CN1992360A - 发光二极管、其制造方法和具有该发光二极管的背光组件 - Google Patents

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Abstract

提供了一种能够改进亮度不均匀性的发光二极管、其制造方法和具有该发光二极管的背光组件。发光二极管包括用于发出光的发光二极管芯片、以及形成在发光二极管芯片上的用于使光的辐射角扩大的导光元件。因此，最大地扩大了光的辐射角，从而防止了由于亮度不均匀而导致的亮斑现象，这使得提高了图像质量。

Description

发光二极管、其制造方法和具有该发光二极管的背光组件
技术领域
本发明涉及一种背光组件，更具体地，涉及一种能够改进亮度不均匀性的发光二极管(LED)、其制造方法以及具有该发光二极管的背光组件。
背景技术
近年来，数据处理器已经得到快速的发展，从而其具有各种形状、各种功能以及更高的数据处理速度。通常，由于在数据处理器中处理的数据是电信号的类型，因此用户需要显示装置以用肉眼检查在数据处理器中处理的数据。
在各种显示装置中，液晶显示装置(LCD)是一种平板显示装置，其使用液晶来显示图像。LCD具有许多优点，如薄、轻、功耗低且工作电压低，从而LCD广泛应用于各种工业领域。
通常，LCD由用于显示图像的液晶板和用于向该液晶板提供光的背光组件构成。
背光组件的光源可以使用电致发光(EL)、冷阴极荧光灯(CCFL)、热阴极荧光灯(HCFL)、发光二极管(LCD)等。
CCFL型背光组件的问题在于：由于在荧光灯中包含的水银容易与金属结合以形成汞齐，因此缩短了灯的使用寿命。此外，CCFL型背光组件具有多个缺点，如随着温度变化的剧烈亮度变化、以及由于使用了作为剧毒重金属的水银而带来的废物处理问题。
为了解决这些问题，已开发出使用LED的另一背光组件。
LED是点光源，其可以由多个红、绿和蓝LED或者多个白LED构成。由于在使用LED的情况下可以缩小背光组件的尺寸并保持光的均匀性，因此可以实现高亮度背光组件。
根据光源的设置类型，可以将LCD分类成两种类型，其中一种是边缘型LCD，另一种是直接型LCD。边缘型背光组件包括位于LCD的侧面上的光源、以及用于将从LED发出的光向前引导的导光板，其中导光板位于液晶板的背部。直接型背光组件包括位于液晶板背部的多个光源，使得从所述多个光源发出的光直接照射在位于所述多个光源的前面的液晶板上。
以下，参照附图对现有技术的LCD进行说明。
图1是现有技术的边缘型LCD的分解立体图。
参照图1，背光组件20包括底壳90、多个LED 60、用于向LED 60供电的印刷电路板(PCB)61、用于保护LED 60的壳体62、用于将从LED 60产生的光转换为面光源的导光板50、以及光片30。其中，所述多个LED 60按间隔开预定距离的方式设置在底壳90的侧面上，并发出光。此外，光片30设置在导光板50的上方，并起到使光散射和会聚的作用。
背光组件20还可以包括接合或涂敷在底壳90上的反射板70。
当从PCB 61供电时，LED 60发光。从LED 60发出的光输入到导光板50，通过导光板50对其进行引导，使得面光向前照射在置于导光板50的前面的液晶板10上。
图2是现有技术的边缘型LCD的LED 60的放大立体图。
参照图2，现有技术的LED 60(其为一种发射面积比CCFL的发射面积小的点光源)相对于基于基准点的X-X’和Y-Y’轴具有预定的辐射角。
LED 60是细长的LED，其容易应用于小尺寸的边缘型LCD，其中，该细长LED 60相对于基于基准点的X-X’和Y-Y’轴具有约110°的预定辐射角。
其中，辐射角是指在LED 60中发出的光相对于基于基准点的X-X’和Y-Y’轴的最大角度。
图3是例示出现有技术的边缘型LCD的外部缺陷的示意图。
参照图3，现有技术的LCD包括：液晶板10；用于保护液晶板10的顶壳11；以及置于LCD的一个侧面上的多个LED 60，用于向液晶板10提供光。
如前所述，辐射角表示从LED 60发出的光的角度，其中LED 60具有约110°的辐射角。
在现有技术的LCD中，由于LED 60的辐射角约为110°，所以在液晶板10的一侧的与其中设置有LED 60的区域相对应的区域中必然形成有亮部A和暗部B。
由于亮部A和暗部B在液晶板10的预定区域中交替重复，因此亮度变得不均匀，这称为亮斑(hot spot)。这里，亮部A对应于位于从LED60发出的光的辐射角(约110°)之内的区域，而暗部B对应于位于从LED60发出的光的辐射角(约110°)之外的区域。该亮斑是LCD的外部缺陷的原因，这最终导致降低产品合格率。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种发光二极管(LED)、其制造方法以及具有该发光二极管的背光组件，其基本上消除了由于现有技术的局限和缺点而导致的一个或更多个问题。
本发明的目的是提供一种LED、其制造方法以及具有该LED的背光组件，该LED能够通过在其中设置多个光纤以改变光路从而改进由于亮度不均匀而导致的外部缺陷。
本发明的附加优点、目的和特征部分地将在下面的说明中得到阐述，部分地对于本领域普通技术人员在查看以下内容时将显见，或者可以从对本发明的实践而获知。通过文字说明及其权利要求以及附图中具体指出的结构，可以实现并获得本发明的目的和其他优点。
为了实现这些目的和其他优点并且根据本发明的目的，如在此具体实现和广义描述的，提供了一种LED，其包括：LED芯片，用于发出光；以及形成在所述LED芯片上方的导光元件，用于扩大光的辐射角。
在本发明的另一方面，提供了一种制造发光二极管的方法，该方法包括以下步骤：将LED芯片安装在基板上；通过引线接合电连接所述LED芯片；在所述基板的边缘上形成分隔壁；将第一绝缘材料模制在由所述分隔壁包围的内部；将导光元件固定在所述第一绝缘材料中；以及在所述第一绝缘材料上模制第二绝缘材料。
在本发明的又一方面，提供了一种背光组件，其包括：具有导光元件的光源，其中所述导光元件使光的辐射角扩大；与所述光源共面的导光板，用于将从所述光源产生的光转换成面光源并使该面光源向前照射；以及用于对从所述光源发出的光进行控制的光片。
本发明在LED中使用多个光纤来使光的辐射角扩大，这使得可以改进图像质量，因为由于光的辐射角扩大而防止了由亮度不均匀而导致的亮斑。
应当明白，本发明的以上一般性描述和以下详细描述都是示例性和说明性的，旨在提供对如权利要求所述的本发明的进一步说明。
附图说明
附图被包括进来以提供对本发明的进一步的理解，其被并入且构成本申请的一部分，附图例示出本发明的实施例，并且与说明书一起用于说明本发明的原理。在附图中：
图1是现有技术的边缘型液晶显示装置(LCD)的分解立体图；
图2是现有技术的边缘型LCD的发光二极管(LED)的放大立体图；
图3是例示出现有技术的边缘型LCD的外部缺陷的示意图；
图4是根据本发明的边缘型LCD的分解立体图；
图5是例示出本发明的光纤的示意图；
图6是例示出在本发明的边缘型LCD中的外部缺陷的改进特征的示意图；以及
图7A到7E是例示出根据本发明的制造白LED的方法的剖面图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的优选实施例，其示例示出在附图中。只要有可能，就在全部的附图中使用相同的标号来表示相同或相似的部件。
图4是根据本发明的边缘型LCD的分解立体图。
参照图4，本发明的LCD包括用于显示图像的液晶板110和用于提供光的背光组件120。
背光组件120包括：多个LED 160，作为用于发光的光源；印刷电路板(PCB)161，用于向LED 160施加电压；壳体162，用于保护LED160；导光板150，用于将来自LED 160的入射光转换成面光源；反射板170，用于反射在导光板150下方照射的光；以及光片130，用于使来自导光板150的入射光发散和会聚。
背光组件120还可以包括用于辐射从LED 160产生的热的热沉(未示出)。
LED 160由发出白光的多个白LED 160构成。
本发明的LED 160并不限于白(W)LED 160，从而可以由红(R)、绿(G)和蓝(B)LED来构成LED 160。此外，可以由红(R)、绿(G)、蓝(B)和白(W)LED的组合来构成LED 160。
LED 160包括改变光路以使光散射的多个光纤200。
光纤200可以是由玻璃材料制成的玻璃光纤，或由塑料材料制成的塑料光纤。本发明的光纤200使用具有高强度的塑料光纤。
尽管图中未示出，但是光纤200通过环氧树脂固定在LED 160中的LED芯片上。具体地，光纤200被固定为使其相对于LED芯片按范围在20°到60°的预定角度倾斜。
将本发明与现有技术相比较，现有技术的LED按约110°的辐射角发出光，而本发明的LED 160由于光纤200而可以按大于至少110°的预定辐射角发光。因此，光纤200起到使辐射角扩大的作用。
即，LED 160是细长型的LED，并且其通常具有110°的辐射角。然而，通过在其中并入光纤200，LED 160可以具有大于110°的大辐射角。因此，具有辐射角为110°或更大的LED 160的LCD在显示图像时可以改进由于亮斑现象的亮度不均匀而导致的缺陷。
图5是例示出本发明的光纤200的侧面图和剖面图，以及例示出光在光纤200中如何传播的示意图。
参照图5，光纤200包括：输入端221，光通过该输入端221输入；输出端222，光通过该输出端222输出；芯223，光在其中传播；形成在芯223上的包层224，用于反射光；以及形成在包层224上的涂层225，用于提高强度。
在输入端221与输出端222之间的距离约750μm，涂层225的直径约为250μm。
通过输入端221输入的光在芯223中传播，同时被包层224反射，并通过输出端222输出。
根据材料可以将光纤分类成玻璃光纤和塑料光纤。
具体地，可以将玻璃材料分类成硅石型光纤、氟型光纤、稀土型光纤等等。
最近广泛使用的硅石型光纤由硅石制成。为了使对光的折射率不同，向硅石氧化物中掺杂诸如F、B2O3、P2O3等的掺杂剂。如果掺入掺杂剂，则折射率可能增大或减小。这里，包层224的折射率应当小于芯223的折射率。
硅石型光纤具有如下的有利特征：因为它在高温(即，约1000℃)下不变形并且具有低热膨胀系数，所以，尽管温度剧烈变化，它都不易碎。
自从1975年研制出氟化物玻璃以来，氟型光纤得到了多种应用，这是因为它具有如下优点：在0.2μm到8μm的波长范围内(例如，特别是在2.55μm)传输损耗非常小。
在将稀土元素掺入仅仅传输光的无源光纤中的情况下，稀土型光纤可以成为具有新的光特性和磁特性的有源光纤。稀土元素可以包括铌(Nb)、铒(Er)、镝(Dy)、铽(Tb)、铈(Ce)、铕(Eu)、铥(Tm)、镱(Yb)、镨(Pr)等。最广泛使用的一种稀土型光纤是掺铒光纤，其中在硅石型光纤的芯中掺杂有铒。
同时，塑料光纤逐渐取代使用光学透明聚合物材料的现有的玻璃光纤，这是因为玻璃具有多个缺点，如易碎、可成形性差、当形成形状大于预定尺寸的玻璃时生产率低。
塑料光纤使用丙烯型聚合物作为芯材料，使用氟型聚合物作为包层材料。
由于塑料光纤具有善于抵抗振动或弯曲的特性，因此它用于窄区域、特快列车、交通工具等。此外，塑料光纤不会产生热，从而其广泛用于显示器的照明或者对热敏感的半导体工艺的装置的照明。
例如，本发明的光纤200可以使用具有高强度和强耐热性的塑料光纤。
图6是例示出在本发明的边缘型LCD中的外部缺陷的改进特征的示意图。
参照图6，本发明的LCD包括：液晶板110；用于保护液晶板110的顶壳111；以及设置在LCD的一侧的多个LED 160，用于向液晶板110提供光。
LED 160在其中并入有光纤(见图4和5的标号200)，该光纤使辐射角扩大。
光纤按使其以范围在20°到60°的预定角度倾斜的方式固定在LED160的LED芯片(未示出)上，由此，它将LED 160的辐射角扩大为大于110°。
在LCD中，当LCD工作时，不可避免地形成亮部C和暗部D。然而，与现有技术相比较，由于在LED 160中按使其以20°至60°的倾角倾斜的方式形成有光纤以使得将光的辐射角扩大为大于110°，因此只在与位于显示屏幕的一侧的其上显示有液晶板110的图像的图像显示区域无关的区域形成有暗部D。因此，可以改进由于亮度不均匀而导致的外部缺陷。
图7A到7E是例示出根据本发明的制造白LED的方法的剖面图。
参照7A，在硅基板301的外周缘上形成背光的引线框，并在该背光的引线框上安装LED芯片303。
之后，参照图7B，引出所安装的蓝LED芯片303的P电极和N电极，然后通过导线304和304’的接合工艺使其与引线框302上的引线图案电接触。
参照图7C，在完成了将导线304和304’接合到蓝LED芯片303之后，在硅基板301上方的边周缘上形成分隔壁305。然后，按使得蓝LED芯片303埋在其间的方式将荧光模306模制在分隔壁305包围的内部，其中在荧光模306中混和有荧光材料。
参照7D，在荧光模306上模制第一环氧树脂307。然后，在第一环氧树脂307硬化之前在第一环氧树脂307上安装多个光纤400。
将光纤400固定为使得其沿着其中形成有蓝LED芯片303的区域的上方的周缘设置，具有预定的倾角α。
光纤400的倾角α在20°到60°的范围内，其长度和直径分别约为750μm和250μm。
参照7E，在第一环氧树脂307硬化并且固定了所述多个光纤400之后，在第一环氧树脂307和所述多个光纤400的上方模制第二环氧树脂308。
通过荧光模306的荧光材料将从蓝LED芯片303产生的蓝光转换成白光，从而输出白光。
因为光纤400，所以一部分白光的光路改变为光纤400的排列方向。
尽管例示出LCD是其中LED 160设置在LCD侧面上的边缘型LCD，但是本发明并不限于上述情况。因此，还可以将本发明应用于其中多个LED 160设置在其底面上并且按预定距离间隔开的直接型LCD。类似地，由于存在其中形成有LED的区域和其中没有形成LED的区域，因此在直接型LCD中存在亮度的不均匀，但是通过在LED中设置光纤可以克服亮度的不均匀，这是因为光纤起到了使光散射并混和的作用。
因此，根据本发明的边缘型LCD，通过在LED 106中设置多个光纤200和400，改变了从LED 106产生的光的光路，这使得可以将辐射角(约110°)(即，发出光的最大角度)扩大为大于110°。由此，具有均匀亮度的光照射在液晶板上，从而改进了诸如亮斑的亮度不均匀现象。
换句话说，本发明在LED中使用多个光纤以使光的辐射角扩大，这使得能够改进图像质量，因为由于光的辐射角扩大而防止了由亮度不均匀引起的亮斑。
对于本领域的技术人员，很明显，可以对本发明进行各种修改和变化。由此，本发明旨在覆盖对本发明的修改和变化，只要它们落在所附权利要求书及其等同物的范围内。

Claims (20)

1、一种发光二极管，其包括：
发光二极管芯片，用于发出光；以及
形成在所述发光二极管芯片的上方的导光元件，用于使光的辐射角扩大。
2、根据权利要求1所述的发光二极管，其中，所述导光元件由多个光纤构成。
3、根据权利要求2所述的发光二极管，其中，所述光纤由玻璃材料和塑料材料中的一种形成。
4、根据权利要求1所述的发光二极管，其中，所述导光元件设置在所述发光二极管芯片的周围。
5、根据权利要求1所述的发光二极管，其中，所述导光元件被设置为使得其按基于底面范围在20°到60°的预定角度倾斜。
6、根据权利要求1所述的发光二极管，其中，所述导光元件固定于第一环氧树脂和第二环氧树脂。
7、根据权利要求1所述的发光二极管，其中，所述导光元件包括：输入端，光通过该输入端输入；输出端，光通过该输出端输出；芯，光在其中传播；形成在所述芯上的包层，用于反射光；以及形成在所述包层上的涂层，用于提高强度。
8、根据权利要求7所述的发光二极管，其中，所述导光元件的长度约为750μm，所述涂层的直径约为250μm。
9、一种制造发光二极管的方法，该方法包括以下步骤：
在基板上安装发光二极管芯片；
通过引线接合来电连接所述发光二极管芯片；
在所述基板的边缘上形成分隔壁；
将第一绝缘材料模制在由所述分隔壁包围的内部；
将导光元件固定在所述第一绝缘材料中；以及
在所述第一绝缘材料上模制第二绝缘材料。
10、根据权利要求9所述的方法，其中，在所述第一绝缘材料硬化之前固定所述导光元件。
11、根据权利要求9所述的方法，其中，将所述导光元件按使其具有预定的倾角的方式固定于所述第一绝缘材料。
12、根据权利要求11所述的方法，其中，所述倾角基于底面在20°到60°的范围内。
13、根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一绝缘材料和第二绝缘材料由环氧树脂形成。
14、根据权利要求9所述的方法，进一步包括以下步骤：在模制所述第一绝缘材料之前，模制其中混和有预定的荧光材料的荧光模。
15、一种背光组件，其包括：
具有导光元件的光源，其中所述导光元件使光的辐射角扩大；以及
用于对从所述光源发出的光进行控制的光片。
16、根据权利要求15所述的背光组件，进一步包括与所述光源共面的导光板，所述导光板用于将从所述光源产生的光转换为面光源并使该面光源向前照射。
17、根据权利要求15所述的背光组件，其中，所述导光元件由多个光纤构成。
18、根据权利要求15所述的背光组件，其中，所述导光元件具有基于底面范围在20°到60°的预定倾角。
19、根据权利要求15所述的背光组件，其中，所述导光元件设置在发光二极管芯片的周围。
20、根据权利要求15所述的背光组件，其中，所述光源包括：
用于发出光的发光二极管芯片；以及
形成在所述发光二极管芯片上的导光元件，用于使光的辐射角扩大。
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