專利名稱：Led二維發(fā)光模塊及l(fā)ed顯示屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)為發(fā)光體的顯示屏，尤其涉及LED二維發(fā)光模塊，以及以此模塊作為基礎(chǔ)部件組合而成的LED顯示屏，屬于LED與顯示技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
LED被發(fā)明以后，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大從最初的儀表顯示到現(xiàn)在的照明應(yīng)用，LED已全面進(jìn)入我們生活當(dāng)中。在LED各種應(yīng)用當(dāng)中，顯示屏占據(jù)了較大部分的市場。隨著LED技術(shù)不斷進(jìn)步，LED顯示屏得到很大發(fā)展，從最初的室內(nèi)單色屏發(fā)展到現(xiàn)在的戶外全彩屏，LED顯示屏在戶外全彩屏中一枝獨(dú)秀，已基本上取代以前的CRT電視墻。但是應(yīng)當(dāng)看到有些LED顯示屏，特別是一些戶外屏，在使用一段時(shí)間后相繼出現(xiàn)色差、死點(diǎn)等問題，圖像出現(xiàn)花屏、色彩失真，產(chǎn)生這些問題的主要原因是目前的LED顯示屏結(jié)構(gòu)上存在缺陷。
現(xiàn)有技術(shù)中LED顯示屏是將LED晶粒封裝成8×8數(shù)碼點(diǎn)陣模塊，若干只數(shù)碼點(diǎn)陣模塊組裝于一塊控制線路板上，再由若干塊控制線路板組合成需要的LED顯示屏。數(shù)碼點(diǎn)陣模塊的基本構(gòu)成如圖1所示LED晶粒1固定于一側(cè)焊有金屬針連接件4的印刷電路板2上面，再將印刷電路板2裝入塑料制作的反射蓋3當(dāng)中，灌以環(huán)氧樹脂膠5，將印刷電路板2上的晶粒1前后都包住，烘烤成型，從而形成陣點(diǎn)6。數(shù)碼點(diǎn)陣模塊制作完畢，通過金屬針連接件4利用錫焊組裝到控制線路板上，進(jìn)而組合成LED顯示屏。這里，金屬針連接件4承擔(dān)導(dǎo)電和傳熱雙重作用。
眾所周知，環(huán)氧樹脂膠的導(dǎo)熱性能比較差，LED晶粒在發(fā)光時(shí)產(chǎn)生的熱量無法迅速傳導(dǎo)出去，只能在晶粒周圍慢慢累積，使LED芯片內(nèi)部溫度逐漸上升。而LED晶粒的發(fā)光特性對于晶粒內(nèi)部溫度非常敏感，LED晶粒內(nèi)部溫度上升將導(dǎo)致發(fā)光效率下降；當(dāng)LED晶粒內(nèi)部溫度上升到一定程度會導(dǎo)致LED失效，LED晶粒的預(yù)期使用壽命將難以保證。所以，現(xiàn)有技術(shù)中的這種數(shù)碼點(diǎn)陣模塊在使用一段時(shí)間后發(fā)光性能衰減，出現(xiàn)色差、死點(diǎn)等現(xiàn)象，不能有效傳熱是主要原因。
其次，現(xiàn)有技術(shù)在生產(chǎn)數(shù)碼點(diǎn)陣模塊過程中，用于灌封的環(huán)氧樹脂膠的性能指標(biāo)和灌封用量在每一生產(chǎn)批次中都可能存在差異，灌膠后的烘烤條件也不可能始終控制在最為合適的狀態(tài)，致使膠體烘烤過程中可能會產(chǎn)生硬化不完全或者膠裂等不良現(xiàn)象。在將印刷電路板放入反射蓋時(shí)，往往會有一些微小氣泡附在印刷電路板上無法逸出，這些小氣泡容易附著于晶粒邊緣或金屬連接線附近，當(dāng)LED晶粒發(fā)熱時(shí)這些氣泡受熱膨脹，可能會將LED晶粒擠壓得崩裂或者擠斷LED連接線，造成該模塊使用一段時(shí)間后就出現(xiàn)色差和死點(diǎn)。
第三，LED數(shù)碼點(diǎn)陣模塊使用的反射蓋的材質(zhì)多為PC塑料，采用注塑方式成型。而封裝所用的環(huán)氧樹脂，其玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg比較高，在環(huán)氧樹脂從液態(tài)轉(zhuǎn)化成固態(tài)時(shí)發(fā)出大量的熱，膠體中心溫度會高達(dá)150℃，在此溫度下PC材質(zhì)的反射蓋四周會發(fā)生變形。這種變形在組裝成顯示屏之后存在肉眼明顯可見的拼接縫。同時(shí)，PC材質(zhì)的反射蓋在注塑成型時(shí)，由于溫度較高材料會產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，大面積模塊可能會出現(xiàn)翹曲變形等現(xiàn)象。這對于單個模塊肉眼可能不容易察覺，但是采用若干LED數(shù)碼點(diǎn)陣模塊組裝成大型顯示屏?xí)r，這些問題將顯得非常突出，影響顯示屏的可觀看性。
此外，傳統(tǒng)的LED數(shù)碼點(diǎn)陣模塊在制作過程中不可能對所有的晶粒進(jìn)行嚴(yán)格篩選和老化，在組成顯示屏?xí)r會明顯呈現(xiàn)亮度和色彩不均勻，需花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行一致性調(diào)試。而不同模塊的使用條件并不相同，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行之后，各模塊的亮度和色彩又會不一致，對顯示屏的色彩質(zhì)量構(gòu)成較大影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，從改變LED晶粒的封裝方式入手，提供一種性能更為優(yōu)越的LED二維發(fā)光模塊，進(jìn)而利用這種模塊組合成散熱效果好、使用壽命長、圖像質(zhì)量優(yōu)的LED顯示屏。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)LED二維發(fā)光模塊，包括表面層、中間層、底層。表面層內(nèi)含有排列整齊的二維陣點(diǎn)，每個陣點(diǎn)內(nèi)部設(shè)置有一只LED晶粒，底層安裝有控制和驅(qū)動該模塊使用的元器件和連接件。在中間層與表面層相接觸的一面、對應(yīng)于每個陣點(diǎn)位置均設(shè)有焊盤，中間層的另一面設(shè)置有印刷電路，LED晶粒固定在焊盤上，并且通過金屬導(dǎo)線穿過中間層與印刷電路進(jìn)行電氣連接，LED外表面涂有保護(hù)膠。
進(jìn)一步地，上述LED二維發(fā)光模塊中，表面層在每個陣點(diǎn)位置設(shè)置圓形或橢圓形直孔或者錐孔；是錐孔時(shí)廣口朝外，孔的內(nèi)壁是LED發(fā)射光線的反射壁，反射壁上鍍有金屬鎳或銀。
更進(jìn)一步地，上述LED二維發(fā)光模塊中，所述直孔或者錐孔的底部最大直徑為2～5mm。
而且，上述LED二維發(fā)光模塊中，該模塊還設(shè)有用于電氣連接或?qū)岬臋M向通孔，通孔內(nèi)部可以填有金屬銅或者其它導(dǎo)熱材料。
另外，上述LED二維發(fā)光模塊中，所述LED晶粒外表面涂的保護(hù)膠是硅膠或者環(huán)氧樹脂膠；此外，上述LED二維發(fā)光模塊中，常用的點(diǎn)陣模式是16×32、32×32或者32×64。
LED顯示屏，用上述任意一種LED二維發(fā)光模塊作為基礎(chǔ)模塊，經(jīng)組合后形成單色、雙色或者全彩色LED顯示屏。
本發(fā)明提供了一種采用多層線路板的點(diǎn)陣晶片封裝的LED二維發(fā)光模塊，并以此作為基礎(chǔ)部件組合成半導(dǎo)體發(fā)光二極管顯示屏。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)簡單。本發(fā)明LED二維發(fā)光模塊是將晶片直接封裝于多層線路板上，多層板同時(shí)具備固定晶粒、連接線路和散熱等多項(xiàng)功能，模塊厚度薄、體積小、組合簡便，可以單個使用，也可以組合使用。用它作為基礎(chǔ)部件，可以非常容易地組裝成大面積、高清晰度的LED顯示屏。
(2)改善了散熱，提高了可靠性。本發(fā)明基于多層控制線路板，采用的材料機(jī)械和熱穩(wěn)定性比較好，產(chǎn)品能夠適應(yīng)較寬的溫度范圍。LED采用多重路徑以提高散熱效果，LED晶粒貼裝的碗壁鍍有金屬進(jìn)行反光和傳熱，多層線路板金屬化電路過孔以及填埋的導(dǎo)熱材料，均有利于LED晶粒散熱。
(3)陣列規(guī)模大、點(diǎn)距小。傳統(tǒng)的LED數(shù)碼點(diǎn)陣模塊規(guī)模通常為8×8，而LED二維發(fā)光模塊陣列的規(guī)模大，間距可以做得很小，增加了顯示像素，能顯著提高顯示屏圖像的清晰度，在同樣的應(yīng)用背景下，其生產(chǎn)成本大為降低，成品率大幅度提高。
(4)提高顯示屏圖像質(zhì)量。傳統(tǒng)的LED數(shù)碼點(diǎn)陣模塊在其制作之前不可能對所有的LED晶粒進(jìn)行嚴(yán)格篩選和老化，封裝之后即使檢測到不良晶粒也難以進(jìn)行返修，影響顯示屏的圖像質(zhì)量。而本發(fā)明可以在制作過程中進(jìn)行老化測試，對不良晶?？梢粤⒓捶敌?，使顯示屏圖像質(zhì)量得到可靠保證。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)LED顯示屏的使用的8×8數(shù)碼點(diǎn)陣模塊。
圖2是圖1的基本封裝模式示意圖。
圖3是本發(fā)明LED二維發(fā)光模塊的一種形式(陣列規(guī)模32×16)。
圖4是圖3中間層對應(yīng)于LED發(fā)光陣點(diǎn)一面的焊盤分布圖。
圖5是本發(fā)明LED二維發(fā)光模塊的封裝模式示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是為了改善現(xiàn)有LED數(shù)碼點(diǎn)陣模塊的散熱性能，從根本上解決LED二維發(fā)光模塊用于顯示屏——特別是一些戶外屏，在使用一段時(shí)間以后相繼出現(xiàn)的色差、死點(diǎn)、整體屏上圖像發(fā)生花屏、色彩失真等問題，而提出的一種全新技術(shù)方案。發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)是將LED晶粒直接封裝于控制線路板上，達(dá)到固定發(fā)光晶粒、連接線路和散熱的目的。
控制線路板可以為三層或更多層板結(jié)構(gòu)，但是無論多少層，都可以歸結(jié)為三大功能層面。其中表面層部分為出光傳熱層，表面層均勻制作若干個圓形或橢圓形狀的碗杯，碗壁鍍銀、鎳等金屬進(jìn)行反光和傳熱。表面層帶有反射碗，碗底與中間層的線路有導(dǎo)熱接觸。中間層部分的線路起固定晶粒和焊接金屬連接線作用。
中間層為晶粒粘貼層，晶粒利用銀膠、銦金或其它合金固定于碗杯底部區(qū)域正中部位，通過金屬絲與線路進(jìn)行電氣連接。芯片工作時(shí)所產(chǎn)生的熱量通過鍍有金屬的碗杯和晶粒固定的焊盤過孔傳出。中間層線路與表面層及底層線路之間通過金屬過孔相連，也可以將部分熱量散發(fā)出去。
底層部分是控制線路層，可以對每個發(fā)光點(diǎn)進(jìn)行控制。LED點(diǎn)陣晶粒控制和驅(qū)動的集成電路及元件貼裝在底層部分印刷電路板上，再焊接必要的電路連接件，以作為控制和擴(kuò)展用。
表面層的反光碗杯最后再用硅膠或環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行封膠，碗底的晶粒發(fā)光經(jīng)過硅膠或環(huán)氧樹脂導(dǎo)出后經(jīng)過碗壁的反光和聚光得到一個發(fā)光點(diǎn)。保護(hù)膠的表面再用模具進(jìn)行二次透鏡成型，以獲得最佳出光角度和效果。
圖3是本發(fā)明LED二維發(fā)光模塊的一種形式，其陣列規(guī)模為32×16，圖4是圖3中間層對應(yīng)于LED發(fā)光陣點(diǎn)一面的焊盤分布圖。圖5是本發(fā)明LED二維發(fā)光模塊的一種典型的封裝模式，其結(jié)構(gòu)特征是它總體上可分為表面層11、中間層12和底層13三層，表面層11上面排列著整齊的二維陣點(diǎn)，每個陣點(diǎn)內(nèi)部設(shè)置有一只LED晶粒15，底層13安裝有控制和驅(qū)動該模塊使用的元器件和連接件，在中間層12與表面層11相接觸的一面、對應(yīng)于每個陣點(diǎn)位置均設(shè)有焊盤，中間層12的另一面設(shè)置有印刷電路，LED晶粒15固定在焊盤上，并且通過金屬導(dǎo)線穿過中間層與印刷電路進(jìn)行電氣連接，LED晶粒15的外表面涂有硅膠或者環(huán)氧樹脂膠等保護(hù)膠16，其周圍是反射壁17，它是在表面層11每個陣點(diǎn)位置設(shè)置圓形或橢圓形直孔或者錐孔、并且在側(cè)壁鍍上金屬鎳或銀之后形成的光反射壁，上述所述直孔或者錐孔的底部最大直徑為2～5mm。另外，該模塊上還設(shè)置有若干只橫向通孔14，以用于電氣連接或?qū)?，其?nèi)部可以填有金屬銅或者其它導(dǎo)熱材料，如14b，也可以不填充其它材料，如14a。
制作本發(fā)明LED二維發(fā)光模塊，可以分成以下兩大步驟一、多層控制線路板的制備表面層部分線路板的基板采用厚度在1.5～4mm的雙面板。根據(jù)最終產(chǎn)品的面積和點(diǎn)陣晶粒發(fā)光點(diǎn)的數(shù)量在基板上首先加工孔徑2～5mm的通孔以制作碗杯，根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，通孔可以成形為圓形孔，也可以為橢圓形孔；可以為直孔，也可以是錐孔，錐度可以在10～90度之間選取。對于碗壁需通過鍍鎳或鍍銀進(jìn)行反光層處理，以獲得良好的反光和聚光效果。鍍鎳層的厚度不得少于3um，鍍銀層厚度不少于1um。
基板還需要加工若干孔徑0.2～1.0mm的電氣和導(dǎo)熱過孔，利用化學(xué)沉積的方法對孔進(jìn)行沉銅處理，利用化學(xué)鍍銅的工藝對沉銅層加厚，再用導(dǎo)熱材料將過孔填滿以達(dá)到最佳導(dǎo)熱效果，但對于小功率微熱的單色產(chǎn)品，過孔也可不進(jìn)行填埋。
中間層部分為厚度為1～2mm的多層印刷電路板上，其中一面用作底層部分，制作控制功能的印刷線路，另一面則制作固定晶粒的線路，多層板中根據(jù)需要也可以制作線路。固定晶粒部位的加工是先鍍銅，銅層厚度控制在10um以上，再電鍍一層厚度3um的鎳和一層厚度0.3um的金。
在多層印刷電路板上加工若干孔徑0.2～1.0mm的電氣和導(dǎo)熱過孔，通過成像、顯影、蝕刻、檢驗(yàn)等工序，完成多層線路板制作。
當(dāng)將兩塊線路板都處理好之后，即可將它們定位和重疊粘合，粘合時(shí)要保證碗杯孔的周圍沒有粘合劑，以保證碗底與中間層的線路有可靠的導(dǎo)電和導(dǎo)熱接觸。此外需要在50～130℃溫度下烘烤10～60分鐘。至此完成多層控制線路板的制備。
二、LED二維發(fā)光模塊制作1、固晶粒。采用粘合劑粘合，粘合劑的選擇主要考慮的是導(dǎo)熱性能、導(dǎo)電性能及結(jié)合強(qiáng)度。粘合劑的種類有導(dǎo)電銀膠、環(huán)氧樹脂、熒光粉等但不限于此類。粘合劑可用加熱的方式進(jìn)行加快固化處理。加熱時(shí)溫度控制在100～150℃，時(shí)間10～60分鐘。
2、焊接連接金屬導(dǎo)線。利用焊線的設(shè)備進(jìn)行金屬導(dǎo)線的連接加工，選用的金屬導(dǎo)線直徑依發(fā)光晶粒的大小和類型不同而不同，一般在0.0254～0.05mm之間，材質(zhì)可為金、鋁或其它合金絲。隨后再進(jìn)行保護(hù)性封膠處理，選用的膠體有硅膠和(或)環(huán)氧樹脂膠。
3、控制線路元器件的焊裝。將控制和驅(qū)動集成電路以及相關(guān)的表面貼裝電阻、電容等電氣元器件全部貼裝于相應(yīng)的焊盤位置上，再焊接上必要的連接件，經(jīng)過通電和檢測，LED二維發(fā)光數(shù)碼模塊制作即告完成。
上述LED二維發(fā)光模塊陣列規(guī)模可以大大超過8×8，常用的點(diǎn)陣模式是16×32、32×32或者32×64，陣列的間距可以做得很小。模塊可以單個使用，也可以組合使用。以其作為基礎(chǔ)部件組合成半導(dǎo)體發(fā)光二極管顯示屏，可以制成單色、雙色或者全彩色的大面積、高清晰度超薄LED顯示屏。
權(quán)利要求
1.LED二維發(fā)光模塊，包括表面層[11]、中間層[12]、底層[13]，表面層[11]內(nèi)含有排列整齊的二維陣點(diǎn)，每個陣點(diǎn)內(nèi)部設(shè)置有一只LED晶粒，底層[13]安裝有控制和驅(qū)動該模塊使用的元器件和連接件，其特征在于在中間層[12]與表面層[11]相接觸的一面、對應(yīng)于每個陣點(diǎn)位置均設(shè)有焊盤，中間層[12]的另一面設(shè)置有印刷電路，LED晶粒固定在焊盤上，并且通過金屬導(dǎo)線穿過中間層與印刷電路進(jìn)行電氣連接，LED外表面涂有保護(hù)膠。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED二維發(fā)光模塊，其特征在于表面層[11]在每個陣點(diǎn)位置設(shè)置圓形或橢圓形直孔或者錐孔，是錐孔時(shí)廣口朝外，孔的內(nèi)壁是LED發(fā)射光線的反射壁，反射壁上鍍有金屬鎳或銀。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED二維發(fā)光模塊，其特征在于所述直孔或者錐孔的底部最大直徑為2～5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED二維發(fā)光模塊，其特征在于該模塊上設(shè)有用于電氣連接或?qū)岬臋M向通孔[14]。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED二維發(fā)光模塊，其特征在于所述通孔[14]內(nèi)部填有金屬銅或者其它導(dǎo)熱材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED二維發(fā)光模塊，其特征在于所述LED晶粒外表面涂的保護(hù)膠是硅膠或者環(huán)氧樹脂膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED二維發(fā)光模塊，其特征在于模塊的點(diǎn)陣模式為16×32、32×32或者32×64。
8.LED顯示屏，其特征在于用上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的LED二維發(fā)光模塊作為基礎(chǔ)模塊，經(jīng)組合后形成單色、雙色或者全彩色LED顯示屏。
全文摘要
本發(fā)明涉及以LED為發(fā)光體的二維發(fā)光模塊及顯示屏。LED晶粒直接封裝在多層線路板上，表面層是出光傳熱層，中間層是晶粒粘貼層，底層部分是控制線路層，使多層板兼具固定晶粒、連接線路和散熱等多項(xiàng)功能，制成的模塊厚度薄、體積小、散熱效果好。該模塊可以單個使用，也可以組合使用，用其作為基礎(chǔ)部件可以非常容易地組裝成大面積、高清晰度的LED顯示屏。
文檔編號G09F9/33GK1909028SQ2005100412
公開日2007年2月7日 申請日期2005年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月1日
發(fā)明者張佃環(huán), 祁峰, 周鳴, 梁秉文 申請人:南京漢德森科技股份有限公司