CN101440941A - 多合一led显示屏模块表贴及显示屏模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多合一LED显示屏模块表贴。该表贴的载体为四棱台形状的中空透明的陶瓷预制件基座，预制件底座为2－4层的印刷电路板，印刷电路板的上表面层设有二维阵点，阵点内贴装或焊接有LED芯片，反光碗中空部分注有保护胶；利用该表贴可以组合成体积小、结构紧凑、散热效果好、使用寿命长的LED显示屏模块，通过虚拟像素显示控制技术，在实像素发光器件的基础上，采用了像素的复用方式的控制技术，在显示图像时，比相同点数的实像素显示方式的清晰度提高了四倍，性能价格比极高。虚拟像素屏只需要对应的实像素屏的1/4面积，就可显示相同效果的图像。

Description

多合一LED显示屏模块表贴及显示屏模块

技术领域

本发明涉及以半导体发光二极管(LED)为发光体的显示屏模块，尤其涉及一种LED显示屏模块表贴以及相应的显示屏模块，属于半导体照明技术领域。

背景技术

近年来，半导体照明技术得到了长足的发展，而其核心技术就是显示屏模块方案的发展。常见的几种显示屏方案可分为以下几种，点阵模块方案：最早的设计方案，由室内伪彩点阵屏发展而来，优势：原材料成本最有优势，且生产加工工艺简单，质量稳定。缺点：色彩一致性差，马赛克现象较严重，显示效果较差。单灯方案：为解决点阵屏色彩问题，借鉴户外显示屏技术的一种方案，同时将户外的像素复用技术移植到了室内显示屏。优势：色彩一致性比点阵模块方式的好。缺点：混色效果不佳，视角不大，水平方向左右观看有色差。加工较复杂，抗静电要求高。实际像素分辨率做到10000点以上较难。贴片方案：采用贴片发光管为显示元件的方案。优势：色彩一致性，视角等重要显示指标是现有方案里最好的一种，特别是三合一表贴的混色效果非常好。缺点：加工工艺麻烦，成本太高。亚表贴方案：实际上是单灯方案的一种改进，现在还在完善之中。优势：在显示色彩一致性，视角等首要指标和标贴方案差别不大了，但成本较低，显示效果很好，分辨率理论上可以做到17200以上。缺点：加工还是较复杂，抗静电要求高。

目前，针对这些问题提出了一种新的多合一LED显示屏模块表贴，广泛用于大面积图文显示全彩屏，状态指示、标志照明、信号显示等方面，其发展前景吸引全球照明大厂家都先后加入LED光源及市场开发中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机构紧凑的多合一LED显示屏模块表贴，利用该模块表贴可以组合成体积小、结构紧凑、散热效果好、使用寿命长的LED显示屏模块。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种多合一LED显示屏模块表贴，包括有作为载体的基座及其固定在其上的预制件，所述的预制件包括作为其底座的多层印刷电路板，以及固定在印刷电路板上的LED芯片和反光碗，所述的印刷电路板的上表面层设有二维阵点，每个阵点内贴装或焊接有LED芯片，并在反光碗中空部分注有保护胶。

进一步地，所述的每个阵点都设有焊盘，LED芯片被焊接在焊盘上，所述的印刷电路板上设有对等排列分布的焊盘引脚。

再进一步地，所述的各个阵点为等间距排布，间距范围在2.54～7.62mm之间。

再进一步地，所述的预制件基座为四棱台形状的中空透明的陶瓷件。

更进一步地，所述的印刷电路板上设有若干个通孔，在通孔内填有导电材料或者导热材料。所述的通孔的孔径为Φ0.1～0.3mm。

更进一步地，所述的保护胶为硅胶或者带扩散剂的环氧树脂胶或者UV胶。

一种由上述的多合一LED显示屏模块表贴组合成的显示屏模块，其中每个LED显示屏模块表贴包括有四个LED芯片，构成一个像素，每个像素包括红、绿、蓝三种颜色的LED芯片，其中两个LED芯片为同色，由两路信号分别控制，所述每个像素的LED芯片中任意一个LED芯片均又可作为相邻像素中其中一个LED芯片。

进一步地，同色的LED芯片可以为红、绿、蓝三种颜色中的任意一种。

本发明的多合一LED显示屏模块表贴的有益效果主要体现在：

(1)多合一LED显示屏模块表贴是将LED芯片直接封装于多层电路板上，工艺成熟，生产成本较低。多层电路板同时具备固定LED芯片、连接线路和散热等多项功能，模块厚度薄、体积小、组合简便，节约空间，既可单个使用，也可组合使用。

(2)本发明基于多层控制电路板，所采用材料的机械及热稳定性较好，产品适应温度范围较宽。多层电路板金属化电路过孔以及填埋的导热材料，均有利于LED芯片通过多重路径散热，提高了散热效果。

(3)LED芯片外表面覆盖硅胶或者带扩散剂的环氧树酯胶或者UV胶，既是表面保护胶，也是LED的出光透镜，提高出光效率。

(4)混色性好，相对于其他工艺(分立表贴、亚表贴、单灯等)，三基色得以紧密地结合在一起，使得观看者即使在近距离的情况下无色散，从而保证用户看到的永远是真正自然的全彩色像素，而其他工艺由于像素是由三色分立的发光元件组成，使得显示屏图像有颗粒感。

(5)色彩一致性好，画面通透，所有用于此系列产品的红，绿，蓝各色LED晶片都经过精密的自动分选设备进行亮度，波长，正向压降等多个参数的筛选，保证了晶片波长范围达到人眼根本无法分辨的2纳米。在帮定过程中又采用特殊工艺对晶片分布进行充分调匀，保证了无论同一表贴内部或是不同表贴间的各色亮度，色度分布均匀一致。使得显示屏画面通透干净。

(6)抗静电性能优势，本发明的表贴相对分立元件工艺的全彩屏，由于在超净防静电车间时已经将几十颗晶片绑定在一起，大大降低了静电损伤概率。

(7)平整度极好，由于本发明的表贴的塑壳是由高精度模具产出，制成显示屏后，现场效果平整度方面远高于其他分立件工艺的全彩LED屏，完全没有由于装配焊接误差造成的马赛克问题。

(8)视角极大，无论单色双色或全彩色模块，此种工艺的视角极大已是业内不争的事实。

(9)色温一致性好，所有产品在制成显示板后都经过色温一致性调整，同一显示屏的板间色温误差仅为几十K。

(10)LED晶片由树脂材料封装在塑壳内，如表面有尘土或其他污渍，可以直接擦拭。

(11)亮度高，相比0603或0805等形式的分立表贴型LED可以有更多的光通量被反射出，又由于采用了4x4模组形式，可以实现1/4扫描，进一步提升了亮度。

由具有上述优点的表贴组合而成的显示屏模块，通过虚拟像素显示控制技术，在实像素发光器件的基础上，采用了像素的复用方式的控制技术，在显示图像时，比相同点数的实像素显示方式的清晰度提高了四倍，性能价格比极高，虚拟像素屏只需要对应的实像素屏的1/4面积，就可显示相同效果的图像。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：多合一LED显示屏模块表贴的正面示意图。

图2：多合一LED显示屏模块表贴的侧面示意图。

图3：LED显示屏模块的表贴排布示意图。

其中：

1：陶瓷预制件基座，2：印刷电路板，3：芯片，4：保护胶，5：反光碗，6：发光管阴极引脚，7：发光管阳极引脚，8：金线。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明一种多合一LED显示屏模块表贴，该模块的载体为四棱台形状的中空透明的陶瓷预制件基座1，预制件底座为2-4层的印刷电路板2，印刷电路板2的上表面层设有二维阵点，每个阵点设有焊盘，阵点内贴装或焊接有LED芯片3，各个阵点为等间距排布，间距范围在2.54～7.62mm之间。设置在印刷电路板2上的反光碗5的中空部分注有保护胶4，该保护胶为硅胶或者带扩散剂的环氧树脂胶或者UV胶。在固化的过程中，利用特定的加工模具对胶面进行二次成型形成出光面。

另外，所述印刷电路板上设有焊盘引脚，焊盘引脚对等排列分布，其中，发光管阴极引脚6处于印刷电路板2下方，其一个焊盘将所有芯片的负极连接起来，焊盘位于该表贴的几何形状中心，联接方式通过金线8把芯片负极与中心焊盘联接，同理，通过金线8把芯片正极与发光管阳极引脚7连接起来；此外，发光管阴极引脚6、发光管阳极引脚7可以根据需要弯折成一定的形状，用于外部电源连接、导热和散热。该多层印刷电路板上加工若干直径很细的通孔，孔径大约在Φ0.1～0.3mm之间，一部分通孔内部经沉积和电镀导电材料，例如金属铜，使通孔成为印刷电路板层间的导电通道；另一部分通孔内部填入导热材料，以传导LED芯片的热量，提高了散热效果。表贴模块底面层采用SMT工艺安装在控制驱动的集成电路控制板上，以对每个发光点实施控制；安装外接通讯接口部件，保证模块与显示屏之间的信息交换。

下面详细介绍一下预制件的制造工艺：

LED裸芯片在印刷电路板全部贴装完成，用金属丝球焊机在超声、热压的作用下将LED芯片与线路进行电气连接，测试合格后，再封上树脂胶。LED芯片外表面封胶的一种方式是：预先进行晶片检验，材料表面是否有机械损伤及麻点麻坑，芯片尺寸及电极大小是否符合工艺要求，电极图案是否完整；由于LED芯片在划片后依然排列紧密间距很小，约0.1mm，不利于后工序的操作，我们采用扩片机对黏结芯片的膜进行扩张，是LED芯片的间距拉伸到约0.6mm。在LED支架的相应位置点上银胶或绝缘胶，工艺难点在于点胶量的控制，在胶体高度、点胶位置均有详细的工艺要求，故采用自动点胶机进行控制点胶。备胶和点胶相反，备胶是用备胶机先把银胶涂在LED背面电极上，然后把背部带银胶的LED安装在LED支架上；将扩张后LED芯片安置在刺片台的夹具上，LED支架放在夹具底下，自动装架其实是结合了点胶和安装芯片两大步骤，先在LED支架上点上绝缘胶，然后用真空吸嘴将LED芯片吸起移动位置，再安置在相应的支架位置上，自动装架在工艺上主要要熟悉设备操作编程，同时对设备的沾胶及安装精度进行调整。在吸嘴的选用上尽量选用胶木吸嘴，防止对LED芯片表面的损伤，特别是兰、绿色芯片必须用胶木的，因为钢嘴会划伤芯片表面的电流扩散层；烧结的目的是使银胶固化，烧结要求对温度进行监控，防止批次性不良。银胶烧结的温度一般控制在150℃，烧结时间2小时，根据实际情况可以调整到170℃，1小时，绝缘胶一般150℃，1小时，银胶烧结烘箱的必须按工艺要求隔2小时打开更换烧结的产品，中间不得随意打开。固晶的目的将电极引到LED芯片上，完成产品内外引线的连接工作，LED的固晶工艺有金丝球焊，先在LED芯片电极上压上第一点，再将金丝拉到相应的支架上方，压上第二点后扯断金丝，金丝球焊过程则在压第一点前先烧个球，其余过程类似，固晶是LED封装技术中的关键环节，工艺上主要需要监控的是固晶金丝拱丝形状，焊点形状，拉力；灌胶封装基本上工艺控制的难点是气泡、多缺料、黑点，设计上主要是对材料的选型，选用结合良好的保护胶和陶瓷预制件基座，外形呈四棱台形状，将压焊好的LED陶瓷预制件基座放入模具中，将上下两副模具用液压机合模并抽真空，将固态保护胶放入注胶道的入口加热用液压顶杆压入模具胶道中，保护胶顺着胶道进入各个LED成型槽中并固化，保护胶为硅胶或者带扩散剂的环氧树脂胶或者UV胶；然后进行封装保护胶的固化，一般环氧固化条件在135℃，1小时；再进行后固化是为了让保护胶充分固化，同时对LED进行热老化，后固化对于提高保护胶与支架的粘接强度非常重要，一般条件为120℃，4小时；由于LED在生产中是连在一起的，其次需要切脚机来完成分离工作；最终测试LED的光电参数、检验外形尺寸，同时根据客户要求对LED产品进行分选，将成品进行计数包装，超高亮LED需要防静电包装。

由图3中所示，四个LED芯片构成一个像素，每个像素包括红、绿、蓝三种颜色的LED芯片，其中两个LED芯片为同色，本实施例中同色的两个为红色发光二极管，绿色发光二极管和蓝色发光二极管各为一个，两个红色发光二极管由两路信号分别控制。所述每个像素的发光二极管中任意一个发光二极管均为相邻像素中其中一个发光二极管，即任意相邻的四个发光二极管均为一个像素。由两路信号分别控制的，分开控制才能将R1、R1’分别组合到不同的动态像素来表示红色发光二极管，B表示蓝色发光二极管，G表示绿色发光二极管。当然本发明并不仅限于实施例，其可有多种变型，每个像素的构成是二个绿色发光二极管、一个红色发光二极管、一个蓝色发光二极管，或每个像素的构成是二个蓝色发光二极管、一个红色发光二极管、一个绿色发光二极管，四芯片为等间距排布。本技术方案可以替代目前LED行业内使用的四像素型动态像素控制的单芯发光二极管显示屏，节约大量生产加工成本。

以上通过具体实施例对本发明技术方案作了进一步说明，给出的例子仅是应用范例，不能理解为对本发明权利要求保护范围的一种限制。

Claims (9)

1.多合一LED显示屏模块表贴，包括有作为载体的基座及其固定在其上的预制件，所述的预制件包括作为其底座的多层印刷电路板，以及固定在印刷电路板上的LED芯片和反光碗，其特征在于：所述的印刷电路板的上表面层设有二维阵点，每个阵点内贴装或焊接有LED芯片，并在反光碗中空部分注有保护胶。

2.根据权利要求1所述的多合一LED显示屏模块表贴，其特征在于：所述的每个阵点都设有焊盘，LED芯片被焊接在焊盘上，所述的印刷电路板上设有对等排列分布的焊盘引脚。

3.根据权利要求1所述的多合一LED显示屏模块表贴，其特征在于：所述的各个阵点为等间距排布，间距范围在2.54～7.62mm之间。

4.根据权利要求1所述的多合一LED显示屏模块表贴，其特征在于：所述的预制件基座为四棱台形状的中空透明的陶瓷件。

5.根据权利要求1所述的多合一LED显示屏模块表贴，其特征在于：所述的印刷电路板上设有若干个通孔，在通孔内填有导电材料或者导热材料。

6.根据权利要求5所述的多合一LED显示屏模块表贴，其特征在于：所述的通孔的孔径为Φ0.1～0.3mm。

7.根据权利要求1所述的多合一LED显示屏模块表贴，其特征在于：所述的保护胶为硅胶或者带扩散剂的环氧树脂胶或者UV胶。

8.由权利要求1所述的多合一LED显示屏模块表贴组合成的显示屏模块，其特征在于：每个LED显示屏模块表贴包括有四个LED芯片，构成一个像素，每个像素包括红、绿、蓝三种颜色的LED芯片，其中两个LED芯片为同色，由两路信号分别控制，所述每个像素的LED芯片中任意一个LED芯片均又可作为相邻像素中其中一个LED芯片。

9.根据权利要求8所述的显示屏模块，其特征在于：同色的LED芯片为红、绿、蓝三种颜色中的任意一种。

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