CN106068677B - 具有mjt led的背光模块及包括其的背光单元 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例提供使用MJT LED的背光模块和包括其的背光单元。更具体地，本公开的实施例提供如下背光模块，所述背光模块包括被构造为使每个发光单元的有效发光面积增大的MJT LED和能够使从MJT LED发射的光均匀地分散的光学构件。此外，本公开的实施例提供使用背光模块的背光单元，从而在允许于低电流下操作的同时减少构成背光单元的LED的数量。

Description

具有MJT LED的背光模块及包括其的背光单元
技术领域
本公开涉及一种使用多结技术(MJT)发光二极管(LED)的背光模块和包括其的背光单元。更具体地，本公开涉及一种采用MJT LED的背光模块及包括其的背光单元，其中，该MJT LED被构造为使每个发光单元的有效发光面积增大以允许在低电流下操作。
背景技术
液晶显示器通过控制背光光源的透光率来生成图像。虽然在现有技术中冷阴极荧光灯(CCFL)已经普遍用作背光光源，但是由于诸如低功耗、长使用寿命、环保性等各种优点，近来正在使用发光二极管(在下文中，LED)。
根据用于从背后照明液晶显示器的LED的位置，背光单元可分为边光式背光单元和直下式背光单元。在边光式背光单元中，利用作为光源而布置在导光板的侧表面上的LED，从光源进入导光板的光用于液晶面板的背光。因此，边光式背光单元可减少LED的数量，并且无须对LED中的质量偏差进行严格控制，从而能够制造有利于成本的低功耗产品。然而，在边光式背光单元中，难以克服液晶显示器的角区域和中心区域之间的差别，并难以生成高质量图像。
可选择地，直下式背光单元放置于液晶面板的下方并允许从面光源发射的光直接照明液晶面板的前侧，其中，该面光源具有与液晶面板的面积基本相同的面积。直下式背光单元可克服液晶显示器的角区域和中心区域之间的差别并可获得高质量图像。
然而，在直下式背光单元中，如果每个用于背光的LED无法照明相对大的面积，则必须密集地布置许多LED，从而导致功耗的增加。此外，LED之间的质量偏差导致的液晶面板的不均匀背光会难以确保均匀的屏幕照度。
尤其，随着液晶面板的尺寸增加，直下式背光单元的尺寸也增加，从而导致直下式背光单元的稳定性或可靠性的劣化。具体地，由于LED背光单元通过多个LED驱动电路来控制供应到多个LED组(即，LED阵列)的操作电流，所以随着LED背光单元的尺寸增加，LED驱动电路的数量和相应的LED阵列的数量显著增加。结果，由于过电流、过电压或过热导致驱动电路损坏，会在彼此相邻布置的多个LED或LED阵列之间发生开路，从而使背光单元的稳定性和可靠性劣化。
图1是现有技术中使用LED的典型背光单元的构造框图。参照图1，将更详细地描述现有技术的问题。如图1中所示，典型的背光单元1包括背光控制模块2和背光模块5。
背光控制模块2包括：操作发电机3，基于从外部电源输入的输入电压Vin生成/输出DC电力；操作控制器4，控制构成背光模块5的多个LED阵列6a～6n中的每个的操作。操作发电机3通常生成诸如12V、24V、48V等的DC电压作为操作电力。
背光模块5包括：多个LED阵列6a～6n，每个LED阵列由多个LED串联连接形成；以及光学单元(未示出)，用于增强从多个LED阵列6a～6n发射的光的效能。在图1中，背光模块5包括彼此并联连接的n个LED阵列6a～6n，每个LED阵列包括五个彼此串联连接的LED。在此，由于用于背光单元的每个LED通常具有在3V到6.5V范围内的正向电压电平，并在连接至操作发电机3时难以单独控制/操作，因此复数个LED彼此串联连接以构成LED阵列，使得能够操作/控制每个LED阵列。在现有技术中的这种典型的背光单元1中，操作控制器4被构造为：响应于外部调光信号(Dim)，通过针对供应至背光模块5的操作电力的脉冲宽度调制(PWM)控制来控制构成背光模块5的全部LED阵列6a～6n的亮度。另外，在此典型的背光单元1中，操作控制器4响应于外部调光信号(Dim)调整流过n个LED阵列6a～6n中特定LED阵列的操作电流，以控制特定LED阵列的亮度。
在此典型背光单元1中使用的LED通常为能在低电压和高电流下操作的单个单元LED(single-cell LED)。例如，此单个单元LED具有3.6V的操作电压并能在250～500mA的操作电流下工作。因此，为了控制由此单个单元LED构成的背光模块5的操作，现有技术中包括操作控制器4的外围电路必须由能够处理大电流的大容量电子装置构成，从而导致背光单元1的制造成本的增加。此外，由于前述的典型的单个单元LED的高电流操作特性，包括操作控制器4的外围电路被损坏，从而导致背光单元1的稳定性或可靠性的劣化。此外，单个单元LED的高电流操作特性导致功耗增加和下垂现象。
发明内容
本公开旨在提供能够使用包括多个发光单元的MJT LED在低电流下操作的背光模块和包括其的背光单元。
此外，本公开旨在提供能够增加发光单元的有效发光面积的MJT LED芯片及其制造方法。
此外，本公开旨在提供允许使用前述MJT LED在低电流下操作背光模块的背光单元，从而提高用于控制背光模块的操作的驱动电路的稳定性和可靠性并且能够降低制造成本。
此外，本公开旨在提供允许使用前述MJT LED在低电流下操作背光模块的背光单元，从而在防止由于高电流操作导致的下垂现象的同时提高电源效率和发光效率。
此外，本公开旨在提供由MJT LED构成背光模块的背光单元，从而在能够单独控制MJT LED的同时使LED的数量最小化。
可通过本公开的以下特点实现本公开的上述和其他目的和有利效果。
根据本公开的一方面，背光模块包括：印刷电路板；多个MJT LED，设置在印刷电路板上；以及多个光学构件，设置在MJT LED或印刷电路板上以对应于MJT LED，每个光学构件包括光入射面和光出射面，其中，从对应的MJT LED发射的光通过光入射面进入光学构件，并且光通过光出射面以比对应的MJT LED的光束角更宽的光束角射出光学构件；其中，每个MJT LED包括：第一发光单元和第二发光单元，在生长基底上彼此分开；第一透明电极层，放置在第一发光单元上并电连接到第一发光单元；电流阻挡层，放置在第一发光单元和第一透明电极层之间并且使第一透明电极层的一部分与第一发光单元分开；互连线，将第一发光单元电连接至第二发光单元；以及绝缘层，将互连线与第一发光单元的侧表面分开。在此，第二发光单元具有倾斜的侧表面；互连线包括用于电连接至第一发光单元的第一连接部和用于电连接至第二发光单元的第二连接部。第一连接部在电流阻挡层的上部区域内接触第一透明电极层，第二连接部接触第二发光单元的倾斜的侧表面。
在一方面，每个MJT LED包括第一至第N发光单元(N为大于等于2的自然数)，第N发光单元可使用与第一发光单元与第二发光单元之间的连接结构相同的结构电连接至第(N-1)发光单元。
在一方面，第一至第N发光单元彼此串联连接，并且每个发光单元由2.5V到4V的操作电压操作。在此，每个MJT LED可在至少10V或更大的操作电压下操作。
在一方面，每个MJT LED包括均在3V至3.6V的操作电压下操作的三个发光单元并在12V至14V的操作电压下操作。
在一方面，光出射面包括形成在光学构件的中心轴附近的凹部以及从凹部延伸并与光学构件的中心轴分开的凸部。
在一方面，光入射面包括形成在光学构件的中心轴附近的开口，开口的高度为其宽度的1.5倍或更大。
在一方面，每个光学构件具有形成在底表面的面对印刷电路板的至少一部分上的光散射图案。
在一方面，每个光学构件包括：下表面，具有凹部，从MJT LED发射的光通过下表面进入光学构件；以及上表面，通过凹部进入光学构件的光通过上表面从光学构件出射。在此，上表面包括放置在光学构件的中心轴处的凹面，下表面的凹部包括相对于中心轴垂直的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面，相对于中心轴垂直的表面和向下凸出的表面中的所述至少一个表面可放置在比凹部的入口的区域更窄的区域中。
在一方面，光学构件的上表面和凹部形成关于穿过光学构件的中心轴的平面的镜面对称结构。
在一方面，光学构件的上表面和凹部形成关于光学构件的中心轴的旋转体形状。
在一方面，每个光学构件具有光散射图案，所述光散射图案形成在下表面的凹部内的关于中心轴垂直的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面上以及形成在比所述至少一个表面更靠近中心轴的表面上。
在一方面，每个光学构件具有形成在上表面的凹面上的光散射图案。
在一方面，每个光学构件还包括具有与光学构件的折射率不同的折射率的材料层，所述材料层位于下表面的凹部内的关于中心轴垂直的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面上，并位于比所述至少一个表面更靠近中心轴的表面上。
在一方面，每个光学构件还包括位于上表面的凹面上的具有与光学构件不同的折射率的材料层。
在一方面，关于中心轴垂直的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面被限定在比由拐点曲线围绕的区域更窄的区域中，其中，上表面的凹面和其凸面在拐点曲线处相交。
在一方面，关于中心轴垂直的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面被限定在比发光二极管的光出射面的区域更窄的区域内。
在一方面，每个光学构件还包括连接上表面和下表面的凸缘，凹部内的关于中心轴垂直的表面和向下凸出的表面中的至少一个表面放置在凸缘的上方。
在一方面，每个光学构件具有光轴L、光入射部和光出射面，并由折射率高于邻接光入射部的材料的折射率和邻接光出射面的材料的折射率的材料形成。
在一方面，光入射部形成为使得从光轴L上的点(p)到光入射部的顶点的最短距离大于在与光轴L的夹角小于等于50°内从点(p)到光入射部的侧表面的最短距离(a)。
在一方面，光出射面的上部中心由平坦的表面或凸出的曲面形成。
在一方面，光入射部包括与发光二极管相邻放置并具有圆形形状的下入口，并在保持圆形形状的同时具有向顶点逐渐收敛的形状。
在一方面，光入射部的高度是下入口的半径的1.5倍。
在一方面，邻接光入射部的材料为空气。
在一方面，邻接光出射面的材料为空气。
在一方面，光学构件由树脂或玻璃形成。
根据本公开的另一方面，背光单元包括：前述的背光模块；以及背光控制模块，将DC操作电压供应至背光模块内的多个MJT LED并且独立控制多个MJT LED中的每个的操作。
在一方面，背光控制模块将DC操作电压供应至背光模块内的多个MJT LED中的每个，并响应于调光信号针对供应至多个MJT LED中的至少一个MJT LED的DC操作电压执行脉冲宽度调制控制，以执行所述至少一个MJT LED的调光控制。
在一方面，背光控制模块允许对背光模块内的多个MJT LED中的每个的操作电流的独立检测和控制，并响应于调光信号控制多个MJT LED中的至少一个MJT LED的操作电流以执行所述至少一个MJT LED的调光控制。
根据本公开的实施例，使用具有低电流操作特性的MJT LED来制造背光模块，从而能够实现背光模块和包括其的背光单元的低电流操作。
此外，根据本公开的实施例，互连线的一个连接部电接触发光单元的倾斜的侧表面，从而增大MJT LED芯片中的每个发光单元的有效发光面积。
此外，根据本公开的实施例，可以在降低制造成本的同时提高用于控制背光模块的操作的驱动电路的稳定性和可靠性。
此外，根据本公开的实施例，背光单元具有提高的电源效率和照明效率并能够防止由在大电流下操作导致的下垂现象。
此外，根据本公开的实施例，可以使组成背光模块的LED的数量最小化并允许组成背光模块的MJT LED的单独操作。
附图说明
通过结合附图对下面实施例的详细描述，本公开的上述和其他方面、特征和优点将变得更加清楚，在附图中：
图1是在现有技术中包括LED的典型背光单元的配置框图；
图2是根据本公开的一个示例性实施例的采用MJT LED的背光单元的示意性框图；
图3是根据本公开的一个示例性实施例的MJT LED模块的示意性剖视图；
图4是根据本公开的一个示例性实施例的MJT LED的示意性透视图；
图5是根据本公开的一个示例性实施例的MJT LED芯片的示意性平面图；
图6是沿图5的线B-B截取的MJT LED芯片的示意性剖视图；
图7至图13是示出根据本公开的一个示例性实施例的制造MJT LED芯片的方法的示意性剖视图；
图14是根据本公开的另一个示例性实施例的MJT LED芯片的示意性剖视图；
图15至图18是示出根据本公开的另一个示例性实施例的制造MJT LED芯片的方法的示意性剖视图；
图19A、图19B、图19C和图19D示出根据本公开的光学构件的各种修改的剖视图；
图20A和图20B示出说明根据本公开的另一示例性实施例的MJT LED模块的光学构件的剖视图；
图21是示出用于模拟的MJT LED模块的尺寸的剖视图；
图22A、图22B和图22C示出描绘图21的光学构件的形状的曲线图；
图23示出进入图21的光学构件的光束的传播方向；
图24A和图24B示出描绘照度分布的曲线图，其中，图24A为描绘MJT LED的照度分布的曲线图，图24B为示出使用光学构件的MJT LED模块的照度分布的曲线图；
图25A和图25B示出描绘光束分布的曲线图，其中，图25A为描绘MJT LED的光束分布的曲线图，图25B为描绘使用光学构件的MJT LED模块的光束分布的曲线图；
图26是根据本公开的一个示例性实施例的MJT LED模块的剖视图；
图27A、图27B和图27C是沿图26的线a-a、b-b和c-c截取的MJT LED模块的剖视图；
图28是在图26中示出的MJT LED模块的光学构件的详细视图；
图29示出使用图28的光学构件的MJT LED模块的光束角度分布；
图30是根据本公开的另一示例性实施例的光学构件的剖视图；
图31示出使用图30的光学构件的MJT LED模块的光束角度分布曲线；
图32A和图32B示出根据比较示例1的光学构件及其光束角度分布曲线；以及
图33A和图33B示出根据比较示例2的光学构件及其光束角度分布。
具体实施方式
在下文中将参照示出本公开的示例性实施例的附图更全面地描述本公开。将描述这些实施例使得本领域普通技术人员能够容易地理解本公开。在此，虽然在此公开了各种实施例，但是应理解的是，这些实施例并不意图是排他性的。例如，具体实施例的独立的结构、元件或特征不受限于所述具体实施例，并在不脱离本公开的精神和范围的情况下可应用到其他实施例。此外，应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可改变在每个实施例中的独立组件的位置或布置。因此，下面的实施例不解释为对本公开的限制，本公开应仅由权利要求及其等同物限定。相同的组件将由相同的附图标记表示，在全部附图中没有按比例绘制组件的长度、面积、厚度和形状。
现在，将参照附图详细地描述本公开的示例性实施例以使其容易地由本领域普通技术人员实现。
【本公开的示例性实施例】
如在此使用的，术语“MJT LED芯片”意味着单个LED芯片，其中，多个发光单元经由互连线彼此连接。MJT LED芯片可包括N个发光单元(N为大于等于2的整数)，其中，可根据需要以各种方式设定N。此外，每个发光单元可具有在3V到3.6V范围内的正向电压，但不限于此。因此，某个MJT LED芯片(或MJT LED)的正向电压与包括在对应的MJT LED芯片中的发光单元的数量成正比。由于可根据需要以各种方式设定包括在MJT LED芯片中的发光单元的数量，因此，根据本公开的MJT LED可被构造为根据在背光单元中使用的操作发电机(例如，DC转换器)的规格而具有6V到36V的操作电压，但不限于此。此外，MJT LED芯片的操作电流远小于典型的单个单元LED，并可在例如从20mA到40mA的范围，但不限于此。
此外，术语“MJT LED”指其上安装有根据本公开的MJT LED芯片的发光装置或LED封装件。
此外，术语“MJT LED模块”指如下组件，其中，单个MJT LED和与该MJT LED对应的单个光学构件彼此结合。对应的光学构件可直接放置在MJT LED上，或者可放置在其上安装有MJT LED的印刷电路板上。与光学构件的置换无关，单个MJT LED和与其对应的单个光学构件彼此结合的情况将被称为MJT LED模块。
此外，术语“背光模块”意味着如下照明模块，其中，多个MJT LED设置在印刷电路板上并且与各MJT LED对应地设置光学构件。因此，术语“背光模块”可以意味着复数个MJTLED模块以预定的方式安装在印刷电路板上的照明模块。在一方面，根据本公开的一个示例性实施例的背光模块可为直下式背光模块。然而，应理解的是本公开不限于此。在其他实施例中，根据本公开的背光模块可用作用于面照明(surface lighting)的光源。因此，本领域技术人员将清楚的是，不管组件的名称如何，包括根据本公开的背光模块的主题的任意组件落入本公开的范围内。
使用MJT LED的背光单元的概述。
在给出根据本公开的背光单元的详细描述之前，将描述本公开的一些技术特征。本公开基于MJT LED的特性以解决现有技术中的前述问题。即，为了解决由现有技术中典型的单个单元LED的低电压和高电流操作特性导致的问题，已经基于MJT LED的高电压和低电流操作特性(例如，6V到36V的操作电压和20mA到40mA的操作电流)创造了本公开，并且本公开提供使用此MJT LED的背光模块。如上所述，不同于单个单元的LED，MJT LED可包括任意数量的发光单元并可根据包括在其中的发光单元的数量具有各种正向电压。此外，由于MJTLED包括多个发光单元，因此其可比典型的单个单元LED照明更大的区域，由于MJT LED由单个MJT LED芯片组成，因此可容易地实现光学构件的设计和应用。因此，当使用此MJT LED时，液晶面板中的多个划分区域中的一个划分区域可被一个MJT LED模块(即，一个MJT LED和一个光学构件)覆盖。结果，与典型的单个单元LED相比，背光模块需要的LED的数量减少了。因此，根据本公开，多个MJT LED模块用于构成背光模块，并且背光单元被构造为允许独立地控制构成背光模块的每个MJT LED，从而实现本公开的上述和其他目的。
现在，参照图2至图4，将更详细地描述根据本公开的一个示例性实施例的背光单元1000。
首先，图2是根据本公开的一个示例性实施例的采用MJT LED的背光单元的示意性框图。参照图2，根据本实施例的背光单元1000包括背光控制模块400和背光模块300。
更具体地，根据本公开的背光控制模块400包括：操作发电机410，其基于从外部电源输入的输入电压Vin生成/输出DC电力；以及操作控制器420，控制构成背光模块300的多个MJT LED 100中的每个的操作(开/关控制和调光控制)。操作发电机410通常生成诸如12V、24V、48V等的稳定的DC电压作为操作电力并向构成背光模块300的多个MJT LED 100供应DC电压。在此，供应至操作发电机410的输入电压Vin可为220V或110V的商用交流电压。操作发电机410可具有与图1中示出的典型的操作发电机3的构造基本相同的构造。
根据此公开的背光模块300可包括多个MJT LED 100和与各个MJT LED 100对应并以常规布置(例如，以矩阵布置)设置在印刷电路板(图2未示出)上的光学构件(图2未示出)。在图2示出的实施例中，假定M个MJT LED 100沿纵向方向设置，并且N个MJT LED 100沿横向方向设置以在背光模块300内形成M×N矩阵布置。此外，放置在背光模块的左侧最上部的MJT LED将被称为第1-1个MJT LED(100_11)，放置在背光模块右侧最下部的MJT LED将被称为第M-N个MJT LED(100_MN)。
在此，应注意的是，与图1中示出的现有技术不同，在根据图2的实施例的背光模块300内的MJT LED 100独立连接到操作发电机410和操作控制器420，而不是彼此串联、并联或串联/并联连接。即，在图2中示出的实施例中，每个MJT LED 100的阳极端子独立连接到操作发电机410并且每个MJT LED 100的阴极端子独立连接到操作控制器420。
利用此构造，根据此公开的操作控制器420可独立控制构成背光模块300的多个MJT LED 100中的每个的操作。更具体地，根据此公开的操作控制器420可响应于调光信号(Dim)控制多个MJT LED 100中特定MJT LED的调光电平。
在一个实施例中，根据本公开的操作控制器420包括PWM(脉冲宽度调制)控制器(未示出)，并且可通过针对被供应至MJT LED 100中作为调光控制目标的特定MJT LED的操作电力进行脉冲宽度调制控制来执行调光控制。具体地，不同于图1中示出的现有技术中的典型背光单元，图2中示出的根据本公开的背光单元1000包括多个MJT LED 100，每个MJTLED 100连接至操作发电机410以独立接收操作电力，从而能够以这种脉冲宽度调制的方式来实现调光控制。例如，当需要针对第1-1个MJT LED(100_11)进行调光控制时，操作控制器420响应于调光信号(Dim)以预定的占空比(例如，60％)执行所生成的操作电力的脉冲宽度调制，并将已修改的操作电力供应至第1-1个MJT LED(100_11)以执行第1-1个MJT LED(100_11)的调光控制。此时，未经历脉冲宽度调制并具有100％的占空比的操作电力将被供应至除了第1-1个MJT LED(100_11)之外的其他MJT LED。可选择地，将经历常规占空比(例如，当不提供单独的调光控制时的80％的占空比)的脉冲宽度调制的操作电力提供至除了第1-1个MJT LED(100_11)之外的其余MJT LED。因此，根据本公开的背光单元1000允许仅针对第1-1个MJT LED(100_11)进行局部调光。当然，本领域技术人员将清楚的是，可通过PWM针对多个MJT LED以相同的调光电平和/或对各个MJT LED以不同的调光电平来执行同步调光控制。用于操作电力的PWM控制的PWM控制器是本领域公知的，因此将省略对其的详细描述。
在另一个实施例中，根据本公开的操作控制器420包括：操作电流检测器(未示出)和操作电流控制器(未示出)，并且可以通过控制被供应到MJT LED 100中作为调光控制目标的那个特定MJT LED的操作电流来执行调光控制。具体地，不同于图1示出的典型背光单元，在图2示出的根据本公开的背光单元1000中，复数个MJT LED 100中的每个被独立连接至操作控制器420，从而能够通过控制每个MJT LED的操作电流来实现调光控制。在此，操作控制器420中包括的操作电流检测器和操作电流控制器与每个MJT LED 100一一对应。因此，当背光模块300由如上所述的M×N个MJT LED100组成时，操作控制器420包括M×N个操作电流检测器和M×N个操作电流控制器。例如，当需要针对第M-N个MJT LED(100_MN)进行调光控制时，操作控制器420使用操作电流检测器来检测流过第M-N个MJT LED(100_MN)的操作电流，并响应于调光信号(Dim)而改变流过第M-N个MJT LED(100_MN)的操作电流(例如，改变至最大操作电流的100％)，从而执行针对第M-N个MJT LED(100_MN)的调光控制。在此，由于常规操作电流(预设的标准操作电流，例如，当没有单独的调光控制时，最大操作电流的80％)流过除了第M-N个MJT LED(100_MN)之外的其他MJT LED，因此可仅针对第M-N个MJT LED(100_MN)执行局部调光。本领域技术人员将清楚的是，可通过同步控制针对多个MJT LED的操作电流以相同的调光电平执行多个MJT LED的调光控制，和/或对于各个MJTLED以不同的调光电平执行多个MJT LED调光控制。与图2中示出的实施例不同，在此实施例中，由于不需要向MJT LED 100独立供应操作电力，所以每个MJT LED100的阳极端子可以并联地连接至与操作发电机410相连接的一条操作电源线。操作电流检测器和操作电流控制器是本领域公知的，因此将省略对其的详细描述。
MJT LED和MJT LED模块的概述。
图3是根据本公开的一个示例性实施例的MJT LED模块的示意性剖视图，图4是根据本公开的一个示例性实施例的MJT LED的示意性透视图。现在，将参照图3和图4描述根据本公开的实施例的MJT LED 100和MJT LED模块的详细构造。
参照图3，MJT LED模块包括MJT LED 100和光学构件130。当MJT LED 100安装在印刷电路板110上时，相应的光学构件130安装在印刷电路板110上与MJT LED 100对应的位置处。如上所述，在其他实施例中，光学构件130可直接连接到MJT LED 100。虽然在图3中部分地示出了印刷电路板110，但是多个MJT LED 100和其对应的光学构件130以各种布置(诸如矩阵布置或蜂窝布置)设置在单个印刷电路板110上，以形成上述的背光模块300。
印刷电路板110在其上表面上形成有导电焊盘(land)图案，MJT LED100的端子接合到所述导电焊盘图案。此外，印刷电路板110可以包括位于其上表面上的反射层。印刷电路板110可以是基于具有良好导热性的金属的MCPCB(金属核PCB)。可选择地，印刷电路板110可由诸如FR4的绝缘基底材料形成。虽然未示出，但印刷电路板110可在其下侧设置散热器以散发来自MJT LED 100的热量。
如在图4中清晰地示出的，MJT LED 100可包括：壳体121；MJT LED芯片123，安装在壳体121上；以及波长转换层125，覆盖MJT LED芯片123。MJT LED 100还包括由壳体121支持的引线端子(未示出)。
壳体121形成封装主体并可由塑料树脂(诸如PA、PPA等)的注塑形成。在此情况下，壳体121可通过注塑工艺形成为支持引线端子的状态，并可具有用于安装MJT LED芯片123的腔121a。腔121a限定MJT LED 100的发光面积。
引线端子在壳体121内彼此分离并且延伸至壳体121的外部以接合到印刷电路板110上的焊盘图案。
MJT LED芯片123安装在腔121a的底部上并电连接到引线端子。MJT LED芯片123可为发射UV光或蓝光的氮化镓基MJT LED。下面将参照图5至图18详细描述根据本公开的MJTLED芯片123的详细构造及其制造方法。
波长转换层125覆盖MJT LED芯片123。在一个实施例中，可在MJT LED芯片123被安装在腔121a中之后，通过用包含磷光体的模塑树脂填充腔121a来形成波长转换层125。此时，波长转换层125可填充壳体121的腔121a并具有基本平坦或凸起的上表面。此外，可在波长转换层125上形成具有光学构件的形状的模塑树脂。
在另一个实施例中，可以在壳体121上安装具有通过保形涂覆形成的磷光体涂层的MJT LED芯片123。具体地，可通过保形涂覆在MJT LED芯片123上形成磷光体涂层，可在壳体121上安装具有保形涂层的MJT LED芯片123。可用透明树脂模塑具有保形涂层的MJT LED芯片123。此外，模塑树脂可具有光学构件的形状，因此可作为初级光学构件。
波长转换层125转换从MJT LED芯片123发射的光的波长以提供混合颜色的光，例如，白光。
MJT LED 100被设计为具有镜面对称结构的光束分布，特别地，具有旋转对称结构的光束分布。此时，将MJT LED的指向光束分布的中心的轴定义为光轴L。即，MJT LED 100被设计为具有关于光轴L左右对称的光束分布。通常，壳体121的腔121a可具有镜面对称结构，光轴L可被定义为穿过腔121a的中心的直线。
光学构件130包括光入射面和光出射面，从MJT LED 100发射的光通过光入射面进入光学构件，光通过光出射面以比MJT LED 100的光束分布更宽的光束分布从光学构件出射，从而能够实现从MJT LED 100发射的光的均匀分布。下面将参照图19至图33描述根据本公开的光学构件130。
MJT LED芯片的构造及其制造方法
接下来，将参照图5至图18更详细地描述根据本公开的安装在MJT LED上的MJTLED芯片123的构造及其制造方法。
图5是根据本公开的一个示例性实施例的MJT LED芯片的示意性平面图，图6是沿图5的线B-B截取的MJT LED芯片的示意性剖视图。
参照图5和图6，MJT LED芯片123包括生长基底51、发光单元S1和S2、透明电极层61、电流阻挡层60a、绝缘层60b、绝缘保护层63和互连线65。此外，MJT LED芯片123可包括缓冲层53。
生长基底51可为绝缘或导电基底，并可包括，例如，蓝宝石基底、氮化镓基底、碳化硅(SiC)基底或硅基底。此外，生长基底51可以像在图案化的蓝宝石基底中那样在其上表面上具有凹凸图案(未示出)。
第一发光单元S1和第二发光单元S2在单个生长基底51上彼此相互分开。第一发光单元S1和第二发光单元S2中的每个具有堆叠结构56，所述堆叠结构56包括下半导体层55、放置在下半导体层的区域上的上半导体层59以及置于下半导体层和上半导体层之间的活性层57。在此，上半导体层和下半导体层可分别为n型半导体层和p型半导体层，或反之。
下半导体层55、活性层57和上半导体层59中的每个可由氮化镓基半导体材料，即，(Al,In,Ga)N，形成。基于光(例如，UV光或蓝光)的期望的波长来确定活性层57的组成元素和比率，下半导体层55和上半导体层59由带隙比活性层57的带隙更大的材料形成。
如在图5中示出的，下半导体层55和/或上半导体层59可具有单层结构。可选择地，这些半导体层可具有多层结构。此外，活性层57可具有单量子阱结构或多量子阱结构。
第一发光单元S1和第二发光单元S2中的每个发光单元可具有倾斜的侧表面，所述倾斜的侧表面相对于生长基底51的上表面的倾角可在例如从15°到80°的范围。
活性层57和上半导体层59放置在下半导体层55上。下半导体层55的上表面可完全被活性层57覆盖使得仅暴露其侧表面。
虽然图6中示出了第一发光单元S1和第二发光单元S2的部分，但是第一发光单元S1和第二发光单元S2可具有与如在图5中示出的结构相似或相同的结构。即，第一发光单元S1和第二发光单元S2可具有相同的氮化镓基半导体堆叠结构，并可具有相同结构的倾斜的侧表面。
缓冲层53可置于发光单元S1、S2和生长基底51之间。缓冲层53缓解生长基底51和形成于其上的下半导体层55之间的晶格失配。
透明电极层61放置在发光单元S1、S2中的每个上。即，第一透明电极层61放置在第一发光单元S1上，第二透明电极层61放置在第二发光单元S2上。透明电极层61可放置在上半导体层59上以连接至上半导体层59并可具有比上半导体层59更窄的区域。即，透明电极层61可从上半导体层59的边缘凹入。利用此结构，可防止电流通过发光单元S1、S2的侧表面拥挤在透明电极层61的边缘处。
在另一方面，电流阻挡层60a可放置在发光单元S1、S2中的每个发光单元上。即，电流阻挡层60a放置在透明电极层61和发光单元S1、S2中的每个之间。透明电极层61的一部分放置在电流阻挡层60a上。电流阻挡层60a可放置于靠近发光单元S1、S2中的每个的边缘处，但不限于此。可选择地，电流阻挡层60a可放置在发光单元S1、S2中每个的中心区域。电流阻挡层60a由绝缘材料形成，特别地，可包括具有不同折射率的层彼此交替堆叠的分布式布拉格反射器。
绝缘层60b覆盖第一发光单元S1的侧表面的一部分。如在图5和图6中所示，绝缘层60b可延伸至第一发光单元S1和第二发光单元S2之间的区域。绝缘层60b可具有与电流阻挡层60a相同的结构和相同的材料，并可包括分布式布拉格反射器，但不限于此。绝缘层60b可通过不同的工艺由与电流阻挡层60a不同的材料形成。在此，当绝缘层60b为由堆叠多层形成的分布式布拉格反射器时，可有效地抑制缺陷(诸如绝缘层60b中的针孔)的产生。绝缘层60b可连接至电流阻挡层60a以形成连续层，但不限于此。在其他实施例中，绝缘层60b可与电流阻挡层60a分开。
互连线65将第一发光单元S1电连接至第二发光单元S2。互连线65包括第一连接部65p和第二连接部65n。第一连接部65p电连接至第一发光单元S1上的透明电极层61，第二连接部65n电连接至第二发光单元S2的下半导体层55。第一连接部65p可被放置于靠近第一发光单元S1的一个边缘处，但不限于此。在其他的实施例中，第一连接部65p可放置在第一发光单元S1的中心区域中。
第二连接部65n可接触第二发光单元S2的倾斜的侧表面，特别地，可接触第二发光单元S2的下半导体层55的倾斜的侧表面。另外，如在图5中所示，第二连接部65n可在沿着第二发光单元S2的外周延伸至两侧的同时电接触下半导体层55的倾斜的侧表面。第一发光单元S1通过互连线65的第一连接部65p和第二连接部65n与第二发光单元S2串联连接。
互连线65可以在与透明电极层61重叠的区域上方与透明电极层61接触。在现有技术中，绝缘层的一部分被放置在透明电极层和互连线之间。相反，根据本公开，互连线65可在没有任何绝缘材料置于其间的情况下直接接触透明电极层61。
此外，电流阻挡层60a可放置在互连线65与透明电极层61之间的重叠区域下方，电流阻挡层60a和绝缘层60b可放置在互连线65与第一发光单元S1之间的重叠区域上方。此外，绝缘层60b可在第二发光单元S2和互连线65之间被放置在除了互连线65与第二发光单元S2之间的连接区域之外的其他区域中。
在图5中，互连线65的第一连接部65p和第二连接部65n通过双通道彼此连接。然而，应理解的是，第一连接部和第二连接部可经由单通道彼此连接。
当电流阻挡层60a和绝缘层60b具有类似于分布式布拉格反射器的反射特性时，电流阻挡层60a和绝缘层60b优选放置在与互连线65的区域基本相同的区域中，位于面积小于等于互连线65的面积的两倍的区域内。电流阻挡层60a和绝缘层60b阻挡从活性层57发射的光使其不被吸收到互连线65中。然而，当占用过大的面积时，电流阻挡层60a和绝缘层60b会阻挡光发射到外部。因此，需要对其面积进行限制。
绝缘保护层63可放置在互连线65的区域的外部。绝缘保护层63在互连线65的区域的外部覆盖第一发光单元S1和第二发光单元S2。绝缘保护层63可由氧化硅(SiO2)或氮化硅形成。绝缘保护层63具有开口，通过该开口暴露第一发光单元S1上的透明电极层61和第二发光单元S2的下半导体层，互连线65可放置在开口内。
绝缘保护层63的侧表面和互连线65的侧表面可彼此面对，并且可以彼此接触。可选择地，绝缘保护层63的侧表面和互连线65的侧表面可以在彼此面对的同时彼此分开。
根据本实施例，由于互连线65的第二连接部65n电接触第二发光单元S2的倾斜的侧表面，因此无需暴露第二发光单元S2的下半导体层55的上表面。因此，不需要部分地去除上半导体层59和活性层57，从而增大了MJT LED芯片123的有效发光面积。
此外，电流阻挡层60a和绝缘层60b可由相同的材料形成并可具有相同的结构，因此可由相同的工艺同时形成。此外，由于互连线65放置在绝缘保护层63的开口内，因此可以使用同一个掩模图案来形成绝缘保护层63和互连线65掩模。
虽然在此实施例中示出了包括第一发光单元S1和第二发光单元S2的两个发光单元，但是应理解的是，本公开不限于此。即，更多数量的发光单元可经由互连线65彼此电连接。例如，互连线65可将相邻发光单元的下半导体层55和透明电极层61彼此电连接以形成发光单元的串联阵列。可形成多个这样的阵列并使这些阵列彼此反向并联地连接，以使这些阵列被连接到其的AC电源所操作。此外，桥式整流器(未示出)可连接至发光单元的串联阵列以允许由AC电源操作发光单元。可通过使用互连线65桥接具有与发光单元S1和S2的结构相同的结构的发光单元来形成桥式整流器。
图7至图13是示出根据本公开的一个示例性实施例的制造MJT LED芯片的方法的示意性剖视图。
参照图7，在生长基底51上形成包括下半导体层55、活性层57和上半导体层59的半导体堆叠结构56。此外，可在形成下半导体层55之前在生长基底51上形成缓冲层53。
可由从蓝宝石(Al2O3)、碳化硅(SiC)、氧化锌(ZnO)、硅(Si)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、锂铝(LiAl2O3)、氮化硼(BN)、氮化铝(AlN)和氮化镓(GaN)中选择的材料形成生长基底51，但不限于此。即，可基于将要形成在生长基底51上的半导体层的材料以各种方式选择生长基底51的材料。此外，生长基底51可以像在图案化的蓝宝石基底中那样在其上表面上具有凹凸图案。
形成缓冲层53以缓解生长基底51和形成于其上的下半导体层55之间的晶格失配，并且可以由例如氮化镓(GaN)或氮化铝(AlN)来形成缓冲层53。当生长基底51为导电基底时，优选由绝缘层或半绝缘层来形成缓冲层53。例如，可由AlN或半绝缘GaN形成缓冲层53。
可以由氮化镓基半导体材料(例如，(Al,In,Ga)N)来形成下半导体层55、活性层57和上半导体层59中的每个层。可以通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延、氢化物气相外延(HVPE)等间歇地或连续地形成下半导体层55、上半导体层59和活性层57。
在此，下半导体层和上半导体层可为n型半导体层和p型半导体层，或反之。在氮化镓基化合物半导体层中，可通过掺杂n型杂质(例如，硅(Si))形成n型半导体层，并且可由掺杂p型杂质(例如，镁(Mg))形成p型半导体层。
参照图8，通过光刻和蚀刻工艺来形成彼此分开的多个发光单元S1和S2。发光单元S1、S2中的每个可被形成为具有倾斜的侧表面。在制造MJT LED芯片的典型方法中，执行额外的光刻和蚀刻工艺以部分暴露发光单元S1、S2中每个的下半导体层55的上表面。然而，在此实施例中，省略为了部分暴露下半导体层55的上表面而执行的光刻和蚀刻工艺。
参照图9，形成覆盖第一发光单元S1上的一些区域的电流阻挡层60a和部分覆盖第一发光单元S1的侧表面的绝缘层60b。绝缘层60b可在部分覆盖第二发光单元S2的下半导体层55的侧表面的同时延伸至覆盖第一发光单元S1和第二发光单元S2之间的区域。
可通过沉积绝缘材料层随后由光刻和蚀刻进行图案化来形成电流阻挡层60a和绝缘层60b。可选择地，可通过剥离技术由绝缘材料形成电流阻挡层60a和绝缘层60b。特别地，电流阻挡层60a和绝缘层60b中的每个可以是通过交替堆叠具有不同折射率的层(例如，SiO2层和TiO2层)形成的分布式布拉格反射器。当绝缘层60b为由堆叠多层形成的分布式布拉格反射器时，可有效地抑制在绝缘层60b中产生诸如针孔的缺陷，从而绝缘层60b可形成为比现有技术更小的厚度。
如在图9中所示，电流阻挡层60a和绝缘层60b可彼此连接。然而，应理解的是本公开不限于此。
然后在第一发光单元S1和第二发光单元S2上形成透明电极层61。可由氧化铟锡(ITO)层、诸如氧化锌层的导电氧化层、或诸如Ni/Au的金属层形成透明电极层61。透明电极层61连接至上半导体层59并部分放置在电流阻挡层60a上。可由剥离工艺形成透明电极层61，但不限于此。可选择地，可由光刻和蚀刻工艺形成透明电极层61。
参照图10，形成绝缘保护层63以覆盖第一发光单元S1和第二发光单元S2。绝缘保护层63覆盖透明电极层61和绝缘层60b。此外，绝缘保护层63可覆盖第一发光单元S1和第二发光单元S2的全部区域。可通过化学气相沉积由绝缘材料层(诸如，氧化硅或氮化硅层)形成绝缘保护层63。
参照图11，在绝缘保护层63上形成具有开口的掩模图案70。掩模图案70的开口对应于互连线的区域。之后，通过借助掩模图案70的蚀刻来去除绝缘保护层63的一些区域。因此，在绝缘保护层63上形成开口以在暴露第二发光单元S2的下半导体层55的倾斜的侧表面的同时暴露透明电极层61和绝缘层60b的一些区域。
参照图12，利用保留在绝缘保护层63上的掩模图案70，沉积导电材料以在掩模图案70的开口内形成互连线65。在此，掩模图案70上会沉积一些导电材料65a。可通过电镀、电子束蒸镀、溅射等沉积导电材料。
参照图13，从绝缘保护层63去除掩模图案70和一些导电材料65a。因此，完成使第一发光单元S1和第二发光单元S2彼此电连接的互连线65。
在此，互连线65的第一连接部65p连接至第一发光单元S1的透明电极层61，其第二连接部65n连接至第二发光单元S2的下半导体层55的倾斜的侧表面。互连线65的第一连接部65p可连接至电流阻挡层60a的上部区域内的透明电极层61。互连线65通过绝缘层60b与第一发光单元S1的侧表面分开。
在此实施例中，通过同一道工艺形成电流阻挡层60a和绝缘层60b。因此，可使用同一个掩模图案70形成绝缘保护层63和互连线65，从而即使增加了电流阻挡层60a也可使用相同数量的曝光工艺制造MJT LED芯片。
图14是根据本公开的另一示例性实施例的MJT LED芯片的示意性剖视图。
参照图14，根据此实施例的MJT LED芯片总体上类似于参照图5和图6描述的MJTLED芯片，并且还包括透明导电层62。
生长基底51、发光单元S1和S2、缓冲层53、透明电极层61、电流阻挡层60a、绝缘层60b、绝缘保护层63和互连线65与参照图5和图6描述的发光二极管类似，因此将省略对其的详细描述。
透明导电层62放置在绝缘层60b和互连线65之间。透明导电层62具有比绝缘层60b更窄的宽度，从而防止由透明导电层62导致的上半导体层59和下半导体层55的短路。
另一方面，透明导电层62连接至第一透明电极层61，并可将第一透明电极层61电连接至第二发光单元S2。例如，透明导电层62可在其一端连接至第二发光单元的下半导体层55。此外，当两个或更多个发光单元连接至透明导电层62时，第二透明导电层62可从第二发光单元S2上的第二透明电极层61延伸。
在此实施例中，由于透明导电层62被放置于互连线65和绝缘层60b之间，因此即使在互连线65断开的情况下电流也可流过透明导电层62，从而改善MJT LED芯片的电稳定性。
图15至图18是示出根据本公开的另一示例性实施例的制造MJT LED芯片的方法的示意性剖视图。
参照图15，首先，参照图7和图8所述，在生长基底51上形成半导体堆叠结构56，通过光刻和蚀刻工艺形成彼此分开的多个发光单元S1和S2。之后，参照图9所述，形成覆盖第一发光单元S1上的区域的电流阻挡层60a和部分覆盖第一发光单元S1的侧表面的绝缘层60b。
如参照图9描述的，电流阻挡层60a和绝缘层60b中的每个可以包括通过交替地堆叠具有不同折射率的层(例如，SiO2层和TiO2层)形成的分布式布拉格发射器。当绝缘层60b包括由堆叠多层形成的分布式布拉格反射器时，可有效地抑制在绝缘层60b中形成诸如针孔的缺陷，从而绝缘层60b可形成为比现有技术中更薄的厚度。
然后在第一发光单元S1和第二发光单元S2上形成透明电极层61。如参照图9所述，可由氧化铟锡(ITO)层、诸如氧化锌层的导电氧化层、或诸如Ni/Au的金属层形成透明电极层61。透明电极层61连接至上半导体层59并部分放置在电流阻挡层60a上。可由剥离工艺形成透明电极层61，但不限于此。可选择地，可由光刻和蚀刻工艺形成透明电极层61。
在透明电极层61的形成期间，形成透明导电层62。可使用相同的材料和相同的工艺与透明电极层61一同形成透明导电层62。透明导电层62形成在绝缘层60b上并可连接至透明电极层61。此外，透明导电层62可在其一端电连接至第二发光单元S2的下半导体层55的倾斜的侧表面。
参照图16，形成绝缘保护层63以覆盖第一发光单元S1和第二发光单元S2。绝缘保护层63覆盖透明电极层61、透明导电层62、绝缘层60b。此外，绝缘保护层63可以覆盖第一发光单元S1和第二发光单元S2的全部区域。可通过化学气相沉积，由诸如氧化硅或氮化硅的绝缘材料层形成绝缘保护层63。
参照图17，如参照图11描述的，在绝缘保护层63上形成具有开口的掩模图案70。掩模图案70的开口对应于互连线的区域。之后，通过借助掩模图案70蚀刻来去除绝缘保护层63的一部分。结果，在绝缘保护层63上形成开口以在暴露第二发光单元S2的下半导体层55的倾斜的侧表面的同时暴露透明电极层61和透明导电层62的一些区域。此外，通过开口部分地暴露绝缘层60b。
参照图18，如参照图12描述的，利用保留在绝缘保护层63上的掩模图案70，沉积导电材料以在掩模图案70的开口内形成互连线65。
之后，参照图13，从绝缘保护层63去除掩模图案70和一些导电材料65a。结果，完成使第一发光单元S1和第二发光单元S2彼此电连接的互连线65。
在参照图7至图13描述的实施例中，在绝缘保护层63的蚀刻期间会损坏绝缘层60b。例如，当绝缘保护层63经历使用包含例如氢氟酸的蚀刻剂蚀刻时，包含氧化层的绝缘层60b会被蚀刻剂损坏。在此情况下，绝缘层60b无法使互连线65与第一发光单元S1绝缘，从而导致短路。
然而，在本实施例中，由于透明导电层放置在绝缘层60b上，从而可保护透明导电层62下面的绝缘层60b避免蚀刻损坏。结果，可防止由互连线65导致的短路。
在此实施例中，可以通过同一道工艺形成透明电极层61和透明导电层62。因此，可在增加透明电极层62的同时，使用相同数量的曝光工艺制造MJT LED芯片。
根据第一实施例的光学构件的结构和包括其的MJT LED模块
接下来，参照图3、图4以及图19至图25，将描述根据第一实施例的光学构件和包括其的MJT LED模块的详细结构和功能。
再次参照图3，根据第一实施例的光学构件130可包括下表面131和上表面135，并还可包括凸缘137和支柱139。下表面131包括凹部131a，上表面135包括凹面135a和凸面135b。
下表面131由基本为圆盘形状的平面组成，并具有放置在其中部的凹部131a。下表面131不要求为平坦的表面并可具有各种凹凸图案。
此外，凹部131a的内表面具有包括侧表面133a和上端表面133b的表面133。在此，上端表面133b垂直于中心轴C，并且侧表面133a从上端表面133b延伸至凹部131a的入口。在此，当对准为与MJT LED 100的光轴L一致时，中心轴C被定义为光学构件130的中心轴，其成为从光学构件130出射的光的光束分布(beam distribution)的中心。
凹部131a可具有如下形状，即，该形状的宽度从其入口到其上侧逐渐减小。具体地，侧表面133a从凹部131a的入口到其上端表面133b逐渐靠近中心轴C。利用此结构，上端表面133b的区域可比凹部131a的入口形成得更窄。侧表面133a可在上端表面133b附近具有相对平缓的坡度。
上端表面133b的区域被限定在比凹部131a的入口的区域更窄的区域内。此外，上端表面133b的区域可限定在比由拐点曲线所围绕的区域更窄的区域中，其中，所述拐点曲线是上表面135的凹面135a与上表面135的凸面135b相交处。此外，上端表面133b的区域可被放置在比MJT LED的腔121a(图4)的区域(即，发光区域)更窄的区域内。
即使在MJT LED的光轴L与光学构件130的中心轴C之间错位的情况下，上端表面133b的区域也能减小通过上表面135从光学构件130出射的光的光束分布的变化。因此，可以考虑MJT LED 100与光学构件130之间的错位而使上端表面133b的区域最小化。
此外，光学构件130的上表面135包括凹面135a和参照中心轴C从凹面135a连续地延伸的凸面135b。凹面135a与凸面135b相交的线成为拐点曲线。凹面135a通过以相对大的角度折射光而使从光学构件130的中心轴C附近出射的光分散。此外，凸面135b增大了朝向中心轴C的外部方向出射的光量。
上表面135和凹部131a具有相对于中心轴C对称的结构。例如，上表面135和凹部131a相对于穿过中心轴C的平面具有镜面对称结构并具有相对于中心轴C的旋转主体形状。此外，凹部131a和上表面135可根据期望的光束分布具有各种形状。
在另一方面，凸缘137将上表面135连接至下表面131并限定光学构件的外部尺寸。凸缘137的侧表面和下表面131可形成有凹凸图案。光学构件130的支柱139结合至印刷电路板110以在使下表面131从印刷电路板110分开的同时支撑下表面131。可通过使用粘着剂将每个支柱139的末端接合到印刷电路板110，或通过将每个支柱139放入形成在印刷电路板110中的对应的孔中来执行支柱139与印刷电路板110的结合。
光学构件130与MJT LED 100分开，由此在凹部131a中形成空隙(air gap)。MJTLED 100的壳体121放置在下表面131之下，MJT LED 100的波长转换层125与凹部131a分开以放置在下表面131下方。利用此结构，防止在凹部131a中传播的光由于被壳体121或波长转换层125吸收所导致的损失。
根据此实施例，当在凹部131a内形成相对中心轴C垂直的平面时，即使MJT LED100与光学构件130之间错位，也可减小从光学构件130出射的光的光束分布的变化。此外，由于凹部131a不具有相对尖锐的顶点，因此可以容易地制造光学构件。
图19A、图19B、图19C和图19D示出光学构件的各种修改的剖视图。在此，将描述在图3中示出的凹部131a的各种修改。
在图19A中，图3中描述的垂直于中心轴C的上端表面133b具有形成在该上端表面133b的靠近光轴C的部分处的向下突出的表面。利用此向下突出的表面，光学构件能够实现对进入光学构件的靠近中心轴C的部分的光进行初步控制。
除了图19B的上端表面具有形成在该上端表面的垂直于光学构件的中心轴C的部分处的向上突出的表面之外，图19B的上端表面类似于图19A的上端表面。由于上端表面结合了向上突出的表面和向下突出的表面，因此该光学构件可以减小由MJT LED与光学构件之间的错位导致的光束分布的变化。
图19C的上端表面与图3的上端表面的不同在于：上端表面133b在其靠近光学构件的中心轴C的部分处形成有向上突出的表面。利用此向上突出的表面，该光学构件可以实现对进入光学构件的靠近其中心轴C的部分处的光的进一步分散。
除了上端表面在其垂直于光学构件的中心轴C的部分处具有向下突出的表面之外，图19D的上端表面类似于图19C的上端表面。由于上端表面结合了向上突出的表面和向下突出的表面，因此该光学构件可减小由MJT LED与光学构件之间的错位导致的光束分布的变化。
图20A和图20B示出了说明根据本公开的另一示例性实施例的MJT LED模块的光学构件的剖视图。
参照图20A，上端表面133b可形成有光散射图案133c。光散射图案133c可为凹凸图案。此外，凹面135a也可形成有光散射图案135c。光散射图案135c也可为凹凸图案。
通常，在光学构件的中心轴C附近聚集相对大的光通量。此外，根据本公开的实施例，由于上端表面133b垂直于中心轴C，因此在中心轴C的附近会聚集有更多的光通量。因此，利用具有光散射图案133c的上端表面133b和/或具有光散射图案135c的凹面135a的结构，可以使光学构件的中心轴C附近的光通量分散。
参照图20B，可在上端表面133b上放置折射率与光学构件130的折射率不同的材料层139a。材料层139a的折射率可高于光学构件的折射率，从而使入射在上端表面133b上的光的光路改变。
此外，还可在凹面135a上放置折射率与光学构件130的折射率不同的材料层139b。材料层139b的折射率可高于光学构件的折射率，从而使从凹面135a出射的光的光路改变。
图20A的光散射图案133c、135c和图20B的材料层139a、139b也可应用到图19的各种光学构件。
图21是示出用于模拟的MJT LED模块的尺寸的剖视图。在此，使用与图3和图4的附图标记相同的附图标记(对一些元件的描绘也请参见图3和图4)。
在MJT LED 100中，腔121a具有2.1mm的直径和0.6mm的高度。波长转换层125填充腔121a并具有平坦的表面。MJT LED 100和光学构件130的下表面131之间的距离(d)为0.18mm，MJT LED 100和光学构件130布置为使得MJT LED 100的光轴L与光学构件的中心轴C对准。
光学构件130具有4.7mm的高度(H)，光学构件的下表面具有15mm的宽度(W1)。凹面135a具有4.3mm的宽度(W2)。此外，凹部131a的放置在下表面131上的入口具有2.3mm的宽度(w1)，上端表面133b具有0.5mm的宽度(w2)。凹部131a具有1.8mm的高度(h)。
图22A、图22B和图22C示出了描绘图21的光学构件的形状的曲线图。在此，图22A为示出参考点P、距离R、入射角θ1、出射角θ5的光学构件的剖视图；图22B示出距离R根据入射角θ1的变化；图22C示出θ5/θ1根据入射角θ1的变化。图23示出以3°的间隔从参考点P进入光学构件130的光束的传播方向。
参照图22A，参考点P指示了MJT LED 100的放置于光轴L上的光出射点。适当地，将参考点P设定为被放置在波长转换层125的外表面上以排除外部因素，诸如被MJT LED 100中的磷光体散射的光等。
θ1指示从参考点P进入光学构件130的光的入射角，θ5指示通过光学构件130的上表面135从光学构件130出射的光的出射角。R指示从参考点P到凹部131a的内表面的距离。
参照图22B，由于凹部131a的上端表面133b垂直于中心轴C，R随着θ1的增大而略微增大。图22B中的放大曲线图示出R的增长曲线。在凹部131a的侧表面133a上，R随着θ1的增大而减小，并在凹部131a的入口附近略微增大。
参照图22C，随着θ1增大，θ5/θ1在凹面135a附近迅速增大，并在凸面135b附近相对缓慢地减小。在此实施例中，如图23中所示，通过光学构件的凹面135a从光学构件出射的光通量可以与通过光学构件的凸面135b从光学构件出射的光通量重叠。即，在从参考点P进入光学构件的光束中，在拐点曲线附近通过凹面135a射出光学构件的光可以比通过凸面135b射出光学构件的光具有更大的折射角。因此，可通过将凹部131a的上端表面133b形成为具有平面形状并调节凹面135a和凸面135b的形状来减小光通量在中心轴C附近的集中。
图24A和图24B示出了描绘照度分布的曲线图，其中，图24A为描绘MJT LED的照度分布的曲线图，图24B为示出使用光学构件的MJT LED模块的照度分布的曲线图。照度分布被表示为进入与参考点分开25mm距离的屏幕的光的光通量密度的大小。
如图24A中所示，MJT LED 100提供相对于光轴(L)的左右对称光照分布，并具有在其中心非常高并朝向其外围迅速降低的光通量密度。当光学构件130被应用到MJT LED 100时，如图24B所示，MJT LED 100在40mm的半径内可提供基本均匀的光通量密度。
图25A和图25B示出了描绘光束分布的曲线图，其中，图25A描绘了MJT LED的光束分布的曲线图；图25B是描绘使用光学构件的MJT LED模块的光束分布的曲线图。光束分布示出在与参考点P分开5m的距离处根据光束角(beam angle)的光强，并且在一个曲线图中彼此重叠地示出了在正交方向上的光束分布。
如图25A所示，从MJT LED 100发射的光强在光束角为0°(即，在MJT LED100的中心)处很高，并随着光束角的增大逐渐减小。当光学构件应用到MJT LED 100时，如图25B所示，从MJT LED 100发射的光的强度在0°的光束角处相对低，在70°的光束角附近相对高。
因此，当光学构件130应用到MJT LED 100时，通过改变在其中心处具有高光强的MJT LED的光束分布，可实现相对大区域的均匀背光。
根据第二实施例的光学构件的结构和包括其的MJT LED模块
接下来，参照图26至图33，将描述根据第二实施例的光学构件和包括其的MJT LED模块的详细结构和功能。
图26是根据本公开的一个示例性实施例的MJT LED模块的剖视图而图27A、图27B和图27C是沿图26的线a-a、b-b和c-c截取的MJT LED模块的剖视图。在此，线a-a对应于光学构件的下表面上的线，线c-c对应于光学构件的上表面上的线，线b-b对应于在线a-a和线c-c之间的分散透镜的高度的中间处的切割线。此外，图28是在图26中示出的MJT LED模块的光学构件的详细视图，图29示出了使用图28的光学构件的MJT LED模块的光束角度分布(light beam angle distribution)。
参照图26，MJT LED模块包括MJT LED 100和设置于MJT LED 100上并由树脂或玻璃材料形成的光学构件230。虽然在此实施例中部分地示出印刷电路板110以示出单个MJTLED模块，但是多个MJT LED模块规则地布置在单个印刷电路板110上以形成如上所述的背光模块300。
首先，MJT LED 100和印刷电路板110与以上参照图3和图4描述的第一实施例相同，将省略对其的详细描述。因此，在下文中将主要描述根据第二实施例的光学构件230。
参照图26，光学构件230包括下表面231和在下表面231的相反侧的光出射面235，并且还可以包括支柱239。下表面231包括凹入的光入射部231a。光出射面235通常由向上突出的圆形面组成，并包括形成在其上部中心处的平坦表面235a。平坦表面235a对应于光学构件的凹部(诸如在第一实施例中示出的光学构件的面貌)放置，并且即使在光出射面的上部中心处没有凹部的情况下，根据本实施例的光学构件230也能够通过在下文中详细描述的光入射部231a的结构使光轴附近的光分散。光入射部231a具有基本钟形的横截面。即，光入射部231a具有从其邻近于MJT LED 100的下入口向其顶部(upper apex)逐渐收敛的形状。
参照图27A，光学构件230的下表面231具有圆形形状。此外，光入射部231a具有放置在下表面231的中心处的下部，光入射部231a的下部具有圆形形状。光入射部231a从下入口到紧邻其顶部之前保持圆形形状，并具有沿向上的方向逐渐减小的直径。参照图27C，光学构件230的上平坦表面235a也具有圆形形状。
顺序参照图27A、图27B和图27C，光学构件230包括具有圆形形状的下表面231，并具有沿向上方向逐渐减小的直径。光学构件230在其侧表面的上部处的圆形外周的直径的变化可以比在其侧表面的下部处的圆形外周的直径的变化更大。光入射部231a的圆形形状具有逐渐减小的直径。
参照图28，示出了与光学构件230的中心轴对应的光轴L。为了使用光学构件230获得均匀的光分布，必须在与光轴L的夹角大于等于60°处具有光强峰值。为了获得这样的光学特性，在与光轴L夹角小于等于50°处获得光的有效分散是重要的。图28示出了在相对于光轴L成50°或更小的角度处的参考线(r)。
为了在与光轴L夹角小于等于50°处获得光的有效分散，在光轴L和参考线(r)之间的范围内，即，在与光轴L的夹角小于等于50°处，从光轴L上的特定点(p)到光入射部231a的顶点的最短距离'b'大于从点(p)到光入射部231a的侧表面的最短距离'a'。如上所述，当b>a时，光入射部231a能够促使在与光轴L夹角小于等于50°内传播的光分散得宽至与光轴L夹角大于等于60°。相反，当b<a时，光入射部231a无法促使在与光轴L夹角小于等于50°内传播的光分散得宽。如此，需要在现有技术的光出射面的上部中心处形成用于使光分散得宽的单独的凹部。换言之，根据本公开的光学构件230采用在与光轴L夹角小于等于50°内满足b>a条件的曲线结构的光入射部231a，因此能够省略在光出射面的上部中心处的凹部。
在此，光入射部231a优选地具有比光入射部231a的下入口的半径R更大的高度。更具体地，光入射部231a的高度H是其半径R的1.5倍或者更大。此外，光入射部231a的下部与折射率低于树脂或玻璃材料的空气相邻接，光出射面的上部也与折射率低于树脂或玻璃材料的空气相邻接。
图29示出使用图28的光学构件的MJT LED模块的光束角分布。参照图29，可以看出光强峰值形成在与光轴L的夹角为大约72°处，并且光宽广地分布。从图29的结果，可以看出：即使在光出射面的上部中心处没有凹部的情况下，根据本公开的光学构件230通过在与光轴L的夹角小于等于50°处满足b>a条件的曲线结构的光入射部231a，也能够将光均匀地分散在与光轴L的夹角小于等于60°处，从而获得光的均匀分布。
图30是根据本公开的另一示例性实施例的光学构件的剖视图。如在图30中清晰地示出的，根据此实施例的光学构件230与图28中示出的光学构件具有相同的曲线结构的光入射部231a。因此，根据此实施例的光学构件的光入射部231a在与光轴L夹角小于等于50°处满足b>a的条件。在此，不同于根据上面的实施例的具有形成在光出射面的上部中心处的平坦表面的光学构件，根据此实施例的光学构件230在光出射面的上部中心处具有凸出的圆形表面235b。
图31清晰地示出使用图30的光学构件的MJT LED模块的光束角度分布曲线。参照图31，可以看出光强峰值形成在与光轴L的夹角为大约72°处并且光宽广地分布。此外，图31的光束角度分布与图29的光束角度分布没有明显的不同。因此，可以看出，当光入射部231a在与光轴L的夹角小于等于50°处满足b>a的条件时，无论光出射面在其上部中心处具有平坦的表面还是凸出的表面，光束角度分布均没有明显的不同。
图32A和图32B示出根据比较示例1的光学构件及其光束角度分布曲线。
在图32A的光学构件中，在与光轴L的夹角小于等于50°处，光轴上的特定点到光入射部的顶点的最短距离'b'大于从同一点到光入射部的侧表面的最短距离'a'，光出射面具有形成在其上部中心处的凹部。在示出在这些条件下的光束角度分布曲线的图32B中，可以看出上述实施例和此比较示例之间在光束角度分布上没有本质的区别。此结果意味着，在b>a的条件下，形成在光出射面的上部中心处的凹部在改变光束角度分布方面基本没有提供作用。
图33A和图33B示出根据比较示例2的光学构件及其光束角度分布。
在图33A的光学构件中，在与光轴夹角小于等于50°处，从光轴上的特定点到光入射部的顶点的最短距离'b'小于从同一点到光入射部的侧表面的最短距离'a'，光出射面具有形成在其上部中心处的凹部。在示出在这些条件下的光束角度分布曲线的图33B中，可以看出比较示例2的光束角度分布和上述实施例的光束角度分布之间没有本质的区别。此结果意味着，在b<a的条件下，形成在光出射面的上部中心处的凹部促使了在与光轴L的夹角小于等于50°处的光分散得宽。
虽然已经结合附图参照一些实施例示出了本公开，但是应理解的是在不脱离本公开的精神和范围的情况下，某个实施例的一些特征也可应用到其他实施例。此外，应理解的是仅以说明的方式提供这些实施例，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出各种修改和改变。

Claims (16)

1.一种背光单元，所述背光单元包括：
背光模块，所述背光模块包括：
印刷电路板；
多结技术发光二极管，设置在印刷电路板上，每个多结技术发光二极管包括彼此串联连接的至少两个发光单元；以及
多个发光构件，设置在多结技术发光二极管上或印刷电路板上以与多结技术发光二极管对应；以及
背光控制模块，所述背光控制模块包括：
操作发电机，被构造为将操作电压提供至在背光模块内的多结技术发光二极管；以及操作控制器，被构造为执行多结技术发光二极管的调光控制，
其中，所述多个发光构件中的每个发光构件包括具有凹部的下表面以及包括位于发光构件的中心轴上的凹面的上表面，
其中，下表面的凹部包括：凹面，位于中心轴上；以及向下突出的表面，围绕凹部的凹面，使得下表面的凹部具有向上突出的表面和向下突出的表面。
2.根据权利要求1所述的背光单元，其中，操作控制器被构造为独立控制每个多结技术发光二极管的操作。
3.根据权利要求1所述的背光单元，其中，操作发电机连接至多结技术发光二极管的阳极端子，操作控制器连接至多结技术发光二极管的阴极端子。
4.根据权利要求3所述的背光单元，其中，每个多结技术发光二极管的阳极端子连接至操作发电机，每个多结技术发光二极管的阴极端子连接至操作控制器。
5.根据权利要求3所述的背光单元，其中，多结技术发光二极管的每个发光单元被构造为在2.5V至4V的操作电压下操作，每个多结技术发光二极管被构造为在6V到36V的操作电压下操作。
6.根据权利要求5所述的背光单元，其中，每个多结技术发光二极管的操作电流为20mA至40mA。
7.根据权利要求1所述的背光单元，其中，每个光学构件包括光入射面和光出射面，其中，从对应的多结技术发光二极管发射的光通过光入射面进入光学构件，光通过光出射面以比对应的多结技术发光二极管的光束角更宽的光束角从光学构件出射。
8.根据权利要求7所述的背光单元，其中，每个多结技术发光二极管包括：
第一发光单元和第二发光单元，在生长基底上彼此分开，第二发光单元具有倾斜的侧表面；
第一透明电极层，放置在第一发光单元上并电连接至第一发光单元；
电流阻挡层，放置在第一发光单元和第一透明电极层之间并使第一透明电极层的一部分与第一发光单元分开；
互连线，将第一发光单元电连接至第二发光单元，互连线包括用于电连接至第一发光单元的第一连接部和用于电连接至第二发光单元的第二连接部；以及
绝缘层，将第一发光单元的侧表面与互连线分开；
其中，第一连接部在电流阻挡层的上部区域内接触第一透明电极层；以及
其中，第二连接部接触第二发光单元的倾斜的侧表面。
9.根据权利要求1所述的背光单元，其中，操作控制器被构造为响应于背光控制模块的调光信号通过执行脉冲宽度调制控制来执行多结技术发光二极管的调光控制。
10.根据权利要求1所述的背光单元，其中，每个多结技术发光二极管包括第一发光单元至第N发光单元，其中，N为大于等于2的自然数，第M发光单元以与第一发光单元和第二发光单元之间的连接结构相同的结构电连接至第(M-1)发光单元，其中，M为小于等于N的自然数。
11.一种显示装置，所述显示装置包括：
液晶面板；以及
背光单元，所述背光单元包括：
背光模块，设置在液晶面板下面，所述背光模块包括：
印刷电路板；
多结技术发光二极管，设置在印刷电路板上，每个多结技术发光二极管包括彼此串联连接的至少两个发光单元；以及
多个发光构件，设置在多结技术发光二极管上或印刷电路板上以与多结技术发光二极管对应；以及
背光控制模块，所述背光控制模块包括：
操作发电机，被构造为将操作电压提供至在背光模块内的多结技术发光二极管；以及操作控制器，被构造为执行多结技术发光二极管的调光控制，
其中，所述多个发光构件中的每个发光构件包括具有凹部的下表面以及包括位于光学构件的中心轴上的凹面的上表面，
其中，下表面的凹部包括：凹面，位于中心轴上；以及向下突出的表面，围绕凹部的凹面，使得下表面的凹部具有向上突出的表面和向下突出的表面。
12.根据权利要求11所述的显示装置，其中，操作发电机连接至多结技术发光二极管的阳极端子，操作控制器连接至多结技术发光二极管的阴极端子。
13.根据权利要求11所述的显示装置，其中，操作控制器被构造为独立控制每个多结技术发光二极管的操作。
14.根据权利要求13所述的显示装置，其中，多结技术发光二极管的每个发光单元被构造为在2.5V至4V的操作电压下操作，每个多结技术发光二极管被构造为在6V至36V的操作电压下操作。
15.根据权利要求11所述的显示装置，其中，每个光学构件包括光入射面和光出射面，其中，从对应的多结技术发光二极管发射的光通过光入射面进入光学构件，光通过光出射面以比对应的多结技术发光二极管的光束角更宽的光束角从光学构件出射。
16.根据权利要求15所述的显示装置，其中，每个多结技术发光二极管包括：
第一发光单元和第二发光单元，在生长基底上彼此分开，第二发光单元具有倾斜的侧表面；
第一透明电极层，放置在第一发光单元上并电连接至第一发光单元；
电流阻挡层，放置在第一发光单元和第一透明电极层之间并使第一透明电极层的一部分与第一发光单元分开；
互连线，将第一发光单元电连接至第二发光单元，互连线包括用于电连接至第一发光单元的第一连接部和用于电连接至第二发光单元的第二连接部；以及
绝缘层，将第一发光单元的侧表面与互连线分开；
其中，第一连接部在电流阻挡层的上部区域内接触第一透明电极层；以及
其中，第二连接部接触第二发光单元的倾斜的侧表面。
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