专利名称：一种包含自由曲面反射器的背光系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种背光系统，特别涉及一种包含自由曲面反射器的背光系统 技术背景近年来，平板显示器的市场随着消费电子产品的发展越来越大，其中，液晶显示器 (Liquid Crystal Display，LCD)占平板显示的份额接近90%。液晶显示器作为一种被动发 光器件，本身不会发光，对于透射型液晶显示器，必须依靠背光光源将光线穿过显示面板， 展现图形图像。冷阴极管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)和发光二极管(Light Emitting Diodes，LED)是目前液晶背光的两种主要技术。其中CCFL背光技术成熟，各种 配套的光学器件比较完善；LED背光色彩还原性好、能耗低、寿命长、响应速度快、材料无环 境公害、整体产品更轻薄、不含易碎部件等等。目前LED正迅速成为LCD背光的主流技术， 各种针对LED设计的背光组件也越来越多。LCD背光根据其光学结构分为Edge Lighting (侧下式)和DirectLighting (直下 式)两种。侧下式的光源布置在IXD面板侧面，通过Light Guide Plate (导光板)将光线 均勻分布到面板上，直下式的光源直接布置在液晶面板下方，不需要导光板。无论是侧下式 还是直下式背光，都需要扩散膜、增亮膜等光学薄膜将均勻照度转化为适合于观众观看的 亮度分布。一般来说，侧下式LCD背光整体厚度更薄，适用于中小尺寸显示器；直下式LCD 背光光线均勻度高，不受显示器尺寸制约，易于实现动态区域对比度控制。在侧下式LCD背光中，光源出射的光线耦合到导光板的过程中会发生光能量损 耗，导光板将水平方向入射的光线转向到LCD面板方向的过程中，也存在能量损耗，耦合效 率和导光效率共同制约了侧下式背光的整体光效，一般来说，实际的侧下式背光系统的整 体光效不高于75%，不利于实现节能显示器；而且目前导光板的导光面积有一定限制，单 块导光板的导光面积一般小于30英寸对角线，超大尺寸显示器要使用多块导光板，增加了 光学设计的难度和系统的复杂度。直下式背光中，由于CCFL背光的灯管体积较大，一般使用LED技术。在直下式LED背光中，一种技术方案如美国专利US6607286和US6679621所述， 使用了侧面发光LED (Side Emitter LED)，LED出射的光能量集中在水平方向士20°的范 围内。在这种基于侧面发光LED的背光系统中，背光腔的内壁涂覆以高反射率材料，LED发 出的光线在背光腔内反复反射，最终在面板处形成均勻的光能量分布。这种背光结构均勻 度较高，但是光线在反复反射的过程中损失了很多能量，整体光效偏低，而且整体厚度也偏 大。另一种技术方案是将LED在面板下方分布式排布，由于LED出光能量的空间角度分布一 般集中在轴线方向，LED需要与LCD面板相距一定距离，才能保证目标面照度均勻，一般来 说，分布式LED直下式背光的厚度要大于侧下式LED背光。为了减小分布式LED直下式背光 的厚度，一种技术方案是增加分布式排布LED的排布密度，可以在一定程度上减小系统厚 度，但是这种技术方案会导致LED的数目急剧增加，22寸面板使用LED的数目已超过1000 颗，会带来光源一致性、可靠性、电源驱动等一系列问题；另一种方法是使用二次透镜增大
3LED出光角度，同样可以减小系统厚度，目前已有经过精密光学设计的自由曲面透镜应用到 LED背光之中，但是使用二次透镜改变光线出射方向时，由于全内反射的存在，光线出射角 度并不能增大太多，则背光系统厚度减小的程度也有限，相比侧下式背光还有一定差距。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是，提供了一种照度均勻，系统整体厚度小，光效 高，而且便于安装和散热设计的包含自由曲面反射器的背光系统。为解决上述问题，本实用新型的一种包含自由曲面反射器的背光系统，包括光 源、具有半透半反性质的光学板、背光腔以及扩散膜、增亮膜等光学膜层。所述背光腔为一封闭的腔体，其底部为具有高反射率的自由曲面反射面，背光腔 由具有高反射率的侧壁和底部的自由曲面反射面以及置于背光腔顶部的扩散膜共同界定， 在扩散膜之上设有增亮膜等光学膜层及LCD面板，其中背光腔侧壁和其底部自由曲面反射 面的反射率大于70% ；所述光源位于背光腔底部，呈线形排布，安装在自由曲面反射面的轴线上，出光方 向与IXD面板相对；背光腔中设有一个具有半透半反性质的光学板位于光源正上方，其透 射率及反射率根据需要选择，外形为平板状但不限于平板状，也可以为抛物面、球面等外 形。所述光源所发射光线的光谱应满足液晶面板所需背光源的要求，其可以为冷阴极 管(CCFL)或发光二极管(LED)，若光源为LED，则可以为白光LED或三基色(RGB)LED;若使 用白光LED，则每一颗白光LED构成一个背光单元(BLU)；若采用三基色(RGB) LED，则一颗 红色，一颗蓝色，两颗绿色共四颗LED构成一个背光单元BLU，但一个背光单元内不同波长 LED的组成方式不限于以上形式；LED的封装形式可以为含透镜的表面贴片封装或其他封 装形式。若光源为CCFL，则其天然为线形光源；若光源为LED，则各个背光单元(BLU)亦应 呈线形排布，安装在自由曲面反射面的轴线上，出光方向与LCD面板相对。所述的自由曲面反射面在整体背光系统中可为一个或多个阵列排布的自由曲面 反射面；若使用阵列排布的多个自由曲面反射面，则每个自由曲面反射面对应于一个独立 的封闭的背光子腔，多个封闭的背光子腔紧密阵列排布构成整体背光腔，或由多个自由曲 面反射面连接后对应于一个整体的封闭的背光腔。为实现背光腔顶面的均勻照度分布，系统中各个光学器件的作用如下光源出射 的大部分光线直接到达半透半反光学板，其余小部分直接到达背光腔顶部；到达半透半反 光学板的光线中的透射部分穿过半透半反光学板到达背光腔顶部，反射部分到达自由曲面 反射面，自由曲面反射面对这些光线进行二次反射，最终也到达背光腔顶部，通过精确控制 其反射方向得到背光腔顶面的均勻照度分布；背光腔侧壁将少部分没有到达背光腔顶部的 光线也反射到背光腔顶部，以提高背光腔顶面的照度均勻度；最终，背光腔顶部的扩散膜、增亮膜等光学膜层，将均勻照度分布转化为所需的亮 度分布。采用本实用新型的一种包含自由曲面反射器的背光系统，通过自由曲面反射面精 确控制光线反射方向和通过半透半反光学板的透光和反射使得光源位于背光腔底部，具有照度均勻，系统整体厚度小，光效高，而且便于安装和散热设计的优点。
图1为本实用新型的第一种具体实施方式
的结构示意图。图2为图1沿A-A方向的剖视图；图3为本实用新型的第二种具体实施方式
的结构示意图。图4为图3沿A-A方向的剖视图；图5为本实用新型的第三种具体实施方式
的符视结构示意图。图6为图5沿A-A方向的剖视图。图7为本实用新型的第四种具体实施方式
的结构示意图。图8为图7沿A-A方向的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本实用新型的实施例实施例1如图1和图2所示，一种包含自由曲面反射器的背光系统，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性质的光学板4，以及扩散膜5、第一层增亮膜61和第二层增亮膜62。所述背光腔3为一封闭的腔体，其底部为具有高反射率的自由曲面反射面2，背光 腔3由具有高反射率的侧壁和底部的自由曲面反射面2以及置于背光腔3顶部的扩散膜5 共同界定，在扩散膜5的上面设有第一层增亮膜61和第二层增亮膜62及LCD面板；其中背 光腔3侧壁和其底部的自由曲面反射面2的反射率大于70% ；本实施例中所述的光源1为白光LED，每颗白光LED组成一个背光单元，各背光单 元线形排布，安装在背光腔3底部自由曲面反射面2的轴线上，出光方向与LCD面板相对， 置于背光腔3内的具有半透半反性质的光学板4位于光源1正上方；由半透半反光学板4、 具有高射率的背光腔3的侧壁和底部的自由曲面反射面2共同控制光源1出射光线的走 向，在背光腔3顶面形成均勻照度分布，最终，背光腔3顶部的扩散膜5、第一层增亮膜61、 第二层增亮膜62等光学膜层，将均勻照度分布转化为所需的亮度分布。实施例2 如图3和图4所示，一种包含自由曲面反射器的背光系统，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性质的光学板4，以及扩散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62 ；整体结构与 实施例1相似，主要区别为本实施例中的光源1为冷阴极管(CCFL)；实施例3如图5、图6所示，一种包含自由曲面反射器的背光系统，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性质的光学板4，以及扩散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62 ；整体结构与 实施例1相似，主要区别为本实施例中的光源1为三基色LED，由一颗红色LED11，一颗蓝色LED12，两颗绿色 LED13共四颗LED构成一个背光单元BLU，各背光单元线形排布，安装在背光腔3底部自由 曲面反射面2的轴线上，出光方向与LCD面板相对。实施例4[0036]如图7和图8所示，一种包含自由曲面反射器的背光系统，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性质的光学板4，以及扩散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62 ；所述背光腔 3由2X 1阵列排布的背光子腔31构成。每个背光子腔31均为一封闭的腔体，其由具有高反射率的侧壁和底部的自由曲 面反射面21以及置于背光腔3顶部的扩散膜5共同界定，在扩散膜5的上面设有第一层增 亮膜61和第二层增亮膜62及LCD面板，其中自由曲面反射面21和背光子腔31的侧壁的 反射率大于70%。本实施例中所述的光源1为白光LED，每颗白光LED组成一个背光单元，各背光单 元线形排布，安装在背光子腔31底部自由曲面反射面21的轴线上，出光方向与LCD面板相 对；置于背光子腔31内的具有半透半反性质的光学板4位于光源1正上方；由半透半反光 学板4、具有高射率的背光子腔31的侧壁和底部的自由曲面反射面21共同控制光源1出射 光线的走向，两个均勻照度分布的区域组合，在背光腔3顶面形成均勻照度分布；扩散膜5、 第一增亮膜61、第二增亮膜62等光学膜层置于背光腔3之上，将均勻照度分布转化为所需 的亮度分布。
权利要求一种包含自由曲面反射器的背光系统，包括光源(1)，背光腔(3)，其特征在于所述背光腔(3)为一封闭的腔体，其底部为具有高反射率的自由曲面反射面(2)，背光腔(3)由具有高反射率的侧壁和底部的自由曲面反射面(2)以及置于背光腔(3)顶部的扩散膜(5)共同界定，在扩散膜(5)的上面设有增亮膜等光学膜层及LCD面板；所述光源(1)位于背光腔(3)底部，呈线形排布，安装在自由曲面反射面(2)的轴线上，出光方向与LCD面板相对；在背光腔(3)中设有一个具有半透半反性质的光学板(4)位于光源(1)正上方。
2.根据权利要求1所述的一种包含自由曲面反射器的背光系统，其特征在于所述光 源(1)所发射光线的光谱应满足液晶面板所需背光源的要求，光源(1)为冷阴极管(CCFL) 或发光二极管(LED)。
3.根据权利要求2所述的一种包含自由曲面反射器的背光系统，其特征在于所述光 源(1)若为LED，则可以为白光LED或三基色(RGB)LED ；若使用白光LED，则每一颗白光LED 构成一个背光单元(BLU)；若采用三基色(RGB) LED，则由一颗红色，一颗蓝色，两颗绿色共 四颗LED构成一个背光单元BLU，但一个背光单元内不同波长LED的组成方式不限于以上形式。
4.根据权利要求1所述的一种包含自由曲面反射器的背光系统，其特征在于所述光 学板(4)的透射率及反射率根据需要选择，其外形为平板状但不限于平板状，也可以为抛 物面、球面等外形。
5.根据权利要求1所述的一种包含自由曲面反射器的背光系统，其特征在于所述的 背光腔(3)侧壁和其底部的自由曲面反射面(2)的反射率大于70%。
6.根据权利要求1所述的一种包含自由曲面反射器的背光系统，其特征在于所述的 自由曲面反射面(2)在整体背光系统中可为一个或多个阵列排布的自由曲面反射面(21)； 若使用阵列排布的多个自由曲面反射面(21)，则每个自由曲面反射面(21)对应于一个独 立的封闭的背光子腔(31)，多个封闭的背光子腔(31)紧密阵列排布构成整体背光腔(3)； 或多个自由曲面反射面(21)连接后对应于一个整体的封闭的背光腔(3)。
专利摘要一种包含自由曲面反射器的背光系统，包括光源(1)和背光腔(3)，所述背光腔(3)底部为具有高反射率的自由曲面反射面(2)，背光腔(3)由其侧壁和底部的自由曲面反射面(2)以及置于背光腔(3)顶部的扩散膜(5)共同界定，在扩散膜(5)的上面设有增亮膜等光学膜层及LCD面板；光源(1)位于背光腔(3)底部，呈线形排布，安装在自由曲面反射面(2)的轴线上；在背光腔(3)中设有一个具有半透半反性质的光学板(4)位于光源(1)正上方。具有照度均匀，系统整体厚度小，光效高，而且便于安装和散热设计的优点。
文档编号F21V7/10GK201731370SQ20102011051
公开日2011年2月2日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者刘宗源, 刘胜, 王恺, 罗小兵, 金春晓 申请人:广东昭信光电科技有限公司