直下式、側入式LED背光模組結構分析

　　1、背景和目的

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

　　據億光透露，三星公司打算進(jìn)一步把直下式LED背光液晶電視的厚度繼續往下做薄，當然，還需要克服很多技術(shù)困難，另外，結合側光式LED背光與直下式LED背光的技術(shù)也有機會(huì )推出（側光式LED背光液晶電視走俏　超薄設計是動(dòng)因）。

　　海信認為，首先是直下式占據LED高端，而側入式占據LED低端；接著(zhù)側入式逐漸取代CCFL背光，而直下式又逐漸取代側入式（“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(huì )2010”上，介紹了高速增長(cháng)的LED背光液晶電視的下一個(gè)發(fā)展趨勢（大勢所趨的LED背光液晶電視的下一個(gè)發(fā)展趨勢）。據介紹，許多面板廠(chǎng)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(gè)數，一般使用鏡頭蓋（Lens Cap）。通過(guò)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(jìn)行研發(fā)：

　　第一，對現有的側入式背光模組進(jìn)行改進(jìn)。

　　第二，對現有的直下式背光模組進(jìn)行改進(jìn)。

　　第三，設計和開(kāi)發(fā)同時(shí)具有直下式和側入式背光模組的主要優(yōu)點(diǎn)而沒(méi)有二者的主要缺點(diǎn)的新型的背光模組。側入式背光模組的主要缺點(diǎn)是直下式背光模組的主要優(yōu)點(diǎn)，直下式背光模組的主要缺點(diǎn)是側入式背光模組的主要優(yōu)點(diǎn)。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(zhuān)利分別進(jìn)行了統計。截至2009年3月31日，TFT-LCD背光模組技術(shù)領(lǐng)域的中國專(zhuān)利申請共計2381件。其中，發(fā)明專(zhuān)利申請數量為1885件，實(shí)用新型專(zhuān)利申請數量為466件。

　　2、側入式LED背光模組

　　側入式背光模組的主要缺點(diǎn)是：

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

　?。?）應用于大尺寸時(shí)具有挑戰性；

　?。?）不能進(jìn)行局域控制（local dimming）。

　　2.0、傳統的側入式LED背光模組

　　傳統的側入式LED背光模組的結構包括，LED光源設置在導光板的側面，導光板的底面上形成網(wǎng)點(diǎn)。LED封裝發(fā)出的光耦合進(jìn)入導光板，通過(guò)反射片和網(wǎng)點(diǎn)的反射和散射，向液晶屏方向傳播。

　　對于傳統的側入式LED背光模組，LED芯片發(fā)出的光不能全部進(jìn)入導光板，一方面，一部分光（大角度的光，約20%-30%，取決于封裝結構）由于全內反射而不能從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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jiàn)圖2。由于LED封裝的硅膠、透明膠、導光板的折射系數基本上相同，因此，在LED封裝的出光表面處基本上沒(méi)有全內反射，在導光板入光表面處也基本上沒(méi)有反射，LED芯片發(fā)出的光基本上全部進(jìn)入導光板，耦合效率提高，基本達到100%。另外，由于沒(méi)有全內反射，LED芯片發(fā)出的大角度的光也進(jìn)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%。

　?。?）每個(gè)LED封裝產(chǎn)生的熱量減少約8% - 13%。

　?。?）保證同樣亮度的情況下，所用的LED封裝的數量約減少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%。

　?。?）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(wú)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(shí)，被V型槽402全內反射，從而向導光板側面傳播，見(jiàn)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(shí)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(shí)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。

　?。?） 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的側入式LED背光模組的厚度增加1.7mm。

　?。?）LED封裝的光取出效率高。

　?。?）散熱較好。

　?。?）LED封裝的出光角度加大。

　　2.3、減少使用LED封裝數量的無(wú)導光板的側入式LED背光模組

　　沒(méi)有導光板的側入式LED背光模組的一個(gè)實(shí)施例：在一側設置LED光源205，與其相對的是側反光片204b，在主反光片204a和側反光片204b上形成網(wǎng)點(diǎn)203，調整網(wǎng)點(diǎn)的結構和分布，使得亮度分布均勻，圖4a。

圖4a截面圖

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

圖4b截面圖

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

　?。?）減少產(chǎn)生的熱量。

　?。?）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(diǎn)之一是：與側入式LED背光模組相比較，厚度較大。

　　3.0、 傳統的直下式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(gè)實(shí)施例：在每一個(gè)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(diǎn)207，被反射和散射后，向液晶屏方向傳播，見(jiàn)圖6a。

圖6a截面圖

　　反射鏡208a/308a面對LED光源203的表面具有微結構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展示的結構。