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：
本發(fā)明涉及一種背光系統(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，平板顯示器的市場隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展越來越大，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，本身不會發(fā)光，對于透射型液晶顯示器，必須依靠背光光源將光線穿過顯示面板，展現(xiàn)圖形圖像。冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)和發(fā)光二極管(LightEmitting Diodes, LED)是目前液晶背光的兩種主要技術(shù)。LED背光主要優(yōu)勢在于色彩還原性好、低能耗、超長壽命、響應(yīng)速度快、更好的電學(xué)光學(xué)控制性能、材料無環(huán)境公害、整體產(chǎn)品更輕薄、不含易碎部件等等。從長遠(yuǎn)來看，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。 一般來說，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榷瓤刂啤?在側(cè)下式LED背光中，LED出射的光線耦合到導(dǎo)光板的過程中會發(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，一般來說，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±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， 一般來說，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1000顆，會帶來光源一致性、可靠性、電源驅(qū)動(dòng)等一系列問題；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
3經(jīng)過精密光學(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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，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)。 為解決上述問題，本發(fā)明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LED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，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。 采用本發(fā)明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為本發(fā)明的第一種具體實(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為本發(fā)明的第二種具體實(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為本發(fā)明的第三種具體實(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為本發(fā)明的第四種具體實(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為本發(fā)明的第五種具體實(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為本發(fā)明的第六種具體實(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)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明
具體實(shí)施例方式實(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，通過反射沒有直接達(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 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。 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l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l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LEDll， 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ll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2X 1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
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)有增亮膜等光學(xué)膜層及LCD面板；所述LED光源(1)通過光源支撐架(3)固定在背光腔(4)內(nèi)，處于擴(kuò)散膜(5)、增亮膜等光學(xué)膜層及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，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) LED 。
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， 但一個(gè)背光單元內(nèi)不同波長LED的組成方式不限于以上形式。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4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。
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%。
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 征在于所述光源支撐架(3)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。
8. 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。
9. 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 過光源支撐(3)架固定有LED光源(l)，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)連接后對應(yīng)于一個(gè)整體 的封閉的背光腔(4)。
全文摘要
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F21V5/08GK101782204SQ201010107410
公開日2010年7月21日 申請日期2010年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者劉宗源, 劉勝, 王愷, 羅小兵, 金春曉 申請人:廣東昭信光電科技有限公司