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CN1983590A - 高亮度发光二极管和使用其的液晶显示装置 - Google Patents

高亮度发光二极管和使用其的液晶显示装置 Download PDF

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CN1983590A CNA2006100647996A CN200610064799A CN1983590A CN 1983590 A CN1983590 A CN 1983590A CN A2006100647996 A CNA2006100647996 A CN A2006100647996A CN 200610064799 A CN200610064799 A CN 200610064799A CN 1983590 A CN1983590 A CN 1983590A
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Abstract

本发明公开了一种发光二极管(LED)，其设有底部基板、设置在底部基板的上表面上并彼此以并联方式电连接的多个发光芯片、和用于覆盖发光芯片的荧光材料层。

Description

高亮度发光二极管和使用其的液晶显示装置
相关申请的交叉引用
本申请主张于2005年11月10日向韩国知识产权局提出申请的韩国专利申请第10-2005-0107391号的优先权和利益，该申请的整体内容在此并入本文供参考。
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)，更具体地涉及一种能够用作液晶显示装置的背光源的高亮度LED。
背景技术
可以用作电脑监视器或者TV的显示装置的类型包括自发光装置，例如发光二极管(LED)显示器、电致发光(EL)显示器、真空荧光显示器(VFD)、场致发射显示器(FED)、或者等离子显示面板(PDP)。装置类型还包括需要额外光源的非自发光装置，例如液晶显示器(LCD)。
典型的液晶显示装置包括其上形成场发生电极(field generatingelectrode)的两个显示面板、和具有介电异向性并置于两个显示面板之间的液晶层。液晶显示装置向场发生电极施加电压以在液晶层中生成电场。为了调节液晶层中的电场的强度而改变所施加的电压，从而调节光通过液晶层的透射率以便显示所需图像。
光可以由人造光源提供或者可以为自然光。
用于液晶显示器的人造光源(例如背光装置)典型地使用多个荧光灯，例如冷阴极荧光灯(CCFL)或者外部电极荧光灯(EEFL)，或者可以使用多个LED作为光源。
在显示装置中，LED作为下一代背光装置的光源已经受到关注，这是因为LED具有大量有益的特性。例如，因为LED不使用水银，所以LED对环境无害。另外，LED具有长寿命，这是因为LED的结构稳定性。
然而，为了利用LED生成白光而使用发光芯片和荧光装置。荧光装置将发光芯片发出的光转换为具有不同的波长分布的光。因为将从一个发光芯片发出的光转换为各种波长的光并且用作光源，所以LED存在的问题在于其总亮度低。
背景部分公开的上述信息仅仅是为了增强对发明背景的理解，因此所述信息可以包含未构成在这个国家的本领域普通技术人员已公知的现有技术的信息。
发明内容
因此，在这里描述的系统和技术提供了一种高亮度LED。
根据目前的公开内容，提供每一个均包括具有下表面和上表面的底部基板、设置在所述底部基板的上表面上并彼此并联电连接的多个发光芯片、和用于覆盖所述发光芯片的荧光材料层的发光二极管。
根据本发明的示范实施例，每一个发光二极管还可以包括形成在所述底部基板的下表面上以将所述多个发光芯片以并联方式电连接在一起的导线。
所述底部基板可以具有通孔，并且所述发光二极管还可以包括用于经由所述底部基板的所述通孔连接所述发光芯片的电极和所述导线的插塞。
所述底部基板可以包括PCB基板和连接在所述PCB基板上的热沉基板(heat sink substrate)，所述导线可以形成在所述PCB基板的下表面上，并且所述发光芯片可以被放置在所述热沉基板的上表面上。
所述热沉基板可以包括金属。例如，所述热沉基板可以完全由金属材料制成，可以主要由金属材料组成，或者可以包括金属材料。
所述发光二极管每一个还可以包括一个或多个芯片基膜，所述一个或多个芯片基膜形成在所述热沉基板上以使所述发光芯片的电极与所述热沉基板绝缘。
所述发光二极管每一个还可以包括通孔膜，所述通孔膜至少形成在所述热沉基板的通孔的内壁上以使所述插塞与所述热沉基板绝缘。
所述发光芯片可以发蓝光。
所述发光芯片可以发蓝光和紫外光。
所述荧光材料层可以包括红色荧光材料和绿色荧光材料。
所述发光二极管每一个还可以包括覆盖所述荧光材料层的模制树脂层。
可以在所述底部基板的上表面上形成沟槽，并且可以将所述发光芯片至少部分设置在相关沟槽内。
所述发光二极管每一个还可以包括形成在所述底部基板的上表面上的反射层。
另外，提供一种包括发光二极管和液晶面板的液晶显示装置，其中所述液晶面板被定位成从所述发光二极管接收光，并且包括两个面板和置于所述两个面板之间的液晶层。所述发光二极管每一个可以包括：具有下表面和上表面以及通孔的PCB基板；形成在所述PCB基板的下表面上的导线；热沉基板，所述热沉基板具有下表面和上表面以及与所述PCB基板的通孔对准的通孔，其中所述热沉基板的下表面定位在所述PCB基板的上表面上；设置在所述热沉基板的上表面上的多个发光芯片；插塞，所述插塞用于经由所述热沉基板和所述PCB基板的通孔连接所述发光芯片的电极和所述导线；覆盖所述发光芯片的荧光材料层；和形成在所述荧光材料层上的模制树脂层。
所述液晶显示装置还可以包括设置在所述液晶面板各侧面上的两个偏光器。
所述液晶显示装置还可以包括定位在所述发光二极管和所述液晶面板之间的一个或多个光学膜。
附图说明
图1是根据本发明的示范实施例的液晶显示装置的分解透视图。
图2是根据本发明的示范实施例的发光二极管(LED)的布局视图。
图3是沿图2的线III-III所截得的横截面图。
图4至图6是说明根据本发明的示范实施例的LED的不同结构的垂直横截面图。
图7是说明从使用黄色YAG荧光材料的蓝光LED芯片和使用红色和绿色荧光材料的另一个蓝光LED芯片中获得的光谱曲线的曲线图。
具体实施方式
为了本领域普通技术人员可以容易地实施本发明，在下文参照附图详细说明本发明的示范实施例，本发明的方面由权利要求限定。下面描述是说明性的，不是用来限制权利要求。本领域普通技术人员将会认识到，除在下面描述的元件之外还可以使用下面的元件的替换实施，或者代替在下面描述的元件，并且可以省略一些元件。
在附图中，为了清楚放大了层、膜、面板、区域等等的厚度。整个说明书中相同的参考符号表示相同的元件。要理解，当将元件(例如层、膜、区域、或者基板)称为“在另一个元件上”时，所述元件可以直接在另一元件上或者还可以存在插入元件。
首先，参照附图详细说明根据本发明的示范实施例的用于显示装置的光源。
图1是根据本发明的示范实施例的液晶显示装置的分解透视图。
如图1所示，根据本发明的示范实施例的液晶显示装置包括用于利用光显示图象的液晶面板组件330；用于生成光的背光组件340；置于液晶面板组件330和背光组件340之间的选择性反射膜347；用于安放液晶面板组件330、选择性反射膜347、和背光组件340的模框364；和上部及下部框361和362。
液晶面板组件330包括用于显示图象的液晶面板300、驱动芯片510、和柔性电路板550。
液晶面板300包括薄膜晶体管(TFT)阵列面板100、连接并面向TFT阵列面板100的彩色滤光片阵列面板200、和置于TFT阵列面板100和彩色滤光片阵列面板200之间的液晶层(未显示)。
TFT阵列面板100具有布置成矩阵的多个像素(未显示)。每一个像素由栅极线(未显示)和数据线(未显示)限定并具有像素电极。栅极线在第一方向上延伸，并且数据线在垂直于第一方向的第二方向上延伸。数据线与栅极线绝缘并与栅极线相交。此外，每一个像素具有连接到栅极线、数据线、和像素电极的TFT(未显示)。
彩色滤光片阵列面板200具有在薄膜制程中形成的红色、绿色、和蓝色滤光片(未显示)，在所描述的实施例中是白光的预定颜色分量。彩色滤光片阵列面板200具有面向像素电极的共用电极。
通过施加在像素电极和共用电极之间的电压来布置液晶层的分子，以改变从背光组件340提供的光的偏振状态。
驱动芯片510被安装在TFT阵列面板100的第一端部上以将驱动信号施加到数据线和栅极线。驱动芯片510可以由两个或更多个分离的芯片(例如，驱动数据线的芯片和驱动栅极线的芯片)组成，或者可以由一个集成芯片组成。通过玻载芯片(chip on glass)(COG)工艺将驱动芯片510安装在TFT阵列面板100上。
柔性电路板550连接在TFT阵列面板100的第一端部上以施加控制信号来控制驱动芯片510。时序控制器安装在柔性电路板550上，以调节驱动信号的时序和/或控制用于储存数据信号的存储器。可以利用各向异性导电薄膜作为媒介将柔性电路板550电连接到TFT阵列面板100。
背光组件340形成在液晶面板组件330之下以为液晶面板300提供充分均匀的光线。
背光组件340包括具有用于生成光的LED345的光源单元344、用于引导光的路径的导光件342、用于提高从导光件342发出的光的亮度均匀度的光学膜片343、和用于反射从导光件342漏出的光的反射器341。
LED345使用白光发光二极管作为光源，光源可以包括涂有绿色和红色荧光材料的多个蓝光LED芯片。在一些实施例中，LED345可以使用白光LED作为基础并使用红光LED作为辅助。
光源单元344被设置在导光件342的一侧并为导光件342提供光。用于控制LED345的柔性电路板(未显示)可以连接在光源单元344的一侧。尽管在本示范实施例中光源单元344被设置在导光件342的一侧，但是如必要的话，光源单元344可以设置在导光件342的两侧，或者多个光源单元可以设置在导光件342之下。在后一种情况下，可以省略导光件342。
导光件342具有用于将光引导到其上显示图像的液晶面板300的显示区域内的导光图案(未显示)。
光学膜片343被置于导光件342和液晶面板300之间。光学膜片343提高从导光件342提供的光的亮度均匀度；例如，当入射在液晶面板300上时大体上是均匀的。
反射器341形成在导光件342之下。反射器341将从导光件342漏出的光反射到导光件342，以提高光使用效率。
模框364依次安放反射器341、导光件342、光学膜片343、和液晶面板300。模框364包括开放的底部表面251和从底部表面251延伸的侧壁252，并且模框364由合成树脂制成。
柔性电路板550沿着模框364的侧壁252弯曲。多个第一连接突起51形成在模框364的侧壁252上以与下部框362连接。
模框364被安放在由金属材料制成的下部框362中。下部框362具有底板261和从底板261的边缘延伸的侧板262以形成安放空间。对应于多个第一连接突起51的多个连接沟槽61形成在侧板262中。
在连接模框364和下部框362中，下部框362的侧板262部分地设置在模框364的侧壁252的外面。多个第一连接突起51插入多个连接沟槽61中以连接模框364和下部框362。在这里，为了减小液晶显示装置的总尺寸，在与侧板262的接触部分处按照下部框362的侧板262的厚度部分地减薄模框364。
上部框361定位在液晶面板300的上侧。上部框361覆盖液晶面板300，以便打开用于显示图象的有效显示区300并连接到下部框362。上部框361引导液晶面板300的位置并将液晶面板300固定到模框364中。
现在，参照图2和图3详细说明根据本发明的示范实施例的光源单元344和光源单元344的LED345。
图2是根据本发明的示范实施例的LED的布局视图，图3是沿图2的线III-III所截得的横截面图。
根据本发明的示范实施例的LED包括为由下部印刷电路板(PCB)基板110和上部热沉基板120组成的双基板的底部基板111、形成在底部基板111上的芯片基膜160、设置在芯片基膜160上的多个LED芯片130、覆盖多个LED芯片130的荧光材料层140、和形成在荧光材料层140上的模制树脂层150。
根据本发明的示范实施例，形成底部基板111的下部的PCB基板110具有用于驱动LED的导线181和182。导线可以包括用于向LED芯片130提供电力的导线。
形成底部基板111的上部的热沉基板120由具有极好导热性的材料制成，(例如，诸如铝的金属)，并且所述热沉基板的底部表面连接到PCB基板110的上表面。沟槽121形成在热沉基板120的上表面上，芯片基膜160和LED芯片130被放置在沟槽121的底部表面上。在一些实施例中，热沉基板120可以由具有极好的导热性的非金属材料形成。
通孔形成在底部基板111中以经由热沉基板120的上表面穿过PCB基板110的下表面，插塞171和172形成在通孔中以电连接LED芯片130的电极和导线181和182。通孔膜190形成在通孔的内表面上以使插塞171和172与热沉基板120绝缘。不必在通孔的整个内表面上形成通孔膜190，但是优选的是通孔膜190至少形成在热沉基板120通过的部分上。如果热沉基板120由绝缘材料形成，那么通孔膜190可以省略。
芯片基膜160由用于使LED芯片130和热沉基板120之间绝缘的绝缘材料形成。芯片基膜160还具有通孔，并且通孔填充有插塞171和172。
放置在芯片基膜160上的LED芯片130的正电极和负电极通过倒装接合(flip-chip bonding)或者引线接合(wire bonding)技术电连接到插塞171和172。稍后将说明。
LED芯片130可以是用于发蓝光的蓝光LED或者当施加适当的电信号时用于发射蓝光和紫外光的蓝光LED。如有必要，LED芯片130还可以是用于仅仅发射紫外光的紫外光LED。
多个LED芯片130被安装在单一的底部基板111上并彼此以并联方式电连接。即，为了驱动LED芯片130，每一个LED芯片130的第一电极连接到特定节点，每一个LED芯片130的第二电极连接到不同的节点。例如，一个节点可以接地，而另一个节点可以是特定的电压，可以利用节点之间的电位差驱动LED芯片130。因此，与仅仅用一个LED芯片形成的LED相比较，可以产生具有更高亮度的光。
荧光材料层140由具有红色和绿色荧光材料的混合材料形成，并覆盖LED芯片130。荧光材料层140将LED芯片130发出的蓝光或者紫外光转换为绿光和红光。如果LED芯片130是紫外光LED，那么荧光材料层140还可以包括蓝色荧光材料。
模制树脂层150覆盖荧光材料层140以保护荧光材料层140。
如上所述，通过在单一的底部基板111上安装并模制多个LED芯片130可以获得高亮度LED。结果，尽管LED芯片130发出的蓝光或者紫外光的一部分转换为绿光和红光，但可以确保足够的亮度。
图4到图6是说明根据本发明的示范实施例的用于二维光源的LED的不同结构的垂直横截面图。
参照图4，反射膜112涂敷在热沉基板120上，芯片基膜160在热沉基板120的沟槽内形成于反射膜112上，以及LED芯片倒装接合在经由通孔放置在芯片基膜160的顶部上的插塞头173和174上。
LED芯片包括绝缘基板131、形成在绝缘基板131上的n型半导体层132、形成在n型半导体层132上的有源层133、形成在有源层133上的p型半导体层134、和分别形成在p型和n型半导体层134和132上的两个电极135和136。两个电极136和135分别通过导电缓冲器175和176连接到插塞头173和174。如上所述，倒装接合技术涉及用于倒置LED芯片并通过导电缓冲器175和176直接将电极135和136连接到插塞头173和174的技术。
参照图5，反射膜112涂敷在热沉基板120上，芯片基膜160在热沉基板120的沟槽内形成于反射膜112上，以及LED芯片引线接合在经由通孔放置在芯片基膜160的顶部上的插塞头173和174上。
LED芯片包括绝缘基板131、形成在绝缘基板131上的n型半导体层132、形成在n型半导体层132上的有源层133、形成在有源层133上的p型半导体层134、和分别形成在p型和n型半导体层134和132上的两个电极135和136。两个电极136和135分别经导线177和178连接到插塞头173和174。
如上所述，引线接合技术涉及用于将LED芯片的绝缘基板131连接到芯片基膜160并利用导线177和178将两个电极135和136连接到插塞头173和174的技术。
参照图6，反射膜112涂敷在热沉基板120上，芯片基膜160在热沉基板120的沟槽内形成于反射膜112上，并且LED芯片的一个电极通过导电缓冲器175直接连接到插塞头173，而另一个电极通过导线178引线接合到插塞头174，其中插塞头173和174经由通孔被放置在芯片基膜160的顶部上。
LED芯片包括第一电极351、形成在第一电极351上的导电基板354、形成在导电基板354上的n型半导体层355、形成在n型半导体层355上的有源层356、和形成在有源层356上的第二电极357。第一电极351通过导电缓冲器175连接到插塞头173，第二电极357通过导线178连接到插塞头174。
如上所述，通过利用引线接合或者倒装接合技术或其组合将多个LED芯片彼此并联地安装在单一底部基板上并在LED芯片上面形成荧光材料层，可以制造高亮度的白光LED。
图7是说明从使用黄色YAG荧光材料的蓝光LED芯片和使用红色和绿色荧光材料的另一个蓝光LED芯片中获得的光谱曲线的曲线图。
如图7所示，对于使用黄色YAG荧光材料的蓝光LED，峰值出现在为绿色和红色区域之间的中间区域的黄色波长区域和蓝色区域处。相反，在蓝光LED使用绿色和红色荧光材料的情况下，峰值出现在红色、绿色、和蓝色区域。因此，与使用黄色YAG荧光材料的蓝光LED芯片相比，使用红色和绿色荧光材料的蓝光LED芯片可以具有较低的亮度，这是因为光的总量较低。另一方面，具有红色和绿色荧光材料的蓝光LED芯片可以具有较优的颜色再现性(color reproducibility)。然而，与本发明的示范实施例类似，可以通过将多个LED芯片安装在单一底部基板上并在LED芯片上堆叠荧光材料以制造LED来保证足够的亮度。
如上所述，根据本发明的实施例，通过将多个LED芯片安装在单一底部基板上并在LED芯片上堆叠荧光材料以制造LED可以获得高亮度LED。
尽管已经结合目前视为实用的示范实施例描述本发明，然而可以理解本发明不局限于已公开的实施例，但相反地，意指覆盖包括在所附权利要求的本质和范围内的各种修改和等同配置。

Claims (17)

1.一种发光二极管，包括：
具有下表面和上表面的底部基板：
设置在所述底部基板的上表面上并彼此以并联方式电连接的多个发光芯片；和
覆盖所述发光芯片的荧光材料层。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，还包括形成在所述底部基板的下表面上以并联地电连接所述多个发光芯片的导线。
3.根据权利要求2所述的发光二极管，其中所述底部基板具有与所述多个发光芯片相关联的多个通孔，并且
其中所述发光二极管还包括第一插塞和第二插塞，所述第一插塞和第二插塞经由与特定的发光芯片相关联的一个或多个通孔将所述多个发光芯片中的所述特定发光芯片的第一电极和第二电极与所述导线连接。
4.根据权利要求3所述的发光二极管，其中所述底部基板包括PCB基板和连接在所述PCB基板上的热沉基板，并且
其中所述导线形成在所述PCB基板的下表面上，并且所述多个发光芯片定位在所述热沉基板的上表面上。
5.根据权利要求4所述的发光二极管，其中所述热沉基板包括金属。
6.根据权利要求5所述的发光二极管，还包括一个或多个芯片基膜，所述一个或多个芯片基膜形成在所述热沉基板上，以使所述特定发光芯片的所述第一电极和所述第二电极与所述热沉基板绝缘。
7.根据权利要求6所述的发光二极管，还包括一个或多个通孔膜，所述一个或多个通孔膜形成在与所述第一发光芯片相关联的一个或多个通孔的表面的至少一部分上，以使所述第一插塞和所述第二插塞与所述热沉基板绝缘。
8.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述多个发光芯片发蓝光。
9.根据权利要求8所述的发光二极管，其中所述荧光材料层包括红色荧光材料和绿色荧光材料。
10.根据权利要求1所述的发光二极管，其中所述多个发光芯片发蓝光和紫外光。
11.根据权利要求10所述的发光二极管，其中所述荧光材料层包括红色荧光材料和绿色荧光材料。
12.根据权利要求1所述的发光二极管，还包括覆盖所述荧光材料层的模制树脂层。
13.根据权利要求1所述的发光二极管，其中多个沟槽形成在所述底部基板的上表面上，并且
其中所述多个发光芯片中的一个或多个至少部分地定位在所述多个沟槽的相关沟槽内。
14.根据权利要求1所述的发光二极管，还包括形成在所述底部基板的上表面上的反射层。
15.一种液晶显示装置，包括：
发光二极管，所述发光二极管包括：
具有下表面、上表面和多个通孔的PCB基板，
形成在所述PCB基板的下表面上的导线，
具有下表面和上表面以及多个通孔的热沉基板，其中所述热沉基板的下表面定位在所述PCB基板的上表面上，并且其中所述PCB基板的多个通孔大体上与所述热沉基板的多个通孔对准，
设置在所述热沉基板的上表面上的多个发光芯片，所述多个发光芯片包括第一发光芯片，
第一插塞和第二插塞，所述第一插塞和第二插塞经由所述热沉基板和所述PCB基板的通孔将第一发光芯片的第一电极和第二电极与所述导线连接，
覆盖所述发光芯片的荧光材料层，和
形成在所述荧光材料层上的模制树脂层；和
液晶面板，所述液晶面板被定位成从所述发光二极管接收光，并且包括两个面板和置于所述两个面板之间的液晶层。
16.根据权利要求15所述的液晶显示装置，其中所述液晶面板包括第一侧面和第二侧面，其中所述液晶装置还包括设置在所述液晶面板的第一侧面上的第一偏光器和设置在所述液晶面板的第二侧面上的第二偏光器。
17.根据权利要求15所述的液晶显示装置，还包括至少部分地定位在所述发光二极管和所述液晶面板之间的一个或者多个光学膜。
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