CN1832210A - 发光二极管、发光二极管模组及背光*** - Google Patents

发光二极管、发光二极管模组及背光*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种发光二极管，其包括：一基底；一位于该基底上的发光二极管芯片，并与该基底电性连接；及一漏斗状光学镜片，其位于上述发光二极管芯片之上，该光学镜片包括一第一开口及一第二开口，第一开口与上述基底结合在一起，第二开口远离上述基底且直径较第一开口大。由于该光学镜片的发散作用，其可消除单点光源亮度现象，各个辐射角度的亮度均匀。本发明还提供一采用该发光二极管的发光二极管模组，其可产生高***光，且色度及色温可调。本发明还提供一采用该发光二极管的背光***，其具有较佳的亮度均一性，且白光纯度高。

Description

发光二极管、发光二极管模组及背光***
【技术领域】
本发明涉及一种发光二极管，及采用该发光二极管的发光二极管模组及直下式发光二极管背光***。
【背景技术】
目前，无自发光性质的液晶材料(Liquid Crystal)已广泛应用于如电视、计算机屏幕、液晶投影、行动电话及个人数字助理(Personal DigitalAssistants，PDA)等不同尺寸的液晶显示器(Liquid Crystal Displays，LCD)上，而为达到显像的目的，必须搭配光源照射液晶。由于光源一般置于液晶面板之后，于是称为背光源，而此面板之后包含光源的所有组件总称为背光***。背光***包括背光源及其光学组件，根据背光源的位置的不同，背光***一般可分为侧光式(Edge Lighting)及直下式(Bottom Lighting)两种。
在背光***设计中，背光源种类的选择及其结构设计是一重要环节。参见任洪文等人在文献《液晶通讯》第2卷，1994年第1期的“液晶显示器的背光源”一文，液晶显示对背光源的性能要求有：高亮度、光源色度及色温可调、低功耗、长寿命等等。
参见图1，其为现有技术中采用冷阴极萤光灯(Cold Cathode FluorescentLamp，CCFL)作为背光源的直下式背光***结构。该背光***10包括：一反射腔11，其具有一反射边墙及一反射底面；多个位于反射底面的冷阴极萤光灯12，其排列方式如图2所示；一扩散板13，其位于反射腔11之上并与上述反射底面完全平行，光自反射腔11射出后通过扩散板13将线光源变更为面光源，使光线分布变得更均匀；及位于扩散板13上顺序排列的扩散片14，集光片15及反射式偏光增亮膜16(Dual Brightness enhancement Film，DBEF)，其主要作用是修正由扩散板13射出光线的方向，提高正面辉度及光学利用率等。
但是，采用冷阴极萤光灯作为背光源，其功耗较大、亮度均一性及白光纯度不佳、成本较高。因此难以满足液晶显示的高质量等发展需求。目前，大功率发光二极管(High Power Light-emitting Diode，简称High power LED)具有高亮度、低功耗、长寿命等优点；因而被用作液晶显示的背光源等。参见美国专利第6,614,179号及第6,686,691号，其揭示一种白光大功率二极管，其在发光二极管芯片(LED Die)部分涂覆有光可激发材料，如磷材料；通过发光二极管芯片发出蓝光、紫外光、或其它颜色光激发其上面涂覆的光可激发材料而发白光。但是，白光发光二极管的白光光谱已确定，且色温亦固定；故难以根据实际需要变更其色度及其色温。
目前，主要以RGB(红绿蓝)混光产生白光来取代冷阴极萤光灯白光作背光源。参见图3，其为现有技术中采用大功率发光二极管阵列作为背光源的背光***结构。该背光***20包括：一反射腔21，其具有一反射边墙及一反射底面；一位于反射底面的由多个大功率发光二极管模组22形成的发光阵列，其排列方式如图4所示；一扩散板23，其位于反射腔21之上并与上述反射底面完全平行；及位于扩散板23上依序排列的扩散片24，集光片25及反射式偏光增亮膜26(Dual Brightness enhancement Film，DBEF)。其中，每个大功率发光二极管模组22均由多个大功率二极管220组合而成，通过RGB三色混合产生白光；而每个大功率发光二极管220的外型如图5所示。该大功率发光二极管220由基底221，光学镜片223，及位于基底221上、光学镜片223内的发光二极管芯片222构成(参见图6)。由于其所采用的光学镜片223的汇聚作用，导致发光二极管点光源的中心亮度较大，而边缘亮度过小(参见图7)。因而，将其应用在背光***，在RGB三色混合时，将产生单点光源亮点现象，导致其所产生的白光纯度及亮度均一性不佳；进而使得液晶显示质量不高。
有鉴于此，有必要提供一具有白光纯度及亮度均一性高的发光二极管及采用该发光二极管的发光二极管模组及背光***。
【发明内容】
下面将以若干实施例说明一种发光二极管以及采用该发光二极管的法光二极管模组及背光***，其具有白光纯度及亮度均一性高等优点。
为实现上述内容，提供一种发光二极管，其包括：
一基底；
一位于上述基底上的发光二极管芯片，其与该基底电性连接；及
一位于上述发光二极管芯片上的漏斗状光学镜片，该光学镜片包括一第一开口及一第二开口，第一开口与上述基底结合在一起，第二开口远离上述基底且直径较第一开口大。
优选的，所述漏斗状光学镜片的外表面为一直线旋转面，内表面具有大量微结构。
更优选的，所述微结构包括环绕该内表面的阶梯结构。
以及，提供一发光二极管模组，其包括：
至少一个红光、一个绿光、及一个蓝光发光二极管；
其中，该至少一个红光、一个绿光、及一个蓝光发光二极管以一定的组合方式排列以产生白光，并且，每个发光二极管包括：
一基底；
一位于上述基底上的发光二极管芯片，其与该基底电性连接；及
一位于上述发光二极管芯片上的漏斗状光学镜片，该光学镜片包括一第一开口及一第二开口，第一开口与上述基底结合在一起，第二开口远离上述基底且直径较第一开口大。
所述发光二极管的排列方式为线性排列。
优选的，所述线性排列包括GRBRG，RGBGR，GRBBRG，RGBBGR，GRBGGBRG，GRBBRGGRB线性排列；其中，G代表绿光发光二极管，R代表红光发光二极管，B代表蓝光发光二极管。
更优选的，所述线性排列中的相邻两个发光二极管的中心的距离为9mm。
可选的，所述发光二极管的排列方式为圆环形排列。
优选的，所述圆环形排列的中心具有一发光二极管。
以及，提供一背光***，其包括：
一反射腔，其具有一反射边墙及一反射底面；
多个红、绿、蓝发光二极管，其按一定的组合方式规则排布在上述反射底面上；
一位于上述反射腔上的扩散片；及
一位于上述扩散片上的集光片；
其中，所述发光二极管包括：
一基底；
一位于上述基底上的发光二极管芯片，其与该基底电性连接；及
一位于上述发光二极管芯片上的漏斗状光学镜片，该光学镜片包括一第一开口及一第二开口，第一开口与上述基底结合在一起，第二开口远离上述基底且直径较第一开口大。
所述背光***还包括一增亮膜，其位于上述集光片之上。
所述多个红、绿、蓝发光二极管是以一发光二极管模组为单元，多个该发光二极管模组以规则阵列方式排布在上述反射底面。
优选的，所述发光二极管模组中的发光二极管为线性排列。
更优选的，所述线性排列中的相邻两个发光二极管的中心的距离为9mm。
可选的，所述发光二极管模组中的发光二极管为圆环形排列。
优选的，所述圆环形排列的中心具有一发光二极管。
优选的，所述漏斗状光学镜片的外表面为一直线旋转面，内表面具有大量微结构。
更优选的，所述微结构包括环绕该内表面的阶梯结构。
相对于现有技术，本技术方案所提供的发光二极管，通过其光学镜片的变更，采用漏斗状结构，可消除单点光源亮度现象，其各个辐射角度的亮度较均匀；采用该发光二极管组合的发光二极管模组，其通过RGB三色发光二极管混光，可获得白光纯度高、亮度均匀的面光源，且色度及色温可调；将该发光二极管按一定组合方式规则排布，并将其应用于背光***，其可实现较佳的亮度均匀性，且白光纯度高。
【附图说明】
图1是现有技术中采用冷阴极萤光灯作为背光源的背光***的侧视图。
图2是图1所示背光***的俯视图。
图3是现有技术中采用发光二极管作为背光源的背光***的侧视图。
图4是图3所示背光***的俯视图。
图5是现有技术中背光***采用的发光二极管立体示意图。
图6是图5沿VI-VI方向的剖面示意图。
图7是图5所示发光二极管的光强分布图。
图8是相关本发明实施例的发光二极管立体示意图。
图9是图8沿IX-IX方向的剖面示意图。
图10是图7所示发光二极管的光强分布示意图。
图11是相关本发明实施例的发光二极管模组中发光二极管以线性排布的示意图。
图12是相关本发明实施例的发光二极管模组中发光二极管以圆环形排布的示意图。
图13是相关本发明另一实施例的发光二极管模组中发光二极管以圆环形排布的示意图。
图14是相关本发明实施例的背光***侧视图。
图15是图14所示背光***的俯视图。
【具体实施方式】
下面结合附图将对本发明实施例作进一步的详细说明。
参见图8及图9，本发明第一实施例所提供的发光二极管30可产生红、绿、蓝三色光，其包括一基底31，一发光二极管芯片32，及一光学镜片33。其中，发光二极管芯片32位于基底31之上，并与基底31电性连接，使发光二极管芯片32受激发光，光线经由光学镜片33出射至外部环境。该光学镜片33大致为漏斗状，其具有一第一开口331及一第二开口332，且第一开口的直径较第二开口332小；第一开口331与基底31结合在一起，上述发光二极管芯片32位于第一开口331范围内，优选的，其位于第一开口331的中心位置，而第二开口332远离基底31。光学镜片33具有一光滑外表面及一内表面，其中，外表面为一直线旋转面，并与基底31成一定的倾角；内表面具有大量微结构333，优选的，该微结构333为环绕该内表面的阶梯结构。
光线自发光二极管芯片32发射出来，由于光学镜片33的发散作用，其有利于消弱中心点亮度，使得其各个辐射角度的亮度较均匀(参见图10)。将其应用于白光发光二极管模组，其利用红、绿、蓝发光二极管三基色混合产生白光，通过光学镜片33的发散作用，以一定排列方式组合的红、绿、蓝发光二极管可进行充分之颜色混合。
本发明第二实施例所提供的发光二极管模组，其由多个红、绿、蓝发光二极管按一定排列方式组合而成，该多个红、绿、蓝发光二极管均采用本发明第一实施所提供的发光二极管；该发光二极管模组通过RGB(其中G代表绿光发光二极管，R代表红光发光二极管，B代表蓝光发光二极管)三基色混合产生白光，且白光色坐标可达到CX＝0.35，CY＝0.38。
参见图11，发光二极管模组40包括五个发光二极管，其分别为两个红光发光二极管，两个绿光发光二极管，及一个蓝光发光二极管。该五个发光二极管的排列方式为GRBRG线性排列。优选的，该五个发光二极管的能量配比为G∶R∶B＝1∶1∶0.18；优选的，相邻两个发光二极管的中心的距离为9mm。当然，发光二极管模组也可以采用RGB，GRBG，RGBGR，GRBBRG，RGBBGR，GRBGGBRG，GRBBRGGRB等线性排列，各排列中发光二极管之能量配比应视所要求之白光色度(White Point)而定；优选的，相邻两个发光二极管之中心之距离为9mm。
可选的，发光二极管模组也可采用非线性排列组合。参见图12及图13，多个红、绿、蓝发光二极管采用圆环形排列方式。如图12所示，发光二极管模组41由位于圆周上的四个发光二极管(二个红光发光二极管及二个绿光发光二极管)及位于圆环中心的一个蓝光发光二极管组成；如图13所示，发光二极管模组42由位于圆周上的九个发光二极管(四个绿发光二极管、二个红光发光二极管及三个蓝光发光二极管)构成，而圆环形排列中心无发光二极管。
本实施例所提供的发光二极管模组，由于其所采用的发光二极管的各个辐射角度的亮度较均匀，红、绿、蓝发光二极管可进行充分混光；故其产生的白光纯度高且为亮度均匀的面光源。并且，由于其采用三基色混光以产生白光，故该发光二极管模组的色度及色温可调。
参见图14及图15，本发明第三实施例所提供的背光***100，其包括一反射腔50，其具有一反射边墙52及一反射底面53；多个红、绿、蓝发光二极管，其以一定的组合方式规则排布在上述反射底面53上以提供一面光源；一扩散片60，其位于上述反射腔50之上，以提供一亮度更均匀的面光源；一集光片70，其位于上述扩散片60之上，以修正出射光的方向，提高正面辉度。为进一步提升正面辉度，还可在上述集光片上增加一增亮膜。
本实施例中，多个红、绿、蓝发光二极管均采用本发明第一实施例的发光二极管结构，且以一发光二极管模组为单元，在反射腔50的反射底面53上以规则阵列方式(如矩阵方式)将多个发光二极管模组重复排布。所谓“发光二极管模组”是指将多个红、绿、蓝发光二极管以一定组合方式排列可产生白光的结构。
该发光二极管模组51可为两个红光发光二极管，两个绿光发光二极管，及一个蓝光发光二极管构成的GRBRG线性排列(参见图11)，该五个发光二极管混光后所产生的白光之色坐标可达CX＝0.35，CY＝0.38，五个发光二极管的能量配比优选为G∶R∶B＝1∶1∶0.18；相邻两个发光二极管的中心的距离优选为9mm。该发光二极管模组51也可采用其它线性排列组合，如RGB，GRBG，RGBGR，GRBBRG，RGBBGR，GRBGGBRG，GRBBRGGRB等线性组合，各线性排列中发光二极管的能量配比应视所要求的白光色度而定；优选的，上述线性排列中相邻两个发光二极管的中心的距离优选为9mm。
可选的，发光二极管模组51中的多个红、绿、蓝发光二极管采用非线性排列，如图12及图13所示的圆环形排列组合。参见图12，发光二极管模组由位于圆周上的四个发光二极管(二个红光发光二极管及二个绿光发光二极管)及位于圆环中心的一个蓝光发光二极管组成；参见图13，发光二极管模组由位于圆周上的九个发光二极管(四个绿发光二极管、二个红光发光二极管及三个蓝光发光二极管)构成，而圆环形排列中心无发光二极管。
本实施例所提供的背光***100中，多个红、绿、蓝发光二极管以发光二极管模组51为单元，在反射腔50的反射底面53以规则阵列将该发光二极管模组51重复排布。其中，单个发光二极管的各个辐射角度的亮度均匀，无单点光源亮度现象；因此，该发光二极管模组51中的多个红、绿、蓝发光二极管可进行充分混光，以产生高***光，且其各个辐射角度的亮度均匀；进而可获取高质量的液晶显示。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，如变更光学镜片内表面的微结构，或适当变更发光二极管模组中发光二极管的数量等设计。当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (19)

1.一种发光二极管，其包括：一基底；一位于该基底上的发光二极管芯片，其与该基底电性连接；及一位于上述发光二极管芯片上的光学镜片；其特征在于，该光学镜片呈漏斗状，其包括一第一开口及一第二开口，第一开口与上述基底结合在一起，第二开口远离上述基底且直径较第一开口大。
2.如权利要求1所述的发光二极管，其中，所述漏斗状光学镜片的外表面为一直线旋转面，内表面具有大量微结构。
3.如权利要求2所述的发光二极管，其中，所述微结构包括环绕在该内表面的阶梯结构。
4.一种发光二极管模组，其包括：至少一个红光、一个绿光、及一个蓝光发光二极管，该至少一个红光、一个绿光、及一个蓝光发光二极管以一定式排列以产生白光；其特征在于，上述单个发光二极管包括：一基底；一位于该基底上的发光二极管芯片，其与该基底电性连接；及一位于上述发光二极管芯片上的漏斗状光学镜片，该漏斗状光学镜片包括一第一开口及一第二开口，第一开口与上述基底结合在一起，第二开口远离上述基底且直径较第一开口大。
5.如权利要求4所述的发光二极管模组，其中，所述发光二极管的排列方式为线性排列。
6.如权利要求5所述的发光二极管模组，其中，所述线性排列包括RGB，GRBGGRBRG，RGBGR，GRBBRG，RGBBGR，GRBGGBRG，GRBBRGGRB线性排列；其中，G代表绿光发光二极管，R代表红光发光二极管，B代表蓝光发光二极管。
7.如权利要求6所述的发光二极管模组，其中，所述线性排列中的相邻两个发光二极管的中心的距离为9mm。
8.如权利要求4所述的发光二极管模组，其中，所述发光二极管的排列方式为圆环形排列。
9.如权利要求8所述的发光二极管模组，其中，所述圆环形排列的中心具有一发光二极管。
10.一种背光***，其包括：一反射腔，其具有一反射边墙及一反射底面；多个红、绿、蓝发光二极管，其按一定的组合方式规则排布在上述反射底面上；一位于上述反射腔上的扩散片；及一位于上述扩散片上的集光片；其特征在于，所述发光二极管包括：一基底；一位于该基底上的发光二极管芯片，其与该基底电性连接；及一位于上述发光二极管芯片上的漏斗状光学镜片，该漏斗状光学镜片包括一第一开口及一第二开口，第一开口与上述基底结合在一起，第二开口远离上述基底且直径较第一开口大。
11.如权利要求10所述的背光***，其中，所述背光***还包括一增亮膜，其位于上述集光片之上。
12.如权利要求10所述的背光***，其中，所述多个红、绿、蓝发光二极管是以一二极管模组为单元，多个该发光二极管模组以规则阵列方式排布在上述反射底面。
13.如权利要求12所述的背光***，其中，所述发光二极管模组中的发光二极管为线性排列。
14.如权利要求13所述的背光***，其中，所述线性排列包括RGB，GRBG，GRBRG，RGBGR，GRBBRG，RGBBGR，GRBGGBRG，GRBBRGGRB线性排列。
15.如权利要求14所述的背光***，其中，所述线性排列中相邻两个发光二极管的中心的距离为9mm。
16.如权利要求12所述的背光***，其中，所述发光二极管模组中的发光二极管为圆环形排列。
17.如权利要求16所述的背光***，其中，所述圆环形排列的中心具有一发光二极管。
18.如权利要求10所述的背光***，其中，所述漏斗状光学镜片的外表面为一直线旋转面，内表面具有大量微结构。
19.如权利要求18所述的背光***，其中，所述微结构包括环绕在该内表面的阶梯结构。
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