2024年6月10日发(作者：皋觅露)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.7
(22)申请日 2008.09.22
(71)申请人 皇家飞利浦电子股份有限公司;飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司
地址 荷兰艾恩德霍芬
(72)发明人 S·比尔休詹
(74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司
代理人 龚海军
(51)
G02B6/00
G02F1/13357
F21V8/00
(10)申请公布号 CN 101809474 A
(43)申请公布日 2010.08.18
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
源
(57)摘要
描述了具有改善的亮度均匀性的含
使用低廓形边发射LED的薄背光
有低廓形、边发射LED的背光源。在一个
实施例中，所述背光源包括固体透明光导
(42)，其中多个开口位于光导的底表面
中，每个开口含有边发射LED(10)。棱镜
或其它光学部件(44，48)形成在每个开口
的顶壁中以朝光导的光输出表面反射光导
中的光，从而使得边发射LED在背光源的
输出处不会表现为暗斑。为了避免从LED
的侧面朝光导的输出表面的、表现为亮区
域的任何直接发射，在开口的边缘处或者
在光导的输出表面中形成光学部件(80，
88，94，97)，从而使得从光导不输出直射
光。可以使用围绕一个或多个LED的单元
壁(61，72)在光导中形成基本等同的单
元。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一种发光装置，包括：
至少一个边发射、非激光发光二极管(LED)(10)，其中垂直于半导体LED管芯的顶
表面发射的大部分光被重定向为远离法线；以及
光导(42)，具有输出表面，光通过所述输出表面被发射，
所述光导在与输出表面相对的第一表面中具有至少一个凹口，其中每个凹口含有边
发射LED，所述凹口的壁形成第一表面的一部分，
所述光导在输出表面和第一表面中的至少一个上具有光学部件(44，48，80，88，
94，97)以用于限制每个LED之上的暗区域或邻近每个LED的亮区域的出现，所
述光学部件对光重定向以提高光导的输出表面上的亮度均匀性。
2.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括在含有相应LED的至少一个凹口的
顶壁中形成的至少一个光学部件(44)，从而使光导内的入射到上覆于每个LED上
面的光学部件上的光朝光导的输出表面被重定向，因此边发射LED不会在光导的
输出表面处表现为暗斑。
3.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括在相应LED的大致上方的光导的输
出表面中形成的至少一个光学部件(80)，从而使入射到每个LED上方的光学部件
上的光被重定向以使得所述光通过大致在LED上方的输出表面被发射，因此边发
射LED不会在光导的输出表面处表现为暗斑。
4.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括在含有相应LED的至少一个凹口的
顶壁的侧边缘附近形成的至少一个光学部件(48)，从而使朝光导的输出表面发射的
来自LED的直射光被重定向为远离光导的输出表面，因此朝光导的输出表面发射
的这些来自LED的直射光不会在光导的输出表面处表现为亮斑。
5.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括在相应LED大致上方的光导的输出
表面中形成的至少一个光学部件(97)，从而使朝光导的输出表面发射的来自LED
的直射光被重定向为远离光导的输出表面，因此朝光导的输出表面发射的这些来自
LED的直射光不会在光导的输出表面处表现为亮斑。
6.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括凹陷的部件。
7.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括在光导的表面中或表面上形成的棱镜、
四坡顶、球体、椭圆体、棱椎、凹坑、凸点或孔。
8.权利要求1的装置，其中所述光学部件被模制到光导的表面中。
9.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括沉积在光导的表面上的散射反射器
(94，97)。
10.权利要求1的装置，其中散射反射器包括白色颜料。
11.权利要求1的装置，其中所述光导包括多个单元，每个单元含有至少一个LED，
每个单元包括包围至少一个LED的单元壁(67，72)，每个单元壁是至少部分反射
的。
12.权利要求11的装置，其中所述单元壁(72)是倾斜的从而朝光导的输出表面重定
向光。
13.一种发光装置，包括：
多个边发射、非激光发光二极管(LED)(10)；
光导(61)，具有输出表面，光通过所述输出表面被发射，每个LED被定位在光导
中的开口内从而将光光学耦合到光导中；以及
光导内的至少部分地包围一个或多个LED的单元壁(67、72)，每个单元壁是至少
部分反射的，其中所述单元壁在光导中产生多个单元，来自每个单元的光输出基本
相同。
14.权利要求13的装置，其中所述单元壁(67)是漫反射的。
15.权利要求13的装置，其中所述单元壁(72)是倾斜的从而将光重定向到光导的输
出表面。
说 明 书
技术领域
本发明涉及使用发光二极管(LED)的背光源(backlight)，并且具体地涉及用于形成使
用边发射LED的薄背光源的技术。
背景技术
液晶显示器(LCD)被普遍用于蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、便携式音乐播放器、
膝上型计算机、台式监视器以及电视应用中。本发明的一个实施例涉及需要背光照
明的彩色或单色、透射式LCD，其中该背光源可以使用一个或多个发射白光或有
色光的LED。这些LED与激光二极管的区别在于LED发射非相干光。
在许多小型显示器(诸如用于蜂窝电话的显示器)中，重要的是显示器和背光源要薄。
在这样的小型背光源中，一个或多个LED被光学耦合到固体透明光导(也称为波导)
的边缘或在该边缘附近。光导中的光从光导的顶表面泄漏以照射液晶显示器(LCD)
面板的后表面。在这样的小型背光源中，LCD面板不是覆在LED上面，原因在于
LED会表现为亮斑，或者如果LED仅仅是边发射的则LED会表现为暗斑。对于大
型背光源，这样的到固体光导的边缘耦合是不切实际的，原因在于光经过光导衰减，
使得中心区域比边缘区域暗得多和/或降低总效率和光输出。
对于大型背光源(诸如用于电视的背光源)，LED典型地分布在反射式背光源盒的底
表面上。来自LED阵列的光通过光线叠加和光在盒壁反射而在盒中被混合以产生
基本均匀的光发射。这样的背光源盒是刚性的。大型背光源盒难以操纵并且制造起
来较昂贵。
需要的是一种能够针对大型应用进行缩放但没有在刚性背光源盒内使用LED形成
的大型背光源的缺陷的背光源。
发明内容
本文描述各种类型的薄的边发射、非激光LED，以产生用于背光照明LCD的薄的
柔性背光源。这些LED是倒装芯片，其中阴极和阳极电极位于LED的安装表面上。
在优选的实施例中不使用引线接合。这些LED可以具有小于0.5mm的厚度。LED
和基座(submount)的总厚度可以小于1mm。
背光源是固体透明光导，诸如聚合物(例如PMMA)，其中边发射LED阵列被定位
在光导的底表面中形成的开口内。借助于在底表面上形成的反射箔或者使光导位于
反射槽(reflective tub)中，光导的底表面是反射性的。在光导的底表面上分布微棱镜
或者其它光散射部件(feature)，其将光朝与底表面相对的光导的顶输出表面反射。
为了使边发射LED不在光导的输出处表现为暗斑，在LED上方的光导中形成至少
一个棱镜(或其它光散射部件)。棱镜形成用于LED的开口的顶表面的一部分。在
这样的配置中，LED上方的光导的光学属性实际上等同于光导中其它地方的光学
属性，因此在背光源的输出处不会察觉到暗斑或亮斑。
从LED的侧面发射的一些光朝光导的输出表面被引导。为了防止这种光表现为
LED周围的亮区域，至少一个光散射部件位于开口的边缘处或光导的输出表面上
以防止这种直射光在LED上方输出，这是比用吸收材料来吸收光有效得多的备选
方案。
边发射LED可以安装在使LED互连的柔性电路上，并且透明光导可以制作得很薄，
诸如厚度为大约1mm。因此，背光源可以是柔性的并且可以形成为连续的卷。该
连续的卷可以被切成用于特定大小LCD的任何大小。
在一个实施例中，(沿光导卷的宽度尺寸的)一列LED中的多个LED可以安装在将
LED互连成列的柔性电路上。用于多列LED的柔性电路的末端然后可以被串联和/
或并联耦合在一起并且连接到用于激励背光源中的LED的电流源。这样的系统还
可以用于诸如通用照明的其它应用。
在一个实施例中，光导在组装LCD时被定位在反射槽中，从而使得从侧面或底表
面逃逸的任何光被重定向回到光导中。反射槽还为柔性背光源提供结构支撑并且有
助于相对于背光源来对准LCD面板。
在另一个实施例中，典型地对于大型背光源而言，背光源可以高达10mm厚并且
不是柔性的。增加厚度典型地改善来自分离LED的光的混合从而得到背光源上的
更好的颜色和亮度均匀性。
在一个实施例中，每个LED是等同的并且通过使用具有贡献红色和绿色分量的磷
光体层的蓝色LED管芯而发射白光。
在一个实施例中，来自各个LED的光在透明光导中被混合。
在另一个实施例中，每个LED被镜面或漫反射壁包围，所述镜面或漫反射壁基本
产生围绕每个LED的矩形单元，因此存在来自多个LED的光的受限的混合。在一
个变型中，这些壁在背光源的顶表面和底表面之间不完全延伸以便让来自一个单元
的光进入其它单元。在另一个变型中，LED与壁对齐从而在多个单元之间分配光。
例如，在四个单元的角落处的一个LED可以被四个单元同样地共享。在另一个实
施例中，单元的每个壁与相邻单元共享LED，并且另一个LED处于每个单元的中
间，从而对于每个单元提供来自五个LED的光。可以预想这些实施例的任何组合。
附图说明
图1A是依据发明实施例的低廓形(low profile)、边发射LED的截面图。
图1B示出带有准直光学器件的图1A的边发射LED。
图2是依据发明实施例的切过LED得到的背光源的部分截面图。还示出了与背光
源分离的LCD面板。
图3是图2的背光源的俯视图，示出附加的LED。
图4是依据发明另一个实施例的切过LED得到的背光源的部分截面图，其中背光
源被划分成单元。
图5是图4的背光源的俯视图，示出附加的LED。
图6是依据发明另一个实施例的切过LED得到的背光源的部分截面图，其中背光
源单元壁在背光源的顶表面和底表面之间不完全延伸。
图7是依据发明另一个实施例的切过LED得到的背光源的部分截面图，其中LED
与背光源单元壁对齐以致来自每个LED的光在两个单元之中被划分。
图8是图7的背光源的俯视图，示出附加的LED，其中LED可以可选地被单独寻
址。
图9是依据发明另一个实施例的背光源的一部分的俯视图，示出LED如何可以被
定位在四个单元的角落处。
图10是单元或片段的边缘的截面，并且示出每个单元的边缘如何可以具有用于朝
输出表面反射光的倾斜(angled)边缘。
图11类似于图10并且示出稍微不同的单元边缘。
图12示出光导的顶表面如何可以具有诸如棱镜形状的凹槽的光学部件
(optical feature)，该光学部件增加了边发射LED之上的光提取以致在LED上没有
暗斑。
图13示出由于一些边发射LED光向上发射而在光导的输出处出现来自边发射
LED的亮图案的潜在问题。
图14示出对于图13的问题的解决方法，其中折射部件位于用于边发射LED的光
导凹槽的顶边缘。
图15示出对于图13的问题的另一个解决方法，其中全内反射(TIR)部件形成在光
导的输出表面上。
图16示出图15的TIR部件的变型。
图17示出光导底部中的凹槽内的蓝光边发射LED，其中白光磷光体层(例如YAG)
在光导的输出表面上方以致发射的光是白色的。
图18是围绕中心轴对称的边发射透镜形状的截面图，其可以用来代替半导体LED
上方的金属反射器层。
图19示出光导在制作后可以如何被卷起以便易于操纵。
不同的图中类似或相同的元件用相同的附图标记进行标记。
具体实施方式 本发明的实施例包括低廓形边发射LED连同用于提供均匀发光表面的薄光导设计。 本发明的典型应用是作为LCD或通用照明中的薄背光源。 图1A是薄边发射LED 10的一个实施例的截面图。可以用于背光源实施例中的薄 边发射LED的其它实施例可以在Oleg Shchekin等人于2006年6月9日提交的题 为Low Profile Side Emitting LED的序列号为11/423,419的美国申请中找到，该申 请转让给本受让人且通过引用合并于此。 一个示例中的LED 10的有源层生成蓝光。LED 10形成在起始生长衬底上，诸如 蓝宝石、SiC或GaN。通常，生长n层12，接着是有源层14，接着是p层16。p 层16被蚀刻以暴露下面的n层14的一部分。反射金属电极18(例如，银、铝或合 金)然后形成在LED的表面上以接触n层和p层。当二极管被正向偏置时，有源层 14发射波长由有源层的组分(例如AlInGaN)确定的光。形成这样的LED是众所周 知的且不需要进一步详细的描述。在授予Steigerwald等人的美国专利6,828,596和 授予Bhat等人的美国专利6,876,008中描述了形成LED的附加细节，这两个专利 均转让给本受让人且通过引用合并于此。 半导体LED然后作为倒装芯片被安装在基座22上。基座22含有金属电极24，所 述金属电极24经由焊球26而焊接或超声焊接到LED上的金属电极18。也可以使 用其它类型的接合。如果电极它们本身可以被超声焊接在一起，则可以省略焊球 26。 基座电极24通过金属通路而电连接到基座底部上的焊盘，因此基座可以被表面安 装到柔性电路28或印刷电路板上的金属焊盘。柔性电路28包括很薄的聚合物绝缘 体，其中印刷的金属迹线最终连接到电源。基座22可以由任何合适的材料形成， 诸如陶瓷、硅、铝等等。如果基座材料是导电的，则在衬底材料上形成绝缘层，并 且在绝缘层上形成金属电极图案。基座22充当机械支撑，提供LED芯片上的精细 n及p电极与电源之间的电接口，并且提供散热。基座是众所周知的。 为了使得LED 10具有很低的廓形并且防止光被生长衬底吸收，诸如通过CMP或 使用激光剥离(lift-off)方法来去除生长衬底，在激光剥离方法中，激光加热GaN和 生长衬底之间的界面以产生将衬底推离GaN的高压气体。在一个实施例中，在 LED阵列被安装在基座晶片上之后且在(例如通过锯割)单个化LED/基座之前，执 行生长衬底的去除。 在去除生长衬底后，平面磷光体层30被定位在LED的顶部上以用于对从有源层 14发射的蓝光进行波长转换。磷光体层30可以预先形成为陶瓷片并且附着到LED 层，或者磷光体颗粒可以比如通过电泳进行薄膜沉积。磷光体陶瓷片可以是在透明 或半透明粘合剂中的烧结磷光体颗粒或磷光体颗粒，其可以是有机的或无机的。由 磷光体层30发射的光在与蓝光混合时产生白光或另一期望的颜色。磷光体可以是 产生黄光的YAG磷光体(Y+B＝白色)，或者可以是红色和绿色磷光体(R+G+B＝白 色)。 对于YAG磷光体(即，Ce:YAG)，白光的色温很大程度上取决于磷光体中的Ce掺 杂以及磷光体层30的厚度。 反射膜32然后形成在磷光体层30上。反射膜32可以是镜面的或漫射的。镜面反 射器可以是由有机或无机层形成的分布式布拉格反射器(DBR)。镜面反射器还可以 是一层铝或其它反射金属，或者DBR和金属的组合，或者溶胶凝胶溶液中的氧化 钛颗粒。漫射反射器可以由沉积在粗糙表面上的金属或诸如合适的白色涂料的漫射 材料形成。磷光体层30还有助于漫射光以提高光提取效率。 尽管边发射透镜有时用来使由LED顶表面发射的所有光转向为圆形边发射图案， 但是这样的透镜是LED本身的厚度的许多倍并且将不适合用于超薄背光源。 在边发射LED的非优选实施例(未示出)中，两个镜面层(例如反射膜)形成在磷光体 层的相对侧上，与半导体LED层垂直，以把磷光体层夹在中间。则LED将被定位 在光导内以致LED半导体层的主面垂直于光导的顶表面和底表面，其中镜面表面 与光导的顶表面和底表面平行。则光离开通常与镜面层平行的磷光体层的三个开放 侧边以进入背光源光导。 在本公开中，在背光源光导的顶表面和底表面之间在低高度/区域内或者在狭窄或 受限的角度内发射其大多数光的任何LED被认为是边发射LED。如果LED上的 (一个或多个)反射层很薄，则一些光可以通过(一个或多个)反射层泄露；然而，这 种泄露典型地小于10％。合适的边发射LED甚至可以是具有透镜的LED，该透镜 将主要在光导平面内的光重定向。该透镜可以使用全内反射、准直光学器件或者任 何其它技术。 图1B示出包括准直光学器件33的边发射LED 10。支撑表面34可以支撑光学器件 33。在光进入光导之前，准直光学器件33使光准直。在另一个实施例中，菲涅耳 透镜可以形成在LED的一侧上以用于使光准直。 LED半导体层的处理可以在将LED安装在基座22上之前或之后进行。 在一个实施例中，基座22具有大约380微米的厚度，半导体层具有大约5微米的 组合厚度，磷光体层30具有大约200-300微米的厚度，并且反射膜32具有大约 100微米的厚度，以致LED加上基座的厚度小于1mm。当然，LED 10可以制作得 更厚。LED的每一边的长度典型地小于1mm。 如果LED不需要是超薄的，则可以通过添加n层12上的清透光导层、磷光体层上 的包含反射颗粒或粗糙/棱镜表面的散射层、以及磷光体层30之下的分色镜或单向 镜(如同分色镜)以使得由反射膜32向下反射的经波长转换的光未被半导体层吸收， 来提高边发射的效率。 边发射倒装芯片LED在用于照明系统中时提供许多优点。在背光源中，边发射倒 装芯片LED允许利用更薄光导、更少LED，且允许更好的照明均匀性以及由于光 更好地耦合进入光导内所致的更高的效率。 图2是使用LED 10且切过两个LED 10得到的背光源40的部分截面图。图3是全 背光源40的俯视图。 聚合物片(例如PMMA)形成透明光导42。在一个实施例中，光导42的厚度是1- 2mm以致其是柔性的且可以卷起。在另一个实施例中，对于较大的背光源应用， 光导42高达10mm厚以提高光混合从而改善背光源上的颜色和亮度均匀性。 将光朝光导42的顶部向上反射的棱镜44被模制在光导的底表面内。代替棱镜，可 以形成其它向上重定向光的表面形状，诸如通过蚀刻或喷砂以形成凹坑来随机粗糙 化底表面。棱镜44的分布使得向上的光在被薄漫射器片46漫射时在背光源40的 光输出表面上产生适当均匀的光发射。漫射器片46可以被直接定位在光导42上或 与光导42分离。 凹口48(或者孔或开口)也被模制在光导42的底部内，边发射LED10插入在该凹口 48中。基座22不需要插入到该凹口48中，因此凹口48可以很浅，诸如0.3- 0.5mm。如果基座具有与LED大致相同的尺寸，则凹口48可以制作得更深，并且 LED和基座的至少一部分可以被适配在凹口48内。这可以提高到光导中的内耦合 (incoupling)效率。 由于边发射LED 10发射很少的向上的光，所以棱镜44(或其它反射器)也被模制到 凹口48的顶壁中以便凹口区域上的光发射没有表现出与背光源40的任何其它区域 的不同。在LED 10上没有棱镜44的情况下，LED区域可能在背光源40的输出处 表现为暗斑。 凹口48可以具有垂直或倾斜的侧壁。 反射膜49可以形成或放置在光导42的后表面以及侧表面上以将所有光反射回到光 导42中并且通常朝顶表面。膜49可以是可从3M公司获得的增强镜面反射器(ESR) 膜。可替换地，背光源40被定位在浅反射槽(reflective tub)中以用于将所有光反射 回到光导42内以及用于在组装LCD时提供结构支撑。反射盒也可以与背光源上的 LCD面板对准。反射器可以是镜面或漫射的。 示出了各种光线51，这说明了来自LED的边发射通过棱镜44和反射底表面向上 反射的一般原理。来自所有LED的边发射在光导42内混合在一起，并且混合后的 光通过背光源40的顶表面泄露出来以实现在背光源40(其包括漫射器片46)的输出 表面上的均匀发射。 如果反射膜32很薄，则一些光将通过反射膜32泄露。通常，对于边发射LED， 小于10％的光通过反射器泄露。为了防止这样的泄露在背光源的顶表面处被看作 光点，凹口48的顶壁可以诸如通过模制成小棱镜、扇形成形、粗糙化、或者提供 光吸收区域而具有光散射部件53。因此，来自LED经过反射膜32的任何向上的 光都将被散开并且不明显。另外，漫射器片46可以被图案化并且被优化以补偿从 光导提取的光的任何非均匀性。 LED 10可以使用柔性电路28而被电连接在一起并且连接到电流源50。这样的柔 性电路28包括带有端接在连接器中的金属迹线的薄绝缘片或带。金属迹线可以串 联和/或并联地使LED互连。柔性电路可以粘合性地附着到光导42的底表面以将 LED固定在适当位置，并且/或者LED可以使用硅树脂或任何其它适合的粘合剂而 被分别粘合性地固定在每个凹口48内。 柔性电路28应当在LED和散热表面之间提供充分的热传导，在组装LCD时背光 源被定位在该散热表面上。 一个或多个薄亮度增强膜(BEF)54被定位在漫射器片46上用于引导某一视角内的 漫射光从而提高该角度内的亮度。 常规液晶显示面板56然后被定位在背光源40上以产生用于显示彩色图像的LCD。 LCD可以使用像素光闸(例如，液晶层结合TFT阵列)、偏振器和RGB滤光器来产 生彩色图像。这样的LCD面板是众所周知的。 图3是示出16个LED的阵列的背光源40的俯视图，其中每列LED通过柔性电路 28而被串联连接在一起。可替换地，所有LED 10可以通过单个柔性电路片而被串 联和/或并联地互连。柔性电路导体可以与连接器58端接并且连接到电流源50。光 导42被安装在反射槽中，或者反射箔包围后表面和侧表面。 在一个实施例中，每个LED发射白光。在另一个实施例中，存在分布在背光源周 围的红色、绿色和蓝色发光LED，其光在光导中被混合以产生白光。 图4是另一类型的背光源60的部分截面图，其中每个LED 10位于光学单元61中。 单元壁62是漫反射的或者半透明的，以致由单元内的LED发射的几乎所有光都仅 由该单元发射。在另一个实施例中，单元壁是镜面的。单元壁62可以以各种方式 来形成，诸如通过分别形成光导单元并且用单元之间的单元壁材料来将这些单元粘 合性地固定到漫射器片46或反射箔49、或者通过将光导模制成具有壁开口并且用 白色漫射材料来填充开口、或者通过在形成光导的透明部分的同时形成壁、或者通 过产生具有壁的支撑结构并且然后在支撑结构和壁上形成光导层、或者通过使用任 何其它合适的装置来形成壁。这些壁甚至可以通过在每个LED单元周围模制大反 射棱镜来形成。通过等同地形成每个单元，每个单元将输出相同光以在通过漫射器 片46的漫射后形成非常均匀的光发射。 在图4的变型中，在每个单元内存在多个LED，并且来自多个LED的光在单元内 混合。每个单元可以存在2、3、4或更多LED。 图5是图4的背光源60的俯视图，其中LED 10使用柔性电路和连接器58电耦合 到电流源50。 图6示出图4的背光源的变型，其中壁66仅部分地经过光导61的厚度延伸。在这 个实施例中，存在来自不同单元中的LED的光的多得多的混合，因为一些光越过 壁进入不同的单元区域中。如所有实施例中的一样，漫射器片46可以被图案化以 优化背光源上的亮度均匀性。 图7示出图4的背光源的另一个变型，其中LED与单元壁67对齐。单元壁可以在 每个LED周围延伸以致来自每个LED的光在相邻单元之间被分配。 图8是图7的背光源68的俯视图，其中LED 10使用柔性电路和连接器58电耦合 到电流源50。边缘LED 10可以更小，因为它们的光不会在单元之间被分配，或者 边缘单元的面积可以制作得更小。附加的LED可以与水平延伸(drawn)的单元壁对 齐以将来自四个LED的光提供给每个单元。以与水平壁对齐的虚轮廓线示出单个 LED 10(为简化起见)。这改善颜色均匀性，因为LED的色温轻微变化，并且来自 多个LED的组合光使色温得以平均。 在一个实施例中，每个单元可以存在五个LED，四个与四个单元壁对齐而一个在 单元的中心。在所有实施例中，单元的大小可以取决于单元的期望亮度以及单元中 LED的数量。单元可以是模块化的，从而使得可以通过简单添加单元来形成更大 的背光源而用不关心附加单元会如何影响背光源的其余部分。 LED可以以串联和并联的组合方式被连接以获得期望的电压降。在另一个实施例 中，构成背光源的各个LED或者单元中的每组LED可以被独立控制以优化亮度均 匀性。 图9是与图7和8类似的背光源的一部分的俯视图，但其中LED 10位于单元壁70 的角落处。因而，每个LED对四个相邻单元贡献光。为了得到附加的亮度或更好 的均匀性，附加LED 10(以虚轮廓线示出)可以被定位在每个单元的中间。在背光 源的边缘处的LED可以更小，从而使得边缘单元具有与其它单元相同的亮度，或 者这些单元可以具有更小的面积。 图10是诸如图5、8和9所示的背光源的任一所描述的背光源中的两个邻接单元或 片段的边缘的截面。取代为垂直壁的单元的边缘，边缘72可以是倾斜的以朝光导 75的输出表面74向上反射光73(通过TIR)。每个边缘的上部是垂直的。 图11类似于图10但示出一直延伸到光导77的顶部的倾斜边缘76。边缘的角度可 以被优化以提供在每个单元上的光的最佳均匀性或者仅允许受控的光量在相邻的单 元之间经过，其中该角度控制全内反射的光相对于泄漏通过底部反射镜进入相邻单 元内和/或由底部反射镜反射进入相邻单元内的光的量。 图12示出光导79的顶表面78如何可以具有光学部件80，诸如棱镜、四坡顶(即， 带有四个平缓坡度侧面的形状)、圆锥体、球体、椭圆体、棱椎、孔、凸点或其变 型，该光学部件80提高了边发射LED 10上的光提取以致在LED上没有暗斑。图 12示出以低角度到达光导的顶表面的光线82，该光线82通常将反射回到光导中。 然而，由于倾斜凹槽79，光线82在LED之上被发射以提高在整个光导上的亮度 均匀性。 图13示出由于一些边发射LED光85向上发射而在光导84的输出处出现来自边发 射LED 10的明亮图案的潜在问题。 图14示出图13的问题的解决方法，其中折射部件88形成在用于边发射LED 10的 光导凹槽90的顶边缘附近。从LED 10的边发射的向上的光92被引导成远离 LED 10上方以防止LED周围的亮区域。这提高了光导93发射的光的均匀性，这 是对于用吸收材料吸收光的有效备选方案。 图15示出图13的问题的另一个解决方法，其中全内反射(TIR)部件94形成在光导 95的输出表面上以防止LED周围的亮区域。 图16示出图15的TIR部件的变型，其中TIR部件97形成在光导98的输出表面上 以防止LED 10周围的亮区域。 本文描述的光导部件中的任何一个可以被组合成单个光导。 图17示出光导102底部中的凹槽100内的蓝光边发射LED 10，其中白光磷光体层 104在光导的输出表面上以致发射的光是白色的。YAG磷光体层104在受蓝光激 励时发射黄-绿光，并且转换后的光与漏过的蓝光的组合产生白光。磷光体层104 也可以是红色和绿色磷光体的组合以产生白光。LED 10也可以发射UV，并且磷 光体层104可以包括蓝色、绿色和红色磷光体以产生白光。 在各种实施例中，由LED管芯上的反射层(例如金属)产生边发射。然而，可以通 过在LED上形成边发射透镜来产生边发射，该边发射透镜使用TIR来重定向LED 光。图18是围绕中心轴对称的边发射透镜106的截面图，其可以用来代替半导体 LED 108上的反射器层。LED 108大约为0.63mm宽，并且透镜106具有大约5mm 的直径和大约2.25mm的高度。使用边发射透镜大大限制了背光源的最小厚度。 各种其它类型的边发射LED可以与本发明的背光源结合使用，其中背光源通过在 光导中形成光学部件使得LED区域与非LED区域表现大体相同而避免了暗斑和亮 斑。 在所有的实施例中，被模制在光导中以散射光的光学部件可以替换为散射反射器， 该散射反射器被沉积在与图中所示的凹陷部件大致相同的位置上的光导表面上。这 样的散射(漫射)反射器可以是白色颜料(诸如合适的白色涂料)或金属或其它材料。 这样的材料可以使用任何合适的手段来沉积，诸如丝网印刷、溅射、蒸镀或其它手 段。 光导的所有实施例可以用来背光照明LCD或者用于期望薄照明源的通用照明。 由于含有LED 10的图2-17的背光源可以在1mm厚的量级，所以可以使用最终将 背光源卷成连续卷的工艺来制作背光源，如图19所示。在一个实施例中，漫射器 片46和BEF 54也附着到背光源并被卷起。然而，在优选的实施例中，在展开背光 源后附着漫射器片46和BEF 54以避免分层。对于LCD的组装，LCD的生产商可 以将背光源切成用于单个LCD的所期望的长度和宽度。然后组装背光源和LCD面 板。 另外，在一些应用中，期望柔性LCD，并且背光源的柔性能够实现最终的LCD的 柔性特征。 详细描述了本发明后，本领域技术人员会明白，给定了本公开，可以对本发明进行 修改而不偏离本文描述的精神和发明理念。因此，本发明的范围并非旨在受限于所 示出和描述的特定实施例。
2024年6月10日发(作者：皋觅露)
(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利说明书
(21)申请号 CN2.7
(22)申请日 2008.09.22
(71)申请人 皇家飞利浦电子股份有限公司;飞利浦拉米尔德斯照明设备有限责任公司
地址 荷兰艾恩德霍芬
(72)发明人 S·比尔休詹
(74)专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司
代理人 龚海军
(51)
G02B6/00
G02F1/13357
F21V8/00
(10)申请公布号 CN 101809474 A
(43)申请公布日 2010.08.18
权利要求说明书 说明书 幅图
(54)发明名称
源
(57)摘要
描述了具有改善的亮度均匀性的含
使用低廓形边发射LED的薄背光
有低廓形、边发射LED的背光源。在一个
实施例中，所述背光源包括固体透明光导
(42)，其中多个开口位于光导的底表面
中，每个开口含有边发射LED(10)。棱镜
或其它光学部件(44，48)形成在每个开口
的顶壁中以朝光导的光输出表面反射光导
中的光，从而使得边发射LED在背光源的
输出处不会表现为暗斑。为了避免从LED
的侧面朝光导的输出表面的、表现为亮区
域的任何直接发射，在开口的边缘处或者
在光导的输出表面中形成光学部件(80，
88，94，97)，从而使得从光导不输出直射
光。可以使用围绕一个或多个LED的单元
壁(61，72)在光导中形成基本等同的单
元。
法律状态
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
权 利 要 求 说 明 书
1.一种发光装置，包括：
至少一个边发射、非激光发光二极管(LED)(10)，其中垂直于半导体LED管芯的顶
表面发射的大部分光被重定向为远离法线；以及
光导(42)，具有输出表面，光通过所述输出表面被发射，
所述光导在与输出表面相对的第一表面中具有至少一个凹口，其中每个凹口含有边
发射LED，所述凹口的壁形成第一表面的一部分，
所述光导在输出表面和第一表面中的至少一个上具有光学部件(44，48，80，88，
94，97)以用于限制每个LED之上的暗区域或邻近每个LED的亮区域的出现，所
述光学部件对光重定向以提高光导的输出表面上的亮度均匀性。
2.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括在含有相应LED的至少一个凹口的
顶壁中形成的至少一个光学部件(44)，从而使光导内的入射到上覆于每个LED上
面的光学部件上的光朝光导的输出表面被重定向，因此边发射LED不会在光导的
输出表面处表现为暗斑。
3.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括在相应LED的大致上方的光导的输
出表面中形成的至少一个光学部件(80)，从而使入射到每个LED上方的光学部件
上的光被重定向以使得所述光通过大致在LED上方的输出表面被发射，因此边发
射LED不会在光导的输出表面处表现为暗斑。
4.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括在含有相应LED的至少一个凹口的
顶壁的侧边缘附近形成的至少一个光学部件(48)，从而使朝光导的输出表面发射的
来自LED的直射光被重定向为远离光导的输出表面，因此朝光导的输出表面发射
的这些来自LED的直射光不会在光导的输出表面处表现为亮斑。
5.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括在相应LED大致上方的光导的输出
表面中形成的至少一个光学部件(97)，从而使朝光导的输出表面发射的来自LED
的直射光被重定向为远离光导的输出表面，因此朝光导的输出表面发射的这些来自
LED的直射光不会在光导的输出表面处表现为亮斑。
6.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括凹陷的部件。
7.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括在光导的表面中或表面上形成的棱镜、
四坡顶、球体、椭圆体、棱椎、凹坑、凸点或孔。
8.权利要求1的装置，其中所述光学部件被模制到光导的表面中。
9.权利要求1的装置，其中所述光学部件包括沉积在光导的表面上的散射反射器
(94，97)。
10.权利要求1的装置，其中散射反射器包括白色颜料。
11.权利要求1的装置，其中所述光导包括多个单元，每个单元含有至少一个LED，
每个单元包括包围至少一个LED的单元壁(67，72)，每个单元壁是至少部分反射
的。
12.权利要求11的装置，其中所述单元壁(72)是倾斜的从而朝光导的输出表面重定
向光。
13.一种发光装置，包括：
多个边发射、非激光发光二极管(LED)(10)；
光导(61)，具有输出表面，光通过所述输出表面被发射，每个LED被定位在光导
中的开口内从而将光光学耦合到光导中；以及
光导内的至少部分地包围一个或多个LED的单元壁(67、72)，每个单元壁是至少
部分反射的，其中所述单元壁在光导中产生多个单元，来自每个单元的光输出基本
相同。
14.权利要求13的装置，其中所述单元壁(67)是漫反射的。
15.权利要求13的装置，其中所述单元壁(72)是倾斜的从而将光重定向到光导的输
出表面。
说 明 书
技术领域
本发明涉及使用发光二极管(LED)的背光源(backlight)，并且具体地涉及用于形成使
用边发射LED的薄背光源的技术。
背景技术
液晶显示器(LCD)被普遍用于蜂窝电话、个人数字助理(PDA)、便携式音乐播放器、
膝上型计算机、台式监视器以及电视应用中。本发明的一个实施例涉及需要背光照
明的彩色或单色、透射式LCD，其中该背光源可以使用一个或多个发射白光或有
色光的LED。这些LED与激光二极管的区别在于LED发射非相干光。
在许多小型显示器(诸如用于蜂窝电话的显示器)中，重要的是显示器和背光源要薄。
在这样的小型背光源中，一个或多个LED被光学耦合到固体透明光导(也称为波导)
的边缘或在该边缘附近。光导中的光从光导的顶表面泄漏以照射液晶显示器(LCD)
面板的后表面。在这样的小型背光源中，LCD面板不是覆在LED上面，原因在于
LED会表现为亮斑，或者如果LED仅仅是边发射的则LED会表现为暗斑。对于大
型背光源，这样的到固体光导的边缘耦合是不切实际的，原因在于光经过光导衰减，
使得中心区域比边缘区域暗得多和/或降低总效率和光输出。
对于大型背光源(诸如用于电视的背光源)，LED典型地分布在反射式背光源盒的底
表面上。来自LED阵列的光通过光线叠加和光在盒壁反射而在盒中被混合以产生
基本均匀的光发射。这样的背光源盒是刚性的。大型背光源盒难以操纵并且制造起
来较昂贵。
需要的是一种能够针对大型应用进行缩放但没有在刚性背光源盒内使用LED形成
的大型背光源的缺陷的背光源。
发明内容
本文描述各种类型的薄的边发射、非激光LED，以产生用于背光照明LCD的薄的
柔性背光源。这些LED是倒装芯片，其中阴极和阳极电极位于LED的安装表面上。
在优选的实施例中不使用引线接合。这些LED可以具有小于0.5mm的厚度。LED
和基座(submount)的总厚度可以小于1mm。
背光源是固体透明光导，诸如聚合物(例如PMMA)，其中边发射LED阵列被定位
在光导的底表面中形成的开口内。借助于在底表面上形成的反射箔或者使光导位于
反射槽(reflective tub)中，光导的底表面是反射性的。在光导的底表面上分布微棱镜
或者其它光散射部件(feature)，其将光朝与底表面相对的光导的顶输出表面反射。
为了使边发射LED不在光导的输出处表现为暗斑，在LED上方的光导中形成至少
一个棱镜(或其它光散射部件)。棱镜形成用于LED的开口的顶表面的一部分。在
这样的配置中，LED上方的光导的光学属性实际上等同于光导中其它地方的光学
属性，因此在背光源的输出处不会察觉到暗斑或亮斑。
从LED的侧面发射的一些光朝光导的输出表面被引导。为了防止这种光表现为
LED周围的亮区域，至少一个光散射部件位于开口的边缘处或光导的输出表面上
以防止这种直射光在LED上方输出，这是比用吸收材料来吸收光有效得多的备选
方案。
边发射LED可以安装在使LED互连的柔性电路上，并且透明光导可以制作得很薄，
诸如厚度为大约1mm。因此，背光源可以是柔性的并且可以形成为连续的卷。该
连续的卷可以被切成用于特定大小LCD的任何大小。
在一个实施例中，(沿光导卷的宽度尺寸的)一列LED中的多个LED可以安装在将
LED互连成列的柔性电路上。用于多列LED的柔性电路的末端然后可以被串联和/
或并联耦合在一起并且连接到用于激励背光源中的LED的电流源。这样的系统还
可以用于诸如通用照明的其它应用。
在一个实施例中，光导在组装LCD时被定位在反射槽中，从而使得从侧面或底表
面逃逸的任何光被重定向回到光导中。反射槽还为柔性背光源提供结构支撑并且有
助于相对于背光源来对准LCD面板。
在另一个实施例中，典型地对于大型背光源而言，背光源可以高达10mm厚并且
不是柔性的。增加厚度典型地改善来自分离LED的光的混合从而得到背光源上的
更好的颜色和亮度均匀性。
在一个实施例中，每个LED是等同的并且通过使用具有贡献红色和绿色分量的磷
光体层的蓝色LED管芯而发射白光。
在一个实施例中，来自各个LED的光在透明光导中被混合。
在另一个实施例中，每个LED被镜面或漫反射壁包围，所述镜面或漫反射壁基本
产生围绕每个LED的矩形单元，因此存在来自多个LED的光的受限的混合。在一
个变型中，这些壁在背光源的顶表面和底表面之间不完全延伸以便让来自一个单元
的光进入其它单元。在另一个变型中，LED与壁对齐从而在多个单元之间分配光。
例如，在四个单元的角落处的一个LED可以被四个单元同样地共享。在另一个实
施例中，单元的每个壁与相邻单元共享LED，并且另一个LED处于每个单元的中
间，从而对于每个单元提供来自五个LED的光。可以预想这些实施例的任何组合。
附图说明
图1A是依据发明实施例的低廓形(low profile)、边发射LED的截面图。
图1B示出带有准直光学器件的图1A的边发射LED。
图2是依据发明实施例的切过LED得到的背光源的部分截面图。还示出了与背光
源分离的LCD面板。
图3是图2的背光源的俯视图，示出附加的LED。
图4是依据发明另一个实施例的切过LED得到的背光源的部分截面图，其中背光
源被划分成单元。
图5是图4的背光源的俯视图，示出附加的LED。
图6是依据发明另一个实施例的切过LED得到的背光源的部分截面图，其中背光
源单元壁在背光源的顶表面和底表面之间不完全延伸。
图7是依据发明另一个实施例的切过LED得到的背光源的部分截面图，其中LED
与背光源单元壁对齐以致来自每个LED的光在两个单元之中被划分。
图8是图7的背光源的俯视图，示出附加的LED，其中LED可以可选地被单独寻
址。
图9是依据发明另一个实施例的背光源的一部分的俯视图，示出LED如何可以被
定位在四个单元的角落处。
图10是单元或片段的边缘的截面，并且示出每个单元的边缘如何可以具有用于朝
输出表面反射光的倾斜(angled)边缘。
图11类似于图10并且示出稍微不同的单元边缘。
图12示出光导的顶表面如何可以具有诸如棱镜形状的凹槽的光学部件
(optical feature)，该光学部件增加了边发射LED之上的光提取以致在LED上没有
暗斑。
图13示出由于一些边发射LED光向上发射而在光导的输出处出现来自边发射
LED的亮图案的潜在问题。
图14示出对于图13的问题的解决方法，其中折射部件位于用于边发射LED的光
导凹槽的顶边缘。
图15示出对于图13的问题的另一个解决方法，其中全内反射(TIR)部件形成在光
导的输出表面上。
图16示出图15的TIR部件的变型。
图17示出光导底部中的凹槽内的蓝光边发射LED，其中白光磷光体层(例如YAG)
在光导的输出表面上方以致发射的光是白色的。
图18是围绕中心轴对称的边发射透镜形状的截面图，其可以用来代替半导体LED
上方的金属反射器层。
图19示出光导在制作后可以如何被卷起以便易于操纵。
不同的图中类似或相同的元件用相同的附图标记进行标记。
具体实施方式 本发明的实施例包括低廓形边发射LED连同用于提供均匀发光表面的薄光导设计。 本发明的典型应用是作为LCD或通用照明中的薄背光源。 图1A是薄边发射LED 10的一个实施例的截面图。可以用于背光源实施例中的薄 边发射LED的其它实施例可以在Oleg Shchekin等人于2006年6月9日提交的题 为Low Profile Side Emitting LED的序列号为11/423,419的美国申请中找到，该申 请转让给本受让人且通过引用合并于此。 一个示例中的LED 10的有源层生成蓝光。LED 10形成在起始生长衬底上，诸如 蓝宝石、SiC或GaN。通常，生长n层12，接着是有源层14，接着是p层16。p 层16被蚀刻以暴露下面的n层14的一部分。反射金属电极18(例如，银、铝或合 金)然后形成在LED的表面上以接触n层和p层。当二极管被正向偏置时，有源层 14发射波长由有源层的组分(例如AlInGaN)确定的光。形成这样的LED是众所周 知的且不需要进一步详细的描述。在授予Steigerwald等人的美国专利6,828,596和 授予Bhat等人的美国专利6,876,008中描述了形成LED的附加细节，这两个专利 均转让给本受让人且通过引用合并于此。 半导体LED然后作为倒装芯片被安装在基座22上。基座22含有金属电极24，所 述金属电极24经由焊球26而焊接或超声焊接到LED上的金属电极18。也可以使 用其它类型的接合。如果电极它们本身可以被超声焊接在一起，则可以省略焊球 26。 基座电极24通过金属通路而电连接到基座底部上的焊盘，因此基座可以被表面安 装到柔性电路28或印刷电路板上的金属焊盘。柔性电路28包括很薄的聚合物绝缘 体，其中印刷的金属迹线最终连接到电源。基座22可以由任何合适的材料形成， 诸如陶瓷、硅、铝等等。如果基座材料是导电的，则在衬底材料上形成绝缘层，并 且在绝缘层上形成金属电极图案。基座22充当机械支撑，提供LED芯片上的精细 n及p电极与电源之间的电接口，并且提供散热。基座是众所周知的。 为了使得LED 10具有很低的廓形并且防止光被生长衬底吸收，诸如通过CMP或 使用激光剥离(lift-off)方法来去除生长衬底，在激光剥离方法中，激光加热GaN和 生长衬底之间的界面以产生将衬底推离GaN的高压气体。在一个实施例中，在 LED阵列被安装在基座晶片上之后且在(例如通过锯割)单个化LED/基座之前，执 行生长衬底的去除。 在去除生长衬底后，平面磷光体层30被定位在LED的顶部上以用于对从有源层 14发射的蓝光进行波长转换。磷光体层30可以预先形成为陶瓷片并且附着到LED 层，或者磷光体颗粒可以比如通过电泳进行薄膜沉积。磷光体陶瓷片可以是在透明 或半透明粘合剂中的烧结磷光体颗粒或磷光体颗粒，其可以是有机的或无机的。由 磷光体层30发射的光在与蓝光混合时产生白光或另一期望的颜色。磷光体可以是 产生黄光的YAG磷光体(Y+B＝白色)，或者可以是红色和绿色磷光体(R+G+B＝白 色)。 对于YAG磷光体(即，Ce:YAG)，白光的色温很大程度上取决于磷光体中的Ce掺 杂以及磷光体层30的厚度。 反射膜32然后形成在磷光体层30上。反射膜32可以是镜面的或漫射的。镜面反 射器可以是由有机或无机层形成的分布式布拉格反射器(DBR)。镜面反射器还可以 是一层铝或其它反射金属，或者DBR和金属的组合，或者溶胶凝胶溶液中的氧化 钛颗粒。漫射反射器可以由沉积在粗糙表面上的金属或诸如合适的白色涂料的漫射 材料形成。磷光体层30还有助于漫射光以提高光提取效率。 尽管边发射透镜有时用来使由LED顶表面发射的所有光转向为圆形边发射图案， 但是这样的透镜是LED本身的厚度的许多倍并且将不适合用于超薄背光源。 在边发射LED的非优选实施例(未示出)中，两个镜面层(例如反射膜)形成在磷光体 层的相对侧上，与半导体LED层垂直，以把磷光体层夹在中间。则LED将被定位 在光导内以致LED半导体层的主面垂直于光导的顶表面和底表面，其中镜面表面 与光导的顶表面和底表面平行。则光离开通常与镜面层平行的磷光体层的三个开放 侧边以进入背光源光导。 在本公开中，在背光源光导的顶表面和底表面之间在低高度/区域内或者在狭窄或 受限的角度内发射其大多数光的任何LED被认为是边发射LED。如果LED上的 (一个或多个)反射层很薄，则一些光可以通过(一个或多个)反射层泄露；然而，这 种泄露典型地小于10％。合适的边发射LED甚至可以是具有透镜的LED，该透镜 将主要在光导平面内的光重定向。该透镜可以使用全内反射、准直光学器件或者任 何其它技术。 图1B示出包括准直光学器件33的边发射LED 10。支撑表面34可以支撑光学器件 33。在光进入光导之前，准直光学器件33使光准直。在另一个实施例中，菲涅耳 透镜可以形成在LED的一侧上以用于使光准直。 LED半导体层的处理可以在将LED安装在基座22上之前或之后进行。 在一个实施例中，基座22具有大约380微米的厚度，半导体层具有大约5微米的 组合厚度，磷光体层30具有大约200-300微米的厚度，并且反射膜32具有大约 100微米的厚度，以致LED加上基座的厚度小于1mm。当然，LED 10可以制作得 更厚。LED的每一边的长度典型地小于1mm。 如果LED不需要是超薄的，则可以通过添加n层12上的清透光导层、磷光体层上 的包含反射颗粒或粗糙/棱镜表面的散射层、以及磷光体层30之下的分色镜或单向 镜(如同分色镜)以使得由反射膜32向下反射的经波长转换的光未被半导体层吸收， 来提高边发射的效率。 边发射倒装芯片LED在用于照明系统中时提供许多优点。在背光源中，边发射倒 装芯片LED允许利用更薄光导、更少LED，且允许更好的照明均匀性以及由于光 更好地耦合进入光导内所致的更高的效率。 图2是使用LED 10且切过两个LED 10得到的背光源40的部分截面图。图3是全 背光源40的俯视图。 聚合物片(例如PMMA)形成透明光导42。在一个实施例中，光导42的厚度是1- 2mm以致其是柔性的且可以卷起。在另一个实施例中，对于较大的背光源应用， 光导42高达10mm厚以提高光混合从而改善背光源上的颜色和亮度均匀性。 将光朝光导42的顶部向上反射的棱镜44被模制在光导的底表面内。代替棱镜，可 以形成其它向上重定向光的表面形状，诸如通过蚀刻或喷砂以形成凹坑来随机粗糙 化底表面。棱镜44的分布使得向上的光在被薄漫射器片46漫射时在背光源40的 光输出表面上产生适当均匀的光发射。漫射器片46可以被直接定位在光导42上或 与光导42分离。 凹口48(或者孔或开口)也被模制在光导42的底部内，边发射LED10插入在该凹口 48中。基座22不需要插入到该凹口48中，因此凹口48可以很浅，诸如0.3- 0.5mm。如果基座具有与LED大致相同的尺寸，则凹口48可以制作得更深，并且 LED和基座的至少一部分可以被适配在凹口48内。这可以提高到光导中的内耦合 (incoupling)效率。 由于边发射LED 10发射很少的向上的光，所以棱镜44(或其它反射器)也被模制到 凹口48的顶壁中以便凹口区域上的光发射没有表现出与背光源40的任何其它区域 的不同。在LED 10上没有棱镜44的情况下，LED区域可能在背光源40的输出处 表现为暗斑。 凹口48可以具有垂直或倾斜的侧壁。 反射膜49可以形成或放置在光导42的后表面以及侧表面上以将所有光反射回到光 导42中并且通常朝顶表面。膜49可以是可从3M公司获得的增强镜面反射器(ESR) 膜。可替换地，背光源40被定位在浅反射槽(reflective tub)中以用于将所有光反射 回到光导42内以及用于在组装LCD时提供结构支撑。反射盒也可以与背光源上的 LCD面板对准。反射器可以是镜面或漫射的。 示出了各种光线51，这说明了来自LED的边发射通过棱镜44和反射底表面向上 反射的一般原理。来自所有LED的边发射在光导42内混合在一起，并且混合后的 光通过背光源40的顶表面泄露出来以实现在背光源40(其包括漫射器片46)的输出 表面上的均匀发射。 如果反射膜32很薄，则一些光将通过反射膜32泄露。通常，对于边发射LED， 小于10％的光通过反射器泄露。为了防止这样的泄露在背光源的顶表面处被看作 光点，凹口48的顶壁可以诸如通过模制成小棱镜、扇形成形、粗糙化、或者提供 光吸收区域而具有光散射部件53。因此，来自LED经过反射膜32的任何向上的 光都将被散开并且不明显。另外，漫射器片46可以被图案化并且被优化以补偿从 光导提取的光的任何非均匀性。 LED 10可以使用柔性电路28而被电连接在一起并且连接到电流源50。这样的柔 性电路28包括带有端接在连接器中的金属迹线的薄绝缘片或带。金属迹线可以串 联和/或并联地使LED互连。柔性电路可以粘合性地附着到光导42的底表面以将 LED固定在适当位置，并且/或者LED可以使用硅树脂或任何其它适合的粘合剂而 被分别粘合性地固定在每个凹口48内。 柔性电路28应当在LED和散热表面之间提供充分的热传导，在组装LCD时背光 源被定位在该散热表面上。 一个或多个薄亮度增强膜(BEF)54被定位在漫射器片46上用于引导某一视角内的 漫射光从而提高该角度内的亮度。 常规液晶显示面板56然后被定位在背光源40上以产生用于显示彩色图像的LCD。 LCD可以使用像素光闸(例如，液晶层结合TFT阵列)、偏振器和RGB滤光器来产 生彩色图像。这样的LCD面板是众所周知的。 图3是示出16个LED的阵列的背光源40的俯视图，其中每列LED通过柔性电路 28而被串联连接在一起。可替换地，所有LED 10可以通过单个柔性电路片而被串 联和/或并联地互连。柔性电路导体可以与连接器58端接并且连接到电流源50。光 导42被安装在反射槽中，或者反射箔包围后表面和侧表面。 在一个实施例中，每个LED发射白光。在另一个实施例中，存在分布在背光源周 围的红色、绿色和蓝色发光LED，其光在光导中被混合以产生白光。 图4是另一类型的背光源60的部分截面图，其中每个LED 10位于光学单元61中。 单元壁62是漫反射的或者半透明的，以致由单元内的LED发射的几乎所有光都仅 由该单元发射。在另一个实施例中，单元壁是镜面的。单元壁62可以以各种方式 来形成，诸如通过分别形成光导单元并且用单元之间的单元壁材料来将这些单元粘 合性地固定到漫射器片46或反射箔49、或者通过将光导模制成具有壁开口并且用 白色漫射材料来填充开口、或者通过在形成光导的透明部分的同时形成壁、或者通 过产生具有壁的支撑结构并且然后在支撑结构和壁上形成光导层、或者通过使用任 何其它合适的装置来形成壁。这些壁甚至可以通过在每个LED单元周围模制大反 射棱镜来形成。通过等同地形成每个单元，每个单元将输出相同光以在通过漫射器 片46的漫射后形成非常均匀的光发射。 在图4的变型中，在每个单元内存在多个LED，并且来自多个LED的光在单元内 混合。每个单元可以存在2、3、4或更多LED。 图5是图4的背光源60的俯视图，其中LED 10使用柔性电路和连接器58电耦合 到电流源50。 图6示出图4的背光源的变型，其中壁66仅部分地经过光导61的厚度延伸。在这 个实施例中，存在来自不同单元中的LED的光的多得多的混合，因为一些光越过 壁进入不同的单元区域中。如所有实施例中的一样，漫射器片46可以被图案化以 优化背光源上的亮度均匀性。 图7示出图4的背光源的另一个变型，其中LED与单元壁67对齐。单元壁可以在 每个LED周围延伸以致来自每个LED的光在相邻单元之间被分配。 图8是图7的背光源68的俯视图，其中LED 10使用柔性电路和连接器58电耦合 到电流源50。边缘LED 10可以更小，因为它们的光不会在单元之间被分配，或者 边缘单元的面积可以制作得更小。附加的LED可以与水平延伸(drawn)的单元壁对 齐以将来自四个LED的光提供给每个单元。以与水平壁对齐的虚轮廓线示出单个 LED 10(为简化起见)。这改善颜色均匀性，因为LED的色温轻微变化，并且来自 多个LED的组合光使色温得以平均。 在一个实施例中，每个单元可以存在五个LED，四个与四个单元壁对齐而一个在 单元的中心。在所有实施例中，单元的大小可以取决于单元的期望亮度以及单元中 LED的数量。单元可以是模块化的，从而使得可以通过简单添加单元来形成更大 的背光源而用不关心附加单元会如何影响背光源的其余部分。 LED可以以串联和并联的组合方式被连接以获得期望的电压降。在另一个实施例 中，构成背光源的各个LED或者单元中的每组LED可以被独立控制以优化亮度均 匀性。 图9是与图7和8类似的背光源的一部分的俯视图，但其中LED 10位于单元壁70 的角落处。因而，每个LED对四个相邻单元贡献光。为了得到附加的亮度或更好 的均匀性，附加LED 10(以虚轮廓线示出)可以被定位在每个单元的中间。在背光 源的边缘处的LED可以更小，从而使得边缘单元具有与其它单元相同的亮度，或 者这些单元可以具有更小的面积。 图10是诸如图5、8和9所示的背光源的任一所描述的背光源中的两个邻接单元或 片段的边缘的截面。取代为垂直壁的单元的边缘，边缘72可以是倾斜的以朝光导 75的输出表面74向上反射光73(通过TIR)。每个边缘的上部是垂直的。 图11类似于图10但示出一直延伸到光导77的顶部的倾斜边缘76。边缘的角度可 以被优化以提供在每个单元上的光的最佳均匀性或者仅允许受控的光量在相邻的单 元之间经过，其中该角度控制全内反射的光相对于泄漏通过底部反射镜进入相邻单 元内和/或由底部反射镜反射进入相邻单元内的光的量。 图12示出光导79的顶表面78如何可以具有光学部件80，诸如棱镜、四坡顶(即， 带有四个平缓坡度侧面的形状)、圆锥体、球体、椭圆体、棱椎、孔、凸点或其变 型，该光学部件80提高了边发射LED 10上的光提取以致在LED上没有暗斑。图 12示出以低角度到达光导的顶表面的光线82，该光线82通常将反射回到光导中。 然而，由于倾斜凹槽79，光线82在LED之上被发射以提高在整个光导上的亮度 均匀性。 图13示出由于一些边发射LED光85向上发射而在光导84的输出处出现来自边发 射LED 10的明亮图案的潜在问题。 图14示出图13的问题的解决方法，其中折射部件88形成在用于边发射LED 10的 光导凹槽90的顶边缘附近。从LED 10的边发射的向上的光92被引导成远离 LED 10上方以防止LED周围的亮区域。这提高了光导93发射的光的均匀性，这 是对于用吸收材料吸收光的有效备选方案。 图15示出图13的问题的另一个解决方法，其中全内反射(TIR)部件94形成在光导 95的输出表面上以防止LED周围的亮区域。 图16示出图15的TIR部件的变型，其中TIR部件97形成在光导98的输出表面上 以防止LED 10周围的亮区域。 本文描述的光导部件中的任何一个可以被组合成单个光导。 图17示出光导102底部中的凹槽100内的蓝光边发射LED 10，其中白光磷光体层 104在光导的输出表面上以致发射的光是白色的。YAG磷光体层104在受蓝光激 励时发射黄-绿光，并且转换后的光与漏过的蓝光的组合产生白光。磷光体层104 也可以是红色和绿色磷光体的组合以产生白光。LED 10也可以发射UV，并且磷 光体层104可以包括蓝色、绿色和红色磷光体以产生白光。 在各种实施例中，由LED管芯上的反射层(例如金属)产生边发射。然而，可以通 过在LED上形成边发射透镜来产生边发射，该边发射透镜使用TIR来重定向LED 光。图18是围绕中心轴对称的边发射透镜106的截面图，其可以用来代替半导体 LED 108上的反射器层。LED 108大约为0.63mm宽，并且透镜106具有大约5mm 的直径和大约2.25mm的高度。使用边发射透镜大大限制了背光源的最小厚度。 各种其它类型的边发射LED可以与本发明的背光源结合使用，其中背光源通过在 光导中形成光学部件使得LED区域与非LED区域表现大体相同而避免了暗斑和亮 斑。 在所有的实施例中，被模制在光导中以散射光的光学部件可以替换为散射反射器， 该散射反射器被沉积在与图中所示的凹陷部件大致相同的位置上的光导表面上。这 样的散射(漫射)反射器可以是白色颜料(诸如合适的白色涂料)或金属或其它材料。 这样的材料可以使用任何合适的手段来沉积，诸如丝网印刷、溅射、蒸镀或其它手 段。 光导的所有实施例可以用来背光照明LCD或者用于期望薄照明源的通用照明。 由于含有LED 10的图2-17的背光源可以在1mm厚的量级，所以可以使用最终将 背光源卷成连续卷的工艺来制作背光源，如图19所示。在一个实施例中，漫射器 片46和BEF 54也附着到背光源并被卷起。然而，在优选的实施例中，在展开背光 源后附着漫射器片46和BEF 54以避免分层。对于LCD的组装，LCD的生产商可 以将背光源切成用于单个LCD的所期望的长度和宽度。然后组装背光源和LCD面 板。 另外，在一些应用中，期望柔性LCD，并且背光源的柔性能够实现最终的LCD的 柔性特征。 详细描述了本发明后，本领域技术人员会明白，给定了本公开，可以对本发明进行 修改而不偏离本文描述的精神和发明理念。因此，本发明的范围并非旨在受限于所 示出和描述的特定实施例。