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CN101365907A - 照明系统和显示设备 - Google Patents

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Abstract

一种照明系统(100)包括一个伸长基板(101)、沿着基板(101)长度安装在基板(101)上的多个无透镜的发光二极管(LED)芯片(111)，以及一个几乎透明的外部封装用来密封多个LED芯片(111)。

Description

照明系统和显示设备
技术领域
本发明涉及一种在显示设备内使用的照明系统和一种使用该照明系统的显示设备。
发明背景
直线照明系统是最理想的，特别是在影像显示设备例如显示器的背光系统里。各种现有的设备和方法包括诸如美国专利号6,450,664，标题是“Linear illumination unit having plurality of LEDs(具有多个LEDs的直线照明单元)”，在2002年9月17日授权给William Kelly，美国专利号6,840,646，标题是“Illumination system and display device(照明系统和显示设备)”，在2005年1月11日授权给Cornelissen等，以及美国专利号6,866,398，标题为“Flexible rod light device formed of chip on board basedLED lamps and manufacturing method thereof(由芯片直接贴装制成的柔性杆光设备的LED灯及其制作方法)”，在2005年3月15日授权给Yuan Lin，它们都使用包括LED器件的电子照明装置。但是，这些照明部件可能通常比较大，在一些应用里显得不太方便或有些笨重。
本发明的目的是提供一种照明系统或一种显示设备，其至少能够克服那些现有技术所带来的一些缺陷。
发明概述
依照本发明的一个方面，一种照明系统包括一个伸长基板、沿着基板长度安装在基板上的多个无透镜的发光二极管(LED)结构、以及一个用来密封多个LED芯片的透明的外部封装。
依照本发明的第二方面，一种照明系统包括一个由导热材料制成的伸长基板、沿着基板长度安装在基板上的多个无透镜的发光二极管(LED)芯片、以及一个几乎透明的外部封装用来密封多个LED芯片并被设置以形成一个光学透镜用于限制从多个LED芯片发出的光。
依照本发明的第三个方面，在一个制作照明系统的流程里，首先提供一个伸长基板。接着，沿着基板长度安装多个无透镜的发光二极管(LED)芯片在基板上。然后，浇铸一个几乎透明的外部封装用来密封多个LED芯片。
依照本发明的另一个方面，一种液晶显示器，包括一个背光单元，并且背光单元有一个由导热材料制成的伸长基板、沿着基板长度安装在基板上的多个无透镜的发光二极管(LED)芯片、以及一个几乎透明的外部封装用来密封多个LED芯片并被设置以形成一个光学透镜用于限制从多个LED芯片发出的光。
从以下的详细描述，并结合附图，通过范例以说明本发明的原理，本发明的其它特征和优点将越发明显。
附图说明
图1是描述本发明的第一典型照明系统实施例的透视图；
图2是图1系统的平面图；
图3是描述图1系统部分的透视图；
图4是描述图1系统部分的截面图；
图5是描述本发明的第二典型照明系统实施例的部分的透视图；
图6是描述本发明的第三典型照明系统实施例的部分的透视图；和
图7是分步描述制作本发明典型照明系统实施例的过程的流程图。
发明详述
图1显示本发明的一个典型照明系统实施例100。系统100首先有一个伸长基板101，在其内有一个伸长凹槽103。沿着基板长度的方向，即线性方向，在图1里显示作为Z轴。
凹槽103沿着基板101的实际长度延伸，并有一对倾斜斜面105a、105b从几乎平坦的底平面107向外延伸，并在一对边缘109a、109b结束，边缘109a、109b平行于底平面107。
系统100还包括未封装的或未装透镜的半导体LED芯片111，其沿着z轴几乎被线性安装在底平面109上，并在传播中线(y)周围的所有方向上大致均匀地分散发光。因为LED芯片111是未装透镜的，视角大约是120度。但是，也可以使用视角大约60度的装有透镜的LEDs。由于无透镜的LED芯片111是半导体芯片，与之前情况相比它们可以被更紧密地安装，在此实施例里，密度大约是每厘米25个，具体芯片大小大约是0.25平方毫米。
如图2-4所示，在基板101的边缘109b上提供多个电极201，通过使用打线接合(wire bonding)技术，每个电极201通过线203电连接到各个LED芯片111。而且，电极201被连接到一个集中式LED驱动器205，其被电连接到一个电源(图中未显示)，并驱动LED芯片111。与传统设计相比，电极201和集中式LED驱动器203的排列还可以使系统100更加紧凑。
如图4所示，系统100还包括一个密封LED芯片111的外部封装401。通过在凹槽103内注满一个持续长度的几乎透明的材料如环氧树脂或人造树脂，形成封装401。环氧树脂透镜被浇铸，使得封装401显示一个如图4所示的光透镜形状。系统100也包括绝缘反射膜(dielectric reflective film)403a、403b，其分别涂敷在倾斜斜面105a、105b上。光透镜401和反射膜403a、403b的作用是将LED芯片111在xy平面上发出的分散光进行聚集，从而获得一个需要的范围窄的光线。绝缘反射膜(图中未显示)也可以被涂敷在底平面107上，以提高系统100的光效率。此外，图案化的金属层(图中未显示)可以覆盖在底平面107的上面，和/或在斜面105a、105b之上但在反射膜之下，以便能够提供LED芯片111和各个电极201之间的电连接。
另外，光扩散(diffuser)成分可以被加进环氧树脂透镜401内，以提高系统100发出光的均匀性。或者，荧光粉(phosphor powder)可以被加进环氧树脂透镜401内，以便下转换发光(downward conversion)，使得系统100可以发出不同波长的光或在人类视觉里不同颜色的光。
在如图5所示的本发明的第二典型实施例里，连接到各个LED芯片111的电极，是在底表面107上打线接合(wire bonding)的，并通过在斜面109a、109b和/或底表面107上的图案化的金属层(图中未显示)被连接到外部电连接(图中未显示)。
在如图6所示的本发明的第三典型实施例里，在外部封装(图6中未显示)的顶部有多个顶棱镜603，在一个典型实施例里，其由丙烯酸或聚乙烯对酞酸盐制成，并具有大约80-100度的顶角和50-100um的间距，其用来限制LED芯片111在yz平面上发出光的分散。
此外，在以上所述的各种实施例里，基板可以由导热材料制成，例如，金属芯印制电路板或陶瓷。因此，此照明系统可以有一个相对较低的热阻(thermal resistance)，和一个改善的散热性能。基板使用导热材料，LED芯片被直接安装在其上面，与传统使用热沉(heat sink)或其它散热机制的设计相比，还可以使该照明系统更加紧凑。这样也可以简化制作过程。
另外，上述照明系统可以被使用作为在许多显示设备里(如膝上型电脑显示器等)的一个背光照明系统。
如图7所示，制作图1、5或6里所述的照明系统过程，在步骤701，首先提供一个导热材料如金属芯印制电路板或陶瓷材料的伸长基板，沿着其长度方向在基板上产生一个凹槽，例如通过浇铸。在典型实施例里，凹槽的深度不超过1.5毫米。另外，电极可以在凹槽边缘上形成。
在步骤703，一个金属层，例如，镀铝或镀银层，大约50um厚，被涂敷在凹槽侧壁或底平面的整个表面上。
在步骤705，该金属层被图案化，以在凹槽的侧壁和底平面上形成电连接到电极。
在步骤707，一个绝缘层被涂敷在图案化的金属层的上面。绝缘层被设计成一个至少具有两层分别是一高和一低反射率的高反射堆叠层。每个反射层的厚度是四分之一波长。
在步骤709，一串无透镜的LED芯片被粘接在凹槽的底平面上，例如通过使用银胶。
在步骤711，LED芯片通过打线接合被电连接到电极。
在步骤713，凹槽内装满环氧树脂以形成一个密封LED芯片的外部封装。外部封装可以被设置以形成一个光透镜用来限制发出光。也可以通过铸模在外部封装上面形成棱镜。
应该理解，在此披露和定义的本发明可以扩展到两个或多个以上文字或附图中提及的单个特征的所有组合。所有这些不同组合构成本发明的各种可能方面。以上描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以在不偏移本发明的范围内作出各种显而易见的修改。
尽管在此本发明由各个实施例而被描述和说明，然而这不是意在限制于所述的细节，因为在此可以作出各种修改和结构变化，而没有偏移本发明精神，并属于权利要求的范围和等同范畴。
此外，应该理解和明白，在本说明书里用来描述本发明的词汇，以及各种实施例，不仅是在其普通定义的含义上被理解，而且包括在超出普通定义的含义范围之外的本说明书结构、材料或效果里的特殊定义。因此，如果一个元素在此说明书的上下文可以被理解为多于一种涵义，那么其在权利要求的使用必须被理解为由说明书和词汇本身支持的所有可能的涵义。所以，以下权利要求的词汇或元素的定义，是在此说明书里被定义，不仅包括字面意义的元素组合，而且包括所有等同结构、材料或效果，用实质相同的方法执行实质相同的功能而获得实质相同的结果，而不会偏移本发明的范围。

Claims (21)

1.一种照明系统，包括：
一个伸长基板；
沿着基板长度安装在基板上的多个未装透镜的发光二极管(LED)芯片；和
一个用来密封该多个LED芯片的透明的外部封装。
2.根据权利要求1所述的照明系统，其中多个LED芯片是沿着基板延伸的直线方向上排列。
3.根据权利要求1所述的照明系统，其中基板是由导热材料制成。
4.根据权利要求3所述的照明系统，其中基板是一个金属芯(metal-core)印制电路板。
5.根据权利要求3所述的照明系统，其中基板是由陶瓷材料制成。
6.根据权利要求1所述的照明系统，其中基板包括一个伸长凹槽，且其中多个LED芯片被安装在凹槽内。
7.根据权利要求6所述的照明系统，其中凹槽包括一对从凹槽底面向外延伸的倾斜斜面。
8.根据权利要求7所述的照明系统，还包括贴附在至少一个斜面和底面上的反射物。
9.根据权利要求8所述的照明系统，其中反射物是通过在至少一个斜面和底面上涂敷一金属层形成。
10.根据权利要求9所述的照明系统，其中凹槽被设置成限制发出光的远场光强分布(far field pattern)。
11.根据权利要求7所述的照明系统，还包括在凹槽底面或其中一个斜面终止的凹槽边缘上的电极。
12.根据权利要求1所述的照明系统，其中外部封装是由树脂制成。
13.根据权利要求12所述的照明系统，其中外部封装包括荧光粉用于下转换发光。
14.根据权利要求13所述的照明系统，其中外部封装包括光扩散材料。
15.根据权利要求12所述的照明系统，其中外部封装被设置以形成一个光透镜用来限制从多个LED芯片发出的光。
16.根据权利要求12所述的照明系统，其中外部封装被设置以形成具有棱镜图案用来限制从多个LED芯片发出的光。
17.根据权利要求12所述的照明系统，还包括一个在基板上的集中式LED驱动器，并被电连接到LED芯片用来驱动照明。
18.一种照明系统，包括
一个由导热材料制成的伸长基板；
沿着基板长度安装在基板上的多个无透镜的发光二极管(LED)芯片；和
一个透明的外部封装，用来密封多个LED芯片并被设置以形成一个光透镜用于限制从多个LED芯片发出的光。
19.一种制作照明系统的过程，包括：
提供一个伸长基板；
沿着基板长度安装多个无透镜的发光二极管(LED)芯片在基板上；和
浇铸一个透明的外部封装用来密封多个LED芯片。
20.根据权利要求17所述的过程，其中基板是由导热材料制成。
21.一种液晶显示器，包括一个背光单元，其中背光单元包括
一个由导热材料制成的伸长基板；
沿着基板长度安装在基板上的多个无透镜的发光二极管(LED)芯片；和
一个透明的外部封装，用来密封多个LED芯片并被设置以形成一个光透镜用于限制从多个LED芯片发出的光。
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