直下式、側(cè)入式LED背光模組結(jié)構(gòu)分析

　　1、背景和目的

　　LED背光源的市場占有率迅速擴大。目前，LED背光模組的技術(shù)正在發(fā)展，LED背光模組的結(jié)構(gòu)正在發(fā)展。

　　據(jù)億光透露，三星公司打算進一步把直下式LED背光液晶電視的厚度繼續(xù)往下做薄，當然，還需要克服很多技術(shù)困難，另外，結(jié)合側(cè)光式LED背光與直下式LED背光的技術(shù)也有機會推出（側(cè)光式LED背光液晶電視走俏　超薄設計是動因）。

　　海信認為，首先是直下式占據(jù)LED高端，而側(cè)入式占據(jù)LED低端；接著側(cè)入式逐漸取代CCFL背光，而直下式又逐漸取代側(cè)入式（“第4屆中國國際新光源新能源照明論壇”）。

　　日本Techno System Research的林秀介在 “第7屆TSR研討會2010”上，介紹了高速增長的LED背光液晶電視的下一個發(fā)展趨勢（大勢所趨的LED背光液晶電視的下一個發(fā)展趨勢）。據(jù)介紹，許多面板廠商計劃削減導光板而非單邊配備LED，以降低成本。直下型方式為了減少LED的使用個數(shù)，一般使用鏡頭蓋（Lens Cap）。通過鏡頭蓋的改良，可將背光單元的厚度“減薄至1.5cm”。

　　因此，正在下面幾方面進行研發(fā)：

　　第一，對現(xiàn)有的側(cè)入式背光模組進行改進。

　　第二，對現(xiàn)有的直下式背光模組進行改進。

　　第三，設計和開發(fā)同時具有直下式和側(cè)入式背光模組的主要優(yōu)點而沒有二者的主要缺點的新型的背光模組。側(cè)入式背光模組的主要缺點是直下式背光模組的主要優(yōu)點，直下式背光模組的主要缺點是側(cè)入式背光模組的主要優(yōu)點。二者具有很強的互補性。

　　“中國電子報”對背光模組的重要部件，如導光板、擴散板、反射板、光源的專利分別進行了統(tǒng)計。截至2009年3月31日，TFT-LCD背光模組技術(shù)領(lǐng)域的中國專利申請共計2381件。其中，發(fā)明專利申請數(shù)量為1885件，實用新型專利申請數(shù)量為466件。

　　2、側(cè)入式LED背光模組

　　側(cè)入式背光模組的主要缺點是：

　?。?）LED封裝與導光板的耦合效率（coupling efficiency）還可以提高；

　　（2）應用于大尺寸時具有挑戰(zhàn)性；

　　（3）不能進行局域控制（local dimming）。

　　2.0、傳統(tǒng)的側(cè)入式LED背光模組

　　傳統(tǒng)的側(cè)入式LED背光模組的結(jié)構(gòu)包括，LED光源設置在導光板的側(cè)面，導光板的底面上形成網(wǎng)點。LED封裝發(fā)出的光耦合進入導光板，通過反射片和網(wǎng)點的反射和散射，向液晶屏方向傳播。

　　對于傳統(tǒng)的側(cè)入式LED背光模組，LED芯片發(fā)出的光不能全部進入導光板，一方面，一部分光（大角度的光，約20%-30%，取決于封裝結(jié)構(gòu)）由于全內(nèi)反射而不能從LED封裝的出光表面射出。另一方面，即使已經(jīng)從LED封裝出光表面射出的光，一部分光由于導光板入光表面的反射，而不能進入導光板，如圖1所示。LED封裝和導光板之間的耦合方式和效率需要進一步提高。

圖1　截面圖

　　2.1、 提高LED封裝與導光板之間的耦合效率

　　為了使得LED芯片發(fā)出的光全部進入導光板，采用透明膠210把LED封裝102的出光表面粘在導光板的入光表面，見圖2。由于LED封裝的硅膠、透明膠、導光板的折射系數(shù)基本上相同，因此，在LED封裝的出光表面處基本上沒有全內(nèi)反射，在導光板入光表面處也基本上沒有反射，LED芯片發(fā)出的光基本上全部進入導光板，耦合效率提高，基本達到100%。另外，由于沒有全內(nèi)反射，LED芯片發(fā)出的大角度的光也進入導光板，易于達到亮度的均勻性。

圖2　截面圖

　　優(yōu)勢：(1)LED封裝和導光板之間的耦合效率提高。

　?。?）LED封裝的出光效率（extraction efficiency）提高約20%-30%。

　　（3）每個LED封裝產(chǎn)生的熱量減少約8% - 13%。

　　（4）保證同樣亮度的情況下，所用的LED封裝的數(shù)量約減少16%-23%，降低成本。

　?。?）LED背光模組產(chǎn)生的總熱量約減少23% - 33%。

　?。?）能量消耗約減少16%-23%。

　　（7）LED封裝的出光角度加大。

　　2.2、適用于大尺寸電視的帶V型槽的導光板

　　帶有V型槽的導光板的側(cè)入式LED背光模組使得LED背光源應用于任意大尺寸的顯示屏，而無需采用更高亮度的LED芯片。

　　導光板401的頂部的中間部位形成V型槽402，并在導光板的底部與V型槽對應的位置設置LED光源408b。使得LED光源發(fā)出的光425向上傳播時，被V型槽402全內(nèi)反射，從而向?qū)Ч獍鍌?cè)面?zhèn)鞑?，見圖3a和3b。LED光源粘在導光板的底部，增加光取出效率。

圖3a頂視圖

圖3b截面圖

　　圖3c展示V型槽402a、402b和402c成十字形設置的實施例,可以用于大尺寸的背光源。

圖3c示意圖

　　圖3d展示圖3c的實施例的示意圖。

圖3d示意圖

　　優(yōu)勢：（1）適用于任意大尺寸的顯示屏。

　　（2） 薄型化。SMD形式的LED封裝的厚度可以做到0.7mm，PCB厚度可以做到1mm，因此，LED背光模組的厚度只比傳統(tǒng)的側(cè)入式LED背光模組的厚度增加1.7mm。

　　（3）LED封裝的光取出效率高。

　　（4）散熱較好。

　?。?）LED封裝的出光角度加大。

　　2.3、減少使用LED封裝數(shù)量的無導光板的側(cè)入式LED背光模組

　　沒有導光板的側(cè)入式LED背光模組的一個實施例：在一側(cè)設置LED光源205，與其相對的是側(cè)反光片204b，在主反光片204a和側(cè)反光片204b上形成網(wǎng)點203，調(diào)整網(wǎng)點的結(jié)構(gòu)和分布，使得亮度分布均勻，圖4a。

圖4a截面圖

　　圖4b展示在兩側(cè)設置LED光源405a和405b，且傾斜成一角度409。網(wǎng)點403形成在主反光片404上。

圖4b截面圖

　　優(yōu)勢：（1）沒有導光板以及光在導光板中的衰減，因此，減少使用的LED封裝的數(shù)量。

　?。?）減少產(chǎn)生的熱量。

　　（3）減低成本。

　?。?）減輕重量。

　　3、 直下式LED背光模組

　　直下式LED背光模組的主要缺點之一是：與側(cè)入式LED背光模組相比較，厚度較大。

　　3.0、 傳統(tǒng)的直下式LED背光模組：

　　LED光源352發(fā)出的光直接向上傳播，為得到光分布的均勻性（或RGB混光均勻性），與液晶屏平面垂直方向的光程（或RGB混光距離）較大，即，直下式LED背光源較厚，圖5。

圖5截面圖

　　3.1、 薄型的帶有反射鏡的直下式LED背光模組

　　帶有反射鏡的直下式LED背光模組的一個實施例：在每一個LED封裝203上方處設置反射鏡208a，LED封裝發(fā)出的光被反射鏡208a反射向反光片204c及其上的網(wǎng)點207，被反射和散射后，向液晶屏方向傳播，見圖6a。

圖6a截面圖

　　反射鏡208a/308a面對LED光源203的表面具有微結(jié)構(gòu)308b，反射鏡208a/308a的設置是從一組設置中選出，該組設置包括，但不限于，圖6b展示的結(jié)構(gòu)。