側導光LED背光源的設計

　　一、引言

　　隨著人類社會進人到知識經濟時代，信息和知識傳播實現實時化，用以實現信息交流的終端設備顯示技術發展迅速，作為顯示技術之一的LCD顯示器隨之發展很快，由于LCD具有自身不發光的缺點，所以在大多應用場合要求配套背光源。所采用的背光源有白熾燈球、冷陰極熒光管、EL片和LED燈等。每一種背光源技術在特定的應用環境中都有各自優異的特點。其中LED技術所具有的優點備受人們的青睞。其優點:長壽命、高效率、低維護和低功耗;體積小，允許LCD背光模塊薄，減少LCD顯示器與驅動電路之間的連接成本;低電壓驅動，可用5-12VDC直接驅動，且轉換時間很快，允許脈寬調制亮度，能夠通過單獨脈沖控制紅、綠、藍LED燈亮暗，可以除去全色LCD顯示器面板背后的紅綠藍過濾器等。

　　LED背光源在近幾年迅速發展，從早期的底面出光方式發展到側導光方式。側導光LED背光源比底面出光LED背光源具有成本低、功耗低、厚度薄等優點。尤其隨著LED技術的發展，出現了AIInGaP四元系材料和GaN基材料，實現了LED超高亮度和全色化，使得側導光LED背光源可利用較少的LED個數達到所需的發光亮度和顏色的要求成為可能，發揮出令人滿意的效果，LED技術的發展推動了側導光LED背光源的迅速發展。下面介紹一下這一最新發展的側導光LED背光源的原理及設計要點。

　　二、側導光LED背光源的結構

　　側導光LED背光源的結構如圖1所示。它是由LED組件、導光板、散射膜、反光紙、邊緣反光膠帶等組成的。

圈1 側導光LED背光源結構示愈圖

　　在背光源組件中，導光板是關鍵的光學元件，它是一塊透明的塑料聚甲基丙烯甲脂(PMMA)材料，底面涂上白色反射點或注塑成小凸點，邊緣涂上白色反射材料或覆蓋一張鏡面反射金屬膠帶。散射膜是一張半透明的PC材料，起到降低亮度，提高均勻性的作用。反光紙是一張光滑白色的紙片，起到光反射、減少光線泄漏的作用。

　　三、側導光LED背光源的基本原理

　　側導 光 L ED背光源的基本原理是利用光全反射原理以有效地傳輸光，并將線光源轉變為面光源。光全反射原理:當光線從折射率高的介質向折射率低的介質(如塑料到空氣)折射時，被折射的光以比人射光線較斜的角度發射，當人射角大于某一角度時，光線不能折射人空氣中而全部發生向內反射的現象，稱為全反射或內反射，當折射角等于90“時的人射角稱為臨界角。其原理如圖2所示。

圖2 光線全反原理

　　根據光 折射定律及公式n-1,Sinθ,=n2Sinθ2,可推出臨界角θc=Sin-1(n 2,Sin90°/n2)=Sin-1(n2/n1)，已知n2=1(空氣),n1=1.491(導光板塑料PMMA材料)，得θc=Sin -10.6707=41.8°，即當導光板內部的人射光線大于41.8°時，會發生全反射現象，這時光線會沿著導光板方向從一邊傳輸到另一邊，對于PMMA材料的導光板，其透光率高達92%,霧度很小，具有很小的光吸收性，光可以沿著板材傳遞很長距離而衰減很小。而導光板的目的是使光線從表面折射出去形成一個光亮均勻的面光源。因此導光板的技術原理一方面是利用光全反射原理進行光的傳輸，另一方面是反其道而用之，破壞光全反射的條件，干擾光的全內反射光學要素，改變光線的光路，使光線從導光板的表面引出，形成面光源成為背光板。具體設計是在導光板的底面印刷白色網點或注塑成小凸點，使光線在點上產生漫反射，一部分光線以小于臨界角的角度人射到導光板的上面并折射出去，一部分光線發生全反射回到導光板內，這些光線在導光板的上邊緣發生全反射又回到底面的點上。這個過程不斷重復發生，直到光線有的從表面折射出去，有的被導光板吸收，有的損失在某一界面上，從表面折射出去的光線為人眼所見，這一部分光線真正為導光板成為背光板做出貢獻，是儀器測到背光源的亮度。

　　四、側導光LED背光源的設計要點

　　側導光LED背光源結構設計和材料選用，直接影響背光源的亮度及均勻性。在設計中，既要考慮成本因素，又要兼顧背光源的亮度及均勻性符合用戶的要求。下面簡要介紹一下背光源的設計方法供參考。

　　1、散光點的大小和分布的設計

　　目前采用的導光板大多數采用開模注塑而成，散光點的大小和分布主要由模具制造商設計并通過多次試驗調整方案，最終確定模具結構。散光點的大小和分布的設計與計算較復雜，還沒有形成完整、成熟的理論。根據光度學公式如下:

　　其中: E-光照度;φ-光通量;S-接收面積;I-發射光的強度;θ-發射光方向與接收面的法線之間的夾角;I-接收面離LED光源的距離;Io-LED的法向強度;r-接收面積的半徑;D一導光板的厚度。

　　根據公式(1)一照度的距離平方反比定律可知，越靠近人射端，散光點所受到的光照度越強。從圖3所示，散光點所受到的光線除了一次直射光線外，還有多次反射光線，同理可得，越靠近人射端，散光點所受到的反射光照度越強，因此各個散光點的光照度不相同。為簡便設計，散光點分布是沿人射光方向陣列排列，