[实用新型]一种包含自由曲面反射器的背光系统

说明书

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LCD面板侧面，通过Light Guide Plate(导光板)将光线均匀分布到面板上，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匀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背光光线均匀度高，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±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匀的光能量分布。这种背光结构均匀度较高，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匀，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LED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，提供了一种照度均匀，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LCD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。