专利名称：大面积均匀亮度led背光装置的制作方法
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
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髙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，l-3铝基板，1-4LED光源，3-1 透光部分，3-2反射圆斑，l-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 l-l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l-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I-IO, 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l-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-l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l"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 l-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l-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l-8、透明板卜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 l-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--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 以直接釆用市售商品。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l-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。
权利要求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M 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。
专利摘要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。
文档编号F21V13/00GK201246632SQ200820091508
公开日2009年5月27日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者彬 周, 郭金川, 龙庆文 申请人:深圳大学