CN101546063A - 以led为光源的超薄型液晶显示器用背光模块 - Google Patents

Abstract

本发明为一种侧光式LED背光模块，包括：由透光材料制成的导光板；导光板的至少一个侧面连接有支架条，在导光板和支架条之间形成容置空间；LED光源，其包括电路板及与之连接的多个LED芯片；荧光膜，其设置于LED芯片与导光板之间，将LED芯片发出的光线混光，以产生白背光或所需的其它颜色背光，所述LED光源和荧光膜位于该容置空间之内；透光导热材料，其填充于导光板和支架条之间形成容置空间之内。将多个LED芯片一体封装，解决了LED芯片单独封装元件分列时光源密度低，亮度不够的问题，从而使侧光式背光模块得以应用于大型超薄液晶显示装置。

Description

以LED为光源的超薄型液晶显示器用背光模块

技术领域

本发明涉及液晶显示器的背光模块，特别是涉及到一种以LED为光源的用于大型超薄液晶显示器的侧光式背光模块。

背景技术

由于液晶显示屏自身并不发光，因此需要背光模块给液晶显示器提供光源。背光模块作为液晶显示的关键组件之一，目前已广泛地应用于电脑显示屏、液晶电视等方面。背光模块置于液晶显示屏下方，以提供一定亮度和高均匀性的光线至显示屏，通过控制显示屏上的像素电极来形成不同亮度、不同色度和不同灰度和彩色的画面。

背光模块一般由光源和导光板组成，其中光源一般使用发光二极管(LED)，根据光源所在的位置不同，背光模块分为直下式背光模块(光源置于背光模块下方)和侧光式背光模块(光源置于背光模块侧边)。

直下式背光模块的光源置于背光模块的下方，LED的放置数量可以较多，因此可满足较高亮度或较大尺寸背光模块的需求；但直下式背光源模块因结构和光均匀性对扩散距离的要求，一般厚度均在30mm以上，不能满足液晶显示器超薄型的要求。

侧光式背光模块的光源置于背光模块侧边(光源位于背光模块的一侧或相对的两侧)，采用导光板进行光路变换和扩散，虽然其厚度可以做得相对较薄，但因导光板侧面有效面积的限制，封装后的灯管状LED或LED模块的体积较大，放置数量受到限制，对于大尺寸的背光模块，特别是超大尺寸的背光模块(如液晶电视的背光模块)，无法达到亮度技术指标的要求。现有技术中，要想提高侧光式背光模块的亮度，只有增加导光板侧面的有效面积，即增加导光板的厚度，而厚度增加会使成本大幅度提高；且对于超大尺寸(如27英寸以上)背光模块，不可能无限地增加导光板的厚度。所以传统的大尺寸背光模块(19英寸以上背光模块)均采用直下式背光模块。

为了改进背光模块的结构和功能，以使其适应大尺寸超薄型液晶显示屏的需要，现有技术中有许多有益的尝试，例如：国际公开号为WO2007/126172，名为“Back Light Unit Having Multi-Chip Light Emitting Diode Package anddisplay System”(具有多芯片发光二极管封装的背光单元和显示系统)的PCT专利公开提出了一种将至少两种发出不同波长的光线的LED芯片(如红、绿两色或红、绿、蓝三色LED芯片)封装在一起的背光单元；专利号为US 7,217,004，名为“Light Emitting Diode array Module For Providing Backlight andBacklight Unit Having the Same”(用于提供背光的发光二极管阵列模块及具有该模块的背光单元)的美国专利公开了一种具有特定排列图样的LED阵列的直下式背光模块，通过将LED封装元件显示单元以特定位置排列并加装透镜来使背光光线的分布更均匀以求减小背光模块厚度；再如，申请号为200610057733.4，名为“线性侧向发射器、背光系统和使用它们的液晶显示器”的中国专利申请提供了一种多个LED芯片按行排列，通过线性侧向发射器的特定表面形状设计来达到全反射效果的侧光显示模块。

并且，目前液晶显示器，尤其是大型液晶屏所需的背光以白色背光为主，因此，背光模块的光源也需能产生白光。就现有的LED生产技术而言，虽然可以直接生产白光LED芯片，但是其成本高昂且发光效率低，因此很少商用。业界一般使用的白光产生方式为将红、绿、蓝三个LED芯片用环氧树脂封装为一个发光元件，通过调整三个LED芯片的电流来产生白光，但是由于环氧树脂本身混光效果不佳，为了提高混光效果必须在导光板和LED封装元件之间增设混光元件或者增加导光板的尺寸以及显示区域与LED封装元件之间的距离，而这些手段和减小背光模块尺寸这一目的是相互矛盾的。

现有技术的固有缺陷使得使用直下式背光的大型液晶显示器薄型化过程中出现无法逾越的瓶颈，纵有改良也无法从根本上解决问题，而一般的侧光式背光显示模块又由于光源亮度所限而无法应用于大型超薄显示装置。例如，一种现有技术的侧光式LED背光模块的结构示意图如图1所示。其由光源110、导光板120及金属外壳170组成，在背光模块的背板上设有多个反光体121，导光板120和液晶显示器的显示区域之间一次设有一层光扩散材料4和一层光增量材料5，且在背光模块的各个侧壁涂有光反射材料131、132、133。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于大型超薄液晶显示器的背光模块，其主要特征在于能在更薄的结构下产生白色或其它指定颜色的背光，且制造方便成本低廉，从而实现大型液晶显示装置的薄型化，同时降低的大型超薄显示器的成本。尤其是提供一种侧光式背光模块，其可以具有更高的光源亮度以在无需增加导光板厚度的前提下适应大型显示装置的背光需求。

为达此目的，本发明是这样实现的：

本发明的侧光式LED背光模块，包括：导光板，其由透光材料制成；支架条，导光板的至少一个侧面连接有支架条，在导光板和支架条之间形成容置空间；LED光源，其包括电路板及与之连接的多个LED芯片；荧光膜，其设置于LED芯片与导光板之间，将LED芯片发出的光线混光，以产生白背光或所需的其它颜色背光，所述LED光源和荧光膜位于该容置空间之内；透光导热材料，其填充于导光板和支架条之间形成容置空间之内，覆盖LED芯片和电路板对其形成保护并将光线传导出去和给LED芯片散热。

优选地，所述导光板由聚碳酸酯、聚苯二甲酸乙二醇酯或亚克力制造，且导光板的厚度为0.4毫米到3.0毫米。

优选地，所述导光板的下面涂布有反射材料，以使更多光线从导光板上表面射出。

优选地，所述支架条内表面涂布有光反射材料。

优选地，在所述导光板上方设有光扩散材料，以使射出的光线更均匀。

优选地，所述的LED芯片为蓝色LED芯片；所述荧光膜为黄色荧光膜片，以混色生成白光。

优选地，所述支架条具有向内凸出的凸卡，将其容置空间分为光反射腔、结合腔和遮光腔，在光反射腔内容置有LED芯片、电路板、透光导热材料和荧光膜片；通过结合腔与导光板相结合；在凸块的外侧形成遮光腔。

本发明具有以下有益效果：

1、将多个LED芯片一体封装，解决了现有技术中将LED芯片单独封装元件(即通常所说的LED管)分列时光源密度低，亮度不够的问题，从而使侧光式背光模块得以应用于大型超薄液晶显示装置；

2、由单色LED芯片加上荧光膜混色而生成白色背光，与使用三色LED芯片封装元件生成白色背光相比，由于无需额外的混光元件和/或额外增加光源与显示区域之间的距离，更有利于减小背光模块的尺寸和简化生产步骤以及降低成本。

3、特殊结构的反射腔设计能更有效地提高反射效率，提高光源利用率。

下面将结合附图对本发明的上述以及其它的特征和优点加以详细说明。

附图说明

图1是现有技术的侧光式LED背光模块的结构示意图；

图2是本发明的双侧光源侧光式LED背光模块俯视剖面示意图；

图3是本发明的双侧光源侧光式LED背光模块正视剖面示意图；

图4是图2局部剖面放大示意图；

图5是本发明LED背光模块的支架条结构俯视示意图；

图6是本发明LED背光模块的支架条的上侧分支A向视图的示意图。

附图标记说明：

110-光源；120-导光板；121-反光体；131、132、133-光反射材料；140-光扩散材料；150-光增量材料；170-金属外壳；

10-超薄导光板；11-凹网点；20-光反射材料；30-光扩散材料；40-单色LED芯片；50-电路板；60-透光导热材料；70-荧光膜；80-支架条；90-外壳；81-光反射腔；82-结合腔；83-遮光腔；84-凸卡；85-排气孔；86-灌胶孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明详加说明。本发明的侧光式背光模块有双侧光源和单侧光源两种实现形式。

为达到更好的亮度效果，本发明的一实施例为使用双侧光源。图2是本发明的双侧光源侧光式LED背光模块俯视剖面示意图，图3是本发明的双侧光源侧光式LED背光模块正视剖面示意图，图4是图2局部剖面放大示意图。从图中可见，LED背光模块包括光源和导光板，两侧的光源为对称设置。在导光板两侧分别连接支架条80，支架条80与导光板两侧表面之间形成有容置空间(参见图5中的反射腔81)，多个LED芯片40、电路板50、及透光导热材料60容置其中。在整个背光模块的外部包覆有三面封闭一面开放的外壳90，该外壳可由金属材料或塑料材料制成。

其中，LED光源由电路板50及多个LED芯片40直接构成；LED芯片40通过电路板50形成串联和并联等指定连接形式，以及通过电路板50给多个LED芯片40供电；在LED芯片之上填充透光导热材料60形成封装。透光导热材料60覆盖LED芯片40和芯片电极引线，保护LED芯片和芯片电极引线、传导LED芯片发出的热量，并让光通过。为了增强导热效果，该电路板可使用铝基电路板。在所述电路板的下方和两侧涂布有反射材料，以使使LED芯片发出的侧部光和底部光向其上部光方向反射，从上平面方向输出。

在LED芯片40与导光板之间设有荧光膜70，LED芯片发出的光线经由荧光膜混色后形成白色背光或其它所需颜色的背光。关于LED芯片的色彩种类和荧光膜色彩种类的选配，在现有技术中已有较成熟的配色方法，例如，申请号为200610005070.1，名为“背光模块”的中国专利申请公开即涉及于此，在此不再赘述。本实施例中，为产生白色背光，使用LED芯片40使用蓝色LED，荧光膜片为黄色荧光膜片。LED芯片40、电路板50、支架条内壁的光反射材料20、透光导热材料60和荧光膜片70以及支架条80，组成支架条模块。

在导光板的下表面按光的分配设置有大小不同、密度不同的凹网点11；凹网点为刻制或压制到导光板上；同时，在导光板的下面涂布有光反射材料20，以减少其下侧对光线的吸收，使更多的光线从导光板上表面射出，同理，在支架条80的反射腔81的内表面也涂布有光反射材料20；在导光板的上方则设置有光扩散材料30，使来自导光板的光线能均匀扩散，以提高光源亮度的均匀性。导光板10、光反射材料20和光扩散材料30组成超薄型导光板模块。

其中，在导光板的下表面也可按光的分配设置有大小不同、密度不同的凸网点11；凸网点为印刷或压制到导光板上。

参阅图5、图6，其分别是本发明LED背光模块的支架条结构俯视示意图和本发明LED背光模块的支架条的上侧分支A向视图的示意图。从图中可见，支架条80具有向内凸出的凸卡，将其内部的圆台形容置空间分为光反射腔81、结合腔82、和遮光腔83，在光反射腔内容置有LED芯片40、电路板50、透光导热材料60和荧光膜片70；通过结合腔82与由导光板10、光反射材料20和光扩散材料30组成的导光板模块相结合；在凸块的外侧形成遮光腔83。

本发明的背光模块在制造时，是先将上述由导光板10、光反射材料20和光扩散材料30组成的导光板模块置于支架条的结合腔82内，当上述支架条模块与导光板模块结合后，从支架条凸卡84的灌胶孔86中灌注透光导热材料60，填充支架条模块与导光板模块间的空隙，空隙内的空气则经由排气孔85排出腔体之外。

现有技术使用的LED光源均为管状或模块状LED，其是将单个LED芯片，或2-3个LED芯片经环氧树脂等透明材料封装后形成的发光元件，体积远大于单个LED芯片。因此，本发明直接使用多个LED芯片构成光源可以大幅提高LED芯片的安装密度，在同样面积上产生更大的发光强度。

于此同时，本发明还使用高透光率材料制成导光板，例如，用PC(Polycarbonate，聚碳酸酯)、PET(Polythylene terephthalate，聚苯二甲酸乙二醇酯)或PMMA(亚克力)制作导光板，可以进一步减小导光板的厚度，例如，在本发明的实施例中，导光板的厚度可减小至0.3mm-3.0mm，与传统的导光板相比，厚度可减少5％-35％，使光路大大缩短，减小光能的损耗，使光效有较大幅度的提高。例如，根据本发明的32英寸16:9背光源，其导光板的厚度仅为0.8mm。

以上具体实施方式仅为本发明的较佳实施例，其对本发明而言是说明性的，而非限制性的。本领域的技术人员在不超出本发明精神和范围的情况下，对之进行变换、修改甚至等效，这些变动均会落入本发明的权利要求保护范围。

Claims (14)

1、一种侧光式LED背光模块，其特征在于，包括：

导光板，其由透光材料制成；

支架条，导光板的至少一个侧面连接有支架条，在导光板和支架条之间形成容置空间；

LED光源，其包括电路板及与之连接的多个LED芯片；

荧光膜，其设置于LED芯片与导光板之间，将LED芯片发出的光线混光，以产生白背光或所需的其它颜色背光，所述LED光源和荧光膜位于该容置空间之内；

透光导热材料，其填充于导光板和支架条之间形成容置空间之内，覆盖LED芯片和电路板对其形成保护并将光线传导出去和给LED芯片散热。

2、根据权利要求1所述的真空玻璃图像显示装置，其特征在于，所述背光模块为双侧光源，即在导光板的两侧均连接有支架条、LED光源、荧光膜和透光导热材料。

3、根据权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述背光模块还包括一外壳。

4、根据权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述导光板由聚碳酸酯、聚苯二甲酸乙二醇酯或亚克力制造，且导光板的厚度为0.4毫米到3.0毫米。

5、根据权利要求4所述的LED背光模块，其特征在于，所述导光板下表面设有凹网点或凸网点。

6、根据权利要求5所述的LED背光模块，其特征在于，所述凹网点为刻制或压制在导光板上；所述凸网点为印刷或压制到导光板上。

7、根据权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，在所述导光板的下面涂布有反射材料，以使更多光线从导光板上表面射出。

8、根据权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，在所述导光板上方设有光扩散材料，以使射出的光线更均匀。

9、根据权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述的LED芯片由至少由1组LED芯片组成，每组LED芯片由多片LED芯片组成，每片LED芯片间按需要进行串联或并联电连接。

10、根据权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，在所述电路板的下方和两侧涂布有反射材料，以使使LED芯片发出的侧部光和底部光向其上部光方向反射，从上平面方向输出。

11、根据权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述的LED芯片为蓝色LED芯片；所述荧光膜为黄色荧光膜片，以混色生成白光。

12、根据权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述支架条具有向内凸出的凸卡，将其容置空间分为光反射腔、结合腔和遮光腔，在光反射腔内容置有LED芯片、电路板、透光导热材料和荧光膜片；通过结合腔与导光板相结合；在凸块的外侧形成遮光腔。

13、根据权利要求12所述的LED背光模块，其特征在于，所述支架条的凸卡上设有灌胶孔和排气孔，用以向容置空间内注入所述透光导热材料。

14、根据权利要求1所述的LED背光模块，其特征在于，所述支架条内表面涂布有光反射材料。

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