CN108563068B - 一种超薄直下式背光模组 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种超薄直下式背光模组，包括多个圆台、多段反射隔板、LED灯珠、圆锥、底板、边框；所述的圆台、圆锥、反射隔板都在底板上，底板和边框表面为反射面；本申请将LED灯珠放在圆台的侧面上，改变圆台倾斜角和底面直径，调节了LED芯片光强极大处的指向，降低了匀光难度，通过圆台、圆锥、反射隔板等结构使光线重新分配，提高了光能利用率和照度均匀性，降低了混光高度。本申请降低了液晶显示器的厚度，且不需要使用光学透镜，从而降低了加工和安装难度，节约了成本。

Description

一种超薄直下式背光模组

技术领域

本申请涉及液晶显示领域，尤其是采用圆台和LED的超薄直下式背光模组。

背景技术

液晶显示器（LCD）包含液晶面板和背光模组。液晶是被动发光显示器件，常常需要在液晶背面布置光源，液晶面板通过控制光线的透过率来显示不同亮度的图像。背光模组(Backlight module)中含有多颗光源和光学元件，背光模组为液晶面板提供均匀的光线，它的发光性能将直接影响到LCD的显示效果，通常背光模组中包含LED光源。

根据背光模组中光源的分布位置，背光模组有直下式背光模组和侧入式背光模组两种。其中，直下式背光模组的光源放置在液晶面板的正后方，安装在与液晶面板平行的底板上，光线直接向前出射透过液晶面板。侧入式背光模组的光源放置在背光模组的侧面及液晶面板的侧后方，大部分光线经过折射、反射后向前射出并透过液晶面板。与侧入式背光模组相比，直下式背光模组的亮度高、均匀性好、能量利用率高、结构简单、色域广，并且直下式背光模组能够进行分区调控，提高显示器对比度，实现动态智能背光，因而直下式背光模组的画质更好。

但直下式背光模组存在缺点：为了达到国家标准的均匀性要求，液晶面板与光源之间需要一定的混光距离，导致背光模组和显示器的厚度较大，这限制了其发展，不符合时下人们轻薄、美观的需求。为了提高均匀性、降低显示器的厚度和混光距离，在公开的直下式LED 背光模组技术中，一类是采用数量众多的小功率LED均匀排布在底板上，但密集排布的LED会导致热量积聚，散热不良，控制电路复杂且成本增加。另一类是采用自由曲面透镜和大功率LED 的组合来实现超薄化均匀照明，但透镜设计复杂，生产成本高和加工、组装工艺复杂，且光能损耗较多。

现在的直下式LED背光模组主要存在以下缺点：模组厚度大，LED灯珠数量多，自由曲面透镜设计复杂、成本高。

发明内容

为了解决上述问题，本申请公开了一种超薄直下式背光模组，包括多个圆台、多段反射隔板、LED灯珠、圆锥、底板、边框；所述的圆台、圆锥、反射隔板都在底板上，底板表面为反射面；每个圆台侧面与下底面之间的夹角为30°，每个圆台上底面、侧面都是反射面，圆台上底面的半径比下底面的半径小，六个相同的圆台中心分布在一个小正六边形的各个顶点上；反射隔板围在小正六边形周围成为一个大正六边形；大正六边形与小正六边形共几何中心，两正六边形各边互相平行；在每个圆台的侧面上均匀的放置4颗LED灯珠，4颗LED灯珠的发光部分与圆台底面的距离相等，其中有两颗LED灯珠位于大正六边形的对角线上；所述的圆锥放置在大正六边形中心位置，表面为反射面；每个大正六边形以及大正六边形内部的圆台、圆锥和LED灯珠构成一个完整的照明单元，相邻照明单元共用反射隔板；在背光源的边缘处具有不完整的照明单元，每个不完整的照明单元含有圆台；底板和边框围成背光源的边界，边框表面也是反射面。

优选的，所述的圆锥的底面半径和圆锥的高度相等。

优选的，所述的大正六边形边长a=m+L,其中m为相邻圆台中心间距,L为圆台较大的底面直径。

优选的，所述的不完整的照明单元有两种形状，第一种不完整的照明单元为等腰梯形，等腰梯形为大正六边形的一半，等腰梯形中包含3个圆台和1个圆锥，其中两个圆台分别位于梯形腰的中垂线和梯形底角的角平分线的交点处；另一个圆台位于梯形底边的中垂线上，并且离梯形较短底边的距离为梯形较短底边边长的倍，圆锥底面圆心也位于梯形底边的中垂线上；第二种不完整的照明单元为五边形，五边形为正六边形切除一个角所得，包含至少3个圆台和1个圆锥。

通常LED的轴线处的光强最大，LED的光线以轴线为中心基本上对称分布，在传统的直下式背光模组技术方案中使LED的轴线垂直于液晶面板，因而液晶面板上得到的光强不均匀，需要采用各种光学结构来匀光，并且也增加了混光距离，本申请将LED灯珠放在圆台的侧面上，使LED的轴线与液晶面板成60°角，调节了LED芯片光强极大处的指向，降低了匀光难度，通过圆台、圆锥、反射隔板等结构使光线重新分配，提高了光能利用率和照度均匀性，降低了混光距离。和公知的技术方案相比，本申请降低了液晶显示器的厚度，且不需要使用光学透镜，降低了成本，降低了加工和安装难度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。附图用来提供对本申请的进一步理解，与本申请的实施例共同用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。

图1是圆台结构示意图。

图2是正六边形照明单元示意图。

图3是等腰梯形不完整照明单元示意图。

图4是五边形不完整照明单元示意图。

图5是背光模组整体示意图。

图6是实施例中分布在圆台上的4颗LED在扩散板上的照度图。

图7是实施例中一个正六边形照明单元在扩散板上的照度图。

图8是实施例中等腰梯形不完整照明单元在扩散板上的照度图。

图9是实施例中五边形不完整照明单元在扩散板上的照度图。

图10是实施例中背光模组整体在扩散板上的照度图。

图中：1.圆台，2.LED灯珠，3.扩散板，4.反射隔板，5.圆锥，6.边框，7.底板。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请做进一步的详细说明：一种超薄直下式背光模组，包括多个圆台、多段反射隔板、LED灯珠、圆锥、底板、边框。

实施例中采用的圆台的尺寸为：底面直径L为17.32mm，倾斜角为30°，侧面至少能放置LED灯珠, 如图1；由于精确设计了圆台的尺寸，将LED灯珠放置在圆台侧面上，改变了中心光强极大处光线的出射方向，这种做法使得照明光斑面积增大，混光程度提高，从而降低了混光距离，减小了液晶显示器的厚度。

本实施例中采用的LED灯珠为CREE公司生产的，型号为XLamp XQ-A，底面尺寸为1.61.6mm，单个LED的光通量为89 lm。在每个圆台的侧面上均匀的放置4颗LED灯珠，4颗LED的发光部分与圆台底面的距离相等，其中有两颗LED灯珠位于大正六边形的对角线上；每个圆台放4颗LED灯珠以及LED灯珠的位置是经过反复实验所得的，在满足照度和照度均匀性的条件下，减少LED灯珠的数量，改善了散热效果、降低了成本，降低了加工、安装难度。

在实施例中4颗LED灯珠和一个圆台组成一个整体，视为单个模拟光源，其照度如图6所示。本实施例中光线经过扩散板到达液晶面板，在另一个实施例中不使用扩散板，光线直接到达液晶面板。

实施例中的圆台、圆锥、反射隔板都在底板上，底板表面为反射面，底板表面能够将LED发出的部分光线反射到扩散板，在没有扩散板的情况下将光线直接反射到液晶面板上，提高了光能利用率、改善了照度均匀性。

每个圆台侧面与下底面之间的夹角为30°，确保了LED发出的大部分光线不需要经底板反射就能到达扩散板，降低了能量损失。

每个圆台上底面、侧面都反射光线，圆台上底面的半径比下底面的半径小，六个相同的圆台中心分布在一个小正六边形的各个顶点上；上底面和侧面能将从扩散板或液晶面板反射回来的光线、LED灯珠发出的光线反射，这种结构容易加工，成本低，并且提高了光能利用率、混光程度，改善了照度均匀性。

正六边形的排列方式是经过反复实验所得，相比其他形状，正六边形的排列方式降低了LED灯珠的排列密度，改善了散热，降低了成本。在本实施例中小正六边形相邻圆台中心间距m=26mm，小于大部分液晶面板的尺寸，在背光模组中可以放置多个正六边形照明单元。

反射隔板围在小正六边形周围成为一个大正六边形；大正六边形与小正六边形共几何中心，两正六边形各边互相平行；反射隔板围成的形状和位置是经过反复实验所得，确保了照度和照度均匀性都十分良好。

实施例中的大正六边形边长a=m+L,其中m为相邻圆台中心间距，L为圆台较大的底面直径。在本实施例中大正六边形边长a=43.32mm。大正六边形的边长是经反复实验所得，保证了每一个大正六边形内照度均匀性都很好。

圆台的排布方式保证了大正六边形的每个角附近都有一个圆台，每个圆台上有一颗LED灯珠正对这个角，这种设计会产生好的技术效果，确保了反射隔板每个角都有充足的光线照射，避免了边角处直射光线较弱而导致照度下降，从而提高了液晶面板背面的照度均匀性。

实施例中圆锥的底面半径和圆锥的高度相等，圆锥放置在大正六边形中心位置，表面为反射面；圆锥表面为曲面，能将光线向各个方向反射，使中心位置附近能接收到更多的光线，照度增大，从而提高液晶面板背面的光照均匀性，与使用透镜的方式相比，在背光模组中使用圆锥能够降低加工难度和成本。在实施例中圆锥底面半径和圆锥高度大小为10mm。

每个大正六边形以及大正六边形内部的圆台、圆锥和LED灯珠构成一个完整的照明单元，其照度分布如图7所示。相邻照明单元共用反射隔板；在背光源的边缘处具有不完整的照明单元，每个不完整的照明单元含有圆台；仅靠正六边形无法拼接成矩形，在边缘处存在缺口，不完整的照明单元与正六边形照明单元共同形成矩形，便于加工，能够方便的配合液晶面板，无需另外的改进。通过改变正六边形照明单元的边长和拼接多个照明单元能够适应所有主流的液晶面板。

实施例中不完整的照明单元有两种形状，第一种不完整的照明单元为等腰梯形，等腰梯形为大正六边形的一半，等腰梯形中包含3个圆台和1个圆锥，其中两个圆台分别位于梯形腰的中垂线和梯形底角的角平分线的交点处，如图3所示；在不完整的照明单元中，如果按照正六边形的排列方式设置圆台、圆锥就不能达到均匀照明的效果，照度均匀性低，因此在不完整的照明单元中需要改变圆台的排列位置，才能达到所需的照度及照度均匀性要求；将圆台放在梯形腰的中垂线和梯形底角的角平分线的交点处，既保证了两底角有充足的光线，又使得圆台到底角两侧的距离相等，照度也相近，另一个圆台位于梯形底边的中垂线上，并且离梯形较短底边的距离为梯形较短底边边长的倍，圆锥底面圆心也位于梯形底边的中垂线上。在等腰梯形中，这种排列方式提高了照度均匀性，其照度图如图8所示，照度值及照度均匀性与正六边形照明单元相当，保证了整个背光模组的照度均匀性较好。

第二种不完整的照明单元为五边形，五边形为正六边形切除一个角所得，包含至少3个圆台和1个圆锥，如图4所示；由于切除了一个角，减少了一个圆台，导致圆锥到长边之间的中垂线附近位置照度下降，降低了照度均匀性；因此在实施例中将靠近长边的两个圆台向中垂线移动4mm，以弥补中间光线减少导致的照度下降，提高了均匀性，其照度图如图9所示，照度值及照度均匀性与正六边形照明单元相当，保证了整个背光模组的照度均匀性较好。

底板和边框围成背光源的边界，边框表面也是反射面。边框表面反射光线，将LED发出的部分光线反射到扩散板，在没有扩散板的情况下将光线直接反射到液晶面板上，提高光能利用率、改善照度均匀性。

为了达到良好的显示效果，在液晶面板背面不仅需要保证照度均匀性达到要求，还对液晶面板背面各个点的光线方向有所限制。要求液晶面板背面每个点入射光线角度分布情况基本一致，并且光线透过液晶屏以后，用户从不同位置观看纯色画面（全白画面或全黑画面或全红画面或全绿画面或全蓝画面）时，液晶屏上每一点透射的光线进入用户的眼睛后强度大致相等，这样用户看到的屏幕各点的亮度一致。本申请提供的技术方案中由于采用了多种形状的照明单元，在这些单元中设置了圆台、圆锥、倾斜放置的LED灯珠，并限制了部分尺寸，这种组合结构不仅能保证液晶面板背面的照度均匀性达到要求，还能保证液晶面板背面每个点入射光线角度分布情况基本一致，光线透过液晶屏以后，用户从不同位置观看纯色画面时，人眼能感受到屏幕的亮度均匀性较好。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种超薄直下式背光模组，其特征是：包括多个圆台、多段反射隔板、LED 灯珠、圆锥、底板、边框；所述的圆台、圆锥、反射隔板都在底板上，底板表面为反射面；每个圆台侧面与下底面之间的夹角为 30°，每个圆台上底面、侧面都是反射面，圆台上底面的半径比下底面的半径小，六个相同的圆台中心分布在一个小正六边形的各个顶点上；反射隔板围在小正六边形周围成为一个大正六边形；大正六边形与小正六边形共几何中心，两正六边形各边互相平行；在每个圆台的侧面上均匀的放置4颗 LED 灯珠，4颗LED灯珠的发光部分与圆台底面的距离相等，其中有两颗 LED 灯珠位于大正六边形的对角线上；所述的圆锥放置在大正六边形中心位置，表面为反射面；每个大正六边形以及大正六边形内部的圆台、圆锥和LED 灯珠构成一个完整的照明单元，相邻照明单元共用反射隔板；在背光源的边缘处具有不完整的照明单元，每个不完整的照明单元含有圆台；底板和边框围成背光源的边界，边框表面也是反射面。

2.根据权利要求1所述的一种超薄直下式背光模组，其特征是：所述的圆锥的底面半径和圆锥的高度相等。

3.根据权利要求1所述的一种超薄直下式背光模组，其特征是：所述的大正六边形边长a=m+L，其中m 为相邻圆台中心间距, L为圆台较大的底面直径。

4.根据权利要求 1 所述的一种超薄直下式背光模组，其特征是：所述的不完整的照明单元 有两种形状，第一种不完整的照明单元为等腰梯形，等腰梯形为大正六边形的一半，等腰梯 形中包含3个圆台和1个圆锥，其中两个圆台分别位于梯形腰的中垂线和梯形底角的角平分线的交点处；另一个圆台位于梯形底边的中垂线上，并且离梯形较短底边的距离为梯形较短底边边长的倍，圆锥底面圆心也位于梯形底边的中垂线上；第二种不完整的照明单元为五边形，五边形为正六边形切除一个角所得，包含至少 3个圆台和 1个圆锥。

Images