專利名稱：裝有自由曲面透鏡的直下式led背光模組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體發(fā)光元器件，特別涉及一種裝有自由曲面透鏡的直下式LED背光模組。
背景技術(shù)：
近年來，消費(fèi)電子的蓬勃發(fā)展，各個(gè)尺寸的顯示設(shè)備的市場需求越來越大，其中，液晶顯示器以輕薄、低成本、高畫質(zhì)等多種優(yōu)勢(shì)占據(jù)了平板顯示的絕對(duì)主導(dǎo)地位。液晶一種被動(dòng)發(fā)光器件，需要背光源發(fā)出的光線來顯示圖像內(nèi)容，常見的背光源包括冷陰極管(CCFL)和發(fā)光二極管(LED)等，其中LED以高流明效率、高顯色能力、低壓驅(qū)動(dòng)、不含易碎部件、不含重金屬材料等優(yōu)點(diǎn)正迅速取代CCFL成為背光源的主流技術(shù)。據(jù)權(quán)威結(jié)構(gòu)預(yù)測，LED背光源將在2014年將占據(jù)超過90%的液晶顯示器背光市場。從結(jié)構(gòu)上考慮,LED背光可分為側(cè)面入光式和直下式(底發(fā)光式)。其中側(cè)面入光式中，LED燈條布置在面板的一側(cè)，一張導(dǎo)光板通過導(dǎo)光顆粒的散射作用將側(cè)面方向的線光源轉(zhuǎn)換為面向面板方向的面光源，擴(kuò)散膜、增亮膜等光學(xué)薄膜將面光源轉(zhuǎn)換為可用作面板背光的均勻的，具有一定發(fā)散角度的背光源；直下式(底發(fā)光式)中，LED陣列直接布置在面板下方，同樣需要擴(kuò)散膜、增亮膜等光學(xué)薄膜將LED陣列發(fā)出的光線轉(zhuǎn)換為品質(zhì)符合要求的背光源。一般來說，側(cè)入光式LED背光模組的厚度較小，技術(shù)成熟，適用于中小尺寸液晶顯示屏，如移動(dòng)電話、平板電腦、電子相框、GPS等，但是，在尺寸增大后，導(dǎo)光板的導(dǎo)光能力下降，即使將單邊燈條改為雙邊甚至四邊燈條，屏幕上也會(huì)出現(xiàn)暗條紋(如常見的“X”樣暗紋)。直下式(底發(fā)光式)LED背光模組的超薄性能略遜，但是不受屏幕尺寸限制，特別適合于超大尺寸屏幕，而且直下式(底發(fā)光式)LED背光中使用LED陣列，各顆LED對(duì)應(yīng)于屏幕不同區(qū)域，可以根據(jù)畫面內(nèi)容動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)各顆LED的明暗，實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度畫質(zhì)，即動(dòng)態(tài)調(diào)光技術(shù)。LED背光作為一種低能耗背光方案，除了亮度，模組厚度外，其能耗性能是整體性能的重要方面。在常規(guī)的直下式方案中，擴(kuò)散膜、增亮膜等光學(xué)膜層都會(huì)產(chǎn)生可觀的光能量損耗。對(duì)于增亮膜來說，他的主要結(jié)構(gòu)為包含周期性微棱鏡的棱鏡層，為了達(dá)到增加正面亮度的目的，背光模組中常使用一張?jiān)隽聊せ騼蓮堈化B放的增亮膜組。LED發(fā)光的光線入射到增亮膜后一部分透過棱鏡層出射，一部分通過棱鏡層的全反射回到背光系統(tǒng)，再通過背光系統(tǒng)的反射繼續(xù)嘗試通過增亮膜。這樣，透過增亮膜的都是角度較小的正方向光線，增亮膜可以有效可以起到集中光束，增大正面輝度的作用。但是，光線在反復(fù)的反射過程中，相當(dāng)部分的能量被損耗，這些光能量損耗限制了 LED背光節(jié)能優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，實(shí)驗(yàn)證明，不同空間角度的光線通過增亮膜時(shí)透過率很不相同，即增亮膜的透過率特性具有很強(qiáng)的空間角度分布特征，并與背光系統(tǒng)的反射特性有關(guān)，如果可以改變?nèi)肷涞皆隽聊さ墓饩€的空間能量分布，使其與增亮膜的透過率特性相匹配，那么由增亮膜造成的光能量損耗可以大大降低，從而降低背光模組整體的能耗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)已有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種裝有自由曲面透鏡的直下式LED背光模組。本發(fā)明提供的技術(shù)方案為一種背光模組底部安裝平面LED陣列的直下式LED背光模組，一種可改變LED空間出光能量分布的自由曲面透鏡安裝在LED上，通過匹配LED的空間出光能量分布與增亮膜組的透過率的空間角度分布特征來提高光線通過增亮膜組時(shí)的透過率，繼而增加模組整體光能利用率。本發(fā)明包括:背光模組腔、自由曲面透鏡、LED、增亮膜組、擴(kuò)散膜，其特征在于所述LED之上設(shè)有自由曲面透鏡，裝有自由曲面透鏡的LED元件以平面陣列形式安裝在背光模組腔的底部，出光方向面對(duì)面板，在背光模組腔內(nèi)裝有自由曲面透鏡的LED陣列之上設(shè)有增亮膜組。裝有自由曲面透鏡的LED陣列安裝在背光模組底部，出光方向面對(duì)面板，模組內(nèi)壁具有大于50%的較高反射率，反射類型可為鏡面反射或漫反射但不限于以上形式。自由曲面透鏡以一次光學(xué)透鏡或者二次光學(xué)透鏡的形式安裝在LED之上，可改變LED原有的空間出光能量分布。其中，LED的空間出光能量分布可用緯度和經(jīng)度角描述，緯度角在0-90度之間取值，經(jīng)度角在0-360度之間取值，裝有自由曲面透鏡的LED的改變后的空間出光能量分布可被描述為緯度角范圍A和經(jīng)度角范圍B，A可為0-90度內(nèi)的任意連續(xù)或非連續(xù)區(qū)間，B可為0-360度內(nèi)的任意連續(xù)或非連續(xù)區(qū)間。出于節(jié)能應(yīng)用的考慮，包含具有改變LED空間出光能量分布的自由曲面透鏡的LED的總出光效率應(yīng)高于90%。所述增亮膜組為具有棱鏡結(jié)構(gòu)的一層或二層的增亮膜。增亮膜組對(duì)透過其的光線的透過率具有空間角度分布特征，裝有自由曲面透鏡的LED陣列直接面對(duì)增亮膜組，自由曲面透鏡改變LED原有的空間出光能量分布，這個(gè)空間出光能量分布與增亮膜組的透過率的空間角度分布特征相匹配，從而提高了裝有自由曲面透鏡的LED出射光線通過增亮膜組時(shí)的透過率，繼而增加背光模組整體光能利用率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過改變裝有自由曲面透鏡的LED陣列的空間出光能量分布以使其與增亮膜組的透過率的空間角度分布特征相匹配來提高光線通過增亮膜組時(shí)的透過率，，從而降低背光模組的光能損耗，提高整體光能利用率。


圖1具有棱鏡層的增亮膜示意圖；圖2-1包含單張?jiān)隽聊ぶ毕率絃ED背光模組整體結(jié)構(gòu)圖；圖2-2包含雙層增亮膜直下式LED背光模組整體結(jié)構(gòu)圖；圖3-1單張?jiān)隽聊さ耐高^率空間角度分布特征圖(經(jīng)度)；圖3-2單張?jiān)隽聊さ耐高^率空間角度分布特征圖(緯度)；圖3-3雙層增亮膜的透過率空間角度分布特征圖(經(jīng)度)；圖3-4雙層增亮膜的透過率空間角度分布特征圖(緯度)；圖4-1適用于單張?jiān)隽聊さ木哂懈淖僉ED空間出光能量分布功能的自由曲面透鏡示意圖；圖4-2適用于雙層增亮膜的具有改變LED空間出光能量分布功能的自由曲面透鏡示意圖。圖中:a增亮膜棱鏡結(jié)構(gòu)的棱鏡周期、b增亮膜棱鏡結(jié)構(gòu)的厚度、c:增亮膜棱鏡結(jié)構(gòu)的棱鏡頂角、I背光模組腔、2-1適用于單張?jiān)隽聊さ暮芯哂懈淖僉ED空間出光能量分布功能的自由曲面透鏡的LED、2-2適用于雙層增亮膜的含有具有改變LED空間出光能量分布功能的自由曲面透鏡的LED、3 0°增亮膜、4 90°增亮膜、5擴(kuò)散膜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本實(shí)施例:本實(shí)施例包括:背光模組腔1、適用于單張?jiān)隽聊さ暮芯哂懈淖僉ED空間出光能量分布功能的自由曲面透鏡的LED 2-1、0°增亮膜3、擴(kuò)散膜5，適用于單張?jiān)隽聊さ暮芯哂懈淖僉ED空間出光能量分布功能的自由曲面透鏡的LED2-1 (參見圖4_1)安裝在背光模組腔I的底部，出光方向面對(duì)面板，在背光模組腔I內(nèi)的LED陣列之上設(shè)有0°增亮膜3。0°增亮膜3的棱鏡結(jié)構(gòu)如圖1所示，整體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，背光模組腔I包含一張0°增亮膜3和一張擴(kuò)散膜5 ;以二次光學(xué)形式安裝了具有改變LED空間出光能量分布功能的自由曲面透鏡的LED2-1以陣列方式安裝在背光模組腔I的底部，背光模組腔I的內(nèi)壁為反射率為90%的鏡面反射面；安裝有具有改變LED空間出光能量分布功能的自由曲面透鏡的LED2-1的出光效率為97%，可將LED空間出光能量分布限制在緯度角10° -75。，經(jīng)度角30° -150° ,210° -330°內(nèi)，單張?jiān)隽聊?的透過率具有如圖3_1、圖3_2所示的空間角度分布特征，則LED的出光空間能量分布和增亮膜的透過率空間角度分布特征匹配后可以提高增亮膜的透過率，提高模組的整體光能利用率。實(shí)施例二與實(shí)施例一相同，所不同的是在本實(shí)施例中，以二次光學(xué)形式安裝了具有改變LED空間出光能量分布功能的自由曲面透鏡的LED 2-2(參見圖4-2)以陣列方式安裝在背光模組腔I的底部，兩張?jiān)隽聊さ睦忡R方向相互正交的增亮膜組(0°增亮膜3、90°增亮膜4)設(shè)置在在背光模組腔I內(nèi)的LED陣列之上；并將LED空間出光能量分布限制在緯度角10。-70。，經(jīng)度角 15° -55。,120° -160。,200° -240。,305° -345。內(nèi)，整體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。0°增亮膜3、90°增亮膜4透過率的空間角度分布特征如圖3-3、圖3-4所示。
權(quán)利要求
1.一種裝有自由曲面透鏡的直下式LED背光模組，包括:背光模組腔、自由曲面透鏡、LED、增亮膜組、擴(kuò)散膜，其特征在于所述LED之上裝有自由曲面透鏡，裝有自由曲面透鏡的LED元件以平面陣列形式安裝在背光模組腔的底部，出光方向面對(duì)面板，在背光模組腔內(nèi)裝有自由曲面透鏡的LED陣列之上設(shè)有增亮膜組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有自由曲面透鏡的直下式LED背光模組，其特征在于所述背光模組腔的內(nèi)壁具有大于50%的較高反射率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有自由曲面透鏡的直下式LED背光模組，其特征在于所述自由曲面透鏡以一次光學(xué)透鏡或者二次光學(xué)透鏡的形式安裝在LED之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有自由曲面透鏡的直下式LED背光模組，其特征在于所述裝有自由曲面透鏡的LED的總出光效率高于90%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有自由曲面透鏡的直下式LED背光模組，其特征在于所述增亮膜組為具有棱鏡結(jié)構(gòu)的一層或二層的增亮膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝有自由曲面透鏡的直下式LED背光模組，其特征在于所述裝有自由曲面透鏡的LED陣列直接面對(duì)增亮膜，自由曲面透鏡改變LED原有的空間出光能量分布，這個(gè)空間出光能量分布與增亮膜組的透過率的空間角度分布特征相匹配。
全文摘要
一種裝有自由曲面透鏡的直下式LED背光模組，包含背光模組腔、自由曲面透鏡、LED、增亮膜組、擴(kuò)散膜，其特征在于所述LED之上裝有自由曲面透鏡，裝有自由曲面透鏡的LED元件以平面陣列形式安裝在背光模組腔的底部，出光方向面對(duì)面板，在背光模組腔內(nèi)裝有自由曲面透鏡的LED陣列之上設(shè)有增亮膜組。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過改變LED的空間出光能量分布使其與增亮膜組的透過率的空間角度分布特征相匹配，從而提高光線通過增亮膜組時(shí)的透過率，降低背光模組的光能損耗，提高整體光能利用率。
文檔編號(hào)F21Y101/02GK103162165SQ201110411890
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者劉勝, 秦宗, 季傳剛, 王愷, 陳飛, 羅小兵 申請(qǐng)人:劉勝