CN203179949U

CN203179949U - 一种用于背光源的边发射型led

Info

Publication number: CN203179949U
Application number: CN2013201771727U
Authority: CN
Inventors: 由磊
Original assignee: Shanghai Edge Light Industry Co Ltd
Current assignee: Shanghai Edge Light Industry Co Ltd
Priority date: 2013-04-10
Filing date: 2013-04-10
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2023-04-10

Abstract

本实用新型提供一种用于背光源的边发射型LED，包括蓝光LED芯片、基座，所述蓝光LED芯片置于旋转抛物反射面中心处，所述填充树脂覆盖所述的蓝光LED芯片并填充整个旋转抛物反射面，树脂支撑结构将锥形反光面支撑于蓝光LED芯片正上方。本实用新型提出将边发射型LED用于直下式背光源中，利用具有表面布点的导光板结构，使侧向出射的光线经过导光板底面的锥形网点时，经历一次折射和一次全反射。这样将侧向出射的光线导向正向出射，提高了背光源正向的亮度。

Description

一种用于背光源的边发射型LED

技术领域

本实用新型涉及LCD显示技术领域，具体涉及一种用于背光源的边发射型LED。

背景技术

目前，LCD背光模组主要采用侧光式和直下式。在较大尺寸下，侧光式背光源的发光均匀性和发光亮度都受到限制。与之相比，直下式背光源工艺简单，其技术关键在于亮度均匀性引。为了解决直下式背光源薄型化和均匀度不高之间的矛盾，已有许多公司及研究机构提出直下式LED背光源的设计方案。边发射型LED的结构设计在直下式背光源的研究中是一个热点问题，现有的关于边发射型LED的方案基本上是利用透明介质全反射的性质来设计的。但是，由于全反射角的限制，这些方案并不容易实现对光强角分布的控制。

实用新型内容

本实用新型提出了一种用于直下式背光源的大功率边发射型LED的结构，通过全反射及镜面反射将白光LED发出的光导向侧面发出，并且实现了对光强角分布的控制。将此LED应用到背光源中，同时利用侧光式背光源常用的导光板及其表面布点技术，使白光LED向侧面发出的光从背光源灯箱的正面导出。

一种用于背光源的边发射型LED，包括蓝光LED芯片、基座，所述基座的上表面是旋转抛物反射面、填充树脂、树脂支撑结构、锥形反光面，其中，所述蓝光LED芯片置于旋转抛物反射面中心处，所述填充树脂覆盖所述的蓝光LED芯片并填充整个旋转抛物反射面，所述的树脂支撑结构将所述的锥形反光面支撑于蓝光LED芯片正上方。

其中，所述蓝光LED芯片正面中心与旋转抛物反射面面焦点关于填充树脂表面呈中心对称。

其中，所述锥形反光面的顶角的范围是75°-90°。

其中，所述锥形反光面的顶角是75°。

其中，所述锥形反光面的顶角是80°。

其中，所述锥形反光面的顶角是85°。

其中，所述锥形反光面的顶角是90°。

其中，所述的树脂支撑结构的形状为三角形。

其中，在蓝光LED芯片上方的填充树脂中有一层填充荧光粉的树脂层。

本实用新型提出的一种边发射型的白光LED，通过全反射和反光镜的反射使LED发出的光由两侧出射，并且可以通过调节锥形反光镜的锥顶角来控制光强角分布中峰值的位置。将边发射型LED用于直下式背光源中。当背光源灯箱大小为228mm×150mm，灯箱厚度在20~30mm时，均匀度可以达到85％以上。利用具有表面布点的导光板结构，使侧向出射的光线经过导光板底面的锥形网点时，经历一次折射和一次全反射。这样将侧向出射的光线导向正向出射，提高了背光源正向的亮度。

附图说明

图1是本实用新型中一种用于背光源的边发射型LED的结构示意图；

图2是本实用新型中一种用于背光源的边发射型LED的光路示意图；

图3是本实用新型中顶角θ改变时光强的示意图；

图4是本实用新型中背光源的示意图；

图5是本实用新型中导光板的示意图。

具体实施方式

下面给出本实用新型的较佳的实施例，这些实施例并非限制本实用新型的内容。

实施例

请见图1所示，一种用于背光源的边发射型LED，包括蓝光LED芯片2、基座1，所述基座1的上表面是旋转抛物反射面3、填充树脂4、树脂支撑结构5、锥形反光面6，其中，所述蓝光LED芯片2置于旋转抛物反射面3中心处，所述填充树脂4覆盖所述的蓝光LED芯片2并填充整个旋转抛物反射面3，所述的树脂支撑结构5将所述的锥形反光面6支撑于蓝光LED芯片2正上方。所述蓝光LED芯片2正面中心与旋转抛物反射面面焦点42关于填充树脂4表面呈中心对称。所述锥形反光面6的顶角θ的范围是75°-90°。所述的树脂支撑结构5的形状为三角形。其在蓝光LED芯片2上方的填充树脂4中有一层填充荧光粉的树脂层41。

图2所示为该边发射型LED的设计光路图，主要将LED发出的光线分为4个部分考虑：光线L1首先被锥形反光面6反射，然后被树脂支撑结构5表面所折射；光线L2首先被树脂支撑结构5表面所折射，然后被锥形反光面6反射；光线L3首先在填充树脂4表面经历一次全反射，然后经过旋转抛物反射面3的反射，由于蓝光LED芯片2与旋转抛物反射面面焦点42关于填充树脂4表面呈中心对称，因此经过旋转抛物反射面3后垂直于填充树脂4表面出射，最后被锥形反光面6所反射；光线L4首先被旋转抛物反射面3反射，然后经过填充树脂4表面直接出射。其中光线L1、L2和L3最后出射的方向为极角等于θ的方向及其附近，这部分光强占LED发出的光的大部分，该边发射型LED的光强分布主要由这三部分的光所决定，而光线L4这部分光的光强只占LED发出光强的小部分，因此对光强分布的影响并不大。可见，树脂支撑结构5不仅起到拼接的作用，并且可以通过其表面对光强角分布有一个调整，使更多的光沿着所设计的方向出射。

利用Lambda公司的光路追迹软件Tracepro建立封装材料、反射镜以及LED的实体模型，在此基础上对所设计的LED结构进行精确地模拟。

本实用新型中所建立的反射面的反射率均为94%，树脂的折射率为1．5。图3所示分别为顶角θ为75°、80°、85°以及90°时模拟得到的光强角分布。结果表明，当顶角θ为75°、80°、85°以及90°时，光强峰值分别位于极角为72°、77°、82°、87°处。光强峰值位置的模拟值与理论值之间有3°左右的偏差，造成偏差的主要原因是由于LED不是一个理想的点光源而是具有一定尺寸的，其尺寸效应对光强的分布有一定的影响。当整个结构反射镜的反射率分别为94%和100%时，LED芯片发出的光的利用效率分别为87．2%及98．3%，一定能量的光经过反射率为94%反射镜的两次反射后，光的利用率约为88．4%。由此可见，所设计的结构，光能的损耗主要集中在反射镜的吸收上。

LED芯片的光强角分布为近似的朗伯分布，直接采用LED芯片做背光源，使其光散开达到一定的均匀度，需要灯箱厚度达到40mm以上，而前采用各种散光结构之后，背光源的厚度也在30~40mm左右。所设计的结构首先通过边发射型的LED，在20mm的厚度内，将LED所发出的光散开，并且达到一定的均匀度，这样极大地减少了背光源的厚度。

本实用新型中模拟的边发射型LED锥顶角θ为90°，灯箱大小为228mm×150mm，灯箱厚度从10～30mm变化。灯箱壁所用的反射面的反射率均为94%。同时定义灯箱长为X方向，宽为Y方向，LED之间X方向间距△X=30mm，Y方向间距△Y=50mm，共24颗边发射型LED。模拟结果采用照明分析中常用的“九点分析法”，通过LMIN、LMAX以及LAVE来衡量背光源的均匀度，其中LMIN、LMAX以及LAVE分别为9点中照度最小值、最大值以及9点的平均值。

表1所示为均匀度及光利用效率随灯箱厚度的变化，当灯箱厚度达到18mm时，均匀度达到81．7%，此时光基本散开。灯箱厚度在20mm以上时，均匀度均在85%以上。但是，随着灯箱厚度的增加，光的利用效率不断降低，这是因为采用的边发射型LED的光出射方向在极角87°附近，当厚度增加时，经过灯箱侧壁反射的光也增加了。

表1

Figure 2013201771727100002DEST_PATH_IMAGE001

传统的LED背光源，一般采用散光膜与增亮膜的结构来增强轴向亮度，这种结构使光强主要分布在轴向到与轴向呈45°夹角的范围内。而导光板多应用于侧光式的背光源。本实用新型将导光板的引入直下式背光源中，利用导光板及导光板的表面布点技术提高背光源轴向出光的亮度。

本实用新型中所设计的锥顶角为90°的边发射型LED发出的光向极角为87°及其附近方向出射，并且在极角为0～30°几乎没有出射的光，这样会造成背光源的轴向亮度非常低。在灯箱厚度为2Omm时，大部分从背光源出射的光分布在极角为75°～90°。

背光源8加上导光板7后，如图4所示。导光板7材料为折射率为1.49的PMMA，在导光板7底部布上圆锥形的网点71。如图5所示，光线L从LED 9发出后进入导光板7时首先经过圆锥形网点71表面的折射，然后经过一次全反射之后从导光板7正向出射。加上导光板7之后背光源8出射的光主要分布在极角为0°~10°的范围内，极大地提高了轴向出光的亮度。

利用光学模拟软件对该背光模型进行了模拟，设计了228mmx150mm的大功率白光LED直下式背光源，LED阵列的排列是△X=30mm、AY=50mm。整个背光系统的面板的几何尺寸为228mm×150mm，灯箱厚度在10～30mm变化。当灯箱厚度在18mm以上时，由边发射型LED所发出的光基本散开，背光源的均匀度均达到80%以上。

在灯箱厚度为20mm时，未加导光板7时，背光源的均匀度为86．4%；加上导光板7之后，背光源均匀度为88．1%。由此可知，加入导光板7后，不仅将背光源发出的光导向极角为O°附近，并且不会降低背光源整体的均匀度。由于采用反射率为94%的反射镜，对于单颗LED，在封装结构上就有一定的光被损耗掉，光的利用率为88．4%。对于厚度20mm的背光系统来说，光射到灯箱侧壁、灯箱底面以及其他LED的倒锥形反射面时均有一定的损耗，整个背光系统光的利用率为75．9%。加上导光板之后光的利用效率为66．0%，虽然光的利用效率降低了，但是却提高了背光源正面的亮度。

本实用新型提出了一种新型的边发射型白光LED的封装结构，能够通过锥形反光面的锥顶角控制边发射型LED的光强角分布。将此白光LED应用于直下式背光源中，在灯箱厚度为20mm时，就能将LED所发出的光基本散开，达到一定的均匀度。同时，通过利用侧光式背光源中常用的导光板及表面布点技术，将边发射的光导向灯箱正面出射，从而极大地提高了背光源的正面亮度，并且不影响背光源均匀度。

Claims

1. 一种用于背光源的边发射型LED，包括蓝光LED芯片、基座，所述基座的上表面是旋转抛物反射面、填充树脂、树脂支撑结构、锥形反光面，其特征在于，所述蓝光LED芯片置于旋转抛物反射面中心处，所述填充树脂覆盖所述的蓝光LED芯片并填充整个旋转抛物反射面，所述的树脂支撑结构将所述的锥形反光面支撑于蓝光LED芯片正上方。

2.如权利要求1所述的LED，其特征在于，所述蓝光LED芯片正面中心与旋转抛物反射面面焦点关于填充树脂表面呈中心对称。

3.如权利要求1所述的LED，其特征在于，所述锥形反光面的顶角的范围是75°-90°。

4.如权利要求3所述的LED，其特征在于，所述锥形反光面的顶角是75°。

5.如权利要求3所述的LED，其特征在于，所述锥形反光面的顶角是80°。

6.如权利要求3所述的LED，其特征在于，所述锥形反光面的顶角是85°。

7.如权利要求3所述的LED，其特征在于，其中，所述锥形反光面的顶角是90°。

8.如权利要求1所述的LED，其特征在于，所述的树脂支撑结构的形状为三角形。

9.如权利要求1所述的LED，其特征在于，在蓝光LED芯片上方的填充树脂中有一层填充荧光粉的树脂层。