CN101548226A - 背光装置及其制作过程 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了背光装置及其制作过程。提供了一种背光模块。背光模块包括一个以散热材料作为一个芯层的双侧电路板；多个光源元件，被安装在电路板的第一表面上；以及多个电子元件，被安装在电路板的第二表面上。导热芯层散发由光源元件产生的热。电路板至少有一个窗口在第二表面的表面层上，以露出导热芯层用于散热。由此，与单侧电路板设计相比，在电路板的照明侧上的元件高度得以统一，并且反射器可以被制成一个光滑平面板以提供更均匀的背光照明。另外，这种配置能够降低制作反射器时的复杂性，从而降低成本。

Description

背光装置及其制作过程
技术领域
本发明通常涉及背光模块，特别涉及使用发光二极管(LED)作为光源并提供背光给液晶显示器(LCD)设备的背光模块。
发明背景
LED背光模块的典型设计，已经长期采用一种单侧设计，即所有LED元件和其它电子元件，包括LED驱动器和无源元件(passive component)，都被安装在电路板的同一侧面上。为了处理由LED元件散热引起的问题，在传统技术里使用一种金属芯印刷电路板(MCPCB)作为电路板。在MCPCB底部的铝层可以充当类似热沉的用途，散发由电子元件特别是LED元件产生的热。
但是，这种单侧设计会有由那些高于LED元件的电子元件引起的问题。一个用来正常扩散发射光的光学反射器通常与LED元件保持一个最优距离以提供令人满意的光扩散效应。最优距离通常小于那些电子元件的最大高度，所以反射器不得不被塑造成不规则的形状，而不是一个平滑的平面结构。结果，由于反射器的不规则形状，而不能提供均匀的背光。另外，不规则形状的反射器会产生额外的制造成本。
所以，就有需要采用光滑平面反射器的改进的背光装置和制造方法。
发明概述
依照本发明的一个方面，提供了一种背光模块。该背光模块包括：以导热材料作为一个芯层的双侧电路板；多个光源元件，被安装在所述电路板的第一表面上；多个电子元件，被安装在所述电路搬的第二表面上。导热芯层散发由所述光源元件产生的热。电路板在第二表面上的表面层上有至少一个窗口，以露出所述导热芯层进行散热。
背光模块还可以包括一个导热平面结构以覆盖所述电路板的第二表面。此平面结构在内侧有一个突出部分，其通过所述窗口与所述电路板的所述导热芯层接触。
背光模块还可以有一个薄的热接合材料中间层，位于电路板的导热芯层和平面结构的突出部分之间。
平面结构可以有至少一个窗口以露出所述电路板上的所述电路元件以便散发由所述电路元件产生的热。
平面结构可以是一个光盒的一部分，此光盒容纳所述背光组件。
依照本发明的另一个方面，提供一种背光系统，其通过横向排列多个上述背光模块进行组装。背光模块通过电连接器进行互连。
构成所述导热芯层的材料可已是铝、铝合金、陶瓷或铜。散热平面结构可以是由诸如铝、铝合金、钢铁或铜的材料制成。热接合材料可以是热油脂、导热间隙填充剂、相变热接口材料或导热粘胶剂/胶带。
光源元件可能是发光二极管。
背光模块可以还包括一个光盖板(cover plate)，其被安置在所述光源元件的上方用来扩散从其中发出的光。
依照本发明的另一个方面，提供一个用来制造背光模块的过程。此过程的步骤包括：
提供光源元件和电子元件；
在双侧电路板上制作导电通路，该电路板以导热材料作为一个芯层，；
在所述电路板的第二表面上的表面层上制作至少一个窗口，以露出所述导热芯层以便进行散热；
在所述电路板的第一表面上组装光源元件；和
在所述电路板的第二表面上组装其它电子元件。
制作背光模块的过程还可以包括：贴附一个散热平面结构以覆盖所述电路板的第二表面，其中所述平面结构在内侧有一个突出部分，其通过所述窗口与所述电路板的所述导热芯层接触。
制作背光模块的过程还可以包括：将一种薄的热接合材料介于所述电路板的所述导热芯层和所述平面结构的所述凸出部分之间。
平面结构可已有至少一个窗口以露出在所述电路板上的所述电路元件，用来散发由所述电路元件产生的热。
平面结构可已构成一个光盒的一部分，此光盒容纳所述背光模块。
依照本发明的另一个方面，提供一种制作背光系统的过程。过程包括步骤：横向排列多个以上述过程制造的背光模块，其中所述背光模块通过电连接器被互相连接。
构成所述导热芯层的材料可以是铝、铝合金、陶瓷合铜。散热平面结构可以是由诸如铝、铝合金、钢铁和铜的材料制成。热接合材料可能是热油脂、导热间隙填充剂、相变热接口材料和导热粘胶剂/胶带。
光源元件可以是发光二极管。
制作背光模块的过程还可以包括步骤：放置一个光盖板在所述光源元件上方用来扩散由此发出的光。
附图说明
以下通过范例并结合附图描述一个或多个实施例，其中：
图1是本发明一个实施例的一个背光模块的截面图；
图2是图1背光模块的LED侧面的平面图；
图3是图1背光模块的电子元件侧面的平面图；
图4是本发明另一个实施例的一个背光模块的截面图；
图5是本发明另一个实施例的一个由背光模块组装而成的背光系统的透视图；
图6是在图5背光模块之间的连接部分的截面图；和
图7是本发明一个实施例的一种背光模块制作过程的流程图。
优选实施例详述
以下描述一种背光装置及其制作过程。在以下的描述里，阐述了许多详细细节如制作材料、电路元件等。但是，从本披露，本领域技术人员将会认识到，可以对其作出修改和/或替换，而不会脱离本发明的范围和精神。在其它情况下，为了清晰地描述本发明，某些具体细节可能被忽略。
在任何一个或多个附图里，为便于描述，具有同一参照码的步骤和/或特征，具有相同的功能/操作，除非另外加以说明。
本发明的实施例能够提高传统LED背光模块的性能。具体包括模块采用双侧电路板设计，仅有LED元件被安装在电路板的照明侧上，而其它电子元件，包括驱动器IC和无源元件被安装到另一侧。由此，与单侧电路板设计相比，在电路板的照明侧上的元件高度得以统一，反射器可以被制成一个平滑的平面板以提供更均匀的背光照明。另外，这种配置能够降低制造反射器的复杂性，从而降低成本。
在传统的单侧电路板设计里，底面是一个金属层，其散发由LED元件产生的热。在本发明的实施例里，如果除LED之外的电子元件被分配到电路板的底侧上，电绝缘层和导电层被制作在底侧上以提供一个印刷电路给电子元件。这种配置阻塞散热路径，并可能导致背光模块里的过热问题。过热问题包括元件损坏、电路失灵、元件的性能下降以及寿命缩短。特别地，LED元件以较低亮度运行，并在射出光上有一个波长漂移(wavelengthshift)。
与单侧电路板设计相比，本发明的实施例提供配置以缓解过热效应，并改善散热性能。在本发明的一个实施例里，建立一个窗口在表面层的区域上，其不会被电子元件或铜线占据。此窗口将铝芯层暴露给周围环境，提供一个热路径给芯层以散发从LED元件吸收的热。
图1显示本发明一个实施例的一个背光模块100的截面图。背光模块100制作在一个双侧MCPCB 110上，此双侧MCPCB 110包括一个顶部导电层111、一个顶部电绝缘层112、一个由导热材料如铝制成的芯导热层113、一个底部绝缘层114和一个底部导电层115。LED元件，其可能是不同颜色，如红色LED 101、绿色LED 102和蓝色LED 103，被安装到顶部导电层111上。其它电子元件，如LED驱动IC 116和无源元件117，被安装到底部导电层115上。导电层111、115被图案化而形成连接电子元件116、117的导电通路，从而形成一个驱动电路来驱动LED元件101、102、103。
通风窗口118被建立在底部层114、115上，以将芯层113暴露给周围环境。芯层113吸收由LED元件101、102、103产生的热，并通过通风窗口118散发这些热量到周围环境。
图2显示背光模块100的底部的平面图，而图3显示顶部的平面图。连接器插座(Connector socket)201、301被安置在模块100的周边，以提供到其它背光模块或主电路的电连接，这未在图中显示。
依照本发明的另一个实施例，还可以安排一个散热结构以促进散热，其可能是用来罩住背光模块光盒的后盖。后盖可以是一个具有突出部分的平面结构，突出部分对应背光模块电路板上的通风窗口。当电路板安装到光盒内时，突出部分接触到铝芯层。所以，铝芯层与光盒后盖一起，提供一个更有效的散热通道，因为光盒后盖的表面积大于铝芯层上的通风窗口。
图4显示本发明另一个实施例的一个背光模块400的截面图。其配置与图1的实施例相比，稍有修改，其中光盒的后盖401在电路板110的下面，所述后盖有突出部分402，突出部分402通过底层通风窗口118接触到电路板导热芯层113。后盖401的结构可以是由诸如铝、铝合金、钢铁或铜制成。
在本发明的另一个实施例里，散热结构可以是光盒的后盖401，包括在电子元件位置上方的窗口403，作为元件的通风开口，通过对流进行散热。
一个较大的背光系统可以由上述背光模块构成。模块横向排列并被固定到光盒后盖。背光模块可以通过扁平电缆连接器(flat cable connector)进行互连。
图5显示一个由图1背光模块100组装而成的背光系统500的透视图。背光模块100被固定到光盒501的后盖401。开口502被设置在后盖401上以便安置电缆连接器。
图6显示图5背光模块100之间的连接部分600的截面图。连接器插座201被安排在背光模块电路板110a、110b的周边。开口被设置在后盖401上以容纳电路板110a、110b之间的互连601，如扁平电缆连接器。
通过增加一个热沉到光盒后盖401，还可以增强背光系统的热管理。另外，一种薄的热接合材料如热油脂，可以被添加到电路板芯层113和光盒后盖401之间的接触区域上，以降低经过两个结构的热阻。
图7描述本发明一个实施例的一种制作背光模块的方法700。在步骤710，依照制作说明提供特定波长的LED元件、LED驱动器、无源元件和电连接器。
在步骤720，制作一个MCPCB，使用铜带在顶面和底面上，以提供电连接给LED元件和其它电子元件。还设立散热窗口在底面层上以露出芯导热层。
在步骤730，LED元件被组装在电路板的顶面上以形成照明侧。例如，可以使用焊接来实现。其它电子元件，如LED驱动器、无源元件被组装在底面上。由此，形成一个LED背光模块。
在步骤740，步骤730的LED背光模块被横向组装在一个光盒的后盖上，这样后盖的热接触突出部分接触到由背光模块底侧上的通风窗口露出的铝芯层。一方面，光盒充当LED背光系统的一个机械外壳；另一方面，光箱便于系统进行散热。一种薄的热接合材料被添加到背光模块和光盒之间的接触区域上，从而降低两个结构的热阻。
在步骤750，安装到光盒的LED背光模块通过扁平电缆或其他连接方法被连接在一起。扁平电缆也将模块连接到背光系统的供电单元和控制单元。
在步骤760，一个光反射器被组装在LED背光模块的照明测的顶部，以扩散射出的光，提供更统一和均匀的背光照明。
工业应用
在此所述的实施例和配置适用于电子、照明和显示器工业领域。
前述仅描述了本发明的一些实施例，在不脱离本发明的范围和精神情况下，可以对其作出修改和/或替换，所述实施例是描述性的而非限制性的。

Claims (22)

1.一种背光模块，包括：
至少一个双侧电路板，其具有导热材料作为一个芯层，所述导热芯层用来散发由光源元件产生的热；
多个光源元件，其被安装到所述电路板的一侧；和
多个电子元件，其被安装到所述电路板的另一侧；
其中所述电路板有至少一个窗口形成在电子元件侧的表面层上，以露出所述导热芯层用于进行散热。
2.根据权利要求1所述的背光模块，还包括一个散热平面结构以覆盖所述电路板的电子元件侧，所述平面结构有一个突出部分，其通过所述窗口而接触到所述电路板的所述导热芯层。
3.根据权利要求2所述的背光模块，还包括一种薄的热接合材料，其位于所述电路板的所述导热芯层和所述平面结构的所述突出部分之间。
4.根据权利要求2所述的背光模块，其中所述平面结构有至少一个窗口以露出所述电路板上的所述电路元件，用来散发由所述电路元件产生的热。
5.根据权利要求2所述的背光模块，其中所述平面结构是一个容纳所述背光模块的光盒的一部分。
6.根据权利要求1所述的背光模块，其中构成所述导热材料的所述材料选自：铝、铝合金、陶瓷和铜。
7.根据权利要求2所述的背光模块，其中所述散热平面结构的材料选自：铝、铝合金、钢铁和铜。
8.根据权利要求3所述的背光模块，其中所述热接合材料选自：热油脂、导热间隙填充剂、相变热接合材料和导热粘胶剂/胶带。
9.根据权利要求1所述的背光模块，其中所述光源元件是发光二极管。
10.根据权利要求1所述的背光模块，还包括一个光学盖板，其被安置在所述光源元件上方用来扩散由此发出的光。
11.一种背光系统，包括多个依照权利要求1所述的横向排列的背光模块，以及多个电连接器，所述背光模块通过所述电连接器互相连接。
12.一种制作背光模块的过程，步骤包括：
制作导热通路在双侧电路板上，电路板以导热材料作为一个芯层；
制作至少一个窗口在所述电路板的一侧的表面层上，以露出所述导热芯层用于散热；
组装光源元件在所述电路板的另一侧上；和
组装其它电子元件在所述电路板的窗口侧上。
13.根据权利要求12所述的制作背光模块的过程，还包括步骤：贴附一个散热平面结构以覆盖所述电路板的电子元件侧，所述平面结构有一个突出部分，其通过所述窗口接触到所述电路板的所述导热芯层。
14.根据权利要求13所述的制作背光模块的过程，还包括步骤：将一种薄的热接合材料填充在所述电路板的所述导热芯层和所述平面结构的所述突出部分之间。
15.根据权利要求13所述的制作背光模块的过程，其中所述平面结构有至少一个窗口以露出所述电路板上的所述电路元件，用来散发由所述电路元件产生的热。
16.根据权利要求13所述的制作背光模块的过程，其中所述平面结构是一个容纳所述背光模块的光盒的一部分。
17.根据权利要求12所述的制作背光模块的过程，包括步骤：横向排列多个依照权利要求12所述过程制作的背光模块，所述背光模块通过电连接器被互相连接。
18.根据权利要求12所述的制作背光模块的过程，其中构成所述导热芯层的所述材料选自：铝、铝合金、陶瓷和铜。
19.根据权利要求13所述的制作背光模块的过程，其中所述散热平面结构的材料选自：铝、铝合金、钢铁和铜。
20.根据权利要求14所述的制作背光模块的过程，其中所述热接合材料选自：热油脂、导热间隙填充剂、相变热接合材料和导热粘胶剂/胶带。
21.根据权利要求12所述的制作背光模块的过程，其中所述光源元件是发光二极管。
22.根据权利要求12所述的制作背光模块的过程，还包括步骤；安置一个光盖板在所述光源元件上方以扩散由此发出的光。
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