CN101151576A - 使用具有红色和绿色磷光体的白色发光二极管的背光面板 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种使用白色发光二极管的背光面板。所述白色发光二极管包含蓝色发光二极管芯片以及定位在所述蓝色发光二极管芯片上的红色和绿色磷光体。因此，由于可使用具有不同的红色、绿色和蓝色波长的白光来执行背光照明，所以可增强色彩再现能力。此外，由于可用单一发光二极管来实施白光，所以还可减小背光面板的制造成本和厚度。

Description

使用具有红色和绿色磷光体的白色发光二极管的背光面板
技术领域
本发明涉及一种用于对显示面板进行背光照明的背光面板，且更明确地说涉及一种背光面板，其使用具有红色和绿色磷光体的白色发光二极管作为光源，以增强色彩再现能力(color reproducibility)和发光度(luminance)。
背景技术
例如液晶显示器(liquid crystal display，LCD)的无源显示装置(passive displaydevice)反射或吸收环境日光或室内光以在LCD面板上显示图像。因此，使用者需要环境日光或室内光来观看所显示的图像。然而，在环境日光或室内光的强度不足以照亮显示面板的情况下，存在使用者无法观看所显示的图像的问题。作为此问题的替代方案，通常使用用于对显示面板进行背光照明的背光面板。
背光面板包含例如白炽灯、荧光灯或发光二极管(light emitting diode，LED)的光源。从光源发射的光照亮LCD面板，且因此实现了图像。同时，由于LED具有优良的再现能力，所以其已经常用作背光光源。另外，由于LED是环保的，所以预期将来其用途将进一步得以增加。
图1是说明用于使用发光二极管(LED)对LCD面板17进行背光照明的常规背光面板的局部截面图。
参看图1，LED阵列排列在印刷电路板1上。LED阵列是红色LED 3r、绿色LED3g和蓝色LED 3b以预定间隔排列的阵列。LED以规则次序排列在印刷电路板1上并构成LED模块，且使用多个LED模块对LCD面板17进行背光照明。
每一LED使用经设计以用于侧部发光的透镜，使得可几乎在侧部方向上辐射较多的光。
反射片5定位在LED的光离开表面下方。在反射片5的顶部上可形成反射层5a。反射片5在向上方向上反射从LED发射的光。
此外，光透射层7定位在LED上方。光透射层7是从LED发射的光可透射穿过的层。光透射层7通常由例如聚甲基丙烯酸甲酯(poly methyl methacrylate，PMMA)的透明树脂制成。光透射层7在对应于LED的位置处具备光遮蔽图案9。光遮蔽图案9用于防止从LED向上发射的光穿透光透射层7并接着朝LCD面板17行进。光遮蔽图案9可由电渣重熔(eletroslag remelting，ESR)工艺形成。
光透射层7与反射片5以预定间隔隔开，以界定第一间隙6a(其为空气层)。第一间隙6a是分别从LED 3r、LED 3g和LED 3b发射的红光、绿光和蓝光彼此混合的区域。
扩散板11定位在光透射层7上方并与其隔开。扩散板11使入射在上面的光发生扩散，以使光均匀。扩散板11与光透射层7彼此隔开预定间隔以界定第二间隙10a(其为空气层)。因此，透射穿过光透射层7的光在第二间隙10a内再次混合，且所混合的光接着入射到扩散板11上。
例如棱镜片的亮度增强膜(brightness enhancement film，BEF)13定位在扩散板11的顶部表面上。BEF 13可由具有分别在纵向和横向方向上形成的向上棱镜的两个片组成。另外，例如双重亮度增强膜浮雕(dual brightness enhancementfilm-embossed，DBEF-E)的双重亮度增强膜(dual brightness enhancement film，DBEF)15定位在BEF 13的顶部表面上。BEF 13和DBEF 15将从扩散板11以较大的展示角(showing angle)发射的光折射为具有较小展示角的光，使得光可入射到LCD面板17上。因此，LCD面板的发光度增加。
由于根据现有技术将红色、绿色和蓝色LED用作光源，所以可增强色彩再现能力。然而，有必要混合从LED发射的光以便获得均匀的光。因此，有必要通过使用光遮蔽图案9来防止从LED发射的光直接透射穿过光透射层7并朝扩散板11行进。此外，需要例如第一间隙6a和第二间隙10a的空气层。这些导致背光面板的厚度增加。
此外，当混合从LED发射的光时，产生光损耗。因此，应通过增加供应到LED的电流量，通过使用较大数目的LED或通过使用BEF 13、DBEF 15等来补偿这种光损耗。然而，在电流量增加或使用较大数目的LED的情况下，功率消耗增加。具体来说，电流量的增加导致从LED产生的热量增加，且光遮蔽层可能劣化。另外，使用BEF使得进一步增加背光面板的总厚度，并增加背光面板的制造成本。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供一种背光面板，其与常规背光面板相比具有较小厚度和减少的制造成本。
本发明的另一目的是提供一种背光面板，其与常规背光面板相比能够增强其发光度。
技术解决方案
为了实现本发明的上述目的，提供一种使用具有红色和绿色磷光体的白色发光二极管的背光面板。根据本发明一方面的背光面板包含用于发射从侧方向入射的光的导光板(light guide plate)。导光板发射穿过其顶部表面的光。白色发光二极管排列在导光板的一侧以向导光板发射白光。白色发光二极管的每一者包含蓝色发光二极管芯片以及定位在蓝色发光二极管芯片上方的红色和绿色磷光体。此外，扩散板定位在导光板的顶部表面上方。因此，通过使用具有三种红色、绿色和蓝色波长的白色发光二极管，可确保液晶显示器的色彩再现能力，且还可减小背光面板的厚度。
此外，亮度增强膜和/或双重亮度增强膜可定位在扩散板上方。亮度增强膜可增强背光面板的发光度。
根据本发明另一方面的背光面板包括具有顶部表面和底部表面的扩散板。白色发光二极管距扩散板预定间隔地排列在扩散板的底部表面下方。每一白色发光二极管包含蓝色发光二极管芯片以及定位在蓝色发光二极管芯片上方的红色和绿色磷光体。此外，反射片定位在白色发光二极管的光离开表面下方，且还允许光在与扩散板相对的方向上行进，以便反射向扩散板。因此，可确保液晶显示器的色彩再现能力，且还可减小光混合的空间或间隙，使得可减小背光面板的厚度。此外，由于可通过使用用于向上发光的光源来增强发光度，所以可省略亮度增强膜。
另外，亮度增强膜和/或双重亮度增强膜可定位在扩散板上方，以进一步增加背光面板的发光度。
优选的是，本发明的红色磷光体是由从蓝色发光二极管芯片发射的光激发以辐射红光的磷光体。红色磷光体可以是基于碱土金属硫化物(alkali earth metalsulfide-based)的红色磷光体，表示为通式Ax-aEuaGeSz，其中A是从由Ca和Sr组成的群组中选出的至少一种元素；z＝x+2；将x设定在2到5的范围内；且将a/x设定在0.0005到0.02的范围内。
优选的是，本发明的绿色磷光体是由从蓝色发光二极管芯片发射的光激发以辐射绿光的磷光体。绿色磷光体可以是基于硫化镓酸盐(thiogallate-based)的绿色磷光体，表示为通式(A1-x-yEux(MI 0.5MIII 0.5)y)B2S4，其中0＜x，y，x+y＜1；A是从由Ba、Sr和Ca组成的群组中选出的至少一种元素；B是从由Al、Ga和In组成的群组中选出的至少一种元素；将x设定在0.01到0.1的范围内；MI是从由Li、Na和K组成的群组中选出的至少一种元素；MIII是从由Sc、Y、Lu、Gd和La组成的群组中选出的至少一种元素；且将y设定在0.2到0.8的范围内。
有利效果
根据本发明实施例，提供一种背光面板，其与常规背光面板相比具有较小厚度和减少的制造成本。此外，提供一种背光面板，其与常规背光面板相比具有增强的发光度。
同时，在如现有技术中所述而使用红色、绿色和蓝色LED的情况下，LED的寿命和劣化程度彼此不同。因此，应在LCD面板上安装色彩传感器(colorsensor)，以检测LED的劣化并执行补偿工作。然而，由于本发明实施例中使用相同种类的白色LED，所以LED的寿命和劣化大体上彼此类似。因此，不太有必要使用色彩传感器并执行补偿工作。因此，可进一步简化LCD面板的操作电路。
附图说明
图1是说明常规背光面板的截面图。
图2是说明根据本发明一方面的背光面板的截面图。
图3是说明根据本发明的所述方面的背光面板的另一实施例的截面图。
图4是说明根据本发明另一方面的背光面板的截面图。
图5是说明本发明的白色发光二极管的截面图。
具体实施方式
下文中，将具体参看附图描述本发明的优选实施例。以下实施例仅出于说明性目的而提供，使得所属领域的技术人员可充分理解本发明的精神。因此，本发明不限于以下实施例，而是可以其它形式实施。附图中，可能为了便于说明而夸大组件的宽度、长度、厚度等。在本说明书和附图中，相同的参考标号指示相同元件。
图2是说明根据本发明的一方面用于对液晶显示器面板37(下文中称为“LCD面板”)进行背光照明的背光面板的截面图。
参看图2，导光板27定位在LCD面板37下方。导光板27将从光源23w发射的光转换成表面光，并接着将表面光向上发射向LCD面板37。导光板27可由玻璃、例如透明丙烯酸树脂(acryl resin)或聚碳酸酯树脂(polycarbonate)或环氧树脂(epoxy resin)的透明树脂等制成。必要时，导光板27的两个表面均可加工有多种图案，例如V形凹槽、透镜形状、棱镜形状或全息照相图案(hologrampattern)。此外，反射片25可定位在导光板27的底部表面上。
白色发光二极管(下文中，称为“LED”)定位在导光板27的一侧的邻近处。每一白色LED朝导光板27的所述侧发射白光。白色LED可安装在印刷电路板21上，且多个LED可安装在印刷电路板21上作为LED模块。可通过印刷在印刷电路板上的电路同时驱动安装在印刷电路板21上的LED 23w。同时，LED可定位在导光板27的两侧。因此，可进一步增强LCD面板37的发光度。
白色LED 23w包含蓝色LED芯片以及绿色和红色磷光体，所述绿色和红色磷光体定位在蓝色LED芯片上方，以分别将蓝光的一部分转换成绿光和红光。随后将参看图5详细描述白色LED 23w。
同时，光遮蔽壁29分别定位在白色LED 23w上方和下方。光遮蔽壁29防止从白色LED 23w发射的光朝着除了导光板27的侧部以外的区域行进。反射层被涂覆在光遮蔽壁29的内壁上，以使入射在光遮蔽壁上的光能够进行反射。此反射层也可形成在印刷电路板21上的顶部表面上。
扩散板31定位在导光板27的顶部表面上方。扩散板31可以是薄片。扩散板31将从导光板27入射的光扩散成均匀的光。此外，亮度增强膜(BEF)33和/或双重亮度增强膜(DBEF)35可介于扩散板31与LCD面板37之间。BEF 33和DBEF 35收集在某一展示角内从导光板27发射的光，以增加光的发光度。
由于根据本发明的所述方面的背光面板安装有白色LED，以使得能够从LED发射均匀的白光，所以与现有技术相比，无需用于使红光、绿光和蓝光彼此混合的空气层。因此，可减小背光面板的厚度。此外，由于从白色LED发射的光直接入射在导光板27上，所以可增强发光的发光度。因此，可省略BEF 33和DBEF35。此外，在使用BEF的情况下，可进一步增强发光度。因此，还可减少所使用的LED的数目。
图3是说明根据本发明的所述方面的背光面板的另一实施例的截面图。
参看图3，以与参看图2所描述的方式相同的方式提供扩散板31、BEF 33和DBEF35，以及LCD面板37。下文中，将仅详细描述图2与3的背光面板之间的差异。
导光板47定位在扩散板31下方。导光板47在其一侧形成有接纳凹槽47a，以在接纳凹槽47a中容纳LED。如参看图2所描述，导光板47可由玻璃、例如透明丙烯酸树脂或聚碳酸酯树脂或环氧树脂的透明树脂等制成。此外，必要时，导光板47的两个表面均可加工有多种图案，例如V形凹槽、透镜形状、棱镜形状或全息照相图案。此外，反射片25可定位在导光板的底部表面上。反射片25可附接到导光板47的底部表面以延伸到其侧部，并具有通孔，可穿过所述通孔在导光板47的接纳凹槽47a中接纳LED。
白色LED 43w容纳在接纳凹槽47a中。白色LED是侧视LED，其几乎平行于导光板47的顶部和底部表面(即，垂直于其侧表面)而发射光。侧视LED可将所发射光的展示角调节为小于向上发光的LED的展示角，使得可减小导光板47的厚度。
白色LED可安装在印刷电路板41上，且多个LED也可安装在印刷电路板41上作为LED模块。可通过印刷在印刷电路板上的电路同时驱动安装在印刷电路板41上的LED 43w。同时，LED可定位在导光板47的两侧。因此，可进一步增强LCD面板37的发光度。
根据本实施例，安装能够将展示角调节得较小的侧视LED，使得可减小导光板的厚度。
图4是说明根据本发明的另一方面的背光面板的截面图。
参看图4，扩散板61定位在LCD面板67下方。扩散板61具有顶部表面和底部表面。BEF 63和/或DBEF 65可介于扩散板61与LCD面板67之间。
同时，白色LED 53w距扩散板61某一间隔地排列在扩散板61的底部表面下方。每一白色LED 53w包含蓝色LED芯片以及定位在蓝色LED芯片上方的绿色和红色磷光体。随后将参看图5详细描述白色LED 53w。
每一白色LED 53w朝扩散板61发射白光。白色LED可安装在印刷电路板51上，且多个LED可安装在印刷电路板51上作为LED模块。可通过印刷在印刷电路板上的电路同时驱动安装在印刷电路板51上的LED 53w。多个LED模块可排列在扩散板61下方，以对LCD面板67进行均匀地背光照明。
此外，反射片55定位在白色LED 53w的光离开表面下方。反射片55上可形成有反射层55a。反射片55可由铝片制成，并在上面涂覆有反射层55a。此外，反射片55可如此图所示附接到印刷电路板51上。
反射片55与扩散板61彼此隔开预定间隔以界定对应于空气层的间隙60a。从白色LED 53w发射的白光在间隙60a中彼此混合，并接着入射在扩散板61上。
根据此方面的背光面板不使用额外的导光板。因此，扩散板61可厚于图2或图3的扩散板31，使得从白色LED 53w发射的光可均匀。
同时，由于根据此方面的背光面板使用与现有技术相反的俯视白色LED，所以可省略形成有光遮蔽图案9(图1)的光透射层7(图1)。此外，由于从白色LED 53w发射的光直接入射在扩散板61上，所以可减少光损耗，以使得可增强LCD面板67的发光度。因此，由于可省略BEF 63和DBEF 65，所以还可减小背光面板的厚度。
图5是说明本发明实施例中使用的白色LED 23w、43w或53w的截面图。
参看图5，白色LED包含封装主体71。可使用注射模制、按压或加工技术形成封装主体71，且明确地说使用塑料树脂注射模制而成。封装主体71形成有空腔，其暴露引线端子73。此外，空腔的侧壁可以是以某一角度倾斜的倾斜表面。
引线端子73向外延伸以从封装主体71突出。突出到外部的引线端子73连接到印刷电路板并电连接到外部电源。引线端子73可从外部弯曲，使得其可进行表面安装。
同时，散热片75可附接到封装主体71的底部。散热片75用于将由LED芯片77产生的热量简易地消散到外部。散热片75可形成有基座和从基座的中心部分向上突出的凸起部。凸起部插入到封装主体71中并接着暴露于空腔。在封装主体71已形成有通孔之后，散热片75可插入到封装主体71的通孔中并安装到封装主体71。或者，可通过定位引线端子73和散热片75并接着使用插入模制技术形成封装主体71，而将散热片75附接到封装主体71。散热片75可与引线端子75电隔离，或电连接到引线端子73的任一者。
用于发射蓝光的蓝色LED芯片77安装在散热片75上。LED芯片77是基于GaN、InGaN或AlGaInN的发光二极管，且辐射波长为420nm到480nm的蓝光。LED芯片77具有用于与外部电源连接的两个电极。所述电极可定位在LED 77的同一侧或相对侧。如此图所示，所述电极可通过粘合剂或接合线而电连接到引线端子73。在电极形成在LED芯片77的同一侧的情况下，LED芯片77和引线端子73分别通过两个接合线连接，使得所述LED芯片77和引线端子73可如此图所示进行电连接。另一方面，在电极定位在相对侧的情况下，电极中的一者使用导电粘合剂连接到散热片75，且引线端子73中的一者通过接合线连接到散热片75，使得引线端子73和LED芯片77可彼此电连接。
蓝色LED芯片77上方定位有红色磷光体81r和绿色磷光体81g，其由蓝光激发以分别辐射红光和绿光，使得所辐射的光与从LED芯片77发射的蓝光的一部分混合以变成白光。红色磷光体81r和绿色磷光体81g可涂覆在LED芯片77上，或如此图所示以包含在模制部件79中的状态定位在模制部件79中。模制部件79可由环氧树脂或硅树脂制成，且形成为单层或多层。
举例来说，红色磷光体81r可以是基于碱土金属硫化物的红色磷光体，而绿色磷光体81g可以是基于硫化镓酸盐的绿色磷光体。更具体来说，基于碱土金属硫化物的红色磷光体表示为通式Ax-aEuaGeSz，其中A是Ca和/或Sr，z＝x+2，将x设定在2到5的范围内，且将a/x设定在0.0005到0.02的范围内。
此外，基于硫化镓酸盐的绿色磷光体表示为通式(A1-x-yEux(MI 0.5MIII 0.5)y)B2S4，其中A是从由Ba、Sr和Ca组成的群组中选出的至少一种元素，B是从由Al、Ga和In组成的群组中选出的至少一种元素，且0＜x，y，x+y＜1。优选的是，将x设定在0.01到0.1的范围内。同时，MI是从由Li、Na和K组成的群组中选出的至少一种元素，且MIII是从由Sc、Y、Lu、Gd和La组成的群组中选出的至少一种元素。优选的是，将y设定在0.2到0.8的范围内。
此类红色磷光体81r和绿色磷光体81g通过以下方式获得。即，根据所需组分称出磷光体原材料(raw material)和催化剂原材料以具有预定混合比率，并通过使用球磨或例如玛瑙研钵(agate mortar)的混合器在酒精溶剂内进行有效混合来充分混合成均匀混合物。接着，在烤箱中在100℃到150℃的温度下使混合物干燥1到2个小时。使用电炉在高纯度的氧化铝蒸发皿中在800℃到1300℃的温度下且在H2S的气氛下对经干燥的混合物进行热处理，以合成磷光体粉末并接着充分磨碎所合成的磷光体粉末。
根据粉末的光致发光(photoluminescence，PL)的测量结果，具有表达为Sr0.36Eu0.04Y0.3Li0.3Ga2S4的典型组分的基于硫化镓酸盐的绿色磷光体在470nm到630nm的范围内展现出较强的光致发光光谱，而表达为Sr2.185Eu0.015Ca0.8GeS5的基于碱土金属硫化物的红色磷光体在520nm到780nm的范围内展现出较强的光致发光光谱。因此，可使用蓝色LED芯片77和磷光体来辐射具有不同的红色、绿色和蓝色波长的白光，且因此可增强LCD面板的色彩再现能力。
同时，LED芯片77以及磷光体81r和81g由透镜83覆盖。所述透镜83可形成为多种形状。举例来说，为实施根据本发明的所述方面的俯视LED，透镜83可采取如此图所示的凸透镜形状。此时，透镜的曲率依据所需的展示角来确定。同时，为了实施图2所示的侧视LED，透镜设计成在侧部方向上从LED芯片77发射光。图1展示此侧视LED的实例，且其它侧视LED可实施为多种透镜形状。

Claims (7)

1.一种背光面板，包括：
导光板，用于发射从侧部方向入射的光，所述导光板发射的光穿过顶部表面；
白色发光二极管，排列在所述导光板的一侧，以向所述导光板发射白光；以及
扩散板，定位在所述导光板的所述顶部表面上方，其中所述白色发光二极管中的每一者包含蓝色发光二极管芯片以及定位在所述蓝色发光二极管芯片上的红色磷光体和绿色磷光体。
2.根据权利要求1所述的背光面板，进一步包括处于所述扩散板上方的亮度增强膜和/或双重亮度增强膜。
3.一种背光面板，包括：
扩散板，具有顶部表面和底部表面；
白色发光二极管，距所述扩散板预定间隔地排列在所述扩散板的所述底部表面下方；以及
反射片，定位在所述白色发光二极管的光离开表面下方，以允许光在与所述扩散板相对的方向上行进，以反射向所述扩散板，其中所述白色发光二极管中的每一者包含蓝色发光二极管芯片以及定位在所述蓝色发光二极管芯片上的红磷光体色和绿色磷光体。
4.根据权利要求3所述的背光面板，进一步包括处于所述扩散板上的亮度增强膜和/或双重亮度增强膜。
5.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的背光面板，其中所述红色磷光体是基于碱土金属硫化物的红色磷光体，表示为通式Ax-aEuaGeSz，其中A是从由Ca和Sr组成的群组中选出的至少一种元素；z＝x+2；x设定在2到5的范围内；且a/x设定在0.0005到0.02的范围内。
6.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的背光面板，其中所述绿色磷光体是基于硫化镓酸盐的绿色磷光体，表示为通式(A1-x-yEux(MI 0.5MIII 0.5)y)B2S4，其中0＜x，y，x+y＜1；A是从由Ba、Sr和Ca组成的群组中选出的至少一种元素；B是从由Al、Ga和In组成的群组中选出的至少一种元素；x设定在0.01到0.1的范围内；MI是从由Li、Na和K组成的群组中选出的至少一种元素；MIII是从由Sc、Y、Lu、Gd和La组成的群组中选出的至少一种元素；且y设定在0.2到0.8的范围内。
7.根据权利要求1到4中任一权利要求所述的背光面板，其中所述红色磷光体是基于碱土金属硫化物的红色磷光体，表示为通式Ax-aEuaGeSz，其中A是从由Ca和Sr组成的群组中选出的至少一种元素；z＝x+2；x设定在2到5的范围内；且a/x设定在0.0005到0.02的范围内，且
所述绿色磷光体是基于硫化镓酸盐的绿色磷光体，表示为通式(A1-x-yEux(MI 0.5MIII 0.5)y)B2S4，其中0＜x，y，x+y＜1；A是从由Ba、Sr和Ca组成的群组中选出的至少一种元素；B是从由Al、Ga和In组成的群组中选出的至少一种元素；x设定在0.01到0.1的范围内；MI是从由Li、Na和K组成的群组中选出的至少一种元素；MIII是从由Sc、Y、Lu、Gd和La组成的群组中选出的至少一种元素；且y设定在0.2到0.8的范围内。
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