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光行天下 -> 液晶顯示,背光源模組技術(shù)與產(chǎn)業(yè) -> 直下式、側(cè)入式LED背光模組結(jié)構(gòu)分析 [點(diǎn)此返回論壇查看本帖完整版本]

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200833

2014-12-29 13:01

直下式、側(cè)入式LED背光模組結(jié)構(gòu)分析

1、背景和目的
　　LED背光源的市場(chǎng)占有率迅速擴(kuò)大。目前，LED背光模組的技術(shù)正在發(fā)展，LED背光模組的結(jié)構(gòu)正在發(fā)展。
　　據(jù)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(xù)往下做薄，當(dāng)然，還需要克服很多技術(shù)困難，另外，結(jié)合側(cè)光式LED背光與直下式LED背光的技術(shù)也有機(jī)會(huì)推出（側(cè)光式LED背光液晶電視走俏　超薄設(shè)計(jì)是動(dòng)因）。
　　海信認(rèn)為，首先是直下式占據(jù)LED高端，而側(cè)入式占據(jù)LED低端；接著側(cè)入式逐漸取代CCFL背光，而直下式又逐漸取代側(cè)入式（“第4屆中國(guó)國(guó)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(zhǎng)的LED背光液晶電視的下一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)（大勢(shì)所趨的LED背光液晶電視的下一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)）。據(jù)介紹，許多面板廠商計(jì)劃削減導(dǎo)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(shù)，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(duì)現(xiàn)有的側(cè)入式背光模組進(jìn)行改進(jìn)。
　　第二，對(duì)現(xiàn)有的直下式背光模組進(jìn)行改進(jìn)。
　　第三，設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)同時(shí)具有直下式和側(cè)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(cè)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(cè)入式背光模組的主要優(yōu)點(diǎn)。二者具有很強(qiáng)的互補(bǔ)性。
　　“中國(guó)電子報(bào)”對(duì)背光模組的重要部件，如導(dǎo)光板、擴(kuò)散板、反射板、光源的專利分別進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。截至2009年3月31日，TFT-LCD背光模組技術(shù)領(lǐng)域的中國(guó)專利申請(qǐng)共計(jì)2381件。其中，發(fā)明專利申請(qǐng)數(shù)量為1885件，實(shí)用新型專利申請(qǐng)數(shù)量為466件。
2、側(cè)入式LED背光模組
　　側(cè)入式背光模組的主要缺點(diǎn)是：
　　（1）LED封裝與導(dǎo)光板的耦合效率（coupling efficiency）還可以提高；
　　（2）應(yīng)用于大尺寸時(shí)具有挑戰(zhàn)性；
　　（3）不能進(jìn)行局域控制（local dimming）。
　　2.0、傳統(tǒng)的側(cè)入式LED背光模組
　　傳統(tǒng)的側(cè)入式LED背光模組的結(jié)構(gòu)包括，LED光源設(shè)置在導(dǎo)光板的側(cè)面，導(dǎo)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(dǎo)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(duì)于傳統(tǒng)的側(cè)入式LED背光模組，LED芯片發(fā)出的光不能全部進(jìn)入導(dǎo)光板，一方面，一部分光（大角度的光，約20%-30%，取決于封裝結(jié)構(gòu)）由于全內(nèi)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(dǎo)光板入光表面的反射，而不能進(jìn)入導(dǎo)光板，如圖1所示。LED封裝和導(dǎo)光板之間的耦合方式和效率需要進(jìn)一步提高。

[attachment=60813]

圖1　截面圖

　　2.1、提高LED封裝與導(dǎo)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(dǎo)光板，采用透明膠210把LED封裝102的出光表面粘在導(dǎo)光板的入光表面，見(jiàn)圖2。由于LED封裝的硅膠、透明膠、導(dǎo)光板的折射系數(shù)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(nèi)反射，在導(dǎo)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(dǎo)光板，耦合效率提高，基本達(dá)到100%。另外，由于沒(méi)有全內(nèi)反射，LED芯片發(fā)出的大角度的光也進(jìn)入導(dǎo)光板，易于達(dá)到亮度的均勻性。

[attachment=60814]

圖2　截面圖

　　優(yōu)勢(shì)：(1)LED封裝和導(dǎo)光板之間的耦合效率提高。

　　（2）LED封裝的出光效率（extraction efficiency）提高約20%-30%。

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

　　（4）保證同樣亮度的情況下，所用的LED封裝的數(shù)量約減少16%-23%，降低成本。

　　（5）LED背光模組產(chǎn)生的總熱量約減少23% - 33%。

　　（6）能量消耗約減少16%-23%。

　　（7）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(dǎo)光板
　　帶有V型槽的導(dǎo)光板的側(cè)入式LED背光模組使得LED背光源應(yīng)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(dǎo)光板401的頂部的中間部位形成V型槽402，并在導(dǎo)光板的底部與V型槽對(duì)應(yīng)的位置設(shè)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(nèi)反射，從而向?qū)Ч獍鍌?cè)面?zhèn)鞑ィ?jiàn)圖3a和3b。LED光源粘在導(dǎo)光板的底部，增加光取出效率。

[attachment=60815]

圖3a頂視圖

[attachment=60816]

圖3b截面圖

　　圖3c展示V型槽402a、402b和402c成十字形設(shè)置的實(shí)施例,可以用于大尺寸的背光源。

[attachment=60817]

圖3c示意圖

　　圖3d展示圖3c的實(shí)施例的示意圖。

[attachment=60818]

圖3d示意圖

　　優(yōu)勢(shì)：（1）適用于任意大尺寸的顯示屏。
　　（2）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(tǒng)的側(cè)入式LED背光模組的厚度增加1.7mm。
　　（3）LED封裝的光取出效率高。
　　（4）散熱較好。
　　（5）LED封裝的出光角度加大。
　　2.3、減少使用LED封裝數(shù)量的無(wú)導(dǎo)光板的側(cè)入式LED背光模組
　　沒(méi)有導(dǎo)光板的側(cè)入式LED背光模組的一個(gè)實(shí)施例：在一側(cè)設(shè)置LED光源205，與其相對(duì)的是側(cè)反光片204b，在主反光片204a和側(cè)反光片204b上形成網(wǎng)點(diǎn)203，調(diào)整網(wǎng)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和分布，使得亮度分布均勻，圖4a。

[attachment=60819]

圖4a截面圖

　　圖4b展示在兩側(cè)設(shè)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。

[attachment=60820]

圖4b截面圖

　　優(yōu)勢(shì)：（1）沒(méi)有導(dǎo)光板以及光在導(dǎo)光板中的衰減，因此，減少使用的LED封裝的數(shù)量。
　　（2）減少產(chǎn)生的熱量。
　　（3）減低成本。
　　（4）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(cè)入式LED背光模組相比較，厚度較大。
　　3.0、傳統(tǒng)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。

[attachment=60821]

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(shè)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。

[attachment=60822]

圖6a截面圖

　　反射鏡208a/308a面對(duì)LED光源203的表面具有微結(jié)構(gòu)308b，反射鏡208a/308a的設(shè)置是從一組設(shè)置中選出，該組設(shè)置包括，但不限于，圖6b展示的結(jié)構(gòu)。

[attachment=60823]

圖6b截面圖

　　優(yōu)勢(shì)：（1）比較薄。
　　（2）LED背光模組可以區(qū)域控制。
　　3.2、薄型的帶有網(wǎng)點(diǎn)的直下式LED背光模組
　　反光片上帶有網(wǎng)點(diǎn)的直下式LED背光模組的一個(gè)實(shí)施例：設(shè)置LED封裝203，使得LED封裝發(fā)出的光向水平方向傳播，被反光片204c、204a、204b及其上的網(wǎng)點(diǎn)208反射和散射，向液晶屏205方向傳播。使得與液晶屏垂直方向的光程（或RGB的混光距離）的一部分變成與液晶屏平行方向的光程（或RGB的混光距離），見(jiàn)圖7。

[attachment=60824]

圖7截面圖

　　優(yōu)勢(shì)：（1）比較薄。
　　（2）LED背光模組可以區(qū)域控制。
　　3.3、薄型的帶有反光結(jié)構(gòu)的直下式LED背光模組
　　帶有反光結(jié)構(gòu)的直下式LED背光模組的一個(gè)實(shí)施例：設(shè)置LED封裝203，使得LED封裝發(fā)出的光向水平方向傳播，被反射鏡207a和207b、反光片204a/204b/204c、網(wǎng)點(diǎn)208反射和散射，向液晶屏方向傳播。使得與液晶屏垂直方向的光程（或RGB的混光距離）的一部分變成與液晶屏平行方向的光程（或RGB的混光距離），見(jiàn)圖8a。反射鏡組成陣列。

[attachment=60825]

圖8a截面圖

　　反射鏡的設(shè)置207/307包括，但不限于，圓弧（圖8a）、圓形、四方形、六邊形，等。每個(gè)反射鏡307的設(shè)置內(nèi)包括至少一個(gè)LED封裝303，每個(gè)LED封裝303包括至少一個(gè)LED芯片，見(jiàn)圖8b。

[attachment=60826]

圖8b頂視圖