Led背光源显示设备的制作方法

专利名称：Led背光源显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及LED背光源显示技术领域，更为具体地，涉及一种拼接式LED背光源显示设备。
背景技术：
随着社会的进步和技术的发展，LED (发光二极体Light Emitting Diode)背光源的显示设备以其可靠性高、使用寿命长、环境适应能力强、性价比合理、使用成本低等特点逐渐替代传统CCFL (冷阴极荧光灯管Cold CathodeFluorescent Lamp)背光源的显示设备迅速成为大型平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。庞大的市场需求促使液晶面板厂商和各国政府积极投资建立新一代的LED产品生产线，在这种情况下，满足阳英寸及以下的液晶面板8. 5代生产线如雨后春笋般建设起来。在各国积极建设8. 5代线的时候，以韩国三星和日本夏普等领军面板厂商，更是积极向更高线代——可满足65英寸及以上的高清电视、展厅显示器和广告显示牌等应用的10代线投资。传统的LED背光源的55英寸及以下的显示设备的背光结构一般有以下两种1、直下式背光结构图1是传统技术中直下式背光设备的发光原理示意图，如图1所示，光线从由LEDl 组成的阵列发出，为了达到均勻面光源的目的，结合LED自身发光特点，需在LED阵列一定距离的空气层d上方再增加一张扩散板27。虽然原理上LED阵列可以做成无限大，但由于空气层d的存在，无疑增大了整个显示器的厚度，同时由于此类显示器需要很大数量的LED 做支持，从另一方面也增加了显示器的能耗，不利于显示器使用成本的降低，因此这种背光结构无法制作超大型的显示设备。2、侧入式背光结构图2是传统技术中侧入式背光设备的发光原理示意图，如图2所示，光线从由LEDl 组成的灯条射出，经过导光板观，形成均勻的面光源。但由于目前LED亮度范围所限，如图 3所示导光板宽度1也必定受到限制，并且由于此类设计LED发光单元100位于显示器的周边，因此难以从根本上提高整个显示器的动态对比度，从而使这种背光结构同样无法制作超大型的显示设备。由此，需要设计一种LED作为背光源、尺寸可以做到65英寸甚至更大的显示设备， 并且设使这种显示设备满足低成本、低能耗、高亮度和对比度的性能要求。

发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种LED背光源显示设备，包括为显示设备提供背光光源的LED发光单元、导光板、反射片、扩散片、液晶显示屏以及容纳固定上述各光学元器件的框架，其中，多个所述LED发光单元组成LED灯条，所述框架为拼接结构，并且在所述拼接处形成容纳所述LED灯条的凹槽。其中，优选的结构是，所述LED发光单元包括自下而上结合在一起的设置有印刷
3电路的铝基板、LED封装单元和二次透镜。另外，优选的结构是，多个LED封装单元焊接在一长条形的铝基板上形成所述LED 灯条，每个LED封装单元分别对应结合一独立的二次透镜。再者，优选的结构是，多个所述LED封装单元焊接在一长条形的铝基板上形成所述LED灯条；所述二次透镜为与所述LED灯条相对应的透镜条，所述透镜条与所述LED灯条上的所有LED封装单元结合。再者，优选的结构是，所述框架包括具有拼接结构的底盘；所述底盘包括至少两个边缘底盘和至少一个中间底盘，所述底盘拼接处形成所述 LED灯条的嵌入凹槽。再者，优选的结构是，所述底盘包括至少四个边缘底盘、至少四个中间底盘和至少一个中央底盘，所述底盘拼接处形成所述LED灯条的嵌入凹槽。本发明的有益效果在于1、嵌入式的LED发光单元克服了一般直下式背光LED与扩散板之间的空气层厚度，使得整个显示设备更加轻而且薄；2、嵌入式LED发光单元和直下式背光相比，减少了 LED的使用量，从而降低了能耗，节约了成本；3、可进行区域控制的嵌入式LED发光单元，能够有效提高显示设备的对比度，同时也能够克服一般侧入式显示设备亮度低的特点；4、可进行区域控制的嵌入式LED发光单元，能够保证显示设备做成任意大尺寸而不降低背光的亮度；5、底盘分为边缘金属底盘、中间金属底盘和中央金属底盘，底盘可以根据实际显示设备产品的需要任意拼接，从而为整个显示设备做成任意大尺寸提供保障。利用本发明提供的上述技术方案，理论上可以将显示设备做到无限大、超薄，并且根据本发明制造的LED背光源显示设备亮度高、成本低、动态对比度到、节能，本发明采用 LED作为背光源，可以适用于65英寸及以上的液晶显示设备，能够广泛应用于高清电视、展示厅显示器以及广告显示牌等需要高清晰度、大屏幕的显示设备。为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。 然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。


通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中图1是传统技术直下式背光设备示意图；图2是传统技术侧入式背光设备示意图；图3是本发明LED背光源显示设备的具体结构示意图；图4是本发明LED封装和透镜及铝基板组成的LED发光单元示意图；图5是本发明LED发光单元组合构成的LED灯条的侧视图6是本发明背光封装底盘示意图；图7是本发明背光底盘拼接方式及LED嵌入示意图；图8是本发明LED封装实施例二示意图；图9a和图9b分别是本发明金属底盘的拼接实施例示意图；图10是本发明金属底盘的又一拼接实施例示意图；图11是本发明背光封装示意图；图12是本发明扩散片印刷实施例示意图。在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。图3是本发明LED背光源显示设备的具体结构示意图，如图3所示，本发明提供的 LED背光源显示设备包括为显示设备提供背光光源的LED发光单元100、导光板7、反射片 9、扩散片10、棱镜片12、增光片13、液晶显示屏15以及容纳固定上述各光学元器件的框架。其中LED发光单元100嵌入框架底部的凹槽内，每个LED发光单元都包括自下而上结合在一起的铝基板2、LED封装单元110和二次透镜6 ；LED封装单元110包括LED光源 1和封装该LED光源的封装胶18。LED光源1发出的光经过封装胶18后进入二次透镜6，一部分经由与LED光源1 相对的二次透镜6的上表面的反射后进入导光板7，一部分直接从二次透镜6的上表面出射进入扩散片10。光线在导光板7中传输，当遇到设置在导光板7底部的网点8后形成散射；经网点8散射的光线的一部分从导光板7的上表面即导光板7与网点8所在面相对的一面出射，一部分光线在导光板7中继续传输，直到再次碰到网点8后再次散射；当散射后的光射向导光板7上表面的入射角小于全反射角时，光线从导光板7的上表面出射。从导光板7下表面射出的光线，经由设置在导光板7下部的反射片9反射后进入导光板7再次利用，导光板7由反射片9承载。光线从导光板7射出后，进入扩散片10，光线从扩散片10 出射后，即形成了给液晶显示屏15提供均勻光源的面光源。由于光线在光学元器件传输过程中存在衰减现象，因此在本发明的一个优选实施方式中，为了使为液晶显示屏15提供背光的整个面光源均一稳定，使液晶显示屏15显示画面更加均一柔和，在扩散片10对应于LED发光单元100的上方作灰色印刷(图3中11所示位置)，这样就能够减弱未经导光板7传输而直接从二次透镜6射入扩散片10的这部分光线的亮度，使得这部分光线最终从扩散片10射出的亮度与经过导光板7传输再从扩散片 10射出的光线的亮度相当，从而达到使最终提供给液晶显示屏15的面光源均一稳定的目的。另外，为了使LED光源1发出的光线经过封装胶18、二次透镜6、导光板7以及扩散片10能够更集中地射向液晶显示屏15，在扩散片10和液晶显示屏15之间还设置有棱镜片12，用以将扩散片10射出的光线集中后再射向液晶显示屏15。更进一步，为了提高光线的利用率，在棱镜片12和液晶显示屏15之间还设置有具有P、S双向利用的增光片13，科学利用点光源反射原理，以及修正改良的光学曲率，将LED光源利用率发挥到光输出的极限， 从而提升LED光源1最终提供给液晶显示屏15的光的亮度、光辐射度，节约LED光源的数量和用电量。上述各光学元器件被容纳固定在一个框架，如图3所示，该框架包括金属底盘、塑胶框14和金属压条16，金属底盘为拼接结构(以便将显示设备做到任意大尺寸)，包括边缘金属底盘3和中间金属底盘4，液晶显示屏15放置在塑胶框14上，金属压条16将液晶显示屏15压合固定在塑胶框14上。另外，在液晶显示屏15和塑胶框14之间还设置有支撑用的硅胶垫(图中未示出)，以便增强液晶显示屏15和塑胶框14之间的压合性以及为液晶显示屏15提供减震、防滑的效果。此外，需要说明的是，在图3所示的金属底盘拼接结构中，底盘的凹陷是随着拼接形成的，但凹陷的形成并不限于图3所示的形式，也可以将凹陷设计在底盘内部而非拼接处，拼接处只是实现简单的底盘拼接的作用。图4示出了根据本发明的LED背光源显示设备中LED发光单元100 —个优选实施例的结构示意图，如图4所示，LED发光单元100包括LED封装单元、二次透镜6和固定LED 封装单元的铝基板2，其中二次透镜6设置在LED封装单元上，用以将LED封装单元发出的光线分散反射至导光板。在图4所示的优选实施例中，一个LED封装单元包括两颗LED光源1、两个反射碗杯17和封装该LED封装单元的封装胶18。整颗LED封装单元焊接在有设置印刷电路的铝基板2上。二次透镜6包括反射面19和出光面20。在图4中展示了由LED光源1发出的光的三种走向一部分光如Ll被反射碗杯17反射后进入封装胶18，而后进入二次透镜6，光线经过透镜的反射面19后，光线被再次反射，从出光面20出射；一部分光如L2，经过封装胶18后，经反射面19反射后，直接从出光面20出射；一部分光如L3，经过封装胶18后，透过反射面19，从反射面19透射出去。其中的二次透镜6可优选透光率为90%以上、折射率在1. 46 1. 53的硅胶透镜， 优选为折射率在1. 48左右的硅胶透镜，透镜6的具体结构及形状也可根据实际光学需要做各种改变。在图4所示的实施方式中，二次透镜6的切面为1/4圆形，其中反射面19为1/4 圆弧形，出光面为竖直平面。图5是若干个图4所示的LED发光单元100组合在一起构成的LED灯条嵌入在拼接底盘的侧视图，如图5所示，本发明的LED发光单元100是一个由多个LED封装单元110 和与每个LED封装单元110相匹配的二次透镜6固定在长条形的铝基板2上所形成的LED 灯条，也可以视为多个LED发光单元100组合成嵌入拼接底盘所形成的凹槽内的LED灯条， 固定螺钉22用于将LED灯条固定在底盘的凹槽上。LED灯条内LED发光单元的数量可以根据光源类型的不同和显示设备本身的要求灵活确定。图6和图7分别是本发明中封装底盘的拼接方式的整体及细节示意简图，如图6 和图7所示，本发明LED背光源显示设备的整个LED发光单元100用螺钉固定于边缘底盘 3和中间底盘4上，在图6所示的拼接方式中，金属底盘分为边缘金属底盘3和中间金属底盘4，底盘交接的地方为LED发光单元100的嵌入凹槽，凹槽的作用是将LED发光单元100 和两个底盘固定，使LED嵌入在底盘当中。一般采用螺丝将底盘和LED发光单元固定，也可以采用如高粘度导热硅脂等其他方式固定交接的边缘金属底盘、中央金属底盘以及LED发光单元。
图7是底盘拼接方式以及LED发光单元嵌入方式的细节示意简图，如图7所示，边缘底盘3和中间底盘4之间有LED发光单元嵌入区域23和对，其中23为LED发光单元100 的铝基板嵌入区域，M为LED发光单元的LED封装单元的嵌入区域，25为固定底盘和LED 发光单元的螺丝。本发明的整个设计既保证了 LED铝基板的散热面积，同时又能很好的固定住LED发光单元，确保LED发光单元不会在使用中出现弯曲造成画质不良，从而确保产品质量的可靠性。至此，可以看出，图3及图6所示的结构只是本发明的一个包括了由两个边缘底盘和一个中间底盘构成的具有两个凹槽、能够嵌入两条LED发光单元的示意性说明的结构， 本领域技术人员应当理解，根据上述技术方案的表述，其中的边缘底盘、中间底盘以及LED 发光单元可以做成任意显示设备产品所需要的长宽尺寸，同时还可以采用增加中间底盘的方式来达到显示设备产品所需要的长宽尺寸，中间底盘之间的拼接方式与中间底盘和边缘底盘的拼接方式相同，通过这种方式，本发明就能够实现底盘以及LED发光单元的任意拼接，从而为整个显示设备做成任意大尺寸提供保障。在上述实施例中，每颗LED光源的上方均设置有一个二次透镜6，当然，二次透镜也可以是一个透镜条，适用于条形的整个LED灯条。另外，二次透镜的具体结构及形状方式还可根据实际光学需要做各种修改，这些修改都属于本领域技术人员所悉知的方式。图8是本发明中LED发光单元实施例二的结构示意图，如图8所示，在本发明的一个优选实施方式中，二次透镜还可以直接和LED封装单元通过胶合的方式设计为一体结构，固定在铝基板2上形成LED发光单元100’。图9a和图9b分别是本发明中金属底盘两个实施例的示意图，图9a中的金属底盘仅包括一个中间金属底盘4和两个与其拼接的边缘金属底盘3，图9b中的金属底盘包括两个金属底盘4和两个与其拼接的边缘金属底盘3。如前所述，中间金属底盘4也可以任意数量的拼接，从而为整个显示设备可以做成任意大尺寸提供保障。与金属底盘的拼接结构相对应，扩散片10和导光板7也可以设计为边缘扩散片、 边缘导光板、中间扩散片和中间导光板(此处未示出)的拼接结构，其中相应的导光板网点布局根据实际情况分布，原则是从光源开始至远离光源网点密度逐渐增大。同样，反射片9 也可以设计为与底盘拼接结构相对应的拼接结构的反射片。另外，在本发明的又一优选实施方式中，在与边缘金属底盘所对应的导光板7远离LED的侧面贴有反光胶带(此处未示出)，以便将从导光板7远离LED的侧面出射的光反射回来重新利用，从而提高光的利用率。反光胶带材质可以是Si02、Ti02、Sn02、CaC02、Nb205、Zn02、MgF2、Ce02、A1203、 HfO2、Na3LaF6、LaF6Ti02其中的至少一种物质的纳米至微米级粉末或其他纳米至微米级高折射率的微发泡材料结和高透光率的黏合剂，通过滚压或复合的方式黏贴到PET等基材上而成。图10是本发明中金属底盘实施例二的结构示意图，按照图10所示的设计，底盘包括边缘底盘Dl、中间底盘D2和中央底盘D3三种，LED发光单元嵌入在底盘拼接处所形成的凹槽中。四个边缘底盘和若干中间底盘D2、中央底盘D3的任意数量的拼接，可保证整个显示设备做成任意大尺寸。当然也可以在图10所示的三种底盘内部设置容纳LED发光单元的凹槽，底盘的边缘仅作拼接用。
同样，与金属底盘的拼接结构相对应，扩散片和导光板也分为边缘扩散片、边缘导光板、中间扩散片、中间导光板、中央扩散片、中央导光板(此处未示出)。相应的导光板网点布局根据实际情况分布，原则是从光源开始至远离光源网点密度逐渐增大。另外，为了避免光从导光板7远离LED的侧面出射造成浪费，在边缘导光板和中间导光板远离LED的侧面贴有反光胶带(此处未示出)，将从导光板远离LED的侧面出射的光反射回来重新利用，以提高光的利用率。中央导光板由于其四周均有LED，因此此导光板四周不需黏贴反光胶带。反光胶带材质可以是Si02、Ti02、Sn02、CaC02、Nb205、Zn02、MgF2、Ce02、A1203、 HfO2、Na3LaF6、LaF6Ti02其中的至少一种物质的纳米至微米级粉末或其他纳米至微米级高折射率的微发泡材料结和高透光率的黏合剂，通过滚压或复合的方式黏贴到PET等基材上而成。在本发明的设计方案中，由于LED发光单元嵌入在底盘拼接处所形成的凹槽中， 因此，为了提高整个显示设备的亮度和对比度，可以增加中间底盘D2和中央底盘D3的拼接数量，从而增加拼接处的凹槽数量，以保证嵌入其中的LED发光条以及LED发光单元100 的数量。并且，由于所嵌入的凹槽的自然划分，使得每个LED发光条的亮度都可以单独控制，从而将整个显示设备被LED发光条划分为若干各区域，这样就实现了显示设备的区域控制，从而提高了显示设备的对比度。图11是本发明LED背光源显示设备的背光封装的结构示意图，如图11所示，金属底盘、LED发光单元100、二次透镜6、反射片9和导光板7组合在一起，形成LED背光源显示设备的背光封装120。与图11所示的背光封装相应地，金属底盘也可以采用图9或图10所示的实施例， LED发光单元100也可以采用图4所示的实施例，二次透镜6也可以采用图4或图8所示的实施例。另外，反射片和导光板也可以采用图9或图10所示的与金属底盘相应的划分，即边缘扩散片和导光板也分为边缘扩散片、边缘导光板，中间扩散片、中间导光板、中央扩散片、中央导光板。为了防止LED发光单元100上方出现暗部或亮斑，首选的方式是调整透镜6的曲面19的形状。通过使用Light tools或hex、或CodeV等光学仿真与优化软件，根据LED 的发光特性和透镜材质，优化透镜外形。另外，为了防止LED发光单元100上方出现亮带，可将如图1所示的扩散片10在所述LED发光单元100对应处做灰色印刷处理。图12即为所述扩散片印刷的实施例，如图12所示，在扩散片10上LED发光单元 100的对应处，做如11所示的灰色印刷，灰色的颜色深度可根据实际情况而定。上述所有组件由塑胶框14固定在边缘金属底盘3和中间金属底盘4拼装的底盘上，液晶显示屏15借助硅胶垫(图中未示出)的支撑放置在塑胶框14之上，最后由金属压条/框16固定液晶显示屏15。如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的LED背光源显示设备的结构。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的LED背光源显示设备，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
权利要求
1.一种LED背光源显示设备，包括为显示设备提供背光光源的LED发光单元、导光板、 反射片、扩散片、液晶显示屏以及容纳固定上述各光学元器件的框架，其特征在于，多个所述LED发光单元组成LED灯条，所述框架为拼接结构，并且在所述拼接处形成容纳所述LED灯条的凹槽。
2.如权利要求1所述的LED背光源显示设备，其中，所述LED发光单元包括自下而上结合在一起的设置有印刷电路的铝基板、LED封装单元和二次透镜。
3.如权利要求2所述的LED背光源显示设备，其中，多个LED封装单元焊接在一长条形的铝基板上形成所述LED灯条，每个LED封装单元分别对应结合一独立的二次透镜。
4.如权利要求2所述的LED背光源显示设备，其中，多个所述LED封装单元焊接在一长条形的铝基板上形成所述LED灯条； 所述二次透镜为与所述LED灯条相对应的透镜条，所述透镜条与所述LED灯条上的所有LED封装单元结合。
5.如权利要求3或4所述的LED背光源显示设备，其中，所述LED封装单元包括LED光源和封装所述LED光源的封装胶。
6.如权利要求3或4所述的LED背光源显示设备，其中，所述LED封装单元包括两颗LED光源、两个反射碗杯和封装所述LED封装单元的封装胶，所述两个反射碗杯分别设置在所述两颗LED光源的外侧，从而使所述LED光源射出的光线能够全部射向设置在LED封装单元上方的二次透镜。
7.如权利要求6所述的LED背光源显示设备，其中，在所述扩散片和液晶显示屏之间还设置有用以将所述扩散片射出的光线集中后再射向所述液晶显示屏的棱镜片。
8.如权利要求7所述的LED背光源显示设备，其中，在所述棱镜片和所述液晶显示屏之间还设置有具有P、S双向利用的增光片。
9.如权利要求6所述的LED背光源显示设备，其中，在所述扩散片对应于所述LED发光单元的上方作用于减弱射出光线亮度的灰色印刷。
10.如权利要求6所述的LED背光源显示设备，其中，所述二次透镜选用透光率为90%以上、折射率在1. 46 1. 53的硅胶透镜。
11.如权利要求1所述的LED背光源显示设备，其中， 所述框架包括具有拼接结构的底盘；所述底盘包括至少两个边缘底盘和至少一个中间底盘，所述底盘拼接处形成所述LED 灯条的嵌入凹槽。
12.如权利要求1所述的LED背光源显示设备，其中， 所述框架包括具有拼接结构的底盘；所述底盘包括至少四个边缘底盘、至少四个中间底盘和至少一个中央底盘，所述底盘拼接处形成所述LED灯条的嵌入凹槽。
13.如权利要求11或12所述的LED背光源显示设备，其中，所述反射片、导光板和扩散片为与所述底盘的拼接结构相对应的拼接结构。
全文摘要
本发明提供了一种LED背光源显示设备，包括为显示设备提供背光光源的LED发光单元、导光板、反射片、扩散片、液晶显示屏以及容纳固定上述各光学元器件的框架，其中，多个LED发光单元组成LED灯条，框架为拼接结构，并且在所述拼接处形成容纳所述LED灯条的凹槽。利用本发明能够降低整个显示设备的重量和厚度；减少LED的使用量；拼接方式的框架结构能够保证显示设备做成任意大尺寸；采用了拼接处嵌入LED光源，从而达到利用区域控制的方式提高背光亮度和显示器对比度的目的。
文档编号G02F1/13357GK102566139SQ201010609610
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者安国顺, 张帅, 杨敏乐, 汤云明 申请人:歌尔声学股份有限公司