CN103244872A

CN103244872A - 一种无透镜的超薄直下式背光模组

Info

Publication number: CN103244872A
Application number: CN2013101751677A
Authority: CN
Inventors: 姚述光; 万垂铭; 陈海英; 许朝军; 方林东; 区伟能
Original assignee: APT (GUANGZHOU) ELECTRONICS Ltd
Current assignee: Guangdong APT Electronics Ltd
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: CN103244872B

Abstract

本发明公开了一种无透镜的超薄直下式背光模组，包括PCB板和安装在所述PCB板上的多个LED光源，在所述LED光源上方扣装有一扩散板，在所述扩散板的入光面设置多个具有均匀散光作用的凹槽，每个凹槽对应扣盖在一个LED光源上方；在所述扩散板的出光面还设置有散射微结构；在所述LED光源的基板的上表面设置有一反光层，所述反光层与该LED光源的发光层的距离为2～15微米。本发明直接通过透镜化的扩散板将与之匹配的LED点光源变成均匀的面光源，可有效降低混光距离实现直下式背光模组的超薄化。另外，荧光粉层与LED光源的分离设计有效的减少了LED发热带来的荧光粉淬灭及色坐标漂移现象，提高了光效。

Description

一种无透镜的超薄直下式背光模组

技术领域

本发明涉及一种液晶显示屏的背光技术，尤其是一种无透镜的超薄直下式背光模组。

背景技术

LED背光液晶电视具有低能耗、长寿命、广色域及环保的突出优点，已成为液晶电视的主流。其中，大尺寸LED背光成为液晶电视产业发展的新趋势。大尺寸背光主要采用直下式，由于直下式LED背光模组的LED光源在PCB上的分布密度大，LED光源之间的光线容易交叉混光。一般来说，要提高亮度均匀性就必须增加扩散板到LED光源的距离，增加此距离的同时也增加了模组的厚度，不利于超薄化的发展。

如何保持混光均匀的同时降低背光模组的厚度，已成为直下式LED背光源迫切要解决的问题。目前，解决上述问题最广泛的一种方式就是增加散光光学器件，即在LED光源和散光板之间表面增加一个二次光学透镜，用以散射LED光源发出的光以达到解决混光的目的。

但是，二次光学透镜本身将占据一定的厚度，也对背光模组的超薄化形成了一定程度的限制。另外，现有的二次光学透镜与LED之间存在一定的匹配问题，即如果两者之间匹配不好，将直接影响混光的效果好坏。

另外，传统的白光LED封装荧光粉与芯片直接接触，使用过程中若芯片无法有效的散热，容易照成荧光粉的热猝灭，导致亮度下降、色坐标飘移。

发明内容

为了进一步降低扩散板到LED光源的距离以利于超薄化，本发明提供一种无透镜的超薄直下式背光模组。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种无透镜的超薄直下式背光模组，包括PCB板和安装在所述PCB板上的多个LED光源，在所述LED光源上方扣装有一扩散板，在所述扩散板的入光面设置多个具有均匀散光作用的凹槽，每个凹槽对应扣盖在一个LED光源上方；在所述扩散板的出光面还设置有散射微结构；在所述LED光源的基板的上表面设置有一反光层，所述反光层与该LED光源的发光层的距离为2～15微米。

进一步的，为了提高LED芯片与透镜化凹槽的匹配度，所述LED光源为倒装或垂直结构的LED芯片，该LED芯片的P型层厚度为50～500纳米、N型层的厚度为4～9微米、发光层的厚度为10～100纳米。

进一步的，为了获得亮度均匀的效果的同时能够减少LED的数量，所述凹槽的纵向剖视图是以其扣盖的LED光源的中心线左右对称的形状，且所述左右对称的两部分在该中心线交汇处形成一个朝LED光源方向凸出的顶点。

进一步的，所述凹槽在扩散板上呈上下左右对称的行列队形排列分布，且其相邻两行凹槽的行距从中间往左右两侧逐渐减小，其相邻两列凹槽的列距从中间往上下两边逐渐减小。

进一步的，所述散射微结构为扩散板的出光面设置的锯齿型或波浪型结构。

进一步的，所述LED光源为蓝光LED芯片，在所述扩散板入光面或者出光面的散射微结构上涂覆有荧光粉层。

进一步的，所述荧光粉层由荧光粉和热固性胶体构成，所述荧光粉材料由钇铝石榴石、镥铝石榴石、硅酸盐、氮化物中的一种或多种组成，所述热固性胶体为硅胶、硅树脂或环氧树脂。

进一步的，所述安装在所述PCB上的多个LED光源为红色、蓝色和绿色三色LED芯片的组合，或者所述LED光源仅为蓝光LED芯片。

进一步的，所述扩散板由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯中的一种或多种与散射粒子混合组成，所述散射粒子为二氧化硅（SiO2）或二氧化钛（TiO2）粒子。

本发明通过在扩散板上设置的具有均匀散光作用的凹槽，对LED芯片发出的光进行第一次散射，起到与现有二次光学透镜相同的效果。同时本发明还通过扩散板的出光面设置的散射微结构，对LED芯片发出的光进行第二次散射，使其经扩散板后光线变得均匀、一致。本发明为了进一步提高前述效果，通过大量实验研究挑选了一种与所述凹槽更加匹配的LED芯片，即是所述LED芯片的基板的上表面设置有一反光层，所述反光层与该LED芯片的发光层的距离为2～15微米。综上，本发明通过上述三点改进有机组合，在保证混光均匀的同时去除了二次光学透镜，从而去除了二次光学透镜对于直下式背光模组厚度的限制，可使直下式背光模组做得更薄。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1、无需使用二次光学透镜仅通过本发明透镜化的扩散板就能够有效降低混光距离，实现了背光模组的超薄化。

2、透镜化的扩散板及与之匹配的LED光源可保证在较小的混光距离下混光的均匀度。

3、LED芯片与荧光粉分离可有效的降低散热不好引起的亮度下降、色坐标漂移，同时提高了模组的光效。

为了充分地了解本发明的目的、特征和效果，以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明。

附图说明

图1是本发明背光模组的整体结构示意图；

图2是本发明倒装结构的LED光源的结构示意图；

图3是本发明垂直结构的LED光源的结构示意图；

图4是本发明扩散板凹槽部分的一种局部结构示意图；

图5是本发明扩散板凹槽部分的另一种局部结构示意图；

图6是本发明扩散板凹槽部分的再一种局部结构示意图；

图7是本发明扩散板上凹槽的分布示意图；

图8是本发明背光模组带荧光粉层的一种结构示意图；

图9是本发明背光模组带荧光粉层的另一种结构示意图。

图中：

1、PCB板； 2、LED光源；

3、扩散板； 4、荧光粉层；

21、基板； 22、衬底；

23、n型层； 24、发光层；

25、p型层； 26、p电极；

27、n电极； 28、反光层；

29、凸点

31、凹槽； 32、散射微结构。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种无透镜的超薄直下式背光模组，包括PCB板1和安装在所述PCB板1上的多个LED光源2，在所述LED光源2上方扣装有一扩散板3。本实施例背光模组为了省略二次光学透镜并同时具有较好的散射效果，在所述扩散板3的入光面设置多个具有均匀散光作用的凹槽31，每个凹槽31对应扣盖在一个LED光源2上方，以便于均匀散射各个LED光源发出的光线。当然，为了进一步提高本实施例出光均匀效果，如图所示，在所述扩散板3的出光面还设置有散射微结构4，散射微结构4为扩散板的出光面设置的锯齿型或波浪型结构，通过该散射微结构4对LED光源发出的光进行第二次散射。

其中，本实施例安装在所述PCB上的多个LED光源为红色、蓝色和绿色三色LED芯片的组合，或者所述LED光源仅为蓝光LED芯片。

其中，扩散板3由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯中的一种或多种与散射粒子混合组成，所述散射粒子为二氧化硅（SiO2）或二氧化钛（TiO2）粒子，该透镜化的扩散板可通过以下方法制作：注塑成型、腐蚀、模顶(Molding)。

如图2和图3所示是本实施例LED光源的两种结构示意图：图2是倒装结构示意图，图3是垂直结构示意图。如图2所示，倒装结构的LED光源包括基板21、衬底22、n型层23、发光层24、p型层25、p电极26、n电极27和凸点29；如图3所示，垂直结构的LED光源包括21、基板、n型层23、发光层24、p型层25和n电极27。为了使得LED光源与凹槽结构的匹配度更好真正达到去除透镜而具有较好的散射效果，在所述LED光源2的基板21的上表面设置有一反光层28。而且为了达到更加的匹配度提高散射效果，经过申请人大量实验总结得到所述反光层28与该LED光源的发光层的距离为2～15微米为较佳范围。

如图2和3所示的倒装或垂直结构的LED芯片，为了提高LED芯片与透镜化凹槽的匹配度，LED芯片的P型层厚度为50～500纳米、N型层的厚度为4～9微米、发光层的厚度为10～100纳米。

如图4-6所示，为了获得亮度均匀的效果，所述凹槽31的纵向剖视图是以其扣盖的LED光源的中心线左右对称的形状，且所述左右对称的两部分在该中心线交汇处形成一个朝LED光源方向凸出的顶点，例如蝙蝠翼状、倒圆锥体状、四角星状等。

如图7所示，为了获得亮度均匀的效果的同时能够减少LED的数量，所述凹槽31在扩散板3上呈上下左右对称的行列队形排列分布，且其相邻两行凹槽的行距从中间往左右两侧逐渐减小，其相邻两列凹槽的列距从中间往上下两边逐渐减小。所述凹槽31在扩散板3上呈上下左右对称的行列队形排列分布具体如图所示，X轴和Y轴分别是两条中心线，凹槽31对称分布在X轴和Y轴两侧，如图中的X轴两侧dx(n)的大小相等，dx(n-1)的大小相等，图中的Y轴两侧dy(n)的大小相等，dy(n-1)的大小相等。其相邻两行凹槽的行距从中间往左右两侧逐渐减小，其相邻两列凹槽的列距从中间往上下两边逐渐减小，具体如图所示：dx(n)>dx(n-1)，dy(n)>dy(n-1)。

本实施例LED点光源发出的光部分透过凹槽，部分被反射回来后经多次反射最终透过凹槽；透过凹槽的光线经过出光面微结构的散射，可在较小的混光距离下达到出射光均匀的效果。

实施例2

如图8所示，本实施例与实施例1不同在于：本实施例的LED光源为蓝光LED芯片，在所述扩散板3出光面的散射微结构32上涂覆有荧光粉层4，荧光粉层4的涂覆方法可包括喷涂、荧光胶涂覆、荧光片贴装等方式。

其中，所述荧光粉层4由荧光粉和热固性胶体构成，所述荧光粉材料由钇铝石榴石、镥铝石榴石、硅酸盐、氮化物中的一种或多种组成，所述热固性胶体为硅胶、硅树脂或环氧树脂。其中，所述硅酸盐是本行业内技术员的一种常见原料通称，它是由Ca,Ba,Sr,Mg,Si,O元素组成的化合物；其中，所述氮化物也是本行业内技术员的一种常见原料通称，它是由Ba,Ca,Sr,Al,Si,N元素组成的化合物。

蓝光在扩散板内均匀分散，通过出光面时激发涂覆于散射微结构上的荧光粉层，与未激发的蓝光混合成均匀的白光，同时散射微结构具有散光作用，将获得混光更加均匀的出射光。

该扩散板出光面散射微结构上涂覆荧光粉层，荧光粉与芯片分离能够有效的降低散热不好引起的亮度下降、色坐标漂移。另外，在散射微结构上涂覆荧光粉层，在均匀混光的同时还能够进一步缩短混光距离。

实施例3

如图9所示，本实施例与实施例2不同在于：本实施例的LED光源也为蓝光LED芯片，但在所述扩散板3入光面上（即凹槽内壁）涂覆有荧光粉层4，荧光粉层4的涂覆方法可包括喷涂、荧光胶涂覆、荧光片贴装等方式。

LED发射出的蓝光，一部分激发凹槽内壁的荧光粉，与未激发的蓝光在扩散板内均匀混合成白光，同时白光经散射微结构的散光作用，将获得混光更加均匀的出射光。

该扩散板入光面上涂覆荧光粉层，荧光粉与芯片分离能够有效的降低散热不好引起的亮度下降、色坐标漂移。另外，在凹槽内壁上的涂覆荧光粉层，在均匀混光的同时还能够进一步缩短混光距离。

本发明直接通过透镜化的扩散板将与之匹配的LED点光源变成均匀的面光源，可有效降低混光距离实现直下式背光模组的超薄化。另外，荧光粉层与LED光源的分离设计有效的减少了LED发热带来的荧光粉淬灭及色坐标漂移现象，提高了光效。

以上实施例为本发明优选实施例，比如凹槽的排布、荧光粉材料、凹槽的形状等，包括但不限于上述结构。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims

1.一种无透镜的超薄直下式背光模组，包括PCB板和安装在所述PCB板上的多个LED光源，其特征在于：

在所述LED光源上方扣装有一扩散板，在所述扩散板的入光面设置多个具有均匀散光作用的凹槽，每个凹槽对应扣盖在一个LED光源上方；

在所述扩散板的出光面还设置有散射微结构；

在所述LED光源的基板的上表面设置有一反光层，所述反光层与该LED光源的发光层的距离为2～15微米。

2.根据权利要求1所述的无透镜的超薄直下式背光模组，其特征在于：

所述LED光源为倒装或垂直结构的LED芯片，该LED芯片的P型层厚度为50～500纳米、N型层的厚度为4～9微米、发光层的厚度为10～100纳米。

3.根据权利要求1或2所述的无透镜的超薄直下式背光模组，其特征在于：

所述凹槽的纵向剖视图是以其扣盖的LED光源的中心线左右对称的形状，且所述左右对称的两部分在该中心线交汇处形成一个朝LED光源方向凸出的顶点。

4.根据权利要求1所述的无透镜的超薄直下式背光模组，其特征在于：

所述凹槽在扩散板上呈上下左右对称的行列队形排列分布，且其相邻两行凹槽的行距从中间往左右两侧逐渐减小，其相邻两列凹槽的列距从中间往上下两边逐渐减小。

5.根据权利要求1所述的无透镜的超薄直下式背光模组，其特征在于：

所述散射微结构为扩散板的出光面设置的锯齿型或波浪型结构。

6.根据权利要求1所述的无透镜的超薄直下式背光模组，其特征在于：

所述LED光源为蓝光LED芯片，在所述扩散板入光面或者出光面的散射微结构上涂覆有荧光粉层。

7.根据权利要求6所述的无透镜的超薄直下式背光模组，其特征在于：

所述荧光粉层由荧光粉和热固性胶体构成，所述荧光粉材料由钇铝石榴石、镥铝石榴石、硅酸盐、氮化物中的一种或多种组成，所述热固性胶体为硅胶、硅树脂或环氧树脂。

8.根据权利要求1所述的无透镜的超薄直下式背光模组，其特征在于：

所述安装在所述PCB上的多个LED光源为红色、蓝色和绿色三色LED芯片的组合，或者所述LED光源仅为蓝光LED芯片。

9.根据权利要求1所述的无透镜的超薄直下式背光模组，其特征在于：

所述扩散板由聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯中的一种或多种与散射粒子混合组成，所述散射粒子为二氧化硅（SiO2）或二氧化钛（TiO2）粒子。