CN101261399A - Led背光装置和lcd装置 - Google Patents

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Abstract

一种背光装置，包括第一基板，以及固定到该第一基板的表面的LED薄膜分层结构(外延生长的无机材料层)。阳极电极和阴极电极形成于该LED薄膜分层结构上。阳极驱动器IC和阴极驱动器IC用于驱动该LED薄膜分层结构。布线结构电连接该阳极驱动器IC和该LED薄膜分层结构的该阳极电极，并电连接该阴极驱动器IC和该LED薄膜分层结构的该阴极电极。第二基板具有透光性并设置为面对其上形成该LED薄膜分层结构的该第一基板的表面。荧光体形成于该第二基板的面向该第一基板的表面上，并设置于与该LED薄膜分层结构相对应的位置上。

Description

LED背光装置和LCD装置
技术领域
本发明涉及LED背光装置和使用该LED背光装置的LCD装置。
背景技术
在一般LCD(液晶显示器)装置中，光是由光源发射并入射在LCD面板上。LCD装置配置成改变设置于LCD面板上的液晶(像素)的分子定向(molecular alignment)，从而利用透过LCD面板的光来显示图像。
这种LCD装置中使用的光源称为背光，因为光源设置于LCD面板的背侧(即，与LCD面板的显示表面相对的一侧)。常规光源是由冷阴极射线管或半导体发光元件组成。使用半导体发光元件的光源已经广泛使用，这是因为这种光源具有长寿命且有助于减小功耗。
就此而言，已知一种使用LED(发光二极管)作为上述半导体发光元件的表面发射光源。这种表面发射光源具有称为导光板或光漫射板的板状构件用于引导由LED发射的光。由LED发射的光入射到导光板的端面上。导光板反射和漫射沿与导光板表面垂直方向的入射光，并从导光板表面发射该光(见专利文献1)。
专利文献1：日本特开平专利公开No.11-232920。
然而，在常规背光装置中，随着与入射表面(即，导光板的端面)的距离增大，在导光板内部漫射的光由于反射和漫射而趋于衰减。因此，为了在整个表面上均匀地获得高的光强度，导光板的结构变得复杂且LED背光装置需要较厚。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，且本发明的目的是提供一种能够提供高光强度的薄LED背光装置，以及使用该LED背光装置的LCD装置。
本发明提供了一种背光装置，包括：第一基板；LED薄膜分层结构，固定到该第一基板的表面，该LED薄膜分层结构是由外延生长的无机材料层形成为P-N结装置；阳极电极和阴极电极，形成于该LED薄膜分层结构上；阳极驱动器IC和阴极驱动器IC，用于驱动该LED薄膜分层结构；布线结构，该布线结构电连接该阳极驱动器IC和该LED薄膜分层结构的该阳极电极，并电连接该阴极驱动器IC和该LED薄膜分层结构的该阴极电极；第二基板，具有透光性并设置为面对其上形成该LED薄膜分层结构的该第一基板的表面；以及荧光体，形成于该第二基板的面向该第一基板的表面上，并设置于与该LED薄膜分层结构相对应的位置上。
由于其上形成有该LED薄膜分层结构的第一基板和其上形成有荧光体的第二基板(具有透光性)彼此面对，因此可以获得提供高光强度的薄LED背光装置。
通过下文的详细描述，本发明的其他应用范围将显而易见。然而应理解，这些详细描述和具体示例虽然示出本发明的优选实施例，但仅仅是出于说明的目的，因为显而易见的是本领域技术人员通过该详细描述可以在本发明的精神和范围内进行各种变化和改进。
附图说明
附图中：
图1为示出本发明第一实施例的包括LED背光装置的LCD装置主要部件的侧面剖视图；
图2为示出本发明第一实施例的LED元件部分的透视图；
图3为示出本发明第一实施例的荧光体片部分的透视图；
图4为示出本发明第一实施例的散热板的透视图；
图5为示出本发明第一实施例的用于剥离LED薄膜分层结构的工艺的示意图；
图6为示出本发明第一实施例的用于将LED薄膜分层结构集成到基板的工艺的示意图；
图7为示出本发明第二实施例的LED背光装置的侧面剖视图；
图8为示出本发明第三实施例的LED背光装置的侧面剖视图；
图9为示出本发明第三实施例的LED背光装置的透视图；
图10为示出本发明第四实施例的LED背光装置的侧面剖视图；
图11为示出本发明第四实施例的LED背光装置的透视图；
图12为示出本发明第四实施例的用于剥离LED薄膜分层结构的工艺的示意图；
图13为示出本发明第四实施例的用于将LED薄膜分层结构集成到基板的工艺的示意图；
图14为示出本发明第四实施例的用于将无机材料层划分为多个LED薄膜分层结构的工艺的示意图；
图15A和15B示出本发明实施例的LED背光装置的改进例；
图16示出本发明实施例的LED背光装置的另一改进例。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明实施例。
第一实施例
图1为示出本发明第一实施例的包括LED背光装置的LCD装置的主要部件的侧面剖视图。图2为示出本发明第一实施例的LED背光装置的LED元件部分的透视图。图3为示出本发明第一实施例的LED背光装置的荧光体片部分的透视图。图4为示出本发明第一实施例的散热板的透视图。
在图1，第一实施例的LED背光装置100用作LCD装置101中的光源，并设置于LCD面板102的背侧(即，与LCD面板102的显示表面102a相对的一侧)。LCD面板102为透射类型。第一实施例的LED背光装置100包括LED元件部分110以及设置为面对LED元件部分110的荧光体片部分120。
在图1至4，LED背光装置100包括平板形状的基板(即，第一基板)10。LED背光装置100还包括固定到基板10的表面的LED 11(即，LED薄膜分层结构)。LED 11发射近紫外线或紫外线。此外，用于驱动LED 11的阳极驱动器IC 31和阴极驱动器IC 32设置于基板10的表面上。阳极驱动器IC 31连接到阳极布线12的端部，(形成于基板10的该表面上的)阳极布线12连接到LED 11的阳极电极14。阴极驱动器IC 32连接到阴极布线13的端部，(形成于基板10的该表面上的)阴极布线13连接到LED 11的阴极电极15。阳极布线12和阴极布线13构成用于将阳极驱动器IC 31电连接到LED 11以及将阴极驱动器IC 32电连接到LED 11的布线结构。
例如，基板10是由具有出色热导率的金属、硅或陶瓷形成的布线板、考虑热导率来设计的耐热FR-4基板(具有玻璃基底材料和环氧树脂层叠的基板)、等等组成。基板10的表面是由有机绝缘膜(例如聚酰亚胺膜)或无机绝缘膜形成的表面层10a组成，且被平整化使得表面精度为几十纳米。如下文所述从另一基板剥离LED 11，且通过诸如氢键键合的分子间力固定到基板10，使得LED 11与基板10集成。
散热板60通过导热粘合剂50固定到基板10的背侧(即，与固定LED 11的表面相对的表面)。散热板60是由具有出色热导率的金属等制成。
上述LED 11为发射近紫外线或紫外线的薄膜LED，且由具有通过外延生长诸如氮化镓、氮化镓铟、氮化铝镓、氮化铝等无机材料形成的异质结构或双异质结构的薄膜分层结构组成。LED 11不限于上述材料，而可以由发射近紫外线或紫外线，更优选地波长范围为300至450nm的光的任意材料组成。
阳极电极14和阴极电极15是由金、铝组成的金属电极，或者是由与镍、钛等层叠的金或铝组成的分层金属电极。阳极电极14和阴极电极15分别连接到LED 11的阳极和阴极。
阳极布线12和阴极布线13是由金、铝组成的金属布线，或者是由与镍、钛等层叠的金或铝组成的分层金属布线。阳极布线12和阴极布线13分别连接到LED 11的阳极电极14和阴极电极15。阳极布线12的端部连接到阳极驱动器IC 31，且阴极布线13的端部连接到阴极驱动器IC 32，使得LED 11的阳极电极14和阴极电极15通过该阳极布线12和阴极布线13连接到阳极驱动器IC 31和阴极驱动器IC 32。
荧光体片部分120包括板状透明基板40(即，第二基板)以及形成于透明基板40上的荧光体41。透明基板40是由具有透光性的石英或玻璃组成。荧光体41在暴露于近紫外线或紫外线时发射白光。荧光体41涂覆在透明基板40的表面上。
荧光体41可以通过混合发射红光的荧光体、发射绿光的荧光体以及发射蓝光的荧光体来形成。更具体而言，发射红光的荧光体例如为Y2O3:Eu或(Y，Gd)BO3:Eu。发射绿光的荧光体例如为LaPO4:Ce，Tb或Zn2SiO:Mn。发射蓝光的荧光体例如为(Sr，Ca，Ba，Mg)5(PO4)3Cl:Eu或BaMgAl10O17:Eu。
发射红光的荧光体不限于上述材料，而可以由当暴露于波长范围为300nm至450nm的近紫外线或紫外线时发射波长范围为620nm至710nm的任意材料组成。发射绿光的荧光体可以由当暴露于波长范围为300nm至450nm的近紫外线或紫外线时发射波长范围为500nm至580nm的任意材料组成。发射蓝光的荧光体可以由当暴露于波长范围为300nm至450nm的近紫外线或紫外线时发射波长范围为450nm至500nm的任意材料组成。
如图1所示，按照LED元件部分110和荧光体片部分120彼此面对的方式来布置LED元件部分110和荧光体片部分120，由此得到LED背光装置100。这种情况下，固定LED 11的基板10的表面和固定荧光体41的透明基板40的表面彼此面对。基板10和透明基板40彼此相对地布置(和固定)，使得基板10上的LED 11和透明基板40上的荧光体41彼此面对。
采用这种布置，当LED 11如图1的箭头A所示发射波长范围为300至450nm的近紫外线或紫外线时，荧光体41(面向LED 11)如图1的箭头B所示发射白光。
阳极驱动器IC 31具有根据发光信号(lighting signal)来供应电流至LED 11的功能。在阳极驱动器IC 31中集成有例如移位寄存器电路、锁存电路、恒流电流、放大器电路等。阳极布线12连接到LED的阳极电极14，且还连接到阳极驱动器IC 31的驱动元件。尽管在图2所示的示例中阳极驱动器IC 31设置于基板10上，但是阳极驱动器IC31不一定设置于基板10上，而可以设置于其他印刷电路板(未示出)等上。
阴极驱动器IC 32具有允许电流流入其中的功能。在阴极驱动器IC 32中，集成有诸如晶体管等的开关电路。阴极布线13连接到LED 11的阴极电极15，且还连接到阴极驱动器IC 32。阴极驱动器IC 32不一定设置于基板10上，而可以设置于其他印刷电路板(未示出)等上。
接下来描述用于在基板10上形成LED 11的工艺。
图5示出本发明第一实施例的用于剥离薄膜分层结构(LED 11)的工艺。图6示出本发明第一实施例的用于将薄膜分层结构(LED 11)固定到基板的工艺。
在第一实施例中，LED 11由呈矩形平板形状的薄膜分层结构制成，且如下所述集成固定到基板10。此外，LED 11为具有由例如氮化镓或氮化铟镓、氮化铝镓或氮化铝等多个层组成的异质结构或双异质结构的薄膜分层结构。
牺牲层17设置于基底材料16和LED 11之间，用于从基底材料16剥离(即，分离)LED 11。牺牲层17是由通过下述刻蚀溶液可以容易被刻蚀的诸如砷化铝的材料组成。
基底材料16是由例如砷化镓、氮化镓、蓝宝石等组成。无机材料层的薄膜分层结构11a(将成为LED 11)通过诸如MOCVD方法的气相生长方法外延生长在基底材料16上。
接下来，描述用于从基底材料16剥离LED 11(即，外延生长的薄膜分层结构11a)的工艺。
如果LED 11设计成具有例如每个边的长度为20mm的正方形，则薄膜分层结构11a形成为具有大于或等于20mm的宽度和长度。这种情况下，通过在半导体制造工艺中广泛使用的光刻刻蚀技术，使用诸如包含磷酸、过氧化氢和水(H3PO4:H2O2:H2O)的溶液等的刻蚀溶液，在基底材料16上形成矩形形状的薄膜分层结构11a。
接下来，其上形成有薄膜分层结构11a的基底材料16浸入诸如氢氟酸溶液、盐酸溶液等的刻蚀溶液内。藉此，牺牲层17被刻蚀，且薄膜分层结构11a(即，LED 11)从基底材料16剥离。
随后，朝着基板10的平整化表面挤压LED 11(已经从基底材料16剥离)，基板10和LED 11通过分子间力相互固定并相互集成。
基板10的表面是由表面层10a组成，表面层10a是由例如聚酰亚胺膜的有机绝缘膜或者例如氧化硅膜的无机绝缘膜形成；该表面优选地为平坦表面，其表面精度小于或等于几十纳米且没有凸起或凹入。由于基板10的表面为没有凸起或凹入的平坦表面，因此可以促进LED11和基板10之间通过分子间力(例如氢键等)的键合。藉此，如图6所示，正方形LED 11固定到基板10并与基板10集成。
随后，例如通过包含磷酸、过氧化氢和水(H3PO4:H2O2:H2O)的刻蚀溶液，利用光刻刻蚀方法在LED 11(已经固定到基板10)上形成阳极电极14和阴极电极15的连接部分。此外，使用沉积、光刻刻蚀方法或者剥离方法，由此形成阳极电极14和阴极电极15以及阳极布线12(连接到阳极电极14)和阴极布线13(连接到阴极电极15)。另外，阳极驱动器IC 31和阴极驱动器IC 32安装到基板10，且阳极布线12和阴极布线13分别连接到阳极驱动器IC 31和阴极驱动器IC 32。
接下来描述上述配置的LED背光装置100的工作。
首先，当从上级装置(superior device)(例如，未示出的个人计算机)发出的发光信号输入到阳极驱动器IC 31时，阳极驱动器IC 31的放大器电路将恒定电流通过阳极布线12施加到LED 11的阳极电极14。当发光信号输入阴极驱动器IC 32时，阴极驱动器IC 32通过阴极布线13允许来自LED 11的阴极电极15的电流流入阴极驱动器IC 32，使得LED 11发光。
当LED 11如图1的箭头A所示发射波长范围为300至450nm的近紫外线或紫外线时，荧光体41(面向LED 11)被该近紫外线或紫外线激励，且荧光体41如图1的箭头B所示发射白光。设置成与LED背光装置10相对的LCD面板102被来自LED面板102背侧的光(由荧光体41发射)照射。
这种情况下，由LED 11光发射产生的热量通过导热粘合剂50和散热板60扩散穿过与LED 11相对的基板10的表面。因此，LED元件部分110和荧光体片部分120的温度没有显著上升。
就此而言，为了防止荧光体41的氧化或劣化，可以在LED元件部分110和荧光体片部分120之间的空间内建立惰性气体气氛或者基本上形成真空。
如上所述，在第一实施例中，LED 11、阳极布线12和阴极布线13使用半导体工艺来形成，且LED 11使用半导体工艺连接到阳极布线12和阴极布线13。因此，可以形成较薄的LED元件部分110。由此，可以实现较薄的LED背光装置100。
此外，该LED元件已知为具有高亮度并消耗更少电功率的元件，且具有性能记录。使用这种LED元件作为光源，可以获得例如有机EL(电致发光)元件的常规发光装置无法达到的亮度。
第二实施例
接下来描述本发明第二实施例。使用相同的参考符号表示第二实施例中与第一实施例相同的部件，并省略对它们的描述。此外还省略了对于与第一实施例相同的工作和优点的描述。
图7为示出本发明第二实施例的LED背光装置的侧面剖视图。
在第二实施例中，LED背光装置100不具有荧光体片部分120，相反，LED元件部分110设置有荧光体41。更具体而言，提供荧光体41以完全覆盖固定到基板10的表面的LED 11。
通过将荧光体材料混合到具有出色热导率的硅酮基树脂(通常用作密封剂)中，并使用丝网印刷方法、喷墨方法等将得到的材料涂覆在LED 11上，由此形成该荧光体41。
结合在硅酮基树脂内的荧光体是通过混合发射红光的荧光体、发射绿光的荧光体以及发射蓝光的荧光体来形成，且在暴露于近紫外线或紫外线时发射白光。如第一实施例中所述，发射红光的荧光体例如为Y2O3:Eu或(Y，Gd)BO3:Eu。发射绿光的荧光体例如为LaPO4:Ce，Tb或Zn2SiO:Mn。发射蓝光的荧光体例如为(Sr，Ca，Ba，Mg)5(PO4)3Cl:Eu或BaMgAl10O17:Eu。
发射红光的荧光体不限于上述材料，而可以由当暴露于波长范围为300nm至450nm的近紫外线或紫外线时发射波长范围为620nm至710nm的任意材料组成。发射绿光的荧光体可以由当暴露于波长范围为300nm至450nm的近紫外线或紫外线时发射波长范围为500nm至580nm的任意材料组成。发射蓝光的荧光体可以由当暴露于波长范围为300nm至450nm的近紫外线或紫外线时发射波长范围为450nm至500nm的任意材料组成。
如第一实施例中所述，基板10的表面是由表面层10a组成，表面层10a是由例如聚酰亚胺膜的有机绝缘膜或者例如氧化硅膜的无机绝缘膜形成；该表面优选地为平坦表面，其表面精度小于或等于几十纳米且没有凸起或凹入。
第二实施例的LED背光装置100的其他部件与第一实施例相同，并省略对它们的描述。
接下来描述上述配置的LED背光装置100的工作。
首先，当从上级装置(例如，未示出的个人计算机)发出的发光信号输入到阳极驱动器IC 31时，阳极驱动器IC 31的放大器电路将恒定电流通过阳极布线12施加到LED 11的阳极电极14。当发光信号输入阴极驱动器IC 32时，阴极驱动器IC 32通过阴极布线13允许来自LED 11的阴极电极15的电流流入阴极驱动器IC 32，使得LED 11发光。
当LED 11依据发光信号发射波长范围为300至450nm的近紫外线或紫外线时，荧光体41(覆盖LED 11)被该近紫外线或紫外线激励，且荧光体41如图7的箭头B所示发射白光。
这种情况下，由LED11光发射产生的热量通过导热粘合剂50和散热板60扩散穿过与LED 11相对的基板10的表面。因此，LED元件部分110的温度没有显著上升。
如上所述，在第二实施例中，提供荧光体41以完全覆盖固定到基板10的表面的LED 11，因此可以除去荧光体片部分120(图1)。由此，LED背光装置100可以薄于第一实施例的LED背光装置。
第三实施例
接下来描述本发明第三实施例。使用相同的参考符号表示第三实施例中与第一或第二实施例相同的部件，并省略对它们的描述。此外还省略了对于与第一或第二实施例相同的工作和优点的描述。
图8为示出本发明第三实施例的LED背光装置的侧面剖视图。图9为示出本发明第三实施例的LED元件部分的透视图。
在第三实施例中，LED元件部分110具有形成于基板10表面上的反射膜18，且反射膜18反射由LED 11发射的近紫外线或紫外线。保护膜19形成为覆盖形成于基板10表面上的反射膜18，且LED 11固定到保护膜19的表面。此外，荧光体41设置为完全覆盖LED 11。
提供反射膜18，用以反射由LED 11发射的朝向基板10表面的近紫外线和紫外线，并反射由荧光体41反射的或者在边界表面(其上形成荧光体41)被反射的近紫外线和紫外线。反射膜18是通过下述方式来形成：在基板10的表面上形成由金或铝组成的金属膜或者由与镍、钛等层叠的金或铝组成的分层金属膜，以及图案化该金属膜。
保护膜19是由有机绝缘膜(例如聚酰亚胺膜等)或者无机绝缘膜(例如氧化硅膜等)组成。保护膜19具有平坦表面，其表面精度小于或等于几十纳米且没有凸起或凹入。由于保护膜19的表面为没有凸起或凹入的平坦表面，因此可以促进LED 11和保护膜19之间通过分子间力(例如氢键等)的键合。
朝着保护膜19的平整化表面挤压LED 11(如第一实施例中所述，LED 11已经从基底材料16剥离)，保护膜19和LED 11通过分子间力相互固定并相互集成。
随后，例如通过包含磷酸、过氧化氢和水(H3PO4:H2O2:H2O)的刻蚀溶液，利用光刻刻蚀方法在LED 11(已经固定到基板10)上形成阳极电极14和阴极电极15的连接部分。此外，使用沉积、光刻刻蚀方法或者剥离方法，由此形成LED 11的阳极电极14和阴极电极15以及阳极布线12(连接到阳极电极14)和阴极布线13(连接到阴极电极15)。
随后，其中混合有荧光体并被搅拌的具有出色热导率的硅酮基树脂(通常用作密封剂)，通过丝网印刷方法、喷墨方法等涂覆在LED 11上，由此形成荧光体41。就此而言，结合在硅酮基树脂内的该荧光体在暴露于近紫外线或紫外线时发射白光，如第二实施例所述。
此外，阳极驱动器IC 31和阴极驱动器IC 32安装到基板10，且阳极布线12和阴极布线13分别连接到阳极驱动器IC 31和阴极驱动器IC 32。
LED背光装置100的其他部件与第二实施例的情况相同，并省略对它们的描述。
接下来描述上述配置的第三实施例的LED背光装置100的工作。
首先，当从上级装置(例如，未示出的个人计算机)发出的发光信号输入到阳极驱动器IC 31时，阳极驱动器IC 31的放大器电路将恒定电流通过阳极布线12施加到LED 11的阳极电极14。当发光信号输入阴极驱动器IC 32时，阴极驱动器IC 32通过阴极布线13允许来自LED 11的阴极电极15的电流流入阴极驱动器IC 32，使得LED 11发光。
当LED 11发射波长范围为300至450nm的近紫外线或紫外线时，荧光体41(面向LED 11)被该近紫外线或紫外线激励，且荧光体41如图8的箭头B所示发射白光。由LED 11发射的朝向基板10表面的近紫外线和紫外线，以及由荧光体41反射的或者在边界表面(其上形成荧光体41)被反射的近紫外线和紫外线，被反射膜18反射并入射到荧光体41。因此，荧光体41还被由反射膜18反射的近紫外线或紫外线激励，并发射白光。
这种情况下，由LED 11光发射产生的热量通过导热粘合剂50和散热板60扩散穿过与LED 11相对的基板10的表面。因此，LED元件部分110的温度没有显著上升。
如上所述，在第三实施例中，LED 11设置于形成于基板10表面上的反射膜18上方，且荧光体41设置为完全覆盖LED 11，因此可以实现具有高光强度的超薄LED背光装置100。
第四实施例
接下来描述本发明第四实施例。使用相同的参考符号表示第四实施例中与第一、第二或第三实施例相同的部件，并省略对它们的描述。此外还省略了对于与第一、第二或第三实施例相同的工作和优点的描述。
图10为示出本发明第四实施例的LED背光装置的侧面剖视图。图11为示出本发明第四实施例的LED元件部分的透视图。
在第四实施例中，LED元件部分110具有形成于基板10上的反射膜18，且反射膜18反射由多个LED 11发射的近紫外线或紫外线。保护膜19形成为覆盖形成于基板10表面上的反射膜18，且多个LED 11固定到保护膜19的表面。此外，荧光体41设置为完全覆盖LED 11。
这种情况下，多个LED 11构成了设置于保护膜19表面上的阵列，如图11所示。在图11中，为了描述方便而省略荧光体41。
尽管LED 11的数目可以任意确定，但是LED 11的数目示为9以便于说明。此外，尽管LED 11的布置方式可以任意确定，但是LED 11示为布置成格栅。更具体而言，在图11所示示例中，基板10上的LED阵列包括等间距布置成正方形格栅且布置成3行×3列矩阵的LED 11。
阳极驱动器IC 31连接到阳极布线12的端部，该阳极布线12连接到每列LED 11的最靠近阳极驱动器IC 31的LED 11(即，末端LED11)的阳极电极14。阴极驱动器IC 32连接到阴极布线13的端部，该阴极布线13连接到每列LED 11的最远离阳极驱动器IC 31的LED 11(即，末端LED 11)的阴极电极15。此外，在每列中，相邻LED 11的阳极电极14和阴极电极15通过互连布线21相互连接。换言之，每列的LED 11通过互连布线21而串联连接。此外，每列的末端LED 11的阳极电极14和阴极电极15分别通过阳极布线12和阴极布线13而连接到阳极驱动器IC 31和阴极驱动器IC 32。
尽管阳极驱动器IC 31在图11所示的示例中设置于基板10上，但是阳极驱动器IC 31不一定设置于基板10上，而可以设置于其他印刷电路板(未示出)等上。
第四实施例的LED背光装置100的其他部件与第三实施例的情况相同，并省略对它们的描述。
接下来描述用于在保护膜19上形成LED 11的工艺。
图12示出本发明第四实施例的用于剥离薄膜分层结构(即，LED11)的工艺。图13示出本发明第四实施例的用于将LED薄膜分层结构集成到保护膜19的工艺。图14示出本发明第四实施例的用于划分LED11内的薄膜分层结构的工艺。
在图12至14中，薄膜分层结构23(将成为LED 11)呈细长带或条形状。该薄膜分层结构23结合到保护膜19，且随后如下所述划分为多个LED 11。薄膜分层结构23发射近紫外线或紫外线，且是由具有例如氮化镓或氮化铟镓、氮化铝镓或氮化铝等的多层组成的异质结构或双异质结构形成的薄膜分层结构。
数字17表示如第一实施例中所述的形成于基底材料16和薄膜分层结构23之间的牺牲层。牺牲层17是由通过下述刻蚀溶液可以被容易刻蚀的诸如砷化铝的材料组成。
如第一实施例中所述，基底材料16是由例如砷化镓、氮化镓或蓝宝石组成。无机材料层的薄膜分层结构23(将成为LED 11)通过诸如MOCVD方法的气相生长方法外延生长在基底材料16上。
接下来，描述用于从基底材料16剥离LED 11(即，外延生长的薄膜分层结构)的工艺。
如果每个LED 11设计成具有例如每个边的长度为2mm的正方形，则该薄膜分层结构23形成为条形，其宽度为大于或等于2mm且长度大于或等于LED阵列的列(即，包含三个LED 11的列)的长度。这种情况下，通过在半导体制造工艺中广泛使用的光刻刻蚀技术，使用诸如包含磷酸、过氧化氢和水(H3PO4:H2O2:H2O)溶液的刻蚀液体，在基底材料16上形成条形的薄膜分层结构23。
接下来，其上形成有薄膜分层结构23的基底材料16浸入诸如氢氟酸溶液或盐酸溶液等的刻蚀溶液内。藉此，牺牲层17被刻蚀，且薄膜分层结构23从基底材料16剥离。
随后，朝着保护膜19的表面挤压薄膜分层结构23(薄膜分层结构23已经从基底材料16剥离)，使得保护膜19和LED 11通过诸如氢键键合的分子间力相互固定和集成。保护膜19是由有机绝缘膜(例如聚酰亚胺膜等)或者无机绝缘膜(例如氧化硅膜等)组成，且优选地具有平坦表面，其表面精度小于或等于几十纳米且没有凸起或凹入。由于保护膜19具有没有凸起或凹入的平坦表面，因此可以促进LED 11和保护膜19之间通过分子间力(例如氢键等)的键合。
通过重复上述工艺，多个列(例如，3列)的LED薄膜分层结构23固定到保护膜19并与其集成。
接下来，通过包含磷酸、过氧化氢和水(H3PO4:H2O2:H2O)的刻蚀溶液，利用光刻刻蚀方法将固定到保护膜19的每个薄膜分层结构23划分为多个LED 11。在本实施例中，每个薄膜分层结构23划分为3个LED 11。藉此，如图14所示，可以获得包括在保护膜19上等间距布置成正方形格栅且布置成3行×3列矩阵的LED 11的LED阵列。
随后，使用沉积、光刻刻蚀方法或者剥离方法，由此形成相应LED11的阳极电极14和阴极电极15以及阳极布线12(连接到阳极电极14)和阴极布线13(连接到阴极电极15)。在此，阳极电极14和阴极电极15是由金、铝组成的金属电极，或者是由与镍、钛等层叠的金或铝组成的分层金属电极。阳极驱动器IC 31连接到阳极布线12的端部，该阳极布线12连接到每列LED 11的最靠近阳极驱动器IC 31的LED 11的阳极电极14。阴极驱动器IC 32连接到阴极布线13的端部，该阴极布线13连接到每列LED 11的最远离阳极驱动器IC 31的LED 11的阴极电极15。此外，每列的相邻LED 11的阳极电极14和阴极电极15通过互连布线21相互连接。换言之，每列的LED 11通过互连布线21而串联连接，且每列的末端LED 11的阳极电极14和阴极电极15分别通过阳极布线12和阴极布线13而连接到阳极驱动器IC 31和阴极驱动器IC 32。
这里，描述了每个条形薄膜分层结构23划分成正方形LED 11的情形。然而，LED 11可以具有任何形状，例如细长矩形、菱形形状等。
接下来描述上述配置的第四实施例的LED背光装置100的工作。
首先，当从上级装置(例如，未示出的个人计算机)发出的发光信号输入到阳极驱动器IC 31时，阳极驱动器IC 31的放大器电路将恒定电流通过阳极布线12施加到最靠近每列LED的阳极驱动器IC 31的LED 11的阳极电极14。当发光信号输入阴极驱动器IC 32时，阴极驱动器IC 32通过阴极布线13允许来自最远离每列LED 11的阳极驱动器IC 31的LED 11的阴极电极15的电流流入阴极驱动器IC 32，该阴极布线13通过大容量的开关电路连接到阴极驱动器IC 32。因此，电流流过每列中通过互连布线21而串联连接的LED 11，使得相应LED 11发光。
当相应LED 11根据发光信号来发射波长范围为300至450nm的近紫外线或紫外线时，荧光体41(覆盖LED 11)被该近紫外线或紫外线激励，且荧光体41如图10的箭头B所示发射白光。此外，由LED 11发射的朝向基板10表面的近紫外线或紫外线，以及由荧光体41反射的或者在边界表面(其上形成荧光体41)被反射的近紫外线或紫外线，被反射膜18反射并入射到荧光体41。因此，荧光体41还被由反射膜18反射的近紫外线或紫外线激励，并发射白光。
这种情况下，由于每列LED 11串联连接，因此无需提供恒流元件以将电流(电流量与设置有恒流元件的情形相等)施加到相应LED 11。此外，由LED 11光发射产生的热量通过导热粘合剂50和散热板60扩散穿过与LED 11相对的基板10的表面，因此LED元件部分110的温度没有显著上升。
如上所述，在第四实施例中，多个LED 11设置于形成于基板10表面上的反射膜18上，且荧光体41设置为完全覆盖LED 11，因此可以实现具有高光强度的较薄的LED背光装置100。此外，多个LED 11可以形成为具有期望的尺寸和形状且可以设置于期望的位置，因此LED 11的尺寸、形状和位置可以被调整以限制亮度变化。
改进例
接着，参考图15A和15B描述第四实施例的改进例。
图15A示出在第一实施例的结构(图1)中提供多个LED 11的改进例。在图15A所示的改进例中，多个LED 11固定到基板10的表面。LED 11面向形成于透明基板40表面上的荧光体41。提供阳极布线12、阴极布线13和互连布线21，以将LED 11电连接到阳极驱动器IC 31并将LED 11电连接到阴极驱动器IC 32，如图11所示。其它配置与第一实施例相同。
这种情况下，LED 11通过下述方式来形成：外延生长无机材料层以在基底材料16上的牺牲层17上形成薄膜分层结构(图5)；从基底材料16剥离该薄膜分层结构；如第一实施例所述将该薄膜分层结构固定到基板10的表面(图6)；以及如第四实施例所述通过刻蚀进一步将该薄膜分层结构划分为LED 11。
图15B示出在第二实施例的结构(图7)中提供多个LED 11的改进例。在图15B所示的改进例中，多个LED 11固定到基板10的表面，且荧光体41形成为完全覆盖基板10上的LED 11。提供阳极布线12、阴极布线13和互连布线21，以将LED 11电连接到阳极驱动器IC 31并将LED 11电连接到阴极驱动器IC 32，如图11所示。其它配置与第二实施例相同。
这种情况下，LED 11通过下述方式来形成：外延生长无机材料层以在基底材料16上的牺牲层17上形成薄膜分层结构(图5)；从基底材料16剥离该薄膜分层结构；如第一实施例所述将该薄膜分层结构固定到基板10的表面(图6)；以及如第四实施例所述通过刻蚀进一步将该薄膜分层结构划分为LED 11。
图16示出第四实施例的另一改进例，其涉及用于将LED 11电连接到阳极驱动器IC 31和阴极驱动器IC 32的布置。在图16所示的改进例中，阳极布线12(其端部连接到阳极驱动器IC 31)分支成多条支线。每条支线沿相应列延伸并连接到相应列的相应LED 11的阳极电极14。阳极电极14以及阳极布线12的支线通过恒流元件24(即，电阻等)来连接。阳极驱动器IC 31具有大容量的开关电路，该大容量的开关电路能够根据发光信号将导通电压供应至所有的恒流元件24，并将电流供应至所有的LED 11。阴极布线13(其端部连接到阴极驱动器IC32)分支成多条支线。相应支线沿相应行延伸并连接到相应行的相应LED 11的阴极电极15。阴极驱动器IC 32具有大容量的开关电路，该大容量的开关电路能够允许来自所有LED 11的电流流入该开关电路。
图16的布线结构也适用于图15A和15B所示的改进例。当图16的布线结构应用于图15A的改进例时，LED 11、阳极布线12、阴极布线13、阳极驱动器IC 31和阴极驱动器IC 32设置于基板10上(即，不提供图16所示的保护膜19)，且LED 11面向设置于透明基板40上的荧光体41(图15A)。当图16的布线结构应用于图15B的改进例时，LED 11、阳极布线12、阴极布线13、阳极驱动器IC 31和阴极驱动器IC 32设置于基板10上(即，不提供图16所示的保护膜19)，且LED11被荧光体41覆盖。
尽管已经详细说明了本发明的优选实施例，但是显而易见的是，在没有背离如所附权利要求书所描述的本发明精神和范围的情况下，可以进行变动和改进。

Claims (33)

1.一种LED背光装置，包括：
第一基板；
LED薄膜分层结构，固定到该第一基板的表面，该LED薄膜分层结构是由外延生长的无机材料层形成为P-N结装置；
阳极电极和阴极电极，形成于该LED薄膜分层结构上；
阳极驱动器IC和阴极驱动器IC，用于驱动该LED薄膜分层结构；
布线结构，该布线结构电连接该阳极驱动器IC和该LED薄膜分层结构的该阳极电极，并电连接该阴极驱动器IC和该LED薄膜分层结构的该阴极电极；
第二基板，具有透光性并设置为面对其上形成该LED薄膜分层结构的该第一基板的表面；以及
荧光体，形成于该第二基板的面向该第一基板的表面上，并设置于与该LED薄膜分层结构相对应的位置上。
2.如权利要求1所述的LED背光装置，其中所述布线结构包括：
阳极布线，其形成于所述第一基板的所述表面上，用于连接所述阳极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阳极电极；以及
阴极布线，其形成于所述第一基板的所述表面上，用于连接所述阴极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阴极电极。
3.如权利要求1所述的LED背光装置，其中所述LED薄膜分层结构通过分子间力固定到所述第一基板的所述表面，并发射波长范围为300nm至450nm的近紫外线或紫外线。
4.如权利要求1所述的LED背光装置，其中所述荧光体是通过混合当暴露于波长范围为300nm至450nm的光时发射波长范围为620nm至710nm的红光的荧光体、当暴露于波长范围为300nm至450nm的光时发射波长范围为500nm至580nm的绿光的荧光体、以及当暴露于波长范围为300nm至450nm的光时发射波长范围为450nm至500nm的蓝光的荧光体，并涂覆所得到的混合材料来形成。
5.如权利要求1所述的LED背光装置，其中通过在与所述第一基板不同的基底材料上的牺牲层上外延生长无机材料层成为p-n结装置；通过使用刻蚀移除所述牺牲层以从所述基底材料剥离所述无机材料层；以及通过分子间力将所述无机材料层固定到所述第一基板，由此形成所述LED薄膜分层结构。
6.如权利要求1所述的LED背光装置，还包括散热板，该散热板设置于与固定有所述LED薄膜分层结构的所述表面相对的所述第一基板的表面上。
7.如权利要求1所述的LED背光装置，其中多个所述LED薄膜分层结构固定到所述第一基板的所述表面，所述LED薄膜分层结构在所述第一基板的所述表面上相隔一定距离布置成行和列。
8.如权利要求7所述的LED背光装置，其中所述布线结构包括分别形成于所述第一基板的所述表面上的阳极布线、阴极布线和互连布线，
其中所述阳极布线连接所述阳极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的每列或每行的末端LED薄膜分层结构的所述阳极电极，
其中所述阴极布线连接所述阴极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的每列或每行的末端LED薄膜分层结构的所述阴极电极，以及
其中所述互连布线串联连接每列或每行的所述LED薄膜分层结构。
9.如权利要求7所述的LED背光装置，其中所述布线结构包括分别形成于所述第一基板的所述表面上的阳极布线和阴极布线，
其中所述阳极布线连接所述阳极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阳极电极，以及
其中所述阴极布线连接所述阴极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阴极电极。
10.如权利要求7所述的LED背光装置，其中通过在与所述第一基板不同的基底材料上的牺牲层上外延生长无机材料层成为p-n结装置；通过使用刻蚀移除所述牺牲层以从所述基底材料剥离所述无机材料层；通过分子间力将所述无机材料层固定到所述第一基板；以及使用刻蚀将所述无机材料层划分成所述多个LED薄膜分层结构，由此形成所述LED薄膜分层结构。
11.一种LCD装置，包括根据权利要求1的所述LED背光装置以及设置为面对所述LED背光装置的LCD面板。
12.一种LED背光装置，包括：
基板，具有由有机绝缘膜或无机绝缘膜组成的平整化表面；
LED薄膜分层结构，固定到该基板的表面，该LED薄膜分层结构是由外延生长的无机材料层形成为P-N结装置；
阳极电极和阴极电极，形成于该LED薄膜分层结构上；
阳极驱动器IC和阴极驱动器IC，用于驱动该LED薄膜分层结构；
布线结构，电连接该阳极驱动器IC和该LED薄膜分层结构的该阳极电极，并电连接该阴极驱动器IC和该LED薄膜分层结构的该阴极电极；以及
荧光体，形成为覆盖所述LED薄膜分层结构。
13.如权利要求12所述的LED背光装置，其中所述布线结构包括分别形成于所述基板的所述表面上的阳极布线和阴极布线；
其中所述阳极布线连接所述阳极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阳极电极；以及
其中所述阴极布线连接所述阴极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阴极电极。
14.如权利要求12所述的LED背光装置，其中所述LED薄膜分层结构通过分子间力固定到所述基板的所述表面，并发射波长范围为300nm至450nm的近紫外线或紫外线。
15.如权利要求12所述的LED背光装置，其中所述荧光体是通过混合当暴露于波长范围为300nm至450nm的光时发射波长范围为620nm至710nm的红光的荧光体、当暴露于波长范围为300nm至450nm的光时发射波长范围为500nm至580nm的绿光的荧光体、以及当暴露于波长范围为300nm至450nm的光时发射波长范围为450nm至500nm的蓝光的荧光体，并涂覆所得到的混合材料来形成。
16.如权利要求12所述的LED背光装置，其中通过在与所述基板不同的基底材料上的牺牲层上外延生长无机材料层成为p-n结装置；通过使用刻蚀移除所述牺牲层以从所述基底材料剥离所述无机材料层；以及通过分子间力将所述无机材料层固定到所述基板，由此形成所述LED薄膜分层结构。
17.如权利要求12所述的LED背光装置，还包括散热板，该散热板设置于与固定有所述LED薄膜分层结构的所述表面相对的所述基板的表面上。
18.如权利要求12所述的LED背光装置，其中多个所述LED薄膜分层结构固定到所述基板的所述表面，所述LED薄膜分层结构在所述基板的所述表面上相隔一定距离布置成行和列。
19.如权利要求18所述的LED背光装置，其中所述布线结构包括分别形成于所述基板的所述表面上的阳极布线、阴极布线和互连布线，
其中所述阳极布线连接所述阳极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的每列或每行的末端LED薄膜分层结构的所述阳极电极，
其中所述阴极布线连接所述阴极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的每列或每行的末端LED薄膜分层结构的所述阴极电极，以及
其中所述互连布线串联连接每列或每行的所述LED薄膜分层结构。
20.如权利要求18所述的LED背光装置，其中所述布线结构包括分别形成于所述基板的所述表面上的阳极布线和阴极布线，
其中所述阳极布线连接所述阳极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阳极电极，以及
其中所述阴极布线连接所述阴极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阴极电极。
21.如权利要求19所述的LED背光装置，其中通过在与所述基板不同的基底材料上的牺牲层上外延生长无机材料层成为p-n结装置；通过使用刻蚀移除所述牺牲层以从所述基底材料剥离所述无机材料层；通过分子间力将所述无机材料层固定到所述基板；以及使用刻蚀将所述无机材料层划分成所述多个LED薄膜分层结构，由此形成所述LED薄膜分层结构。
22.一种LCD装置，包括根据权利要求12的所述LED背光装置以及设置为面对所述LED背光装置的LCD面板。
23.一种LED背光装置，包括：
基板；
反射膜，形成于所述基板的表面上；
保护膜，由有机绝缘膜或无机绝缘膜组成，所述保护膜形成为覆盖所述反射膜；
LED薄膜分层结构，固定到该保护膜的表面，所述LED薄膜分层结构是由外延生长的无机材料层形成为P-N结装置；
阳极电极和阴极电极，形成于该LED薄膜分层结构上；
阳极驱动器IC和阴极驱动器IC，用于驱动该LED薄膜分层结构；
布线结构，电连接该阳极驱动器IC和该LED薄膜分层结构的该阳极电极，并电连接该阴极驱动器IC和该LED薄膜分层结构的该阴极电极；以及
荧光体，形成为覆盖所述LED薄膜分层结构。
24.如权利要求23所述的LED背光装置，其中所述布线结构包括阳极布线和阴极布线；
其中所述阳极布线连接所述阳极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阳极电极；以及
其中所述阴极布线连接所述阴极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阴极电极。
25.如权利要求23所述的LED背光装置，其中所述LED薄膜分层结构通过分子间力固定到所述基板上的所述保护膜，并发射波长范围为300nm至450nm的近紫外线或紫外线。
26.如权利要求23所述的LED背光装置，其中所述荧光体是通过混合当暴露于波长范围为300nm至450nm的光时发射波长范围为620nm至710nm的红光的荧光体、当暴露于波长范围为300nm至450nm的光时发射波长范围为500nm至580nm的绿光的荧光体、以及当暴露于波长范围为300nm至450nm的光时发射波长范围为450nm至500nm的蓝光的荧光体，并涂覆所得到的混合材料来形成。
27.如权利要求23所述的LED背光装置，其中通过在与所述基板不同的基底材料上的牺牲层上外延生长无机材料层成为p-n结装置；通过使用刻蚀移除所述牺牲层以从所述基底材料剥离所述无机材料层；以及通过分子间力将所述无机材料层固定到所述基板上的所述保护膜，由此形成所述LED薄膜分层结构。
28.如权利要求23所述的LED背光装置，还包括散热板，该散热板设置于与固定有所述LED薄膜分层结构的所述表面相对的所述基板的表面上。
29.如权利要求23所述的LED背光装置，其中多个所述LED薄膜分层结构固定到所述保护膜，所述LED薄膜分层结构在所述保护膜上相隔一定距离布置成行和列。
30.如权利要求29所述的LED背光装置，其中所述布线结构包括阳极布线、阴极布线和互连布线，
其中所述阳极布线连接所述阳极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的每列或每行的末端LED薄膜分层结构的所述阳极电极，
其中所述阴极布线连接所述阴极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的每列或每行的末端LED薄膜分层结构的所述阴极电极，以及
其中所述互连布线串联连接每列或每行的LED薄膜分层结构。
31.如权利要求29所述的LED背光装置，其中所述布线结构包括阳极布线和阴极布线，
其中所述阳极布线连接所述阳极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阳极电极，以及
其中所述阴极布线连接所述阴极驱动器IC和所述LED薄膜分层结构的所述阴极电极。
32.如权利要求29所述的LED背光装置，其中通过在与所述基板不同的基底材料上的牺牲层上外延生长无机材料层成为p-n结装置；通过使用刻蚀移除所述牺牲层以从所述基底材料剥离所述无机材料层；通过分子间力将所述无机材料层固定到所述保护膜；以及使用刻蚀将所述无机材料层划分成所述多个LED薄膜分层结构，由此形成所述LED薄膜分层结构。
33.一种LCD装置，包括根据权利要求23的所述LED背光装置以及设置为面对所述LED背光装置的LCD面板。
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