现有的液晶显示器(LCD)背光模组大多采用侧入式发光二极管(LED)作为背光源,其要求导光板厚度始终大于LED发光截面宽度.为解决这一问题,提出一种用于侧入式LED背光模组的自由曲面光耦合结构,包括浸入式准直透镜与自由曲面反射器,光源出射光先由浸入式准直透镜收集并准直,再经自由曲面反射器反射并聚集到导光板入光面.利用斯涅尔定律、微分几何法以及等光程原理对该模块进行设计,并通过光学仿真验证设计的可行性.实验结果表明,当采用有效发光面积为0.4　mm×0.4　mm的LED芯片作为光源时,导光板厚度减少0,6　mm,导光板入光面处光能利用率达到96.23％,相对于传统结构,光线利用率提高11.22％.该光耦合模块实现了背光模组中导光板的薄型化,同时改善了导光板入光面处光热点现象.