專利名稱：一種光源倒置且使用自由曲面反射器的led背光結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種背光系統(tǒng)，特別涉及了一種光源倒置且使用自由曲面反射 器的LED背光結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，平板顯示器的市場(chǎng)隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展越來(lái)越大，其中，液晶顯 示器(Liquid Crystal Display, LCD)占平板顯示的份額接近90%。液晶顯示器作為一種 被動(dòng)發(fā)光器件，本身不會(huì)發(fā)光，對(duì)于透射型液晶顯示器，必須依靠背光光源將光線穿過(guò) 顯示面板，展現(xiàn)圖形圖像。冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)和發(fā)光二 極管(Light Emitting Diodes, LED)是目前液晶背光的兩種主要技術(shù)。LED背光主要優(yōu) 勢(shì)在于色彩還原性好、低能耗、超長(zhǎng)壽命、響應(yīng)速度快、更好的電學(xué)光學(xué)控制性能、 材料無(wú)環(huán)境公害、整體產(chǎn)品更輕薄、不含易碎部件等等。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，高顯色性的白光 LED或者RGB三基色LED背光是液晶顯示背光技術(shù)中最有前途的。LED背光根據(jù)其光學(xué)結(jié)構(gòu)分為Edge Lighting (側(cè)下式)和DirectLighting (直下式) 兩種。側(cè)下式的光源布置在LCD面板側(cè)面，通過(guò)Light Guide Plate(導(dǎo)光板)將光線均勻 分布到面板上，直下式的光源直接布置在液晶面板下方，不需要導(dǎo)光板。一般來(lái)說(shuō)，側(cè) 下式LED背光整體厚度更薄，適用于中小尺寸顯示器；直下式LED背光光線均勻度高， 不受顯示器尺寸制約，易于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)區(qū)域?qū)Ρ榷瓤刂?。在?cè)下式LED背光中，LED出射的光線耦合到導(dǎo)光板的過(guò)程中會(huì)發(fā)生光能量損 耗，導(dǎo)光板將水平方向入射的光線轉(zhuǎn)向到LCD面板方向的過(guò)程中，也存在能量損耗，耦 合效率和導(dǎo)光效率共同制約了側(cè)下式背光的整體光效，一般來(lái)說(shuō)，實(shí)際的側(cè)下式背光系 統(tǒng)的整體光效不高于75%，限制了 LED背光節(jié)能優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮；而且目前導(dǎo)光板的導(dǎo)光面 積有一定限制，單塊導(dǎo)光板的導(dǎo)光面積一般小于30英寸對(duì)角線，超大尺寸顯示器要使用 多塊導(dǎo)光板，增加了光學(xué)設(shè)計(jì)的難度和系統(tǒng)的復(fù)雜度。在直下式LED背光中，一種技術(shù)方案如美國(guó)專利US6607286和US6679621所 述，使用了側(cè)面發(fā)光LED (Side Emitter LED)，LED出射的光能量集中在水平方向士 20° 的范圍內(nèi)。在這種基于側(cè)面發(fā)光LED的背光系統(tǒng)中，背光腔的內(nèi)壁涂覆以高反射率材 料，LED發(fā)出的光線在背光腔內(nèi)反復(fù)反射，最終在面板處形成均勻的光能量分布。這 種背光結(jié)構(gòu)雖然均勻度高，但是光線在反復(fù)反射的過(guò)程中損失了很多能量，整體光效偏 低。另一種技術(shù)方案是將LED在面板下方分布式排布，由于LED出光能量的空間角度 分布一般集中在軸線方向，LED需要與LCD面板相距一定距離，才能保證目標(biāo)面照度均 勻，一般來(lái)說(shuō)，分布式LED直下式背光的厚度要大于側(cè)下式LED背光。為了減小分布式LED直下式背光的厚度，一種技術(shù)方案是增加分布式排布LED 的排布密度，可以在一定程度上減小系統(tǒng)厚度，但是這種技術(shù)方案會(huì)導(dǎo)致LED的數(shù)目急 劇增加，22寸面板使用LED的數(shù)目已超過(guò)1000顆，會(huì)帶來(lái)光源一致性、可靠性、電源驅(qū) 動(dòng)等一系列問(wèn)題；另一種方法是使用二次透鏡增大LED出光角度，同樣可以減小系統(tǒng)厚度，目前已有經(jīng)過(guò)精密光學(xué)設(shè)計(jì)的自由曲面透鏡應(yīng)用到LED背光之中，但是使用二次透 鏡改變光線出射方向時(shí)，由于全內(nèi)反射的存在，光線出射角度并不能增大太多，則背光 系統(tǒng)厚度減小的程度也有限，相比側(cè)下式背光還有一定差距
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供了一種光源出光角度大，整體背光系統(tǒng) 的厚度小，整體光效高的光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)。為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型的一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背 光結(jié)構(gòu)，包括背光腔和LED光源，其特征在于所述背光腔底部為自由曲面反射面，背 光腔由其反射內(nèi)壁和底部的自由曲面反射面及置于其頂部的擴(kuò)散膜共同構(gòu)成一個(gè)封閉的 腔體，在擴(kuò)散膜的上面設(shè)有增亮膜等光學(xué)膜層及LCD面板；所述LED光源通過(guò)光源支撐 架固定在背光腔內(nèi)，處于擴(kuò)散膜、增亮膜等光學(xué)膜層及LCD面板的下方和背光腔底部自 由曲面反射面的軸線正上方，且光線出射方向與LCD面板相背離。所述的LED光源為一個(gè)背光單元(BLU)或多個(gè)背光單元，多個(gè)背光單元的排布 方式可為線性、環(huán)形，但多個(gè)背光單元的排布方式不限于以上形式；一個(gè)或多個(gè)背光單 元發(fā)出的光線都能通過(guò)該自由曲面反射面的反射在背光腔頂面形成均勻照度分布。所述背光單元所發(fā)射光線的光譜應(yīng)滿足液晶面板所需背光的要求，可為白光 LED或三基色(RGB)LED;若使用白光LED，則每一顆白光LED構(gòu)成一個(gè)背光單元； 若采用三基色(RGB) LED，則由一顆紅色，一顆藍(lán)色，兩顆綠色共四顆LED構(gòu)成一個(gè)背 光單元，但一個(gè)背光單元內(nèi)不同波長(zhǎng)LED的組成方式不限于以上形式；LED(包括白光 LED和三基色LED)的封裝形式可為不含二次透鏡的表面貼片封裝或其他封裝形式，出 光配光類型可為近似朗伯型。在所述背光腔的底部自由曲面反射面和反射內(nèi)壁都涂以高反射率材料，反射率 大于70%。所述光源支撐架同時(shí)為L(zhǎng)ED光源提供散熱，電源引入等作用，其為單根金屬條 或雙根金屬條等形式，但不得影響最終照明效果。所述的自由曲面反射面在整體背光結(jié)構(gòu)中為一個(gè)獨(dú)立單元或多個(gè)自由曲面反射 面單元的陣列排布；若為多個(gè)自由曲面反射面單元的陣列排布，每個(gè)自由曲面反射面單 元對(duì)應(yīng)于一個(gè)獨(dú)立的封閉的背光子腔，在背光子腔內(nèi)通過(guò)光源支撐架固定有LED光源， 多個(gè)封閉的獨(dú)立的背光子腔緊密陣列排布構(gòu)成整體背光腔，或由陣列排布的多個(gè)自由曲 面反射面單元連接后對(duì)應(yīng)于一個(gè)整體的封閉的背光腔。為了實(shí)現(xiàn)在擴(kuò)散膜、增亮膜等光學(xué)膜層的底部形成均勻照度分布，自由曲面反 射面與LCD面板相對(duì)，則LED光源出射的大部分光線可直接到達(dá)該自由曲面反射面，該 反射面精確控制光線反射方向，使得LED出射的大部分光線通過(guò)反射作用到達(dá)背光腔頂 部，形成均勻照度分布；背光腔的反射內(nèi)壁將少部分沒(méi)有直接到達(dá)背光腔頂部的光線也 反射到背光腔頂部，以提高背光腔頂面的照度均勻度。最終，背光腔頂部的擴(kuò)散膜、增亮膜等光學(xué)膜層，將均勻照度分布轉(zhuǎn)化為所需 的亮度分布。采用本實(shí)用新型的一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，具有光源出光角度大，整體背光系統(tǒng)的厚度小，整體光效高的優(yōu)點(diǎn)。
圖1為本實(shí)用新型的第一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1沿A-A方向的剖視圖。圖3為本實(shí)用新型的第二種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為圖3沿A-A方向的剖視圖。圖5為本實(shí)用新型的第三種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為圖5沿A-A方向的剖視圖。圖7為本實(shí)用新型的第四種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為圖7沿A-A方向的剖視圖。圖9為本實(shí)用新型的第五種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10為圖9沿A-A方向的剖視圖。圖11為本實(shí)用新型的第六種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12為圖11沿A-A方向的剖視圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施例實(shí)施例1如圖1和圖2所示，一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，包 括背光腔4和LED光源1，所述背光腔4底部為一個(gè)自由曲面反射面2，背光腔4由其反 射內(nèi)壁和底部的自由曲面反射面2及置于其頂部的擴(kuò)散膜5共同構(gòu)成一個(gè)封閉的腔體，在 擴(kuò)散膜5的上面設(shè)有第一增亮膜61、第二增亮膜62及LCD面板；所述LED光源1通過(guò) 光源支撐架3固定在背光腔4內(nèi)，處于擴(kuò)散膜5、第一增亮膜61、第二增亮膜62及LCD 面板的下方和背光腔4底部自由曲面反射面2的軸線上方，且光線出射方向與LCD面板 相背離。在所述背光腔4的底部自由曲面反射面2和反射內(nèi)壁都涂以高反射率材料，反射 率大于70%。所述LED光源1為一個(gè)背光單元，背光單元為一顆白光LED ；光源支撐架3為 單根金屬條，其固定連接在背光腔4的反射內(nèi)壁上。自由曲面反射面2精確控制白光LED發(fā)出的光線的反射方向，在背光腔4的頂 部形成均勻照度分布；背光腔4的反射內(nèi)壁也具有高反射率，通過(guò)反射沒(méi)有直接達(dá)到反 射腔頂部的光線以提高目標(biāo)面均勻度；最終，背光腔4頂部的擴(kuò)散膜5、第一增亮膜61、 第二增亮膜62將均勻照度分布轉(zhuǎn)化為所需的亮度分布。實(shí)施例2如圖3、圖4所示，一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，包括 背光腔4、LED光源1、光源支撐架3、擴(kuò)散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62，整體 結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似，主要區(qū)別為本實(shí)施例中的光源支撐架3為雙根金屬條，其固定連 接在背光腔4上。[0037]實(shí)施例3如圖5、圖6所示，一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，包括 背光腔4、LED光源1、光源支撐架3、擴(kuò)散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62，整體 結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似，主要區(qū)別為本實(shí)施例的LED光源1為一組線型排布的背光單元，每個(gè)背光單元為一顆白光 LED,各白光LED分別固定在光源支撐架3上，光源支撐架3為雙根金屬條。實(shí)施例4如圖7、圖8所示，一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，包括 背光腔4、LED光源1、光源支撐架3、擴(kuò)散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62，整體 結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似，主要區(qū)別為所述LED光源1為一組線型排布的背光單元，每個(gè)背光單元由三基色(RGB) LED組成，即由一顆紅色LED11，一顆藍(lán)色LED12，兩顆綠色LED13共四顆LED構(gòu)成。實(shí)施例5如圖9和圖10所示，一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，包 括背光腔4、LED光源1、光源支撐架3、擴(kuò)散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62，所 述的背光腔4由2X3陣列排布的背光子腔41構(gòu)成。每個(gè)背光子腔41均為一封閉的腔體，其由反射內(nèi)壁和底部的自由曲面反射面單 元21以及置于背光腔4頂部的擴(kuò)散膜5共同界定，在擴(kuò)散膜5的上面設(shè)有第一層增亮膜 61和第二層增亮膜62及LCD面板，其中自由曲面反射面單元21和背光子腔41的反射內(nèi) 壁的反射率大于70%。每個(gè)背光子腔41的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與實(shí)施例1相似，陸個(gè)背光子腔41成2X3陣列排 布，陸個(gè)均勻照度分布的區(qū)域組合，在背光腔4頂面形成均勻照度分布，擴(kuò)散膜5、第一 增亮膜61、第二增亮膜62置于背光腔4之上，將均勻照度分布轉(zhuǎn)化為所需的亮度分布。實(shí)施例6如圖11和圖12所示，一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)， 包括背光腔4、LED光源1、光源支撐架3、擴(kuò)散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62， 所述的背光腔4由2X 1陣列排布的背光子腔41構(gòu)成。每個(gè)背光子腔41均為一封閉的腔體，其由反射內(nèi)壁和底部的自由曲面反射面單 元21以及置于背光腔4頂部的擴(kuò)散膜5共同界定，在擴(kuò)散膜5的上面設(shè)有第一層增亮膜 61和第二層增亮膜62及LCD面板，其中自由曲面反射面單元21和背光子腔41的反射內(nèi) 壁的反射率大于70%。每個(gè)背光子腔41的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與實(shí)施例3相似，即每個(gè)背光子腔41內(nèi)的LED光 源1為一組線型排布的背光單元，每個(gè)背光單元為一顆白光LED，各白光LED分別固定 在光源支撐架3上，光源支撐架3為雙根金屬條。兩個(gè)背光子腔41成2X1陣列排布， 兩個(gè)均勻照度分布的區(qū)域組合，在背光腔4頂面形成均勻照度分布，擴(kuò)散膜5、第一增亮 膜61、第二增亮膜62置于背光腔4之上，將均勻照度分布轉(zhuǎn)化為所需的亮度分布。
權(quán)利要求1.一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，包括背光腔(4)和LED光 源(1)，其特征在于所述背光腔(4)底部為自由曲面反射面(2)，背光腔(4)由其反射 內(nèi)壁和底部的自由曲面反射面(2)及置于其頂部的擴(kuò)散膜(5)共同構(gòu)成一個(gè)封閉的腔體， 在擴(kuò)散膜(5)的上面設(shè)有增亮膜及LCD面板；所述LED光源(1)通過(guò)光源支撐架(3)固 定在背光腔(4)內(nèi)，處于擴(kuò)散膜(5)、增亮膜LCD面板的下方和背光腔(4)底部自由曲面 反射面(2)的軸線正上方，且光線出射方向與LCD面板相背離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述的LED光源(1)為一個(gè)背光單元(BLU)或多個(gè)背光單元，多個(gè)背光單元 的排布方式可為線性、環(huán)形；一個(gè)或多個(gè)背光單元發(fā)出的光線都能通過(guò)該自由曲面反射 面的反射在背光腔頂面形成均勻照度分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述背光單元所發(fā)射光線的光譜應(yīng)滿足液晶面板所需背光的要求，可為白光 LED或三基色(RGB)LED0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述背光單元為白光LED時(shí)，則每一顆白光LED構(gòu)成一個(gè)背光單元；所述背 光單元為三基色(RGB)LED時(shí)，則由一顆紅色，一顆藍(lán)色，兩顆綠色共四顆LED構(gòu)成一 個(gè)背光單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，其 特征在于在所述背光腔(4)的底部自由曲面反射面(2)和反射內(nèi)壁都涂以高反射率材 料，反射率大于70%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述光源支撐架(3)為單根金屬條或雙根金屬條形式，但不得影響最終照明 效果。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述的自由曲面反射面(2)在整體背光結(jié)構(gòu)中為一個(gè)獨(dú)立單元或多個(gè)自由曲 面反射面單元(21)的陣列排布。
8.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，其 特征在于所述的自由曲面反射面(2)為多個(gè)自由曲面反射面單元(21)的陣列排布時(shí)， 每個(gè)自由曲面反射面單元(21)對(duì)應(yīng)于一個(gè)獨(dú)立的封閉的背光子腔(41)，在背光子腔(41) 內(nèi)通過(guò)光源支撐(3)架固定有LED光源(1)，多個(gè)封閉的獨(dú)立的背光子腔(41)緊密陣列 排布構(gòu)成整體背光腔(4)，或由陣列排布的多個(gè)自由曲面反射面單元(21)連接后對(duì)應(yīng)于 一個(gè)整體的封閉的背光腔(4)。
專利摘要一種光源倒置且使用自由曲面反射器的LED背光結(jié)構(gòu)，包括背光腔(4)和LED光源(1)，所述背光腔(4)底部為自由曲面反射面(2)，背光腔(4)由其反射內(nèi)壁和底部的自由曲面反射面(2)及置于其頂部的擴(kuò)散膜(5)共同構(gòu)成一個(gè)封閉的腔體，在擴(kuò)散膜(5)的上面設(shè)有增亮膜等光學(xué)膜層及LCD面板；所述LED光源(1)通過(guò)光源支撐架(3)固定在背光腔(4)內(nèi)，處于擴(kuò)散膜(5)的下方和背光腔(4)底部自由曲面反射面(2)的軸線正上方，且光線出射方向與LCD面板相背離。具有光源出光角度大，整體背光系統(tǒng)的厚度小，整體光效高的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK201795372SQ20102011051
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者劉勝, 王愷, 秦宗, 羅小兵, 金春曉, 陳飛 申請(qǐng)人:廣東昭信光電科技有限公司