CN102313188A

CN102313188A - 集成显示器外壳和智能控制的lcd背光模组

Info

Publication number: CN102313188A
Application number: CN2010102174067A
Authority: CN
Inventors: 刘胜; 秦宗; 王恺; 陈飞; 罗小兵
Original assignee: 刘胜
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2010-07-02
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2030-07-02
Also published as: CN102313188B

Abstract

一种集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组，包括：光源、自由曲面反射器、集成的显示器外壳、扩散膜、增亮膜、双层增亮膜、背光腔、光源支撑架、驱动电源、智能控制电路，其特征在于所述光源为冷阴极管或发光二极管，自由曲面反射器的外部构成显示器外壳，其内壁构成一个背光腔，背光腔顶部依次安放扩散膜、增亮膜及LCD面板模组，光源安装自由曲面反射面之上，光源之上设有一半透明半反光的光学板。本发明的优点是集成了光学、散热、显示器外壳、电源驱动和智能控制功能，使用了自由曲面反射面精确控制光线反射方向，在实现均匀照明的同时减小了厚度，加工工序少，制造成本低。

Description

集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器，，特别涉及一种集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组。

背景技术

近年来，平板显示器的市场随着消费电子产品的发展越来越大，其中，液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)占平板显示的份额接近90％。液晶显示器作为一种被动发光器件，本身不会发光，对于透射型液晶显示器，必须依靠背光光源将光线穿过显示面板，展现图形图像。背光模组作为液晶显示器中的重要组件，一般只包含光学系统，实际生产显示器时，还要为背光模组设计和装配附加的散热系统、驱动电源以及智能控制系统，再与LCD面板模组和显示器外壳组装成完整的显示器。因此，传统的背光模组不能直接与面板模组进行装配，这会增加生产工序，带来成本的上升。

在光学系统方面，LCD背光根据其光学结构分为Edge Lighting(侧下式)和Direct Lighting(直下式)两种。侧下式的光源布置在LCD面板侧面，通过Light Guide Plate(导光板)将光线均匀分布到面板上，直下式的光源直接布置在液晶面板下方，不需要导光板。无论是侧下式还是直下式背光，都需要扩散膜、增亮膜等光学薄膜将均匀照度转化为适合于观众观看的亮度分布。一般来说，侧下式LCD背光整体厚度更薄，适用于中小尺寸显示器；直下式LCD背光光线均匀度高，不受显示器尺寸制约，易于实现动态区域对比度控制。

在侧下式LCD背光中，光源出射的光线耦合到导光板的过程中会发生光能量损耗，导光板将水平方向入射的光线转向到LCD面板方向的过程中，也存在能量损耗，耦合效率和导光效率共同制约了侧下式背光的整体光效，一般来说，实际的侧下式背光系统的整体光效不高于75％，不利于实现节能显示器；而且目前导光板的导光面积有一定限制，单块导光板的导光面积一般小于30英寸对角线，超大尺寸显示器要使用多块导光板，增加了光学设计的难度和系统的复杂度。

在直下式LED背光中，一种技术方案如美国专利US6607286和US6679621所述，使用了侧面发光LED(Side Emitter LED)，LED出射的光能量集中在水平方向±20°的范围内。在这种基于侧面发光LED的背光系统中，背光腔的内壁涂覆以高反射率材料，LED发出的光线在背光腔内反复反射，最终在面板处形成均匀的光能量分布。这种背光结构均匀度较高，但是光线在反复反射的过程中损失了很多能量，整体光效偏低，而且整体厚度也偏大。另一种技术方案是将LED在面板下方分布式排布，由于LED出光能量的空间角度分布一般集中在轴线方向，LED需要与LCD面板相距一定距离，才能保证目标面照度均匀，一般来说，分布式LED直下式背光的厚度要大于侧下式LED背光。为了减小分布式LED直下式背光的厚度，一种技术方案是增加分布式排布LED的排布密度，可以在一定程度上减小系统厚度，但是这种技术方案会导致LED的数目急剧增加，22寸面板使用LED的数目已超过1000颗，会带来光源一致性、可靠性、电源驱动等一系列问题；另一种方法是使用二次透镜增大LED出光角度，同样可以减小系统厚度，目前已有经过精密光学设计的自由曲面透镜应用到LED背光之中，如中国发明专利200910041731.X所述，但是使用二次透镜改变光线出射方向时，由于全内反射的存在，光线出射角度并不能增大太多，则背光系统厚度减小的程度也有限，相比侧下式背光还有一定差距。

另外，目前的直下式背光中，背光模组与显示器外壳独立制造然后再与LCD面板模组、驱动电源等组装成完整的显示器。背光模组与显示器外壳作为相关的组件，功能上并无冲突，若能集成制造，可减少生产工序，降低成本。

发明内容

为了克服背光光学系统中侧下式整体光效偏低和直下式厚度大的缺点，将散热系统、驱动电源和智能控系统整体到背光系统中，并将背光模组与显示器外壳集成制造，本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组。该方案结合了自由曲面对反射光线的精确控制和其他光学器件的作用实现目标面的均匀照度，系统整体厚度小，光效高，便于安装和散热设计，而且集成制造也可带来生产成本的降低。

本发明集成了光学、散热、显示器外壳、电源驱动和智能控制功能的LCD背光模组可以与面板模组直接组装成LCD显示器。

本发明包括：光源、自由曲面反射器、集成的显示器外壳、扩散膜、增亮膜、双层增亮膜、背光腔、光源支撑架、驱动电源、智能控制电路，其特征在于所述光源为冷阴极管CCFL或发光二极管LED，自由曲面反射器的外部构成显示器外壳，其内壁构成一个背光腔，背光腔顶部为开放结构，用于安放扩散膜、增亮膜及液晶显示器LCD面板模组，背光腔底部为自由曲面反射器的自由曲面反射面，背光腔侧壁同为反射面，光源安装在背光腔底部自由曲面反射面之上，出光方向与LCD面板相对，光源之上设有一半透明半反光的光学板，显示器外壳设有散热翅片或加装散热风扇装置，驱动电源和智能控制电路安装在背光模组之中。本发明的优点是集成了光学、散热、显示器外壳、电源驱动和智能控制功能，使用了自由曲面反射面精确控制光线反射方向，在实现均匀照明的同时减小了厚度，加工工序少，制造成本低。

附图说明

图1本发明实施例一的剖视结构示意图；

图2本发明实施例二的剖视结构示意图；

图3本发明实施例三的剖视结构示意图；

图4本发明实施例四的剖视结构示意图；

图5本发明实施例五的剖视结构示意图；

图6本发明智能控制系统的原理框图。

图中：1a LED光源、1b CCFL光源、2a金属基板印刷电路板、2b用于CCFL光源与自由曲面反射器连接的高导热率材料、3自由曲面反射器、31自由曲面反射面、32背光腔侧壁、4驱动电源、5智能控制电路、51无线通信模块、45驱动电源与智能控制电路的集成部件、61色度、亮度传感器、62电学传感器、7半透明半反光的光学板、8散热翅片、9扩散膜、101增亮膜、102双层增亮膜。

具体实施方式

实施例一

下面结合附图进一步说明本发明的实施例：

参见图1，本实施例为一种集成了光学、散热、显示器外壳、驱动电源和智能控制功能的LCD背光模组，光源采用LED 1a，LED光源1a位于自由曲面反射器3的底部，安装在自由曲面反射面31的轴线上，出光方向与LCD面板相对，LED光源呈线形排布，LED光源通过高导热率的金属基板印刷电路板2a与自由曲面反射器3连接。

自由曲面反射器3的外部同时构成显示器外壳，内壁形成一个背光腔，背光腔顶部为开放结构，用于安放扩散膜9、增亮膜101、双层增亮膜102光学膜及LCD面板模组，背光腔底部为自由曲面反射器3的自由曲面反射面31，背光腔侧壁32同为反射面，自由曲面反射器3采用ABS塑料、铝材经注塑、冲压、精密机械加工方法制作，自由曲面反射器3内壁的反射面31和侧壁32均镀以高反射率材料，反射率大于70％。

白光LED构成一个背光单元BLU，各个LED背光单元BLU亦应呈线形排布；若采用三基色(RGB)LED，三基色(RGB)LED，则一颗红色，一颗蓝色，两颗绿色共四颗LED构成一个背光单元BLU，其封装形式为表面贴片封装，安装在自由曲面反射面上的LED光源呈直线排列。

背光腔中包含一个具有半透明半反光的光学板7，位于光源正上方，其透射率及反射率根据需要选择，外形通常呈平板状，本实施例为平板状，也可以为抛物面、球面等外形。

背光腔顶面的照射的路为：LED光源出射的大部分光线直接到达半透明半反光的光学板7，其余小部分直接到达背光腔顶部，到达半透明半反光的光学板7的光线中的透射部分穿过半透明半反光的光学板7到达背光腔顶部，反射部分到达自由曲面反射面，自由曲面反射面对这些光线进行二次反射，最终也到达背光腔顶部，通过精确控制其反射方向得到背光腔顶面的均匀照度分布。

自由曲面反射器3其他内壁将少部分没有直接到达背光腔顶部的光线也反射到背光腔顶部，以提高光能利用率；

为在背光模组中实现散热功能，光源与自由曲面反射面31的连接件采用高导热率材料如金属基板印刷电路板材料制作，热量自光源通过金属基板印刷电路板等连接件传导至自由曲面反射器3，自由曲面反射器3采用高导热率材料制成，其外部与环境连通，自由曲面反射器3的外部构成显示器外壳，自由曲面反射器3外部可采用散热翅片结构，即为背光模组的散热系统，也可根据需要加装散热风扇装置。

自由曲面反射器3上预留安装驱动电源4的位置，驱动电源4作为一个整体器件安装于自由曲面反射器3上，驱动电源4提供恒流驱动或恒压驱动或交流驱动，输出电流或电压可调。

智能控制电路5独立安装在自由曲面反射器3上，智能控制电路5为单片机或存储器或射频标签或无线通信模块或色度传感器、温度传感器、亮度传感器、电压传感器、电流传感器的组合，智能控制电路5根据传感器的反馈信号来调驱动节电源4输出电流或电压的大小。驱动电源4和智能控制电路5安装在自由曲面反射器3上，接收色度、亮度传感器61安装在自由曲面反射器3的侧壁32上，其中，智能控制电路5接受色度、亮度传感器61的反馈信号，对驱动电源4的输出进行调节。

半透明半反光的光学板7、背光腔的高反射率内壁共同控制光线走向，在背光腔顶面形成均匀照度分布，背光腔顶部的扩散膜9、增亮膜101、双层增亮膜102光学膜层，将均匀照度分布转化为所需的亮度分布。

实施例二

实施例二与实施例一相同，所不同的是自由曲面反射器3的外形加工成为侧面为弧形的形状，参见图2。

实施例三

实施例三与实施例一相同，所不同的是自由曲面反射器3的外形即显示器外壳不设置翅片结构，驱动电源4和智能控制电路5集成为一整体部件45，参见图3。

实施例四

实施例四与实施例一相同，所不同的是增加了无线通信模块51、电学传感器62，驱动电源4与智能控制系统5的安装在显示器外壳的边缘，显示器外壳不设置翅片结构，参见图4。智能控制电路5的系统框图参见图6。

实施例五

实施例五与实施例一相同，所不同的是光源采用CCFL光源1b，CCFL光源1b通过高导热率材料2b与自由曲面反射器3连接，自由曲面反射器3具有高导热率，其外部与环境连通，在能满足散热需求的情况下，不设置翅片结构。

自由曲面反射器3的外部同时构成显示器外壳，内壁形成一个背光腔，CCFL光源1b安装在自由曲面反射面31的轴线上，出光方向与LCD面板相对，驱动电源4和智能控制电路5集成为一整体部件45，安装在显示器外壳的边缘，参见图5。

Claims

1.一种集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组，包括：光源、自由曲面反射器、集成的显示器外壳、扩散膜、增亮膜、双层增亮膜、背光腔、光源支撑架、驱动电源、智能控制电路，其特征在于所述光源为冷阴极管(CCFL)或发光二极管(LED)，自由曲面反射器的外部构成显示器外壳，其内壁构成一个背光腔，背光腔顶部为开放结构，用于安放扩散膜、增亮膜及LCD面板模组，背光腔底部为自由曲面反射器的自由曲面反射面，背光腔侧壁同为反射面，光源安装在背光腔底部自由曲面反射面之上，出光方向与LCD面板相对，光源之上设有一半透明半反光的光学板，显示器外壳设有散热翅片或加装散热风扇装置，驱动电源和智能控制电路安装在背光模组之中。

2.根据权利要求1所述的集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组，其特征在于所述：LED光源为白光LED或RGB三基色LED，白光LED构成一个背光单元(BLU)，RGB三基色LED为一颗红色、一颗蓝色、两颗绿色共四颗LED构成一个背光单元(BLU)，其封装形式为表面贴片封装，安装在自由曲面反射面上的LED光源呈直线排列。

3.根据权利要求1所述的集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组，其特征在于所述自由曲面反射器采用ABS塑料、铝材经注塑、冲压、精密机械加工方法制作，自由曲面反射器内壁的各反射面，包括底面的自由曲面反射面和侧壁，均镀以高反射率材料，反射率大于70％。

4.根据权利要求1所述的集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组，其特征在于所述驱动电源、智能控制电路安装于自由曲面反射器内。

5.根据权利要求1所述的集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组，其特征在于所述智能控制电路为单片机或存储器或射频标签或无线通信模块或色度传感器、温度传感器、亮度传感器、电压传感器、电流传感器的组合。

6.根据权利要求1所述的集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组，其特征在于所述智能控制电路根据传感器的反馈信号来调节驱动电源输出电流或电压的大小。

7.根据权利要求1所述的集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组，其特征在于所述LCD面板背面依次为扩散膜、增亮膜、双层增亮膜，用于将均匀照度分布转化为亮度分布。

8.根据权利要求1所述的集成显示器外壳和智能控制的LCD背光模组，其特征在于所述光源与自由曲面反射面的连接件采用金属基板、印刷电路板材料制作。