直下式、側入式LED背光模組結構分析

　　1、背景和目的

　　LED背光源的市場占有率迅速擴大。目前，LED背光模組的技術正在發展，LED背光模組的結構正在發展。

　　據億光透露，三星公司打算進一步把直下式LED背光液晶電視的厚度繼續往下做薄，當然，還需要克服很多技術困難，另外，結合側光式LED背光與直下式LED背光的技術也有機會推出（側光式LED背光液晶電視走俏　超薄設計是動因）。

　　海信認為，首先是直下式占據LED高端，而側入式占據LED低端；接著側入式逐漸取代CCFL背光，而直下式又逐漸取代側入式（“第4屆中國國際新光源新能源照明論壇”）。

　　日本Techno System Research的林秀介在 “第7屆TSR研討會2010”上，介紹了高速增長的LED背光液晶電視的下一個發展趨勢（大勢所趨的LED背光液晶電視的下一個發展趨勢）。據介紹，許多面板廠商計劃削減導光板而非單邊配備LED，以降低成本。直下型方式為了減少LED的使用個數，一般使用鏡頭蓋（Lens Cap）。通過鏡頭蓋的改良，可將背光單元的厚度“減薄至1.5cm”。

　　因此，正在下面幾方面進行研發：

　　第一，對現有的側入式背光模組進行改進。

　　第二，對現有的直下式背光模組進行改進。

　　第三，設計和開發同時具有直下式和側入式背光模組的主要優點而沒有二者的主要缺點的新型的背光模組。側入式背光模組的主要缺點是直下式背光模組的主要優點，直下式背光模組的主要缺點是側入式背光模組的主要優點。二者具有很強的互補性。

　　“中國電子報”對背光模組的重要部件，如導光板、擴散板、反射板、光源的專利分別進行了統計。截至2009年3月31日，TFT-LCD背光模組技術領域的中國專利申請共計2381件。其中，發明專利申請數量為1885件，實用新型專利申請數量為466件。

　　2、側入式LED背光模組

　　側入式背光模組的主要缺點是：

　　（1）LED封裝與導光板的耦合效率（coupling efficiency）還可以提高；

　　（2）應用于大尺寸時具有挑戰性；

　　（3）不能進行局域控制（local dimming）。

　　2.0、傳統的側入式LED背光模組

　　傳統的側入式LED背光模組的結構包括，LED光源設置在導光板的側面，導光板的底面上形成網點。LED封裝發出的光耦合進入導光板，通過反射片和網點的反射和散射，向液晶屏方向傳播。

　　對于傳統的側入式LED背光模組，LED芯片發出的光不能全部進入導光板，一方面，一部分光（大角度的光，約20%-30%，取決于封裝結構）由于全內反射而不能從LED封裝的出光表面射出。另一方面，即使已經從LED封裝出光表面射出的光，一部分光由于導光板入光表面的反射，而不能進入導光板，如圖1所示。LED封裝和導光板之間的耦合方式和效率需要進一步提高。

圖1　截面圖

　　2.1、 提高LED封裝與導光板之間的耦合效率

　　為了使得LED芯片發出的光全部進入導光板，采用透明膠210把LED封裝102的出光表面粘在導光板的入光表面，見圖2。由于LED封裝的硅膠、透明膠、導光板的折射系數基本上相同，因此，在LED封裝的出光表面處基本上沒有全內反射，在導光板入光表面處也基本上沒有反射，LED芯片發出的光基本上全部進入導光板，耦合效率提高，基本達到100%。另外，由于沒有全內反射，LED芯片發出的大角度的光也進入導光板，易于達到亮度的均勻性。

圖2　截面圖

　　優勢：(1)LED封裝和導光板之間的耦合效率提高。

　　（2）LED封裝的出光效率（extraction efficiency）提高約20%-30%。

　　（3）每個LED封裝產生的熱量減少約8% - 13%。

　　（4）保證同樣亮度的情況下，所用的LED封裝的數量約減少16%-23%，降低成本。

　　（5）LED背光模組產生的總熱量約減少23% - 33%。

　　（6）能量消耗約減少16%-23%。

　　（7）LED封裝的出光角度加大。

　　2.2、適用于大尺寸電視的帶V型槽的導光板

　　帶有V型槽的導光板的側入式LED背光模組使得LED背光源應用于任意大尺寸的顯示屏，而無需采用更高亮度的LED芯片。

　　導光板401的頂部的中間部位形成V型槽402，并在導光板的底部與V型槽對應的位置設置LED光源408b。使得LED光源發出的光425向上傳播時，被V型槽402全內反射，從而向導光板側面傳播，見圖3a和3b。LED光源粘在導光板的底部，增加光取出效率。

圖3a頂視圖

圖3b截面圖

　　圖3c展示V型槽402a、402b和402c成十字形設置的實施例,可以用于大尺寸的背光源。

圖3c示意圖

　　圖3d展示圖3c的實施例的示意圖。

圖3d示意圖

　　優勢：（1）適用于任意大尺寸的顯示屏。

　　（2） 薄型化。SMD形式的LED封裝的厚度可以做到0.7mm，PCB厚度可以做到1mm，因此，LED背光模組的厚度只比傳統的側入式LED背光模組的厚度增加1.7mm。

　　（3）LED封裝的光取出效率高。

　　（4）散熱較好。

　　（5）LED封裝的出光角度加大。

　　2.3、減少使用LED封裝數量的無導光板的側入式LED背光模組

　　沒有導光板的側入式LED背光模組的一個實施例：在一側設置LED光源205，與其相對的是側反光片204b，在主反光片204a和側反光片204b上形成網點203，調整網點的結構和分布，使得亮度分布均勻，圖4a。

圖4a截面圖

　　圖4b展示在兩側設置LED光源405a和405b，且傾斜成一角度409。網點403形成在主反光片404上。

圖4b截面圖

　　優勢：（1）沒有導光板以及光在導光板中的衰減，因此，減少使用的LED封裝的數量。

　　（2）減少產生的熱量。

　　（3）減低成本。

　　（4）減輕重量。

　　3、 直下式LED背光模組

　　直下式LED背光模組的主要缺點之一是：與側入式LED背光模組相比較，厚度較大。

　　3.0、 傳統的直下式LED背光模組：

　　LED光源352發出的光直接向上傳播，為得到光分布的均勻性（或RGB混光均勻性），與液晶屏平面垂直方向的光程（或RGB混光距離）較大，即，直下式LED背光源較厚，圖5。

圖5截面圖

　　3.1、 薄型的帶有反射鏡的直下式LED背光模組

　　帶有反射鏡的直下式LED背光模組的一個實施例：在每一個LED封裝203上方處設置反射鏡208a，LED封裝發出的光被反射鏡208a反射向反光片204c及其上的網點207，被反射和散射后，向液晶屏方向傳播，見圖6a。

圖6a截面圖

　　反射鏡208a/308a面對LED光源203的表面具有微結構308b，反射鏡208a/308a的設置是從一組設置中選出，該組設置包括，但不限于，圖6b展示的結構。