液晶顯示器由液晶盒和背光組件構成，背光源為液晶面板提供足夠亮度和高均勻性的照明，保證液晶顯示器的顯示質量。在大尺寸液晶產品中，常選用發(fā)展較成熟、表面亮度高的CCFL(冷陰極熒光燈管)背光源[1][2]，近年來，CCFL 因功耗高，壽命短，色域范圍窄(僅為NTSC 的75%左右)等缺點逐漸被人們所摒棄。LED(發(fā)光二極管)背光源由于具有節(jié)能環(huán)保、色域范圍廣、色彩表現(xiàn)能力強、壽命長等優(yōu)點迅速發(fā)展并占領市場，隨著LED 光效的不斷提升及其成本價格的降低，LED 背光源必將取代CCFL 背光源，成為市場的主流背光源[3][4]。本文在分析了LED 背光源的發(fā)展前景的基礎上，提出一種新型的側光式LED 背光源，可替代CCFL 背光源應用在大尺寸LCD 產品中，降低成本，提高顯示質量。

1　現(xiàn)有LED 背光源種類分析

LED 背光源的主要作用是將LED 點光源發(fā)出的光線轉化為發(fā)光均勻的面光源。根據(jù)光源在背光源系統(tǒng)中的分布位置的不同，分為側光式和直下式兩種[5]。

1.1　直下式LED 背光源

直下式LED 背光源的結構如圖1 所示，主要包括LED 光源陣列(排布如圖2 所示)、反射層、散射板、棱鏡膜等。該種LED 背光源的設計思想是將LED光源陣列及PCB 板置于背光模組的底部，LED 光源發(fā)出的光線通過底面和側面反射后，再通過表面的散射板、增亮膜后均勻射出。直下式LED 背光源需要多顆LED 光源，因此其功耗高，散熱問題嚴重，一般需要設計特殊的散熱裝置，因此，多數(shù)大尺寸液晶產品生產廠商放棄此種背光源的使用，轉而投入研發(fā)側光式LED 背光源。

1.2　側光式LED 背光源

側光式LED 背光源結構如圖3，主要包括光源、導光板、光源反射罩、棱鏡于發(fā)生全反射而向前傳播[7]，為了得到側面發(fā)光的目的，需要在導光管的一個側面加入微結構，破壞全反射條件，本文中將導光管的一側加入網點結構散射光線，得到了側發(fā)光的微細導光管。該新型背光源的工作原理是：LED 光源發(fā)出的光線耦合進入側發(fā)光微細導光管中，經過多次折反射后從側面射出，轉化為與CCFL 出射方式相同的線光源，再入射到導光板中，并在導光板內完成由線光源到面光源的轉化，之后光線均勻、平行的投向下偏光片，然后透過液晶分子及上偏光片，最終成像。

2.2　微細導光管出光面網點排布方式：

背光源系統(tǒng)要求出光具有高均勻性，因此必須設計出光均勻的微細導光管。本方案中微細導光管出光面網點結構為圓形，當光線入射到散射網點結構上時發(fā)生散射，改變傳播方向，從出光面射出。由于光線散射后傳播路徑復雜，為了簡化模型，我們考慮網點半徑為常數(shù)時，導光管出光均勻性情況。

LED 光源可以發(fā)出各個角度的光線，所以假設光線耦合進入導光管后，各方向光線均等的存在，且其傳播狀態(tài)如圖5 所示。由全反射原理可知，只有那些入射角度小于全反射臨界角的光線可以從散射網點射出，這部分光線占所有達到網點上的光線比例可以計算得出。

選擇任意一個散射網點，網點上有來自各個方向的光線，而只有滿足入射角小于全反射臨界角的光線可以從出光面射出，即入射角滿足：

從模擬結果可以看出所設計的導光管亮度均勻性高于98%，符合背光源系統(tǒng)對光源的均勻性要求，其光能利用率約為70%，替代線光源CCFL 后，可實現(xiàn)高均勻性的照明。

此式表明了一個網格單元內，網點面積與平面面積的比值代表了在該網格中光線折射與反射的光通量關系。設網格長度d=1mm，即可計算得出導光管出光均勻時網點半徑r=0.21745mm。

2.3　新型側光式LED 背光源中導光管的設計實例

針對上述分析我們給出一個設計實例，其中微細導光管為直徑5mm 的圓柱體，不加光源和反射罩時長度為150mm，出光面為2mm(寬)×150mm(長)的長方形，導光管兩端為光入射端面，光源在導光管兩側對稱放置，導光管其余面為反射面，鍍有反射膜。為了使盡量多的光線在導光管的出光面射出，在光源端加反射罩?？紤]到導光管材料的吸收、漏光及透光率等因素，對所設計的導光管進行建模并賦予各種屬性，在光學軟件TracePro 中進行大量的模擬分析得到其出光面的照度及照度曲線圖如下：

3　總結

本文在分析現(xiàn)有LED 背光源的優(yōu)缺點的基礎上，提出了一種新型的側光式LED 背光源，該新型背光源采用少數(shù)幾個LED 實現(xiàn)高均勻性的照明，結構緊湊，散熱好，是一種性能優(yōu)越的新型側光式LED背光源，具有一定的應用價值和良好的發(fā)展前景。