CN113345994B - 发光半导体封装结构和其封装单元及显示模组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发光半导体封装结构和其封装单元及显示模组，发光半导体封装结构通过第一反射层和第二反射层将发光元件的光大部分汇聚于第一导光体，并从第一导光体的厚度方向发射出来，然后通过第二导光体对光线进行发散，保证光线从侧面均匀出光的同时还扩大出光角度。本发明的光半导体封装单元，在发光半导体封装结构的基础上设置反射罩和反射绝缘层，进一步均匀顶部和侧部发光，同时还能避免顶部形成暗区。本发明的显示模组，扩散片可以紧挨顶部出光面上，混光距离趋于0，大大降低了显示模组的厚度，并且以半导体封装单元为单位进行调光，避免串光，提高对比度。

Description

发光半导体封装结构和其封装单元及显示模组

技术领域

本发明涉及发光半导体技术领域，特别是涉及一种发光半导体封装结构其封装单元及显示模组。

背景技术

随着小间距LED技术的发展，越来越多的背光模组中运用了Mini LED芯片，由于Mini LED尺寸特别小，采用直下式背光架构，可以较密集的平铺在灯板上面。在显示画质方面，平铺在LCD屏幕后面的Mini LED通过Local Dimming可以实现成千上万的分区控制，控光能力更加精细，且可以实现高达1000甚至1400nit的峰值亮度，对比度可以达到1000000：1，让显示效果更接近于自然。

虽然Mini LED尺寸小，混光距离相对于普通LED来说小，但是Mini LED芯片发光特点还是顶部发光多，侧面发光少，仍需要5-10mm的混光距离（optical distance，OD），显然发光不均匀的Mini LED芯片会增加显示模组厚度，无法进一步减薄显示产品。目前有直接遮挡芯片顶部出光，使顶部发光减少，但此方案会造成芯片顶部产生发光暗区。

鉴于此，亟需提供一种新的发光半导体封装结构和其封装单元及显示模组以解决以上缺陷。

发明内容

基于此，本发明提供一种发光半导体封装结构和其封装单元及显示模组，以达到将发光半导体封装结构的顶部出光均匀分散至侧部，并使得顶部和侧部接近均匀出光，且能提升整体的出光角度。

本发明提供了一种发光半导体封装结构，包括：

发光元件，包括顶部出光面、与所述顶部出光面相对设置的底面以及连接所述顶部出光面和所述底面之间的若干侧部出光面，所述底面设有电极对；

第一反射层，覆设于若干所述侧部出光面，包括围设一周的侧壁以及设于侧壁两端的顶壁和底壁，所述顶壁与所述顶部出光面齐平；

导光元件，以露出所述底面和所述底壁的方式覆设所述第一反射层和所述发光元件；

第二反射层，叠设于所述导光元件背离所述顶部出光面一侧，所述顶部出光面在叠设方向的正投影落于所述第二反射层内；

所述导光元件包括夹设于所述顶部出光面和所述第二反射层之间的第一导光体以及与所述第一导光体连接且围设于所述侧壁的第二导光体，所述第二导光体包括朝向背离所述侧壁凸起的弧形面，所述弧形面在垂直叠设方向的正投影正好覆盖所述第一导光体和所述第一反射层。

优选的，所述第一导光体包括相对设置且平整的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述顶部出光面和所述顶壁相抵，所述第二表面与所述第二反射层相抵且所述第二表面与所述弧形面连接。

优选的，所述侧壁远离所述侧部出光面的外侧在叠设方向的投影与所述第二反射层的周缘重合。

优选的，所述第二反射层的面积与所述顶部出光面的面积比为(1.2-1.4):1。

优选的，所述第二导光体包括与所述第一导光体相对设置的底部，所述底部、所述底壁以及所述底面三者齐平，所述底部、所述底壁以及所述底面三者面积之和为所述底面面积的2-2.5倍。

优选的，所述导光元件采用透明树脂制备或所述导光元件采用透明树脂和荧光粉混合制备。

优选的，所述第二反射层、所述导光元件、所述发光元件以及所述第一反射层四者均为轴对称结构且四者的对称轴重合；

和/或，所述第一反射层和所述第二反射层的光反射率为90%-95%。

本发明还提供了一种发光半导体封装单元，包括：

基板，具有相对设置的第三表面和第四表面，所述基板的第三表面设有一层反射绝缘层；

发光半导体封装结构，所述基板的第三表面至少设有一个如以上所述发光半导体封装结构；

以及反射罩，围设于至少一个所述发光半导体封装结构周围。

优选的，所述发光半导体封装结构在平行所述基板的第三表面方向的投影落于所述反射罩内。

本发明还提供了一种直下式背光显示模组，当所述发光半导体封装单元中的导光元件为透明树脂和荧光粉混合时，所述发光半导体封装单元包括：至少一个如以上所述的发光半导体封装单元、依次叠设于所述发光半导体封装单元远离所述基板一侧的扩散片以及增光片，所述扩散片与所述发光半导体封装单元中的反射罩抵接；

当所述发光半导体封装单元中的导光元件为透明树脂时，所述发光半导体封装单元包括：至少一个如以上所述的发光半导体封装单元、依次叠设于所述发光半导体封装单元远离所述基板一侧的扩散片、QD膜片以及增光片，所述扩散片与所述发光半导体封装单元中的反射罩抵接。

本发明提供了一种发光半导体封装结构和其封装单元及显示模组，发光半导体封装结构通过第一反射层和第二反射层将发光元件的光大部分汇聚于第一导光体，并从第一导光体的厚度方向发射出来，然后通过第二导光体对光线进行发散，保证光线从侧面均匀出光的同时还扩大出光角度。本发明的光半导体封装单元，在发光半导体封装结构的基础上设置反射罩和反射绝缘层，进一步均匀顶部和侧部发光，同时还能避免顶部形成暗区。本发明的显示模组，扩散片可以紧挨顶部出光面上，混光距离趋于0，大大降低了显示模组的厚度，并且以半导体封装单元为单位进行调光，避免串光，提高对比度。

附图说明

图1为本发明实施例的发光半导体封装结构在垂直顶部出光面方向的截面第一结构示意图；

图2为图1所示发光半导体封装结构的第二结构示意图；

图3为图1所示发光半导体封装结构中导光元件在垂直顶部出光面方向的截面结构示意图；

图4为图1所示发光半导体封装结构俯视结构示意图；

图5为本发明实施例的发光半导体封装单元的结构示意图；

图6为本发明实施例的直下式背光显示模组的结构示意图。

附图中各标号的含义为：

100-发光半导体封装结构；11-发光元件；111-顶部发光面；112-底面；113-侧部发光面；12-第一反射层；121-顶壁；122-侧壁；123-底壁；13-导光元件；131-第一导光体；b-第一表面；c-第二表面；132-第二导光体；a-弧形面；d-底部；14-第二反射层；X-叠设方向；200-发光半导体封装单元；21-基板；22-反射罩；23-反射绝缘层；300-直下式背光显示模组；31-扩散片；32-QD膜片；33-增光片。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1-图4所示，为本发明实施例提供的一种发光半导体封装结构100。发光半导体封装结构100包括发光元件11、第一反射层12、导光元件13、以及第二反射层14。

本发明实施例的发光半导体封装结构100适用于各种类型和多种尺寸的发光元件，实际应用中，发光元件11可以包括正装LED芯片、倒装LED芯片、垂直LED芯片，又或者发光芯片11还可以包括普通尺寸芯片，MiniLED芯片（几百微米级别）以及MicroLED芯片（几微米级别），本发明是针对直下式背光显示模组内的发光结构进行改进，全文发光元件11主要为倒装LED蓝光芯片结构进行具体说明，可以理解的是，发光元件11尺寸以及种类根据实际应用需求进行选择。常规发光元件包括顶部出光面以及四个侧部出光面，且顶部出光面为正方形，顶部出光面的出光率约50%-60%，四个侧部出光面的出光率约40%-50%，顶部出光率大于每个侧面出光率，因此常规封装后的发光元件顶部较亮。

本发明实施例的发光元件11包括顶部出光面111、与顶部出光面111相对设置的底面112以及连接顶部出光面111和底面112之间的多干侧部出光面113（本实施例中设有4个侧部出光面113），底面112设有电极对。发光元件11的所有侧部出光面13均覆设于第一反射层12，本发明实施例中的第一反射层12为方形框体，且包括与顶部出光面111齐平的顶壁121、与底面112齐平的底壁123以及连接顶壁121和底壁123之间的侧壁122，侧壁122与侧部出光面113抵接。导光元件13则以露出底面112和底壁123的方式覆设第一反射层12和发光元件11，即导光元件13要包覆顶壁121、顶部出光面111以及侧壁122的外侧。导光元件13包括连接成一体的第一导光体131和第二导光体132，第一导光体131覆设于顶部出光面111以及顶壁121，第二导光体132覆设于第一导光体131的侧面（厚度方向）以及侧壁122，第二导光体132包括朝向背离第一反射层12外壁凸起的弧形面a，弧形面a在垂直叠设方向的正投影正好覆盖第一导光体131的侧面和第一反射层12的侧壁122，以使得弧形面a正对第一导光体131的侧面和第一反射层12的侧壁122。第二反射层14叠设于第一导光体13背离顶部出光面111一侧，顶部出光面111的面积小于第二反射层14，且顶部出光面111在叠设方向的正投影落于第二反射层14内，即第二反射层14能伸出顶部出光面111，通过伸出顶部出光面111的第二反射层14部分能够避免部分光线直接从顶部出射，将部分光线分散从侧部出射。第一导光体131沿叠设方向的投影与第二反射层14重合，使得第一导光体131面积与第二反射层14大小相同。

可选的，第一反射层12和第二反射层14均为白墙层，主要用于光反射；导光元件13可以为透明树脂层，主要起到导光和分散作用，第一导光体131将反射后的光汇集后从第一导光体131的厚度方向导出，然后通过第二导光体132的弧形面a均匀分散光线，同时还能扩大出光角度；导光元件13还可以为透明树脂内分布有分散的荧光粉的荧光胶层，在透明树脂层的基础上还可以将发光元件11发射的蓝光转换为白光。

本发明实施例的发光半导体封装结构100，发光元件11侧部出光面113围合第一反射层12，顶部出光面111上设置第二反射层14，顶部出光面111和第二反射层14之间夹设导光元件13，通过第一反射层12和第二反射层14将发光元件11发射的光汇聚于第一导光体131，且通过第一导光体131的厚度方向发射出来，并通过伸出的第二反射层14部分将其中的部分光线进一步分散从侧部出射，最后通过第二导光体132对出射的光线进行发散，扩大出光角度，均匀顶部和侧部出光，尽可能保证顶部和侧部出光面达到一致。

在一个可选的实施方式中，导光元件13形状近似为底部中央具有背腔的凸透镜，且对应空腔的顶部被切削为平面的结构。其中第一导光体131即为背腔和切削后的中间部分，为薄薄的一层，包括相对设置的第一表面b和第二表面c，且第一表面b和第二表面c均为平整的表面，第一表面b（相当于背腔的内部顶面）与顶部出光面111抵接，第二表面c（相当于切削后的平面）则与第二反射层14相抵接，且第二表面c与弧形面a连接。

在一个可选的实施方式中，发光元件11、第一反射层12、导光元件13以及第二反射层14四者均为轴对称结构且四者的对称轴重合，第二反射层14和第一导光体131均匀覆设于发光元件11的顶部出光面111；进一步的，由于顶部出光面111为方形，则在叠设方向X看，第一导光体131和第二反射层14均为方形，以使得第二反射层14和第一导光体131相对于四个侧部出光面113伸出来的长度相同，进而保证从四个侧部出光面113出射的光更加均匀。相应的，第一反射层12为围设于发光元件11四个侧部出光面113的方形框体。第一反射层12的方形框体包括围设一周的侧壁122、侧壁122靠近顶部出光面111一侧的顶壁122以及侧壁122靠近底面112一侧的底壁123，侧壁122的内侧与侧部出光面113贴设，侧壁122的外侧与第二导光体132贴设，顶壁122与侧部出光面113齐平，底壁123与底面112齐平，且侧壁122远离所述侧部出光面113的外侧在叠设方向的投影与第二反射层14的周缘重合，使得侧壁122的外侧与第二反射层14的周缘齐平。

在一个可选的实施方式中，第二导光体132包括底部d，底部d为圆形，且圆形中央具有方形挖空的背腔，用于容纳发光元件11，底部d、底壁123以及底面112三者齐平，且三者面积之和为底面112面积的2-2.5倍。

在一个可选的实施方式中，第二反射层14的面积与顶部出光面111的面积比为(1.2-1.4):1。第二反射层14和第一导光体131的第二表面c面积相同，若第二反射层14的面积相对于顶部出光面111的面积太小，则第二反射层14从侧部出光面113伸出的长度就比较小，导致从第一导光体131侧面（厚度方向）分散到侧部的光线过少，因为一部分光线还是直接从顶部出射；若第二反射层14的面积相对于顶部出光面111的面积太大，则第二反射层14从侧部出光面113伸出的长度就比较大，若将封装后的该发光元件11叠加各种反射结构（例如围坝），易造成发光元件11与反射结构之间的距离过大或者发光元件11之间的距离过大，导致反射结构以及相邻发光元件11之间的无法起到反射作用。因此，将第二反射层14和顶部出光面111的面积比限定在以上范围内，可以保证顶部出光面111和四个侧部出光面113有效出光且出光均匀。

在一个可选的实施方式中，第一反射层12和第二反射层14均为白墙层，通过控制白墙层的各原料组分配比，最后制得白墙层的光反射率在90%-95%范围内，将第一反射层12和第二反射层14的光反射率同时控制在以上范围内，不仅可以保证发光元件11封装后，顶部和四个侧部正对侧面均还有部分透光，并且封装好的发光元件11顶部出光面111和四个侧部出光面113的出光均匀，且避免发光元件11的顶部出光面111出现暗区。

在一个可选的实施方式中，本发明实施例的发光元件11为Mini LED芯片，尺寸在几百微米，对应的，第一导光元件131的厚度应该限定在0.2-0.25mm范围内，第二反射层14的厚度应该限定在0.15-0.2mm范围内，第一导光元件131和第二反射层14的厚度要尽可能的薄，可以保证光线从第一导光元件131厚度方向出射角度更大。

如图5所示，本发明实施例还提供了一种发光半导体封装单元200的结构示意图，该发光半导体封装单元200包括基板21、至少一个发光半导体封装结构100以及反射罩22。其中，基板21包括相对设置且平整的第三表面和第四表面，选择其中一个表面（例如第三表面），将至少一个发光半导体封装结构100的电极焊接于第三表面上，且第三表面上除了焊接点，其余面积均采用反射绝缘层23（优选白油层）覆盖，并且所有的发光半导体封装结构100均被反射罩22围合起来，通过白油层、反射罩22以及相邻发光半导体封装结构100中的第一反射层12共同反射作用，以将从发光半导体封装结构100的侧面出射至反射罩22的光线以及伸出的第二反射层14反射至基板21的光线均匀反射出去，进而使发光半导体封装单元200整体顶部和侧面出光均匀，且单个发光半导体封装结构100的顶部出光面111也不会存在暗区。优选的，发光半导体封装结构100在平行基板21的第三表面方向的投影落于反射罩22内，以使得反射罩22在基板21上的高度略高于发光半导体封装结构100，进而保证反射罩22能够尽可能多的反射发光半导体封装结构100侧面出射的光线。优选的，反射罩22可以设为外部为正方形，内部为中空腔体，中空腔体的内壁围设一周，形成弧形反射面，该弧形反射面朝向背离发光半导体封装结构100一侧凸出，中空腔体里面可以容设一个或多个发光半导体封装结构100，例如可以容设四个、九个等排列为正方形的发光半导体封装结构100。

本发明实施例的发光半导体封装单元200，通过在基板21上集成一个或多个前文记载的发光半导体封装结构100，并将这些一个或多个发光半导体封装结构100用反射罩22围合起来，并将反射罩22在基板21上的高度设为略高于发光半导体封装结构100，配合底部的反射绝缘层23（常为白油），即可以将单个发光半导体封装结构100从导光元件13顶部出射的光线反射后进一步分散均匀，最后实现顶部出光面111和各侧部出光面113发光均匀，且避免在顶部出光面111上形成暗区。

请参阅图6，本发明实施例还提供了直下式背光显示模组300的结构示意图，当发光半导体封装单元200内的发光半导体封装结构100中导光元件13由透明树脂制备时，该直下式背光显示模组300包括前文记载的至少一个发光半导体封装单元200、依次叠设于发光半导体封装单元200远离基板21一侧的扩散片31、QD膜片32以及增光片33。一般来说，该直下式背光显示模组300包括多个发光半导体封装单元200，且该多个发光半导体封装单元200共用相同的扩散片31、QD膜片32以及增光片33，扩散片31与多个发光半导体封装单元中的反射罩22抵接。各发光半导体封装单元200通过同一驱动调控明暗，并且由于发光半导体封装单元200设置了反射罩22，相邻发光半导体封装单元200之间也不会产生串扰，因此，在以该发光半导体封装单元200分区调控明暗时，对比度会更大。

可选的，当发光半导体封装单元200内的发光半导体封装结构100中导光元件13由透明树脂和荧光粉混合制备时，直下式背光显示模组300还可以包括：至少一个如前文记载的发光半导体封装单元200、依次叠设于发光半导体封装单元200远离基板21一侧的扩散片以及增光片，扩散片与发光半导体封装单元200中的反射罩22抵接。通过在导光元件13里面添加荧光粉，让荧光粉均匀分散于透明树脂中，可以使发蓝光的发光元件激发荧光粉后发白光，因此，可以去掉图6中的QD膜片，最后形成的直下式背光显示模组300中不含有QD膜片，适用于车规级芯片要求。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种发光半导体封装结构，其特征在于，包括：

发光元件，包括顶部出光面、与所述顶部出光面相对设置的底面以及连接所述顶部出光面和所述底面之间的若干侧部出光面，所述底面设有电极对；

第一反射层，覆设于若干所述侧部出光面，包括围设一周的侧壁以及设于侧壁两端的顶壁和底壁，所述顶壁与所述顶部出光面齐平；

导光元件，以露出所述底面和所述底壁的方式覆设所述第一反射层和所述发光元件；

第二反射层，叠设于所述导光元件背离所述顶部出光面一侧，所述顶部出光面在叠设方向的正投影落于所述第二反射层内；

所述导光元件包括夹设于所述顶部出光面和所述第二反射层之间的第一导光体以及与所述第一导光体连接且围设于所述侧壁的第二导光体，所述第二导光体包括朝向背离所述侧壁凸起的弧形面，所述弧形面在垂直叠设方向的正投影正好覆盖所述第一导光体和所述第一反射层。

2.如权利要求1所述的发光半导体封装结构，其特征在于，所述第一导光体包括相对设置且平整的第一表面和第二表面，所述第一表面与所述顶部出光面和所述顶壁相抵，所述第二表面与所述第二反射层相抵且所述第二表面与所述弧形面连接。

3.如权利要求1所述的发光半导体封装结构，其特征在于，

所述侧壁远离所述侧部出光面的外侧在叠设方向的投影与所述第二反射层的周缘重合。

4.如权利要求1所述的发光半导体封装结构，其特征在于，

所述第二反射层的面积与所述顶部出光面的面积比为(1.2-1.4):1。

5.如权利要求1所述的发光半导体封装结构，其特征在于，

所述第二导光体包括与所述第一导光体相对设置的底部，所述底部、所述底壁以及所述底面三者齐平，所述底部、所述底壁以及所述底面三者面积之和为所述底面面积的2-2.5倍。

6.如权利要求1所述的发光半导体封装结构，其特征在于，

所述导光元件采用透明树脂制备或所述导光元件采用透明树脂和荧光粉混合制备。

7.如权利要求1所述的发光半导体封装结构，其特征在于，所述第二反射层、所述导光元件、所述发光元件以及所述第一反射层四者均为轴对称结构且四者的对称轴重合；

和/或，所述第一反射层和所述第二反射层的光反射率为90%-95%。

8.一种发光半导体封装单元，其特征在于，包括：

基板，具有相对设置的第三表面和第四表面，所述基板的第三表面设有一层反射绝缘层；

发光半导体封装结构，所述基板的第三表面至少设有一个如权利要求1-7任一项所述发光半导体封装结构；

以及反射罩，围设于至少一个所述发光半导体封装结构周围。

9.如权利要求8所述的发光半导体封装单元，其特征在于，

所述发光半导体封装结构在平行所述基板的第三表面方向的投影落于所述反射罩内。

10.一种直下式背光显示模组，其特征在于，当所述发光半导体封装单元中的导光元件为透明树脂和荧光粉混合时，所述发光半导体封装单元包括：至少一个如权利要求8-9任一项所述的发光半导体封装单元、依次叠设于所述发光半导体封装单元远离所述基板一侧的扩散片以及增光片，所述扩散片与所述发光半导体封装单元中的反射罩抵接；

当所述发光半导体封装单元中的导光元件为透明树脂时，所述发光半导体封装单元包括：至少一个如权利要求8-9任一项所述的发光半导体封装单元、依次叠设于所述发光半导体封装单元远离所述基板一侧的扩散片、QD膜片以及增光片，所述扩散片与所述发光半导体封装单元中的反射罩抵接。

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