CN105485573A - 一种高色域直下式led背光模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高色域直下式LED背光模组，包括有基板、以及与基板连接的LED芯片，其特征在于：所述LED芯片为倒装结构；在所述LED芯片上方由下至上层叠设有用于转换单色光波长的第一光转换层和第二光转换层；所述第一光转换层与所述第二光转换层转换的单色光波长不同，通过所述LED芯片激发出的光、所述第一光转换层转换的光与所述第二光转换层转换的光的有效混合，以得到LED白光。本发明提供了一种可运用于LED电视的直下式LED背光模组，其更容易地进行生产控制以使LED背光电视机的色域(NTSC)大于100％，从而满足高色域的需求。

Description

一种高色域直下式LED背光模组

技术领域

本发明属于发光二极管(LED)背光技术领域，具体涉及一种高色域直下式LED背光模组。

背景技术

色域是对一种颜色进行编码的方法，也指一个技术系统能够产生的颜色的总和。在计算机图形处理中，色域是颜色的某个完全的子集，颜色子集最常见的应用是用来精确地代表一种给定的情况，例如一个给定的色彩空间或是某个输出装置的呈色范围。

发光二极管(LED)光源具有高效率、长寿命、不含Hg等有害物质的优点，随着LED技术的迅猛发展，LED的亮度、寿命等性能都得到了极大的提升，因此，如今发光二极管(LED)光源已经开始在电视机的背光技术领域广泛使用。按照LED背光源处于LED电视机的位置分为直下式和侧入式两种结构，而所谓直下式结构，是指把LED晶粒均匀地配置在液晶面板的后方当作发光源，使背光可以均匀传达到整个屏幕的结构。

随着LED背光技术的迅猛发展，消费者对LED电视高色域(NTSC)等方面的需求日渐增加。目前，实现LED电视高色域的主流技术是使用蓝光LED光源搭配量子管、量子膜或者荧光粉。

比如，专利申请号CN201520198453公开了一种使用蓝光LED光源搭配量子管的技术方案。在该技术方案中，量子管中混合含有红/绿色量子点。但是，因结构限制，很难实现不同量子点在量子管中的均匀分布，从而提高生产成本，并且还带来难以实现量产、以及使用过程中量子管容易破裂等致命性缺陷。

再比如，专利申请号CN201220049129公开了一种使用蓝光LED光源搭配量子膜的技术方案。在该技术方案中，量子膜中含有红色量子点和绿色量子点。其中，量子点的波长取决于量子点的大小，而红/绿量子点大小不均匀，且粒径大小为纳米级，要将其均匀分布在量子膜中，具有很大的技术难度，从而导致量子膜成本昂贵。

又比如，专利申请号US2008/0018235A1公开了一种使用蓝光LED芯片搭配荧光粉封装的背光光源，但其所需的荧光粉的浓度大，且批量化生产点胶量难以控制和实现，从而导致生产成本增加。

因此，迫切需要寻找一种LED背光技术，其运用于LED电视中可以更容易地满足高色域需求。

发明内容

本发明为弥补现有技术中存在的不足，提供了一种可运用于LED电视的直下式LED背光模组，其更容易地进行生产控制以实现高色域的需求。

本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：

一种高色域直下式LED背光模组，包括有基板、以及与所述基板连接的LED芯片，其关键在于：

所述LED芯片为倒装结构；

在所述LED芯片上方由下至上层叠设有用于转换单色光波长的第一光转换层和第二光转换层；

所述第一光转换层与所述第二光转换层转换的单色光波长不同，通过所述LED芯片发出的光、所述第一光转换层转换所得的光与所述第二光转换层转换所得的光的混合，得到LED白光。

进一步的，所述LED芯片至少为2颗，所述LED芯片共用一个基板，且所述第二光转换层供所述LED芯片共用，所构成的背光模组的结构更为简单且紧密，其运用于LED电视中可有效地节省空间。

进一步的，所述LED芯片的间距小于0.2mm，结构紧凑。

进一步的，所述第一光转换层和所述第二光转换层之间设置有透明层，有效提高发光亮度。

进一步的，所述透明层含有微结构的光学设计，有助于改变光场分布，使得发光更均匀。

进一步的，所述第一光转换层和所述透明层之间还设置有扩散层，进一步将光打散，以提高光线的均匀度。

进一步的，所述第一光转换层内的光转换物质是红色荧光粉、绿色荧光粉、红色量子点或者绿色量子点中的一种。

进一步的，所述第二光转换层内的光转换物质是红色量子点或者绿色量子点中的一种。

进一步的，所述红色荧光粉或所述绿色荧光粉的制造材料是锰、钾、硅或锗、氟元素组成的光转换材料，或者氮、铝、硅、氧、铕元素组成的光转换材料的一种或多种组合。

进一步的，所述红色量子点或所述绿色量子点的制造材料是II-VI族或III-V族元素组成的半导体化合物的一种或多种组合。

相对于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明提供的一种直下式LED背光模组，使用的倒装结构的LED芯片，且在LED芯片上方层叠设有分别转换不同单色光波长的第一光转换层和第二光转换层。

首先，使用倒装结构的LED芯片，可以保证第一光转换层很好地层叠附于LED芯片上而不受电极的干涉，并使LED芯片激发出的光更快地通过第一光转换层和第二光转换层以完成各自单色光的波长转换，可以与直下式LED背光结构形成良好的搭配；

其次，第一光转换层仅转换单一颜色光的波长，其中包含的光转换物质粒径更为均匀，使得均匀分布更容易实现，从而使光转换更为均匀，而且其还可更好地实现与第二光转换层的相互搭配及色块调整；第二光转换层也仅转换单一颜色的光波长，同理，其中包含的光转换物质分布更为均匀，从而使光的转换也更均匀；

再者，第一光转换层与第二光转换层所转换的单色光波长不同，则第一光转换层与第二光转换层中各自的光转换物质受激发可以分别发出不同波长的单色光，控制LED芯片激发出的光、第一光转换层转换的光与第二光转换层转换的光的输出比例并进行混合，便得到LED白光。

因此，将本发明提供的直下式LED背光模组运用于LED背光电视机中，可以更容易地进行生产控制以使LED背光电视机的色域(NTSC)大于100％，从而实现高色域的需求，符合当今市场需求，其生产成本大为降低，具有很高的市场价值。

(2)本发明提供的一种直下式LED背光模组，透明层上含有微结构光学设计，可以省去透镜，使得LED背光光源更加轻薄；并且，本发明使用的是倒装结构的LED芯片，可以进一步降低LED背光电视机的整机厚度。换言之，本发明还可以很好地实现LED背光电视机的薄型化，符合市场潮流，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明提供的高色域直下式LED背光模组的一种结构示意图。

图2为本发明提供的高色域直下式LED背光模组的LED白光产生示意图。

图3为本发明提供的高色域直下式LED背光模组的另一种结构示意图。

图4为本发明提供的高色域直下式LED背光模组的一种结构局部示意图。

图5为本发明提供的高色域直下式LED背光模组的另一种结构局部示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种高色域直下式LED背光模组，结构如图1所示，其包括有基板11、LED芯片12，LED芯片12作为发出第一波长的光的光源，其与基板11相互连接以获得基板11的支撑和固定，并且其安装于电路板上以实现电连接(图1～5均未示出)，特别关键在于：

(1)LED芯片12为倒装结构的芯片；

(2)LED芯片12上方由下至上层叠设有用于转换单色光波长的第一光转换层13和第二光转换层14；

(3)第一光转换层13与第二光转换层14所转换的单色光波长不同，即第一光转换层13与第二光转换层14中各自的光转换物质分别受激发以分别发出不同波长的单色光。

为便于更好地理解本发明，在此先对LED白光的产生原理进行说明：

LED白光的产生原理以色度学中的三基色光为基础，如图2所示，LED芯片12激发出第一波长的单色光17，通过第一光转换层13时，第一波长的单色光17的一部分被第一光转换层13中的光转换物质激发而转换成第二波长的单色光18；剩余的第一波长的单色光17和第二波长的单色光18继续通过第二光转换层14，则第一波长的单色光17的一部分和第二波长的单色光18的一部分被第二光转换层14中的光转换物质激发而转换成第三波长的单色光19；控制第一波长的单色光17、第二波长的单色光18以及第三波长的单色光19的输出比例，将它们混合在一起便得到LED白光。

因此，LED芯片12激发出的光的剩余部分、第一光转换层13转换得到的单色光和第二光转换层14转换得到的单色光经过混合，便得到LED白光光源。比如，若LED芯片发出的蓝光激发第一光转换层13中的光转换物质并转换成红光，则第二光转换层14中的光转换物质受激发应转换成与红光不同波长的绿光，但是，若LED芯片发出的蓝光激发第一光转换层13中的光转换物质并转换成绿光，则第二光转换层14中的光转换物质受激发应转换成与绿光不同波长的的红光。这样，剩余的蓝光、转换成的红光和绿光通过混合便得到最终的LED白色光源。

其中，LED芯片12与基板11通过焊接方式得以相连，但需要说明的是，包括但不限于通过焊接使LED芯片12与基板11相互连接，任何可以将LED芯片12连接于基板11上以使LED芯片12获得基板11提供的支撑和固定作用，且不影响LED芯片12发光的连接方式，都是本发明的等效保护范围。

其中，第一光转换层13贴装于LED芯片12上。需要说明的是，包括但不限于通过贴装方式使第一光转换层13与倒装LED芯片12相互接触和连接，任何使第一光转换层13与LED芯片12得以相互连接和接触，且不影响LED芯片12的发光和第一光转换层13的光转换的方式，都是本发明的等效保护范围。

其中，LED芯片至少为2颗，其共用一个基板，且第二光转换层14供所有LED芯片12共用，以构成结构紧凑而简单的LED背光模组，有利于节省LED电视机的结构空间。而且，LED芯片12的间距小于0.2mm，优选的芯片间距是为0.15～0.18mm，使得产品结构更加紧凑，以实现LED产品微型化。

作为一种优化项，如图3所示，第一光转换层13和第二光转换层14之间设置有透明层15，以有效提高发光亮度；并且，如图4所示，透明层15含有微结构的光学设计，有助于改变光场分布，使得发光更加均匀。透明层15的材料可以选择常用的荧光胶，如硅胶或环氧树脂等。

作为另一种更优项，如图5所示，第一光转换层13和透明层15之间还设置有扩散层16。其中，扩散层16含有扩散粉，扩散层16的作用就是进一步将光打散，以提高光线的均匀度。扩散层16的材料可以选择常用的荧光胶，如硅胶或环氧树脂等。

其中，透明层15的微结构形状可以设置为锯齿形或者半球形的一种，以代替透镜来改变LED的光场分布，即本发明可以省去常规LED背光模组所用的透镜，从而实现LED背光光源的薄型化。但需要说明的是，透明层15的微结构形状设置包括但不限于附图4、5所示的锯齿形或者半球形，还可以设置为锯齿形和半球形的组合、或者其他形状等，因此，任何可以有效改变LED的光场分布的微结构形状，都是本发明的等效保护范围。

其中，第一光转换层13、第二光转换层14的材料选择硅胶或环氧树脂等。第一光转换层13内均匀分布有光转换物质，光转换物质是红色荧光粉、绿色荧光粉、红色量子点或者绿色量子点中的一种；第二光转换层14内均匀分布有光转换物质，光转换物质是红色量子点或者绿色量子点中的一种。根据前文所述，第一光转换层13与第二光转换层14所转换的单色光波长不同，因此，若第一光转换层13内的光转换物质选择的是红色荧光粉或者红色量子点，则第二光转换层14中的光转换物质只能选择绿色量子点，若第一光转换层13内的光转换物质选择的是绿色荧光粉或者绿色量子点，则第二光转换层14中的光转换物质只能选择红色量子点。

其中，红色荧光粉或绿色荧光粉的制造材料选择锰、钾、硅或锗、氟元素组成的光转换材料，或者氮、铝、硅、氧、铕元素组成的光转换材料的一种或多种组合；红色量子点或绿色量子点的制造材料选择由II-VI族或III-V族元素组成的纳米级半导体化合物的一种或多种组合，这些半导体化合物的尺寸小于10nm。

优选的，第一光转换层13内的光转换物质的制造材料选择由锰、钾、硅或锗、氟元素组成的光转换材料，具体来说，其选择K₂SiF₆:Mn⁴⁺、K₂GeF₆:Mn⁴⁺中的一种或它们的组合，而第二光转换层14中的光转换物质的制造材料选择InP、CdSe中的一种或它们的组合。

为便于更好地理解本发明，下面结合附图3～5和各实施例对本发明的技术方案做进一步说明：

实施例1

本实施例提供的一种高色域直下式LED背光模组，其LED芯片12是蓝光倒装芯片，波长447.5～460nm。由附图3结合附图4所示可知：

第一光转换层13和透明层15均由同一种硅胶组成；其中，第一光转换层13中含有红色荧光粉；透明层15的微结构形状设置为锯齿形，以将光打散，从而改变光场分布；第二光转换层14中含有绿色量子点，波长540～560nm。

其余结构如附图3所示。

实施例2

本实施例提供的另一种高色域直下式LED背光模组，其LED芯片12是紫光倒装芯片，波长400～440nm。由附图3结合附图5所示可知：

第一光转换层13、透明层15和扩散层16分别由不同材料成分组成。其中，第一光转换层13中含有绿色荧光粉；扩散层16含扩散粉，用于将光打散；透明层15的微结构形状设置为半球形，以改变光形，从而改变光场的分布；第二光转换层14中含有红色量子点，波长600～660nm。

其余结构如附图3所示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种高色域直下式LED背光模组，包括有基板、以及与所述基板连接的LED芯片，其特征在于：

所述LED芯片为倒装结构；

在所述LED芯片上方由下至上层叠设有用于转换单色光波长的第一光转换层和第二光转换层；

所述第一光转换层与所述第二光转换层转换的单色光波长不同，通过所述LED芯片发出的光、所述第一光转换层转换所得的光与所述第二光转换层转换所得的光的混合，得到LED白光。

2.根据权利要求1所述的高色域直下式LED背光模组，其特征在于：所述LED芯片至少为2颗，所述LED芯片共用一个基板，且所述第二光转换层供所述LED芯片共用。

3.根据权利要求2所述的高色域直下式LED背光模组，其特征在于：所述LED芯片的间距小于0.2mm。

4.根据权利要求1或2所述的高色域直下式LED背光模组，其特征在于：所述第一光转换层和所述第二光转换层之间设置有透明层。

5.根据权利要求4所述的高色域直下式LED背光模组，其特征在于：所述透明层含有微结构的光学设计。

6.根据权利要求4所述的高色域直下式LED背光模组，其特征在于：所述第一光转换层和所述透明层之间还设置有扩散层。

7.根据权利要求1所述的高色域直下式LED背光模组，其特征在于：所述第一光转换层内的光转换物质是红色荧光粉、绿色荧光粉、红色量子点或者绿色量子点中的一种。

8.根据权利要求1所述的高色域直下式LED背光模组，其特征在于：所述第二光转换层内的光转换物质是红色量子点或者绿色量子点中的一种。

9.根据权利要求7所述的高色域直下式LED背光模组，其特征在于：所述红色荧光粉或所述绿色荧光粉的制造材料是锰、钾、硅或锗、氟元素组成的光转换材料，或者氮、铝、硅、氧、铕元素组成的光转换材料的一种或多种组合。

10.根据权利要求7或8所述的高色域直下式LED背光模组，其特征在于：所述红色量子点或所述绿色量子点的制造材料是II-VI族或III-V族元素组成的半导体化合物的一种或多种组合。