专利名称：一种新的led背光模块的制作方法
技术领域：
本发明关于一种LED(Light Emitting Diode)背光模块，特别是关于一种具有部分反射和部分透射功能的光学结构单元组成的阵列的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20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。如果采用红蓝绿(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
本发明目的是针对现有技术的缺陷，提供一种能够适用于大多普通商用，且成本低、容易实现、设计自由度高的LED背光模块。
为了达到上述目的，本发明提供一种新的LED背光模块，包括，LED发光单元，外壳，光散射与折射机构，LED发光单元安装在基板上，光散射和折射机构的外立面为出光面，其特征在于LED发光单元的光输出方向设置有部分反射和部分透射功能的光学结构单元，且在结构上同LED发光单元分立。
其中，所述LED阵列中的每个LED发光单元，可以是单个或者一组白光LED，或单个或者一组R\G\B LED。所述光学结构单元可以为一个或多个，且光学结构单元与LED发光单元是对应的。所述光学结构单元表面形状为非平面结构，如锥形或球形等。所述光学结构单元也可为菲涅尔透镜。另外，所述LED单元与光学结构单元之间可以加有扩散膜或棱镜膜等其他光学结构。所述外壳侧壁和底板内壁帖附有反射层。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。
本发明提供具有部分反射和部分透射功能的光学结构单元组成的阵列，其行列数与LED阵列相对应，光学结构单元阵列可以由放置在透明基板上的多个非平面的具有部分反射部分透射功能的反射面组成，每个LED阵列中的单元上方都对应有该反射面，这样，从每个LED顶部发射出来的光，一部分透过后继续传播，另一部分被一个非平面反射面反射到周边和底板，经周边和底板反射后，从出光面发射出去，这样就避免了在模块出光面上灯影光斑的出现。
本发明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。
本发明由于光学结构单元阵列与LED在结构上是独立的，所以可以分开制作，这样光学结构单元阵列就能够和各种LED相匹配。首先，光学结构单元的参数可以很方便地进行调节；其次，每个光学结构单元所对应的LED单元，可以是一个LED，也可以是由多个LED组成的一组LED；最后，在光学结构单元阵列和LED阵列之间可以另外加入扩散膜(板)或棱镜膜等其他光学结构，这些可以灵活选择的措施都有利于散光的效果。这些优点都大大提高了背光模块光学设计上的自由度，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。
图1为普通顶部发射LED；图2为侧面发射LED；
图3为公知LED背光模块侧剖面视图；图4为本发明LED背光模块侧剖面视图；图5为本发明另一实施例侧剖面视图；图6为本发明另一实施例侧剖面视图；图7a为本发明另一实施例中LED阵列排布俯视图；图7b为LED阵列单元中LED排布图；图7c为LED阵列单元光强分布图。
附图标号说明L、法线；a、箭头；R、光线；1、LED阵列；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；3、光散射与折射机构；41、锥形半反半透镜；42、锥形半反半透镜阵列基板；43、菲涅尔透镜；5、扩散膜(板)具体实施方式
实施例一图4所示为本发明所提供的一个LED背光模块实施例。其中有外壳、LED阵列1、一个锥形半反半透镜阵列41、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3安装在模块顶部，其上表面就是模块的出光面。外壳的材料可以是铝合金等金属材料等。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外壳底部反射膜23和外壳侧壁反射膜24，反射膜可以是镜面发射膜或漫反射膜。同公知的技术(图3)相比，在LED阵列1和光散射与折射机构3之间加入一个锥形半反半透透镜阵列，该阵列由排列在锥形半反半透镜阵列基板42上的多个锥形半反半透镜41组成且与LED阵列的发光单元一一对应，该锥形的半反半透镜41也可为其他非平面的部分反射和部分透射的装置，如球面或类球面。锥形半反半透镜阵列基板42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半反半透光学膜。
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。
实施例二如图5所示，在具体实施例一的基础上加以改进，在LED阵列1和锥形半反半透镜阵列之间再加上一块的扩散膜(板)5，其中扩散膜(板)5也可为棱镜膜或其他光学膜以及它们的组合。
实施例三如图6所示，与具体实施例一不同的是，具有部分反射和部分透射功能的光学结构单元为菲涅尔透镜43。菲涅尔透镜可以利用公知的知识，很容易地利用注塑成型的方法制作。
实施例四如图7所示，在上述具体实施例一至实施例三的基础上加以改进，上述实施例中所用LED11为小功率顶部发射LED，该LED11可以是白色发光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7a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7b是由16个LED组成的一个LED阵列单元13，图7c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至实施例三中的类似结构设计背光模块。
上述各实施例中的LED的结构适用于各种LED封装结构，如侧面发光式；此外，LED发光单元的数量以及每个发光单元LED的数量及颜色选择；部分反射和部分透射功能的光学结构单元的数量及结构，均可根据实际的光学需求进行自由设计。
以上说明及附图给出了本发明的特定实施方式，但不言自明，本发明可以由本领域的技术人员进行各种变形来实施，如改变LED的结构设计，改变LED的数量和分布状况，改变部分反射和部分透射光学结构单元的结构等。诸如此类变形了的实施方式等不能脱离本发明的技术思想或展望来个别地理解，必须看作本发明所附的权利要求书内包含的结构。
权利要求
1.一种新的LED背光模块，包括，LED发光单元，外壳，光散射与折射机构，LED发光单元安装在基板上，光散射和折射机构的外立面为出光面，其特征在于LED发光单元的光输出方向设置有部分反射和部分透射功能的光学结构单元，且在结构上同LED发光单元分立。
2.根据权利1所述的一种新的LED背光模块，其特征在于所述LED发光单元可以为一个或多个，LED发光单元中的每一单元可以由单个或多个LED组成。
3.根据权利2所述的一种新的LED背光模块，其特征在于所述光学结构单元可以为一个或多个。
4.根据权利要求3所述的一种新的LED背光模块，其特征在于所述光学结构单元与LED发光单元是对应的。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种新的LED背光模块，其特征在于所述光学结构单元表面形状为非平面结构。
6.根据权利要求5所述的一种新的LED背光模块，其特征在于所述非平面结构为锥形或球形。
7.根据权利要求1至4任一所述的一种新的LED背光模块，其特征在于所述光学结构单元为菲涅尔透镜。
8.根据权利要求1至4任一所述的一种新的LED背光模块，其特征在于所述LED发光单元与光学结构单元之间有其他光学结构。
9.根据权利要求8所述的一种新的LED背光模块，其特征在于所述其他光学结构可以是扩散膜或棱镜膜。
10.根据权利要求1至4任一所述的一种新的LED背光模块，其特征在于所述外壳侧壁和底板内壁有反射层。
全文摘要
本发明提供一种新的LED背光模块，包括，LED发光单元，外壳，光散射与折射机构，LED发光单元安装在基板上，光散射和折射机构的外立面为出光面，其特征在于LED发光单元的光输出方向设置有部分反射和部分透射功能的光学结构单元，且在结构上同LED发光单元分立。从LED顶部及其附近发射出的光，经过光学结构单元后，一部分透过后继续传播，另一部分光以更大的发散角反射后分散开，从而避免了在模块出光面上出现LED灯影光斑。通过对光学结构单元参数的调整，可以灵活地调整透过光和反射光能量的分配比例，而且这样的光学结构阵列在结构上和LED阵列完全分开，所以该发明设计十分灵活，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。
文档编号G02B3/08GK101046576SQ20061006642
公开日2007年10月3日 申请日期2006年3月30日 优先权日2006年3月30日
发明者刘敬伟, 王刚, 李俊峰, 任建昌, 王大巍, 孙润光 申请人:京东方科技集团股份有限公司