CN101893785A

CN101893785A - 一种液晶显示的背光实现方法

Info

Publication number: CN101893785A
Application number: CN 201010211518
Authority: CN
Inventors: 郭敏强
Original assignee: Shenzhen Skyworth RGB Electronics Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Skyworth RGB Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2010-06-25
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2030-06-25
Also published as: CN101893785B

Abstract

本发明公开一种液晶显示的背光实现方法，包括下述步骤：虚拟地对导光板进行区域划分，典型地以矩形导光板的二侧边中点连线、二对角线均分为面积相同的八个区域。高功率LED以一定角度耦合到导光板的顶角位置，导光板顶角形状并非传统的直角而为“W”形状，LED分布在“W”形顶角的内侧边。LED的功率选择与导光板划分区域网点设计相匹配，存在对应关系，以便更好地使光分布到整个导光板体积内，提高光耦合效率和光导的均匀性。本发明创作提出了一种“W”形顶角发光的LED背光系统实现方法，减少了LED数量，降低了LED背光系统的复杂度，同时也提高了背光系统出光均匀性。由于金属散热背板、金属连接基板等部件都位于四周顶角部位，因此整机系统的机械强度也可得到一定程度的加强。

Description

一种液晶显示的背光实现方法

技术领域

本发明属于液晶显示技术领域，尤其涉及一种液晶显示的背光实现方法。

背景技术

当前液晶显示器和液晶电视的背光系统主要有冷阴极荧光灯(CCFL)、外置电极荧光灯(EEFL)和LED等多种类型。传统CCFL、EEFL荧光灯型光源寿命较短，且其玻璃管内封入的隋性气体中含有微量水银蒸气，对环境存在一定的危害。由于LED直接将电能转化为光能，因此光电转换效率较高，节能效果好，LED背光产品也逐渐进入产业化，其市场份额也在迅速扩大。目前，采用LED背光的液晶显示器和液晶电视多采用侧光式LED背光，即上下侧边进光或单侧边进光，再辅以导光板做光导，这种方式比直下式LED背光可大幅减少LED使用数量，降低LED背光系统复杂度，同时也大大降低了成本。随着LED技术的不断进步，LED发光效率提升仍有较大空间，因此，目前侧光式的LED背光系统设计可进一步得到优化并简化。中国发明专利申请第200780031724.0公开了使用高功率LED的角耦合背光系统，其将LED安装在一个顶角的小的反射腔内，反射腔呈矩形，多个LED排列在同一平面并以相对于导光板长边或短边相同的夹角与导光板平顶角耦合。然而该种LED安装方式涉及反射腔设计，整体光学系统实现比较复杂，也存在显著的光耦合低效率和不均匀性，并且该专利没有对导光板的设计进行匹配性描述，这也会使光不能更好地平均分布到整个导光板体积内。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种液晶显示的背光实现方法，其可以减少LED数量，降低LED背光系统的复杂度。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种液晶显示的背光实现方法，包括下述步骤：

虚拟地对导光板进行区域划分，典型地以矩形导光板的二侧边中点连线、二对角线均分为面积相同的八个区域。

高功率LED以一定角度耦合到导光板的顶角位置，导光板顶角形状并非传统的直角而为“W”形状，LED分布在“W”形顶角的内侧边。LED的功率选择与导光板划分区域网点设计相匹配，存在对应关系，以便更好地使光分布到整个导光板体积内，提高光耦合效率和光导的均匀性。

相较于现有技术，本发明创作提出了一种“W”形顶角发光的LED背光系统实现方法，减少了LED数量，降低了LED背光系统的复杂度，同时也提高了背光系统出光均匀性。由于金属散热背板、金属连接基板等部件都位于四周顶角部位，因此整机系统的机械强度也可得到一定程度的加强。

附图说明

图1是本发明的LED顶发光整体背光系统分布的俯视示意图。

图2是本发明的LED与导光板耦合的“W”形顶角局部俯视放大图。

图3是本发明的LED与导光板耦合的侧视截面图。

图4是本发明的LED与导光板光路图。

图5、6、7、8是本发明其它三种实施例的LED顶发光整体背光系统的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明液晶显示的背光实现方法主要应用于各种尺寸的液晶显示器和液晶电视机的背光系统。首先虚拟地对导光板进行分区域划分，分别用矩形导光板的二侧边中点连线、二对角线均分为面积相同的8个区域(导光板依然保持完整)。LED也采用8个高功率LED，具体包括两组不同功率规格和发光亮度，每组各4个。每个LED对应上述导光板8个区域的其中一区域部分，并由此进行导光板网点与对应的LED放置角度和功率的优化匹配设计，最终在满足亮度、均匀度等要求情况下降低LED功率和优化导光板网点设计，从而降低整体背光系统成本，并有效减少LED的散热。高功率LED以一定角度耦合到导光板的顶角位置，导光板顶角形状并非传统的直角而为“W”形状，LED分布在“W”形顶角的内侧边。LED的功率选择与导光板划分区域网点设计相匹配，存在对应关系，以便更好地使光分布到整个导光板体积内，提高光耦合效率和光导的均匀性，由此提升液晶背光系统的效率，提高液晶显示的品质。

请参照图1所示，高功率白光LED 10安装在导光板12的四个顶角位置，在本实施例中，导光板12的四个顶角共安装了8个LED，分别对应导光板的八个面积相等的区域。该八个区域在图1中虚拟地以虚线分割(实际导光板保持完整)，虚线分别为二侧边中点连线和二对角线组成。8个高功率LED包括两组不同功率规格和发光亮度，每组各4个，每个LED对应所述导光板八个区域之一。导光板四顶角的平面截顶呈“W”形状，每个顶角可安装两个LED。LED光学地耦合到导光板的平面截顶处，并由此进行导光板网点与对应的LED放置角度和功率的优化匹配设计，以提供均匀的导光板各区域光分布。导光板网点设计在远离侧边位置相对较密，网点较大，以增加光线反射，而在侧边位置相对较疏，网点较小，由此使光线在导光板网点作用后正面出射光线均匀。

图2所示是本实施例的LED与导光板耦合的“W”形顶角局部俯视放大图。其中，LED晶元(或晶粒)10A和10B被分别安装在基板14上，基板可以是金属铝基板、陶瓷基板、FR4或其它具有一定热传导性能的材料组成。基板的作用为输出LED发光时晶元形成的热量，以降低LED本身的温度，提高LED发光效率和寿命。基板面对导光板表面涂有可以反射光线的白漆。LED晶元(或晶粒)10A和10B一般情况具有不同的封装大小和发光功率，而对于非严格要求的情况下，LED晶元(或晶粒)10A和10B也可以具有相同的封装大小和发光功率。以长短边比为16∶9的导光板为例，通过对角线虚拟分割后，导光板的直角被分割为两个非对称的锐角，分别约为68.9度和21.1度。对上述二锐角平顶化后，原为直角的导光板顶角形成非对称的“W”形状。与之相对应，用于LED晶元(或晶粒)固定的基板也呈非对称的“W”形状，LED晶元(或晶粒)分别固定在“W”形基板的内侧，并与导光板的平顶截面对应吻合。“W”形状基板的外侧与导光板的侧边贴合，兼起反射光线作用。同时，为进一步提高散热效果，基板14与更大的散热板16紧密贴合，散热板16则可与整个液晶显示模组的金属背板固定。散热板16也呈非对称的“W”形状。

图3为本实施例的LED与导光板耦合的侧视截面图，其中散热板16将LED基板14、LED 10和导光板12进行有效对准固定。导光板12放置在散热板16的底部凸起部位，使得导光板12的水平中线与LED晶元水平中线位于同一平面，从而离开LED的光线能更有效地进入导光板。

图4为本实施例以一条极限角度的光线为例来进行说明，来自LED 10的一条接近平行于导光板侧边表面的角度(法线角度

度)入射导光板后，光线进入导光板后的光路变化。由于空气和导光板材料(主要为有机玻璃PMMA，Polymethyl Methacrylate)不同的折射率(空气和导光板的折射率分别为1和1.49)，光线将以最大法线角度θ₂＝42.2度在导光板内反射。任何LED发出的光线都将小于该最大法线角度而在导光板内不断地进行反射，除非经导光板底部网点18后进行散射。部分散射后穿越导光板底面的光线经导光板下反射膜片作用后重回导光板内再次利用。

本实施例除了可在背光设计上实现更高效简便外，对于液晶显示的图像还具有局部调光(Dimming)作用，从而提高图像质量和节能效果。而对于非白光LED，例如一个LED晶粒封装有红、绿、蓝三色出光的高功率LED晶元而言，上述实施例还可实现更高图像质量的彩色局部调光(Dimming)作用。

图5所示为本发明创作的另一实施例，其LED晶元以透镜20进行封装，由此以提高LED出光效率。透镜的形状可选择为椭圆形、半圆形、双半球透镜形甚至其它不规则形状，用于控制LED不同的出光角度，与导光板进行更好的匹配耦合。

图6、图7与图8所示为本发明创作的其他实施方式，对于更高功率的LED，可采用图6、图7与图8所示的LED分布方式。整个背光系统仅采用四个相同或不同的LED，LED与导光板平顶角的角度将结合导光板厚度、网点分布等优化设计，由此提高导光板12与LED10、基板14及散热板16的匹配度。图6所示的实施方式四个LED分别分布在导光板的两个对角，图7所示的实施方式四个LED分别分布在导光板的四个顶角的互补角，而图8所示的实施方式四个LED分别分布在导光板的四个顶角全角。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、组合、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种液晶显示的背光实现方法，其特征在于，包括下述步骤：

高功率LED以一定角度耦合到导光板的顶角位置，导光板顶角形状并非传统的直角而为“W”形状，LED分布在“W”形顶角的内侧边，LED的功率选择与导光板划分区域网点设计相匹配，存在对应关系，以便更好地使光分布到整个导光板体积内，提高光耦合效率和光导的均匀性。

2.如权利要求1所述液晶显示的背光实现方法，其特征在于：导光板四顶角的平面截顶呈“W”形状，每个顶角可安装两个LED，LED光学地耦合到导光板的平面截顶处，并由此进行导光板网点与对应的LED放置角度和功率的优化匹配设计，以提供均匀的导光板各区域光分布。

3.如权利要求2所述液晶显示的背光实现方法，其特征在于：导光板顶角呈非对称的“W”形状，与之相对应，用于LED晶元固定的基板也呈非对称的“W”形状，LED晶元分别固定在“W”形基板的内侧，并与导光板的平顶截面对应吻合，“W”形状基板的外侧与导光板的侧边贴合，兼起反射光线作用；另外基板与散热板紧密贴合，散热板也呈非对称的“W”形状。

4.如权利要求3所述液晶显示的背光实现方法，其特征在于：散热板将LED基板、LED和导光板进行有效对准固定，导光板放置在散热板的底部凸起部位，使得导光板的水平中线与LED晶元水平中线位于同一平面，从而离开LED的光线能更有效地进入导光板。

5.如权利要求4所述液晶显示的背光实现方法，其特征在于：LED晶元以透镜进行封装，透镜的形状可选择为椭圆形、半圆形、双半球透镜形或者其它不规则形状，用于控制LED不同的出光角度，与导光板进行更好的匹配耦合。

6.如权利要求5所述液晶显示的背光实现方法，其特征在于：LED安装在导光板的四个顶角位置，导光板的四个顶角共安装八个LED，分别对应导光板的八个面积相等的区域。

7.如权利要求5所述液晶显示的背光实现方法，其特征在于：导光板的四个顶角共安装四个相同或不同的LED，四个LED分别分布在导光板的两个对角。

8.如权利要求5所述液晶显示的背光实现方法，其特征在于：导光板的四个顶角共安装四个相同或不同的LED，四个LED分别分布在导光板的四个顶角的互补角。

9.如权利要求5所述液晶显示的背光实现方法，其特征在于：导光板的四个顶角共安装四个相同或不同的LED，四个LED分别分布在导光板的四个顶角全角。

10.如权利要求5所述液晶显示的背光实现方法，其特征在于：液晶显示的图像还具有局部调光(Dimming)作用，对于红、绿、蓝三色出光的高功率LED晶元而言，还可实现更高图像质量的彩色局部调光(Dimming)作用。