随着人类社会进入知识经济时代，信息和知识传播实时实现，用于实现信息交流的终端设备显示技术发展迅速，液晶显示作为显示技术之一，发展迅速。因为LCD本身有不发光的缺点，所以大多数应用都需要配套背光源。

使用的背光源包括白炽灯泡、冷阴极荧光管、 EL片和LED灯等。每种背光源技术在特定的应用环境中都有其[敏感词]的特性。其中，LED技术的优势受到人们的青睐。

优点：长寿命、高效率、低维护和低功耗；体积小，使液晶背光模块变薄，降低了液晶显示器与驱动电路之间的连接成本；低电压驱动，可用5-12VDC直驱，切换时间快，允许脉宽调制亮度，能够单独脉冲控制红、绿、蓝LED灯的亮度，去掉了全彩LCD显示器面板后面的红、绿、蓝三色滤光片等。

一、简介

LED背光源近年来发展迅速，从早期的底部发光模式发展到侧面导光模式。与底部发光的LED背光源相比，侧面导光的LED背光源具有成本更低、功耗更低、厚度更薄等优点。

特别是随着LED技术的发展，出现了AIInGaP四元系材料和GaN基材料，实现了LED超高亮度和全色化，使得侧导式LED背光源可以用少量的LED达到所需的发光亮度和颜色，取得了令人满意的效果。LED技术的发展促进了侧导式LED背光源的快速发展。[敏感词]介绍这种新开发的侧导光LED背光源的原理和设计要点。

二、侧导光LED背光源结构

由LED模组、导光板、散射膜、反光纸、边缘反光胶带等组成。

在背光源模组中，导光板是关键的光学元件，它是一种透明的塑料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)材料，底面涂有白色反射点或注塑成小凸点，边缘涂有白色反射材料或覆盖有镜面反射金属胶带。

散射膜是一种半透明的PC材料，可以降低亮度，提高均匀性的作用。反光纸是一张光滑的白色纸，可以起到光反射，减少光线泄漏的作用。

三、侧导光LED背光源的基本原理

侧导光LED背光源的基本原理是利用光全反射原理有效地传输光，将线光源转化为面光源。光全反射原理：当光线从高折射率介质折射到低折射率介质(如塑料到空气)时，被折射光以比人射光线更倾斜的角度发射，当人体光线的角度大于一定角度时，光线无法折射到人体空气中而全部向内反射的现象称为全反射或内反射，当折射角等于90°时，人体光线的角度称为临界角。

根据光折射定律和公式n-1，Sinθ，=n2Sinθ2，可以推导出临界角θc=Sin-1 (n2，sin90°/n2)=Sin-1 (n2/n1)。已知n2=1(空气)，n1=1.491(导光板塑料的PMMA材料)，得θc=Sin -10.6707=41.8°，即当导光板内部的人射光线大于41.8°时，将发生全反射现象，然后光线将沿着导光板的方向从一侧传输到另一侧。对于PMMA制成的导光板，透光率高达92%，雾度很小，光吸收性很少，光可以沿着板材长距离传输，衰减很小。

而导光板的目的是折射来自表面的光，以形成明亮且均匀的表面光源。因此，导光板的技术原理一方面是利用光的全反射原理进行光的传输，另一方面是反方向使用，破坏光全反射的条件，干扰光的全内反射光学要素，改变光线的光路，将光线从导光板表面引出，从而形成面光源作为背光板。

具体设计是在导光板的底面印刷白点或者通过注塑成型小凸起，使得光线在点处漫反射，一部分光线以小于临界角的角度投射到导光板上并折射出去，一部分光线全反射并返回到导光板，这些光线在导光板的上边缘全反射，然后返回到底面的点上。

重复这个过程，直到一些光线从表面折射，一些被导光板吸收，一些在某个界面上丢失，从表面折射出来的光线是人眼可见的，这部分光线确实有助于导光板成为背光板，也就是仪器测到背光源的亮度。

四、侧导光LED背光源的设计要点

侧导光LED背光源结构设计和材料选择直接影响背光源的亮度和均匀性。在设计时，我们不仅要考虑成本因素，还要考虑背光源的亮度和均匀性，以满足用户的要求。[敏感词]简单介绍一下背光源的设计方法。

1、散光点的大小和分布的设计

目前使用的导光板大多采用开模注塑制作，散光点的大小和分布主要由模具厂家设计，经过多次实验和调整确定模具结构。像散光点的大小和分布的设计与计算比较复杂，尚未形成完整的、成熟的理论。根据光度学公式如下：

E=dφ/ds=Icosθ/I²     （1）

dφ=Isinθcosθπr²/I²   （2）

I=D/(2cosθ)               （3）

其中： E——光照度；φ——光通量；S——接收面积；I——发射光的强度；θ——发射光方向和接收面的法线之间的夹角；I——接收面与LED光源之间的距离；Io——LED的正常强度；r——接收区域的半径；D——导光板的厚度。

根据公式(1)——距离光照度平方反比定律，越靠近人射端，散光点接收到的光照度越强。散光点接收的光线不仅有一条直射光线，还有多条反射光线，同样，越靠近人射端，散光点接收到的反射光照度越强，因此每个散光点的光照度也不同。

对于简单的设计，散光点的分布是沿着人射光方向陈列排列的，散光点的半径沿着人射光方向均匀增加。根据介绍，大点的半径r——根据点与点之间的距离来确定的，点与点之间的距离越小，r——越小。点之间的距离越大，rmax越大。小点的半径r——计算如下：在理想状态下，背光源要求表面亮度均匀，即每个散射点反射到正面时的光通量dip相等，即DCP=l/n，如果n是人射光方向的散光点个数，那么n=W/C，其中W是导光板的宽度，C是散光点之间的距离，根据公式(2)和(3)计算最小半径Rmin。

2、导光板凹面入射面设计

导光板的人口设计为凹面，可以让光通祸合进行得更好。对于大多数LED灯，从表面发出的光是发散的。凹面光以最小折射率进入导光板内，然后导光板边缘的曲面将光线反射成窄光束。

这样，更多的光线全反射回导光板，而不是折射到塑料和空气之间的界面。从而降低LED光损耗，提高背光源的亮度。

3、契形导光板的设计

小型LED显示器(小于50毫米X100毫米)应使用扁平导光板。对于大尺寸的LED显示器，使用契形导光板。契形边缘改变了光板在导光板中的全反射光线的角度，并减小了底面上反射光的角度，一方面减小了导光板表面反射光的入射角，使折射光更接近法线方向；另一方面，它使这部分因反射光角度过大而无法从导光板表面折射的光在导光板表面折射出去，从而提高了LED光利用率、提高了背光源的亮度。

4、选择合适的LED造型结构

LED的外观结构决定了LED光学参数的分布特性。具体来说，就是影响LED的发光强度，一般来说，发光面凸起的LED发光强度高，半强度角小，光线集中。发光面平坦的LED发光强度低，半强度角大，散射光多。

对于小尺寸的LED背光源，应选择平板LED，使光线均匀进入导光板；对于大尺寸的LED背光源，应选用凸形LED，发光强度高，这样才能保证背光源的亮度。同时要考虑LED的尺寸，LED的厚度要小于导光板的厚度，这样LED发出的光才能尽可能进入导光板。

5、消除LED入射区域的亮线

侧面装配LED与导光板时，光线进入导光板后会出现一条沿LED方向的亮线，会影响背光源的亮度均匀性。消除这种现象有两种方法：一种是用黑色涂料或覆盖一层遮光纸来吸收光线。

另一种是空白过渡法，即底面不印刷白色网点，不注塑小凸点。利用全反射原理，光在空白过渡区被反射回导光板。这种空白过渡带必须通过实验来确定。

6、选择合适的散射膜和反光纸

散射膜提高了均匀性，但降低了亮度。反光纸可以提高LED光能的利用率，减少光能泄漏，提高亮度。因此，对这两种光学薄膜的反射率和透过率都有很高的要求。应选择合适的反射率和透射率，以兼顾亮度和均匀性，并获得令人满意的结果。

五、结论

随着需求的多样化，用户对侧导光LED背光源的尺寸、形状、发光颜色、亮度均匀性等有了很多要求，这对材料设计提出了更高的要求。在实际设计中，要结合光学原理，多做实验，积累经验，才能设计出性价比优异的背光源。