超薄直下式LED背光---扩散板印刷设计
大尺寸直下式LED液晶电视背光模组设计原理
大尺寸直下式LED液晶电视背光模组设计原理何胜斌;佟小龙【摘要】随着人们对图像的质量、尺寸、临场效果的要求提升,大尺寸的LED液晶电视越来越多的成为消费者首选.要使液晶屏能正确显示图像,电视背光模组的设计是关键.综合性能和成本,直下式电视越来越多的成为设计者在大尺寸电视的首选设计.设计者必须在设计之初,合理选择灯珠、设计匹配的透镜加上适当的光学器件组成直下式背光源,将LED这种点光源转化成均匀的面光源,同时保证必要的光能利用率和均匀性.【期刊名称】《山西电子技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】3页(P76-78)【关键词】直下式背光模组;LED灯珠;透镜;光学器件【作者】何胜斌;佟小龙【作者单位】深圳市兆驰股份有限公司,广东深圳518026;深圳市兆驰股份有限公司,广东深圳518026【正文语种】中文【中图分类】TN312.8;TN949.192电视作为最重要的消费电子产品之一，经历了从CRT TV 到LCD TV 再到今天的LED TV。
所谓的LCD TV 和LED TV，指的是背光源是LCD 灯管还是LED 灯珠组成。
随着LED 技术的发展和LED 芯片的不断成熟，加上节能、环保，目前市面上主流销售的基本上是LED TV。
液晶屏是通过薄膜晶体管驱动电极来显示图象［1］，但是其是被动器件，需要安置一定的发光部件，使光透过液晶屏。
这个一定的部件称为背光源，由发光源和光学辅助器件一起来完成，其作用是将LED 点光源转化为发光均匀的面光源。
本文重点研究直下式结构，通过分析各部分部件，找出高亮度、高均匀性的大尺寸直下式电视的设计方法。
1 LED 液晶电视的背光分类LED 液晶电视依据光源器件放置的方式可以分为直下式和侧光式两种背光源。
直下式背光源:把LED 光源直接放在液晶屏的下面，LED 灯珠发出的光经过一段空间距离到达扩散板，扩散板把光扩散再经过复合膜片增亮后，成为面光源到达液晶屏;侧光式背光源:在机器侧边放置LED 灯珠，发出的光耦合到导光板，转为面光源，再经过复合膜片增亮后，成为面光源到达液晶屏。
一种超薄直下式LED背光模组反射纸[实用新型专利]
![一种超薄直下式LED背光模组反射纸[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/3406aefc0b4e767f5bcfce33.png)
专利名称：一种超薄直下式LED背光模组反射纸专利类型：实用新型专利
发明人：龚廷智,刘发达,田永宏,任峰伟,苏恩来申请号：CN201620634094.2
申请日：20160623
公开号：CN205691804U
公开日：
20161116
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型涉及液晶电视技术领域，尤其涉及一种超薄直下式LED背光模组反射纸。
本实用新型公开的一种超薄直下式LED背光模组反射纸，包括反射纸本体，设置在反射纸本体上的透镜孔阵列，反射纸本体为方形，在透镜孔阵列四周的反射纸本体上设置有多个圈层的吸光孔阵列，反射纸本体上下两侧的吸光孔阵列由内圈层至外圈层，孔径逐渐变小，孔密度逐渐增大。
由于在透镜孔阵列四周的反射纸本体上设置有多个圈层的吸光孔阵列，解决了屏幕四周亮暗带问题，并且省去了反射纸网点印刷，很大程度上减少了模组成本和反射纸加工难度。
申请人：四川长虹电器股份有限公司
地址：621000 四川省绵阳市高新区绵兴东路35号
国籍：CN
代理机构：成都虹桥专利事务所(普通合伙)
代理人：许泽伟
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大角度直下式LED背光透镜的设计
大角度直下式LED背光透镜的设计康廉洁;居荣兵;韩敏;刘言【摘要】液晶显示领域不断提出缩减成本方案,对于液晶电视LED背光系统,提出了一种大角度背光透镜设计方案,即在目标接收屏面具有较大照度辐射角度的背光透镜设计.采用特定的双自由曲面设计,入光孔设置为类椭圆型结构面将光源出射的光通量进行等角度划分,根据接收屏面的理想照度分布与入光孔每一角度出射光通量对应关系计算出出光面自由曲线.借助底部微结构处理,再根据模具及产品成型要求补全外观结构,得到符合设计指标的方案,有效地解决了因增大角度引起的黄斑问题,并达到目标接受面均匀度的要求.针对32英寸(81 cm)的液晶电视背光模组,采用12颗最大正向电流为350 mA的LED灯珠,在模组高度为30 mm的系统中,设计的背光透镜模组达到了要求的亮度及均匀度.%Cost-cutting schemes have been proposed more and more in liquid crystal display (LCD) displayfield.Aiming at the backlight system of LCD-TV, a large angle backlight lens design was ing a specific double-free surface design, the first hole is set to be elliptic structural surface, which could classify the emergence luminous flux from light source as equal angle.Based on the corresponding relationship between the ideal illumination distribution of receiving screen surface and the exiting luminous flux of every angle of the first hole, the free-form curve of light emitting surface was calculated.Then by means of microstructure processing at the bottom and according to the requests of mould and molding product,the appearance structure was completed, and finally the scheme meeting the design index was achieved,which could effectively solve the macular problem caused byincreased angle and satisfy the evenness requirement for target receiving surface.For a 32 inch LCD-TV backlight module, 12 LED lamp beads withthe max forward current of 350 mA were utilized, in the system with the module height of 30 mm, the designed backlight lens module could match the demands of brightness and uniformity.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2016(037)006【总页数】6页(P913-918)【关键词】二次光学设计;背光透镜;大角度背光系统【作者】康廉洁;居荣兵;韩敏;刘言【作者单位】江苏大学机械工程学院, 江苏镇江 212000;江苏大学机械工程学院, 江苏镇江 212000;江苏大学机械工程学院, 江苏镇江 212000;江苏大学机械工程学院, 江苏镇江 212000【正文语种】中文【中图分类】TN202;O439液晶电视显示器是一种被动显示器，其本身不能自发光，而是通过背光源发出的光线将图像显示出来。
直下式LED背光源设计探讨
混 光 距
光模组 中 。 按照光从介质传 出光路 进行 排列 。这种方式的背光 有诸 多优点 ： 增加光利用 率 ， 减小 Ｌ Ｅ Ｄ颗数 ， 降低 Ｌ Ｅ Ｄ背 光模 组功耗并减少直下式背光？ 昆 光距离 。 实现背光超薄化设 计
５ 结 语
离 大
通 过在 Ｌ Ｅ Ｄ外 面加 特殊 透镜 的形式 ，可使 指 向性强 的 Ｌ Ｅ Ｄ光束 进行 扩散 、 并使照度均一化 ， 在混 光距 离（ Ｌ Ｅ Ｄ灯条表
３ 出 光 角 与 混光 距 离 的关 系
出的光线绝大部分会发散 。如果 Ｌ Ｅ Ｄ得 出光角为＋ ６ ０ 。 ， 则 Ａ就
可以取在 （ ０ 。 ～ ６ ０ 。 ） 。然后把透镜的外轮廓做 成半径 比能相对入 射光线 向下偏
转， 即： 光从介质 出来 的时候也会发散 。 光线进入透镜和穿 出透 镜两次发散 ， 使 普通 Ｌ Ｅ Ｄ的出光角大大增加。 （ ２ ） 背光设计 把 以上提到的新型 Ｌ Ｅ Ｄ应用到 的直下式背
１ 朗伯 光 源
度 明显 比传统不 带透镜 的 Ｌ Ｅ Ｄ慢 ，这 就使 得混光距离得 以减
小， 有利于 消除 Ｍｕ ｒ ａ现象 ， 也有利 于背光模组 的薄型 化设 计 。
总之 ， 出光 角越 大其对应 的混光距离就越小 。
朗伯光源 ： 在光度学中 ， 朗伯光源在某 一方 向上 的发光强 度等 于该 光源 发光 面垂 直方 向上 的发光强度乘 以方 向余弦 。 所 以朗伯光 源又称 为余 弦发射体光源 。
但这样会导致直下式背光模组很厚 。因此 ， 传统的 Ｌ Ｅ Ｄ用 在直 下式 背光模组 中 ， 就使 背光看起 来很 “ 笨” ， 不符合消 费者 的审 美观点 ， 也不符合 的设计初衷 。这就要求寻求更好 的方法来 实
解决方案：大尺寸超薄侧光式LED背光源设计
解决方案：大尺寸超薄侧光式LED背光源设计引言液晶屏自身并不发光，为了可以清楚地看到LED显示屏的内容，需要一定的白光背光源。
背光源是存在于液晶显示器内部的一个光学组件，由光源和必要的光学辅助组件构成。
传统的背光源采用的是冷阴极荧光灯（CCFL），色彩还原性差，含有对人体有害的汞蒸气。
LED背光源色彩还原性好、寿命长、不含汞、有利于环境保护。
就驱动电路而言，传统的CCFL背光驱动线路十分复杂，要求上千伏特的驱动电压，利用专门的逆变器才能驱动起来。
而LED可以低电压工作，响应速度快，控制较为方便。
近年来LED被逐渐引入到现有的液晶显示技术中，背光源非常有可能成为下一个被LED垄断的产业。
LED背光源如果通过增加对比度、区域控制等手段，性能要远远优于CCFL背光源。
目前，LED背光源已经在中小尺寸面板中普及，如手机、数码相框等，随着LED技术的发展和LED芯片的不断成熟，LED液晶电视将可能逐步取代传统的CCFL液晶电视。
背光源根据光源的位置不同分为直下式背光源和侧光式背光源。
直下式背光源，直接把LED光源放在出光面下面，光源发出的光经过一段空间距离和扩散板的扩散和混合后，成为面光源发射出来，直下式背光源需要一定的混光距离。
而侧光式背光结构对超薄化的模块设计则更具优越性，随着“超薄风”的刮起，大尺寸超薄侧光式LED背光源成为各大电视厂商及上游企业的研究热点。
1 结构设计本文所设计的LED背光源是侧光式超薄结构，整个结构包括：LED灯条、驱动板、膜材、导光板、散热块、上框架、背板。
背光源采用白光LED，整个结构设计以Active Area的中心点为所有部件的设计中心，以液晶电视所用液晶屏的尺寸为前提，设计其它尺寸。
综合考虑电路设计及光学设计的要求，对结构进行设计。
结构设计先从UⅣOUT布局图着手，表达整体机构以及各部件相互之间的装配关系，然后着手零件图结构设计。
上框架采用分段式设计，在长度方向上分段，避免长度过长。
一个超薄直下式电视背光源方案
一个超薄直下式电视背光源方案发表时间：2019-11-26T14:54:40.477Z 来源：《中国西部科技》2019年第22期作者：龚丹雷[导读] 本文运用非成像光学原理对3030LED进行二次光学设计，并采用该器件开发一款混光距离为5mm的直下式灯条背光源，实现了电视显示模组的轻薄化和背光区域调节。
龚丹雷佛山市国星光电股份有限公司摘要：本文运用非成像光学原理对3030LED进行二次光学设计，并采用该器件开发一款混光距离为5mm的直下式灯条背光源，实现了电视显示模组的轻薄化和背光区域调节。
关键词：一个超薄直下式电视背光源方案1. 前言LCD液晶显示屏为非自发光的显示设备，必须外接背光源才能显示内容。
背光源模组通常由光源、反射膜、扩散板、棱镜片等组成。
光源的质量直接影响电视的显示品质，目前常用光源分为LED直下式灯条和侧入式灯条。
直下式灯条背光源的结构如图1所示，透镜将LED 出光进一步发散，光学膜片和扩散板将光均匀分布，然后将光导向液晶显示屏。
高端电视的发展趋势之一是轻薄化和带背光区域控制。
通常直下式灯条所用透镜的高度大于5mm，而且需要一定的混光距离（OD）才能在目标照射面上形成均匀的光斑。
混光距离10mm对于带透镜的直下式灯条背光源已经要求很高，所以开发混光距离为5mm的直下式灯条背光源存在很大的技术难度。
2. 不用透镜的直下式电视背光源方案设计对于直下式灯条背光源，去掉透镜能有效减少背光模组的厚度，而且可以省掉透镜开发和贴装等工作。
但一般3030 LED的发光角度大约为110~120°，光强分布如图2所示，如果采用这些LED开发不带透镜的OD 5mm背光源，LED点阵的间距会很小，背光模组需要采用很多的灯条和LED，导致产品成本很高。
不带透镜的超薄直下式电视背光源方案的设计思路是运用非成像光学原理对LED发光面进行二次光学设计，改变LED的光强分布，使LED正上方的亮度减弱，光斑亮度逐步向外提升；在混光距离为5mm时，LED的亮度既满足电视机的亮度要求，光斑又最大化，使背光源具有优良的性价比。
关于电视机直下式背光模组设计研究
关于电视机直下式背光模组设计研究摘要：随着LED行业的发展及应用的扩展，LED作为背光源在LCD背光模组上的使用已经变得越来越普及。
尤其随着人们对于画质的日趋提高，直下式LED背光模组已经逐渐成为市场的主流。
本文将对直下式LED背光模组进行深入的分析和探讨关键词：LED；直下式背光模组；设计；引言：LCD液晶屏本身不发光，通过白光背光源就可以看到显示屏的显示内容。
背光源作为液晶电视内部的一个光学组件，由光源、光学膜片及其他器件构成。
目前，LED背光源已经普及，如手机、电视、显示器等。
背光模块的功能是把点光源变成面光源，且要求光源在要求的区域内均匀的射出。
1、液晶电视及模组结构简介液晶电视的发展，经历了从传统模组机到LCM一体机两个发展阶段。
传统的模组电视，在模组屏前后分别设计前壳和后壳，这种电视机厚度较厚。
随着技术的发展，LCM一体机逐渐成为主流，LCM一体机是指将液晶OPENCELL、BLU背光、整机电路通过一套结合个性外观的结构件组装在一起的液晶电视机，称作“LCM模组一体机”。
简单理解，就是把模组屏的前框做成外观件，把模组屏的背板，做成后壳外观件或托架类结构件。
整机厂或者ODM、OEM厂商购买模组屏内部的玻璃液晶面板(Open Cell)，并设计背光模组、前后壳等进行匹配，不但降低了成本，厚度也相应降低。
LCM一体机背光模组按照入光方式分类方法如下：a.直下式：光源分布于光学膜片正下方，直接照射模片，通过扩散板等光学模块处理成均匀的面光源射在OPEN CELL上;b.侧入光式：光源分布于侧边，通过导光板等光学模块处理成均匀的面光源射在OPEN CELL上。
目前国内由于价格导向，在中低端机型上以直下式为主，另外由于直下式能够实现更优质的LOCAL DIMMING，提供更好的画质，所以在超高端LCD机型上也是采用直下式居多。
本文主要针对直下式背光进行解析。
2、直下式背光模组部件组成如上图所示，电视一体机主要分为3大块，机构模块、背光模块以及驱动模块。
LED背光模组的侧入式结构设计与直下式低成本设计
LED背光模组的侧入式结构设计与直下式低成本设计发表时间：2018-12-12T18:58:24.307Z 来源：《防护工程》2018年第23期作者：黎志鹏[导读] 本文主要论述了侧入式LED背光模组四边无边框设计与改进的直下式LED背光低成本设计的相关内容。
广州启上设计有限公司 510670 摘要：本文主要论述了侧入式LED背光模组四边无边框设计与改进的直下式LED背光低成本设计的相关内容。
关键词：电视LED；背光模组；结构设计；低成本设计引言以往传统的背光模组中，经常运用的是冷阴极荧光灯，简称CCFL。
它的缺点是寿命短、发光效率低、色彩纯度低、色阶表现差、体积大、驱动电压高。
LED背光模组作为现在主要的发展方向，不仅体积小、寿命长，不含对人体有害的重金属，而且发光效率更高。
1背光模组概况 LED背光模组按照光源所在位置分类为两种：侧入式和直下式。
传统侧入式背光模组指的是发光源位于显示器面板的侧面，光从光源发出通过导光板均匀分布整个画面。
侧入式背光模组优点是体积小、轻薄便携，是背光模组中高端的选择。
如图1所示，LED在导光板的一侧，背光模组由LED、导光板、背板、光学膜片和散热板等部件组成。
发光原理是，光线从侧边LED光源发出，进入导光板，部分光通过导光板的散射网点射出导光板，穿过光学膜片，到达液晶面板。
一部分光被反射片反射，重复被利用，大大提高光的利用率。
传统直下式背光模组的LED光源分布在背板的底部，均匀分布的LED发光到画面。
如图2所示，直下式背光模组由LED、透镜、反射片、扩散板、光学膜片和背板等部件组成。
发光原理是，光从LED发出，经过透镜，发光角度被打开，让光均匀分布在扩散板上，再透过扩散板和光学膜片，达到液晶显示面板。
但直下式需要一定的混光距离，所以背光模组需要有一定厚度，相比侧入式的缺点是厚度大，优点是成本低。
2.2四边无边框侧光式背光模组的设计要点 2.2.1整体设计考虑在背光模组开发前，要了解产品的定位和各项规格指标，包括亮度、均匀性和色域等，通过各个部件的材质特性搭配，以及液晶显示面板的透过率配合，设计出优秀的产品。
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图示为常规直下式的部分结构
1 背板
4 反射片
什么是混光距离？
混光距离如下图
扩散板 A X B 中壳 后壳
LBAR
AB之间的间距X即为混光距离 A：扩散板下表面；B：反射片上表面 注： 超薄直下式LED背光，在原有直下式LED背光基础上，尽量减小混光距离X值，用扩散板印刷方式解决厚度 变薄造成的LED灯影及中间暗带问题，目前32-3300混光距离为40mm，做扩散板印刷后厚度可以减薄到25mm，甚至 在油墨扩散性能更好的情况下可以做到更薄。
网点是什么形状比较好？
印刷用网点图
最大网点 密度为 90.69%
最大网 点密度 为100%
康佳之前圆形网点
TCL网点图片---正方形网点
最大网 点密度 为100%
改善之后正六边形网点
设计方案
2x12
2x6+1x5
3x6
LightTools光学模拟
印刷网点Biblioteka 扩散板在K1版网点混光变薄到25mm
扩散板在无网点的情况下混光变薄到25mm
7 前铁框 ASSY 6 PCBI ASSY 5 中框支架 ASSY 3 LBAR ASSY 2 散热片 ASSY
图示为常规侧入式的部分结构 1 背板 ASSY 4 REF&LGP&FILM ASSY
直下式LED背光是什么样？
内部结构
背板
反射片 LED灯
剖
支架
6 扩散板 5 支架 3 LED灯 2 散热片
32寸超薄直下式LED背光
扩散板印刷设计
研发中心模组所：刘良云
问题
• 直下式LED背光是什么样？ • 什么是混光距离？ • 混光距离变薄后会怎么样？ • LED灯该如何排布？ • 印刷扩散板如何解决薄型化之后的问题点？
• 网点是什么形状比较好？
侧入式LED背光是什么样？
内部结构
剖
入光侧 Module
LED灯该如何排布？
LED灯排布方式
3x6 LED（等间距排布）
2x6+1x5 LED （等间距排布）
2x10 LED（不等间距排布）
混光距离变薄后会怎么样？
混光变薄后
LED灯影
中间暗带
印刷扩散板如何解决薄型化之后的问题点？
扩散板网点光学原理
扩散板无网点时32寸2调L_BAR中间暗带形成过程，带透镜LED发光角度为160度，中间A区光线较少达到，形成 中间暗区。
光线往灯两端打散
利用含高发散光源物质(如Si02及Ti02)的印刷材料，即如图所示的一定厚度的油墨网点，适当地分布于扩散板底 面，其扩算点的尺寸为100μm到l000μm。借由印刷材料对光源吸收再扩散放出的性质，破坏大部分直接透过扩散板 的光线，使光由扩散板底部漫反射回反射片，再由反射片往LED灯两侧反射，达到均匀的效果。
扩散板在K2版网点混光变薄到25mm
讨论
谢谢！