一种新型侧光式白光LED背光源的设计[1]

　　液晶显示器由液晶盒和背光组件构成，背光源为液晶面板提供足够亮度和高均匀性的照明，保证液晶显示器的显示质量。在大尺寸液晶产品中，常选用发展较成熟、表面亮度高的CCFL(冷阴极荧光灯管)背光源[1][2]，近年来，CCFL 因功耗高，寿命短，色域范围窄(仅为NTSC 的75%左右)等缺点逐渐被人们所摒弃。LED(发光二极管)背光源由于具有节能环保、色域范围广、色彩表现能力强、寿命长等优点迅速发展并占领市场，随着LED 光效的不断提升及其成本价格的降低，LED 背光源必将取代CCFL 背光源，成为市场的主流背光源[3][4]。本文在分析了LED 背光源的发展前景的基础上，提出一种新型的侧光式LED 背光源，可替代CCFL 背光源应用在大尺寸LCD 产品中，降低成本，提高显示质量。

　　1　现有LED 背光源种类分析

　　LED 背光源的主要作用是将LED 点光源发出的光线转化为发光均匀的面光源。根据光源在背光源系统中的分布位置的不同，分为侧光式和直下式两种[5]。

　　1.1　直下式LED 背光源

　　直下式LED 背光源的结构如图1 所示，主要包括LED 光源阵列(排布如图2 所示)、反射层、散射板、棱镜膜等。该种LED 背光源的设计思想是将LED光源阵列及PCB 板置于背光模组的底部，LED 光源发出的光线通过底面和侧面反射后，再通过表面的散射板、增亮膜后均匀射出。直下式LED 背光源需要多颗LED 光源，因此其功耗高，散热问题严重，一般需要设计特殊的散热装置，因此，多数大尺寸液晶产品生产厂商放弃此种背光源的使用，转而投入研发侧光式LED 背光源。

　　1.2　侧光式LED 背光源

　　侧光式LED 背光源结构如图3，主要包括光源、导光板、光源反射罩、棱镜于发生全反射而向前传播[7]，为了得到侧面发光的目的，需要在导光管的一个侧面加入微结构，破坏全反射条件，本文中将导光管的一侧加入网点结构散射光线，得到了侧发光的微细导光管。该新型背光源的工作原理是：LED 光源发出的光线耦合进入侧发光微细导光管中，经过多次折反射后从侧面射出，转化为与CCFL 出射方式相同的线光源，再入射到导光板中，并在导光板内完成由线光源到面光源的转化，之后光线均匀、平行的投向下偏光片，然后透过液晶分子及上偏光片，最终成像。

　　2.2　微细导光管出光面网点排布方式：

　　背光源系统要求出光具有高均匀性，因此必须设计出光均匀的微细导光管。本方案中微细导光管出光面网点结构为圆形，当光线入射到散射网点结构上时发生散射，改变传播方向，从出光面射出。由于光线散射后传播路径复杂，为了简化模型，我们考虑网点半径为常数时，导光管出光均匀性情况。

　　LED 光源可以发出各个角度的光线，所以假设光线耦合进入导光管后，各方向光线均等的存在，且其传播状态如图5 所示。由全反射原理可知，只有那些入射角度小于全反射临界角的光线可以从散射网点射出，这部分光线占所有达到网点上的光线比例可以计算得出。