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。     

直下式LED黄疸灯的设计与制作

研制了一款可在接收面上实现平面光谱分布均匀的直下式LED黄疸灯。首先,按照LED数量从少到多的顺序,在同一基板上依次对4种单色LED进行排布,使其分别在同一出光面上形成大小相近且照度均匀的光斑,进而使出光面乃至接收面上实现平面光谱分布均匀。其次,对直下式LED黄疸灯仿真验证,结果表明其确实可在接收面上实现平面光谱分布均匀。最后,在出光面上分别放置扩散板和棱镜膜,对两款直下式LED黄疸灯样品进行实验测试。测试结果表明:相较而言,在出光面上放置增光膜的直下式LED黄疸灯样品可以使接收面具有较多的光能量。但无论出光面上放置的是棱镜膜还是扩散板,在600 mm×300 mm的接收面上,直下式LED黄疸灯都能实现99. 9%以上的平面光谱分布均匀度值以及74%以上的照度均匀度值,符合国家婴幼儿光疗设备安全标准。     

侧光式LED背光源的导光板网点设计

导光板是背光模组的关键组件,决定了出光效率以及出光均匀度。以2颗LED灯的侧背光为例,建立其相应模型,并运用光学理论推导出导光板网点排布规律,得到一个形式简约的公式,并将其进行扩展应用,推出了多颗灯情况下的导光板排布规律;另外将其进行等效应用,得到了线光源情况下的导光板的排布规律。     

一种用于大尺寸液晶照明的直下式导光板模块设计

为了进一步提高大尺寸液晶照明系统的综合性能,并符合动态显示的技术要求,提出了一种直下式导光板模块化设计方法,并以其作为指导,设计了一种采用导光板的直下式照明结构模块。对模块进行了照明仿真计算,其均匀性大于80%,满足大尺寸液晶面板的照明需求。在该模块拼接的基础上进行了动态显示的模拟,并对单个导光板模块进行了实验的验证。     

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。     

液晶电视LED直下式背光系统的设计

针对直下式液晶电视LED背光系统,提出了一种轻薄化的均匀照明设计方案。采用二次曲面光学透镜,可有效避免光学透镜在大角度均匀照明下全反射的发生,且能在目标面达到符合标准的亮度及均匀度。实验结果表明:采用21颗1W灯珠,在灯箱高度为25mm的情况下,背光系统可达到31.5寸液晶电视背光源的亮度和均匀度要求,相对于传统的直下式背光系统,大大减少了器件的使用数量及灯箱厚度,提高了器件的出光效率和系统稳定性。     

基于定抛物面调制的直下式匀光照明透镜设计

对于近场大角度的匀光照明系统,透镜的一般设计方法是采用内表面为球形的自由曲面透镜设计,计算的自由曲面透镜只需考虑一次折射。但是当角度达到一定范围时,在透镜的内表面容易发生全反射,导致目标面照度不均匀。为了在近场照明系统中得到更大角度的配光,提出一种以合适的抛物面作为自由曲面透镜的内表面的设计方法,内抛物面先对光源的能量进行一次扩散,再计算自由曲面面型,通过模拟仿真,实现了在距离光源15 mm处形成半径40 mm的光斑,均匀度达到95%,能量利用率达到97.8%,相对于传统的直下式透镜,提高了照明的均匀度,同时减少了箱体的厚度。     

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。     

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。     

一种基于复合抛物面聚光器的面向大尺寸LED的反射器设计方法

为设计一款使大尺寸LED光源在一定距离内满足特定角度范围均匀照明的反射器,提出了一种基于复合抛物面聚光器聚光原理、边缘光线原理以及几何光学轴外光线追迹原理的新方法。该方法可以从理论上定量地推导出适用于大尺寸LED的反射器的结构,实现高光效、高均匀度的照明效果。通过光学设计软件ZEMAX仿真验证了该方法的合理性。     

白光LED衰减的光谱分析

为了研究白光LED衰减的机理,通过试验跟踪并分析了采用YAG荧光粉、荧光粉晶片、RGB三合一方式封装的PLCC-4型白光LED,以及采用YAG荧光粉封装的大功率白光LED的发射光谱老化衰减曲线。试验在相同的环境下,对上述四种类型的白光LED进行了通电老化,同一类型白光LED老化电流及时间相同,老化完成后测试其光谱分布。通过分析光谱分布曲线的变化来研究白光中各色光的衰减情况,通过对比各色光的衰减情况来推断白光LED的衰减原因。分析表明白光LED的衰减主要是由蓝光LED的衰减及荧光粉的猝灭引起:采用YAG荧光粉、采用荧光粉晶片及RGBLED封装的白光LED衰减特性基本相同,白光的衰减主要是由蓝光的衰减引起;大功率白光LED与PLCC-4型白光LED衰减特性稍有不同,白光的衰减除了因蓝光的衰减外,还有荧光粉的衰减所引起的白光衰减,而蓝光的衰减所占比例至少不低于80%。通过上述分析可以进一步推断:在散热条件足够理想的情况下,白光LED的衰减主要由蓝光的衰减引起,而随着系统温度的提升,荧光粉的衰减将加剧白光LED的衰减。所得结果将为白光LED的应用及进一步对白光LED衰减原因的研究提供了参考。     

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.     

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。     

A digital image-based measurement system for a LCD backlight module

A LCD light guide plate is an element of the LCD backlight module that is often used for the display of compact electronic devices. In this study, a vision system is proposed to detect the degree of uniformity of light reflection using a light guide plate before the diffuser has been attached. A new bright spot search and statistical software has been designed and the parameters for the LCD light guide plate can be adjusted before manufacture to provide greater economy and make the device user friendly. Since many different types of backlight modules had to be analyzed in this study, we used different methods to determine the nonuniform factors and the backlight module area for each type. A wrapping algorithm is presented in the searching and statistic process of bright spot. This algorithm can combine the procedures of segmentation process and nonlinear grey scale mapping. After revising carved depth of the poor brightness area, the diffuser was attached and the analysis performed again to verify the design procedure correction. When the source light density is adjusted, the lighting error for the on line inspection is retained to within 3%.     

一种基于RGB三基色LED的白光光源

数字光源处理(DLP)投影技术是投影显示的一个重要分支,基于发光二极管(LED)照明技术的DLP投影显示技术则是目前DLP技术的一个重要发展方向。根据DLP投影显示技术的需要,对一种新型的LED混光光源进行了优化设计和仿真计算,得到了一种适合于为DLP微型投影机提供照明的LED混光光源。该混光光源可以提高LED光源的DLP微型投影机的光通量。     

Synthesis of novel Dy activated phosphate phosphors for NUV excited LED

The new trivalent dysprosium activated X₆AlP₅O₂₀ (where X=Sr, Ba, Ca and Mg) phosphors were prepared by the combustion method. The prepared phosphors are characterized by XRD, photoluminescence and SEM techniques. Excited by 350 nm near-ultraviolet (NUV) light, the phosphors show an efficient blue and yellow band emissions, which originates from the ⁴F_9/2→⁶H_15/2 and ⁴F_9/2→⁶H_13/2 transitions of Dy³⁺ ion, respectively. The excitation spectra of the phosphors are broadband extending from 340 to 400 nm, which are characteristics of NUV excited LED. The effect of the Dy³⁺ concentration on the luminescence properties of X₆AlP₅O₂₀:Dy³⁺ (where X=Sr, Ba, Ca and Mg) phosphors is studied. Ca₆AlP₅O₂₀ phosphors show strong PL emission intensity around 25 times more as compared to Ba₆AlP₅O₂₀, Sr₆AlP₅O₂₀ and Mg₆AlP₅O₂₀ phosphors. The investigated prepared phosphors are suitable for a NUV excited LED.