專利名稱：設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)的發(fā)光系統，尤其是關于一種設有發(fā)光二極管及光學突出物(protrusion)的光源。
背景技術：
設有照明信息源的光源在許多應用上是經常被需要的。特別是液晶顯示器(liquid crystal display，LCD)，其在許多電子媒體中的應用已越來越流行。液晶顯示器具有各式各樣的應用，諸如桌上型計算機、顯示監(jiān)視器、影像相機、自動柜員機顯示器、電視以及航空顯示器等。通常液晶顯示器需要用背光模塊來照明欲被顯示的信息。用于背光模塊的光源是各式各樣的，如日光燈及發(fā)光二極管。日光燈價錢低廉且不需要復雜的控制電路，但有時不適合某些需要好的色彩質量及長的燈泡壽命的應用上。將發(fā)光二極管用作液晶顯示器背光模塊的光源有許多原因。與日光燈泡相比，發(fā)光二極管光源的優(yōu)點包括壽命較長、替代容易、機械特性穩(wěn)健、和色彩質量較佳。在某些應用(如航空類)中需要從液晶顯示器背光模塊發(fā)射出的色均勻度(chromaticity)是明確的。然而大多數商用可取得的發(fā)光二極管，其色均勻度的選擇是有限的且色均勻度會隨時間改變。
圖1所示為一種揭示于美國第6,666,567號專利的撐高式發(fā)光二極管100的發(fā)光二極管光源，用來改進組合光(combined light)的色均勻度。此撐高式發(fā)光二極管100包括一發(fā)光二極管101。此發(fā)光二極管101被包在發(fā)光二極管封裝102里。此發(fā)光二極管封裝102被支撐在光學共振腔板(floor of opticalcavities)103上方。此撐高式結構容許光從發(fā)光二極管基底部發(fā)射出。此外，具有反射性的突出物可置于此撐高式發(fā)光二極管的下方，來協助導正光行進于軌道。一種由日光燈泡及發(fā)光二極管組合成的結構也被提出來，以形成一種混合式光源(hybrid light source)。然而所有這些技術增加了光源的復雜度和成本。
如圖2和圖3所示，其揭示于美國第6,608,614號專利的液晶顯示器200，該液晶顯示器200包含一個提供光第一色均勻度的第一發(fā)光二極管數組201及一個提供光第二色均勻度的第二發(fā)光二極管數組202。從發(fā)光二極管數組201和202發(fā)射出的光穿過光組合組件301(例如，波導管)，然后朝向液晶顯示器堆棧302投射。發(fā)光二極管晶粒發(fā)射的光通常近似垂直于晶粒表面的方向。從發(fā)光二極管數組201及202發(fā)射出的光的方向幾乎各自垂直及平行于鏡板表面。此光源需要各自的光組合組件301。組合光的色均勻度的調整僅能通過穿過一個控制系來改變第二發(fā)光二極管數組202的色均勻度，因此，色均勻度的調整是有彈性限制的。
根據另一現有技術所揭示的內容，如圖4所示，是一種具有封裝發(fā)光二極管晶粒的Luxeon側式-發(fā)射器(side-emitter)。Luxeon側式-發(fā)射器可提供組合光好的均勻度，但光強度較差。另外，封裝發(fā)光二極管晶粒的結構通常比本發(fā)明的裸晶粒結構占用更大的面積。
眾所皆知，大多數從發(fā)光二極管晶粒發(fā)射的光其行進方向近似垂直于晶粒表面。因此，發(fā)光二極管晶粒在某種程度上需要被調整，使得從發(fā)光二極管晶粒發(fā)射的光在到達顯示屏幕前，有機會組合及混合成想要的色均勻度。本發(fā)明的主要目的是使用一種低復雜度及低成本的系統，來實現光的高強度和好的色彩質量。

發(fā)明內容
本發(fā)明可實現發(fā)光二極管光源的多種優(yōu)點。其主要目的是提供一種設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源。其省掉了封裝發(fā)光二極管晶粒的需要，因而降低了成本及空間。由于發(fā)光二極管的高封裝密度(packaging density)，所以還可實現高的光強度。
在本發(fā)明的第一實施例中，發(fā)光二極管光源包含一光學板(optical panel)及至少一個光學載板(optical plate)。此光源可搭配使用一散熱器(heat sink)，以提高其效能。此光學板形成一具有多個光學突出物的光學表面，以反射及組合從發(fā)光二極管發(fā)射出的光。此光學載板被插入于光學板上的至少一個插槽(slot)。此光學載板包含一個散熱核心板(heat dissipation core plate)及至少一層電子電路層。電子電路層包含一個發(fā)光二極管及至少一個用來控制發(fā)光二極管裸晶粒工作的電子電路。
在本發(fā)明的第二實施例中，發(fā)光二極管光源包含一個光學組件(opticalelement)。此光學組件用來導引先前提到的組合光朝向顯示屏幕。此光學組件可以是散光器(light diffuser)或波導管(wave guide)。
此光學載板可以包含一個散熱核心板及兩層電子電路層。兩層電子電路層分別附著在散熱核心板的每一邊。光學載板也可以包含一個散熱核心板及一層電子電路層。此電子電路層附著在散熱核心板的單邊。
根據本發(fā)明，發(fā)光二極管經由倒裝芯片(flip chip)或打線接合(wirebonding)附著于電子電路層。發(fā)光二極管以其晶粒表面面向光學突出物的方式來附著。因此，從不同發(fā)光二極管晶粒發(fā)射出的光在到達顯示屏幕前，有機會被反射及組合成想要的色均勻度。這些發(fā)光二極管可用透明物質(transparent material)封起來，以避免和空氣反應。此控制電路用來提供發(fā)光二極管電源、控制發(fā)光二極管亮度、提供發(fā)光二極管靜電保護(electrostaticdischarge protection)、以及調整組合后的光的色均勻度，以符合應用需求。此控制電路可以是堆棧式(stacked)或是印制(printed)于電子電路層。
仿真結果顯示組合后的光有較佳均勻度及高強度，且具有想要的色均勻度。組合光可被散光器或波導管來導引。此外，散熱核心板通常連接至散熱器，以提高其散熱效能及增加光源壽命。本發(fā)明的發(fā)光二極管光源可被當作液晶顯示器背光模塊來使用。
現配合下列附圖及實施例的詳細說明，將上述及本發(fā)明的其它目的與優(yōu)點詳述于后。


圖1是一公知撐高式發(fā)光二極管的結構圖。
圖2是另一公知的以發(fā)光二極管為基底的液晶顯示器背光結構圖。
圖3是圖2中液晶顯示器背光結構側面的正視圖。
圖4是一Luxeon側式-發(fā)射器。
圖5A是本發(fā)明第一實施例中一種設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源的俯視圖。
圖5B是圖5A中光學載板的放大圖。
圖6是本發(fā)明第二實施例中一種設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源的結構圖。
圖7A是倒裝芯片接合圖。
圖7B是邊緣打線接合圖。
圖7C是中心打線接合圖。
圖8是組合光在屏幕表面由左/底至右/頂的強度圖。
其中，附圖標記說明如下100 撐高式發(fā)光二極管101 發(fā)光二極管102 發(fā)光二極管封裝 103 光學共振腔板201 第一發(fā)光二極管數組 202 第二發(fā)光二極管數組301 光組合組件 302 液晶顯示器堆棧500 光源501 光學板502 散熱器 503 光學突出物504 發(fā)光二極管 505 光學載板506 電子電路層 507 控制電路508 散熱核心板 509 插槽600 光源602 光學組件601 顯示屏幕701 發(fā)光二極管晶粒702 發(fā)光二極管晶粒 703 發(fā)光二極管晶粒具體實施方式
圖5A和圖5B所示為根據本發(fā)明的一種設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源500的一個較佳實施例。參考圖5A，光源500包含一個光學板501及至少一個光學載板505。此光學板501形成一具有多個光學突出物503的光學表面，用來反射及組合從發(fā)光二極管504發(fā)射出的光，光的行進幾乎平行于光學板501的表面。光學載板505被插入于光學板501上的至少一個插槽509，插槽509可橫跨一鏡板邊緣(panel edge)至另一鏡板邊緣，光源500可搭配使用一散熱器，以提高其效能，例如，一散熱器502(以虛線顯示)附著于光學板501，以提高其散熱。
如圖5B所示，光學載板505還包含一散熱核心板508及至少一個附著在散熱核心板508上的電子電路層506。電子電路層506還包含至少一個發(fā)光二極管504及至少一個用來控制發(fā)光二極管504的裸晶粒(bare chip)工作的控制電路507。
組合后的光可進一步地被導引至散光器或波導管。此外，散熱核心板508通常連接至散熱器502，以提高其散熱效能并增加光源500的壽命。本發(fā)明的光源500可被當作液晶顯示器背光模塊來使用，其省掉封裝發(fā)光二極管晶粒的需要，因而降低了成本及空間。然而，此光源也可使用封裝后的發(fā)光二極管燈(LED lamp)，其并不限于使用發(fā)光二極管裸晶粒。
電子電路層506分別附著在散熱核心板508的每一邊，在電子電路層上的發(fā)光二極管504暴露于光學表面，以發(fā)射光。發(fā)光二極管504是以其晶粒表面面向光學突出物503的方式，附著于電子電路層506。因此，大部分發(fā)光二極管晶粒發(fā)射的光朝向光學突出物503發(fā)射。通過光學突出物503，光可在光學表面反射及組合。此外，也可以是，一層電子電路層506附著在散熱核心板508的單邊。鄰接的發(fā)光二極管發(fā)射出相同或不同的顏色可視不同的應用來決定。
控制電路507用于提供發(fā)光二極管504的電源、控制發(fā)光二極管504的亮度、提供發(fā)光二極管的靜電保護、以及調整組合光的色均勻度，以符合應用需求?？刂齐娐?07可以是堆棧式或是印制于電子電路層506。
圖6所示為根據本發(fā)明的一種設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源600的第二實施例。光學組件602被置于一顯示屏幕601及光源500之間，光學組件602被用來導引組合光朝向顯示屏幕601，如液晶顯示器堆棧。光學組件602可以是散光器或波導管。
根據不同的應用，光學突出物可用任何適合的材料，以任何的方式及形狀來形成。光學突出物的形狀沒有限制，可以是金字塔型(pyramidal)或圓錐形(conic)或拋物線形(parabolic)或半球面形(semispherical)。電子電路層是由一絕緣層(insulating layer)制成，例如印刷電路板(PCB)、氧化物(oxide)、陶磁材料(ceramic material)等。這些發(fā)光二極管可用透明材料封起來，以避免和空氣反應。再者，選擇適合折射率的透明材料可以避免全反射(total reflection)。透明材料可以從環(huán)氧化物(epoxy)及硅氧聚合物(silicone)的族群里選擇。散熱核心板材料可以從介電材料(dielectric material)、電性導體(electrical conductor)或熱傳導導體(thermal conductor)的族群里選擇。
根據本發(fā)明，發(fā)光二極管經由倒裝芯片或打線接合附著于電子電路層。圖7A所示為一倒裝芯片接合的情形，發(fā)光二極管晶粒701以漿糊(paste)或焊錫(solder)黏合于電子電路層506的基座(substrate)上，倒裝芯片接合省掉傳統打線接合的將芯片電性連接至外部電路的需要。倒裝芯片的接合墊(bonding pads)也當作是電性連接至控制電路的接頭。倒裝芯片接合常被用于需要小型式(small form factor)或具有高密度的接合墊(bonding pads)。打線接合包括邊緣打線接合及中心打線接合。圖7B及圖7C分別表示邊緣打線接合及中心打線接合。其中發(fā)光二極管晶粒702或發(fā)光二極管晶粒703先以漿糊或焊錫黏合于電子電路層506的基座上，再以金屬打線接合來完成至控制電路的連接。
在屏幕表面的組合光的一個仿真后的色彩圖里，說明了本發(fā)明的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其組合光的色均勻度能吻合符合目標白色(targeted white color)。光強度也比傳統結構強。圖8進一步顯示在屏幕表面由左/底至右/頂的組合光強度。水平軸表示屏幕的位置，實線表示光強度的水平成分，虛線表示光強度的垂直成分。結果顯示在水平及垂直方向，組合光都有較佳的均勻度及高強度且可以具有想要的色均勻度。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限定本發(fā)明實施的范圍。凡根據本發(fā)明公開的范圍所作的均等變化與修飾，都應屬于本發(fā)明申請保護的范圍。
權利要求
1.一種設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，包含有一光學板，其上設有至少一個插槽，且設有多個光學突出物以反射和組合光；以及至少一個光學載板，該光學載板被插入于該光學板上的至少一個插槽里，每個光學載板設有一散熱核心板和至少一層電子電路層，每層電子電路層設有至少一個發(fā)光二極管和至少一個用來控制該發(fā)光二極管工作的控制電路。
2.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該發(fā)光二極管是用透明材料封起來的裸晶粒。
3.如權利要求2所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該透明材料從環(huán)氧化物及硅氧聚合物的族群中選出。
4.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該發(fā)光二極管是一封裝發(fā)光二極管。
5.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該散熱核心板的材料從介電材料、電性導體或熱傳導導體的族群中選出。
6.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該光學突出物的形狀包括金字塔形、圓錐形、拋物線形以及半球面形。
7.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該電子電路層是一絕緣層。
8.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該控制電路堆棧于該電子電路層上。
9.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該控制電路印制于該電子電路層上。
10.如權利要求2所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該發(fā)光二極管裸晶粒經由一倒裝芯片附著于該電子電路層。
11.如權利要求2所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該發(fā)光二極管裸晶粒是經由打線接合附著于該電子電路層。
12.如權利要求2所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該發(fā)光二極管裸晶粒是以其晶粒表面面向光學突出物的方式附著于電子電路層。
13.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中鄰接的發(fā)光二極管發(fā)射出不同顏色的光。
14.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中鄰接的發(fā)光二極管發(fā)射出相同顏色的光。
15.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該光學載板設有兩層電子電路層，該散熱核心板的每一邊均附著一層電子電路層。
16.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該光學載板設有一層電子電路層，該電子電路層附著在該散熱核心板的單邊。
17.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該光源還包含一散熱器，該散熱器附著于該光學板，以強化散熱。
18.如權利要求1所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該光源還包含一用來導引該組合光朝向一顯示屏幕的光學組件。
19.如權利要求7所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該電子電路層從印刷電路板、氧化物和陶磁材料族群中選出。
20.如權利要求18所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該光學組件是一散光器。
21.如權利要求18所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該光學組件是一波導管。
22.如權利要求18所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該光學載板設有兩層電子電路層，該散熱核心板的每一邊均附著一層電子電路層。
23.如權利要求18所述的設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其中該光學載板設有一層電子電路層，該電子電路層附著在該散熱核心板的單邊。
全文摘要
一種設有發(fā)光二極管及光學突出物的光源，其包含一光學板及至少一個光學載板。此光源可搭配使用一散熱器或一光學組件，以提高其效能。此光學板形成一設有多個光學突出物的光學表面，以反射和組合從發(fā)光二極管發(fā)射出的光。此光學載板被插入在光學板上的至少一個插槽里。此光學載板包含一散熱核心板及至少一個電子電路層。此電子電路層可附著在散熱核心板的單邊或雙邊。本發(fā)明使得組合后的光有較佳均勻度及高強度，且可具有想要的色均勻度。
文檔編號G02F1/1335GK1847950SQ200510056270
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月5日 優(yōu)先權日2005年4月5日
發(fā)明者譚瑞敏, 卿輝東, 陳進龍, 范榮昌 申請人:財團法人工業(yè)技術研究院