Liten och medelstor LCD-skärm - Optisk design av bakgrundsbelysningsskärm

Bakgrundsbelysning används i små, lätta, platta LCD-skärmar (LCD) och andra elektroniska enheter som kräver bakgrundsbelysning, inklusive handhållna enheter så små som din handflata och storbilds-TV. Målen med bakgrundsbelysningsdesign inkluderar låg strömförbrukning, ultratunn, hög ljusstyrka, jämn ljusstyrka, stor yta och kontroll av olika bredd och smala betraktningsvinklar. För att uppnå dessa utmanande designmål med kontrollerade kostnader och snabb implementering måste datorstödda optiska designverktyg användas för design. Den här artikeln introducerar egenskaperna hos LightTools mjukvara för optisk design och analys från ORA Company i USA, som kan användas för att utveckla de mest avancerade applikationerna för bakgrundsbelysningsdesign idag.
Optisk design och analysverktyg för bakgrundsbelysning
Ett bakgrundsbelysningssystem kräver viss omvandling av ljus från en eller flera ljuskällor för att åstadkomma den erforderliga ljusfördelningen i ett område eller i en fast vinkel. Ljusdesignprogramvara måste kunna modellera geometriskt, ställa in optiska karakteristiska parametrar för olika typer av ljuskällor och konverteringsenheter, och måste kunna använda optiska spårningsmetoder för att utvärdera ljusets väg genom modellen och beräkna den slutliga ljusfördelningen. Ljusfördelning använder Monte Carlo-simuleringar för att beräkna belysningsstyrka, luminans eller ljusstyrka för specifika områden och/eller vinklar. Ljusstrålar emitteras från ljuskällan i slumpmässiga positioner och vinklar, spåras genom det optiska systemet och tas emot på den mottagande ytan. Belysningsstyrkan kan beräknas från ytmottagare och intensitet kan erhållas från fjärrfältsmottagare. Genom att definiera en luminansmätare på mottagarytan kan den rumsliga och vinkelmässiga fördelningen av luminans beräknas. I vissa fall kan det vara viktigt att analysera en displays färg. Specificera den spektrala energifördelningen för ljuskällor (såsom lysdioder), utgående CIE-koordinater och korrelerad färgtemperatur (CCT), kvantifiera skärmens kromaticitet och generera RGB-grafik för verklig ljusåtergivning på skärmen. Dessa analyser kan alla göras i LightTools programvara.
Bakgrundsbelysta displayers egenskaper ställer speciella krav på mjukvara för belysningsanalys. Såsom kommer att förklaras beror ljuset som emitteras av bakgrundsbelysningen på distributionstätheten för tryckta prickar, eller distributionsmönstret för mikrostrukturer. För modellering av specifika mikrostrukturmatriser, om CAD-modellen används direkt, kan modellstorleken vara mycket stor. LightTools programvara tillhandahåller funktioner som definieras av 3D-texturmatriser, som kan utföra exakt strålspårning och rendering. Eftersom ingen direkt konstruerad geometrisk modell används är modellens storlek mindre och strålspårning snabbare. En annan aspekt av bakgrundsbelysningsanalys inkluderar delning och spridning av ljus på ytan av ljusledarplattan. Eftersom ljuseffekter simuleras med Monte Carlo-metoder är det möjligt att omfattande strålspårning måste användas för att få en design med tillräcklig noggrannhet. Det mest effektiva sättet är att spåra den högsta energistrålen. Genom att spåra strålens väg med högsta energi genom att använda delade sannolikheter och använda målområdet eller spridningsvinkeln för spridningsytan för att rikta det spridda ljuset till "viktiga" riktningar (t.ex. mot tittaren på skärmen).
Shenzhen Hongjia Technology specialiserar sig på FoU och produktion av LCD-skärmar med olika ljusstyrkor. Bakgrundsbelysningens ljusstyrka är enhetlig. Modulens totala ljusstyrka kan nå 2000 lumen. Den är tydligt läsbar i solljus. Arbetstemperaturen kan nå -35 till 85 grader. Antistatisk med järnram Tja, droppprestanda är överlägsen.
Vad är bakgrundsbelysning?
En typisk bakgrundsbelysning består av en ljuskälla, såsom en kallkatodlysrör (CCFL) eller lysdiod (LED), och en rektangulär ljusledare. Andra tillgängliga komponenter inkluderar diffusorplattor, som förbättrar skärmens enhetlighet, och ljusstyrkeförstärkande filmer (BEF), som ökar skärmens ljusstyrka. Ljuskällan är vanligtvis placerad vid ena sidokanten av ljusledarplattan för att minska tjockleken på displayen. Kantbelysning använder vanligtvis totalreflektion (TIR) ​​för att rikta ljus i displayen.
   Backlight designers have several ways to model light sources in LightTools software. Different shapes of fluorescent light sources (such as straight, L-shaped, U-shaped or W-shaped, as shown in Figure 2) can be quickly defined using the fluorescent lamp creation tool. The lamp reflector can be defined with various geometric primitives in LightTools software, such as cylinders, elliptical slots, and extruded polygons. Reflectors defined in CAD systems can also be imported into LightTools software via standard data exchange formats (IGES, STEP, SAT and CATIA). If LEDs are used, designers can select desired LED models from the pre-stored product models of Agilent, Lumileds, Nichia, Osram, etc. in the LightTools software. Once the light enters one side of the LGP, the problem becomes to extract the light from the LGP perpendicular to the direction of propagation.
Såsom visas i FIG. 3 är den ljusaste sidan av ljusledarplattan nära ljuskällan, och ljusstyrkan i ljusledarplattan blir mörkare när avståndet ökar. För enhetlig ljuseffekt måste ljusutsugningseffektiviteten öka med avståndet. En av huvuduppgifterna inom bakgrundsbelysningsdesign är att designa en ljusledarplatta som varierar ljusutsugningseffektiviteten efter önskemål. Det finns två extraktionstekniker som kan användas. Tekniken för att extrahera ljus med punkttryck är att trycka en punktmatrisstruktur på botten av ljusledarplattan för att sprida ljuset uppåt och avge det från ytan på ljusledarplattan. Den andra teknologin, Molded Light Extraction Technology, bygger på total reflektion (TIR) ​​av mikrostrukturen på bottenytan för att få ljus att komma ut från ytan av LGP.
LightTools programvara tillhandahåller verktyg för bakgrundsbelysningsdesign för att realisera designen av ljusledarplattan. Detta verktyg (Figur 4) hjälper användaren att skapa de olika komponenterna i bakgrundsbelysningen. Andra alternativ inkluderar att lägga till en ljuskälla/reflektorkomponent till modellen, BEF-modellering och bygga en mottagare för att analysera ljusstyrkan. Bakgrundsbelysningsverktygets gränssnitt är en samling flikar för att ställa in och modifiera olika typer av ljusextraktionsmekanismer.
För bakgrundsbelysningen som använder ljusextraktionsmetoden för punktutskrift kan bakgrundsbelysningsverktyget ställa in den linjära förändringen av storleken och bildförhållandet för de utskrivna prickarna, och den linjära förändringen av punktavståndet längs ljusledarplattans längd. Denna linjärt varierande struktur är ofta en bra utgångspunkt för att visa enhetlighet, men den räcker inte för slutgiltiga enhetlighetskrav. Ytterligare kontroll över enhetlighet kan uppnås med användning av icke-linjärt varierande strålextraktionsparametrar. En metod med minst antal parametrar och mycket flexibel kontroll är att definiera parametriska variabler för den kvadratiska Bézier-kurvan. 2D-regionverktyget i LightTools programvara kan användas för att ställa in icke-linjära strukturer. Figur 5 visar ett exempel på användning av tryckt extraktion, där 3 parametrar (tryckt punktbredd, höjd och vertikalt avstånd) varieras för att erhålla olika extraktionsbeteenden. Utgångens enhetlighet visas i figur 6. Figuren till höger visar att den genomsnittliga ljusstyrkan är konstant.