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CN101421857A - 显示装置、发光装置以及固态发光元件衬底 - Google Patents

显示装置、发光装置以及固态发光元件衬底 Download PDF

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CN101421857A CNA2007800130982A CN200780013098A CN101421857A CN 101421857 A CN101421857 A CN 101421857A CN A2007800130982 A CNA2007800130982 A CN A2007800130982A CN 200780013098 A CN200780013098 A CN 200780013098A CN 101421857 A CN101421857 A CN 101421857A
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Abstract

一种背光灯系统具有：多个LED衬底(12)，其具有多个发光二极管(LED)(21)、向所述多个发光二极管(LED)(21)提供驱动电流的电路、以及金属膜岛，所述金属膜岛传导由所述多个发光二极管(LED)(21)产生的热量；背光灯框架(11)，其装载所述多个LED衬底(12)；以及螺栓(17)，其将所述多个LED衬底(12)固定在所述背光灯框架(11)上且通过所述金属膜岛将热量传导到所述背光灯框架(11)。

Description

显示装置、发光装置以及固态发光元件衬底
技术领域
本发明涉及一种显示装置、发光装置和固态发光元件衬底。更具体地，本发明涉及一种诸如液晶显示装置的显示装置、用于例如采用发光二极管作为光源的液晶显示装置的背光灯(backlight)装置、以及装配例如发光二极管作为光源的固态发光元件衬底。
背景技术
近年来，已经广泛地使用了显示装置，例如液晶显示装置，其中背光灯(backlight)用于从显示面板的背面或侧面照明显示面板。在这些显示装置中，液晶TV和液晶监视器在背光灯中使用荧光管，例如热或冷阴极荧光管。诸如荧光管背光灯的发光装置包括所谓的直接发光型以及所谓的边缘发光型，其中在直接发光型中，荧光管设置在直接位于液晶面板之下(在背面上)的平面中，而在边缘发光型中，荧光管仅沿着由透明树脂制成的光导板上的两个边缘或一个边缘设置，且朝向光导板的入射光在设置于光导板背面上的反射部上被反射，以照明液晶面板。
直接发光型具有确保高发光度的优点，但是具有由荧光管的亮度不均匀导致的厚背光灯结构的缺点。另一方面，边缘发光型具有允许比直接发光型薄的设计的优点，但是具有光利用效率较低的缺点。鉴于这些情况，作为荧光管背光灯的替代品，最近已经研究了一种使用发光二极管(LED)作为光源的背光灯，其中发光二极管(LED)是固态发光元件的一种。
LED的使用可以确保在用于小尺寸显示器例如便携电话的液晶显示器的背光灯中在低电功率消耗下的高发光度。这种用于液晶的LED背光灯迄今为止已经用于如上所述的便携电话的小尺寸液晶显示器，且现在这种背光灯应用于覆盖了从车辆导航系统的液晶显示器到宽屏TV的更宽领域中。特别地，用于由与红、蓝和绿三原色对应的三种LED构成的宽屏液晶TV的背光灯受到注意，这是因为这种背光灯可以重现较宽范围的色彩，从而实现了高成像质量。
在用于宽屏液晶TV的背光灯中，需要将多个LED芯片排列成直接发光构造，以满足大光量的需要。目前，因为LED的发光效率(从电能到光能的转化效率)仍然是50％或更小，所以超过半数的能量输入转化成热量。该热量使LED芯片的温度升高，导致发光效率进一步的下降和LED寿命的缩短。因此，希望将由LED产生的热量有效地发散到LED的外面。
例如，日本专利申请公开第2006-11239号描述了：作为关于公报中描述的LED光源的相关技术，存在这样的技术，该技术涉及边缘发光型背光灯，其中在安装了LED模块的安装衬底的表面上形成安装金属膜、用于驱动的金属布线和金属膜图形，在安装衬底的背面上形成散热金属膜，且该安装衬底的前面和背面通过金属通孔连接，以有效地抑制LED模块自身的温度升高。
通常，因为在LED中半导体自身发光，LED不受灯丝烧坏之扰，而灯丝烧坏是白炽灯存在的一个问题。然而，LED元件自身或密封LED元件的树脂的劣化降低了透光率，从而逐渐地降低了发光度。已知在LED元件中产生的热量加速了树脂的劣化。特别地，在用于液晶显示装置的LED背光灯中，通常使用发射较短波长光的蓝色LED，且这种具有较高的能量的较短波长光进一步增加了树脂的劣化。如果对LED提供更大的驱动电流以保持显示屏明亮，则光强度增加且同时LED的温度变得更高，从而使树脂更严重地劣化。
为了解决上述问题，可以通过向LED衬底的背面附接例如铝板的散热板而提高LED衬底的散热，但是产品价格明显增加，因此认为该技术不满足近来降低成本的严格要求。
而且，当将LED背光灯用于宽屏液晶TV或宽屏液晶面板时，优选将LED设置成直接发光构造，以获得较高的发光度。在直接发光系统中，直接在液晶面板之下设置多个单元，在多个单元的每一个中都排列有用于红、绿和蓝颜色的每一种的多个发光二极管。在这个时候，采取在单个单元中提高散热效率的措施是不足够的，需要采用考虑相邻单元的散热措施。
发明内容
本发明旨在解决前述技术问题，且其目标是在不提高产品价格和生产成本的情况下实现在LED衬底中的有效散热。
为了实现该目标，在本发明中，一种显示装置包括显示图像的显示面板和从所述显示面板的背面照明所述显示面板的背光灯，所述背光灯具有：安装衬底，其具有多个固态发光元件、向所述多个固态发光元件提供驱动电流的电路、以及热传导膜，所述热传导膜设置在与其中设置所述电路相同的表面上，且所述热传导膜传导由所述多个固态发光元件产生的热量；框架，其以这种方式装载所述安装衬底，以使所述多个固态发光元件以直接发光的构造面向所述显示面板设置；以及固定构件，其将所述安装衬底固定在所述框架上且通过所述热传导膜将热量传导到所述框架。
所述背光灯具有多个所述安装衬底，且所述多个安装衬底中的每一个通过所述固定构件固定在所述框架上，以便所述多个固态发光元件几乎均匀地分布在所述显示面板的背面之下，且当将所述安装衬底固定在所述框架上时，设置在所述多个安装衬底的每一个上的所述热传导膜传导来自安装在相邻安装衬底上的所述固态发光元件的热量。
该结构实现了，例如，安装在安装衬底周边上的固态发光元件可以通过在与其相邻的安装衬底上设置的热传导膜被冷却。设置在所述安装衬底上的所述热传导膜与所述电路在同一工艺中形成。
所述安装衬底设置有具有孔的构件，所述具有孔的构件形成于其中分布有所述热传导膜的区域中。
所述固定构件是由高导热材料制成的螺栓，且所述固定构件通过所述具有孔的构件而将所述安装衬底固定在所述框架上。
另一方面，本发明所适用的一种发光装置具有：安装衬底，其具有多个固态发光元件、向所述多个固态发光元件提供驱动电流的电路、以及热传导膜，所述热传导膜传导由所述多个固态发光元件中的任何固态发光元件产生的热量；框架，其装载所述安装衬底；以及固定构件，其将所述安装衬底固定在所述框架上且将已经被传导到所述热传导膜的热量传导到所述框架。
当将所述多个安装衬底装载在所述框架上时，所述多个安装衬底利用相邻热传导膜传导来自在相邻安装衬底上设置的所述固态发光元件的热量。在该安装衬底中，当所述热传导膜和所述相邻的热传导膜与所述电路在同一工艺中形成时，所述热传导膜和所述相邻的热传导膜可以以成本有效的方式形成。
所述安装衬底设置有具有孔的构件，所述具有孔的构件形成于其中分布有所述热传导膜的区域中。
所述固定构件由高导热材料制成，且所述固定构件通过所述具有孔的构件而将所述安装衬底固定在所述框架上。
本发明所适用的固态发光元件衬底具有：安装衬底；多个固态发光元件，其安装在所述安装衬底上；电路，其形成在所述安装衬底上，且向所述多个固态发光元件提供驱动电流；以及金属膜岛，其与所述电路在同一工艺中形成，且散发由所述多个固态发光元件中的任何固态发光元件产生的热量。
由于被传导至金属膜岛的热量可以通过具有孔的构件被传导至框架，因此优选还提供具有孔的构件，其用于在其中分布有所述金属膜岛的区域中将所述安装衬底固定在所述框架上。
而且，有利地，可以通过所述电路散发热量，其中所述金属膜岛包括在所述电路中。
发明效果
根据如上所述构造的本发明，由安装衬底上的固态发光元件产生的热量可以被有效地传导到框架。
附图说明
图1示例本发明的示例性实施例所适用的液晶显示装置的整体结构；
图2示例由具有多个LED衬底的背光灯框架构成的背光灯系统的部分结构；
图3示例根据本发明的示例性实施例的LED衬底的结构；以及
图4示例根据本发明的示例性实施例的LED衬底的另一结构。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。
图1示出本发明的示例性实施例所适用的液晶显示装置的整体结构。根据本发明的示例性实施例的液晶显示装置具有直接发光型背光灯系统(背光灯)10，其中该直接发光型背光灯系统(背光灯)10包括容纳发光部分的背光灯框架11以及LED衬底(安装衬底)12，在该LED衬底(安装衬底)12上多个发光二极管(LED)被排列作为光源，这些发光二极管(LED)是固态发光元件。背光灯系统10还包括由漫射板(或漫射膜)13以及棱镜片14和15构成的光学补偿片的叠层，其中漫射板(或漫射膜)13是使光散射和漫射以在整个屏幕内均衡发光度的透明板(或膜)，棱镜片14和15是具有将光聚到前面的功能的衍射光栅膜。还设置液晶显示模块30，其包括液晶面板31以及偏振板(偏振滤光器)32和33，在液晶面板31中，液晶被夹在两个玻璃板之间，而偏振板(偏振滤光器)32和33将光波的振荡限制到一给定方向，这些板中的每一个叠置在液晶面板31的每一个玻璃板上。液晶显示装置包括外围构件(未在图中示出)，例如用于驱动的LSI(大规模集成)。
液晶面板31包括附图中未示出的各种部件。例如，两个玻璃板具有显示电极、诸如薄膜晶体管(TFT)的有源元件、液晶、分隔物、密封剂、取向膜、共用电极、保护膜、颜色滤光器以及其它，它们都没有在图中示出。
注意，背光灯系统10的结构单元可以以任意方式改变。例如，仅包括具有LED衬底12的背光灯框架11的单元可以叫做“背光灯系统(背光灯)”且分布作为服务单元，该服务单元不包括诸如漫射板13以及棱镜片14和15的光学补偿片的叠层。
图2示例由具有多个LED衬底12的背光灯框架11构成的背光灯系统10的部分结构。图2中示出的实例表示直接发光型背光灯系统，其中光源直接设置在液晶显示模块30的背面之下。在该背光灯构造中，LED芯片以这样的方式排列，以使它们在液晶显示模块30的整个背面内几乎均匀地分布。图2中示出的实例与所谓的侧面发光型不同，在侧面发光型中光源沿着光导板的一个或者两个边缘设置，且通过反射板、漫射板等获得在平面上的均匀光。
背光灯框架11是由例如铝、镁、铁或它们的合金制成的底盘。该底盘的内部与作为反射器的具有高反光性能的例如白色聚酯膜等附接。底盘由与液晶显示模块30的尺寸相当的背面板和围绕背面板的四个边的侧壁构成。如果需要，背面板或侧壁可以具有热沉结构，该热沉结构由冷却散热片等构成，用来散热。
如图2中所示，多个(在图2中所示的实例是8个)LED衬底12彼此相邻设置，且它们中的每一个都用多个螺栓17固定在背光灯框架11上。在每一个LED衬底12上，设置多个发光二极管(LED)21。这些多个发光二极管(LED)21包括红色发光二极管、绿色发光二极管和蓝色发光二极管，且这些颜色的发光二极管根据预定规则排列。它们通过混合来自各颜色二极管的光而提供能够重现宽范围色彩的光源。
当将多个LED衬底12设置在背光灯框架11上时，发光二极管(LED)21均匀地分布在整个背光灯结构中。即，根据考虑了与相邻LED衬底12空间关系的设计，LED衬底12以这种方式构造，以便当用螺栓17将LED衬底12固定在背光灯框架11上时，在该LED衬底12的周边上的发光二极管(LED)21与在相邻LED衬底12的周边上的发光二极管(LED)21隔开近似相同的距离(约等于与LED衬底12上的连续阵列中的相邻发光二极管21的距离)。也就是说，在图2中，在同一LED衬底上的两个连续排列的发光二极管(LED)21之间的距离a1和b1与在LED衬底12的周边上彼此相邻的两个发光二极管(LED)21之间的距离a2和b2满足下列关系：
a1≈a2(a1约等于a2)，以及
b1≈b2(b1约等于b2)。
以这种方式，安装在背光灯框架11中的发光二极管(LED)21总体上可以提供具有良好混色以及均匀发光度和色彩的背光灯系统。
图3示例根据本发明的示例性实施例的LED衬底12的结构。设置了发光二极管(LED)21的LED衬底12具有向发光二极管(LED)21提供驱动电流的布线电路22以及用于利用螺栓固定的孔24(具有孔的构件)。布线电路22例如由铜或铜基金属材料制成。设置于LED衬底12上的每一个发光二极管(LED)21都电连接到布线电路22。在根据本发明的示例性实施例的LED衬底12中，作为用于散热的热传导膜的金属膜岛23(图中的阴影区域)形成在其中形成有布线电路22的表面上。金属膜岛23由与布线电路22相同的金属材料(例如铜)制成，且以这样的设计形成，以便这些岛在没有被发光二极管(LED)21或布线电路22占用的区域中具有最大可利用面积。金属膜岛23面积的这种扩大进一步增强了对由发光二极管(LED)21产生的热量的发散效果。其中形成有金属膜岛23的区域具有用于借助螺栓17(参见图2)固定的孔24。LED衬底12还具有用于向发光二极管(LED)21提供驱动电流的终端25。
金属膜岛23和布线电路22在同一工艺中形成。作为制造LED衬底12的方法，例如，公知一种方法，其中刻蚀导体的不需要部分。在该方法中，首先用抗蚀剂涂覆双面覆铜层叠板。在本发明的示例性实施例中，用这种抗蚀剂掩蔽布线电路22的部分和金属膜岛23的区域。在涂覆之后，经过烘焙、曝光、显影和刻蚀来制备双面覆铜层叠板，接着，从被掩蔽的区域去除抗蚀剂以在LED衬底12上形成布线电路22和金属膜岛23。由此形成的金属膜岛23对应于在形成布线电路22的常规工艺中通过刻蚀被去除的区域。因此，无需额外的成本来形成该金属膜岛23。
如图3中所示，金属膜岛23的预定区域被连接到孔24。如图2中所示例的，利用螺栓17将LED衬底12固定于背光灯框架11上，从而通过螺栓17将金属膜岛23连接到背光灯框架11。用作LED衬底12的基体的绝缘板通常具有比金属材料的热传导率低的热传导率，因此，由发光二极管(LED)21产生的热量聚集在绝缘板中。因此，在不采取任何散热措施的情况下，发光二极管(LED)21将会严重受热，导致例如降低发光二极管(LED)21的发光效率和损坏光源的问题。在本发明的示例性实施例中，作为热传导膜的金属膜岛23设置于发光二极管(LED)21的附近，以增强向外部散热的效果，而且金属膜岛23所吸收的热量通过由高导热材料制成的螺栓17而释放到背光灯框架11。也就是说，在本发明的示例性实施例中，将LED衬底12固定在背光灯框架11上的螺栓17也辅助散热，因此同时实现了LED衬底12的散热和固定。
在某些衬底结构中，例如，通过镀铜的孔，提供用于在形成于衬底的前面和后面(顶部和底部)上的导体之间传导的孔(通孔)。该通孔除了具有将形成于衬底的前面和后面上的导体相互连接的功能，还具有例如通过将部件的导线插入通孔并利用焊接等接合至其来固定部件的功能。替代本发明的示例性实施例，该通孔可以用于散发来自衬底前面上的发光二极管(LED)21的热量。然而，考虑到通孔的形成导致衬底成本的增加，而根据本发明的示例性实施例通过螺栓17进行散热是明显有效的。
图3中所示的LED衬底12在其周边上具有金属膜岛23。以图2中所示的排列方式将LED衬底12装载在背光灯框架11上。因此，每一个LED衬底12易受来自相邻LED衬底12上的发光二极管(LED)21的热量的影响。根据本发明的示例性实施例，在LED衬底12的周边上，形成作为相邻热传导膜的金属膜岛23，从而辅助散发来自相邻LED衬底12上的发光二极管(LED)21的热量。即，在本发明的示例性实施例中，考虑了相邻衬底的影响而设计了散热措施。
图4示出根据本发明的示例性实施例的LED衬底12的另一结构。图4示出在安装发光二极管(LED)21和用于固定发光二极管(LED)21的LED固定孔26之前的LED衬底12。在图4示出的实例中，由于布线电路22的形成，连接到孔24的金属膜岛23的区域要小得多。与图3中示出的实例相比，由于与孔24连接，散热的效果不是所期望的那样。然而，金属膜岛23占据了较大面积，因此在LED衬底12中的热量聚集可以通过金属膜岛23自身的散热而得到抑制。
根据本发明的示例性实施例的上述结构提供如下效果。即，当接通背光灯系统10中的发光二极管(LED)21来照明液晶显示模块30时，伴随着光发射，发光二极管(LED)21产生热量。来自发光二极管(LED)21的热量被传导到形成于LED衬底12上的作为热传导膜的金属膜岛23，或者传导到形成于相邻的LED衬底12上的作为热传导膜的金属膜岛23。传导到金属膜岛23的热量被直接辐射或转移到例如背光灯框架11，或者传导到金属膜岛23的热量通过螺栓17被直接传导到背光灯框架11。例如通过安装在背光灯框架11上的冷却散热片等，将传导到背光灯框架11的热量释放到外部。
如上所述，根据本发明的示例性实施例，通过金属膜岛23散发由发光二极管(LED)21产生的热量。金属膜岛23与布线电路22在同一工艺中形成，从而可以获得高散热效果，同时抑制成本的显著增加。而且，在分布有金属膜岛23的区域中形成孔24，且热量通过用于固定LED衬底12的螺栓17从孔24传导到背光灯框架11，从而能够有效散热。
在图3和图4中所示的实例中，用于散热的金属膜岛23与布线电路22分离地形成。然而，可以采用另一方法，其中扩大电路图形，特别是安装发光二极管(LED)21的接触区域(land area)，且在该区域中形成孔，以朝着背光灯框架11散热。在这种情况下，希望使用由绝缘且高导热材料(例如陶瓷等)制成的螺栓来固定LED衬底12。以这种方式，可以利用具有扩大的接触区域的电路图形的辅助而有效地将由发光二极管(LED)21产生的热量传导到背光灯框架11，同时避免了诸如泄漏到背光灯框架11的电学问题。
为了示例和描述的目的而提供了对本发明的示例性实施例的上述描述。其不旨在详尽无遗的或将本发明限制于所公开的确切形式。明显地，本领域技术人员显然可以进行多种修改和变化。为了最佳地解释本发明的原理和本发明的实际应用而选择和描述这些示例性实施例，从而使本领域其他技术人员能够将用于各种实施例和具有各种修改的本发明理解为适用于所预期的特定用途。旨在通过下面的权利要求和它们的等价物来限定本发明的范围。

Claims (16)

1.一种显示装置，包括显示图像的显示面板和从所述显示面板的背面照明所述显示面板的背光灯，所述背光灯包括：
安装衬底，其具有多个固态发光元件、向所述多个固态发光元件提供驱动电流的电路、以及热传导膜，所述热传导膜设置在与其中设置所述电路相同的表面上，且所述热传导膜传导由所述多个固态发光元件产生的热量；
框架，其以这种方式装载所述安装衬底，以使所述多个固态发光元件以直接发光的构造面向所述显示面板设置；以及
固定构件，其将所述安装衬底固定在所述框架上且通过所述热传导膜将热量传导到所述框架。
2.根据权利要求1的显示装置，其中所述背光灯包括：
多个所述安装衬底，并且
所述多个安装衬底中的每一个通过所述固定构件固定在所述框架上，以便所述多个固态发光元件几乎均匀地分布在所述显示面板的背面之下。
3.根据权利要求2的显示装置，其中当将所述安装衬底固定在所述框架上时，设置在所述多个安装衬底的每一个上的所述热传导膜传导来自安装在相邻安装衬底上的所述固态发光元件的热量。
4.根据权利要求1的显示装置，其中设置在所述安装衬底上的所述热传导膜与所述电路在同一工艺中形成。
5.根据权利要求1的显示装置，其中所述安装衬底包括具有孔的构件，所述具有孔的构件形成在分布有所述热传导膜的区域中。
6.根据权利要求5的显示装置，其中所述固定构件通过所述具有孔的构件将所述安装衬底固定在所述框架上。
7.根据权利要求6的显示装置，其中所述固定构件是由高导热材料制成的螺栓。
8.一种发光装置，包括：
安装衬底，其具有多个固态发光元件、向所述多个固态发光元件提供驱动电流的电路、以及热传导膜，所述热传导膜传导由所述多个固态发光元件中的任何固态发光元件产生的热量；
框架，其装载所述安装衬底；以及
固定构件，其将所述安装衬底固定在所述框架上且将已经被传导到所述热传导膜的热量传导到所述框架。
9.根据权利要求8的发光装置，其中设置在所述安装衬底上的所述热传导膜与所述电路在同一工艺中形成。
10.根据权利要求8的发光装置，包括：
多个所述安装衬底；以及
相邻热传导膜，当将所述多个安装衬底装载在所述框架上时，所述相邻热传导膜传导来自设置在相邻安装衬底上的所述固态发光元件的热量。
11.根据权利要求10的发光装置，其中设置在所述安装衬底上的所述相邻热传导膜与所述电路在同一工艺中形成。
12.根据权利要求8的发光装置，其中所述安装衬底包括具有孔的构件，所述具有孔的构件形成在分布有所述热传导膜的区域中。
13.根据权利要求12的发光装置，其中
所述固定构件由高导热材料制成，并且
所述固定构件通过所述具有孔的构件将所述安装衬底固定在所述框架上。
14.一种固态发光元件衬底，包括：
安装衬底；
多个固态发光元件，其安装在所述安装衬底上；
电路，其形成在所述安装衬底上，且向所述多个固态发光元件提供驱动电流；以及
金属膜岛，其与所述电路在同一工艺中形成，且散发由所述多个固态发光元件中的任何固态发光元件产生的热量。
15.根据权利要求14的固态发光元件衬底，还包括具有孔的构件，所述具有孔的构件形成在分布有所述金属膜岛的区域中且用于将所述安装衬底固定在所述框架上。
16.根据权利要求14的固态发光元件衬底，其中通过所述电路的形成提供所述金属膜岛。
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