的厚度为0. 7毫米，电路板的厚度为1毫米，因此，采用此种工艺制造的发光元件仍然具有侧光式发光元件的薄型化的优点，又具有适 用于大尺寸的LED背光源的优点。图4展示本实用新型提供的组装具有结构的导光板的发光元件的生产工艺的流 程图。生产工艺包括第一步401是提供具有结构的导光板，包括在其上形成对位点和选择导光板的材 料。导光板的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸 月旨(PC)、聚苯乙;I；希(PS)、MS(styrenemethacrylate)、MMA(methacrylacidmethyl)、环;I；希聚 合物(COP)、环烯共聚物(COC)。第二步402是提供面型灯板或条型灯板，包括在其上形成对位点和选择LED封装 的填充物的材料。LED封装的填充物的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，透明硅胶、 透明环氧树脂、混有荧光粉的透明硅胶、混有荧光粉的透明环氧树脂。第三步403是形成透明胶层，包括选择透明胶层的材料；形成透明胶层的位置包 括(1)在导光板的与所述的具有结构相对应的底面上；(2)在面型灯板或条型灯板上的LED 封装的出光表面；(3)在导光板的与所述的具有结构相对应的底面和面型灯板或条型灯板 上的LED封装的出光表面；形成透明胶层的方法包括，印刷和点胶。透明胶层的材料是从一 组材料中选出，该组材料包括，但不限于，硅胶、硅酮胶、环氧树脂，第四步404是把导光板和面型灯板或条型灯板组装在一起，即，把LED封装的出光 表面和导光板的底部依靠透明胶层粘结在一起。上面的具体的描述并不限制本实用新型的范围，而只是提供一些本实用新型的具 体化的例证。因此本实用新型的涵盖范围应该由权利要求和它们的合法等同物决定，而不 是由上述具体化的详细描述和实施例决定。
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权利要求一种具有结构的导光板的发光元件，包括导光板；所述的导光板具有结构；灯板；所述的灯板包括LED封装；透明胶层；所述的LED封装的出光表面和所述的导光板的底部依靠透明胶层粘结在一起，使得所述的LED封装与所述的导光板上的结构相对应。
2.权利要求1的具有结构的导光板的发光元件，其特征在于，所述的具有结构的导光 板是从一组导光板中选出，该组导光板包括，(1)具有凹部的导光板；(2)具有反光物体阵 列的导光板；(3)具有V型槽的导光板。
3.权利要求1的具有结构的导光板的发光元件，其特征在于，所述的导光板的材料是 从一组材料中选出，该组材料包括，聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸脂、聚苯乙烯、MS、MMA、环烯 聚合物、环烯共聚物。
4.权利要求1的具有结构的导光板的发光元件，其特征在于，所述的透明胶层的材料 是从一组材料中选出，该组材料包括，硅胶、硅酮胶、环氧树脂。
5.权利要求1的具有结构的导光板的发光元件，其特征在于，所述的LED封装的填充物 的材料是从一组材料中选出，该组材料包括，透明硅胶、透明环氧树脂、混有荧光粉的透明 硅胶、混有荧光粉的透明环氧树脂。
6.权利要求1的具有结构的导光板的发光元件，其特征在于，所述的透明胶层的位置 是从一组位置中选出，该组位置包括，(1)在所述的导光板的与所述的结构相对应的底面 上；(2)在所述的灯板上的所述的LED封装的出光表面；(3)在所述的导光板的与所述的结 构相对应的底面上和在所述的灯板上的所述的LED封装的出光表面。
7.权利要求1的具有结构的导光板的发光元件，其特征在于，形成所述的透明胶层的 方法包括，印刷和点胶。
8.权利要求1的具有结构的导光板的发光元件，其特征在于，所述的填充物的材料的 折射率小于或等于所述的透明胶层的折射率。
9.权利要求1的具有结构的导光板的发光元件，其特征在于，所述的透明胶层的折射 率小于或等于所述的导光板的折射率。
10.权利要求1的具有结构的导光板的发光元件，其特征在于，所述的填充物的材料的 折射率小于或等于所述的透明胶层的折射率，并且，所述的透明胶层的折射率小于或等于 所述的导光板的折射率。
专利摘要本实用新型提供组装具有新结构的导光板的LED背光源的发光元件的生产工艺。生产工艺的第一步提供具有新结构的导光板。第二步提供面型灯板或条型灯板。第三步形成透明胶层，包括(1)在导光板的底面上；(2)在面型灯板或条型灯板上的LED封装的出光表面上；(3)在导光板的底面上和面型灯板或条型灯板上的LED封装的出光表面上。第四步把导光板和面型灯板或条型灯板组装在一起，即，把LED封装的出光表面和导光板的底部通过透明胶层粘结在一起。其优势在于，避免了LED封装的出光表面处的全内反射和导光板的入光表面处的反射，提高了LED封装的出光效率和LED光源与导光板之间的耦合效率，减少使用的LED封装的数量，并使得此发光元件薄型化。
文档编号H01L33/56GK201715364SQ20092029231
公开日2011年1月19日 申请日期2009年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者彭晖 申请人:金芃;彭晖