CN104728671A - 一种led点阵背光装置及其背光产生方法 - Google Patents

一种led点阵背光装置及其背光产生方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种LED点阵背光装置及其背光产生方法，适用于LCD显示背光、广告牌标识牌背光。涉及的第一类背光装置包括不透光基体、在不透光基体上若干个相连的棱台形混光体空腔，在混光体空腔面积较大的底面有画面层，面积较小的底面覆盖有发光层，各棱面分别覆盖反光层；另一类背光装置包括若干个相连的棱台形混光体，在混光体面积较大的底面覆盖有发光层、面积较小的底面覆盖有画面层，各棱面分别覆盖反光层和隔光层。本发明将各多边形组合起来形成一个完整的控光平面，使画面层上每个多边形控光区互不影响，克服临近画面模糊现象，使图像中明暗边界线更加清晰。在控光区亮度均匀性相同的情况下，正六边形控光区所需LED灯数量最少、混光层厚度最小。

Description

一种LED点阵背光装置及其背光产生方法
技术领域
本发明涉及LED背光光源成像技术领域，具体的说是一种LED点阵背光装置及其背光产生方法。
背景技术
目前的电脑显示器或电视的LCD显示器，及各种广告牌、标识牌等背光画，都需用通过背光装置才能显示画面，而画面显示的优劣很大程度上取决于其使用的背光装置。LED点阵背光装置是LCD显示器和背光画常见的一种背光装置，使用LED点阵背光装置，可以控制局部亮度，也就是每只LED灯在画面层上形成一个亮度是可控的控光区的。
LCD显示器，当画面中只有少数地方明亮时，比如夜晚月亮画面，这类画面只需控制明亮画面对应的LED发光，其余部分可以不发光。局部亮度可控功能可以是局部画面全黑和全亮，因此可以增加整体画面的对比度；同时这种局部光亮度可控具有节能的优点。
对于背光画来说，画面包含多个元素，如一个手机的广告画面中有手机、厂家logo、背景，或者标识中有标识主主体和背景。依据画面中的这些元素将画面分割，其局部控制亮度可控，就可以多画面中的元素闪烁、亮度渐变，达到显眼的广告标识效果；这种方式同时还能节能效果。
现有技术中LED点阵背光装置的典型结构，包括LED发光层，混光层，画面层；
LED发光层，是多只白色LED灯焊接在电路板上形成二维LED点阵；每只LED灯包括一个白光LED管或多个白光LED或混光为白色的多个多色LED。可通过现有技术实现对发光层上每只LED灯的亮度的控制。
混光层，覆盖在LED发光层上，LED发光层发出的光通过透光物质折射或各种光学反射面进行多重反射，或者经过一定的空间距离和漫反射混光，或者用透明材料与荧光混合物填充，使白色LED所发出的光柔和；LED发光层的光通过混光层后，可以接近面光源的效果。
画面层，能产生显示画面，画面层本身不发光，LED发光层产生的光，经过画面层透射或者折射光产生画面，对于点阵LED背光的LCD显示器，如电脑显示器或电视，LCD板就是画面层。对于点阵LED背光的背光画，其表面覆盖的画面就是画面层。LED点阵上每只LED灯的亮度是可控的，因此，每只LED灯在画面层上形成一个的控光区。
现有LED点阵背光装置存在下列问题：
1. 为了使 LED点阵背光装置中的画面层发光均匀，就是使每只LED灯在画面层产生的控光区光亮度均匀，通常办法是增加混光层厚度，或者增加LED的数量。混光层厚度加大会导致LED点阵背光装置整体体积加大；增加了LED数目又增加了成本和功耗。
2.画面层上的高亮度亮区域和低亮度区域相邻时，界限模糊，邻近画面的层次会降低。通常解决办法是增加LED点阵背光装置中的LED灯的数量，减小每只LED灯的调光区域的面积，但这种方式增加了LED数目从而增加了成本和功耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种LED点阵背光装置，在保证每只LED灯的控光区域亮度均匀性情况下，减少LED灯的数量或减小混光层的厚度，或者说是在混光层厚度一定、混光方式一定的情况下，尽量增大每只LED灯亮度均匀的控光区域面积。
使用该LED点阵背光装置的背光产生方法，能克服画面层中画面明暗边界的模糊现象，使图像中明暗边界线更加清晰，增强邻近LED灯控光区的隔光效果。
为了实现本发明的目的，本发明提供了一种LED点阵背光装置，采用的技术方案如下：
本发明一种LED点阵背光装置，包括：不透光基体，不透光基体中设置有若干个相连的棱台形混光体空腔，所述棱台形混光体空腔面积较大的底面所处平面覆盖有画面层，所述棱台形混光体空腔的棱面上覆盖有反光层，且所述棱台形混光体空腔面积较小的底面所处平面覆盖有发光层，所述发光层上设置有LED点阵，所述LED点阵中的LED灯位于棱台形混光体空腔面积较小的底面。
进一步地，所述的棱台形混光体空腔为四棱台形混光体空腔，或六棱台形混光体空腔。
更进一步地，所述的棱台形混光体空腔为正四棱台形混光体空腔，或正六棱台形混光体空腔。
更进一步优选地，所述的棱台形混光体空腔为正六棱台形混光体空腔。
进一步地，所述四棱台形混光体空腔中LED点阵的LED灯按行列矩阵的方式排列；所述六棱台形混光体空腔中LED点阵的LED灯按奇数行和偶数行相互错开半个列距离的方式排列。
进一步地，所述不透光基体为深色塑料或冲压成阴型的金属薄板。
进一步地，所述反光层为白色涂料或反光金属薄膜。
所述LED灯射出的光在所述棱台形混光体空腔22中完成混光，形成混光层，其混光空间主要以空气为主，可以加入少量折射物。
可替换地，本发明一种LED点阵背光装置，包括若干个相连的棱台形混光体，所述棱台形混光体面积较大的底面所处平面覆盖有画面层，所述棱台形混光体的棱面上覆盖有反光层，所述反光层上覆盖有隔光层，且所述棱台形混光体面积较小的底面所处平面覆盖有发光层，所述发光层上设置有LED点阵，所述LED点阵的LED灯位于棱台形混光体面积较小的底面。
所述LED灯射出的光在所述棱台形混光体中完成混光，形成混光层。
进一步地，所述的棱台形混光体为四棱台形混光体，或六棱台形混光体。
更进一步地，所述的棱台形混光体为正四棱台形混光体，或正六棱台形混光体。
更进一步优选地，所述的棱台形混光体为正六棱台形混光体。
进一步地，所述四棱台形混光体中LED点阵的LED灯按行列矩阵的方式排列；所述六棱台形混光体中LED点阵的LED灯按奇数行和偶数行相互错开半个列距离的方式排列。
进一步地，所述反光层为白色涂料或反光金属薄膜。
进一步地，所述棱台形混光体由有机玻璃、树脂这类透明固体材料成型制备而成，所述固体材料中添加有与固体材料折射率不同的其他透明颗粒或白色荧光材料。
本发明一种LED点阵背光产生方法，其具体步骤如下：
（1）、根据画面层的画面元素，或根据画面层的控光需要，将画面层的画面划分成多个子画面并进行编号，每个子画面将会使用光强度相同的背光；
（2）、将画面层平面以连续的多边形进行划分，每个多边形对应一个LED灯，将多边形进行编号；
（3）、连续的多边形和画面层重叠，使每个子画面对应若干个多边形，并记下画面层中各个子画面所包含的多边形的编号，以及和各个子画面部分相交的多边形的编号；
（4）、根据画面需要或是对比度的要求，确定画面层中每个子画面所对应的背光亮度；
（5）、按步骤（3）中每个子画面确定的编号给出每个多边形控光区的亮度；
（6）、若某个多边形与不同的子画面部分相交，则该多边形控光区的亮度选则与其相交的子画面中亮度最大的值；
（7）、通过LED亮度的控制来调控各个子画面的亮度。
所述的LED亮度的控制为现有技术。
进一步地，所述的多边形为正多边形。
更进一步优选地，所述正多边形为正六边形。
本发明一种LED点阵背光装置及背光产生方法的优点为：多边形的控光区进行组合，形成一个完整的控光平面，控光区之间克服临近画面模糊现象，使图像中明暗边界线更加清晰，在不增加LED灯数目的前提下，克服了现有技术中高亮度亮区域和低亮度区域相邻时，界限模糊、邻近画面的层次降低的技术问题，节约了成本，实现了能源的有效利用。
附图说明
图1是本发明实施例1四棱台形LED点阵背光装置示意图，包含有区域Ⅳ放大图；
图2是本发明实施例2正六棱台形LED点阵背光装置示意图，包含有区域Ⅱ放大图；
图3是本发明实施例3四棱台形LED点阵背光装置示意图，包含有区域Ⅴ放大图；
图4是本发明实施例4正六棱台形LED点阵背光装置示意图，包含有区域Ⅰ放大图；
图5是本发明的画面层子画面和正六边形控光区示意图；
图6是图5中区域Ⅲ的放大图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种LED点阵背光装置，包括：不透光基体21，不透光基体21中设置有若干个相连的四棱台形混光体空腔22，所述四棱台形混光体空腔22面积较大的底面所处平面覆盖有画面层3，所述四棱台形混光体空腔22的棱面上覆盖有反光层23，且所述四棱台形混光体空腔面积较小的底面所处平面覆盖有发光层1，所述发光层1上设置有LED点阵，所述LED点阵中的LED灯11位于四棱台形混光体空腔面积较小的底面。
所述LED灯射出的光在所述四棱台形混光体空腔22中完成混光，形成混光层，其混光空间主要以空气为主，可以加入少量折射物。
所述四棱台形混光体空腔中LED点阵的LED灯按行列矩阵的方式排列。
所述不透光基体为深色塑料或冲压成阴型的金属薄板。
所述反光层为白色涂料或反光金属薄膜。
采用上述LED点阵背光装置的LED点阵背光产生方法，其具体步骤如下：
（1）、根据画面层的画面元素，或根据画面层的控光需要，将画面层的画面划分成多个子画面并进行编号，每个子画面将会使用光强度相同的背光；
（2）、将画面层平面以连续的四边形进行划分，每个四边形对应一个LED灯，将四边形进行编号；
（3）、连续的四边形和画面层重叠，使每个子画面对应若干个四边形，并记下画面层中各个子画面所包含的四边形的编号，以及和各个子画面部分相交的四边形的编号；
（4）、根据画面需要或是对比度的要求，确定画面层中每个子画面所对应的背光亮度；
（5）、按步骤（3）中每个子画面确定的编号给出每个四边形控光区的亮度；
（6）、若某个四边形与不同的子画面部分相交，则该四边形控光区的亮度选则与其相交的子画面中亮度最大的值；
（7）、通过LED亮度的控制来调控各个子画面的亮度，所述的LED亮度的控制为现有技术。
实施例2
如图2所示，一种LED点阵背光装置，包括：不透光基体21，不透光基体21中设置有若干个相连的正六棱台形混光体空腔22，所述正六棱台形混光体空腔22面积较大的底面所处平面覆盖有画面层3，所述正六棱台形混光体空腔22的棱面上覆盖有反光层23，且所述正六棱台形混光体空腔面积较小的底面所处平面覆盖有发光层1，所述发光层1上设置有LED点阵，所述LED点阵中的LED灯11位于正六棱台形混光体空腔面积较小的底面。
所述LED灯射出的光在所述正六棱台形混光体空腔22中完成混光，形成混光层，其混光空间主要以空气为主，可以加入少量折射物。
所述正六棱台形混光体空腔中LED点阵的LED灯按奇数行和偶数行相互错开半个列距离的方式排列。
所述不透光基体为深色塑料或冲压成阴型的金属薄板。
所述反光层为白色涂料或反光金属薄膜。
采用上述LED点阵背光装置的LED点阵背光产生方法，其具体步骤如下：
（1）、根据画面层的画面元素，或根据画面层的控光需要，将画面层的画面划分成多个子画面并进行编号，每个子画面将会使用光强度相同的背光；
（2）、将画面层平面以连续的正六边形进行划分，每个正六边形对应一个LED灯，将正六边形进行编号；
（3）、连续的正六边形和画面层重叠，使每个子画面对应若干个正六边形，并记下画面层中各个子画面所包含的正六边形的编号，以及和各个子画面部分相交的正六边形的编号；
（4）、根据画面需要或是对比度的要求，确定画面层中每个子画面所对应的背光亮度；
（5）、按步骤（3）中每个子画面确定的编号给出每个正六边形控光区的亮度；
（6）、若某个正六边形与不同的子画面部分相交，则该正六边形控光区的亮度选则与其相交的子画面中亮度最大的值；
（7）、通过LED亮度的控制来调控各个子画面的亮度，所述的LED亮度的控制为现有技术。
实施例3
如图3所示，一种LED点阵背光装置，包括若干个相连的四棱台形混光体41，所述四棱台形混光体41面积较大的底面所处平面覆盖有画面层3，所述四棱台形混光体41的棱面上覆盖有反光层23，所述反光层23上覆盖有隔光层43，且所述四棱台形混光体面积较小的底面所处平面上覆盖有发光层1，所述发光层1上设置有LED点阵，所述LED点阵的LED灯11位于四棱台形混光体面积较小的底面。
所述四棱台形混光体中LED点阵的LED灯按行列矩阵的方式排列。
所述反光层为白色涂料或反光金属薄膜。
所述LED灯射出的光在所述四棱台形混光体41中完成混光，形成混光层，所述四棱台形混光体由有机玻璃、树脂这类透明固体材料成型制备而成，所述固体材料中添加有与固体材料折射率不同的其他透明颗粒或白色荧光材料。
采用上述LED点阵背光装置的LED点阵背光产生方法，其具体步骤如下：
（1）、根据画面层的画面元素，或根据画面层的控光需要，将画面层的画面划分成多个子画面并进行编号，每个子画面将会使用光强度相同的背光；
（2）、将画面层平面以连续的四边形进行划分，每个四边形对应一个LED灯，将四边形进行编号；
（3）、连续的四边形和画面层重叠，使每个子画面对应若干个四边形，并记下画面层中各个子画面所包含的四边形的编号，以及和各个子画面部分相交的四边形的编号；
（4）、根据画面需要或是对比度的要求，确定画面层中每个子画面所对应的背光亮度；
（5）、按步骤（3）中每个子画面确定的编号给出每个四边形控光区的亮度；
（6）、若某个四边形与不同的子画面部分相交，则该四边形控光区的亮度选则与其相交的子画面中亮度最大的值；
（7）、通过LED亮度的控制来调控各个子画面的亮度，所述的LED亮度的控制为现有技术。
实施例4
如图4所示，一种LED点阵背光装置，包括若干个相连的正六棱台形混光体41，所述正六棱台形混光体41面积较大的底面所处平面覆盖有画面层3，所述正六棱台形混光体41的棱面上覆盖有反光层23，所述反光层上覆盖有隔光层43，且所述正六棱台形混光体面积较小的底面所处平面上覆盖有发光层1，所述发光层1上设置有LED点阵，所述LED点阵的LED灯11位于正六棱台形混光体面积较小的底面。
所述正六棱台形混光体中LED点阵的LED灯按奇数行和偶数行相互错开半个列距离的方式排列。
所述反光层为白色涂料或反光金属薄膜。
所述LED灯射出的光在所述正六棱台形混光体41中完成混光，形成混光层，所述正六棱台形混光体由有机玻璃、树脂这类透明固体材料成型制备而成，所述固体材料中添加有与固体材料折射率不同的其他透明颗粒或白色荧光材料。
采用上述LED点阵背光装置的LED点阵背光产生方法，其具体步骤如下：
（1）、根据画面层的画面元素，或根据画面层的控光需要，将画面层的画面划分成多个子画面并进行编号，每个子画面将会使用光强度相同的背光；
（2）、将画面层平面以连续的正六边形进行划分，每个正六边形对应一个LED灯，将正六边形进行编号；
（3）、连续的正六边形和画面层重叠，使每个子画面对应若干个正六边形，并记下画面层中各个子画面所包含的正六边形的编号，以及和各个子画面部分相交的正六边形的编号；
（4）、根据画面需要或是对比度的要求，确定画面层中每个子画面所对应的背光亮度；
（5）、按步骤（3）中每个子画面确定的编号给出每个正六边形控光区的亮度；
（6）、若某个正六边形与不同的子画面部分相交，则该正六边形控光区的亮度选则与其相交的子画面中亮度最大的值；
（7）、通过LED亮度的控制来调控各个子画面的亮度，所述的LED亮度的控制为现有技术。
画面层的画面，可以是LCD显示画面，或是灯箱广告画面，或是标识牌画面。设画面层的画面如图5，根据画面层的画面元素，或根据画面层的控光需要，将画面层的画面划分成多个子画面。图5中有子画面51、子画面52、子画面53、子画面54、子画面55 ，每个子画面将会使用光强度相同的背光。
来自LED的光通过正六棱台形混光体41以及各个棱面的反光层23反射，在混光体中完成混光，形成混光层，能在位于正六棱台较大面积的底面的画面层形成光强均匀的正六边形控光区；LED灯点阵中每个LED灯在画面层所形成一个正六边形控光区，这些正六边形控光区形成一个完整的连续平面；在混光层相同、LED灯数量同样的情况下，正六边形控光区域亮度均匀性最好；也可以说，在控光区亮度均匀性相同的情况下，正六边形控光区域所需要LED灯的数量最少、混光层厚度最小；正六棱台形混光体41的各棱面上不透光的隔光层43的加入，使画面层上的每个正六边形控光区之间克服临近画面模糊现象，使图像中明暗边界线更加清晰。
如图6所示，将画面层平面以连续的正六边形进行划分，每个正六边形对应一个LED灯，给出正六边形的编号n。如图6所示，正六边形控光区给出了编号，以此类推。
由于控光区是正六边形，所以要将画面层平面以蜂窝状的正六边形划分。将连续的正六边形和画面层重叠，记下画面层中各个子画面所包含的正六边形的编号，记下各个子画面部分相交的正六边形的编号。
根据画面颜色要求或是对比度的要求，确定子画面所对应的背光亮度。这也就是子画面中所包含的正六边形控光区的亮度。这样就可以按编号给出每个正六边形控光区的亮度。如图6，若区域51的亮度是B1，区域55的亮度是B5，那么正六边形控光区00至06、10至16的亮度是B1，正六边形控光区20、22、24、26的亮度是B5。
若某个正六边形与不同的子画面部分相交，则该正六边形控光区的亮度选其子画面中亮度最大的值。如图6，正六边形控光区21、23、25的亮度是B1、B5中的最大值，如图5所示。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。

Claims (10)

1.一种LED点阵背光装置，其特征在于：包括：不透光基体，不透光基体中设置有若干个相连的棱台形混光体空腔，所述棱台形混光体空腔面积较大的底面所处平面覆盖有画面层，所述棱台形混光体空腔的棱面上覆盖有反光层，且所述棱台形混光体空腔面积较小的底面所处平面覆盖有发光层，所述发光层上设置有LED点阵，所述LED点阵中的LED灯位于棱台形混光体空腔面积较小的底面。
2.一种LED点阵背光装置，其特征在于：包括若干个相连的棱台形混光体，所述棱台形混光体面积较大的底面所处平面覆盖有画面层，所述棱台形混光体的棱面上覆盖有反光层，所述反光层上覆盖有隔光层，且所述棱台形混光体面积较小的底面所处平面覆盖有发光层，所述发光层上设置有LED点阵，所述LED点阵的LED灯位于棱台形混光体面积较小的底面。
3.根据权利要求1所述的一种LED点阵背光装置，其特征在于：所述的棱台形混光体空腔为四棱台形混光体空腔，或六棱台形混光体空腔。
4.根据权利要求2所述的一种LED点阵背光装置，其特征在于：所述的棱台形混光体为四棱台形混光体，或六棱台形混光体。
5.根据权利要求3所述的一种LED点阵背光装置，其特征在于：所述的棱台形混光体空腔为正四棱台形混光体空腔，或正六棱台形混光体空腔。
6.根据权利要求4所述的一种LED点阵背光装置，其特征在于：所述的棱台形混光体为正四棱台形混光体，或正六棱台形混光体。
7.根据权利要求3所述的一种LED点阵背光装置，其特征在于：所述四棱台形混光体空腔中LED点阵的LED灯按行列矩阵的方式排列；所述六棱台形混光体空腔中LED点阵的LED灯按奇数行和偶数行相互错开半个列距离的方式排列。
8.根据权利要求4所述的一种LED点阵背光装置，其特征在于：所述四棱台形混光体中LED点阵的LED灯按行列矩阵的方式排列；所述六棱台形混光体中LED点阵的 LED灯按奇数行和偶数行相互错开半个列距离的方式排列。
9.一种利用权利要求1-8任一项所述的LED点阵背光装置的LED点阵背光产生方法，其特征在于：其具体步骤如下：
（1）、根据画面层的画面元素，或根据画面层的控光需要，将画面层的画面划分成多个子画面并进行编号，每个子画面将会使用光强度相同的背光；
（2）、将画面层平面以连续的多边形进行划分，每个多边形对应一个LED灯，将多边形进行编号；
（3）、连续的多边形和画面层重叠，使每个子画面对应若干个多边形，并记下画面层中各个子画面所包含的多边形的编号，以及和各个子画面部分相交的多边形的编号；
（4）、根据画面需要或是对比度的要求，确定画面层中每个子画面所对应的背光亮度；
（5）、按步骤（3）中每个子画面确定的编号给出每个多边形控光区的亮度；
（6）、若某个多边形与不同的子画面部分相交，则该多边形控光区的亮度选则与其相交的子画面中亮度最大的值；
（7）、通过LED亮度的控制来调控各个子画面的亮度。
10.根据权利要求9所述的LED点阵背光产生方法，其特征在于：所述的正多边形为正六边形。
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