一種側(cè)光式背光模組及其大發(fā)光角度led封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種側(cè)光式背光模組及其大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，包括：LED芯片，以及用于承載所述LED芯片的LED支架，所述LED支架中部開設(shè)有一凹槽，所述凹槽底部設(shè)置有一安裝臺，所述安裝臺上設(shè)置有用于安裝所述LED芯片的斜面，所述LED芯片固設(shè)于所述斜面上、并通過封裝硅膠封裝在所述凹槽內(nèi)；通過改變LED支架的結(jié)構(gòu)，給支架內(nèi)部底面一個斜角，然后利用芯片、硅膠、空氣之間的折射率差異，通過考慮LED內(nèi)部實際發(fā)光情況，計算出最合適的斜角，使得更多的光向LED水平方向兩側(cè)射出，從而使LED的水平發(fā)光角度變大。
【專利說明】一種側(cè)光式背光模組及其大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及液晶顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及的是一種側(cè)光式背光模組及其大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]LED英文全稱是Light Emitting D1de,中文名稱是發(fā)光二極管,是把電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體光電器件，屬光電半導(dǎo)體的一種。
[0003]LED的封裝流程是:
1、擴晶，把排列的密密麻麻的晶片弄開一點便于固晶；
2、固晶，在支架底部點上導(dǎo)電/不導(dǎo)電的膠水(導(dǎo)電與否視晶片是上下型PN結(jié)還是左右型PN結(jié)而定)然后把晶片放入支架里面；
3、短烤，讓膠水固化，焊線時晶片不移動；
4、焊線，用金線把晶片和支架導(dǎo)通；
5、前測,初步測試能不能亮；
6、灌膠，用膠水把晶片和支架包裹起來；
7、長烤，讓膠水固化；
8、后測，測試能亮與否以及電性參數(shù)是否達標(biāo)；
9、分光分色，把顏色和電壓大致上一致的產(chǎn)品分出來；
10、包裝。
[0004]LED支架是指:LED燈珠在封裝之前的底基座，在LED支架的基礎(chǔ)上，將芯片固定進去，焊上正負電極，再用封裝膠一次封裝成形。LED支架一般是銅做的(也有鐵材，鋁材及陶瓷等)，因為銅的導(dǎo)電性很好，它里邊會有引線，用來連接LED燈珠內(nèi)部的電極，LED燈珠封裝成形后，燈珠即可從支架上取下，燈珠兩頭的銅腳即成為了燈珠的正負極，用于焊接到LED燈具或其它LED成品上。
[0005]LED半值角是指:發(fā)光強度值為軸向強度值一半的方向與發(fā)光軸向的夾角。傳統(tǒng)背光用LED的水平半角值為60°，即LED軸向左右偏60°時候的出射光強為軸向的1/2，所以LED類似于一個朗伯輻射體。
[0006]朗伯輻射體是指:符合發(fā)光強度余弦定律的發(fā)光體，即I=IJc0sa的發(fā)光體。朗伯輻射體的各個方向上的光強I與中心光強I。成余弦定律，光強隨著出射角度的變大而減小。
[0007]影響LED半值角的因素有:芯片結(jié)構(gòu)、支架、封裝膠體等。
[0008]一般定義LED的發(fā)光角度為2*LED半值角的大小，即傳統(tǒng)LED的發(fā)光角度只有120。。
[0009]hot spot是指:由于光源的光強分布差異，在導(dǎo)光板的入光側(cè)形成的明暗相間的區(qū)域。
[0010]如今LED由于具有節(jié)能、環(huán)保、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點，被廣泛得用于背光模組中，針對于目前側(cè)光式背光中的LED單燈的功率不斷提升，導(dǎo)致側(cè)光式背光中使用的LED數(shù)量明顯減少的現(xiàn)象，由于LED水平方向上的出射光強在出射角60°時光強便減少到50%，這樣在入光側(cè)會形成規(guī)律的明暗相間的區(qū)域(hotspot)，嚴(yán)重影響了背光模組的主觀品味。
[0011]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種側(cè)光式背光模組及其大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，旨在通過改變支架的碗杯內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而獲得一種水平方向上發(fā)光角度較大的LED，用于改善側(cè)光式背光模組中由于LED顆數(shù)較少和LED水平發(fā)光角度較小原因?qū)е碌膆otspot 現(xiàn)象。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，包括:LED芯片，以及用于承載所述LED芯片的LED支架，所述LED支架中部開設(shè)有一凹槽，所述凹槽底部設(shè)置有一安裝臺，所述安裝臺上設(shè)置有用于安裝所述LED芯片的斜面，所述LED芯片固設(shè)于所述斜面上、并通過封裝硅膠封裝在所述凹槽內(nèi)；
通過所述斜面的斜角改變所述LED芯片發(fā)出的光束的入射角，使該光束經(jīng)過折射之后向LED支架的外側(cè)水平方向延展。
[0014]所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述斜面的斜角是根據(jù)LED芯片的材質(zhì)及封裝硅膠的材質(zhì)預(yù)先確定的，具體計算公式如下:
Φ>_Θ0 _θ芯-硅一Θ桂-空，
其中，Φ為安裝臺的斜角，Θ re為LED芯片與硅膠的全反射臨界角，Θ e_s為硅膠與空氣的全反射臨界角。
[0015]所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu),其中，所述Θ芯-桂=arcsin (η?所述Θ桂-空=arcsin Cn0Zn1),
其中，Iitl為空氣折射率，H1為硅膠折射率，n2為LED芯片折射率。
[0016]所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述安裝臺為等腰三角形安裝臺或正三角形安裝臺。
[0017]所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述LED支架為SMD支架。
[0018]所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述封裝硅膠為混合有熒光粉的封裝硅膠。
[0019]所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述LED芯片為GaN藍光芯片。
[0020]一種側(cè)光式背光模組，包括:如上述任一項所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的一種側(cè)光式背光模組及其大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，通過改變LED支架的結(jié)構(gòu)，給支架內(nèi)部底面一個斜角，然后利用芯片、硅膠、空氣之間的折射率差異，通過考慮LED內(nèi)部實際發(fā)光情況，計算出最合適的斜角，使得更多的光向LED水平方向兩側(cè)射出，從而使LED的水平發(fā)光角度變大；且將此大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用于LED顆數(shù)較少的側(cè)光式背光中時，可有效改善由LED發(fā)光角度較小引起的hot spot現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)的立體圖；
圖2是傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)的剖視圖；
圖3是本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)的立體圖；
圖4是本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)的剖視圖；
圖5是本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)具體應(yīng)用實施例的剖視圖；
圖6是本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)具體應(yīng)用實施例的光路原理圖；
圖7是采用傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)與本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)的側(cè)光式背光模組的對比圖。

【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明提供一種側(cè)光式背光模組及其大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu),為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實例對本發(fā)明進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]請參見圖1，圖1是傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)的立體圖，傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)是在LED支架100內(nèi)水平放置LED芯片110，一般是兩個LED芯片110，對稱設(shè)置，再通過硅膠進行封裝，LED芯片110發(fā)出的光束經(jīng)過介質(zhì)(硅膠)傳播到空氣中。
[0025]結(jié)合圖2所示，圖2是傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)的剖視圖，LED芯片110的折射率是n2，封裝硅膠的折射率是Ii1，空氣的折射率是％，光束從LED芯片110內(nèi)射出而進入到封裝硅膠內(nèi)，之后又從封裝硅膠內(nèi)射出而進入空氣。在這之間，光束會經(jīng)過兩次折射，首先在LED芯片110到封裝硅膠會經(jīng)過第一次折射，光束在水平方向上會在封裝硅膠內(nèi)散開，之后在封裝硅膠到空氣又會經(jīng)過第二次折射，光束在水平方向上又會在空氣中進一步散開，基于此原理，使得LED封裝結(jié)構(gòu)能在水平方向上有較大的發(fā)光角度，廣泛適用于側(cè)光式背光模組。
[0026]然而，隨著側(cè)光式背光中的LED單燈的功率不斷提升，導(dǎo)致側(cè)光式背光中使用的LED數(shù)量明顯減少的現(xiàn)象，由于LED水平方向上的出射光強在出射角60°時光強便減少到50%，這樣在入光側(cè)會形成規(guī)律的明暗相間的區(qū)域(hotspot)。也就是說，在側(cè)光式背光模組中，隨著LED數(shù)量的減少，由于傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)的水平發(fā)光角度有限，而導(dǎo)致側(cè)光式背光模組出現(xiàn)hotspot現(xiàn)象。
[0027]如圖3所示，圖3是本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)的立體圖，本發(fā)明的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)是基于傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)的水平發(fā)光角度有限，從傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行改進，從而最大程度的增大LED封裝結(jié)構(gòu)的水平發(fā)光角度，使得側(cè)光式背光模組在不增加LED數(shù)量的基礎(chǔ)上，通過增大LED封裝結(jié)構(gòu)的水平發(fā)光角度來改善側(cè)光式背光模組的hotspot現(xiàn)象。
[0028]具體地，該大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括:LED芯片230，以及用于承載LED芯片230的LED支架200，該LED支架200中部開設(shè)有一凹槽210，該凹槽210底部設(shè)置有一安裝臺220，該安裝臺220上設(shè)置有用于安裝LED芯片230的斜面220a，LED芯片230固設(shè)于該斜面220a上、并通過封裝硅膠240封裝在凹槽210內(nèi)。通過斜面220a的斜角改變LED芯片230發(fā)出的光束的入射角，使該光束經(jīng)過折射之后向LED支架200的外側(cè)水平方向延展。也就是說，首先通過安裝臺220改變LED芯片230的出光角度，然后經(jīng)過兩次折射(在LED芯片230的折射面230a上經(jīng)過第一次折射，在封裝硅膠240的折射面240a上經(jīng)過第二次折射)使光束能夠最大程度的往水平方向延展，具體應(yīng)當(dāng)是兩個LED芯片230的水平方向外側(cè)，因為在兩個LED芯片230的水平方向內(nèi)側(cè)會有光束重疊，而本發(fā)明的目的是為將兩個LED芯片230的光束能夠向LED封裝結(jié)構(gòu)的兩側(cè)水平方向延展，以此來增大該LED封裝結(jié)構(gòu)的水平發(fā)光角度，最終解決側(cè)光式背光模組中出現(xiàn)的hotspot現(xiàn)象。
[0029]結(jié)合圖4所示，圖4是本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)的剖視圖，同樣地，LED芯片230的折射率是n2，封裝硅膠240的折射率是Ii1,空氣的折射率是rv而該斜面220a的斜角是根據(jù)LED芯片230的材質(zhì)及封裝硅膠240的材質(zhì)預(yù)先確定的，具體應(yīng)當(dāng)是根據(jù)LED芯片230及封裝硅膠240各自的折射率而確定的，并相應(yīng)的提供計算公式如下:
Φ>_Θ0 _θ芯-硅一Θ桂-空，
其中，Φ為安裝臺的斜角，Θ re為LED芯片與硅膠的全反射臨界角，Θ e_s為硅膠與空氣的全反射臨界角。
[0030]進一步地，所述Θ 芯-桂=arcsin (11/?),所述 Θ 桂-空=arcsin Cn0Zn1),
其中，Iitl為空氣折射率，H1為硅膠折射率，n2為LED芯片折射率。
[0031]本實施例中，該安裝臺220優(yōu)選為等腰三角形安裝臺或正三角形安裝臺，只要安裝臺220兩側(cè)的斜面對稱即可。
[0032]下面結(jié)合一具體應(yīng)用實施例對本發(fā)明做進一步闡釋:
如圖5所示，圖5是本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)具體應(yīng)用實施例的剖視圖，該大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其包括:LED支架200，LED芯片230，封裝硅膠240。
[0033]該LED支架200優(yōu)選為SMD支架，在LED支架200內(nèi)開設(shè)有凹槽210，俗稱碗杯，在凹槽210底部設(shè)置有安裝臺220，LED芯片230設(shè)于LED支架200內(nèi)部并固設(shè)于安裝臺220上，通過混合有熒光粉250的硅膠進行封裝。該LED芯片230 —般采用氮化鎵GaN芯片，其可發(fā)出白光。
[0034]本實施例中，LED芯片230 (折射率為n2)由于被封裝硅膠240 (折射率為Ii1)包裹，LED芯片230內(nèi)部出光會被限制在全反射臨界角arcsin Cn1Zn2)以內(nèi)。
[0035]進一步地，封裝硅膠240 (折射率為Ii1),與空氣折射率nQ有差異，所以光從封裝硅膠240出射到空氣中,光會被限制在全反射臨界角arcsin Cn0Zn1)以內(nèi)。
[0036]以GaN芯片為例，如圖6所示，圖6是本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)具體應(yīng)用實施例的光路原理圖，針對于圖例中LED封裝結(jié)構(gòu)的物料特性進行理論計算，假設(shè)以傳統(tǒng)的LED封裝結(jié)構(gòu)表面均為面光源，芯片內(nèi)部入射到芯片各個面上的角度為隨機。對于GaN芯片(折射率2.4)和封裝硅膠(折射率1.4)和空氣(折射率l)，GaN芯片與封裝硅膠全反射臨界角:arcsin (1.4/2.4) =36° ,所以全反射臨界角為72° ,封裝硅膠和外部空氣的全反射臨界角:arcsin (1/1.4)=45°，可以得出芯片的正面上每一點有72°的出射角度；
對于傳統(tǒng)的LED封裝結(jié)構(gòu)來講,芯片正上方的面每一點在X方向上的入射角最大為36。，根據(jù)折射定律:折射角=arcsin(sin36° *1.4)=57°。
[0037]對于本發(fā)明改善的LED封裝結(jié)構(gòu)來講，芯片針對于水平軸有一斜角，對于本發(fā)明圖例中的LED封裝結(jié)構(gòu)。根據(jù)折射率算出，安裝臺220最宜斜角為19°，可使芯片正上方的光更多的傳播到LED外部更大的角度。
[0038]根據(jù)折射定律:當(dāng)出射角為45°時硅膠的表面會發(fā)生全反射，比較來說可使LED封裝結(jié)構(gòu)的出光角度增大Λ =90° -57° =33°。
[0039]本發(fā)明實施例具體封裝方式如下:
步驟一:針對于此款LED支架200開模時進行外形的確定，在LED支架200的底部做出安裝臺220 (斜角根據(jù)封裝物料的折射率特性來計算Φ=90° -Θe_s)；
步驟二:完成LED支架200的制作后，將熒光粉250材料與封裝硅膠充分混合，將晶片固晶，這里固晶時需要根據(jù)LED支架的安裝臺220的斜角來調(diào)整固晶機上固晶臺的角度；步驟三:固晶后進行打線工藝，將LED芯片的電極與支架內(nèi)部電極聯(lián)通起來；
步驟四:完成打線工藝后可將硅膠與熒光粉混合物灌膠于LED支架200碗杯(凹槽210)中，長烤固化膠體，制作為LED封裝結(jié)構(gòu)。
[0040]如圖7所示，圖7是采用傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)與本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)的側(cè)光式背光模組的對比圖，分別在背光模組300的兩側(cè)設(shè)置傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)(圖中LED支架100)和本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)(圖中LED支架200)，通過對比可知，相比于傳統(tǒng)LED封裝結(jié)構(gòu)，本發(fā)明大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)解決了相鄰兩個LED封裝結(jié)構(gòu)之間出現(xiàn)的暗區(qū)而導(dǎo)致的hotspot現(xiàn)象。
[0041]本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點:
其一是本發(fā)明的LED封裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用于側(cè)光式背光模組中時可有效的改善因LED顆數(shù)較少引起的hotspot現(xiàn)象。
[0042]其二是本發(fā)明的LED封裝結(jié)構(gòu)只通過更改LED支架的碗杯形狀，在初期支架開模時候就可以完成，不影響后續(xù)封裝。
[0043]其三是本發(fā)明的LED封裝結(jié)構(gòu)不需要增加新材料，完全兼容現(xiàn)有封裝模式，確保不影響LED封裝結(jié)構(gòu)的其他性能。
[0044]綜上所述，本發(fā)明所提供的一種側(cè)光式背光模組及其大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，通過改變LED支架的結(jié)構(gòu)，給支架內(nèi)部底面一個斜角，然后利用芯片、硅膠、空氣之間的折射率差異，通過考慮LED內(nèi)部實際發(fā)光情況，計算出最合適的斜角，使得更多的光向LED水平方向兩側(cè)射出，從而使LED的水平發(fā)光角度變大；且將此大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用于LED顆數(shù)較少的側(cè)光式背光中時，可有效改善由LED發(fā)光角度較小引起的hot spot現(xiàn)象。
[0045]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，包括:LED芯片，以及用于承載所述LED芯片的LED支架，其特征在于，所述LED支架中部開設(shè)有一凹槽，所述凹槽底部設(shè)置有一安裝臺，所述安裝臺上設(shè)置有用于安裝所述LED芯片的斜面，所述LED芯片固設(shè)于所述斜面上、并通過封裝硅膠封裝在所述凹槽內(nèi)； 通過所述斜面的斜角改變所述LED芯片發(fā)出的光束的入射角，使該光束經(jīng)過折射之后向LED支架的外側(cè)水平方向延展。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述斜面的斜角是根據(jù)LED芯片的材質(zhì)及封裝硅膠的材質(zhì)預(yù)先確定的，具體計算公式如下: Φ>_ΘΟ _θ芯-硅一Θ桂-空， 其中，Φ為安裝臺的斜角，Θ re為LED芯片與硅膠的全反射臨界角，Θ e_s為硅膠與空氣的全反射臨界角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu),其特征在于,所述ΘE_e=arcsin(η?所述 Θ 硅-空=arcsin Cn0Zn1), 其中，Iitl為空氣折射率，H1為硅膠折射率，n2為LED芯片折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述安裝臺為等腰三角形安裝臺或正三角形安裝臺。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述LED支架為SMD支架。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝硅膠為混合有熒光粉的封裝硅膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述LED芯片為GaN藍光芯片。
8.—種側(cè)光式背光模組,其特征在于，包括:如權(quán)利要求1至7任一項所述的大發(fā)光角度LED封裝結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L33/48GK104269487SQ201410490343
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】孟長軍 申請人:創(chuàng)維液晶器件(深圳)有限公司