光源封装对直下式背光模组设计的影响--《深圳大学》2015年硕士论文
光源封装对直下式背光模组设计的影响
【摘要】：大尺寸直下式LED背光电视已成为目前液晶电视的主流。但是,随着背光模组尺寸的增大,传统侧面注入式背光源的导光板已经不能满足整个模组的要求,因此,采用轻便、低成本的大尺寸直下式LED背光源方案成为发展趋势。该方案中背光透镜对LED光源的光线发散处理,可以减小光源与目标面的距离,由此减小了背光模组的厚度。具有特定目标光斑的背光透镜设计不仅与透镜材料参数相关,更与LED光源器件的特性相关。它们一起决定了背光模组的亮度、均匀性、对比度等核心参数性能。LED光源器件的特性不仅与芯片相关,也与封装密切相关。目前,LED封装技术快速发展,陆续出现了多种尺寸小、光效高、封装工艺简单的新型“芯片级封装”LED器件,如CSP、PFC、Po D等。这类LED器件能否作为新一代背光源非常值得探讨。本文提出了使用新型封装LED作为背光源的构想,以CSP、PFC为例,从发光角度、尺寸、亮度、光色空间均匀度以及光源散热等多个方面进行分析,并与使用3528封装结构LED器件的传统背光源进行了对比。分析结果从一定程度上验证了将“芯片级封装”LED器件作为背光源的可行性。本文的主要内容分为以下几个部分:1.简要概述了背光技术的发展趋势与LED作为背光源的优势、LED封装技术的发展现状、本论文研究的目的和意义。2.介绍了LED直下式背光模组的组成结构,阐述了LED的发光原理以及实现白光LED的三种方法,并对LED光度学、色度学以及热学方面进行了分析。详细介绍了“芯片级封装”LED器件。3.研究光源封装对背光源热学性能的影响。利用Ansys热学模拟软件分别对传统背3528 LED光源和新型“芯片级封装”LED进行了热学仿真,对比三种光源器件的散热性能,得出了“芯片级封装”器件在热学性能方面优势明显的结论。4.研究光源封装对背光模组光学性能的影响。对传统背光源3528 LED和新型“芯片级封装”LED进行近场光学测试,利用Light-tools光学仿真软件,模拟了三种光源在背光透镜作用下在混光距离为15mm、25mm时在目标面上得到的照度分布,对比分析结果表明“芯片级封装”LED在条件相同时更容易得到面积大且照度均匀的光斑。5.研究光源封装对背光模组光色分布均匀性的影响。利用带有频谱颜色信息的光源文件对3528 LED和新型“芯片级封装”LED进行仿真,模拟加入背光透镜后在混光距离为15mm时目标面上的光色分布均匀程度,分析传统背光源与新型“芯片级封装”LED背光源对背光模组光色分布均匀性的影响。6.理论结合实际进行分析对比,通过实际验证模拟结果,表明“芯片级封装”LED可以应用于背光源领域,并具有诱人的优势。
【关键词】：
【学位授予单位】：深圳大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：TN312.8【目录】：
摘要4-6Abstract6-11第1章 绪论11-21 1.1 本文研究的背景及意义11-13 1.2 LED背光技术的现状和趋势13-15 1.3 LED封装技术国内外研究进展15-19
1.3.1 LED封装的形式15-17
1.3.2 LED芯片结构17-19 1.4 本文研究内容与结构安排19-21第2章 LED背光理论基础21-30 2.1 LED背光模组的结构21 2.2 LED发光原理21-23 2.3 光度学和色度学23-25 2.4 LED热学理论基础25-26
2.4.1 LED发热原因25
2.4.2 LED热阻及结温25-26
2.4.3 LED散热方式26 2.5 LED背光源26-30
2.5.1 常见背光源26-27
2.5.2 新型封装结构背光源27-30第3章 光源封装对背光的热学性能影响30-38 3.1 LED光源热学模拟30-34
3.1.1 Ansys热学分析简介30-31
3.1.2 光源模型建立及参数设定31-33
3.1.3 热学模拟结果33-34 3.2 LED热阻测试34-38
3.2.1 T3Ster热阻测试设备34-36
3.2.2 热阻测试36-38第4章 光源对背光模组光学设计的影响38-57 4.1 LED光源的建模38-43
4.1.1 远场建模法38-41
4.1.2 近场建模法及光源近场测量41-42
4.1.3 近场建模法与远场建模法比较42-43 4.2 光源封装对背光模组光强分布的影响43-50
4.2.1 背光透镜43-45
4.2.2 三种光源的照度分布图分析45-50
4.2.3 光源封装对光学设计的影响50 4.3 光源封装对光色空间分布的影响50-54
4.3.1 光源的光色模型50-51
4.3.2 光色空间均匀度的模拟51-53
4.3.3 光色空间分布不均的原因与解决方法53-54 4.4 光学性能验证54-57第5章 总结与展望57-59 5.1 总结57-58 5.2 展望58-59参考文献59-62致谢62-63攻读硕士学位期间的研究成果63-64
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&2.2、适用于大尺寸电视的带V型槽的导光板
　　带有V型槽的导光板的侧入式LED背光模组使得LED背光源应用于任意大尺寸的显示屏，而无需采用更高亮度的LED芯片。
　　导光板401的顶部的中间部位形成V型槽402，并在导光板的底部与V型槽对应的位置设置LED光源408b。使得LED光源发出的光425向上传播时，被V型槽402全内反射，从而向导光板侧面传播，见图3a和3b。LED光源粘在导光板的底部，增加光取出效率。
图3a顶视图
图3b截面图
　　图3c展示V型槽402a、402b和402c成十字形设置的实施例,可以用于大尺寸的背光源。
图3c示意图
图3d示意图
　　优势：（1）适用于任意大尺寸的显示屏。
　　（2） 薄型化。SMD形式的LED封装的厚度可以做到0.7mm，厚度可以做到1mm，因此，LED背光模组的厚度只比传统的侧入式LED背光模组的厚度增加1.7mm。
　　（3）LED封装的光取出效率高。
　　（4）散热较好。
　　（5）LED封装的出光角度加大。
　　2.3、减少使用LED封装数量的无导光板的侧入式LED背光模组
　　没有导光板的侧入式LED背光模组的一个实施例：在一侧设置LED光源205，与其相对的是侧反光片204b，在主反光片204a和侧反光片204b上形成网点203，调整网点的结构和分布，使得亮度分布均匀，图4a。
图4a截面图
　　图4b展示在两侧设置LED光源405a和405b，且倾斜成一角度409。网点403形成在主反光片404上。
图4b截面图
　优势：（1）没有导光板以及光在导光板中的衰减，因此，减少使用的LED封装的数量。
　　（2）减少产生的热量。
　　（3）减低成本。
　　（4）减轻重量。
　　3、 直下式LED背光模组
　　直下式LED背光模组的主要缺点之一是：与侧入式LED背光模组相比较，厚度较大。
　　3.0、 传统的直下式LED背光模组：
　　LED光源352发出的光直接向上传播，为得到光分布的均匀性（或RGB混光均匀性），与液晶屏平面垂直方向的光程（或RGB混光距离）较大，即，直下式LED背光源较厚，图5。
　　3.1、 薄型的带有反射镜的直下式LED背光模组
　　带有反射镜的直下式LED背光模组的一个实施例：在每一个LED封装203上方处设置反射镜208a，LED封装发出的光被反射镜208a反射向反光片204c及其上的网点207，被反射和散射后，向液晶屏方向传播，见图6a。
图6a截面图
反射镜208a/308a面对LED光源203的表面具有微结构308b，反射镜208a/308a的设置是从一组设置中选出，该组设置包括，但不限于，图6b展示的结构。
图6b截面图
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