專利名稱：具有隔室的發(fā)光二極管顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示器件，具體而言，涉及具有隔室的發(fā)光二極管顯示器。
背景技術(shù)：
諸如發(fā)光二極管(LED)顯示器中使用的LED這樣的發(fā)光器件被封裝起來，以便處理和裝入電子設(shè)備中。LED管芯(die)一般附接到諸如印刷電路板、引線框和柔性電路等載板(board)，并利用接合引線(wirebonds)電耦合到載板。在某些情形下，管芯例如通過焊接、導(dǎo)電環(huán)氧樹脂或共熔芯片附接等電地和機械地附接到載板，而且從管芯頂部到載板上的線跡的一條接合引線完成了載板和LED管芯之間的電連接。
具有腔的塑料外殼一般位于載板上，在腔內(nèi)有若干個LED，該外殼約束并引導(dǎo)從LED管芯輸出的光。塑料外殼一般地被稱為“反射器”，因為它具有將來自LED的光引導(dǎo)至所需方向(即，離開載板和管芯)的反射區(qū)。腔通常被充滿或部分充滿光學(xué)級環(huán)氧樹脂。每個腔一般地被稱為顯示器的一個“段”。
當(dāng)希望物理上較大的段時，多個管芯被置于一個腔中。例如，用于腕表的顯示器的段可以較小，而用于微波爐或其他家用電器的顯示器的段一般較大。向段添加另外的LED提高了段輸出的總光量，這是制造較亮的大型顯示器所希望的。
但是，當(dāng)兩個、三個或多個LED管芯被置于一個腔中時，該段所發(fā)出的光常常是不均勻的。亮度高度集中于某些區(qū)域中，并在整個段上呈現(xiàn)不均一的亮度。具有較大亮度的LED顯示器的段的區(qū)域被稱為“熱點”。圖1A是具有兩個LED管芯102、104的傳統(tǒng)顯示段100的橫截面。LED管芯102、104安裝在載板106上，LED管芯102、104的頂部利用接合線108、110被電連接到載板106上的線跡(未示出)。LED管芯102、104位于腔111中，該腔由反射器112形成，該反射器由塑料制成，并具有圍繞腔111周邊的反射面114、116。腔的其余部分被密封劑118填充，例如光學(xué)環(huán)氧樹脂、硅其他有機或無機材料?；蛘?，腔未填充固態(tài)材料，而是被保留為空氣隙。
圖1B根據(jù)模型仿真，示出了圖1A的顯示段的腔上的相對光強。熱點120、122基本出現(xiàn)在LED的位置處。具有較低強度的區(qū)域124出現(xiàn)在熱點120、122之間。對于某些顯示應(yīng)用，這種熱點是不可接受的。
圖2A是顯示段130的橫截面，其中腔111’內(nèi)有另外的LED管芯132，這是試圖減小圖1B的熱點區(qū)域的一種方法。圖2B示出了圖2A的顯示段的腔上的相對光強。額外的LED管芯填補了低強度區(qū)域，并減小了段中熱點的感觀，但是由于增加該額外的較貴的LED管芯、相關(guān)的管芯附接以及接合線，段所需的電功率、散熱片和成本都增加了。
減小熱點的另一方法是在用于包封LED管芯和接合線的環(huán)氧樹脂中包括擴散劑(diffusant)。擴散劑由小顆粒構(gòu)成，它們在內(nèi)部反射和散射入射光線。這漫射了來自熱點的光，使得段的腔上的強度更均勻。但是，擴散劑顆粒導(dǎo)致的嚴(yán)重光損失和吸收造成了從段離開的光變少。
圖3是顯示段140的橫截面，示出了光線是如何傳播通過載有擴散劑的密封劑118’的，其中光線由從LED管芯102出發(fā)的箭頭表示。一些光線，例如光線142，在離開載有擴散劑的密封劑118’之前，必須傳播較長的路程。這導(dǎo)致來自顯示段140的光強損失。
減小熱點的另一手段是加深腔，以使得從LED管芯散布的光束在段上產(chǎn)生較均勻的強度。但是，加深腔導(dǎo)致封裝后的顯示器變大，反射器的材料成本更高，并且密封劑的材料成本更高。此外，更深的腔意味著來自LED的所有光都必須傳播通過比類似的較淺的腔更多的密封劑。這導(dǎo)致更多的光被吸收和/或后向散射，尤其是當(dāng)密封劑包括擴散劑時，于是顯示段所提供的光變少了。
希望減小具有多個LED的LED顯示段中的熱點形成，并且還希望提供具有提高了的亮度的顯示段。

發(fā)明內(nèi)容
一種顯示段包括載板、附接于載板的第一發(fā)光二極管，以及附接于載板的第二發(fā)光二極管。在第一發(fā)光二極管和第二發(fā)光二極管之間，在載板上布置有中間反射器結(jié)構(gòu)。中間反射器結(jié)構(gòu)具有靠近第一發(fā)光二極管的第一中間反射器壁和靠近第二發(fā)光二極管的第二中間反射器壁。


圖1A是具有兩個LED管芯的傳統(tǒng)顯示段的橫截面。
圖1B示出了圖1A的顯示段的腔上的相對光強。
圖2A是在腔內(nèi)具有額外LED管芯的顯示段的橫截面。
圖2B示出了圖2A的顯示段的腔上的相對光強。
圖3是示出了光線如何傳播通過載有擴散劑的密封劑的顯示段的橫截面。
圖4A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的LED顯示器中使用的顯示段的橫截面。
圖4B示出了圖4A的顯示段的腔上的相對光強。
圖4C是圖4A的顯示段的橫截面，示出了來自LED管芯的光線的路徑。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的顯示段的平面圖。
圖5B是圖5A的顯示段的等角視圖，示出了公共載板。
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的顯示段的平面圖。
圖7A～圖7H是中間反射器結(jié)構(gòu)的實施例的橫截面。
具體實施例方式
圖4A是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的LED顯示器中使用的顯示段400的橫截面。顯示段400包括兩個LED二極管102、104，它們在本實施例中是安裝在載板106上的芯片(也稱為管芯)。載板106例如是陶瓷基板、印刷電路板或引線框。LED管芯102、104位于周邊反射器壁412、414內(nèi)。中間反射器結(jié)構(gòu)416截斷LED管芯102、104之間的腔411，形成了兩個反射隔室，每個LED管芯一個隔室。中間反射器結(jié)構(gòu)416具有中間反射器壁418、420，它們分別與周邊反射器壁412、414共同作用，以增加從顯示段400輸出的光，并減小熱點(見下圖4C)。中間反射器壁418、420上涂有白色光反射涂料，例如具有氧化鈦(TiO2)顏料的涂料，以反射那些小于臨界角的光線，否則這些光線可能從無涂料的壁逃逸。涂層較薄，在此視圖中未單獨示出?；逵商沾?、印刷電路板(“PCB”)材料構(gòu)成，或者是引線框。在某些實施例中，反射器由聚碳酸酯材料制成。反射器結(jié)構(gòu)例如被涂敷或鍍以鋁、銀或鎳，或者被涂以白色或金屬涂料?；蛘?，反射器的材料是反射材料，或者載有反射材料，例如載有氧化鈦的聚碳酸酯。
在某些實施例中，中間反射器結(jié)構(gòu)416的高度(即從安裝有LED管芯的載板表面開始測量的最大高度)小于周邊反射器壁的高度。這在某些應(yīng)用中提供了來自相鄰LED管芯的更好的光均勻性。具有較低的中間反射器結(jié)構(gòu)也使得其對最終用戶來說不那么明顯，從而在與傳統(tǒng)顯示段一起使用時，改善了根據(jù)本發(fā)明的顯示段的外觀。具有較低的中間反射器結(jié)構(gòu)還允許利用單次涂敷密封劑來填充腔的其余部分(即未被LED管芯、中間反射器結(jié)構(gòu)和接合線占據(jù)的部分)。
在某些實施例中，中間反射器結(jié)構(gòu)416與反射器422集成在一起，后者由塑料制成，然后被金屬化或被涂覆，從而形成反射壁。在一個特定實施例中，中間反射器結(jié)構(gòu)和周邊反射器壁被注模(injection-mold)在一起?；蛘撸虚g反射器結(jié)構(gòu)和周邊反射器是被組裝在載板上的兩個組件，這使得可將中間反射器結(jié)構(gòu)添加到傳統(tǒng)顯示器腔，以得到強度提高并且熱點減小的顯示段。
圖4B示出了圖4A的顯示段400的腔411上的預(yù)期相對光強。該光強與圖1B基本一樣，除了LED管芯之間的區(qū)域以外。虛線430示出了圖1A的顯示段的LED之間的傳統(tǒng)顯示段光強。圖4A的顯示段400所產(chǎn)生的總光是強度曲線432下面的面積。因此，來自圖4A的顯示段400的光比來自圖1A的傳統(tǒng)顯示段100的光多出了曲線430、432之間的區(qū)域434。類似地，在圖4A的實施例的LED管芯之間，光強更均勻，基本消除了段的腔中的熱點(見圖1B，標(biāo)號120、122)。
圖4C是圖4A的顯示段400的橫截面，其示出了光線的路徑，由從LED管芯102開始的箭頭表示。光線442在密封劑118中傳播通過的路徑比沒有中間反射器結(jié)構(gòu)416時類似的光線442’將傳播通過的路徑短得多。通過密封劑118的更短路徑意味著更少的來自LED管芯102的光被吸收和/或散射。反射器結(jié)構(gòu)的角度和形狀是根據(jù)所使用的光源的類型(例如LED)、腔大小、管芯在腔中的布置、密封劑類型和顯示段的應(yīng)用來選擇的。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明實施例的顯示段500的平面圖。中間反射器結(jié)構(gòu)502在公共基板(未在本圖中示出)上安裝的每個LED二極管504、506、508、510之間延伸。中間反射器結(jié)構(gòu)與周邊發(fā)射器結(jié)構(gòu)512集成在一起，從而用反射壁包圍各LED。
圖5B是圖5A的顯示段500的等角視圖，其示出了公共載板514。換言之，顯示段500中的每個LED二極管都安裝在同一載板514上。電引線(未示出)從載板的底和/或邊延伸出來。在一個實施例中，每個LED可被獨立控制，以允許將每個LED的光輸出設(shè)定到希望的水平?；蛘?，一個段中的兩個或更多個LED共享一個電連接。在一個特定實施例中，一個段中的所有LED共享一個電連接。顯示段500是電組件，幾個顯示段通常組裝在一起以形成一個顯示器。
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實施例的顯示段600的平面圖。3個LED二極管602、604、606被安裝在載板(在該圖中未示出)上。反射器608包括周邊反射壁609和中間反射器結(jié)構(gòu)610，中間反射器結(jié)構(gòu)610將各LED管芯彼此隔離，并與周邊反射壁609一起工作，從而用反射壁包圍安裝在載板上的每個LED。中間反射器結(jié)構(gòu)610的高度與周邊反射壁609的高度相同。或者，中間反射器結(jié)構(gòu)610的高度小于周邊反射壁609。
圖7A～圖7H是中間反射器結(jié)構(gòu)的實施例的橫截面。圖1A示出了具有相交于頂點706的直壁702、704的中間反射器結(jié)構(gòu)700。壁的角度是根據(jù)腔中LED間的可用間隔(見圖4A)，由底邊708的寬度選擇的。圖7B示出了具有直壁702’、704’和被截斷的末端706’的中間反射器結(jié)構(gòu)710。根據(jù)圖7B的中間反射器結(jié)構(gòu)被用作模型，以獲得圖4B所示的仿真結(jié)果。圖7C示出了具有相交于頂點726的凹面反射側(cè)壁722、724的中間反射器結(jié)構(gòu)720。凹面反射側(cè)壁的形狀例如是圓、橢圓、拋物線或雙曲線的一部分。在一個實施例中，每個側(cè)壁被類似地彎曲。或者，一個側(cè)壁的彎曲情況與另一側(cè)壁不同，其可能具有不同的半徑、弧度或形狀。在一個特定實施例中，一個側(cè)壁是凹面，另一個是凸面。
圖7D示出了具有不相交的凹面反射側(cè)壁722’、744’的中間反射器結(jié)構(gòu)720’。與圖7B類似，中間反射器結(jié)構(gòu)的頂部726’被截斷。圖7E和7F示出了具有凸面反射側(cè)壁732、734，732’、734’的中間反射器結(jié)構(gòu)730、730’。圖7G是具有半球形反射壁742的中間反射器結(jié)構(gòu)740。圖7H是具有半橢球形反射壁752的中間反射器結(jié)構(gòu)750。
在不同應(yīng)用中使用不同形狀和橫截面的中間反射器結(jié)構(gòu)。例如，如果希望從前面看時，段具有高亮度，則需要使用例如圖7C和7D所示的凹面反射壁。在一個特定實施例中，凹面反射壁基本上是拋物面形的。在其他應(yīng)用中，例如當(dāng)在廣視角上希望好的亮度時，則凸面反射壁可能更理想。
雖然已詳細示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是很明顯，在不偏離所附權(quán)利要求列出的本發(fā)明的范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對這些實施例的作出修改和變形。
權(quán)利要求
1.一種顯示段，包括載板；布置在所述載板上的具有腔的反射器結(jié)構(gòu)；在所述腔內(nèi)的附接于所述載板的第一發(fā)光二極管；在所述腔內(nèi)的附接于所述載板的第二發(fā)光二極管；和在所述腔內(nèi)布置在所述載板上的中間反射器結(jié)構(gòu)，所述中間反射器結(jié)構(gòu)在所述第一發(fā)光二極管和所述第二發(fā)光二極管之間，具有靠近所述第一發(fā)光二極管的第一中間反射器壁和靠近所述第二發(fā)光二極管的第二中間反射器壁。
2.如權(quán)利要求1所述的顯示段，還包括圍繞所述腔的周邊反射壁，其中，所述中間反射器結(jié)構(gòu)與所述周邊反射壁共同包圍所述第一發(fā)光二極管。
3.如權(quán)利要求1所述的顯示段，其中，所述反射器結(jié)構(gòu)包括具有從所述載板開始的第一高度的周邊反射壁，其中，所述中間反射器結(jié)構(gòu)具有從所述載板開始的第二高度，所述第一高度大于所述第二高度。
4.如權(quán)利要求3所述的顯示段，還包括基本充滿所述腔以覆蓋所述中間反射器結(jié)構(gòu)的密封劑。
5.如權(quán)利要求4所述的顯示段，其中，所述密封劑含有分散劑。
6.如權(quán)利要求1所述的顯示段，其中，所述第一中間反射器壁和所述第二中間反射器壁被涂以白色光反射涂料。
7.如權(quán)利要求1所述的顯示段，其中，所述第一中間反射器壁和所述第二中間反射器壁被鍍以金屬。
8.如權(quán)利要求1所述的顯示段，其中，所述反射器結(jié)構(gòu)和所述中間反射器結(jié)構(gòu)被集成。
9.如權(quán)利要求8所述的顯示段，其中，所述反射器結(jié)構(gòu)和所述中間反射器結(jié)構(gòu)包括注模塑料。
10.如權(quán)利要求8所述的顯示段，其中，所述注模塑料載有反射材料。
11.如權(quán)利要求1所述的顯示段，其中，所述反射器結(jié)構(gòu)是所述顯示段的第一組件，所述中間反射器結(jié)構(gòu)是所述顯示段的第二組件，所述第一組件和所述第二組件每個都布置在所述載板上。
12.如權(quán)利要求11所述的顯示段，其中，所述反射器結(jié)構(gòu)和所述中間反射器結(jié)構(gòu)中的至少一個包括載有反射材料的塑料。
13.如權(quán)利要求1所述的顯示段，還包括在所述腔內(nèi)附接于所述載板的第三發(fā)光二極管，所述中間反射器結(jié)構(gòu)被布置在所述第一發(fā)光二極管和所述第三發(fā)光二極管之間，以及所述第二發(fā)光二極管和所述第三發(fā)光二極管之間。
14.如權(quán)利要求1所述的顯示段，其中，所述第一中間反射器壁是凹面，所述第二中間反射器壁是凹面。
15.如權(quán)利要求14所述的顯示段，其中，所述第一中間反射器壁是拋物面，所述第二中間反射器壁是拋物面。
16.如權(quán)利要求1所述的顯示段，其中，所述第一中間反射器壁是凹面，所述第二中間反射器壁是凸面。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有隔室的發(fā)光二極管顯示器。顯示段包括載板、附接于載板的第一發(fā)光二極管，以及附接于載板的第二發(fā)光二極管。在第一發(fā)光二極管和第二發(fā)光二極管之間，在載板上布置有中間反射器結(jié)構(gòu)。中間反射器結(jié)構(gòu)具有靠近第一發(fā)光二極管的第一中間反射器壁和靠近第二發(fā)光二極管的第二中間反射器壁。
文檔編號G09F9/33GK1808714SQ200510130
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者王立業(yè), 黃伊峰, 伊麗莎白·陳令豐 申請人:安捷倫科技有限公司