CN102588841B

CN102588841B - 温度自适应高亮度led直下式液晶背光模组

Info

Publication number: CN102588841B
Application number: CN201210039662.0A
Authority: CN
Inventors: 毕汪虹
Original assignee: NANJING HIPROS DIGITAL DEVICES CO Ltd
Current assignee: Nanjing shicang Information Technology Co., Ltd
Priority date: 2012-02-21
Filing date: 2012-02-21
Publication date: 2015-10-14
Anticipated expiration: 2032-02-21
Also published as: CN102588841A

Abstract

温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组，在外壳内安装有高亮度LED阵列作为发光源，该LED阵列上方设有扩散片，所述LED阵列焊接在LED电路基板上，在紧贴LED电路基板的上方和各LED的四周与下部，设有曲面反射板，其特征在于，所述的曲面反射板分为反射光和散热两部分结构；主体由导热材料构成，反射面做抛光或反光涂层处理；在该曲面反射板上，与每个LED一一对应的位置上，分别设有反射曲面；这些反射曲面构成散热反光结构；所述的各LED位于该反射曲面的焦点上或焦点位置附近。本发明避免了背光模组发热骤增烧坏液晶屏或降低液晶屏使用寿命的问题或冻坏液晶屏的问题。

Description

温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组

技术领域

本发明涉及一种温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组，是生产或改装大尺寸LED背光液晶屏的一种部件，属于液晶显示技术领域。

背景技术

液晶LCD本身不发光，液晶屏的背光模组是液晶显示的光源提供者。在液晶本身透光率一定的前提下，背光模组提供的光的强度或亮度越高，液晶屏显示的画面越亮。

由于环保，节能，寿命长，厚度薄等诸多优点，发光二极管LED背光模组正在逐渐取代传统的冷阴极荧光灯管CCFL背光模组。LED直下式液晶背光模组是大尺寸液晶屏光源的主要技术解决方案之一。现有技术的LED直下式液晶背光模组结构原理如图1所示。发射背光3的LED 1阵列焊接在电路基板2上；其上方设有扩散片4；其下方或周边设有反射板5。

但是目前LED背光的发光效率只有CCFL背光的一半左右，特别是在大尺寸液晶背光模组中，由于LED随着面积的增大而出现的电流密度不均匀现象会加重，发光效率下降会更严重，导致产生较高的热量，影响液晶屏亮度的提高，虽然现有LED背光模组采用了主动散热技术，但目前的技术散热效果有限，导致大尺寸液晶屏如：32/47/52/65等英寸液晶屏的亮度都在400 －500cd/㎡左右。对于液晶电视可以满足要求；但对于要求液晶屏亮度高的领域，如：户外广告牌，一般白天亮度要达到1200 cd/㎡以上才能完全满足要求，400 cd/㎡左右的亮度就不够。为了提高背光亮度，就必须增加液晶背光模组中单个LED的亮度或LED点阵的密度，两种都会引起背光模组发热骤增，降低液晶屏使用寿命甚至高温烧坏液晶屏。在气温高的环境中（如：北半球夏天户外阳光下）使用，高亮度和控制LED背光模组温度是一对难以解决的矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组，以化解提高液晶屏亮度和控制背光模组温度间的矛盾；避免用提高单个LED亮度和LED阵列密度的办法来提高液晶屏亮度时发生的背光模组发热骤增烧坏液晶屏或降低液晶屏使用寿命的问题；同时也能够有效解决在低温环境下使用容易冻坏液晶屏的问题。使液晶屏不但满足高亮度显示的要求同时在环境温度高低变化大的情况下（如：户外或高纬度地区）可靠地工作，以扩展液晶屏的使用领域。

完成以上发明目的方案是，一种温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组，在外壳内安装有高亮度LED阵列作为发光源, 该LED阵列上方设有扩散片，所述LED阵列焊接在LED电路基板上，在紧贴LED电路基板的上方和各LED的四周与下部，设有曲面反射板，其特征在于，所述的曲面反射板分为反射光和散热两部分结构（即曲面反射板同时兼做内散热板作用）；主体由导热材料构成，反射面做抛光或反光涂层处理。在该曲面反射板上，与每个LED一一对应的位置上，分别设有反射曲面；这些反射曲面构成散热反光结构；所述的各LED位于该反射曲面的焦点上或焦点位置附近。以最高效率地把LED发出的光导向扩散片。

本发明设有以下优化方案：

1、本发明的液晶背光模组增加了由良导热材料制成的内导热板结构，即：LED电路基板上布满了通孔阵列，安装在内导热板上，内导热板布满凸起，通孔阵列的位置与内导热板上的凸起位置对应，以便内导热板凸起穿过电路板，与兼做内散热板作用的反射板紧密连接在一起。使LED阵列发光产生的热量快速的传导到背光模组的外测。因为电路基板是热的不良导体，该结构解决了LED背光模组电路基板将LED发光产生的热量隔离在背光模组内侧使热量聚积不易传导出去的通病，大大提高了导热效率。

2、所述的外壳下方设有亮度、温度主动控制系统，该亮度、温度主动控制系统中设有制冷半导体阵列、外散热板、温度传感器、散热器，及由CPU构成的背光模组智能控制器；所述的温度传感器设置在液晶背光模组的周边；所述的制冷半导体阵列的驱动器及所述LED阵列的驱动器与该液晶背光模组智能控制器连接。

所述的制冷半导体阵列，是采用制冷、制热双向运转的半导体阵列，其中的外散热片也采用散热、散冷双向运转的散热/散冷片。

3、所述的反射曲面，是采用抛物面的形状，或凹半球形或凹多面体形。

4、所述的LED采用发光面为扁平状的LED。

5、所述的LED采用亮度15000mcd以上白光LED。

本发明的具体实施步骤如下：

一、新型结构的反射板、新型结构的LED电路基板和新增结构的内导热板及其新型组合方式：新型结构的曲面反射板同时起到导热（冷）板的作用，在反光的同时快速传导热（冷）。反射板内表面（LED一侧）具有散热反光结构，结构不限于图2所示的抛物面的形状，还包括其他形状（例如凹半球形或凹多面体形）。反射板靠内导热板一侧有较好平整度和表面光洁度的小平面阵列，小平面的外径或面积要大于内导热板凸起截面的直径或面积,以保证和内导热板紧密接触（可以辅助加导热胶），提高导热/冷效率；反射板可以采用导热性能好的金属材料（如：铝，铜或其它合金）表面通过镀或化学处理或喷涂技术形成反光层以提高反光率。LED位于反射板曲面焦点附近。LED 可以采用发光面为扁平状的,亮度15000mcd以上白光LED或其他合适的LED.LED发光二极管阵列的密度即LED之间的分布距离可以根据最高亮度来确定。

LED电路基板上加工有贯穿基板两面的通孔阵列,通孔在LED周边;通孔比较好加工的形状为圆孔,但不限于圆形.圆孔直径和间距根据LED的机械尺寸和密度来确定.基板的较佳厚度可以在0.5mm-2mm,但不限于此.

内导热板是本发明中新增加的结构件,由导热效率高的材料构成,一侧加工有凸起,凸起的直径或周长略小于电路基板的通孔直径或周长,以便穿过通孔,凸起的高度比LED电路基板厚度大,保证能与反射板下侧紧密接触安装. 内导热板另一侧是较好平整度和表面光洁度的平面以便与制冷/热半导体密切接触提高导热/冷效率.

新型组合方式如图2所示,即LED发光二极管焊接在LED电路基板上表面, 曲面反射板安装在LED电路基板上部,安装时确保LED位于曲面焦点附近,以保证光线的有效方向;LED电路基板夹在反射板和内导热板之间;内导热板上的凸起阵列穿过电路基板通孔阵列于反射板下侧面紧密接触安装,该安装可以采用螺丝或胶.在曲面反射板与LED电路基板之间, LED电路基板与内导热板可以填充导热绝缘胶. 曲面反射板和内导热板的设计特别适合运用模具冲压或压注批量生产,以降低生产成本和提高安装精度和劳动效率.

二、特定组合结构与连接方式的亮度温度主动控制系统代替代替传统的金属罩壳：该系统包括内导热板、制冷（热）半导体阵列、外散热（冷）片、温度传感器(在模组内周边)、散热器、背光模组智能控制器等。

散热器组不只限于使用风机的强迫风冷散热器，可以根据需要选用：充液散热器、热管散热器等其他主动或被动式散热器。

制冷半导体可以在冷端和热端产生 20℃的温差。根据要求液晶屏的亮度指标，计算LED数量和分布密度。根据LED阵列总功耗和发光效率可以推算出总发热量；根据计算和试验可以选择出相对应的制冷半导体参数，设计出制冷半导体阵列的排布及内/外散热片的结构和合适的风机组。

背光模组智能控制器根据温度传感器检测到的液晶屏温度控制半导体阵列中工作的半导体数量和工作电流来调节制冷总量和散热器组的工作能力来调节液晶屏温度。

在环境气温低于液晶屏工作温度时；智能控制器控制电子开关改变制冷半导体的电流方向切换冷热端，加热液晶屏。

在低温环境（如－20℃以下）中，当液晶屏不处于显示工作状态时，背光模组智能控制器可以关闭LED发光二极管阵列，通过半导体制热来保护液晶屏不被冻坏。

本发明化解了现有LED背光技术提高液晶屏亮度和控制背光模组温度间的矛盾；避免了提高单个LED亮度和LED阵列密度的办法来提高亮度时发生的背光模组发热骤增烧坏液晶屏或降低液晶屏使用寿命的问题；同时也有效解决了环境低温下使用冻坏液晶屏的问题。使液晶屏不但满足高亮度显示的要求同时在环境温度高低变化大的情况下可靠地工作，扩展了液晶屏的使用领域。

附图说明

图1为现有技术的LED直下式液晶背光模组结构示意图；

图2为本发明结构示意图。

具体实施方式

实施例1：温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组52英寸液晶背光模组，并用本发明的新型LED背光模组改装一款通用52英寸液晶屏，大大提高液晶屏亮度，同时使液晶屏整体（包括背光模组）的温度控制在设定范围内。

参照图2：本实施例使用的52英寸通用液晶屏为：三星52英寸液晶屏LTA520HB13，出厂原装的液晶背光模组为CCFL灯管背光模组,亮度为 450 cd/㎡，工作温度为0～50℃。

采用温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组52英寸液晶背光模组代替原装CCFL背光模组，新型背光模组结构如图2所示，采用单个亮度15000mcd白光LED组成阵列，最高可以达到亮度1200 cd/㎡，当环境温度在－20℃～＋50℃时，通过背光模组的亮度温度主动控制系统，可以将液晶屏温度控制在设定的温度范围内如：环境温度在－15℃，液晶屏温度可以被控制在20℃±5℃；环境温度在＋50℃，液晶屏温度可以被控制在40℃±5℃；化解了提高液晶屏亮度和控制背光模组温度间的矛盾；环境温度在－20℃～0℃，液晶屏处于不显示状态时，可以控制液晶屏温度被在10℃±5℃，以防液晶屏被冻坏。

发出背光3的LED 1阵列焊接在电路基板2上；用曲面反射板6代替一般反射板5，在曲面反射板6与每个LED 1一一对应的位置上，分别设有抛物反射曲面；电路基板2上布满了通孔9的阵列，安装在内导热板12上，内导热板布满凸起，通孔阵列的位置与内导热板上的凸起位置对应，以便内导热板12的凸起穿过电路板，与兼做内散热板作用的曲面反射板6的平面部分紧密连接在一起。使LED阵列发光产生的热量快速的传导到背光模组的外测。图中，扩散片4；外壳7；温度传感器8；半导体制冷装置10；外内散热板11；贴片点阵13；风机14。

Claims

1. 一种温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组，在外壳内安装有高亮度LED阵列作为发光源，该LED阵列上方设有扩散片，所述LED阵列焊接在LED电路基板上，在紧贴LED电路基板的上方和各LED的四周与下部，设有曲面反射板，其特征在于，所述的曲面反射板分为反射光和散热两部分结构；主体由导热材料构成，反射面做抛光或反光涂层处理；在该曲面反射板上，与每个LED一一对应的位置上，分别设有反射曲面；这些反射曲面构成散热反光结构；所述的各LED位于该反射曲面的焦点上或焦点位置附近；

所述的LED电路基板上布满了通孔阵列，安装在内导热板上，内导热板布满凸起，通孔阵列的位置与内导热板上的凸起位置对应，以便内导热板凸起穿过电路板，与兼做内散热板作用的反射板紧密连接在一起；

所述的外壳下方设有亮度、温度主动控制系统，该亮度、温度主动控制系统中设有制冷半导体阵列、外散热板、温度传感器、散热器，及由CPU构成的背光模组智能控制器；所述的温度传感器设置在液晶背光模组的周边；所述的制冷半导体阵列的驱动器及所述LED阵列的驱动器与该液晶背光模组智能控制器连接。

2.根据权利要求1所述的温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组，其特征在于，所述的制冷半导体阵列，是采用制冷、制热双向运转的半导体阵列，其中的外散热片也采用散热、散冷双向运转的散热/散冷片。

3.根据权利要求1所述的温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组，其特征在于，所述的反射曲面，是采用抛物面的形状，或凹半球形或凹多面体形。

4.根据权利要求1-3之一所述的温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组，其特征在于，所述的LED采用发光面为扁平状的LED。

5.根据权利要求4所述的温度自适应高亮度LED直下式液晶背光模组，其特征在于，所述的LED采用亮度15000mcd以上白光LED。