CN1932607A - 一种带有非平面反射镜阵列的led背光模块 - Google Patents
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Abstract
该LED背光模块中包括，一个LED阵列，一个外壳，一个非平面反射镜阵列，一个光散射与折射机构。外壳侧壁和底板内壁是反射层，LED阵列设置在外壳底板上。非平面反射镜阵列设置在LED阵列的上方。光散射与折射机构由若干扩散膜(板)和棱镜膜等光学结构组成。从LED顶部及其附近发射出的光，经过非平面反射镜的反射而分散开，从而避免了在模块出光面上出现LED灯影光斑。由于采用的反射镜阵列在结构上和LED阵列完全分开，所以该发明制作十分简单，成本很低，而且广泛适用于各种LED光源以及各种排布的LED阵列，非常有利于提高产业竞争能力。
Description
技术领域
本发明关于一种LED(Light Emitting Diode)背光模块，特别是关于一种带有非平面反射镜阵列的LED背光模块。
背景技术
目前，液晶显示器(LCD)已经成为平板显示领域的主流。由于液晶本身并不发光，因此LCD需要通过外部光源实现透射或反射显示。现有的LCD大多数是透射型的，对于这些透射型LCD来说，背光源是不可或缺的组成部分。
相对于传统的冷阴极灯管(CCFL)，用LED为光源的背光模块具有色彩还原性好、省电、环境适应性好、污染小等优点。采用LED背光的LCD能够表现更加鲜艳的颜色，其色彩还原范围可达NTSC的105％以上，远远高于CCFL背光的75％。作为全固化的光源，LED具有很强的环境适应性。更为重要的是，CCFL内含有对环境有巨大危害的金属汞，而LED则不存在这方面的问题。虽然目前LED背光的价格较CCFL高，而根据业内规律，LED每10年价格下降约10倍而性能提高约30倍。可以预见，在2008年左右，LED将逐渐取代CCFL而成为主流的背光灯源。
目前市场上最为普遍的LED如图1所示。这类LED是顶部发光，即光以发光面(有些发光面为球面)的顶部法线L为光轴，光线集中在一定角度(如±60°)范围内向上发射。如果按照公知的背光技术，直接采用这类白光LED制成如图3所示的直下式(Direct-type)背光源，在出光面上很容易出现灯影光斑。为了消除光斑，往往需要拉大出光面到LED间的距离，从而大大增加背光源的厚度。如果采用R\G\B三色LED作光源，通过混色合成白光，那么上述普通LED由于发射角度过于向上集中而难以达到混光的效果。为了克服普通LED的上述缺点，目前LED背光源所采用LED如图2所示。在这类改进LED的出光面上加了一个半球形透镜和倒锥形反射镜，这样LED发出的光就由原来的顶部发射，改为了侧面发射，既与法线L夹角为80°的光路为发光最强的位置，介于±20°的夹角内为主要的发光面。侧面发光LED不仅能够很好的消除灯影光斑，而且有利于R\G\B三色光的混合。利用这类LED已经制作出厚度较薄的直下式LED背光源。但是由于加有和LED一体化的半球形透镜和倒锥形反射镜，制作这类背光源专用的LED需要经过精确而复杂的工艺，制作难度大而且成本高。另外，由于将LED、半球形透镜和倒锥形反射镜制作在一起，大大降低了光学设计上的自由度。所有上述缺点都在一定程度上阻碍了LED背光技术的推广应用。因此，业内迫切需要有一种既能够适用于如图1所示的普通商用LED，而且制作简单、设计自由度高的背光技术。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是：提供一种能够适用于大多普通商用LED，且成本低、容易实现、设计自由度高的背光模块。
为了达到上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：一个LED阵列，一个外壳，一个非平面反射镜阵列，一个光散射与折射机构。外壳侧壁和底板内壁是反射层，LED阵列设置在外壳底板上。非平面反射镜阵列以一定高度设置在LED阵列的上方。在LED阵列和反射镜阵列之间可以选择性地加或不加扩散膜(板)(Diffuser Film or Board)等光学结构。光散射与折射机构由若干扩散膜(板)和棱镜膜(Prism Sheet)等光学结构组成。从LED顶部及其附近发射出的光，经过非平面反射镜的反射而分散开，从而避免了在模块出光面上出现LED灯影光斑。由于采用的反射镜在结构上和LED完全分开，所以该发明制作十分简单，成本很低，而且广泛适用于各种LED光源以及各种排布的LED阵列，非常有利于提高产业竞争能力。
本发明的优点是：所提供的LED背光模块包括一个LED阵列，一个外壳，一个非平面反射镜阵列，一个光散射与折射机构。其中LED阵列中的每个单元，可以是单个或者一组白光LED，或单个或者一组R\G\B LED。采用紧密排列在一起的多个LED组成的一组LED，有利于平均LED之间的发光效率和光强衰减之间的差异，也有利于R\G\B LED所发出单色光的混合。
本发明所使用的外壳和光散射与折射机构可以使用现有的公知技术。
反射镜阵列的行列数与LED阵列的相对应，反射镜阵列可以由放置在透明基板上的多个非平面反射镜组成，每个LED阵列中的单元上方都对应有反射镜，这样，从每个LED顶部发射出来的光被一个非平面反射镜反射到周边和底板，再反射到反射镜阵列中的透明基板发射出去，这样就避免了在模块出光面上灯影光斑的出现。
由于反射镜阵列与LED在结构上是独立的，所以可以分开制作，这样反射镜阵列就能够和各种LED相匹配。这种独立性，大大提高了背光模块光学设计上的自由度，一方面，每个反射镜所对应的LED单元，可以是一个LED，也可以是由多个LED组成的一组LED；另一方面，在反射镜阵列和LED阵列之间可以另外加入扩散膜(板)和棱镜膜等光学结构，这些可灵活选择的措施都有利于散光的效果。
总之，本发明能够提供一种既能够适用于普通商用LED，又容易实现，设计自由度又高的背光技术。本发明的制作工艺简单，成本很低，非常有利于提高产业的竞争力。
附图说明
图1普通顶部发射LED；
图2侧面发射LED；
图3公知LED背光模块侧剖面视图；
图4本发明LED背光模块侧剖面视图；
图5锥形反射镜阵列；
图6(a)公知LED背光模块出光效果；
(b)本发明LED背光模块出光效果；
图7本发明另一实施例侧剖面视图；
图8(a)本发明另一实施例中LED阵列排布俯视图；
(b)该实施例中LED阵列单元中LED排布图；
(c)该实施例中LED阵列单元光强分布图。
附图标号说明：
1、2、3、4、LED背光模块
1、LED阵列 2、外壳
3、光散射与折射机构 4、锥形反射镜阵列
5、扩散膜(板)
11、普通顶部发射LED 12、侧面发射LED
L、法线 a、箭头
13、由多个LED组成的LED阵列单元21、外壳底部
22、外壳侧壁 23、外壳底部反射膜
24、外壳侧壁反射膜 41、锥形反射镜
42、锥形反射镜阵列基板
具体实施方式
实施例一：图4为本发明所提供的一个LED背光模块实施例。其中有外壳2、一个LED阵列1、一个锥形反射镜阵列4、由若干扩散膜(板)和棱镜膜组成的光散射与折射机构3。
在外壳底部21挖有与LED阵列1相对应的小孔阵列，LED阵列1就安装在该小孔阵列内，光散射与折射机构安装在模块顶部，其上表面就是模块的出光面。外壳2的材料可以是金属材料铝和不锈钢等。所用的LED是高亮顶部发射白色LED，该LED的白光发射机理可以是由激发荧光粉发射白光，也可以是R\G\B混合成白光。
在外壳底部21内壁除小孔外的地方以及外壳侧壁贴有反射膜23、24，反射膜可以是镜面发射膜或漫反射膜。
和公知的技术(图3)相比，在LED阵列1和光散射与折射机构3之间加入一个锥形反射镜阵列4，该阵列由排列在透明基板42上的多个锥形放射镜41组成。透明基板41可以是各种透光性能好的无机或有机材料，如光学石英玻璃、压克力材料等。锥形透镜41的一个具体制作方法可以是：利用模具在基板上制作出锥形体，然后在锥形体表面贴上反射膜，或蒸镀上反射率很高的金属薄膜。图5给出了锥形反射镜阵列4的三维视图，从中可以清楚地看出该阵列的结构特点。
光散射与折射机构3由若干公知的扩散膜(板)和棱镜膜组成。
图6(a)和(b)分别给出了利用公知技术设计的背光模块和本发明所提供的背光模块出光效果的比较。两种模块具有相同的长度、宽度和厚度。从图6(a)可以清楚地看到，在公知结构光散射与折射机构出现了明显的灯影光斑。如果加上一个锥形反射镜阵列，由图6(b)可以看出，出光面的光强分布得到显著改善，基本呈现面光源的效果。
实施例二：如图7所示，在具体实施例一的基础上加以改进，在LED阵列1和锥形反射镜阵列4之间再加上一个公知的扩散膜(板)5。模块出光面的光强分布均匀度可提高5％-10％。
实施例三：如图8所示，在具体实施例一的基础上加以修改，所用LED11为小功率顶部发射LED，该LED11可以是如实施例一中描述的白色发光LED，也可以是单独发射R\G\B单色光的LED。在本实施例中以多个LED为一组，组成如图8(a)所示的LED阵列1。这样的排列与所有LED均匀排列的方式相比有如下优点：由于每个LED的发光特点都有差别(包括本身发光强度差别和后期光强衰减差别)，那么以多个LED为一个LED阵列单元13，可以平均各个LED的差别，每组LED的整体表现较单个LED11更为均匀稳定；LED紧密排列成一组，有利于R\G\B单色光的充分混合。图8(b)是由16个LED组成的一个LED阵列单元13，图8(c)是该单元的出光效果，可见，这样的一个LED阵列单元13发出光的强度分布和一个大功率LED发出光的强度分布类似。这样就可以利用实施例一中的类似结构设计背光模块。
应当指出，本发明所阐述的反射镜阵列中使用的发射镜，除了实施例所提供的锥形反射镜外，也可以是球形等其他各种非平面反射镜，所有这些均属于本专利涵盖范围之列。
Claims (9)
1.一种LED背光模块，其特征在于包括，一个LED阵列，一个外壳，一个非平面反射镜阵列，一个光散射与折射机构；
外壳侧壁和底板内壁是反射层；
LED阵列设置在外壳底板上；
非平面反射镜阵列设置在LED阵列的上方；
光散射与折射机构由若干扩散膜(板)和棱镜膜等光学结构组成。
2.如权利要求书1所述的LED背光模块，其特征在于，所述反射镜阵列与LED阵列在结构上是分立的。
3.如权利要求书2所述，反射镜阵列上的反射镜单元与LED阵列单元是一一对应的。
4.如权利要求书1所述的LED背光模块，其特征在于，所述反射镜阵列中的反射镜表面形状是非平面的。
5.如权利要求书4所述的反射镜表面形状可以是便于制作的锥形和球形等。
6.如权利要求书1所述的LED背光模块，其特征在于，所述LED阵列上的单元可以由单个或复数个LED组成。
7.如权利要求书1所述的LED背光模块，其特征在于，所述LED阵列在外壳底板上均匀分布。
8.如权利要求书1所述的LED背光模块，其特征在于，LED阵列与反射镜阵列之间有光学结构。
9.如权利要求书7所述的光学结构可以是扩散膜和棱镜膜及其组合。
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