CN103244871B - 直下式背光模组、液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直下式背光模组、液晶显示装置，属于液晶显示领域。其中，所述直下式背光模组，包括背板、安装于背板上的背光源及安装于背板上且位于背光源上方的多个二次透镜结构，所述背光源包括多个条LED灯条，其中，所述二次透镜结构为轴对称结构，与LED灯条一一对应设置，且二次透镜结构的轴线与其对应的LED灯条的轴线相重合。根据本发明，能够提高背光模组的光效率，减少LED数目，并降低直下式背光模组的混光距离，实现背光模组的超薄化设计。

Description

直下式背光模组、液晶显示装置

技术领域

本发明属于液晶显示领域，尤其涉及一种直下式背光模组、液晶显示装置。

背景技术

随着显示科技的快速发展，液晶显示装置（如液晶电视、液晶显示器、液晶显示屏等）凭借低压驱动、平板结构、显示信息量大、易于彩色化、长寿命、无辐射无污染等优点在生产和生活中得到越来越广泛的应用。

然而，液晶显示装置是一种被动型显示装置，其本身不能发光，需要靠调制外界光达到显示的目的。随着液晶显示面板的不断做大，侧光式的背光结构受限于光程等原因，已经满足不了液晶显示装置的需要，直下式背光结构依靠灵活的布灯、控灯等技术，更适用于大面板的液晶显示装置，然而直下式背光结构的厚度一般比较大，并且需要使用大量的LED（发光二极管），增加了液晶显示装置的成本。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是提供一种直下式背光模组、液晶显示装置，能够提高背光模组的光效率，减少LED数目，并降低直下式背光模组的混光距离，实现背光模组的超薄化设计。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供技术方案如下：

本发明实施例提供了一种直下式背光模组，包括背板、安装于背板上的背光源及安装于背板上且位于背光源上方的多个二次透镜结构，所述背光源包括多个条LED灯条，其中，所述二次透镜结构为轴对称结构，与LED灯条一一对应设置，且二次透镜结构的轴线与其对应的LED灯条的轴线相重合。

进一步地，上述方案中，所述二次透镜结构包括第一折射结构、与所述第一折射结构相对设置且位于所述第一折射结构下方的第二折射结构，所述第一折射结构和所述第二折射结构之间存在内部空腔，且所述第一折射结构和所述第二折射结构的轴线相重合；

其中，所述第一折射结构的底面为出光面，所述第二折射结构的底面为入光面，所述入光面和所述出光面为圆形平面，且所述入光面的面积小于所述出光面的面积；所述第一折射结构的顶面和所述第二折射结构的顶面均为曲面。

进一步地，上述方案中，所述第一折射结构的顶面为球面、弧面或圆锥面；第二折射结构的顶面为球面、弧面或圆锥面。

进一步地，上述方案中，所述二次透镜结构通过多个支脚安装在所述背板上，且满足H3<H<4/3H3，其中H3为所述LED灯条的厚度，H为所述支脚的高度。

进一步地，上述方案中，所述入光面的直径L2≥1.5L3，其中L3为所述LED灯条的长度。

进一步地，上述方案中，所述出光面的直径L1满足2L2≤L1≤5L2。

进一步地，上述方案中，在所述第一折射结构的顶面为圆锥面时，所述圆锥面的锥角Φ为120°～165°。

进一步地，上述方案中，所述第一折射结构的折射率不大于所述第二折射结构的折射率。

进一步地，上述方案中，所述第一折射结构和所述第二折射结构采用光学玻璃或者有机透明玻璃制成。

进一步地，上述方案中，当所述第二折射结构的顶面为球面时，所述球面的半径R满足5H3≤R≤10H3，其中H3为所述LED灯条的厚度。

本发明实施例还提供了一种液晶显示装置，包括如上所述的直下式背光模组。

本发明实施例的上述技术方案，针对目前的直下式背光模组，在其底部LED灯条上置入二次透镜结构，可减少背光模组的混光高度，降低背光模组的功耗和混光距离，有利于实现背光模组的超薄化设计；并且能够增加背光模组的发光效率，从而可以减少背光模组使用的LED数目，降低成本。

附图说明

图1为本发明实施例直下式背光模组的立体示意图；

图2为本发明实施例直下式背光模组的截面示意图；

图3为本发明实施例直下式背光模组的另一截面示意图；

图4为现有直下式背光模组的光分布曲线示意图；

图5为本发明一实施例中的光分布曲线示意图；

图6为现有直下式背光模组的LED灯条的分布示意图；

图7为本发明实施例直下式背光模组的LED灯条及二次透镜结构的分布示意图；

图8为本发明又一实施例的光分布曲线示意图；

图9为本发明再一实施例的光分布曲线示意图。

附图标记

11LED灯条  12第二折射结构  13内部空腔

14第一折射结构  15光线  16支脚

17、45二次透镜结构  21现有直下式背光模组的光分布曲线

31、42本发明直下式背光模组的光分布曲线  41LED灯条

43混光高度H1的接受面  44凸凹不平的光分布

46心形的光分布  47比较平整的光分布

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

为了解决现有技术中直下式背光结构的厚度一般比较大，并且需要使用大量的LED，增加了液晶显示装置的成本的问题，本发明实施例提供一种直下式背光模组、液晶显示装置，能够提高背光模组的光效率，减少LED数目，并降低直下式背光模组的混光距离，实现背光模组的超薄化设计。

图1为本发明实施例直下式背光模组的结构示意图，如图1所示，本发明实施例的直下式背光模组包括背板、安装于背板上的背光源及安装于背板上且位于背光源上方的多个二次透镜结构17，所述背光源包括多个条LED灯条11，其中，所述二次透镜结构17为轴对称结构，与LED灯条11一一对应设置，且二次透镜结构17的轴线与其对应的LED灯条11的轴线相重合。

进一步地，如图2所示，所述二次透镜结构17包括第一折射结构14、与所述第一折射结构14相对设置且位于所述第一折射结构14下方的第二折射结构12，所述第一折射结构14和所述第二折射结构12之间存在内部空腔13，且所述第一折射结构14和所述第二折射结构12的轴线相重合；

其中，所述第一折射结构14的底面为出光面，所述第二折射结构12的底面为入光面，所述入光面和所述出光面为圆形平面，且所述入光面的面积小于所述出光面的面积；所述第一折射结构14的顶面和所述第二折射结构12的顶面均为曲面。

具体地，所述第一折射结构14的顶面可以为球面、弧面或圆锥面；第二折射结构12的顶面可以为球面、弧面或圆锥面。

如图2所示，二次透镜结构17通过多个支脚16安装在背板上，因为支脚的高度必须大于LED灯条的厚度，因此，H>H3，其中H3为所述LED灯条的厚度，H为所述支脚的高度。进一步地，为了实现背光模组的超薄化设计，支脚16的高度不宜过高，优选地，H<4/3H3。

如图3所示，第一折射结构14底面的直径为L1，第二折射结构12底面的直径为L2，LED灯条11的宽度为L3，优选地，L2应和L3保持如下关系：L2≥1.5L3，因为如果L2设置的太小，就容易使LED灯条11在大角度发出的光不被第二折射结构12的底层部分捕获到。另外，L2也不适宜设置的过大，如果L2太大，就迫使L1也随之变大，进而使整个二次透镜结构17的尺寸过大，增加生产成本，也影响了背光模组的薄型化设计。

进一步地，L1与L2应保持如下关系：2L2≤L1≤5L2，因为如果L1设置的过大，容易造成二次透镜结构17的尺寸太大，成本也随之增加；如果L1设置的太小，容易造成经过第二折射结构12的边缘光线从第一折射结构14的边缘漏掉，发挥不了第一折射结构14的作用。

另外，在第一折射结构14为圆锥体时，第一折射结构14的锥角Φ应设计在120°≤Φ≤165°为宜，因为如果锥角Φ设置的太大容易使第一折射结构14趋于平板，发散光线的作用会减小；如果锥角Φ设置的过小，势必会增加二次透镜结构的高度H2，影响背光模组的薄型化设计。

进一步地，为了提高第一折射结构14发散光线的幅度，优选地，所述第一折射结构14的折射率不大于所述第二折射结构12的折射率，所述第一折射结构和所述第二折射结构可以采用光学玻璃或者有机透明玻璃制成。

如图2所示，当光线15从LED灯条11中发出后，第二折射结构12开始收集光线，将光尽可能收集向可以单次透出的方向，以避免光学的发散角度过大，在内部空腔上下两个顶面发生多次反射而造成的菲涅尔损失，增加光的利用率。

如图2、4、5所示，透过第二折射结构12的光线15经过第一折射结构14时，将被重新调制，改变原有的近朗伯分布或近高斯分布21，使其呈心形分布31。

如图6所示，现有的背光模组中，两个LED灯条41之间相距L1，发射出两组光分布42，在混光高度H1的接受面43上将形成凸凹不平的光分布44，只有提高混光高度下或者减少LED灯条间的距离才能形成比较平整的光分布；然而如图7所示，如果在LED灯条41上放置二次透镜结构45，将发射出两组心形的光分布46，在相同混光高度（H1=H2）的接受面43上，就可以形成比较平整的光分布47，能够降低混光高度和增加LED灯条间的距离，减少背光模组使用的LED数目，降低液晶显示装置的成本。

下面结合具体的实施例对本发明的直下式背光模组进行详细介绍：

实施例一

本实施例中，LED灯条11的宽度为L3，LED灯条11的厚度为H3，第一折射结构14的直径为L1，第二折射结构12的直径为L2，支脚16与LED灯条11的高度差为H1，二次透镜结构17的高度为H2。第一折射结构14为圆锥体，锥角为Φ；第二折射结构12为弧球型，曲率半径为R；其中，第一折射结构14和第二折射结构12均采用光学玻璃BK7制成，各项参数满足以下条件：

L1=2.5L2，L2=1.8L3，H1=0.2H3，锥角Φ=135°,R=5H3，H2可根据L1、L2、Φ、R来设置。

如图4所示，现有背光模组中LED灯条的光分布曲线为朗伯分布，光强最强角度为0°；如图5所示，经过上述二次透镜结构17的调制后，光分布转变为心形分布，光强最强角度为±40°，提高了LED灯条的发光效率。

本实施例在直下式背光模组的底部LED灯条上置入二次透镜结构，可减少背光模组的混光高度，降低背光模组的功耗和混光距离，有利于实现背光模组的超薄化设计；并且能够增加背光模组的发光效率，从而可以减少背光模组使用的LED数目，降低成本。

实施例二

本实施例中，LED灯条11的宽度为L3，LED灯条11的厚度为H3，第一折射结构14的直径为L1，第二折射结构12的直径为L2，支脚16与LED灯条11的高度差为H1，二次透镜结构17的高度为H2。第一折射结构14为圆锥体，锥角为Φ；第二折射结构12为弧球型，曲率半径为R；其中，第一折射结构14和第二折射结构12均采用光学玻璃BK7制成，各项参数满足以下条件：

L1=2L2，L2=1.5L3，H1=0.2H3，锥角Φ=135°,R=5H3，H2可根据L1、L2、Φ、R来设置。

由图8可以看出，在L1和L2都处于限制极限的情况下，LED灯条大角度发出的光没有被第二折射结构捕获到，因此会在光分布图的底部出现两个方向的小分叉，也因为LED灯条大角度发出的光没有被第二折射结构捕获到，造成大角度的光线没有得到第一折射结构的发散，从而使最大光强角度也有所下降。

因此，在参数设置时，最好使L2>1.5L3，L1>2L2。

实施例三

本实施例中，LED灯条11的宽度为L3，LED灯条11的厚度为H3，第一折射结构14的直径为L1，第二折射结构12的直径为L2，支脚16与LED灯条11的高度差为H1，二次透镜结构17的高度为H2。第一折射结构14为圆锥体，锥角为Φ；第二折射结构12为弧球型，曲率半径为R；其中，第一折射结构14和第二折射结构12均采用光学玻璃BK7制成，各项参数满足以下条件：

L1=2.5L2，L2=1.8L3，H1=0.2H3，锥角Φ=160°,R=5H3，H2可根据L1、L2、Φ、R来设置。

由图9可以看出，在其他参数设置与实施例一相同时，将第一折射结构的锥角设置在最大允许值的情况下，第一折射结构对光分布的调制作用明显减弱，造成最大光强角度的很大减小。

因此，在设置二次透镜结构的参数时，将锥角Φ在允许的情况下设置的尽可能小。

本发明实施例的上述技术方案，针对目前的直下式背光模组，在其底部的LED灯条上置入二次透镜结构，可减少背光模组的混光高度，降低背光模组的功耗和混光距离，增加背光模组的发光效率，从而可以减少背光模组使用的LED数目，降低成本，并实现背光超薄化设计的目的。

本发明实施例还提供了一种液晶显示装置，包括如上所述的直下式背光模组。该液晶显示装置可以为：液晶面板、电子纸、液晶电视、液晶显示器、数码相框、手机、平板电脑等。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种直下式背光模组，其特征在于，包括背板、安装于背板上的背光源及安装于背板上且位于背光源上方的多个二次透镜结构，所述背光源包括多个条LED灯条，其中，所述二次透镜结构为轴对称结构，该二次透镜结构与LED灯条一一对应设置，且二次透镜结构的轴线与其对应的LED灯条的轴线相重合；

所述二次透镜结构包括第一折射结构、与所述第一折射结构相对设置且位于所述第一折射结构下方的第二折射结构，所述第一折射结构和所述第二折射结构之间存在内部空腔，且所述第一折射结构和所述第二折射结构的轴线相重合；

其中，所述第一折射结构的底面为出光面，所述第二折射结构的底面为入光面，所述入光面和所述出光面为圆形平面，且所述入光面的面积小于所述出光面的面积；所述第一折射结构的顶面和所述第二折射结构的顶面均为曲面。

2.根据权利要求1所述的直下式背光模组，其特征在于，所述第一折射结构的顶面为球面、弧面或圆锥面；第二折射结构的顶面为球面、弧面或圆锥面。

3.根据权利要求1所述的直下式背光模组，其特征在于，所述二次透镜结构通过多个支脚安装在所述背板上，且满足H3<H<4/3H3，其中H3为所述LED灯条的厚度，H为所述支脚的高度。

4.根据权利要求1所述的直下式背光模组，其特征在于，所述入光面的直径L2≥1.5L3，其中L3为所述LED灯条的长度。

5.根据权利要求4所述的直下式背光模组，其特征在于，所述出光面的直径L1满足2L2≤L1≤5L2。

6.根据权利要求1所述的直下式背光模组，其特征在于，所述第一折射结构的顶面为圆锥面，所述圆锥面的锥角Φ为120°～165°。

7.根据权利要求1所述的直下式背光模组，其特征在于，所述第一折射结构的折射率不大于所述第二折射结构的折射率。

8.根据权利要求1所述的直下式背光模组，其特征在于，所述第一折射结构和所述第二折射结构采用光学玻璃或者有机透明玻璃制成。

9.根据权利要求1所述的直下式背光模组，其特征在于，所述第二折射结构的顶面为球面，所述球面的半径R满足5H3≤R≤10H3，其中H3为所述LED灯条的厚度。

10.一种液晶显示装置，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的直下式背光模组。