具有光學(xué)耦合到后表面的led的薄邊緣背光的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)，特別地，涉及與背光一起使用LED。
【背景技術(shù)】
[0002]液晶顯示器(IXD)常用于膝上型計(jì)算機(jī)、桌面監(jiān)視器、電視機(jī)以及更小的應(yīng)用，例如移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)、便攜式音樂播放器中。透射式LCD需要背光照明，其常規(guī)上通過使用諸如LED之類的光源照射波導(dǎo)的邊緣來實(shí)現(xiàn)。
[0003]計(jì)算機(jī)監(jiān)視器和電視機(jī)中使用的邊緣照亮背光具有最小的外框(bezel)高度和邊緣厚度，其至少部分地由光源的尺寸和波導(dǎo)厚度所驅(qū)使。圖1A和圖1B分別通過實(shí)例說明了常規(guī)背光10的平面圖和側(cè)視圖，該背光包括由多個LED光源14照射的邊緣照亮波導(dǎo)12，這些LED光源在圖1B中被示為包括LED 16和反射器18。由圖可見，外框高度Hbezel由LED光源14的高度確定并且波導(dǎo)邊緣12edge的厚度T ^^由LED光源14的寬度確定。出于美學(xué)和設(shè)計(jì)的目的，希望的是最小化外框高度和邊緣厚度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]一種背光包括具有多個LED的波導(dǎo)，這些LED置于波導(dǎo)后表面中的腔體內(nèi)以用作光源。LED可以是低廓形(low profile)側(cè)面發(fā)射LED并且可以例如利用安裝到波導(dǎo)的波長轉(zhuǎn)換元件通過波長轉(zhuǎn)換產(chǎn)生白色光或者藍(lán)色光。波導(dǎo)的后表面從LED的位置到側(cè)邊緣可以是漸縮的，使得側(cè)邊緣比波導(dǎo)的中心區(qū)域更薄，從而給予波導(dǎo)以薄的外觀。此外，由于與沿著側(cè)邊緣放置相反的是，發(fā)光二極管位于波導(dǎo)的后表面中，因而可以消除外框，或者至少最小化其高度，例如Imm或者更小。
【附圖說明】
[0005]圖1A和圖1B分別示出了常規(guī)背光的平面圖和側(cè)視圖，該常規(guī)背光具有由多個LED從邊緣照射的波導(dǎo)。
[0006]圖2A和圖2B分別示出了包括波導(dǎo)的背光的俯視平面圖和側(cè)視圖，該波導(dǎo)具有分布在波導(dǎo)的后表面中的LED。
[0007]圖3A、圖3B、圖3C、圖3D和圖3E示出了具有上覆的IXD和安裝在背光后表面中的腔體內(nèi)的LED的背光的一部分的截面圖。
[0008]圖4為可以與背光一起使用的低廓形側(cè)面發(fā)射LED的一個實(shí)施例的截面圖。
[0009]圖5A和圖5B示出了可以與背光一起使用的準(zhǔn)直透鏡的不同配置的俯視平面圖。
[0010]圖6示出了具有準(zhǔn)直透鏡的一部分的LED的俯視平面圖。
[0011]圖7示出了一種LED,其中包覆成型的(overmolded)透鏡在模制引線框架上形成。
[0012]圖8示出了包括波導(dǎo)的背光，該波導(dǎo)具有分布在波導(dǎo)的后表面中的LED，其中波長轉(zhuǎn)換元件安裝在波導(dǎo)的前表面上。
[0013]圖9A和圖9B示出了波導(dǎo)的另一個實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0014]圖2A和圖2B分別示出了包括波導(dǎo)102的背光100的俯視平面圖和側(cè)視圖，該波導(dǎo)102具有分布在波導(dǎo)102的背面中的低廓形側(cè)面發(fā)射LED 110。借助于波導(dǎo)102背面中分布的LED 110，外框高度被最小化了。例如，當(dāng)LED 110不在波導(dǎo)102的邊緣102edge處時，可以完全消除外框，但是為了保護(hù)包括波導(dǎo)102和上覆的IXD (圖2A和圖2B中未示出)的顯示器，可以使用具有低的高度H (例如Imm)的外框103，如圖2B中的虛線所示。此外，如圖2B中所示，波導(dǎo)102的后表面102baek朝前表面102 &_可以是漸縮的，以便最小化波導(dǎo)102的邊緣1026_的厚度。應(yīng)當(dāng)理解的是，代替?zhèn)让姘l(fā)射LED 110，可以使用具有附接的或者外部的側(cè)面定向光學(xué)元件的頂部發(fā)射LED。
[0015]LED 110可以成行(列)或者成矩形地設(shè)置在波導(dǎo)102中，如圖2A中所示。LED 110置于側(cè)邊緣102edge之間的波導(dǎo)中心區(qū)域中。舉例而言，沿著波導(dǎo)102寬度的LED 110與最近邊緣102edge之間的距離可以是邊緣-邊緣寬度的近似25%至33%?？商鎿Q地，LED 110可以成棋盤形地或者以其他空間分布方式置于波導(dǎo)102的背面內(nèi)。相對較小的LED的發(fā)射可以被覆蓋或充分地抑制以避免背光中的熱點(diǎn)。此外，利用背光中更高的混合高度，光將在入射到漫射器或遠(yuǎn)端磷光體板上或者離開背光時被混合。漫射器膜、亮度增強(qiáng)膜和諸如磷光體膜之類的遠(yuǎn)端波長轉(zhuǎn)換材料可以產(chǎn)生光的附加的再循環(huán)和混合，其將改進(jìn)均勻性。如果這還不夠充分，那么可以使用圖案化漫射器以最佳地控制光分布均勻地通過LCD。由于LED110置于中心區(qū)域并且后表面102baek是漸縮的，因而中心區(qū)域具有厚度T center,而邊緣具有更小的厚度τ_。在一個實(shí)施例中，邊緣厚度Tedg/j、于中心區(qū)域厚度T。_,的一半，并且在另一個實(shí)施例中，邊緣厚度Tedge可以為零或者在制造限制下近似為零。
[0016]圖3A示出了具有上覆的IXD 101的背光100—部分的跨LED 110截取的截面圖。在圖3A中，側(cè)面發(fā)射LED 110安裝在基臺112和電路板114上并且包括包覆成型的透鏡116。將具有包覆成型的透鏡116的LED 110插入到固態(tài)透明波導(dǎo)102中的腔體104內(nèi)。在透鏡116與腔體104的壁之間可以存在小的空氣間隙(例如25微米)以便允許定位公差。對于LED的一些實(shí)施例，例如具有側(cè)面定向光學(xué)元件的頂部發(fā)射LED，該空氣間隙可以更大。波導(dǎo)102可以是空心的腔體、模制的塑料(例如PMMA)或者另一適當(dāng)?shù)牟牧?。鏡膜106可以覆蓋波導(dǎo)102的后表面102baek和邊緣102 edge (在圖2A和圖2B中示出)。膜106可以是可從3M公司獲得的增強(qiáng)鏡面反射器(ESR)膜或者外部漫射白色散射板?？蛇x的是，鏡膜106或外部白色板覆蓋邊緣102*-代替使用反射膜，可以在具有反射側(cè)壁的載體中支撐波導(dǎo)102。
[0017]波導(dǎo)102的后表面102baek可以具有許多小的凹坑108以便在向上的方向上朝IXD101的后表面散射光。IXD 101以常規(guī)的方式選擇性地控制顯示屏幕中的像素。對于波導(dǎo)102，可以在模制工藝中產(chǎn)生凹坑108，或者可以通過蝕刻、噴砂、印刷或其他方式形成凹坑?？商鎿Q地，可以通過印刷白色散射點(diǎn)來形成提取部件。凹坑108可以采用任何形式，例如棱鏡或者隨機(jī)粗糙化。這樣的部件有時稱為提取部件。在一個實(shí)施例中，更靠近LED 110(其中來自LED的光更亮)的凹坑108的密度小于更遠(yuǎn)離LED 110的凹坑108的密度以便在波導(dǎo)102的前表面102fMnt上創(chuàng)建均勻光發(fā)射。欲知關(guān)于背光和波導(dǎo)的更多信息,參見SergeBierhuizen 等人 2007 年 8 月 16 日的題為“Thin Backlight Using Low Profile SideEmitting LED”的美國序列號N0.11/840130,該文獻(xiàn)通過引用全部合并于此。如果希望的話，遠(yuǎn)端磷光體膜可以在背光中添加附加的混合。
[0018]圖3B、圖3C、圖3D和圖3E示出了背光和LED的其他實(shí)施例的截面圖。圖3B示出了頂部發(fā)射LED 110’的使用，其具有耦合到波導(dǎo)102以便將來自LED 110’的頂部發(fā)射的光重新定向到波導(dǎo)102中的頂部反射器116’。圖3C類似于圖3B，然而，圖3C中波導(dǎo)102’內(nèi)的腔體104’是從底部表面延伸到頂部表面的通孔。圖3D示出了包覆成型的透鏡116’’的使用，其用于將來自LED 110’’的頂部發(fā)射的光重新定向到波導(dǎo)102中。圖3E類似于圖3D，具有從底部表面延伸到頂部表面的通孔形式的腔體104’。
[0019]圖4為可以與背光100 —起使用的低廓形側(cè)面發(fā)射LED 110的一個實(shí)施例的截面圖。LED 110包括半導(dǎo)體發(fā)光元件132、波長轉(zhuǎn)換元件134和反射膜136。側(cè)面發(fā)射LED 110安裝在基臺112上，該基臺安裝在印刷電路板114上?？梢杂迷诒彻鈱?shí)施例中的薄側(cè)面發(fā)射LED的其他實(shí)施例可以見諸Oleg Shchekin等人2006年6月9日提交的題為Low ProfileSide Emitting LED的美國申請序列號n0.11/423419,該申請轉(zhuǎn)讓給本受讓人并且通過引用合并于此。
[0020]在一個實(shí)例中，LED 110的有源層產(chǎn)生藍(lán)色光。LED 110在諸如藍(lán)寶石、SiC或GaN之類的起始生長襯底上形成。通常，生長η層132n，其后是有源層132artive，其后是P層132p。P層132p被蝕刻以暴露下面的η層132 η的一部分。然后,在LED的表面上形成反射金屬電極140 (例如銀、鋁或合金)以便接觸η層和P層。當(dāng)二極管正向偏置時，有源層132artive發(fā)射其波長由有源層的成分(例如AlInGaN)確定的光。形成這樣的LED是公知的，并且不必進(jìn)一步詳加描述。形成LED的附加細(xì)節(jié)記載于Steigerwald等人的美國專利N0.6828596和Bhat等人的美國專利N0.6876008，這兩個專利都轉(zhuǎn)讓給本受讓人并且通過引用合并于此。
[0021]然后，將半導(dǎo)體發(fā)光元件132作為倒裝芯片安裝到基臺112上。基臺112包含通過焊球144焊接或超聲焊接到金屬140的金屬電極142。也可以使用其他類型的結(jié)合。如果電極本身能夠被超聲焊接在一起的話，那么可以去掉焊球144。
[0022]基臺電極142通過通路(via)電連接到基臺112底部上的焊盤，因而基臺112可以被表面安裝到印刷電路板114上的金屬焊盤。電路板114上的金屬跡線將焊盤電耦合到電源。基臺112可以由諸如氮化鋁、陶瓷、硅、氧化鋁等等之類的任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬?。如果基臺材料是導(dǎo)電的，那么在襯底材料上形成絕緣層，并且在絕緣層上形成金屬電極圖案?；_112充當(dāng)機(jī)械支撐，在LED芯片上的精細(xì)的η電極和ρ電極與電源之間提供電接口并且提供散熱?；_是公知的。LED半導(dǎo)體層的加工可以發(fā)生在將LED安裝到基臺112上之前或之后。
[0023]為了使得LED 110具有非常低的廓形，并且為了防止光被生長襯底吸收，例如通過CMP或者使用激光剝離方法移除生長襯底，在激光剝離方法中，激光加熱GaN和生長襯底的界面以