CN101621095A - 发光二极管元件及应用其的背光模块、液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发光二极管元件及应用其的背光模块、液晶显示器。此发光二极管元件至少包括：一封装结构具有出光区，其中封装结构具有最大封装体高度，且出光区具有最大出光区高度，最大出光区高度小于或等于最大封装体高度的70％。

Description

发光二极管元件及应用其的背光模块、液晶显示器

技术领域

本发明是有关于一种发光二极管(LED)元件及其应用，且特别是有关于一种可适用于薄型化显示装置的发光二极管元件及应用其的背光模块、液晶显示器。

背景技术

发光二极管是利用半导体材料制成的微细固态光源元件，可将电能转换为光能。发光二极管不但体积小，更具有驱动电压低、反应速率快、耐震、寿命长等特性，且又可配合各式应用设备轻、薄、短、小的需求，因此目前已成为日常生活中相当普及的光电元件。

目前，液晶显示器的一重要发展趋势为薄型化与轻型化，为契合这样的发展趋势，因此采用发光二极管取代冷阴极灯管(CCFL)来作为液晶显示器的光源设计已成为趋势。

请参照图1，其是一种传统液晶显示器的背光模块的部分剖面图。背光模块100是一侧边入光式背光模块，其主要包括背板102、发光二极管元件104、导光板106与反射片108。其中，反射片108设置在背板102上，导光板106压设在反射片108之上，而发光二极管元件104则邻设在导光板106的侧面的入光面118旁，并使发光二极管元件104的出光面122与导光板106的入光面118相对，以利发光二极管元件104所发出的光从导光板106的入光面118进入导光板106。

发光二极管元件104一般包括封装结构124与电路板116，其中封装结构124设置在电路板116上，且封装结构124主要由封装基座110、发光二极管晶粒112与导线架(Lead Frame)120所组成。发光二极管晶粒112设置在封装基座110中，导线架120与封装基座110接合并与发光二极管晶粒112电性连接。而导线架120具有数个导脚114，其中这些导脚114经数次弯折后有一部分延伸在封装基座110的底面上。一般可透过表面粘着技术(SMT)，并利用接合垫(未绘示)来将位于封装基座110的底面的导脚114固定在电路板116上，并使这些导脚114与电路板116电性连接，进而达成发光二极管晶粒112与电路板116之间的电性连接。

随着液晶显示器的日益薄型化，背光模块100的厚度也需随之缩减，因而所采用的导光板106的厚度也不断地减少，而配合导光板106厚度的缩减导致其入光面118的变小，发光二极管元件104的封装结构124的厚度也会受到限缩，方能使发光二极管元件104的出光有效地经由导光板106的入光面118进入导光板106。然而，受到发光二极管元件104的封装结构124厚度缩减的影响，导脚114与电路板116之间的接合面积相对缩小。如此一来，不仅可能造成封装结构124与电路板116之间的粘着力不足，而致使封装结构124自电路板116脱落，进而造成发光二极管元件104的可靠度不佳，另外也可能影响发光二极管元件104运转时所产生的热的传导，而导致发光二极管元件104的散热能力不佳，进而大幅降低发光二极管元件104的可靠度与寿命。

目前，为解决上述传统发光二极管元件所面临的问题，大都采用侧面接脚设计，亦即与电路板接合的接脚部分是位于发光二极管元件的封装结构的侧面，以增加导脚与电路板之间的接合面积。请参照图2，其示出另一种传统液晶显示器的背光模块的部分剖面图。背光模块200同样是一侧边入光式背光模块，其主要包括背板202、发光二极管元件204、导光板206与反射片208。在背光模块200中，反射片208设置在背板202上，导光板206压设在反射片208之上，而发光二极管元件204则邻设在导光板206的侧面的入光面216旁，且发光二极管元件204的出光面218与导光板206的入光面216相对。

发光二极管元件204包括电路板214与设置在电路板214上的封装结构220，其中封装结构220的封装基座210侧面接合在电路板214之上。封装结构220的导线架的导脚212自封装结构220的底面弯折而延伸至封装结构220的出光面218旁的侧面上。透过表面粘着技术，并利用接合垫(未绘示)来将位于封装结构220的出光面218旁的侧面的导脚212固定在电路板214上，并使这些导脚212与电路板214电性连接。

然而，在采用侧面接脚设计的发光二极管元件204中，相较于背面接脚设计的发光二极管元件104而言，导脚212通常需经过较多次的弯折方能进行与电路板214之间的接合，而导脚212在经过多次弯折后，其结构组织会遭到破坏，不仅会导致热导通量下降，更造成散热路径的增加与散热顺畅度的下降，这些均会导致导热性下降，进而严重影响发光二极管元件204的发光质量与操作寿命。

因此，亟需一种发光效率高、工艺简易且稳定度高的发光二极管元件，可契合发光二极管元件的各种应用趋势。

发明内容

本发明的所要解决的技术问题在于提供一种发光二极管元件，其可在封装结构的最大封装体高度大于导光板的入光面的高度下，兼顾封装结构与电路板的接合可靠度，故可配合背光模块的薄型化设计。

本发明的另一目的是在提供一种发光二极管元件及其在背光模块与液晶显示器上的应用，其发光二极管元件的封装结构与电路板之间的接合是采用背面接脚接合的方式，因此可减少导脚的弯折次数，而可有效降低导脚因多次弯折所造成的热导通量下降，并可缩短散热路径、提升散热顺畅度，进而可提高导脚的导热性。

本发明的又一目的是在提供一种发光二极管元件及其在背光模块与液晶显示器上的应用，其发光二极管元件具有优异的散热性能，因此发光二极管元件不仅具有极佳的发光质量，更具有较长的操作寿命。

为了实现上述目的，本发明提出一种发光二极管元件，至少包括：一封装结构具有一出光区，其中封装结构具有最大封装体高度，且出光区具有最大出光区高度，最大出光区高度小于或等于最大封装体高度的70％。

为了实现上述目的，本发明还提出一种背光模块及其在液晶显示器上的应用，其中液晶显示器主要由背光模块与设置在背光模块之上的液晶显示面板所组成。此背光模块至少包括：一导光板具有一入光面位于导光板的侧面，其中导光板的入光面具有一高度；以及一发光二极管元件至少包括一封装结构邻设于导光板的侧面，且封装结构具有最大封装体高度，其中最大封装体高度大于入光面的高度。

为了实现上述目的，本发明又提出一种背光模块及其在液晶显示器上的应用，其中液晶显示器主要由背光模块与设置在背光模块之上的液晶显示面板所组成。此背光模块至少包括：一导光板具有一入光面位于导光板的一侧面；以及一发光二极管元件至少包括一封装结构邻设于导光板的侧面，其中封装结构具有出光区，其中封装结构具有最大封装体高度，且出光区具有最大出光区高度，最大出光区高度小于或等于最大封装体高度的70％。

根据本发明的一方面，本发明的一优点就是因为本发明的发光二极管元件的封装结构可在最大封装体高度大于导光板的入光面的高度下，兼顾封装结构与电路板的接合可靠度，因此可配合背光模块的薄型化设计。

根据本发明的另一方面，本发明的另一优点就是因为本发明的发光二极管元件的封装结构与电路板之间的接合是采用背面接脚接合的方式，因此可减少导脚的弯折次数，而可有效降低导脚因多次弯折所造成的热导通量下降，并可缩短散热路径、提升散热顺畅度，进而可提高导脚的导热性。

根据本发明的又一方面，本发明的又一优点就是因为本发明的发光二极管元件具有优异的散热性能，因此发光二极管元件不仅具有极佳的发光质量，更具有较长的操作寿命。

附图说明

图1是一种传统液晶显示器的背光模块的部分剖面图；

图2是另一种传统液晶显示器的背光模块的部分剖面图；

图3A是依照本发明的第一较佳实施例的一种液晶显示器的侧视示意图；

图3B是图3A的封装基座的侧视示意图；

图4A至图4E是数种封装基座的立体示意图；

图5是依照本发明的第二较佳实施例的一种液晶显示器的侧视示意图；

图6是依照本发明的第三较佳实施例的一种液晶显示器的侧视示意图。

【主要元件符号说明】

100：背光模块          102：背板

104：发光二极管元件    106：导光板

108：反射片            110：封装基座

112：发光二极管晶粒    114：导脚

116：电路板            118：入光面

120：导线架            122：出光面

124：封装结构          200：背光模块

202：背板                 204：发光二极管元件

206：导光板               208：反射片

210：封装基座             212：导脚

214：电路板               216：入光面

218：出光面               220：封装结构

300a：液晶显示器          300b：液晶显示器

300c：液晶显示器          302：液晶显示面板

304a：背光模块            304b：背光模块

304c：背光模块            306：背板

308：反射片               310a：导光板

310b：导光板              310c：导光板

312：入光面               314a：封装结构

314b：封装结构            314c：封装结构

316：电路板               318a：发光二极管元件

318b：发光二极管元件      318c：发光二极管元件

320：接合垫               322a：封装基座

322b：封装基座            322c：封装基座

324：发光二极管晶粒       326：导线架

328：导脚                 330：出光区

332：最大封装体高度       334：高度

336：出光面               338：最大出光区高度

340a：封装基座            340b：封装基座

340c：封装基座            340d：封装基座

340e：封装基座            342a：出光区

342b：出光区              342c：出光区

342d：出光区              342e：出光区

344：光学膜片             h_a：最大出光区高度

h_b：最大出光区高度        h_c：最大出光区高度

h_d：最大出光区高度        h_e：最大出光区高度

h_f：最大出光区高度

具体实施方式

请参照图3A，其是依照本发明的第一较佳实施例的一种液晶显示器的侧视示意图。在一示范实施例中，液晶显示器300a主要包括液晶显示面板302与背光模块304a，其中背光模块304a设于液晶显示面板302的背面，以提供液晶显示面板302背光源。背光模块304a主要包括导光板310a与发光二极管元件318a，其中导光板310a可为具有等高度的平板型结构。一般而言，背光模块304a可根据产品需求而包括有背板306、反射片308与至少一光学膜片344，其中反射片308贴设在导光板310a的底面，且导光板310a与发光二极管元件318a均设置在背板306的底面上，且发光二极管元件318a也可设置在部分的反射片308上，而光学膜片344则设置在导光板310a的相邻于液晶显示面板302的顶面上。导光板310a具有入光面312位于导光板310a的侧面，而发光二极管元件318a则邻设于导光板310a的入光面312旁。导光板310a的入光面312具有高度334。在一实施例中，导光板310a的入光面312的高度334小于或等于2.0mm。

发光二极管元件318a主要包括封装结构322a，其中此封装结构322a邻设于导光板310a的入光面312，且封装结构322a具有出光面336，而封装结构322a的出光面336与导光板310a的入光面312相对。一般，发光二极管元件318a通常还可包括电路板316，其中发光二极管元件318a的封装结构314a透过接合垫320而设置并固定在电路板316表面上。请一并参照图3A与图3B，封装结构322a具有最大封装体高度332，其中封装结构322a的最大封装体高度332大于导光板310a的入光面312的高度334。如图3B所示，封装结构322a的出光面336具有出光区330，且出光区330具有最大出光区高度338。在一示范实施例中，出光区330的最大出光区高度338小于或等于封装结构322a的最大封装体高度332的70％。

在一示范实施例中，封装结构314a可至少包括封装基座322a、一或多个发光二极管晶粒324与导线架326。其中，封装结构314a具有凹穴结构，而发光二极管晶粒324设置在封装结构314a的凹穴之中，导线架326与封装基座322a接合，且发光二极管晶粒324可透过导电接合垫或导线而与导线架326电性接合。导线架326通常包括数个导脚328，其中这些导脚328延伸至封装基座322a的背面，封装基座322a的背面与出光面336的出光区330位于封装基座322a的相对二侧。导线架326的导脚328延伸在封装基座322a背面的部分透过导电的接合垫320，而与电路板316的表面连接，其中发光二极管晶粒324可透过导线架326及接合垫320而与电路板316电性连接。因此，发光二极管元件318a是顶视型(Top View)发光二极管元件。在一实施例中，封装基座322a平行于出光面336的出光区330方向具有最大截面积，且封装结构314a的出光区330具有出光截面积，其中出光区330的出光截面积较佳可小于或等于封装基座322a的最大截面积的70％。

在图3B所示的封装基座322a的出光区330的高度实质均匀，因此出光区330的平均高度实质相等于出光区330的最大出光区高度338。然，在一些实施例中，出光区并未具有均匀的高度分布，因而出光区的平均高度并不相等于出光区的最大出光区高度。请参照图4A至图4E，其示出数种封装基座的立体示意图。如图4A所示，封装基座340a的出光区342a的形状近似椭圆而并不具有均匀的高度，其最大出光区高度h_a不等于平均高度，其中出光区342a的最大出光区高度h_a约位于中央。如图4B所示，封装基座340b的出光区342b同样不具有均匀的高度，其最大出光区高度h_b不等于平均高度，其中出光区342b的最大出光区高度h_b也约位于中央。如图4C所示，封装基座340c的出光区342c的二端形状为近似圆弧形且并不具有均匀的高度，同样地，其最大出光区高度h_c不等于平均高度，其中出光区342c的最大出光区高度h_c位于二端圆弧以外的区域，例如中央区。如图4D所示，封装基座340d的出光区342d的形状矩形，而如同封装基座322a的出光区330般具有均匀的高度，因此其最大出光区高度h_d等于平均高度。如图4E所示，封装基座340e具有上下堆叠的二出光区342e，且每个出光区342e的二端形状为近似圆弧形且并不具有均匀的高度，因此每个出光区342e的最大出光区高度h_f不等于平均高度，其中每个出光区342e的最大出光区高度h_f位于二端圆弧以外的区域，例如中央区，且封装基座340e的最大出光区高度h_e为这两个出光区342e的最大出光区高度h_f的总合。

图3B所示的发光二极管元件318a的封装结构314a具有一致的高度，因此封装结构314a的平均高度实质相等于封装结构314a的最大封装体高度332。然，在一些实施例中，发光二极管元件的封装结构并未具有均匀的高度分布，因而封装结构的平均高度并不相等于封装结构的最大封装体高度。请参照图5，其示出依照本发明的第二较佳实施例的一种液晶显示器的侧视示意图。液晶显示器300b与上述的液晶显示器300a大致上相同，二者的差异在于液晶显示器300b的背光模块304b的导光板310b为楔型板结构，以及背光模块304b的发光二极管元件318b的封装结构314b的平均高度并不等于封装结构314b的最大封装体高度332。

在本示范实施例中，导光板310b例如是采用楔型板结构，而反射片308同样是贴设在导光板310b的底面。发光二极管元件318b的封装基座322b的高度从电路板316朝导光板310b的方向渐缩，而呈类梯形结构。因此，发光二极管元件318b的封装结构314b的平均高度与封装结构314b的最大封装体高度332并不相等。故，发光二极管元件318b的封装结构314b的出光区330的几何中心高度偏离封装结构314b的最大封装体高度332的中心高度一段距离。在一实施例中，发光二极管元件318b的封装结构314b的出光区330的几何中心位于封装结构314b的最大封装体高度332的中心的下方。

请参照图6，其示出依照本发明的第三较佳实施例的一种液晶显示器的侧视示意图。液晶显示器300c与上述的液晶显示器300a大致上相同，二者的差异在于液晶显示器300c的背光模块304c的导光板310c为楔型板结构，以及背光模块304c的发光二极管元件318c的封装结构314c的平均高度并不等于封装结构314c的最大封装体高度332。

在本示范实施例中，导光板310c是采楔型板结构，而反射片308同样是贴设在导光板310c的底面。发光二极管元件318c的封装基座322c的高度从电路板316朝导光板310c的方向先渐增再渐减。因此，发光二极管元件318c的封装结构314c的平均高度与封装结构314c的最大封装体高度332并不相等。故，发光二极管元件318c的封装结构314c的出光区330的几何中心高度偏离封装结构314c的最大封装体高度332的中心高度一段距离，其中。在一实施例中，发光二极管元件318c的封装结构314c的出光区330的几何中心位于封装结构314c的最大封装体高度332的中心的下方。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变型，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (21)

1、一种发光二极管元件，其特征在于，至少包括：

一封装结构，至少包括：

一封装基座；

至少一发光二极管晶粒，设置在该封装基座上；以及

一导线架，与该封装基座接合并与该发光二极管晶粒电性连接，

其中，该封装结构具有一出光区，该封装结构具有一最大封装体高度，且该出光区具有一最大出光区高度，该最大出光区高度小于或等于该最大封装体高度的70％。

2、根据权利要求1所述的发光二极管元件，其特征在于，该封装基座平行于该出光区方向具有一最大截面积，且该出光区具有一出光截面积，该出光截面积小于或等于该最大截面积的70％。

3、根据权利要求1所述的发光二极管元件，其特征在于，该出光区的几何中心位于该封装结构的最大封装体高度的中心的下方。

4、一种背光模块，其特征在于，至少包括：

一导光板，具有一入光面位于该导光板的一侧面，其中该导光板的该入光面具有一高度；以及

一发光二极管元件，至少包括一封装结构邻设于该导光板的该侧面，且该封装结构具有一最大封装体高度，该最大封装体高度大于该入光面的该高度，其中该封装结构至少包括：

一封装基座；

至少一发光二极管晶粒，设置在该封装基座上；以及

一导线架，与该封装基座接合并与该发光二极管晶粒电性连接。

5、根据权利要求4所述的背光模块，其特征在于，该入光面的该高度小于或等于2.0mm。

6、根据权利要求4所述的背光模块，其特征在于，该封装结构具有一出光区，该出光区具有一最大出光区高度，其中该最大出光区高度小于或等于该最大封装体高度的70％。

7、根据权利要求6所述的背光模块，其特征在于，该封装基座平行于该出光区方向具有一最大截面积，且该出光区具有一出光截面积，该出光截面积小于或等于该最大截面积的70％。

8、根据权利要求6所述的背光模块，其特征在于，该出光区的几何中心位于该封装结构的最大封装体高度的中心的下方。

9、一种背光模块，其特征在于，至少包括：

一导光板，具有一入光面位于该导光板的一侧面；以及

一发光二极管元件，至少包括一封装结构邻设于该导光板的该侧面，其中该封装结构至少包括：

一封装基座；

至少一发光二极管晶粒，设置在该封装基座上；以及

一导线架，与该封装基座接合并与该发光二极管晶粒电性连接，

其中，该封装结构具有一出光区，该封装结构具有一最大封装体高度，且该出光区具有一最大出光区高度，该最大出光区高度小于或等于该最大封装体高度的70％。

10、根据权利要求9所述的背光模块，其特征在于，该入光面的该高度小于或等于2.0mm。

11、根据权利要求9所述的背光模块，其特征在于，该封装基座平行于该出光区方向具有一最大截面积，且该出光区具有一出光截面积，该出光截面积小于或等于该最大截面积的70％。

12、根据权利要求9所述的背光模块，其特征在于，该出光区的几何中心位于该封装结构的最大封装体高度的中心的下方。

13、一种液晶显示器，其特征在于，至少包括：

一液晶显示面板；以及

一背光模块，设于该液晶显示面板的背面，其中该背光模块至少包括：

一导光板，具有一入光面位于该导光板的一侧面，其中该导光板的该入光面具有一高度；以及

一发光二极管元件，至少包括一封装结构邻设于该导光板的该侧面，且该封装结构具有一最大封装体高度，其中该最大封装体高度大于该入光面的该高度。

14、根据权利要求13所述的液晶显示器，其特征在于，该入光面的该高度小于或等于2.0mm。

15、根据权利要求13所述的液晶显示器，其特征在于，该封装结构具有一出光区，该出光区具有一最大出光区高度，其中该最大出光区高度小于或等于该最大封装体高度的70％。

16、根据权利要求15所述的液晶显示器，其特征在于，该封装结构至少包括：

一封装基座，其中该封装基座平行于该出光区方向具有一最大截面积，且该出光区具有一出光截面积，该出光截面积小于或等于该最大截面积的70％；

至少一发光二极管晶粒，设置在该封装基座上；以及

一导线架，与该封装基座接合并与该发光二极管晶粒电性连接。

17、根据权利要求13所述的液晶显示器，其特征在于，该发光二极管元件是一顶视型发光二极管元件。

18、一种液晶显示器，其特征在于，至少包括：

一液晶显示面板；以及

一背光模块，设于该液晶显示面板的背面，其中该背光模块至少包括：

一导光板，具有一入光面位于该导光板的一侧面；以及

一发光二极管元件，至少包括一封装结构邻设于该导光板的该侧面，其中该封装结构具有一出光区，其中该封装结构具有一最大封装体高度，且该出光区具有一最大出光区高度，该最大出光区高度小于或等于该最大封装体高度的70％。

19、根据权利要求18所述的液晶显示器，其特征在于，该入光面的该高度小于或等于2.0mm。

20、根据权利要求18所述的液晶显示器，其特征在于，该封装结构至少包括：

一封装基座，其中该封装基座平行于该出光区方向具有一最大截面积，且该出光区具有一出光截面积，该出光截面积小于或等于该最大截面积的70％；

至少一发光二极管晶粒，设置在该封装基座上；以及

一导线架，与该封装基座接合并与该发光二极管晶粒电性连接。

21、根据权利要求18所述的液晶显示器，其特征在于，该发光二极管元件是一顶视型发光二极管元件。

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