CN201246632Y - 大面积均匀亮度led背光装置 - Google Patents

Abstract

一种大面积均匀亮度LED背光装置，解决大尺寸LED背光源如何利用尽可能少的LED颗数获得更高的亮度和更好的光色均匀性的技术问题，采用的技术方案是，背光装置，包括：外壳和LED光源，外壳的壳壁内表面设置有反射膜，LED光源经铝基板设置在外壳的底部，在LED光源的上方依次设置有由反射圆斑组成的反射圆斑阵列，反射圆斑设置在透光板上，扩散膜，增亮膜，外壳的底部与反射圆斑阵列之间构成底部混光空间，反射圆斑阵列与扩散膜之间构成上部混光空间，反射圆斑的设置数量与LED光源设置数量相同，反射圆斑的直径大于LED光源直径，反射圆斑的设置位置在LED光源法线出光方向上。其优点是，在不增加LED数量的前提下，具有高的亮度、高的光色分布均匀性。

Description

大面积均匀亮度LED背光装置

技术领域

本实用新型涉及一种大面积LED背光装置，特别是一种光源采用大功率发光二极管(LED)，出光面具有高的亮度和高的亮度分布均匀性以及色度均匀性，适用于液晶显示器的背光源、也可作为面光源应用于高品质广告、艺术设计等使用的大面积均匀亮度LED背光装置。

背景技术

液晶显示器正在成为平板电视、电脑显示屏、台式监视器等光电显示产品的主流之一，受到大众消费的认可和喜爱。高画质的平面艺术广告与光源技术相结合给人们带来高品质的视觉享受。这些都和光源密切相关。特别是对于薄膜晶体管阵列液晶显示器(TFT-LCD)，高品质的背光系统(背光模组)已经成了TFT-LCD重要的部件而越来越受到工程技术人员的关注。由于TFT-LCD属于被动发光显示器件，必须透过背光源投射光线，依序穿透TFT-LCD面板中的偏光板、玻璃基板、液晶层、彩色滤光片、玻璃基板、偏光板等相关组件，最后进入人的眼睛成像，实现显示的功能。因此，背光模组的性能直接影响到TFT-LCD显像的质量。

目前TFT-LCD显示器的背光源以冷阴极荧光灯(CCFL)为主。尽管CCFL在价格、亮度上具有优势，但存在显色性差、含汞、玻璃制品等缺点，其应用正在受到限制。大功率发光二极管(LED)由于具有显色性指数高、节能、与环境友好、坚固耐用等特点，使其成为LCD背光模组中的研究开发热点。中小功率的LED用作背光光源，主要用于小尺寸的便携式LCD显示产品、如移动电话、个人数字助理等。大功率LED主要用于大尺寸显示器件如电视机，目前尚未获得广泛的应用。主要的原因在于存在技术上的瓶颈，如散热问题、光效问题、大面积光色均匀性问题，特别是后者，目前还没有一个特别好的解决办法。虽然增加LED的颗数可以提高亮度、增强均匀性，但由于大功率LED的成本高，势必增加背光模组的成本。其次，由于LED颗数增多，外部供给电流增大，模组发热量急剧上升，造成系统的温度剧烈升高。LED的功效、寿命等性能指标随温度的升高而恶化，造成亮度下降、色度漂移。其结果是背光源的出光面亮度降低、亮度和色度均匀性变差。造成LCD显示失真，观赏效果变差。因此，大尺寸LED背光源的关键问题是如何利用尽可能少的LED颗数获得更高的亮度和更好的光色均匀性，即以最小的电功率获得最大的光色均匀性和满足要求的亮度。

发明内容

为解决大尺寸LED背光源如何利用尽可能少的LED颗数获得更高的亮度和更好的光色均匀性，即以最小的电功率获得最大的光色均匀性和满足要求的亮度的技术问题，本实用新型提供一种大尺寸LED背光装置，解决现有技术存在的技术不足。

本实用新型实现发明目的采用的设计思想是，利用大功率白光LED作为光源、采用直下式背光设计、在每个LED上方设计一个反射斑，将LED沿中心轴方向附近(即LED的0°角发光方向)发出的光线反射回LED所在的底部。在底部增加一层反射膜，将反射到底部的光线再反射出去。这样做的好处，一是增强出光均匀性，一是充分利用每个LED产生的光，从而使光色均匀性在不提高电功率的前提下得到有效增强。

本实用新型实现发明目的采用的具体技术方案是，一种大面积均匀亮度LED背光装置，包括：外壳和设置在外壳内的LED光源，外壳的壳壁内表面设置有反射膜，LED光源经铝基板设置在外壳的底部，在LED光源的上方依次设置有由反射圆斑组成的反射圆斑阵列，反射圆斑设置在透光板上，扩散膜，亮度增强膜，外壳的底部与反射圆斑阵列之间构成混光空间，反射圆斑阵列与扩散膜之间构成混光空间，反射圆斑的设置数量与LED光源设置数量相同，反射圆斑的直径大于LED光源直径，反射圆斑的设置位置在LED光源法线发出的光对应。

本实用新型的有益效果是与现有设计方案相比，在不增加LED数量的前提下，具有高的亮度、高的光色分布均匀性。

附图说明

附图1为本实用新型结构示意图。

附图2为LED光源阵列排布示意图。

附图3为反射圆斑阵列分布示意图。

附图中，1-1外壳，1-2反射膜，1-3铝基板，1-4LED光源，3-1透光部分，3-2反射圆斑，1-5底部混光空间，1-6亮度增强膜，1-7扩散膜，1-8反射圆斑组成的反射圆斑阵列，1-9透光板，1-10上部混光空间。

具体实施方式

参看附图1，一种大面积均匀亮度LED背光装置，外壳1-1的壳壁内表面设置有反射膜1-2，LED光源1-4经铝基板1-3设置在外壳1-1的底部，在LED光源1-4的上方依次设置有由反射圆斑3-2组成的反射圆斑阵列1-8，反射圆斑3-2设置在透光板1-9上，扩散膜1-7，亮度增强膜1-6，外壳1-1的底部与反射圆斑阵列1-8之间构成混光空间1-5，反射圆斑阵列1-8与扩散膜1-7之间构成混光空间1-10，反射圆斑3-2的设置数量与LED光源1-4设置数量相同，反射圆斑3-2的直径大于LED光源1-4直径，反射圆斑3-2的设置位置在LED光源1-4法线发出的光对应。

该装置实现亮度均匀分布的原理如下：LED光源1-4发出的光在法线方向最强，照射到扩散膜1-7上形成与LED光源1-4相对应的圆斑阵列1-8，产生有规则性的亮度不均匀分布。在LED光源1-4法线方向放置反射圆斑3-2，将法线方向的光反射到外壳1-1底部，再经底部反射膜反射回到混色空间1-5。这样经过多次反射，光线达到充分混合，投射到扩散膜1-7上，经过扩散膜1-7的横向扩展，形成均匀的亮度分布。之后，经过扩散膜1-7和增亮膜1-6之间的混色空间1-10的进一步混色，实现更好的亮度均匀分布。最后经过亮度增强膜从正面射出，形成亮度和均匀性都很好的平面光源。由于该装置将过强的法线方向的直射光改变方向，使其从其他方向射出，实现对强度较弱的出射方向的光进行补偿。该装置利用被动反射元件改变LED光源1-4的光强分布，充分利用LED光源1-4的光输出，在不增加外部供给能量的前提下，实现高亮度和亮度的均匀分布。

本实用新型实施例中，所述的反射圆斑3-2可以为镜面反射或漫反射面反射圆斑。所述的镜面反射圆斑3-2为在透光板1-9上的真空镀膜反射圆斑或为粘贴在透光板1-9上的镜面反光片。在LED光源1-4上方设置反射圆斑阵列1-8，反射圆斑阵列1-8为镜面反射型，在玻璃透光板1-9板上直接制作由发射型材料形成的圆斑阵列图案，如通过真空镀膜工艺将铝沉积在玻璃板透光板1-9上，形成小圆镜阵列。

根据上述原理，本实用新型提供的第二种实施例为，其圆斑反射阵列为漫反射型，采用喷涂工艺将漫反射材料直接喷涂在玻璃透光板1-9上。LED光源1-4沿法线方向发出的光被漫反射到外壳1-1的底面的反射膜1-2上，在混色空间1-5充分混色后由扩散板输出。

镜面反射型

镜面反射型反射圆斑阵列1-8，LED光源1-4的基本结构如图1，由外壳1-1、壳壁内表面反射膜1-2、LED铝基板1-3、LED光源1-4、底部混光空间1-5、输出增亮膜(1-6)、扩散膜(1-7)、反射斑阵列1-8、透明板1-9、上部混光空间1-10等组成。外壳1-1选用铝合金板材，有利于散热。侧壁和底板均有反射膜1-2，将落在其上的光反射到上部混光空间1-5和下部混合空间1-10。我们的实验结果表明，内壁表面的反射膜1-2可以使出光面的亮度提高60％以上，更为重要的是，反射膜1-2改变了出光面的均匀性，尤其是边缘部分的均匀性。LED铝基板1-3的作用就是协助LED光源1-4散热，目前有市售商品可资利用。LED光源是背光的核心，这里选用大功率的LED光源，其功率范围从0.5W至3W。通常选用1W的LED光源。LED光源与铝基板1-3形成良好的热学接触，将LED光源1-4发光伴随的热量通过铝基板排放出去。这一点非常重要，如果光源1-4发光伴随的发热不能及时排出，LED光源的发光效能将严重蜕变。目前已有将LED与铝基板封在一起的市售商品。底部和上部混光空间，实现光的充分混合，使任何一个方向的光都不比其他方向的光突出。混光空间的大小可根据需要设定，我们的结果表明，10-30mm范围的空间比较合适。输出增亮膜实际上就是背光装置的输出面，其作用是增强输出光的亮度。可以直接采用市售商品。扩散膜的作用在于加强光的横向扩展，增强光的点扩展函数，使光在其中弥散，达到均匀光强分布的目的。本实用新型中最重要的透光板1-9是由反射圆斑3-2和透光部分3-1组成。反射圆斑3-2位于LED光源1-4正上方，将LED光源1-4沿法线方向发出的光反射回到底部反射膜1-2，将法线方向的峰值分布变得更为平坦。法线方向的光经过多次反射以后在方向上显示出更大的随机性，这样即提高了光的利用率，又保证了光的均匀性。对于镜面反射型的圆斑阵列1-8，可以有多种方法从物理上实现。比如将反射膜作成合适的尺寸，按LED光源1-4排布的规律粘在光学玻璃板上，也可以采用真空工艺在玻璃透光板1-9上直接形成反射型圆斑。

漫反射型

本实用新型提供的漫反射型结构与实例一中的镜面反射型的结构基本一致，不同之处在于这里的反射圆斑阵列1-8为漫反射型。参考图3，通过选择合适的材料，利用丝印技术、喷涂技术可以形成漫反射圆斑3-2，组成漫反射型圆斑阵列1-8，将其装在背光装置中的合适位置，即可达到均匀输出光的目的。

Claims (4)

1、一种大面积均匀亮度LED背光装置，包括：外壳和设置在外壳内的LED光源，其特征在于；所述的外壳(1-1)的壳壁内表面设置有反射膜(1-2)，LED光源(1-4)经铝基板(1-3)设置在外壳(1-1)的底部，在LED光源(1-4)的上方依次设置有由反射圆斑(3-2)组成的反射圆斑阵列(1-8)，反射圆斑(3-2)设置在透光板(1-9)上，扩散膜(1-7)，亮度增强膜(1-6)，外壳(1-1)的底部与反射圆斑阵列(1-8)之间构成底部混光空间(1-5)，反射圆斑阵列(1-8)与扩散膜(1-7)之间构成上部混光空间(1-10)，反射圆斑(3-2)的设置数量与LED光源(1-4)设置数量相同，反射圆斑(3-2)的直径大于LED光源(1-4)直径，反射圆斑(3-2)的设置位置在LED光源(1-4)法线出光方向对应。

2、根据权利要求1所述的一种大面积均匀亮度LED背光装置，其特征在于：所述的反射圆斑(3-2)为镜面反射或漫反射面反射圆斑。

3、根据权利要求2所述的一种大面积均匀亮度LED背光装置，其特征在于：所述的镜面反射圆斑(3-2)为在透光板(1-9)上的真空镀膜反射圆斑或为粘贴在透光板(1-9)上的镜面反光片。

4、根据权利要求2或3所述的一种大面积均匀亮度LED背光装置，其特征在于：所述的漫反射圆斑(3-2)为在透光板(1-9)上的丝网印刷或喷涂漫反射光片。

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