專利名稱：一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種背光系統(tǒng)，特別涉及一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)
背景技術：
近年來，平板顯示器的市場隨著消費電子產品的發(fā)展越來越大，其中，液晶顯示器 (Liquid Crystal Display,LCD)占平板顯示的份額接近90% 。液晶顯示器作為一種被動發(fā) 光器件，本身不會發(fā)光，對于透射型液晶顯示器，必須依靠背光光源將光線穿過顯示面板， 展現(xiàn)圖形圖像。冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)和發(fā)光二極管(Light Emitting Diodes, LED)是目前液晶背光的兩種主要技術。其中CCFL背光技術成熟，各種 配套的光學器件比較完善；LED背光色彩還原性好、能耗低、壽命長、響應速度快、材料無環(huán) 境公害、整體產品更輕薄、不含易碎部件等等。目前LED正迅速成為LCD背光的主流技術， 各種針對LED設計的背光組件也越來越多。 LCD背光根據(jù)其光學結構分為Edge Lighting (側下式)和DirectLighting (直下
式)兩種。側下式的光源布置在LCD面板側面，通過Light Guide Plate(導光板)將光線
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，不需要導光板。無論是側下式
還是直下式背光，都需要擴散膜、增亮膜等光學薄膜將均勻照度轉化為適合于觀眾觀看的
亮度分布。 一般來說，側下式LCD背光整體厚度更薄，適用于中小尺寸顯示器；直下式LCD
背光光線均勻度高，不受顯示器尺寸制約，易于實現(xiàn)動態(tài)區(qū)域對比度控制。 在側下式LCD背光中，光源出射的光線耦合到導光板的過程中會發(fā)生光能量損
耗，導光板將水平方向入射的光線轉向到LCD面板方向的過程中，也存在能量損耗，耦合效
率和導光效率共同制約了側下式背光的整體光效，一般來說，實際的側下式背光系統(tǒng)的整
體光效不高于75%，不利于實現(xiàn)節(jié)能顯示器；而且目前導光板的導光面積有一定限制，單
塊導光板的導光面積一般小于30英寸對角線，超大尺寸顯示器要使用多塊導光板，增加了
光學設計的難度和系統(tǒng)的復雜度。 直下式背光中，由于CCFL背光的燈管體積較大，一般使用LED技術。
在直下式LED背光中， 一種技術方案如美國專利US6607286和US6679621所述， 使用了側面發(fā)光LED (Side Emitter LED) ， LED出射的光能量集中在水平方向±20°的范 圍內。在這種基于側面發(fā)光LED的背光系統(tǒng)中，背光腔的內壁涂覆以高反射率材料，LED發(fā) 出的光線在背光腔內反復反射，最終在面板處形成均勻的光能量分布。這種背光結構均勻 度較高，但是光線在反復反射的過程中損失了很多能量，整體光效偏低，而且整體厚度也偏 大。另一種技術方案是將LED在面板下方分布式排布，由于LED出光能量的空間角度分布一 般集中在軸線方向，LED需要與LCD面板相距一定距離，才能保證目標面照度均勻，一般來 說，分布式LED直下式背光的厚度要大于側下式LED背光。為了減小分布式LED直下式背光 的厚度，一種技術方案是增加分布式排布LED的排布密度，可以在一定程度上減小系統(tǒng)厚 度，但是這種技術方案會導致LED的數(shù)目急劇增加，22寸面板使用LED的數(shù)目已超過1000 顆，會帶來光源一致性、可靠性、電源驅動等一系列問題；另一種方法是使用二次透鏡增大LED出光角度，同樣可以減小系統(tǒng)厚度，目前已有經過精密光學設計的自由曲面透鏡應用到 LED背光之中，但是使用二次透鏡改變光線出射方向時，由于全內反射的存在，光線出射角 度并不能增大太多，則背光系統(tǒng)厚度減小的程度也有限，相比側下式背光還有一定差距。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，提供了一種照度均勻，系統(tǒng)整體厚度小，光效高，而 且便于安裝和散熱設計的包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)。 為解決上述問題，本發(fā)明的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源、具 有半透半反性質的光學板、背光腔以及擴散膜、增亮膜等光學膜層。 所述背光腔為一封閉的腔體，其底部為具有高反射率的自由曲面反射面，背光腔 由具有高反射率的側壁和底部的自由曲面反射面以及置于背光腔頂部的擴散膜共同界定， 在擴散膜之上設有增亮膜等光學膜層及LCD面板，其中背光腔側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，呈線形排布，安裝在自由曲面反射面的軸線上，出光方 向與LCD面板相對；背光腔中設有一個具有半透半反性質的光學板位于光源正上方，其透 射率及反射率根據(jù)需要選擇，外形為平板狀但不限于平板狀，也可以為拋物面、球面等外 形。 所述光源所發(fā)射光線的光譜應滿足液晶面板所需背光源的要求，其可以為冷陰極 管(CCFL)或發(fā)光二極管(LED)，若光源為LED，則可以為白光LED或三基色(RGB)LED;若使 用白光LED，則每一顆白光LED構成一個背光單元(BLU);若采用三基色(RGB)LED，則一顆 紅色，一顆藍色，兩顆綠色共四顆LED構成一個背光單元BLU，但一個背光單元內不同波長 LED的組成方式不限于以上形式；LED的封裝形式可以為含透鏡的表面貼片封裝或其他封 裝形式。 若光源為CCFL，則其天然為線形光源；若光源為LED，則各個背光單元(BLU)亦應
呈線形排布，安裝在自由曲面反射面的軸線上，出光方向與LCD面板相對。 所述的自由曲面反射面在整體背光系統(tǒng)中可為一個或多個陣列排布的自由曲面
反射面；若使用陣列排布的多個自由曲面反射面，則每個自由曲面反射面對應于一個獨立
的封閉的背光子腔，多個封閉的背光子腔緊密陣列排布構成整體背光腔，或由多個自由曲
面反射面連接后對應于一個整體的封閉的背光腔。 為實現(xiàn)背光腔頂面的均勻照度分布，系統(tǒng)中各個光學器件的作用如下光源出射 的大部分光線直接到達半透半反光學板，其余小部分直接到達背光腔頂部；到達半透半反 光學板的光線中的透射部分穿過半透半反光學板到達背光腔頂部，反射部分到達自由曲面 反射面，自由曲面反射面對這些光線進行二次反射，最終也到達背光腔頂部，通過精確控制 其反射方向得到背光腔頂面的均勻照度分布；背光腔側壁將少部分沒有到達背光腔頂部的 光線也反射到背光腔頂部，以提高背光腔頂面的照度均勻度； 最終，背光腔頂部的擴散膜、增亮膜等光學膜層，將均勻照度分布轉化為所需的亮 度分布。 采用本發(fā)明的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，通過自由曲面反射面精確控 制光線反射方向和通過半透半反光學板的透光和反射使得光源位于背光腔底部，具有照度
4均勻，系統(tǒng)整體厚度小，光效高，而且便于安裝和散熱設計的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的第一種具體實施方式
的結構示意圖。
圖2為圖1沿A-A方向的剖視圖；
圖3為本發(fā)明的第二種具體實施方式
的結構示意圖。
圖4為圖3沿A-A方向的剖視圖； 圖5為本發(fā)明的第三種具體實施方式
的符視結構示意圖。
圖6為圖5沿A-A方向的剖視圖。
圖7為本發(fā)明的第四種具體實施方式
的結構示意圖。
圖8為圖7沿A-A方向的剖視圖。
具體實施例方式
下面結合附圖進一步說明
具體實施例方式
實施例1 如圖1和圖2所示， 一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性質的光學板4，以及擴散膜5、第一層增亮膜61和第二層增亮膜62。
所述背光腔3為一封閉的腔體，其底部為具有高反射率的自由曲面反射面2，背光 腔3由具有高反射率的側壁和底部的自由曲面反射面2以及置于背光腔3頂部的擴散膜5 共同界定，在擴散膜5的上面設有第一層增亮膜61和第二層增亮膜62及LCD面板；其中背 光腔3側壁和其底部的自由曲面反射面2的反射率大于70% ; 本實施例中所述的光源1為白光LED，每顆白光LED組成一個背光單元，各背光單 元線形排布，安裝在背光腔3底部自由曲面反射面2的軸線上，出光方向與LCD面板相對， 置于背光腔3內的具有半透半反性質的光學板4位于光源1正上方；由半透半反光學板4、 具有高射率的背光腔3的側壁和底部的自由曲面反射面2共同控制光源1出射光線的走 向，在背光腔3頂面形成均勻照度分布，最終，背光腔3頂部的擴散膜5、第一層增亮膜61、 第二層增亮膜62等光學膜層，將均勻照度分布轉化為所需的亮度分布。
實施例2 如圖3和圖4所示， 一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性質的光學板4，以及擴散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62 ;整體結構與 實施例1相似，主要區(qū)別為本實施例中的光源1為冷陰極管(CCFL);
實施例3 如圖5、圖6所示， 一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性質的光學板4，以及擴散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62 ;整體結構與 實施例l相似，主要區(qū)別為 本實施例中的光源1為三基色LED，由一顆紅色LED11，一顆藍色LED12，兩顆綠色 LED13共四顆LED構成一個背光單元BLU，各背光單元線形排布，安裝在背光腔3底部自由 曲面反射面2的軸線上，出光方向與LCD面板相對。
實施例4
5
如圖7和圖8所示， 一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源1，背光腔3， 具有半透半反性質的光學板4，以及擴散膜5、第一增亮膜61和第二增亮膜62 ;所述背光腔 3由2X 1陣列排布的背光子腔31構成。 每個背光子腔31均為一封閉的腔體，其由具有高反射率的側壁和底部的自由曲 面反射面21以及置于背光腔3頂部的擴散膜5共同界定，在擴散膜5的上面設有第一層增 亮膜61和第二層增亮膜62及LCD面板，其中自由曲面反射面21和背光子腔31的側壁的 反射率大于70%。 本實施例中所述的光源1為白光LED，每顆白光LED組成一個背光單元，各背光單 元線形排布，安裝在背光子腔31底部自由曲面反射面21的軸線上，出光方向與LCD面板相 對；置于背光子腔31內的具有半透半反性質的光學板4位于光源1正上方；由半透半反光 學板4、具有高射率的背光子腔31的側壁和底部的自由曲面反射面21共同控制光源1出射 光線的走向，兩個均勻照度分布的區(qū)域組合，在背光腔3頂面形成均勻照度分布；擴散膜5、 第一增亮膜61、第二增亮膜62等光學膜層置于背光腔3之上，將均勻照度分布轉化為所需 的亮度分布。
權利要求
一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源(1)，背光腔(3)，其特征在于所述背光腔(3)為一封閉的腔體，其底部為具有高反射率的自由曲面反射面(2)，背光腔(3)由具有高反射率的側壁和底部的自由曲面反射面(2)以及置于背光腔(3)頂部的擴散膜(5)共同界定，在擴散膜(5)的上面設有增亮膜等光學膜層及LCD面板；所述光源(1)位于背光腔(3)底部，呈線形排布，安裝在自由曲面反射面(2)的軸線上，出光方向與LCD面板相對；在背光腔(3)中設有一個具有半透半反性質的光學板(4)位于光源(1)正上方。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，其特征在于所述光 源(1)所發(fā)射光線的光譜應滿足液晶面板所需背光源的要求，光源(1)為冷陰極管(CCFL) 或發(fā)光二極管(LED)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，其特征在于所述光 源(1)若為LED，則可以為白光LED或三基色(RGB)LED;若使用白光LED，則每一顆白光LED 構成一個背光單元(BLU);若采用三基色(RGB)LED，則由一顆紅色，一顆藍色，兩顆綠色共 四顆LED構成一個背光單元BLU，但一個背光單元內不同波長LED的組成方式不限于以上形 式。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，其特征在于所述光 學板(4)的透射率及反射率根據(jù)需要選擇，其外形為平板狀但不限于平板狀，也可以為拋 物面、球面等外形。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，其特征在于所述的 背光腔(3)側壁和其底部的自由曲面反射面(2)的反射率大于70%。
6. 根據(jù)權利要求1所述的一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，其特征在于所述的 自由曲面反射面(2)在整體背光系統(tǒng)中可為一個或多個陣列排布的自由曲面反射面(21); 若使用陣列排布的多個自由曲面反射面(21)，則每個自由曲面反射面(21)對應于一個獨 立的封閉的背光子腔(31)，多個封閉的背光子腔(31)緊密陣列排布構成整體背光腔(3); 或多個自由曲面反射面(21)連接后對應于一個整體的封閉的背光腔(3)。
全文摘要
一種包含自由曲面反射器的背光系統(tǒng)，包括光源(1)和背光腔(3)，所述背光腔(3)底部為具有高反射率的自由曲面反射面(2)，背光腔(3)由其側壁和底部的自由曲面反射面(2)以及置于背光腔(3)頂部的擴散膜(5)共同界定，在擴散膜(5)的上面設有增亮膜等光學膜層及LCD面板；光源(1)位于背光腔(3)底部，呈線形排布，安裝在自由曲面反射面(2)的軸線上；在背光腔(3)中設有一個具有半透半反性質的光學板(4)位于光源(1)正上方。具有照度均勻，系統(tǒng)整體厚度小，光效高，而且便于安裝和散熱設計的優(yōu)點。
文檔編號F21V13/00GK101782203SQ201010107408
公開日2010年7月21日 申請日期2010年2月4日 優(yōu)先權日2010年2月4日
發(fā)明者劉宗源, 劉勝, 王愷, 羅小兵, 金春曉 申請人:廣東昭信光電科技有限公司