CN101608743A - 光源模块、其对应的光棒及其对应的液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光源模块、其对应的光棒及其对应的液晶显示装置。该光源模块，包含第一电路板、多个设置于第一电路板上的发光二极管管芯与包覆发光二极管管芯的封胶。各发光二极管管芯包含有发光结构与至少一设置于发光结构上的图案化反射层。由于发光二极管管芯的图案化反射层可以适度地增加发光二极管管芯侧面的光线强度，而通过封胶与封胶内的散射粒子使发光二极管管芯侧边所发出的光线可朝向光源模块的出光面穿透而出，因此可提升光源模块的光线均匀度。

Description

光源模块、其对应的光棒及其对应的液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种光源模块，尤指一种以发光二极管(light-emitting diode，LED)作为光源的光源模块。

背景技术

光源模块可应用于各种显示装置或照明装置之中，以显示器的背光模块为例，传统的背光模块利用冷阴极管作为光源。请参考图1，图1为一已知背光模块20的剖面示意图。背光模块20位于显示面板10的下方，该背光模块包含有壳体12、多支灯管14、漫射片16以及反射片18。灯管14平行排列于由壳体12所定义的容室22内。反射片18用于将灯管14产生的光线向上反射，以增加光的使用率。漫射片16则将反射光进一步散射成均匀分散的光线。另外，在背光模块20与显示面板10之间可以另设有其他漫射片24，进一步增加光线均匀度。

但由于冷阴极管有演色性不佳、需高驱动电压、含汞、发光频谱含紫外光波段、启动速度慢、灯管易破裂、及色度控制不容易等诸多缺点，因此近几年来，LED封装元件已被应用于背光模块上作为光源使用。LED封装元件基本上包含封装杯座与LED管芯安装于封装杯座上，封装杯座另具有两个对内连接端与两个对外连接端，对内连接端用以与LED管芯电连接，而对外连接端用以与外部控制装置电连接。因为LED封装元件具有体积小、耗电量低、高亮度、高度色彩表现、反应速度快(可高频操作)、环保(耐震、耐冲击不易破、可回收)和易开发成轻薄短小的产品等优点，在小尺寸的液晶显示装置中广受欢迎。

然而，由于LED封装元件的发光型态接近点光源，因此使显示画面接近LED封装元件的部分具有特别强的亮度，容易造成显示画面的亮度明显不均。为了改善上述亮度均匀性不佳的问题，通常需增加背光模块的厚度以提供光线混合的空间，或是于显示器中装设更多光学膜片，以利于LED光线的互补及混合。但如此一来，除了显示器的体积势必增加以外，显示器整体的制作成本亦随之增加。

随着LED作为光源的趋势逐渐成型，LED应用于各种尺寸的背光模块与LED光棒(LED Light Bar)的相关技术也日趋重要。有鉴于此，提供一具有良好光学效益与轻薄构造的LED光源模块乃为一重要的课题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种可应用于液晶显示装置及光棒的光源模块，所述的光源模块具有良好光学效益、轻薄构造与均匀的亮度，以解决已知的问题。

为达上述目的，本发明提供一种光源模块，包含第一电路板、多个LED管芯与包覆LED管芯的封胶。LED管芯设置于第一电路板的上表面且电连接第一电路板。各发光二极管管芯包含发光结构与至少设置于发光结构上方的图案化反射层，且图案化反射层具有至少一开口与至少一反射区域。封胶的上表面形成光源模块的主要出光面。封胶另具有多个散射粒子，以散射发光二极管管芯所发出的光线。

为让本发明之上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施方式，并配合附图，作详细说明如下。然而如下的优选实施方式与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为已知背光模块的剖面示意图。

图2为本发明的第一实施例LED管芯的侧视示意图。

图3与图4为本发明的图案化反射层的俯视示意图。

图5与图6分别是本发明的第二与第三实施例LED管芯的侧视示意图。

图7为本发明的第四实施例液晶显示装置的侧视示意图。

图8为图7所示的背光模块的俯视示意图。

图9为本发明的第五实施例背光模块的侧视示意图。

图10与图11为本发明所使用的各种LED管芯的电连接示意图。

图12为本发明的第六实施例光棒的外观示意图。

【主要元件符号说明】

10：显示面板

12：壳体

14：灯管

16：漫射片

18：反射片

20、120、220：背光模块

22：容室

24：漫射片

100：液晶显示装置

101：光学膜片

102：外框

110：液晶显示面板

112：显示区域

122、222：出光面

124、224、324、410、412：第一电路板

124a、224b、410b、412b：第二连接端

126、326：第二电路板

126a、224a、410a、412a：第一连接端

128、228、250、260：LED管芯

300、310、330：LED管芯

330a：侧面

130：封胶

132、232、252、262：第一电极

134、234、254、264：第二电极

136、236、266：上表面

138、268：下表面

142、242：主要发光侧面

146：散射粒子

229、269：连接导线

272、278：反射区域

274：圆形开口

280：格纹状开口

314、338：第一电极

316：第二电极

318：反射层

320：透明基板

321、337：发光叠层

322：非透明基板

332、270、276、340：图案化反射层

333：开口

334、336：发光结构

420：光棒

422：主要出光面

具体实施方式

请参考图2，其绘示的是本发明第一实施例的LED管芯330的侧视示意图。如图2所示，LED管芯330可包含发光结构334、反射层318、第一电极314、第二电极316与图案化反射层332。发光结构334可以包含基板与发光叠层(图未示)，而发光叠层至少包含一有源层。第一电极314与第二电极316则可以包含金属或合金等导电材料。当施加电压于LED管芯330时，发光结构334可朝向其四周发出光线。反射层318位于发光结构334与第二电极316之间，使原本朝向第二电极316照射的光线可以通过反射层318而朝向LED管芯330的上方或侧面330a照射，进而加强LED管芯330的亮度。另一方面，发光结构334所产生的侧向光线无须经过反射层318或图案化反射层332即可朝向LED管芯330的侧面330a照射。

其中图案化反射层332本身包含可反射光线的材料，同时具有多个可透光的开口333，使发光结构334所产生的部分光线可穿过图案化反射层332的开口333向上照射，而部分的光线可由图案化反射层332反射，而朝向LED管芯330的侧面330a前进。于本发明的一优选实施例中，图案化反射层332优选是容许5％至10％的LED光线从其开口333向外照射，而使LED95％至90％的光线从LED管芯330的侧面330a发出，使侧面330a成为LED管芯330的主要发光面。于本实施例中，第一电极314与图案化反射层332位于同一水平面上，其中第一电极314与图案化反射层332可以由同一材料层或不同材料层所形成。当第一电极314包含不透光材料时，第一电极314也可视为图案化反射层332的一部份。

由于已知LED封装元件正上方的亮度明显较LED封装元件侧向的亮度更强，容易造成显示画面亮度不均的问题。有鉴于此，本发明利用图案化反射层332把一部份原本朝向正上方的光线反射至LED管芯330的侧向，使LED管芯330周围各视角所接收到的光线强度相近，而不会使LED封装元件正上方的亮度明显较侧向的亮度更强，进而使本发明LED管芯330具有良好的亮度均匀性。如此一来，当LED管芯330应用于光源模块中时，可有效改善LED光源模块亮度不均的问题，不需要增加模块空间来提升均匀度。

于本发明中，图案化反射层332的材料、图案与位置皆不受图2的LED管芯330所局限，而可视产品需求进行调整。举例来说，图案化反射层332可以包含有铟(In)、锡(Sn)、铝(Al)、金(Au)、铂(Pt)、锌(Zn)、银(Ag)、钛(Ti)、锡(Pb)、锗(Ge)、铜(Cu)、镍(Ni)、铍化金(AuBe)、锗化金(AuGe)、锌化金(AuZn)、锡化铅(PbSn)、上述材料的组合或布拉格反射层(Bragg reflector)。以俯视观之，图案化反射层图案优选是具有均匀分布的开口，如图3与图4所示。图3所示的图案化反射层270包含至少一反射区域272与多个可透光的圆形开口274；图4所示的图案化反射层276则包含多个反射区域278与至少一可透光的格纹状开口280。以俯视观之，可透光区域所占的面积优选约为图案化反射层270整体截面积的5％至20％，更佳地约为5％至10％。换言之，反射区域272与所有圆形开口274所占据的面积比约介于19至4之间，而所有反射区域278与格纹状开口280所占据的面积比也可介于19至4之间，使LED管芯的侧面可以成为主要发光侧面。

于其他实施例中，图案化反射层可制作于第一电极与发光结构之间。请参考图5与图6，其绘示的分别是本发明的第二与第三实施例LED管芯300、310的侧视示意图。LED管芯300可包含发光结构336、反射层318、第一电极338、第二电极316与图案化反射层340。LED管芯300的发光结构336具有透明基板320与发光叠层321，且发光叠层321至少包含一有源层。反射层318位于第二电极316与透明基板320之间，LED管芯300的光线可从发光叠层321向外照射，部分光线穿过透明基板320后再反射而出，因此发光结构336的侧边都可以发光。此外，图案化反射层340位于第一电极338与发光结构336之间，可容许部分光线穿透图案化反射层340向上照射，且可以反射发光结构336所发出的一部分光线，以均匀LED管芯300上表面与侧面的发光强度。

如图6所示，LED管芯310可包含一个发光叠层337、非透明基板322、反射层318、第一电极338、第二电极316与图案化反射层340，发光叠层337至少包含一有源层。LED管芯310的反射层318设置于非透明基板322与发光叠层337之间，因此LED管芯310所呈现的发光区域与LED管芯300不同。当LED管芯310的发光叠层337发出的光线向外照射，向下发出的光线不会穿透非透明基板322而直接由反射层318反射而出，因此LED管芯310的光线较容易集中于发光叠层337的侧边向外照射。

于第二与第三实施例中，当第一电极338为透明导电层时，第一电极338与第二电极316可完整而全面地设置于LED管芯300、310的上表面或下表面。或者，第一电极338也可以具有与图案化反射层340相同的图案，使部分光线可以穿过图案化反射层340与第一电极338的开口向外照射。由于第一电极338与第二电极316可分布于整个上表面与下表面，因此可以让管芯电流分布更加均匀、易于进行固晶打线，且容易控制LED管芯300、310的出光角度。

由本发明的LED管芯所形成的光源模块可应用于各种显示装置、照明装置与发光装置中，例如光棒与液晶显示器的背光模块。请参考图7至图8。图7为本发明的第四实施例液晶显示装置100的侧视示意图，而图8为图7所示的背光模块120的俯视示意图。如图7所示，液晶显示装置100包含外框102、液晶显示面板110及背光模块120，其中背光模块120为直下式背光模块，设置于液晶显示面板110的下方，且背光模块120的出光面122对应于液晶显示面板110的显示区域112而设置，用以提供液晶显示面板110显示画面时所需的光线。

如图7与图8所示，本实施例的背光模块120可以包含有第一电路板124、透明的第二电路板126、多个LED管芯128与包覆LED管芯128的封胶130。各LED管芯128可具有第一电极132与第二电极134，分别设置于各LED管芯128的上表面136与下表面138。第二电路板126与第一电路板124分别设置于LED管芯128的上、下两端，以控制LED管芯128的光源开启与关闭。其中，各LED管芯128的第一电极132与第二电极134分别邻接且电连接至第二电路板126的第一连接端126a与第一电路板124的第二连接端124a，例如可通过导电胶进行固晶与电连接，或是直接接触而电连接。

LED管芯128设置于第一电路板124的上表面，且各LED管芯128包含至少一主要发光侧面142。于本实施例中，各LED管芯128可为前述具有图案化反射层的LED，或为侧发光型LED(side-emitting type LED，亦称为侧面发光LED或边射型LED)。各LED管芯128的主要发光侧面142垂直于背光模块120的出光面122，且各LED管芯128的上表面136正对出光面122而设置，发出强度较弱的光线或甚至不发光。

封胶130本身可包含任何可透光、可固化且抗水气的非导电材料，例如环氧树脂。此外，封胶130内另可具有多个散射粒子146。当光线照射至散射粒子146时，散射粒子146可以改变光线的行进方向，以使LED管芯128所发出的光线可以均匀地朝向背光模块120的出光面122(即为封胶130的上表面)穿透而出。

一般的侧光式LED背光模块把LED封装元件置于背光模块的侧边，而利用导光板把光线引导至背光模块的出光面。对于一般侧光式LED背光模块而言，位于侧边的光源导致背光模块的两端明显比中间更亮，所以只能取背光模块之中央部分对应于液晶显示面板，然而如此一来，侧光式LED背光模块实际可供光的区域仅为整个背光模块的70％至80％，使得显示器的体积不能有效缩减。由于本发明为管芯等级的模块式封装，即直接把LED管芯128设置于第一电路板124与第二电路板126上，而不是把LED封装结构或LED封装元件设置于电路板上，因此可以节省封装杯座等元件的空间，大幅缩减背光模块120的厚度。举例来说，本实施例背光模块120的厚度约莫等于第一电路板124、第二电路板126与LED管芯128的厚度总和。由于背光模块120的厚度缩小，背光模块120本身可以更像是面光源，减少光线损耗于背光模块120侧面的机会。再者，由于本发明的背光模块120可以节省封装杯座等元件，因此可避免光线被封装杯座等元件阻挡或吸收，以提供更好的光学效果。

另一方面，由于本发明的发光装置(即LED管芯128)所发出的侧向亮度明显大于其上表面所发出的亮度，再通过封胶130的散射粒子146使侧向的光线也可以均匀地朝向出光面122穿透而出，因此可以使得LED光源周围的亮度与正上方的亮度较为平均，有效改善LED背光模块亮度不均的问题，并且予以液晶显示面板110足够的光线。

需注意于本发明中，第一电路板124与第二电路板126可以包含各种电路板结构，尤其优选为柔性电路板，例如可挠性电路板。如此一来，本发明可提供一具可挠性的背光模块，以配合形成更多不同类型的显示装置。此外，第一电路板124还可以直接用以承载所需的LED管芯128。第一电路板124表面可具有高反射性的材料，例如淡色材料或金属材料，用来反射光线。或者，第一电路板124也可以为透明电路板，而于第一电路板124下方另装设反射片(图未示)，以增加背光模块120的光学效益。再者，液晶显示装置100亦可根据实际产品需求而选择性地包含各种光学膜片101，例如于液晶显示面板110与背光模块120之间提供棱镜片、漫射片等结构，或是于外框102内提供反射层，以进一步提升液晶显示装置100的显示效果。

另外，配合不同类型的LED管芯，本发明亦可采用其他形式的背光模块结构。请参考图9。图9为本发明的第五实施例背光模块220的侧视示意图。如图9所示，本实施例的LED管芯228的第一电极232与第二电极234可位于LED管芯228的上表面236。把LED管芯228固定于第一电路板224的上表面以后，各LED管芯228的第一电极232与第二电极234可以各通过连接导线229而电连接至第一电路板224的第一连接端224a与第二连接端224b。其后，具有多个散射粒子146的封胶130可包覆各LED管芯228，形成背光模块220的出光面222。

于本实施例中，各LED管芯228同样地主要通过管芯主要发光侧面242(垂直于背光模块220的出光面222)发光，而LED管芯228的上表面236(面向背光模块220的出光面222)可发出强度较弱的光线或是不发光，例如可以具有前述图案化反射层。然而需注意的是，本发明所应用的发光装置不需局限于前述背光模块，请参考图10与图11。图10与图11为本发明所使用的各种LED管芯的电连接示意图。如图10所示，当LED管芯250的第一电极252与第二电极254位于LED管芯250的同一侧时，第一电极252可邻接且电连接至第一电路板410的第一连接端410a，而第二电极254可邻接且电连接至第一电路板410的第二连接端410b。第一电极252与第一连接端410a之间，或是第二电极254与第二连接端410b之间，可以利用凸块、导电胶等方式接合，亦可以直接接触而电连接。于此实施例中，LED管芯250内部可采用透明基板，而LED管芯250内部的图案化反射层可设置于前述透明基板下较靠近第一电极252与第二电极254的一侧，也可以设置于前述透明基板上较远离第一电极252与第二电极254的一侧，使得LED管芯250的部分光线也可以穿过透明基板而朝向LED管芯250的上方照射，而大部分光线朝向LED管芯250的侧向照射。

如图11所示，当LED管芯260的第一电极262与第二电极264分别设置于LED管芯260的上表面266与下表面268时，第一电极262亦可利用一连接导线269而电连接至第一电路板412的第一连接端412a，而第二电极264直接对应至第一电路板412的第二连接端412b。

本发明所述的光源模块亦可应用为光棒结构。请参考图12。图12为本发明的第六实施例光棒420的外观示意图。作为光棒420的光源模块与前述背光模块120具有相似结构。光棒420可以包含有条状电路板324、透明的第二电路板326、多个LED管芯128与包覆LED管芯128的封胶130。各LED管芯128的第一电极与第二电极分别邻接且电连接至第二电路板326的第一连接端与条状电路板324的第二连接端(图未示)。其中，各LED管芯128的主要发光侧面142垂直于光棒420的主要出光面422，且各LED管芯128的上表面具有图案化反射层(图未示)，正对主要出光面422而设置。图案化反射层的开口区域可容许光线穿透，且其反射区域可反射光线，增加LED管芯128的侧向光线，使得LED管芯128的上方与侧向皆可发出均匀亮度。

封胶130内另可具有多个散射粒子146，使得封胶可同时保护LED管芯128并且进一步均匀LED管芯128的亮度。如此一来，LED管芯128所发出的光线可以均匀地朝向光棒420的主要出光面422(即封胶130的上表面)与光棒420的侧面(即封胶130的侧面)穿透而出。使得本发明的光源模块不但可以具有轻薄结构，同时也具有均匀的亮度。需注意的是，本发明作为光棒的光源模块亦可具有其他封装形式、其他LED管芯配置方式与其他电连接方式，不需受光棒420的结构所局限。

综上所述，本发明LED管芯主要通过管芯侧面发光，而LED管芯的上表面可发出强度较弱的光线或是不发光，再透过封胶与封胶内的散射粒子改变光线的行进方向，使LED管芯的侧边光线可朝向光源模块的主要出光面穿透而出，因此可提升光源模块的光线均匀度。此外，本发明可提供管芯等级的模块式封装，大幅缩减光源模块的体积。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (21)

1.一种光源模块，包含：

第一电路板；

多个发光元件管芯，设置于该第一电路板的上表面且与该第一电路板电连接，各该发光元件管芯包含：

发光结构；以及

至少一图案化反射层，设置于该发光结构上方，该图案化反射层具有至少一开口与至少一反射区域，该开口所占的面积为该图案化反射层整体截面积的20％以下；以及

封胶，包覆这些发光元件管芯，该封胶的上表面形成该光源模块的主要出光面。

2.如权利要求1所述的光源模块，其中各该图案化反射层大致平行于该光源模块的该主要出光面而设置。

3.如权利要求1所述的光源模块，其中各该图案化反射层包含第一电极。

4.如权利要求1所述的光源模块，其中各该发光元件管芯另包含反射层，设置于各该发光元件管芯的该发光结构下方。

5.如权利要求1所述的光源模块，另包含第二电路板，设置于这些发光元件管芯上，且该第二电路板为透明电路板。

6.如权利要求1所述的光源模块，其中各该发光元件管芯包含第一电极与第二电极，分别设置于各该发光元件管芯的上表面与下表面。

7.如权利要求6所述的光源模块，其中各该发光元件管芯的该图案化反射层设置于该第一电极与该发光结构之间。

8.如权利要求7所述的光源模块，其中各该第一电极为透明电极。

9.如权利要求7所述的光源模块，其中各该发光元件管芯的该第一电极为图案化电极，且该图案化电极与该图案化反射层具有相同图案。

10.如权利要求1所述的光源模块，其中各该发光元件管芯具有第一电极与第二电极，皆设置于各该发光元件管芯的上表面。

11.如权利要求10所述的光源模块，其中各该发光元件管芯的该第一电极与该第二电极各通过连接导线而电连接至该第一电路板。

12.如权利要求10所述的光源模块，其中各该发光元件管芯的该第一电极邻接且电连接至该第一电路板的第一连接端，而各该发光元件管芯的该第二电极邻接且电连接至该第一电路板的第二连接端。

13.如权利要求1所述的光源模块，其中该开口包含圆形开口或格纹状开口。

14.如权利要求1所述的光源模块，其中该光源模块为光棒。

15.如权利要求1所述的光源模块，其中该封胶另具有多个散射粒子，以散射这些发光元件管芯的光线。

16.一种发光元件管芯，包含：

发光结构，包含基板与发光叠层，该发光叠层位于该基板上方；以及

至少一图案化反射层，设置于该发光结构上方，该图案化反射层具有至少一开口与至少一反射区域，该开口所占的面积为该图案化反射层整体截面积的20％以下。

17.如权利要求16所述的发光元件管芯，还包含第一电极，其中各该图案化反射层设置于该第一电极与该发光结构之间，且该第一电极为透明电极。

18.如权利要求16所述的发光元件管芯，还包含第一电极，其中该第一电极为图案化电极，且该图案化电极与该图案化反射层具有相同图案。

19.如权利要求16所述的发光元件管芯，另包含反射层，设置于该发光叠层与该基板之间。

20.如权利要求16所述的发光元件管芯，其中该开口包含圆形开口或格纹状开口。

21.如权利要求16所述的发光元件管芯，其中该图案化反射层包含第一电极。

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