导光板散射网点的布局与出光均匀性的研究

从背光模组的基本结构出发,通过理论分析确定了影响导光板散射网点排布的公式,证明了散射网点的排布规律对背光模组出光均匀度有影响。对一款背光模组商品建立了简化模型,通过光学软件TracePro模拟分析以及实验验证,证明了背光模组商品的出光均匀度还有提升的可能性。在此基础上,又重点分析了散射网点行间距的变化值,散射网点直径和散射网点初始行间距对导光板出光均匀度的影响。经过反复仿真模拟,取得了一组参数值,可以使优化后的导光板出光均匀度比背光模组商品的出光均匀度好。研究的结论可作为导光板散射网点设计的参考,对背光模组的设计具有指导意义。     

手机侧背光照明导光板设计模拟

 为了提高手机侧背光照明导光板的亮度及亮度均匀性,对上表面为41 mm×26 mm的楔形导光板进行了模拟仿真,并对导光板底面不同的印刷式散射网点排布、不同的楔形导光板底面角度及不同的球缺形凸包网点排布进行了研究。结果显示,导光板底面排布印刷式散射网点时,导光板上表面亮度分布的均匀性较差,而出射光通量的百分比小于26%;当导光板底面排布球缺形凸包网点时,导光板上表面亮度分布的均匀性得到提高,出射光通量的百分比提高10%。楔形导光板底面角度81°时的出光效果优于85°时的效果。     

导光板底面熔合微棱镜出射亮度规律研究

基于导光板底面直接熔合微棱镜取代目前背光系统平面反射膜和网点两层结构,推导了棱镜底角和出射亮度方向角之间的关系,提出导光板出射亮度方向角与棱镜远近光源底角的解析公式.用LightTools软件对导光板进行建模仿真,通过改变棱镜两个底角,得到出射亮度峰值方向和底角之间的变化规律.理论值与模拟仿真值基本符合,为背光模组一体化的研究提供理论和实验依据.依据上述规律,设计出一体化导光板结构,其中,微棱镜近光源角为86°,远光源角为37°,亮度达到现行3M背光系统指标.     

侧入式LED背光模组中光耦合模块的设计与实现

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。     

用于LCD背光模块的LED光源转成线光源设计研究

将液晶显示器背光模块的导光板向前延伸5 mm,利用该区设计一扩光区使得LED点光源经过该区可获得两次的扩光效果,达到将点光源转成近似冷阴极管(CCFL)的线光源效果,并以3 in液晶显示器面板进行模拟,模拟结果表明导光板的出光均匀度可以达85%以上.     

一种圆环LED侧入式背光模组设计

侧入式背光板能有效地减少显示背光模组的厚度和背光所需的LED光源数目,为获得均匀照度的侧入背光模组,介绍一种圆环侧入式导光板结构。推导导光板中网点的设计规律,得到圆环侧入式导光板的网点大小的分布函数。利用VBA语言编程在CAD中生成网点分布,结合软件模拟分析,验证了导光板显示区域中光照亮度均匀性达到90％以上,满足了侧入式背光模组中圆环形导光板工程设计上的要求。     

导光板网点平均密度范围的最优化研究

针对导光板(LGP)网点分布设计进行了研究,提出了以导光板网点最佳平均密度(BANDD)范围的定义来阐述导光板网点的最优化设计。根据导光板导光理论建立背光源模组(BLM)的光学模型,并仿真了模型在不同均匀网点密度(NDD)下性能的变化,结果表明在0.1~0.4之间的网点密度其出光效率与均匀性达到相对平衡。进一步对0.1~0.4范围内的网点密度进行网点排布优化以提高其均匀性,仿真结果表明网点密度在0.2~0.35范围内的网点可以达到设计阶段对均匀性指标的要求。加工了相应的实验样品,验证了导光板最佳平均网点密度范围在0.25左右,与理论相符合。该研究结果对于实际开发具有一定的指导意义,将有助于加快背光源模组的开发进度,减少开发版次,并降低背光源模组的开发成本。     

光散射聚合物导光板的材料参数设计

光散射聚合物(HSOT)导光板与传统导光板相比具有亮度更高均匀性更好等优点,其性能受材料的影响十分明显。通过蒙特卡罗方法进行光学仿真模拟考察不同材料的导光板照明光线的均匀性差别,研究了光散射聚合物导光板的光学性能受其中掺杂粒子的材料折射率、粒径、浓度的影响规律。通过比较不同材料参数的聚合物导光板的光学性能差别,总结出光散射聚合物导光板的材料设计方法。     

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。     

基于一种圆形LED面光源的网点设计及仿真

根据导光板散光原理,建立圆形导光板数学模型,有效地将LED线阵列转化成照度较为均匀的面光源,利用软件Trace-pro初步模拟结果求出导光板的一些参数,推导出圆形导光板的网点分布规律,最后利用光学软件进行仿真,获得了均匀度较高的光斑。实验结果表明:输出光的均匀性和亮度与网点的填充率密切相关,与网点的形状关系不大,验证了该方法的正确性。     

近场照度均匀的LED阵列设计

通过分析多颗LED组成的各种阵列在近场平面上的照度分布,来设计可实现近场照度均匀的LED排列方式和距离。基于LED的光强分布,构建单颗LED的光强分布模型（并非朗伯分布）,给出了方程和等式用于计算不同排列方式下的LED分布距离和封装密度,以实现近场平面上的照度均匀。     

Improvement of color-rendering characteristics of white light emitting diodes by using red quantum dot films

Red quantum dot (QD) films were applied to a conventional white light-emitting-diodes (LEDs) module consisting of 72 LEDs for improving color-rendering properties. Total three QD films with different QD concentrations, two diffuser plates, and six optical configurations were combined and investigated to find an optimized optical structure. QD films formed a red peak near 630 nm in the spectrum which significantly increased the overall color rendering index (CRI). The lateral optical cavity formed by a vertical QD wall and the vertical cavity formed by the diffuser plate and the reflection film in the lighting module played an important role in the improvement of the color-rendering properties. Especially, the adoption of the lateral optical cavity formed by the QD wall was an effective way to improve both efficiency and color rendering properties of the LED lighting. The present result suggests a new possibility of designing high-CRI LED light sources whose color properties can be tuned easily by simply applying and relocating QD components in conventional LED lightings.     

GaN基LED倒装芯片蓝宝石衬底半球型图形优化设计

为了提高GaN基LED芯片的光提取效率,以GaN基LED芯片为研究对象,建立了在蓝宝石衬底出光面和外延生长面上具有半球型图形的LED倒装芯片模型,并利用光学仿真软件对图形参数进行优化设计。实验结果表明:在蓝宝石衬底的出光面和外延生长面双面都制作凹半球型图形对芯片光提取效率的提高效果最好,并且当半球的半径为3 m,周期间距为7 m时,GaN基LED倒装芯片的最大光提取效率为50.8%,比无图形化倒装芯片的光提取效率提高了115.3%。     

三基色白光LED的司辰节律因子研究

采用司辰节律因子模型,通过计算三基色白光LED光源在不同工作电流下的司辰节律因子,对可调色温的三基色白光LED光源进行非视觉效应研究。为了获取与自然光非视觉效应类似的LED白光,建立了司辰节律因子和相关色温分别相对于工作电流的关系模型,从而已知自然光的司辰节律因子和相关色温,就可以确定三基色LED的工作电流。通过测试一天内不同时刻的自然光光谱,根据上述模型推算出了三基色LED的工作电流。在所推算的三基色电流下,测试了白光LED光谱参数并计算了相应的司辰节律因子。与自然光司辰节律因子的对比结果表明,理论值和实验值的误差在1.1%以内,证实该方法具有可行性。本文所呈现的方法对于利用三基色白光LED模拟自然光具有一定的指导意义。     

Confocal microscopy as a tool for the study of the emission characteristics of high-power LEDs

We report on an experimental set-up based on a confocal principle in order to acquire the light-intensity distribution (XZ and XY optical sections) of high-power LEDs. To be able to record the emission characteristics of millimeter-sized LEDs and to carry out the measurements with high precision the set-up consists of a moving stage and stationary rather than scanning optics, along with a lock-in amplifier in combination with a photodiode as a detection unit. The optical sections recorded provide valuable information on the light-intensity distribution and the light propagation both within transparent substrates (in case of flip-chip LEDs) as well as in the ambient of the LEDs. In order to evaluate the accuracy of the measurement technique, the impact of the numerical aperture of the objective lens on the shape of the optical sections recorded was tested for a set of different objective lenses. The method reported provides new opportunities for a direct determination not only of the amount but also the directionality of the light extraction from LEDs that are processed in order to improve the light-extraction efficiency.     

量子点背光技术的研究进展

量子点材料因具有发光波长可调,色度纯,量子效率高等优异特性而受到广泛关注,在光致发光高色彩显示方面有着巨大的应用潜力。本文综述了量子点背光技术的研究进展,主要对比了QDs On-Chip、QDs On-Surface及QDs On-Edge 3种量子点背光主流技术的基本原理及结构,并分析了它们在液晶显示领域的应用,未来前景及面临的挑战;然后介绍了几种新型的量子点背光技术,并对两种量子点背光新技术进行重点说明:一种是采用低温注塑成型工艺将量子点与高分子材料均匀混合为一体,用于制备直下式背光的量子点体散射型结构扩散板;另一种新技术是采用丝网印刷或喷墨打印工艺将量子点转印至导光板表面,形成应用于侧入式背光的量子点网点微结构导光板。这两种背光都具有制备工艺简单、成本低、生产效率高等特点,对高色域液晶显示的研究及发展意义深远。     

光谱分布可调光源的LED筛选研究

针对LED光谱分布可调光源对LED寿命以及光谱一致性的要求,对可见光和近红外波段的29种LED分别进行200 h的电流加速老化试验,并提出LED光谱一致性筛选算法。老化试验结果表明:峰值波长为385 nm、400 nm 和420 1 nm 3种LED的辐射通量平均衰减分别为24.8 %、10.7 %和25.6 %,不能用于LED光谱分布可调光源;剩余的26种LED的辐射通量平均衰减量均低于3.5 %,可作为光谱分布可调光源的内部光源。LED光谱一致性筛选算法以LED光谱数据为基础,计算同类LED间的相对光谱偏差,26种LED的相对光谱偏差均小于4.5 %,保证了所筛选出LED的光谱一致性。     

基于ADB汽车前照灯的光学设计

为了避免由于远光灯使用不当而产生的一系列交通事故，且带给驾驶员更好的驾驶体验，设计了具有可以主动调整远光光束分布的自适应远光系统—ADB(adaptive driving beam)。基于非成像光学理论，采用照度优化设计法，通过计算来合理划分区域，控制相应LED的亮灭，以此达到不同远光光型的实现。通过蒙特卡洛模拟法追迹光线，测试结果表明:配光结果满足现行仅有的对自适应远光(ADB)配光规定，且当全部LED工作时，照度最大值为111 lx，模组光学系统效率为35.7%。