專利名稱：照明系統(tǒng)和顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在顯示設(shè)備內(nèi)使用的照明系統(tǒng)和一種使用該照明系 統(tǒng)的顯示設(shè)備。
背景技術(shù)：
直線照明系統(tǒng)是最理想的，特別是在影像顯示設(shè)備例如顯示器的背光
系統(tǒng)里。各種現(xiàn)有的設(shè)備和方法包括諸如美國專利號6,450,664,標題是 "Linear illumination unit having plurality of LEDs (具有多個LEDs的直線 照明單元)"，在2002年9月17日授權(quán)給William Kelly,美國專利號 6,840,646，標題是"Illumination system and display device (照明系統(tǒng)和顯 示設(shè)備)"，在2005年1月11日授權(quán)給Cornelissen等，以及美國專利號 6，866，398，標題為"Flexible rod light device formed of chip on board based LED lamps and manufacturing method thereof (由芯片直接貼裝制成的柔性 桿光設(shè)備的LED燈及其制作方法)"，在2005年3月15日授權(quán)給YuanLin， 它們都使用包括LED器件的電子照明裝置。但是，這些照明部件可能通常 比較大，在一些應(yīng)用里顯得不太方便或有些笨重。
本發(fā)明的目的是提供一種照明系統(tǒng)或一種顯示設(shè)備，其至少能夠克服 那些現(xiàn)有技術(shù)所帶來的一些缺陷。
發(fā)明概述
依照本發(fā)明的一個方面， 一種照明系統(tǒng)包括一個伸長基板、沿著基板 長度安裝在基板上的多個無透鏡的發(fā)光二極管(LED)結(jié)構(gòu)、以及一個用 來密封多個LED芯片的透明的外部封裝。
依照本發(fā)明的第二方面， 一種照明系統(tǒng)包括一個由導(dǎo)熱材料制成的伸 長基板、沿著基板長度安裝在基板上的多個無透鏡的發(fā)光二極管(LED) 芯片、以及一個幾乎透明的外部封裝用來密封多個LED芯片并被設(shè)置以形 成一個光學(xué)透鏡用于限制從多個LED芯片發(fā)出的光。
依照本發(fā)明的第三個方面，在一個制作照明系統(tǒng)的流程里，首先提供
一個伸長基板。接著，沿著基板長度安裝多個無透鏡的發(fā)光二極管(LED) 芯片在基板上。然后，澆鑄一個幾乎透明的外部封裝用來密封多個LED芯 片。
依照本發(fā)明的另一個方面， 一種液晶顯示器，包括一個背光單元，并 且背光單元有一個由導(dǎo)熱材料制成的伸長基板、沿著基板長度安裝在基板 上的多個無透鏡的發(fā)光二極管(LED)芯片、以及一個幾乎透明的外部封 裝用來密封多個LED芯片并被設(shè)置以形成一個光學(xué)透鏡用于限制從多個 LED芯片發(fā)出的光。
從以下的詳細描述，并結(jié)合附圖，通過范例以說明本發(fā)明的原理，本 發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將越發(fā)明顯。


圖1是描述本發(fā)明的第一典型照明系統(tǒng)實施例的透視圖； 圖2是圖1系統(tǒng)的平面圖;
圖3是描述圖1系統(tǒng)部分的透視圖； 圖4是描述圖1系統(tǒng)部分的截面圖5是描述本發(fā)明的第二典型照明系統(tǒng)實施例的部分的透視圖； 圖6是描述本發(fā)明的第三典型照明系統(tǒng)實施例的部分的透視圖；和 圖7是分步描述制作本發(fā)明典型照明系統(tǒng)實施例的過程的流程圖。 發(fā)朋詳述
圖1顯示本發(fā)明的一個典型照明系統(tǒng)實施例100。系統(tǒng)ioo首先有一 個伸長基板101，在其內(nèi)有一個伸長凹槽103。沿著基板長度的方向，即線
性方向，在圖1里顯示作為Z軸。
凹槽103沿著基板101的實際長度延伸，并有一對傾斜斜面105a、105b 從幾乎平坦的底平面107向外延伸，并在一對邊緣109a、 109b結(jié)束，邊緣 109a、 109b平行于底平面107。
系統(tǒng)IOO還包括未封裝的或未裝透鏡的半導(dǎo)體LED芯片111，其沿著 z軸幾乎被線性安裝在底平面109上，并在傳播中線(y)周圍的所有方向 上大致均勻地分散發(fā)光。因為LED芯片111是未裝透鏡的，視角大約是 120度。但是，也可以使用視角大約60度的裝有透鏡的LE^。由于無透 鏡的LED芯片111是半導(dǎo)體芯片，與之前情況相比它們可以被更緊密地安 裝，在此實施例里，密度大約是每厘米25個，具體芯片大小大約是0.25 平方毫米。
如圖2-4所示，在基板101的邊緣10%上提供多個電極201，通過使 用打線接合(wire bonding)技術(shù)，每個電極201通過線203電連接到各個 LED芯片111。而且，電極201被連接到一個集中式LED驅(qū)動器205，其 被龜連接到一個電源(圖中未顯示)，并驅(qū)動LED芯片111。與傳統(tǒng)設(shè)計 相比，電極201和集中式LED驅(qū)動器203的排列還可以使系統(tǒng)100更加緊 湊。
如圖4所示,系統(tǒng)100還包括一個密封LED芯片111的外部封裝401。 通過在凹槽103內(nèi)注滿一個持續(xù)長度的幾乎透明的材料如環(huán)氧樹脂或人造 樹脂，形成封裝401。環(huán)氧樹脂透鏡被澆鑄，使得封裝401顯示一個如圖4 所示的光透鏡形狀。系統(tǒng)100也包括絕緣反射膜(dielectric reflective film) 403a、 403b，其分別涂敷在傾斜斜面105a、 105b上。光透鏡401和反射膜 403a、403b的作用是將LED芯片111在xy平面上發(fā)出的分散光進行聚集， 從而獲得一個需要的范圍窄的光線。絕緣反射膜(圖中未顯示)也可以被 涂敷在底平面107上，以提高系統(tǒng)100的光效率。此外，圖案化的金屬層 (圖中未顯示)可以覆蓋在底平面107的上面，和/或在斜面105a、 105b 之上但在反射膜之下，以便能夠提供LED芯片111和各個電極201之間的 電連接。 另外，光擴散(diffUser)成分可以被加進環(huán)氧樹脂透鏡401內(nèi)，以提 高系統(tǒng)100發(fā)出光的均勻性?；蛘?，熒光粉(phosphor powder)可以被加 進環(huán)氧樹脂透鏡401內(nèi)，以便下轉(zhuǎn)換發(fā)光(downward conversion),使得系 統(tǒng)100可以發(fā)出不同波長的光或在人類視覺里不同顏色的光。
在如圖5所示的本發(fā)明的第二典型實施例里，連接到各個LED芯片 lll的電極，是在底表面107上打線接合(wire bonding)的，并通過在斜 面109a、 109b和/或底表面107上的圖案化的金屬層(圖中未顯示)被連 接到外部電連接(圖中未顯示)。
在如圖6所示的本發(fā)明的第三典型實施例里，在外部封裝(圖6中未 顯示)的頂部有多個頂棱鏡603，在一個典型實施例里，其由丙烯酸或聚 乙烯對酞酸鹽制成，并具有大約80-100度的頂角和50-100um的間距，其 用來限制LED芯片111在yz平面上發(fā)出光的分散。
此外，在以上所述的各種實施例里，基板可以由導(dǎo)熱材料制成，例如， 金屬芯印制電路板或陶瓷。因此，此照明系統(tǒng)可以有一個相對較低的熱阻 (thermal resistance),和一個改善的散熱性能?；迨褂脤?dǎo)熱材料，LED 芯片被直接安裝在其上面，與傳統(tǒng)使用熱沉(heat sink)或其它散熱機制 的設(shè)計相比，還可以使該照明系統(tǒng)更加緊湊。這樣也可以簡化制作過程。
另外，上述照明系統(tǒng)可以被使用作為在許多顯示設(shè)備里(如膝上型電 腦顯示器等)的一個背光照明系統(tǒng)。
如圖7所示，制作圖l、 5或6里所述的照明系統(tǒng)過程，在步驟701， 首先提供一個導(dǎo)熱材料如金屬芯印制電路板或陶瓷材料的伸長基板，沿著 其長度方向在基板上產(chǎn)生一個凹槽，例如通過澆鑄。在典型實施例里，凹 槽的深度不超過1.5毫米。另外，電極可以在凹槽邊緣上形成。
在步驟703， 一個金屬層，例如，鍍鋁或鍍銀層，大約50um厚，被 涂敷在凹槽側(cè)壁或底平面的整個表面上。
在步驟705，該金屬層被圖案化，以在凹槽的側(cè)壁和底平面上形成電 連接到電極。
在步驟707， 一個絕緣層被涂敷在圖案化的金屬層的上面。絕緣層被. 設(shè)計成一個至少具有兩層分別是一高和一低反射率的高反射堆疊層。每個 反射層的厚度是四分之一波長。
在步驟709， 一串無透鏡的LED芯片被粘接在凹槽的底平面上，例如 通過使用銀膠。
在步驟711， LED芯片通過打線接合被電連接到電極。
在步驟713，凹槽內(nèi)裝滿環(huán)氧樹脂以形成一個密封LED芯片的外部封 裝。外部封裝可以被設(shè)置以形成一個光透鏡用來限制發(fā)出光。也可以通過 鑄模在外部封裝上面形成棱鏡。
應(yīng)該理解，在此披露和定義的本發(fā)明可以擴展到兩個或多個以上文字 或附圖中提及的單個特征的所有組合。所有這些不同組合構(gòu)成本發(fā)明的各 種可能方面。以上描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不偏移 本發(fā)明的范圍內(nèi)作出各種顯而易見的修改。
盡管在此本發(fā)明由各個實施例而被描述和說明，然而這不是意在限制 于所述的細節(jié)，因為在此可以作出各種修改和結(jié)構(gòu)變化，而沒有偏移本發(fā) 明精神，并屬于權(quán)利要求的范圍和等同范疇。
此外，應(yīng)該理解和明白，在本說明書里用來描述本發(fā)明的詞匯，以及 各種實施例，不僅是在其普通定義的含義上被理解，而且包括在超出普通 定義的含義范圍之外的本說明書結(jié)構(gòu)、材料或效果里的特殊定義。因此， 如果一個元素在此說明書的上下文可以被理解為多于一種涵義，那么其在 權(quán)利要求的使用必須被理解為由說明書和詞匯本身支持的所有可能的涵 義。所以，以下權(quán)利要求的詞匯或元素的定義，是在此說明書里被定義，
不僅包括字面意義的元素組合，而且包括所有等同結(jié)構(gòu)、材料或效果，用 實質(zhì)相同的方法執(zhí)行實質(zhì)相同的功能而獲得實質(zhì)相同的結(jié)果，而不會偏移 本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種照明系統(tǒng)，包括一個伸長基板；沿著基板長度安裝在基板上的多個未裝透鏡的發(fā)光二極管(LED)芯片；和一個用來密封該多個LED芯片的透明的外部封裝。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中多個LED芯片是沿著基板延 伸的直線方向上排列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)，其中基板是由導(dǎo)熱材料制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明系統(tǒng)，其中基板是一個金屬芯 (metal-core)印制電路板。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明系統(tǒng)，
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明系統(tǒng)， 其中多個LED芯片被安裝在凹槽內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明系統(tǒng), 外延伸的傾斜斜面。其中基板是由陶瓷材料制成。 其中基板包括一個伸長凹槽，且其中凹槽包括一對從凹槽底面向
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，還包括貼附在至少一個斜面和底 面上的反射物。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明系統(tǒng)，其中反射物是通過在至少一個斜 面和底面上涂敷一金屬層形成。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的照明系統(tǒng)，其中凹槽被設(shè)置成限制發(fā)出光 的遠場光強分布(far field pattern)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明系統(tǒng)，還包括在凹槽底面或其中一個 斜面終止的凹槽邊緣上的電極。
12. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的照明系統(tǒng)，其中外部封裝是由樹脂制成。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明系統(tǒng)，其中外部封裝包括熒光粉用 于下轉(zhuǎn)換發(fā)光。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的照明系統(tǒng)，其中外部封裝包括光擴散材料。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明系統(tǒng)，其中外部封裝被設(shè)置以形成 一個光透鏡用來限制從多個LED芯片發(fā)出的光。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明系統(tǒng)，其中外部封裝被設(shè)置以形成 具有棱鏡圖案用來限制從多個LED芯片發(fā)出的光。
17. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的照明系統(tǒng)，還包括一個在基板上的集中 式LED驅(qū)動器，并被電連接到LED芯片用來驅(qū)動照明。
18. —種照明系統(tǒng)，包括一個由導(dǎo)熱材料制成的伸長基板；沿著基板長度安裝在基板上的多個無透鏡的發(fā)光二極管(LED) 芯片；和一個透明的外部封裝，用來密封多個LED芯片并被設(shè)置以形成 一個光透鏡用于限制從多個LED芯片發(fā)出的光。
19. 一種制作照明系統(tǒng)的過程，包括提供一個伸長基板；沿著基板長度安裝多個無透鏡的發(fā)光二極管(LED)芯片在基板 上；和澆鑄一個透明的外部封裝用來密封多個LED芯片。
20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的過程，其中基板是由導(dǎo)熱材料制成。
21. —種液晶顯示器，包括一個背光單元，其中背光單元包括一個由導(dǎo)熱材料制成的伸長基板；沿著基板長度安裝在基板上的多個無透鏡的發(fā)光二極管 (LED)芯片；禾口一個透明的外部封裝，用來密封多個LED芯片并被設(shè)置以形 成一個光透鏡用于限制從多個LED芯片發(fā)出的光。
全文摘要
一種照明系統(tǒng)(100)包括一個伸長基板(101)、沿著基板(101)長度安裝在基板(101)上的多個無透鏡的發(fā)光二極管(LED)芯片(111)，以及一個幾乎透明的外部封裝用來密封多個LED芯片(111)。
文檔編號F21Y101/02GK101365907SQ200780002144
公開日2009年2月11日 申請日期2007年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者張亞銜, 彭華軍, 徐文泰, 梁立慧 申請人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司