TWI392923B - 具有發光二極體之背光單元及製造該背光單元之方法 - Google Patents

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Description

具有發光二極體之背光單元及製造該背光單元之方法 [請求優先權]
本申請案主張2007年2月27日於韓國智慧財產局所提出申請之韓國專利申請案第2007－0019863號之優先權，於此併入該專利申請案之內容以供參考。
本發明係關於一種用於使用發光二極體之液晶顯示器(liguid crystal display)之背光單元與該背光單元之製造方法，且更具體來說，係關於一種明顯地減少部件數量的背光單元，該部件例如印刷電路板(PCB)、用於連接具有發光二極體安裝於其上之印刷電路板的連接器與用於固定該印刷電路板之結構，且該背光單元有簡化之製造與組裝程序，以及該背光單元之製造方法。
隨著近來顯示裝置之效能越來越高與厚度越來越薄的趨勢，液態顯示器(liquid display)廣泛地利用於電視與監視器。液態顯示面板本身不會發光，因此需要額外的背光單元(backlight unit,BLU)。使用冷陰極螢光燈(cold cathode fluorescent lamp,CCFL)之習知的背光單元其缺點在於汞引發的環境污染、低反應速率、與局部驅動之困難性。為了克服這些問題，已提出以發光二極體(LED)代替冷陰極螢光燈來作為背光單元光源。此基於發光二極體之背光單元可達成高的色彩重現度、是環保的(environment－friendly)且得以藉由局部變暗(local dimming)來驅動。
背光單元包含直下式(direct－type)背光單元與側光式(edge－type)背光單元。在後者中，條形光源係設置於液晶面板之側邊(edge)，用以將光透過導光板(light guide plate)照射到該面板上。反之，在前者中，使用發光二極體之表面光源係設置於該液晶面板下方，用以直接將光照射到該面板上。
單一發光二極體對應於點光源(point light source)且具有低的光通量(luminous flux)。所以，為了生產用於大型液晶顯示器電視之直下式背光單元，典型會有數百至數千個發光二極體安裝於分離之印刷電路板(PCB)上且接著附著於底板(chassis)結構。為了加強直下式背光單元的機械穩定度與輻射(rodiation)性質，例如螺釘(screw)與填隙墊(gap pad)之部件是需要的，以及用於電性連接印刷電路板之連接器是必要的。
第1圖示意地顯示習知的背光單元，其中第1A圖是剖面圖而第1B圖是平面圖。參考第1圖，背光單元10包含具有複數個發光二極體25安裝於其上之印刷電路板21、底板11、和與該印刷電路板21間隔開之其他光學薄片(optical sheet)33(例如擴散板31與種鏡)。液晶面板40係設置於背光單元之上，用以接收從背光單元10發出之白表面光(white surface light)。具有發光二極體25安裝於其上之印刷電路板21構成背光單元的光源部件。
如第1A與1B圖所示，發光二極體25，即點光源，係安裝於分離的印刷電路板上，作為晶片或置於封裝件 (package)中。印刷電路板21被固定在金屬材料之下底板11(簡稱“底板”)上，底板11係設置於該印刷電路板下方。為了平穩地散發(radiate)從發光二極體25所發出的熱，填隙墊22被插置於底板11與印刷電路板21之間。需要用例如螺釘之接合單元(engaging unit)來將印刷電路板21固定於底板11。此外，該分離的印刷電路板21可藉由連接器23彼此電性連接。
為了製造習知的背光單元10，利用如螺釘之接合單元來將該印刷電路板21固定於底板11。如此使得組裝程序很浪費時間且較沒有效率。而且，藉由連接器將該分離的印刷電路板21彼此連接之組裝程序需要相當多的資源與時間。此外，從發光二極體25產生的熱會向外散發穿過印刷電路板21與昂貴的填隙墊22，因而導致高的材料成本與不足的熱輻射(heat radiation)特性。
本發明之一態樣提供一種具有發光二極體之背光單元，該發光二極體能以簡單的方式組裝且能減少包含材料費用之製造成本並增加輻射效能。
本發明之一態樣也提供一種製造具有發光二極體之背光單元的方法，其中，該背光單元可在具有較短時間與低成本之較簡單的程序中製造。
根據本發明之一態樣，提供一種背光單元，包含：具有絕緣層形成於其頂部上之底板；形成於該絕緣層上之電路圖案(circuit pattern)；複數個形成於該絕緣層上之發 光二極體，用以電性連接於該電路圖案。
該背光單元可進一步包含另一形成於底板之底部之絕緣層。該複數個發光二極體可為白光發光二極體。該複數個發光二極體可包含藍光、綠光與紅光發光二極體。
該底板可由鋁與鋁合金之其中一者所形成。該絕緣層可為鋁陽極處理層(aluminum anodized layer)。
該電路圖案可由包含銀(Ag)的材料形成。該電路圖案可由銀漿(silver paste)之燒結材料(sintered material)形成。
根據本發明之另一態樣，提供一種製造背光單元的方法，該方法包含：提供底板；在該底板之頂部上形成絕緣層；在該絕緣層上形成電路圖案；以及將複數個發光二極體安裝於該絕緣層上，用以連接於該電路圖案。
該底板可由鋁與鋁合金之其中一者所形成。於該底板之頂部上形成絕緣層之步驟可包含對該底板之頂部進行陽極處理(anodizing)，以在該底板之頂部上形成鋁陽極處理層。
該底板可由鋁與鋁合金之其中一者所形成。於該底板之頂部上形成絕緣層之步驟可包含對該底板之頂部進行陽極處理，以在該底板之頂部上形成鋁陽極處理層。該陽極處理可實施於底板之底部。
形成電路圖案的步驟可包含：在底板之頂部上之絕緣層上形成銀漿；以及燒結該銀漿。形成銀漿之步驟可包含將該銀漿敷設在該絕緣層上。此處，將該銀漿敷設在該絕 緣層上之步驟可藉由網印(screen printing)與噴墨印刷(ink jet printing)之其中一者來實施。
本發明之示範實施例現將藉由參考附加圖式來詳細描述。然而本發明也可以各種不同形式來實施且不應將本發明理解為僅限制於本文所出現之實施例。再者，本文提供之實施例使得本揭露內容會是徹底且完整的，且會將本發明之範疇完全傳遞給此技術領域中具有通常知識者。在圖式中，為了清楚表示，可能會誇大形狀與尺寸，且本說明書中相同樣的元件符號被用於標示相同或相似的組件。
第2圖係顯示根據本發明之示範實施例之直下式背光單元的示意剖面圖，而第3圖是第2圖之部分放大圖。
參考第2圖與第3圖，背光單元100包含金屬材料之底板101、形成於該底板之頂部上之絕緣層102a、以及複數個形成於該絕緣層102a上之發光二極體(LED)125。導電電路圖案(conductive circuit pattern)105形成於絕緣層102a上，用以將發光二極體125彼此電性連接。而且，下絕緣層102b形成於底板之底部，且使用與絕緣層102a相同或不同之材料來製作。每一個發光二極體125構成點光源，但是所配置之複數個發光二極體125整體能夠形成表面光源。如圖所示，該背光單元100不包括具有發光二極體安裝於其上之額外的印刷電路板(PCB)，相對於第1圖所示者。各種光學薄片(未顯示)，例如擴散板與種鏡，可設置於該發光二極體125上方距該發光二極體125預定 距離之處。
該發光二極體125可包含白光發光二極體，例如，基於氮化鎵(GaN－based)之藍光發光二極體與黃光燐光體(phosphor)之組合、基於氮化鎵之藍光發光二極體與綠光和紅光燐光體之組合、或紫外線(UV)或近紫外線發光二極體與藍光、綠光和紅光燐光體之組合。或者，為了產生白色輸出光，該發光二極體125可包含藍光發光二極體、綠光發光二極體與紅光發光二極體。每一個發光二極體125均可安裝於分開之封裝件中、或藉由晶片直接構裝(chip on board,COB)方法來安裝，在該COB方法中，發光二極體晶片使用該方法直接安裝於該絕緣層102a上。
該底板可由鋁(Al)或鋁合金形成。由鋁或鋁合金形成之底板可容易地在其表面進行陽極處理。如此允許絕緣層102a與102b，就是陽極處理氧化鋁層，分別地形成於該底板的頂部與底部。然而，可應用於本發明之絕緣層102a與102b並不限於陽極處理之氧化鋁層。例如該絕緣層102a與102b可採用其他絕緣體，例如像是聚醯亞胺(poly imide)之聚合物與陶瓷(ceramic)。而且，除了進行陽極處理外，該絕緣層尚可藉由物理及化學方法來形成。
該導電電路圖案105使該發光二極體125彼此電性連接，且可連接於驅動電路(未顯示)。該電路圖案105可藉由例如在該絕緣層102a上敷設銀(Ag)漿且接著燒結該銀漿來形成。然而，本發明並不限於此種方式。舉例來說，可將金屬電路直接形成在該絕緣層上以作為實現電路圖案 105之方式。
於背光單元100中，相反於習知的背光單元(見第1圖)，該電路圖案直接形成在具有絕緣層102a形成於其上的該底板101上，因此不需要具有發光二極體安裝於其上之額外的印刷電路板(見第1圖之元件符號11)。如此能排除用於將分離的印刷電路板彼此連接的連接器(見第1圖之元件符號23)與用於將該印刷電路板固定於該底板之接合單元(例如螺釘)的需求。
如此能節省用於在該印刷電路板上安裝該發光二極體、用於將該印刷電路板彼此連接之連接器以及例如螺釘之接合單元之必要材料成本，並顯著地減少部件數量且與相對地簡化結構。此外，從發光二極體125產生之熱係透過該絕緣層102a直接轉移到該金屬材料之寬闊的底板101，因此明顯地改善熱輻射性質。在習知技術中，熱係透過例如印刷電路板和填隙墊之結構從發光二極體散發於底板下方，因此無法保證足夠的熱輻射。然而，根據本發明之實施例，不需要使用阻擋熱輻射之部件，且熱被直接轉移到由導熱材料(例如鋁或鋁合金)作成之底板。如此確保遠優於習知背光單元之輻射特性。此外，在背光單元100的製造程序中，不需要用來固定印刷電路板之組裝程序。如此相當地簡化該背光單元之製造程序，因此減少須用於組裝之勞務成本。
第4圖係顯示根據本發明之另一示範實施例之背光單元的部分放大圖。於第4圖之實施例中，沒有形成下絕緣 層(見第2圖之元件符號102b)。舉例來說，由鋁材料製成之底板之底部由阻劑(resist)遮蓋，且接著進行陽極處理以形成絕緣層102a，亦即僅在底板101之頂部上之陽極處理的氧化物層。如上所述，該絕緣層可不形成於底板之底部。電路圖案105可僅形成在底板101之頂部上，因此排除用於在底板之底部形成絕緣層之需求。換言之，不同材料之絕緣層(例如聚合物薄膜)可形成在底板101之頂部上。
下文中，將根據本發明之示範實施例說明背光單元之製造方法。
第5A圖到第5B圖係用以解釋本發明實施例之製造背光單元之方法之剖面圖。首先，如第5A圖所示，提供由鋁或鋁合金製成之底板101。該底板101可被適當地彎曲以獲得用以在其上安置複數個發光二極體之空間。
接著，如第5B圖所示，藉由對鋁作陽極處理以在該底板之頂部與底部形成陽極處理之氧化鋁層102a與102b。陽極處理條件(例如陽極處理時間、電壓與所使用之電解質之組成)可被調整以形成該絕緣層(即陽極處理之氧化物層102a與102b)成希望的厚度。在陽極處理程序中，不需要形成電路圖案之底板之底部可用適當的絕緣體(例如阻劑薄膜)遮蓋，以僅在底板之頂部上形成陽極處理之氧化物層(見第4圖)。
之後，如第5C圖所示，銀漿105a係敷設於該陽極處理之氧化鋁層102a上，用以形成電路圖案。舉例來說，該 銀漿可藉由網印與噴墨印刷之其中一者來敷設以形成該電路圖案。該印刷之銀漿可包含銀粉與有機材料之混合物。然後，如第5D圖所示，該銀漿被燒結以形成所希望的導電電路圖案105。
其後，如第5E圖所示，複數個發光二極體或發光二極體封裝件125被安裝於陽極處理之氧化物層102a上，用以連接於該電路圖案105。所安裝之複數個發光二極體125可為白光發光二極體。舉例來說，基於氮化鎵之藍光發光二極體晶片可用包含黃光燐光體(或紅光與藍光燐光體)之傳輸光(1ight－transmitting)樹脂而破封裝於待安裝於該陽極處理之氧化物層102a上之白光發光二極體封裝件中。或者，近紫外線發光二極體晶片可用包含藍光、綠光與紅光燐光體之傳輸樹脂光而被封裝於待安裝於該陽極處理之氧化物層102a上之白光發光二極體封裝件中。或者，藍光發光二極體晶片或近紫外線發光二極體晶片可直接安裝於該陽極處理之氧化物層102a上，用以形成電路圖案105，且接著用包含合適燐光體或燐光體混合物之樹脂來封裝。而且，該發光二極體125可包含藍光、綠光與紅光發光二極體之組合。
本發明之背光單元之製造方法並不限於前述如第5A圖到第5E圖所示之實施例。該底板可用代替鋁或鋁合金之其他材料來製作。而且，該絕緣層可採用聚合物薄膜或氧化矽薄膜來代替該陽極處理之氧化物層。此外，該電路圖案可藉由代替利用印刷來敷設銀漿與燒結銀漿之其他方法 來形成。舉例來說，為了形成該電路圖案，金屬圖案可直接形成於該絕緣板上，或者可形成金屬層(銅薄膜)且然後將其圖案化。
該背光單元之製造方法排除了需要使用某些結構，例如印刷電路板、連接器、和螺釘或接合單元。該製造方法也排除了用於附接填隙墊或藉由螺釘固定該印刷電路板以將該發光二極體安裝於該底板之組裝程序。因此，相較於習知的製造方法，本發明之製造方法係顯著地簡化，因而減少生產周期(lead time)與節省組裝程序中必要之勞務成本。最後使得在製造該背光單元時具有較高的生產力。再者，該背光單元之習知組裝程序需要相當多的人工(manual work)。但依據本發明實施例之製造方法，該背光單元可透過自動化技術(使用發光二極體安裝器與回銲機器(reflow machine))來容易地組裝。
如上所述，根據本發明之示範實施例，電路圖案係直接形成於該底板上，該底板具有絕緣層形成於其頂部上，以及發光二極體被安裝於該電路圖案上。如此排除對於額外部件(例如印刷電路板、連接器與螺釘)之需求，因此節省製造成本。而且，這樣提高了從發光二極體產生之熱的輻射性質。在該背光單元之製造方法中，沒有組裝印刷電路板之需求。因此，相較於習知的方法，本發明之製造方法減少所需製程之數量、提高背光單元之生產力、以及確實保證該組裝程序可容易地自動化進行。
儘管本發明已搭配有關之示範實施例來作顯示與描 述，但對於此技術領域具有通常知識者應可明瞭在不脫離如附加的申請專利範圍所定義之精神與範疇下，可作修改及變化。
10‧‧‧背光單元
11‧‧‧底板
21‧‧‧印刷電路板
22‧‧‧填隙墊
23‧‧‧連接器
25‧‧‧發光二極體
31‧‧‧擴散板
33‧‧‧光學薄片
40‧‧‧液晶面板
100‧‧‧背光單元
101‧‧‧底板
102a‧‧‧絕緣層
102b‧‧‧絕緣層
105‧‧‧電路圖案
105a‧‧‧銀漿
125‧‧‧發光二極體
本發明之上述與其他態樣、特徵及其他優點結合上述詳細的描述搭配附加圖式將會更清楚了解，其中：第1A圖係顯示使用發光二極體之習知背光單元的剖面圖，及第1B圖係顯示第1A圖之背光單元的平面圖；第2圖係顯示根據本發明之示範實施例之背光單元的剖面圖；第3圖係顯示第2圖之背光單元的部分放大圖；第4圖係顯示根據本發明之另一示範實施例之背光單元的剖面圖；以及第5A圖到第5E圖係用於說明根據本發明之示範實施例之製造背光單元之方法之剖面圖。
100‧‧‧背光單元
101‧‧‧底板
102a‧‧‧絕緣層
102b‧‧‧絕緣層
105‧‧‧電路圖案
125‧‧‧發光二極體

Claims (15)

  1. 一種背光單元，包括：底板，具有形成於其頂部上之絕緣層；電路圖案，形成於該絕緣層上；以及複數個發光二極體，形成於該絕緣層上，用以電性連接於該電路圖案，其中，該底板彎曲成獲得安置該複數個發光二極體之空間。
  2. 如申請專利範圍第1項之背光單元，復包括另一形成於該底板之底部之絕緣層。
  3. 如申請專利範圍第1項之背光單元，其中，該底板係由鋁與鋁合金之其中一者所形成。
  4. 如申請專利範圍第3項之背光單元，其中，該絕緣層為鋁陽極處理層。
  5. 如申請專利範圍第1項之背光單元，其中，該電路圖案係由包含銀之材料所形成。
  6. 如申請專利範圍第5項之背光單元，其中，該電路圖案係由銀漿之燒結材料所形成。
  7. 如申請專利範圍第1項之背光單元，其中，該複數個發光二極體包括白光發光二極體。
  8. 如申請專利範圍第1項之背光單元，其中，該複數個發光二極體包括藍光、綠光及紅光發光二極體。
  9. 一種製造背光單元之方法，該方法包括下列步驟：提供底板； 在該底板之頂部上形成絕緣層；在該絕緣層上形成電路圖案；以及將複數個發光二極體安裝於該絕緣層上，用以連接於該電路圖案，其中，該底板彎曲成獲得安置該複數個發光二極體之空間。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中，該底板係由鋁與鋁合金之其中一者所形成。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，其中，該在該底板之頂面上形成絕緣層之步驟包括對該底板之該頂部進行陽極處理以在該底板之該頂部上形成鋁陽極處理層。
  12. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該陽極處理係在該底板之底部實施。
  13. 如申請專利範圍第9項之方法，其中，該形成電路圖案之步驟包括：在該底板之該頂部上之該絕緣層上形成銀漿；以及燒結該銀漿。
  14. 如申請專利範圍第13項之方法，其中，該形成銀漿之步驟包括將該銀漿敷設於該絕緣層上。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中，該將該銀漿敷設於該絕緣層上之步驟係藉由網印與噴墨印刷之其中一者來實施。
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