应用在大尺寸LCD背照明的LED元件设计

传统的薄膜晶体管液晶显示器(thin film transistor liquid crystal display,TFT-LCD)通常采用冷阴极荧光灯(cold cathode fluorescent lamps,CCFL)作为背光光源。相比较而言,由于发光二极管(LED)TFT-LCD背光源系统色彩还原性好、对比度高、亮度高,其色域是传统CCFL背光源的150%以上,最近几年,RGBLED背光源已经逐渐成为大尺寸背光源发展的主要方向。大尺寸LED背光系统结构主要采用直下式和侧式结构。直下式背光源具有结构简单、光利用率高的特点,是目前大尺寸液晶显示背光源的首选。以RGBLED作为光源,通过对LED光场分布的模拟分析,提出一种新的直下式背光源的光学设计。背光源模拟表明,该背光源亮度均匀性大于80%,色差小于0.01。     

基于LED背光源区域控制的LCD系统色域分析

介绍了液晶显示(LCD)系统普遍使用的色域计算方法。针对LCD系统的色域主要由背光源的光谱特性、彩膜的光谱透过率特性和液晶面板的特性三个方面的因素决定,采用LED作为背光源来提高系统整体的色彩表现能力,利用色度学的方法,通过对LED背光源光谱的分析计算,比较了有无区域控制的背光源经过彩膜后系统色域的大小,并分析了液晶面板对比度的变化分别对两种模式下背光源色域的影响情况。分析和计算结果表明：采用区域控制的LED背光源可以改善由于彩膜性能的不完善所引起的再现三基色色彩饱和度降低的现象,同时该模式下系统色域受液晶面板对比度变化的影响很小,即降低了系统色域对彩膜性能和液晶面板性能的要求,因此对于提高现有LCD系统的色域具有非常重要的意义。     

高色域量子点LED及其在背光显示中的应用研究

量子点因其独特优异的光学特性而被广泛应用于发光领域,其中最突出的特点是光谱调谐方便,只需要改变材料的尺寸,就可实现发光光谱的调谐。结合实际应用的需要,选取CdSe材料作为主要研究对象,通过改进工艺,采用希莱克技术隔绝水氧,使用高温热注入法,调整原料中镉源和锌源,硒源和硫源的比例,获得了尺寸分别约为6.0和4.2 nm,发光峰分别为625和525 nm,半高宽分别为30和28 nm,荧光量子产率分别达到82%和61%的粒径均一、色纯度高且高效稳定核壳结构CdSe/ZnS红光和绿光量子点材料。然后对量子点LED在背光显示中的应用进行了研究,采用合成的红光和绿光量子点材料替代传统工艺中的荧光粉材料,通过改进封装方式,对量子点光转换层采用双层环氧树脂AB胶保护,同时引入PMMA透镜包覆,从根本上隔绝水氧。最终得到的量子点白光LED,红绿蓝光发射峰分别为630, 535和453 nm,半高宽别为20, 28和30 nm,三段光谱发射峰两侧对称性良好,有效解决了传统荧光粉白光LED在红色光谱波段缺失的问题,并同时实现了单色性好、色纯度高、色彩饱和度高等优点。在LED积分球光色电测试系统中20 mA电流条件下测试,得到了CIE色坐标为(0.329, 0.324)的白光量子点LED,这是非常接近标准白光的色坐标。其色温为5 094 K,光效达到94.72 lm·W-1,显色指数Ra可达78.6,寿命超过400 h。最后对量子点LED灯条进行封装得到背光源,根据测试获取的白光量子点LED发射光谱,可以得到sRGB颜色三角形,即色域,通过对比NTSC1931标准色域,得到了色域覆盖率可以达到109.7%的高色域量子点LED背光源。开发的LED背光由240个白光量子点LED制成,并且首次成功演示了29英寸液晶电视面板,这一结果将进一步开发量身定制的量子点,特别是在高性能显示器应用领域。     

LED近场光学模型与直下式背光源透镜的设计优化

LED光源自身物理模型的准确测量和建模对光学设计和计算机软件仿真模拟结果至关重要。分析了常用光源模型的特性,对白光LED与理想点光源的偏差和原因进行了研究,比较分析了在直下式背光源透镜光学系统中由于LED实际光源特性偏离理想点光源和简单面光源而造成的设计偏差,并以白光LED光源近场测量的光线文件为基础,采用反馈修正逐次逼近的方法,优化设计了背光系统距高为5.5的内外折射曲面光学透镜,在实际发光面积为1.7 mm×1.7 mm的条件下,光斑均匀性为0.83。     

电极结构对AlGaInP-LED阵列电流分布的影响

以AlGaInP-LED外延片为基片,设计了分辨率为320×240、像素尺寸为100 μm×100 μm的微型LED阵列。针对目前LED阵列普遍存在的电流分布不均匀的问题,建立了内部电流分布模型,研究了电极结构、电极尺寸及电极间距等不同因素对LED电流分布造成的影响。在单条形电极结构的基础上进行优化,综合考虑不透明电极的遮光效应等因素得到三条形电极结构为最优的电极结构,该电极结构的LED有源层均匀发光面积比未经优化的单条形电极提高了65.02%,比双条形电极提高25.63%,有效提高了微型LED阵列的出光效率,对改善LED芯片发光均匀性具有参考意义。     

基于LED背光源区域控制的高动态范围液晶显示技术进展

传统液晶显示器的背光源采用恒定亮度的面光源,由于漏光现象限制了液晶显示器对比度动态范围的提高。采用LED背光源区域控制实现高动态范围(HDR)液晶显示的技术不仅可获得高对比度、宽色域的液晶显示效果,而且可以有效地降低系统功耗。在对实际区域控制技术算法流程中背光驱动信号的获取、背光强度分布及液晶屏幕信号补偿三个方面所采用的不同方法进行了概述。论述了当前国内外LED背光源显示器件的进展。     

基于阵列式连体透镜的LED二次光学设计

针对LED照明系统中单颗LED及其透镜组合设计的发光量小,照射范围有限,不能满足实际照明需求的问题,提出了一种阵列式连体透镜的LED二次光学设计.根据阵列式LED的特性建立多颗了LED光学模型,并运用光学仿真软件TracePro对该二次光学设计进行模拟与仿真.结果表明,阵列式连体透镜在改善光照均匀性方面具有较好的效果,...     

基于ZEMAX的LED光源与光纤的耦合系统设计

在原有金属卤化物光源与光纤耦合结构的基础上,提出了一种新的光纤耦合方案,为了满足光供电系统的光功率需求,根据几何光学的理论,提出一种新的LED光源阵列排布方案。在对LED的发光特性研究的基础上,设计了一种新的光学准直方法,运用ZEMAX软件进行仿真,并对透镜参数进行了优化,准直结果角度控制在了±4°范围内。针对光束尺寸与光纤的匹配问题,进行了聚焦耦合设计,弥散斑的RMS尺寸大小为7.410μm,GEO点尺寸为16.091μm,光学系统95%以上的能量集中在20μm范围之内,达到了很好的耦合效果。     

基于照明的LED阵列研究与仿真

LED是21世纪的绿色光源,具有广阔的照明前景。近年来,LED灯具产品开发的种类越来越多,设计合适的LED灯具显得尤为重要。由于单颗LED的功率很小,作为照明来使用,要求在照明区域内具有一定的均匀光通量和照度,所以需要采用LED的阵列形式, 加大其发光亮度和 发光面积,改善光照的均匀性。该文 首先计算LED阵列的照度叠加,进而根据叠加公式对阵列仿真,分析两种LED阵列分布的仿真结果,得出不同阵列的分布特点,并比较两种阵列的特点,最后分析出不同阵列分布的适用灯具,为LED灯具设计提供可靠依据。     

电极结构优化对大功率GaN基发光二极管性能的影响

在台面结构的GaN基发光二极管(LED)里，电流要侧向传输，当尺寸与电流密度加大之后，由于n型GaN层和下限制层的横向电阻不能忽略，造成了横向电流分布不均匀.通过优化电极结构，以减小电流横向传输距离，制作出两种不同电极结构的大功率GaN基倒装LED.通过比较这两种不同电极结构的GaN基倒装大功率LED的电、光性能，发现在350mA正向电流下，插指电极结构的倒装大功率GaN基LED的正向电压为3.35V，比环形插指电极结构的倒装大功率GaN基LED高0.15V.尽管环形插指电极结构GaN基LED的发光面积略小于插指电极结构GaN基LED，但在大电流下，环形插指电极结构倒装GaN基LED的光输出功率比插指电极结构的倒装大功率LED的光输出功率大.并且在大电流下，环形插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和速度慢，而插指电极结构的倒装大功率LED光输出功率饱和明显.这说明优化电极结构能提高电流扩展均匀性，减小焦耳热的产生，改善GaN基LED的性能.     

Modified wide radiating lenses of the power-chip light emitting diodes for a direct-lit backlight

Modified wide radiating lenses of the power-chip light emitting diodes (LEDs) for a direct-lit backlight unit of a liquid crystal display (LCD) are numerically investigated. To improve the optical properties of the backlight, the lens of the Golden DRAGON^® ARGUS^® LED, the cluster of LEDs, and the cluster arrangement for the 32-in bottom-lit backlight unit of a LCD are modified and verified by optical tracing simulation software. First, the central section shape is modified and analyzed to reduce the angular luminous intensity in the small angle range. The results show that the modifying lens method can effectively realize the aim. Then, several LEDs with the modified lenses are put in 32-in backlight. It is shown that the uniformity and efficiency of the new backlight are obviously better than the ones of the original type.     

单顶角结构LED背光模组的设计与优化

由于LED（发光二极管）具有寿命长、色域宽、功耗低和环保（传统的光源CCFL含有汞气）等特性,在背光模组中采用LED代替CCFL（冷阴极荧光灯）是一种趋势。采用单光源顶角入射结构设计一个5.08cm(2inch)液晶背光模组。针对LED作为点光源带来的亮度不均匀的问题,采用旋转LED的入射角度和区域分割设计的方法,有效地解决了LED液晶背光模组中存在亮斑和暗区等不良的现象。通过模拟实验,可以得到光源出射均匀度为80.06%的导光板。     

LED背光源中侧发光导光管长度与出光性能的关系

微细侧发光导光管可以将LED点光源转化成线光源.为了同时发挥LED光源和CCFL光源的优势,本文对导光管模型进行了改进,使不同长度导光管均能满足良好的出光性能.在网点公式基础上引入非线性修正参数α,并找到导光管长度与α的对应关系,得到不同长度导光管的优化网点排布形式.针对较短导光管光能利用率偏低的问题,采用导光管一端入...     

Local dimming algorithm and color gamut calibration for RGB LED backlight LCD display

A 32 in RGB LED backlight unit is developed. A local dimming algorithm is designed for the backlight, and grid-noise artifacts in the LC driving signal are successfully removed with consideration of the backlight distribution to provide identical intensity from each LED block. The 32 in RGB LED backlight LCD display has achieved a static display contrast of over 20000:1 and an average power reduction of 30%. We have also obtained the color gamut transformation matrix for transferring a cold cathode fluorescent lamp BLU LCD display gamut system to our RGB LED BLU LCD display gamut system, and extended the color saturation by suppositional color expansion method. As a result, the color has been accurately reproduced in RGB LED BLU LCD display with more richness and more saturation.     

不同手机屏幕对青少年生理节律和蓝光危害的影响

针对市场上三款常见的不同材质的手机屏幕（LED背光LCD、OLED、SUPER AMOLED）,在黑暗中、屏幕距离瞳孔15 cm处4种不同色温的条件下,研究不同手机对青少年生理节律和蓝光危害的影响。在充分考虑年龄、人眼受光面积、透射率的情况下,改进传统计算蓝光危害因子的公式,并计算节律因子和蓝光危害因子。结果表明,不管何种手机,节律因子和蓝光危害因子都随色温升高而增大,并且均呈现出良好的线性关系。在7 425~9 201 K色温下,节律因子由大到小依次为:OLED > SUPER AMOLED > LED背光LCD;而蓝光危害因子由大到小依次为:LED背光LCD > SUPER AMOLED > OLED,由此可以根据不同需求,选择相对更健康合适的手机。     

大角度直下式LED背光透镜的设计

液晶显示领域不断提出缩减成本方案,对于液晶电视LED背光系统,提出了一种大角度背光透镜设计方案,即在目标接收屏面具有较大照度辐射角度的背光透镜设计。采用特定的双自由曲面设计,入光孔设置为类椭圆型结构面将光源出射的光通量进行等角度划分,根据接收屏面的理想照度分布与入光孔每一角度出射光通量对应关系计算出出光面自由曲线。借助底部微结构处理,再根据模具及产品成型要求补全外观结构,得到符合设计指标的方案,有效地解决了因增大角度引起的黄斑问题,并达到目标接受面均匀度的要求。针对32英寸（81 cm）的液晶电视背光模组,采用12颗最大正向电流为350 mA的LED灯珠,在模组高度为30 mm的系统中,设计的背光透镜模组达到了要求的亮度及均匀度。     

基于双自由曲面的LED大角度光学透镜设计

针对直下式LED背光源的均匀照明系统,采用双自由曲面组合,设计了一种大角度光学透镜结构。通过近光源面的自由曲面将光发散成的c/cos3(θ)型光场分布,再利用远光源面实现目标面的均匀分布。这样可以在短距离条件下实现大面积的均匀照明,相对于传统的单自由曲面设计,有效地避免了全反射的发生,提高了照明区域的面积。采用光线追迹软件对所设计的结构进行仿真,通过对模拟结果的分析,在灯箱厚度为15mm时,单透镜均匀照明面积可以达到60mm。采用正三角阵列分布,整个目标面均匀度达到87.5%。相对于传统的大功率器件的直下式光源方式,提高了照明的均匀度,同时大大减少了箱体的厚度。