CN104269487A - 一种侧光式背光模组及其大发光角度led封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种侧光式背光模组及其大发光角度LED封装结构，包括：LED芯片，以及用于承载所述LED芯片的LED支架，所述LED支架中部开设有一凹槽，所述凹槽底部设置有一安装台，所述安装台上设置有用于安装所述LED芯片的斜面，所述LED芯片固设于所述斜面上、并通过封装硅胶封装在所述凹槽内；通过改变LED支架的结构，给支架内部底面一个斜角，然后利用芯片、硅胶、空气之间的折射率差异，通过考虑LED内部实际发光情况，计算出最合适的斜角，使得更多的光向LED水平方向两侧射出，从而使LED的水平发光角度变大。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示技术领域，尤其涉及的是一种侧光式背光模组及其大发光角度LED封装结构。
背景技术
LED英文全称是Light Emitting Diode，中文名称是发光二极管，是把电能转换成光能的半导体光电器件，属光电半导体的一种。
LED的封装流程是：
1、扩晶，把排列的密密麻麻的晶片弄开一点便于固晶；
2、固晶，在支架底部点上导电/不导电的胶水(导电与否视晶片是上下型PN结还是左右型PN结而定）然后把晶片放入支架里面；
3、短烤，让胶水固化，焊线时晶片不移动；
4、焊线，用金线把晶片和支架导通；
5、前测，初步测试能不能亮；
6、灌胶，用胶水把晶片和支架包裹起来；
7、长烤，让胶水固化；
8、后测，测试能亮与否以及电性参数是否达标；
9、分光分色，把颜色和电压大致上一致的产品分出来；
10、包装。
LED支架是指：LED灯珠在封装之前的底基座，在LED支架的基础上，将芯片固定进去，焊上正负电极，再用封装胶一次封装成形。LED支架一般是铜做的（也有铁材，铝材及陶瓷等），因为铜的导电性很好，它里边会有引线，用来连接LED灯珠内部的电极，LED灯珠封装成形后，灯珠即可从支架上取下，灯珠两头的铜脚即成为了灯珠的正负极，用于焊接到LED灯具或其它LED成品上。
LED半值角是指：发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向的夹角。传统背光用LED的水平半角值为60°，即LED轴向左右偏60°时候的出射光强为轴向的1/2，所以LED类似于一个朗伯辐射体。
朗伯辐射体是指：符合发光强度余弦定律的发光体，即I=Io*cosα的发光体。朗伯辐射体的各个方向上的光强I与中心光强Io成余弦定律，光强随着出射角度的变大而减小。
影响LED半值角的因素有：芯片结构、支架、封装胶体等。
一般定义LED的发光角度为2*LED半值角的大小，即传统LED的发光角度只有120°。
hot spot是指：由于光源的光强分布差异，在导光板的入光侧形成的明暗相间的区域。
如今LED由于具有节能、环保、结构稳定等优点，被广泛得用于背光模组中，针对于目前侧光式背光中的LED单灯的功率不断提升，导致侧光式背光中使用的LED数量明显减少的现象，由于LED水平方向上的出射光强在出射角60°时光强便减少到50%，这样在入光侧会形成规律的明暗相间的区域（hotspot），严重影响了背光模组的主观品味。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明提供一种侧光式背光模组及其大发光角度LED封装结构，旨在通过改变支架的碗杯内部结构，从而获得一种水平方向上发光角度较大的LED，用于改善侧光式背光模组中由于LED颗数较少和LED水平发光角度较小原因导致的hotspot现象。
本发明的技术方案如下：
一种大发光角度LED封装结构，包括：LED芯片，以及用于承载所述LED芯片的LED支架，所述LED支架中部开设有一凹槽，所述凹槽底部设置有一安装台，所述安装台上设置有用于安装所述LED芯片的斜面，所述LED芯片固设于所述斜面上、并通过封装硅胶封装在所述凹槽内；
通过所述斜面的斜角改变所述LED芯片发出的光束的入射角，使该光束经过折射之后向LED支架的外侧水平方向延展。
所述的大发光角度LED封装结构，其中，所述斜面的斜角是根据LED芯片的材质及封装硅胶的材质预先确定的，具体计算公式如下：
Φ=90°-θ芯-硅-θ硅-空，
其中，Φ为安装台的斜角，θ芯-硅为LED芯片与硅胶的全反射临界角，θ硅-空为硅胶与空气的全反射临界角。
所述的大发光角度LED封装结构，其中，所述θ芯-硅=arcsin（n1/n2），所述θ硅-空= arcsin（n0/n1），
其中，n0为空气折射率，n1为硅胶折射率，n2为LED芯片折射率。
所述的大发光角度LED封装结构，其中，所述安装台为等腰三角形安装台或正三角形安装台。
所述的大发光角度LED封装结构，其中，所述LED支架为SMD支架。
所述的大发光角度LED封装结构，其中，所述封装硅胶为混合有荧光粉的封装硅胶。
所述的大发光角度LED封装结构，其中，所述LED芯片为GaN蓝光芯片。
一种侧光式背光模组，包括：如上述任一项所述的大发光角度LED封装结构。
本发明的有益效果：
与现有技术相比，本发明所提供的一种侧光式背光模组及其大发光角度LED封装结构，通过改变LED支架的结构，给支架内部底面一个斜角，然后利用芯片、硅胶、空气之间的折射率差异，通过考虑LED内部实际发光情况，计算出最合适的斜角，使得更多的光向LED水平方向两侧射出，从而使LED的水平发光角度变大；且将此大发光角度LED封装结构应用于LED颗数较少的侧光式背光中时，可有效改善由LED发光角度较小引起的hot spot现象。
附图说明
图1是传统LED封装结构的立体图；
图2是传统LED封装结构的剖视图；
图3是本发明大发光角度LED封装结构的立体图；
图4是本发明大发光角度LED封装结构的剖视图；
图5是本发明大发光角度LED封装结构具体应用实施例的剖视图；
图6是本发明大发光角度LED封装结构具体应用实施例的光路原理图；
图7是采用传统LED封装结构与本发明大发光角度LED封装结构的侧光式背光模组的对比图。
具体实施方式
本发明提供一种侧光式背光模组及其大发光角度LED封装结构，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参见图1，图1是传统LED封装结构的立体图，传统LED封装结构是在LED支架100内水平放置LED芯片110，一般是两个LED芯片110，对称设置，再通过硅胶进行封装，LED芯片110发出的光束经过介质（硅胶）传播到空气中。
结合图2所示，图2是传统LED封装结构的剖视图，LED芯片110的折射率是n2，封装硅胶的折射率是n1，空气的折射率是n0，光束从LED芯片110内射出而进入到封装硅胶内，之后又从封装硅胶内射出而进入空气。在这之间，光束会经过两次折射，首先在LED芯片110到封装硅胶会经过第一次折射，光束在水平方向上会在封装硅胶内散开，之后在封装硅胶到空气又会经过第二次折射，光束在水平方向上又会在空气中进一步散开，基于此原理，使得LED封装结构能在水平方向上有较大的发光角度，广泛适用于侧光式背光模组。
然而，随着侧光式背光中的LED单灯的功率不断提升，导致侧光式背光中使用的LED数量明显减少的现象，由于LED水平方向上的出射光强在出射角60°时光强便减少到50%，这样在入光侧会形成规律的明暗相间的区域（hotspot）。也就是说，在侧光式背光模组中，随着LED数量的减少，由于传统LED封装结构的水平发光角度有限，而导致侧光式背光模组出现hotspot现象。
如图3所示，图3是本发明大发光角度LED封装结构的立体图，本发明的大发光角度LED封装结构是基于传统LED封装结构的水平发光角度有限，从传统LED封装结构的基础上进行改进，从而最大程度的增大LED封装结构的水平发光角度，使得侧光式背光模组在不增加LED数量的基础上，通过增大LED封装结构的水平发光角度来改善侧光式背光模组的hotspot现象。
具体地，该大发光角度LED封装结构，其包括：LED芯片230，以及用于承载LED芯片230的LED支架200，该LED支架200中部开设有一凹槽210，该凹槽210底部设置有一安装台220，该安装台220上设置有用于安装LED芯片230的斜面220a， LED芯片230固设于该斜面220a上、并通过封装硅胶240封装在凹槽210内。通过斜面220a的斜角改变LED芯片230发出的光束的入射角，使该光束经过折射之后向LED支架200的外侧水平方向延展。也就是说，首先通过安装台220改变LED芯片230的出光角度，然后经过两次折射（在LED芯片230的折射面230a上经过第一次折射，在封装硅胶240的折射面240a上经过第二次折射）使光束能够最大程度的往水平方向延展，具体应当是两个LED芯片230的水平方向外侧，因为在两个LED芯片230的水平方向内侧会有光束重叠，而本发明的目的是为将两个LED芯片230的光束能够向LED封装结构的两侧水平方向延展，以此来增大该LED封装结构的水平发光角度，最终解决侧光式背光模组中出现的hotspot现象。
结合图4所示，图4是本发明大发光角度LED封装结构的剖视图，同样地，LED芯片230的折射率是n2，封装硅胶240的折射率是n1，空气的折射率是n0，而该斜面220a的斜角是根据LED芯片230的材质及封装硅胶240的材质预先确定的，具体应当是根据LED芯片230及封装硅胶240各自的折射率而确定的，并相应的提供计算公式如下：
Φ=90°-θ芯-硅-θ硅-空，
其中，Φ为安装台的斜角，θ芯-硅为LED芯片与硅胶的全反射临界角，θ硅-空为硅胶与空气的全反射临界角。
进一步地，所述θ芯-硅=arcsin（n1/n2），所述θ硅-空= arcsin（n0/n1），
其中，n0为空气折射率，n1为硅胶折射率，n2为LED芯片折射率。
本实施例中，该安装台220优选为等腰三角形安装台或正三角形安装台，只要安装台220两侧的斜面对称即可。
下面结合一具体应用实施例对本发明做进一步阐释：
如图5所示，图5是本发明大发光角度LED封装结构具体应用实施例的剖视图，该大发光角度LED封装结构，其包括：LED支架200，LED芯片230，封装硅胶240。
该LED支架200优选为SMD支架，在LED支架200内开设有凹槽210，俗称碗杯，在凹槽210底部设置有安装台220，LED芯片230设于LED支架200内部并固设于安装台220上，通过混合有荧光粉250的硅胶进行封装。该LED芯片230一般采用氮化镓GaN芯片，其可发出白光。
本实施例中，LED芯片230（折射率为n2）由于被封装硅胶240（折射率为n1）包裹，LED芯片230内部出光会被限制在全反射临界角arcsin（n1/n2）以内。
进一步地，封装硅胶240（折射率为n1），与空气折射率n0有差异，所以光从封装硅胶240出射到空气中，光会被限制在全反射临界角arcsin（n0/n1）以内。
以GaN芯片为例，如图6所示，图6是本发明大发光角度LED封装结构具体应用实施例的光路原理图，针对于图例中LED封装结构的物料特性进行理论计算，假设以传统的LED封装结构表面均为面光源，芯片内部入射到芯片各个面上的角度为随机。对于GaN芯片（折射率2.4）和封装硅胶（折射率1.4）和空气（折射率1），GaN芯片与封装硅胶全反射临界角：arcsin（1.4/2.4）=36°，所以全反射临界角为72°，封装硅胶和外部空气的全反射临界角：arcsin（1/1.4）=45°，可以得出芯片的正面上每一点有72°的出射角度；
对于传统的LED封装结构来讲，芯片正上方的面每一点在X方向上的入射角最大为36°，根据折射定律： 折射角=arcsin(sin36°*1.4)=57°。
对于本发明改善的LED封装结构来讲，芯片针对于水平轴有一斜角，对于本发明图例中的LED封装结构。根据折射率算出，安装台220最宜斜角为19°，可使芯片正上方的光更多的传播到LED外部更大的角度。
根据折射定律：当出射角为45°时硅胶的表面会发生全反射，比较来说可使LED封装结构的出光角度增大△=90°-57°=33°。
本发明实施例具体封装方式如下：
步骤一：针对于此款LED支架200开模时进行外形的确定，在LED支架200的底部做出安装台220（斜角根据封装物料的折射率特性来计算Φ=90°-θ芯-硅-θ硅-空）；
步骤二：完成LED支架200的制作后，将荧光粉250材料与封装硅胶充分混合，将晶片固晶，这里固晶时需要根据LED支架的安装台220的斜角来调整固晶机上固晶台的角度；
步骤三：固晶后进行打线工艺，将LED芯片的电极与支架内部电极联通起来；
步骤四：完成打线工艺后可将硅胶与荧光粉混合物灌胶于LED支架200碗杯（凹槽210）中，长烤固化胶体，制作为LED封装结构。
如图7所示，图7是采用传统LED封装结构与本发明大发光角度LED封装结构的侧光式背光模组的对比图，分别在背光模组300的两侧设置传统LED封装结构（图中LED支架100）和本发明大发光角度LED封装结构（图中LED支架200），通过对比可知，相比于传统LED封装结构，本发明大发光角度LED封装结构解决了相邻两个LED封装结构之间出现的暗区而导致的hotspot现象。
本发明实施例具有以下优点：
其一是本发明的LED封装结构应用于侧光式背光模组中时可有效的改善因LED颗数较少引起的hotspot现象。
其二是本发明的LED封装结构只通过更改LED支架的碗杯形状，在初期支架开模时候就可以完成，不影响后续封装。
其三是本发明的LED封装结构不需要增加新材料，完全兼容现有封装模式，确保不影响LED封装结构的其他性能。
综上所述，本发明所提供的一种侧光式背光模组及其大发光角度LED封装结构，通过改变LED支架的结构，给支架内部底面一个斜角，然后利用芯片、硅胶、空气之间的折射率差异，通过考虑LED内部实际发光情况，计算出最合适的斜角，使得更多的光向LED水平方向两侧射出，从而使LED的水平发光角度变大；且将此大发光角度LED封装结构应用于LED颗数较少的侧光式背光中时，可有效改善由LED发光角度较小引起的hot spot现象。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (8)
1. 一种大发光角度LED封装结构，包括：LED芯片，以及用于承载所述LED芯片的LED支架，其特征在于，所述LED支架中部开设有一凹槽，所述凹槽底部设置有一安装台，所述安装台上设置有用于安装所述LED芯片的斜面，所述LED芯片固设于所述斜面上、并通过封装硅胶封装在所述凹槽内；
通过所述斜面的斜角改变所述LED芯片发出的光束的入射角，使该光束经过折射之后向LED支架的外侧水平方向延展。
2. 根据权利要求1所述的大发光角度LED封装结构，其特征在于，所述斜面的斜角是根据LED芯片的材质及封装硅胶的材质预先确定的，具体计算公式如下：
Φ=90°-θ芯-硅-θ硅-空，
其中，Φ为安装台的斜角，θ芯-硅为LED芯片与硅胶的全反射临界角，θ硅-空为硅胶与空气的全反射临界角。
3. 根据权利要求2所述的大发光角度LED封装结构，其特征在于，所述θ芯-硅=arcsin（n1/n2），所述θ硅-空= arcsin（n0/n1），
其中，n0为空气折射率，n1为硅胶折射率，n2为LED芯片折射率。
4. 根据权利要求1所述的大发光角度LED封装结构，其特征在于，所述安装台为等腰三角形安装台或正三角形安装台。
5. 根据权利要求1所述的大发光角度LED封装结构，其特征在于，所述LED支架为SMD支架。
6. 根据权利要求1所述的大发光角度LED封装结构，其特征在于，所述封装硅胶为混合有荧光粉的封装硅胶。
7. 根据权利要求1所述的大发光角度LED封装结构，其特征在于，所述LED芯片为GaN蓝光芯片。
8. 一种侧光式背光模组，其特征在于，包括：如权利要求1至7任一项所述的大发光角度LED封装结构。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150107 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |