CN117497674A - 一种板上芯片背光模组结构及其制备方法 - Google Patents

一种板上芯片背光模组结构及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种板上芯片背光模组结构及其制备方法，所述结构包括电路基板、发光芯片、透明围坝、光转换层、光反射层和碗杯结构；发光芯片设置于电路基板的第一预设位置上，透明围坝包围发光芯片，光转换层在透明围坝中覆盖发光芯片，光反射层覆盖于光转换层上，碗杯结构设置于电路基板的第二预设位置上；第一预设位置和第二预设位置交错设置，并间隔预设距离；其中，光反射层，用于阻止发光芯片的光向光反射层的方向传播，使得发光芯片仅向侧面发光；碗杯结构，用于将发光芯片向侧面发出的光按预设角度反射。本发明实施例实现了轻薄化的板上芯片背光模组，降低了封装成本，且可以单独更换发光芯片，可广泛应用于发光二极管封装技术领域。

Description

一种板上芯片背光模组结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及发光二极管封装技术领域，尤其涉及一种板上芯片背光模组及其制备方法。
背景技术
发光二极管(LED)芯片或灯珠为点光源，在灯板上对其进行阵列式的封装，即可将点光源转化为面光源；对进行了阵列式封装的LED加上扩散片等结构组件进行组装，则形成了LED背光模组。
现有的主流LED背光板包括板上封装(POB，Package-on-Board)技术和板上芯片(COB，Chip on Board)封装技术等。POB技术的封装方法是首先将LED芯片封装成单颗的SMDLED灯珠，再把灯珠阵列排布在基板上；是目前应用最广泛的封装技术，但由于POB背光模组的厚度较大，不能达到轻薄化，当灯珠数量较大时，采用POB技术封装会造成成本较高；且POB封装采用正装LED芯片的方式，散热效果较差。COB封装技术是一种无支架型集成封装技术，将LED芯片直接贴装于PCB板上，在PCB板的一面做无支架引脚的COB高集成度像素面板级封装，在PCB板的另一面布置驱动IC器件，不需要任何支架和焊脚；COB背光模组能更轻薄且散热更好，但目前COB封装技术存在的缺点是需要对所有LED芯片整体封胶，当存在部分LED芯片故障时，难以单独更换，对生产的良率有较高要求。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种板上芯片背光模组结构及其制备方法，实现了轻薄化的板上芯片背光模组，降低了封装成本，且可以单独更换发光芯片，提高了应用灵活性，降低了对生产良率的要求。
第一方面，本发明实施例提供了一种板上芯片背光模组结构，包括电路基板、发光芯片、透明围坝、光转换层、光反射层和碗杯结构；发光芯片设置于电路基板的第一预设位置上，透明围坝包围发光芯片，光转换层在透明围坝中覆盖发光芯片，光反射层覆盖于光转换层上，碗杯结构设置于电路基板的第二预设位置上；第一预设位置和第二预设位置交错设置，并间隔预设距离；其中，
电路基板，用于支撑发光芯片、透明围坝、光转换层、光反射层和碗杯结构，并为发光芯片提供电连接；
发光芯片，用于发光；
透明围坝，用于支撑光反射层，并使得发光芯片的光透过；
光转换层，用于将发光芯片的光转换为预设颜色的光；
光反射层，用于阻止发光芯片的光向光反射层的方向传播，使得发光芯片仅向侧面发光；
碗杯结构，用于将发光芯片向侧面发出的光按预设角度反射。
可选地，透明围坝所围成的形状包括规则形状，规则形状包括矩形、菱形、圆形或多边形中的任意一种。
可选地，透明围坝的材料包括硅胶，透明围坝的高度高于发光芯片的高度。
可选地，光转换层的材料包括荧光胶。
可选地，光反射层的材料包括反射白胶。
可选地，碗杯结构的材料包括塑料，碗杯结构包括倾斜预设角度的反射面。
第二方面，本发明实施例提供了一种板上芯片背光模组结构的制备方法，包括：
在电路基板的第一预设位置上设置发光芯片；
在发光芯片的周围根据预设形状用透明围坝胶制备透明围坝；
在透明围坝内用光转化材料填满透明围坝，以制备光转换层；
在光转换层上用光反射材料制备光反射层；
通过模拟仿真获得碗杯结构的预设参数，在电路基板的第二预设位置上制备碗杯结构。
可选地，在电路基板的第一预设位置上设置发光芯片，具体包括：
在电路基板的第一预设位置上覆盖一层锡或助焊剂，将发光芯片固定在第一预设位置上，并进行烘烤固化。
可选地，制备透明围坝，制备光转换层以及制备光反射层，分别具体包括：
在发光芯片的周围根据预设形状涂上透明围坝胶，进行烘烤固化，以制备透明围坝；
在透明围坝内用光转化材料填满透明围坝，进行烘烤固化，以制备光转换层；
在光转换层上涂上光反射材料，进行烘烤固化，以制备光反射层。
可选地，板上芯片背光模组结构上还安装有背光模组组件，背光模组组件包括扩散板，通过模拟仿真获得碗杯结构的预设参数，具体包括：
设置预设混光距离、发光芯片的尺寸和扩散板上的预设光斑尺寸，根据碗杯结构的参数，以及碗杯结构与发光芯片之间的距离进行模拟仿真，得出若干个仿真结果中的最优结果或较好的若干个结果；
根据最优结果对应的参数制备出碗杯结构样品，通过实验进行验证并优化参数，得到预设参数；
或，根据较好的若干个结果对应的参数制备出若干个碗杯结构样品，通过实验进行验证、对比和优化参数，得到预设参数。
实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例提供了一种板上芯片背光模组结构，通过透明围坝、光转换层和光反射层的组合，将原本五面发光的发光芯片转换为侧面360°均匀出光的发光芯片，再结合碗杯结构将侧面出光的光按预设角度进行反射，实现了一种大角度发光的LED芯片，并且无需通过预先设计的光学透镜来实现大角度发光，很大程度上降低了光学处理难度，减少了生产工序，对封装的精度要求也更低，有利于提升生产的良率，降低了封装成本；无需通过增加相同面积下的发光芯片的密度来减小OD值，减少了发光芯片的使用数量，降低了制备成本；本实施提供的板上芯片背光模组结构的制备方法属于COB封装技术，采用倒装发光芯片，与采用正装LED芯片的方案，如POB封装相比，更有利于芯片散热，也实现了轻薄化；采用每个发光芯片单独封装的方式，能够单独更换故障的芯片而无需更换整个背光模组，提高了背光模组的应用灵活性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种板上芯片背光模组结构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的透明围坝所围成的不同形状的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种板上芯片背光模组结构的制备方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种板上芯片背光模组结构中发光芯片的制备及封装方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种板上芯片背光模组结构的制备方法中进行二次光学处理的流程示意图。
附图标记说明：1、电路基板；2、发光芯片；3、透明围坝；4、光转换层；5、光反射层；6、碗杯结构；7、扩散板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在以下的描述中，涉及到“一些实施例”，其描述了所有可能实施例的子集，但是可以理解，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
在以下的描述中，所涉及的术语“第一\第二\第三”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二\第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除非另有定义，本发明实施例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。本发明实施例中所使用的术语只是为了描述本发明实施例的目的，不是旨在限制本发明。
相关技术中POB背光封装方法包括：
S001、将若干个LED芯片每个封装成贴片LED(SMD LED)芯片；
S002、将SME LED芯片封装在印刷电路板(PCB)上，形成POB灯板；
S003、将背光模组组件安装在POB灯板上方，形成POB背光模组；其中，背光模组组件包括扩散板。
具体地，混光距离(OD，optical distance)指扩散板与发光芯片的发光面之间的垂直距离；OD值越小，背光模组越轻薄。
具体地，在POB背光模组中，要实现越小的OD值，则发光芯片之间的距离就越小，在相同面积的PCB上所需的发光芯片就越多，并且所要求的发光芯片的发光角度也越大；因此，对于POB封装方法，在满足小OD值的情况下，制备成本高，且发光芯片的发光效果较难满足性能要求。
相关技术中COB背光封装方法包括：
S004、将若干个LED芯片贴装在PCB板上；
S005、将透明胶或荧光胶，通过喷涂或模压的方式覆盖在整个PCB板和所有的发光芯片上，形成COB灯板；其中，透明胶或荧光胶的高度高于LED芯片；
S006、将背光模组组件安装在COB灯板上方，形成COB背光模组；其中，背光模组组件包括扩散板。
具体地，透明胶或荧光胶，用于调节LED芯片的光的色温以及保护LED芯片。
由此可见，现有的COB封装方法将多个LED芯片一起封胶，当其中某个LED芯片故障时，无法单独更换，而是需要替换整个灯板，对灯板的良率要求高。
如图1所示，本发明实施例提供了一种板上芯片背光模组结构，包括电路基板1、发光芯片2、透明围坝3、光转换层4、光反射层5和碗杯结构6；发光芯片2设置于电路基板1的第一预设位置上，透明围坝3包围发光芯片2，光转换层4在透明围坝3中覆盖发光芯片2，光反射层5覆盖于光转换层4上，碗杯结构6设置于电路基板1的第二预设位置上；第一预设位置和第二预设位置交错设置，并间隔预设距离；其中，
电路基板1，用于支撑发光芯片2、透明围坝3、光转换层4、光反射层5和碗杯结构6，并为发光芯片2提供电连接；
发光芯片2，用于发光；
透明围坝3，用于支撑光反射层5，并使得发光芯片2的光透过；
光转换层4，用于将发光芯片2的光转换为预设颜色的光；
光反射层5，用于阻止发光芯片2的光向光反射层5的方向传播，使得发光芯片2仅向侧面发光；
碗杯结构6，用于将发光芯片2向侧面发出的光按预设角度反射。
具体地，发光芯片2发出的光经过光转换层4，被转换成预设颜色的光，到达光反射层5时被反射，使得发光芯片2的光无法从光反射层5的方向传播，仅可经过透明围坝3，向侧面360°的方向传播，照射在碗杯结构6上按预设角度被反射，照射在扩散板7上。
具体地，发光芯片2包括LED芯片。
具体地，如图5中(c)所示，板上芯片背光模组包括板上芯片背光模组结构和背光模组组件，背光模组组件包括扩散板7，扩散板7覆盖于在发光芯片2和碗杯结构6之上。
具体地，扩散板7用于改变入射光的行进路线，使得入射光充分散射，从而实现更柔和、均匀的光源效果。
具体地，电路基板1包括PCB板。
可选地，第一预设位置和第二预设位置交错设置，并间隔第一预设距离，以使发光芯片2向侧面发出的光向预设方向反射。
具体地，发光芯片2和碗杯结构6间隔第一预设距离，第一预设距离通过模拟仿真和实验验证的效果来确定。
可选地，透明围坝3所围成的形状包括规则形状，规则形状包括矩形、菱形、圆形或多边形中的任意一种。
具体地，透明围坝3所围成的形状包括矩形、菱形、圆形或多边形，具体的形状根据实际情况确定，本发明实施例中不做限定，仅提供实施例以供参考，例如，如图2中(a)所示，透明围坝3的形状可为正方形；如图2中(b)所示，透明围坝3的形状可为菱形；如图2中(c)所示，透明围坝3的形状可为圆形；如图2中(d)所示，透明围坝3的形状可为六边形。
可选地，透明围坝3的材料包括硅胶，透明围坝3的高度高于发光芯片2的高度。
具体地，透明围坝3通过透明围坝胶制备而成，透明围坝胶的材料包括硅胶，具体的透明围坝胶的材料根据实际情况确定，本发明实施例中不做限定，仅提供实施例以供参考。
具体地，透明围坝3胶与发光芯片2间隔第二预设距离，具体的第二预设距离根据实际情况确定，本发明实施例中不做限定。
可选地，光转换层4的材料包括荧光胶。
具体地，当发光芯片2为蓝光LED芯片时，荧光胶将蓝光LED芯片发出的蓝光转化为白光。
可选地，光反射层5的材料包括反射白胶。
具体地，安装在电路基板1上的发光芯片2为五面发光，透明围坝3、光转换层4和光反射层5的组合将五面发光的发光芯片2转换为侧面360°均匀出光的发光芯片。
可选地，碗杯结构6的材料包括塑料，碗杯结构6包括倾斜预设角度的反射面。
具体地，碗杯结构6的形状根据实际情况确定，本发明实施例中不做限定，仅提供实施例以供参考，例如，如图1所示，碗杯结构6的形状可为有一定厚度的衬底和圆锥体或四面锥体的组合。
具体地，碗杯结构6的材料为可反射发光芯片所发出的光的材料，包括聚碳酸酯(PC)，具体的碗杯结构6材料根据实际情况确定，本发明实施例中不做限定，仅提供实施例以供参考，例如，碗杯结构6可为PC纳米反光杯。
如图3所示，本发明实施例提供了一种板上芯片背光模组结构的制备方法，包括：
S100、在电路基板1的第一预设位置上设置发光芯片2。
具体地，参阅图4中(a)，电路基板1可为PCB板，在PCB板的第一预设位置上焊接发光芯片2。
S200、在发光芯片2的周围根据预设形状用透明围坝胶制备透明围坝3。
具体地，参阅图4中(b)，用透明围坝胶按预设形状包围发光芯片2，并进行烘烤固化，得到透明围坝3。
S300、在透明围坝3内用光转化材料填满透明围坝3，以制备光转换层4。
具体地，参阅图4中(c)，在透明围坝3内用光转化材料填满透明围坝3，以制备光转换层4。
S400、在光转换层4上用光反射材料制备光反射层5；
具体地，参阅图4中(d)，用光反射材料在光转换层4和透明围坝3的顶部上覆盖一层光反射层5。
S500、通过模拟仿真获得碗杯结构6的预设参数，在电路基板1的第二预设位置上制备碗杯结构6。
具体地，通过光学设计软件模拟发光芯片2发光以及光在碗杯结构6上的反射，来得到最佳的预设参数。
可选地，在电路基板1的第一预设位置上设置发光芯片2，具体包括：
在电路基板1的第一预设位置上覆盖一层锡或助焊剂，将发光芯片2固定在第一预设位置上，并进行烘烤固化。
具体地，助焊剂可清洁电路基板1上的氧化物；助焊剂和锡可搭配使用，以达到更好的焊接效果。
可选地，制备透明围坝3，制备光转换层4以及制备光反射层5，分别具体包括：
S201、在发光芯片2的周围根据预设形状涂上透明围坝胶，进行烘烤固化，以制备透明围坝3。
具体地，利用透明围坝胶，通过点胶或压模的方式按预设形状在发光芯片2周围制备未固化的透明围坝，并进行烘烤固化，得到固化的透明围坝3。
具体地，透明围坝所围成的形状包括规则形状，规则形状包括矩形、菱形、圆形或多边形中的任意一种，具体的形状根据实际情况确定，本发明实施例中不做限定，仅提供实施例以供参考。
S301、在透明围坝3内用光转化材料填满透明围坝3，进行烘烤固化，以制备光转换层4。
具体地，在透明围坝3内用荧光胶填满透明围坝3，进行烘烤固化，得到光转换层4。
S401、在光转换层4上涂上光反射材料，进行烘烤固化，以制备光反射层5。
具体地，在光转换层4和透明围坝3上覆盖一层反射白胶，进行烘烤固化得到光反射层5。
可选地，板上芯片背光模组结构上还安装有背光模组组件，背光模组组件包括扩散板7，通过模拟仿真获得碗杯结构6的预设参数，具体包括：
S501、设置预设混光距离、发光芯片2的尺寸和扩散板7上的预设光斑尺寸，根据碗杯结构6的参数，以及碗杯结构6与发光芯片2之间的距离进行模拟仿真，得出若干个仿真结果中的最优结果或较好的若干个结果；
S502、根据最优结果对应的参数制备出碗杯结构6样品，通过实验进行验证并优化参数，得到预设参数；
S503、或，根据较好的若干个结果对应的参数制备出若干个碗杯结构6样品，通过实验进行验证、对比和优化参数，得到预设参数。
具体地，预设参数包括碗杯结构6的尺寸大小、高度、反射面的倾斜度以及第一预设距离。
具体地，通过实验进行验证时，判断光学效果是否良好的重要因素包括扩散板7上的光斑尺寸和光斑亮度的均匀性；具体的判断指标根据实际情况确定，本发明实施例中不做限定，仅提供实施例以供参考，例如，当实验所得的光斑尺寸与理想光斑尺寸相差5％以内，实验所得的光斑边缘亮度与光斑中心亮度差异在5％以内，则可判断为光学效果良好。
具体地，当模拟仿真的若干个结果中有若干个较好的结果，且若干个较好的结果之间相差不大，根据这几个结果的制备出碗杯结构6样品，进行对比验证后再确认最优参数，作为预设参数。
具体地，对电路基板1上完成安装及封装的发光芯片2阵列进行二次光学处理，包括：
图5中(a)为安装好发光芯片2阵列的灯板，其中电路基板1为PCB板，参阅图5中(b)，在PCB板上的若干个第二预设位置上安装若干个碗杯结构6，得到板上芯片背光模组阵列结构；
参阅图5中(c)，在板上芯片背光模组阵列结构上安装背光模组组件，得到板上芯片背光模组。
具体地，现有的大角度发光LED芯片通常需要根据其发光角度设计对应的光学透镜，通过点胶或模压等方式将光学透镜安装在LED芯片的上方，或，将设计好的光学透镜对准LED芯片并贴在LED芯片上；这种实现大角度发光LED芯片的方法对透镜的尺寸精度高，并且，在保持大角度发光的前提下，光学透镜在保证发光亮度均匀这方面存在较大的局限性，通常会出现增大LED芯片的发光角度后，发光变得不均匀的情况，如光斑边缘的亮度明显低于光斑中心的亮度。
实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例提供了一种板上芯片背光模组结构，通过透明围坝、光转换层和光反射层的组合，将原本五面发光的发光芯片转换为侧面360°均匀出光的发光芯片，再结合碗杯结构将侧面出光的光按预设角度进行反射，实现了一种大角度发光的LED芯片，并且无需通过预先设计的光学透镜来实现大角度发光，在很大程度上降低了光学处理难度，减少了生产工序，对封装的精度要求也更低，有利于提升生产的良率，降低了封装成本；无需通过增加相同面积下的发光芯片的密度来减小OD值，减少了发光芯片的使用数量，降低了制备成本；本实施提供的板上芯片背光模组结构的制备方法属于COB封装技术，采用倒装发光芯片，与采用正装LED芯片的方案，如POB封装相比，更有利于芯片散热，也实现了轻薄化；采用每个发光芯片单独封装的方式，能够单独更换故障的芯片而无需更换整个背光模组，提高了背光模组的应用灵活性。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种板上芯片背光模组结构，其特征在于，包括电路基板、发光芯片、透明围坝、光转换层、光反射层和碗杯结构；所述发光芯片设置于所述电路基板的第一预设位置上，所述透明围坝包围所述发光芯片，所述光转换层在所述透明围坝中覆盖所述发光芯片，所述光反射层覆盖于所述光转换层上，所述碗杯结构设置于所述电路基板的第二预设位置上；所述第一预设位置和所述第二预设位置交错设置，并间隔预设距离；其中，
所述电路基板，用于支撑所述发光芯片、所述透明围坝、所述光转换层、所述光反射层和所述碗杯结构，并为所述发光芯片提供电连接；
所述发光芯片，用于发光；
所述透明围坝，用于支撑所述光反射层，并使得所述发光芯片的光透过；
所述光转换层，用于将所述发光芯片的光转换为预设颜色的光；
所述光反射层，用于阻止所述发光芯片的光向所述光反射层的方向传播，使得所述发光芯片仅向侧面发光；
所述碗杯结构，用于将所述发光芯片向侧面发出的光按预设角度反射。
2.根据权利要求1所述的板上芯片背光模组结构，其特征在于，所述透明围坝所围成的形状包括规则形状，所述规则形状包括矩形、菱形、圆形或多边形中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的板上芯片背光模组结构，其特征在于，所述透明围坝的材料包括硅胶，所述透明围坝的高度高于所述发光芯片的高度。
4.根据权利要求1所述的板上芯片背光模组结构，其特征在于，所述光转换层的材料包括荧光胶。
5.根据权利要求1所述的板上芯片背光模组结构，其特征在于，所述光反射层的材料包括反射白胶。
6.根据权利要求1所述的板上芯片背光模组结构，其特征在于，所述碗杯结构的材料包括塑料，所述碗杯结构包括倾斜预设角度的反射面。
7.一种板上芯片背光模组结构的制备方法，其特征在于，包括：
在电路基板的第一预设位置上设置发光芯片；
在所述发光芯片的周围根据预设形状用透明围坝胶制备透明围坝；
在所述透明围坝内用光转化材料填满所述透明围坝，以制备光转换层；
在所述光转换层上用光反射材料制备光反射层；
通过模拟仿真获得碗杯结构的预设参数，在所述电路基板的第二预设位置上制备所述碗杯结构。
8.根据权利要求7所述的板上芯片背光模组结构的制备方法，其特征在于，所述在电路基板的第一预设位置上设置发光芯片，具体包括：
在所述电路基板的第一预设位置上覆盖一层锡或助焊剂，将所述发光芯片固定在所述第一预设位置上，并进行烘烤固化。
9.根据权利要求7所述的板上芯片背光模组结构的制备方法，其特征在于，所述制备透明围坝，所述制备光转换层以及所述制备光反射层，分别具体包括：
在所述发光芯片的周围根据预设形状涂上透明围坝胶，进行烘烤固化，以制备透明围坝；
在所述透明围坝内用光转化材料填满所述透明围坝，进行烘烤固化，以制备光转换层；
在所述光转换层上涂上光反射材料，进行烘烤固化，以制备光反射层。
10.根据权利要求7所述的板上芯片背光模组结构的制备方法，其特征在于，所述板上芯片背光模组结构上还安装有背光模组组件，所述背光模组组件包括扩散板，所述通过模拟仿真获得碗杯结构的预设参数，具体包括：
设置预设混光距离、所述发光芯片的尺寸和所述扩散板上的预设光斑尺寸，根据所述碗杯结构的参数，以及所述碗杯结构与所述发光芯片之间的距离进行模拟仿真，得出若干个仿真结果中的最优结果或较好的若干个结果；
根据所述最优结果对应的参数制备出碗杯结构样品，通过实验进行验证并优化参数，得到所述预设参数；
或，根据所述较好的若干个结果对应的参数制备出若干个所述碗杯结构样品，通过实验进行验证、对比和优化参数，得到所述预设参数。
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