【文章內(nèi)容簡介】 BLU 的膜材料。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 9 擴(kuò)散板大多使用在直下式 BLU 上，主要應(yīng)用于光源均勻擴(kuò)散的產(chǎn)品中 ,具有耐熱性、尺寸安定性、機(jī)械的強(qiáng)度、 耐燃性等良好性能，并有高光線透過率，使光線通過它擴(kuò)散效果達(dá)到最佳狀態(tài)。 圖 211 擴(kuò)散板原理圖 制 造擴(kuò)散板的材料常用的有 PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯 ，又稱 壓克力 ) 系 對色度、黃化之影響較小，但容易吸濕且薄板強(qiáng)度較差。 PC(聚碳酸酯 )系 薄板強(qiáng)度及尺寸較穩(wěn)定，但對色度、黃化之影響較大。 GLASS(玻璃 )系 為目前最佳設(shè)計(jì)，但成本最高。 擴(kuò)散片 （ Diffuser Film） [11] [12] 擴(kuò)散片有以下幾個方面的作用。 ●擴(kuò)散片將光源均勻化 (將并列的燈源作均勻化呈現(xiàn) ) ●遮蔽效果 (遮蔽導(dǎo)光板印刷網(wǎng)點(diǎn)或燈管黑影 )； ●增加輝度 (提高亮度 )； ●光線整理 (改變光源的行徑路線 )； ●改善視角 (往往取決于上擴(kuò)散片的功能 )。 擴(kuò)散片將穿透過去的光源產(chǎn)生穿透折射及散射，以達(dá)到光均勻化處理的目的，如圖 212所示。 圖 212 擴(kuò)散片的擴(kuò)散原理圖 擴(kuò)散片用在增光片下方時為下擴(kuò)散片，下擴(kuò)的主要功能是集光、遮蔽網(wǎng)點(diǎn)或線光源； 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 用在增光片上方是為上擴(kuò)散片，上擴(kuò)的主要功能是高光穿透能力、保護(hù)增光片、改善視角、增加光源柔和性。 擴(kuò)散片的物理特性主要有以下幾點(diǎn)。 ●全光線透過率：光能量的傳達(dá)率； ●平行光透過率：出射光的分布中央偏在率； ●擴(kuò)散透過率：出射光的分布中央不偏在率； ●色變化：顏色的 變化，色度坐標(biāo) X、 Y 的變化； ●霧度： (擴(kuò)散光量 /全光線透過量 ) 100%。圖 213 是霧度概念示意圖。 圖 213 霧度概念示意圖 擴(kuò)散片的制造工藝是 以 PET 為基材，將 PET 材料注塑成型成薄片狀，再在表面涂布高品質(zhì)的樹脂材料，使其具有良好的擴(kuò)散和透射功能。 主要廠商有 Tsujiden、 Keiwa、Kimoto、 SKC、宣茂、 惠和等幾大公司。 圖 214 是擴(kuò)散片的結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看出擴(kuò)散片由光擴(kuò)散面、 PET 樹脂、密著防止層三部分組成。這三部分的作用分述如下。 光擴(kuò)散面：將光線打散，起到均勻化的作用。 PET 樹脂：作為基材。 密 著 防止 層 ：防止靜電吸附。 圖 214 擴(kuò)散片的結(jié)構(gòu)圖 增亮膜 [13] 當(dāng)背光模塊所能提供的輝度不足時，則會在背光模塊中放置增亮膜，常見的增亮膜包含有棱鏡片 BEF(Brightness Enhancement Film)、偏光反射片 DBEF（ Dual Brightness Enhancement Film）等，現(xiàn)分述如下。 BEF 的工作原理如圖 215 所示。 利用棱鏡 ， 將來自擴(kuò)散片的光集中產(chǎn)生聚光效果 ， 以提高面板正面的光線輝度 。 一般都放在上下擴(kuò)散片之間 。 棱鏡膜由基層 和棱鏡層組成，兩層的材料分別是 PET 和華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 PMMA。 圖 215 BEF 的原理圖 DBEF 的工作原理如圖 216 所示。 DBEF 是偏光反射片，將光線偏極化后，回收光線再利用，作為增加亮度之用。 P光可以直接透過 DBEF，但絕大部分 S 光會被 DBEF 反射回背光源，經(jīng)過背光源各層材料后， S 光被消偏振，成為全偏振光（ P 光＋ S 光）后重新出射背光源，被循環(huán)加以利用。所以， DBEF 是利用原先被傳統(tǒng)吸收型偏光片吸收的 50％光線來增加亮度的，而且是全視角、全方位的增加。與棱鏡膜的增亮方式相比， DBEF 在增亮的同時，對視角沒有 影響，一般都放在擴(kuò)散片上面。 圖 216 DBEF 的工作原理圖 制造流程圖如圖 217 所示。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 圖 217 增亮膜制造流程圖 典型產(chǎn)品如表 21 所示 。 表 21 光耀的產(chǎn)品表 小結(jié) 背光模塊是液晶顯示器中 不 可或缺的組件之一 ，而組成模塊的光學(xué)元器件的導(dǎo)光板、擴(kuò)散板及各種膜材料 更 是左右整體光源使用效 率 高低 的重要因素，所以如何獲得導(dǎo)光板、擴(kuò)散板及各種膜材料的最佳化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是所有相關(guān)人員努 力 的 方向。 產(chǎn)品名稱 產(chǎn)品型號 產(chǎn)品說明 上合一棱鏡片 KL26 series 采用雙涂設(shè)計(jì)，整合上擴(kuò)散片與棱鏡片功能 霧化棱鏡片 KL58 series 棱鏡波谷微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提供產(chǎn)品帶有擴(kuò)散，遮瑕之效果 Normal BEF KL66 series 具有高低差棱鏡設(shè)計(jì)，可避免 Wetout現(xiàn)象 High Gain BEF KL77 series 高折射率 UV 膠配方，進(jìn)而提高輝度增益效果 零度裁切棱鏡片 KL88 series 不同棱鏡高度，閑距設(shè)計(jì)，可改善棱鏡結(jié)構(gòu)與面板之干涉 Moire 現(xiàn)象 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 3 光源設(shè)計(jì)軟件 TracePro簡介 [14][15] TracePro簡介 [16] TracePro是美國 Lambda Research Co．所開發(fā)的一套光學(xué)仿真軟件，是一套普遍用于照明系統(tǒng)、光學(xué)分析、輻射度分析及光度分析的光學(xué)仿真軟件。與其它的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件相比， Trace Pro既具有真實(shí)立體模型的建模方法，又兼具強(qiáng)大的光學(xué)分析功能。尤為可貴的是，它是第一套以符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 ACIS(立體模型繪圖軟件 )技術(shù)為核心的光學(xué)軟件。 到目前為止， Lambda Research TTracePro的四種版本，如下所述。 ● Rc：只能模擬反射式照明系統(tǒng)； ● Lc：可以分析 較少量組件數(shù)與光源數(shù)的發(fā)光及照明系統(tǒng)； ● Standard：標(biāo)準(zhǔn)配置，可分析大部分照明及光學(xué)系統(tǒng)； ● Expert：增加 RepTile（鱗甲）功能，方便設(shè)計(jì)多且重復(fù)的物件 (Object)，如菲涅耳透鏡（ Fresnel Lens）。其中， RepTile是 TracePro的一個特別算法，能定義數(shù)千甚至數(shù)百萬表面的特性。此算法能很快的定義表面任一區(qū)域，從點(diǎn)、到棱鏡、到 Fresnel等結(jié)構(gòu)，來漫射、反射或折射進(jìn)入的光線。 Reptile的獨(dú)特性能在于當(dāng)光線切入表面時，所計(jì)算的是“動態(tài) (oN the fly)”表面；而 正因?yàn)樗僭斓氖莿討B(tài)的表面，所以 RepTile的幾何架構(gòu)并不會存成 CAD表面的形式。這樣可以節(jié)省大量檔案空間以及處理光線與數(shù)百萬表面相切的時間。使得 TracePro得以數(shù)分鐘而非數(shù)天的時間來分析背光系統(tǒng)。 TracePro具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域能模擬所有的類型的顯示系統(tǒng)、照明系統(tǒng)，從背光到前光、光管、光纖以及 LCD投影系統(tǒng)，目前廣泛應(yīng)用于汽車照明系統(tǒng)（前頭等、尾燈、內(nèi)部及儀表照明）、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、紅外線成像系統(tǒng)、導(dǎo)光管、投影顯示系統(tǒng)、背光源系統(tǒng)等。 設(shè)計(jì)一個照明系統(tǒng)，首要任務(wù)是建立一個實(shí)體模型， TracePro跟 3D實(shí)體模型的兼容性非常的高，可以將 Auto CAD、 Mechanical Desktop、 CADKEY等機(jī)械制圖軟件設(shè)計(jì)的模型直接導(dǎo)入， 也 可從非 ACIS內(nèi)核的光學(xué)設(shè)計(jì)程序（ OSLO、 ZEMAX、 Code V等）導(dǎo)入光學(xué)鏡頭 。 除此之外，你也可以自己創(chuàng)建一立體模型， TracePro自帶的建模功能， 可以建立塊，柱，錐，球面和薄板， 也 允許你建立在光機(jī)一體機(jī)中常見的光學(xué)元件，如菲涅耳透鏡（ Fresnel lens），反射體（ reflector），燈管（ tube）等。 一些非規(guī)則的 復(fù)雜模型 ，可 通過布爾運(yùn)算建立，布爾 運(yùn)算包含：相交，相減，聯(lián)合。通過 Sweep（填充延伸）和 Revolve（旋轉(zhuǎn)） 命令對可以模型進(jìn)行修改。不僅如此， TracePro還具有強(qiáng)大的物件(Object)編輯功能，移動、選裝、縮放、剪切、復(fù)制、粘貼、插入等操作都非常方便直觀，操作風(fēng)格與 Windows基本相同。 作為光學(xué)仿真軟件，實(shí)際物體與仿真結(jié)果中的光線的分布與光強(qiáng)一致或基本相同，才有實(shí)際意義。 TracePro用“普適光線追跡”技術(shù)來追跡光線，這種技術(shù)允許你引入光線到一個模型，而在物件和表面相交處并沒有引起額外的損失。在每個交點(diǎn)，個體光線華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 遵從吸收、反 射、折射、衍射和散射定律。符合實(shí)際的光路走向，使所設(shè)計(jì)的模型都能正確的分析出來。 Trace Pro同時還具有強(qiáng)大的光學(xué)分析功能。 分析菜單提供多種方法來顯示光線追跡數(shù)據(jù)。 Displaying Rays（顯示光線）和 Ray Sorting（選擇光線），讓你觀察數(shù)據(jù)是否是你期待的結(jié)果。 Irradiance Maps（光照分析圖）、 Ray Tables（入射光線表格）和 Polarization Maps（光偏正分析圖）提供每一個表面的模擬結(jié)果。 Candela Plots（光強(qiáng)分布圖）顯示模型中光線數(shù)據(jù)的角度分配。 Volume Flux Viewer（光通量）能夠觀察模型內(nèi)部的流量分布。 Reports Menu（報告菜單）幫助你完成分析光線數(shù)據(jù)和模型的多種報告形式。Tools(工具 )菜單包括附加的功能來幫助你完成光線追跡結(jié)果。 TracePro 操作流程 建立直下式背光源模型 [16][17] 直下式背光源如前文介紹，由反射片、燈光組、擴(kuò)散板、擴(kuò)散片、增光片等組成，在本設(shè)計(jì)中，我先用 TracePro 模擬設(shè)計(jì) BLU 的各個組成部分，再將各個部分搭建在一起。當(dāng)然你也可以在同一文檔中搭建 BLU 的元件，我 采用分散設(shè)計(jì)，最終搭建的方法是為了方便進(jìn)行后面的分析比較。 打開 TracePro，點(diǎn)擊桌面 TracePro 快捷方式或使用開始→程序→ TracePro。 創(chuàng)建反射背板 。 ●從“插入”下拉菜單中，選擇“插入基本幾何體”命令。 ●選擇“薄板”模型，輸入四點(diǎn)坐標(biāo)（ ,0）（ ,20）（ ，,20）（ ， ,0）。 ●點(diǎn)擊“插入”，創(chuàng)建薄板 1。 圖 31 創(chuàng)建薄板 ●選擇薄板的表面 0，點(diǎn)擊右鍵選擇“填充延伸”選項(xiàng) 。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 15 ●輸入長度 =，角度 =0；選擇自定義拉伸方向（ 1,0,0）。所得結(jié)果如圖所示。 圖 32 表面拉伸 ●定義反射面板表面屬性。選擇薄板面 0、 5，點(diǎn)擊右鍵選擇“屬性”項(xiàng)，在表面選項(xiàng)卡中，選擇 Perfect Mirror，點(diǎn)擊應(yīng)用。 圖 33 設(shè)置表面屬性 ●將薄板 1 重命名為反射背板，這樣反射背板就創(chuàng)建完成。 創(chuàng)建燈管組 ●從“插入”下拉菜單中，選擇“插入基本幾何體”命令。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 ●選擇“圓柱 /圓錐”模型，選擇圓柱選項(xiàng)，主半徑 =2，長度 =880，底部位置（ ,225,4），底部 轉(zhuǎn)向（ 0,90,0），點(diǎn)擊“插入”，創(chuàng)建圓柱 1。 圖 34 插入圓柱 ●新增燈管表面屬性。選擇圓柱 1 的表面 0，點(diǎn)擊右鍵選擇“屬性”項(xiàng)，在表面選項(xiàng)卡中，選擇 Fluor Whie，點(diǎn)擊應(yīng)用。 ●新增表面光源屬性到燈管。在應(yīng)用特性對話框中選擇“表面光源”選項(xiàng)卡。選擇光源形式為光通量，光通量 =30 流明，總光線數(shù) =1000，場角分布為 Lambertian 發(fā)光場型。 ●點(diǎn)擊“應(yīng)用”，表面光源創(chuàng)建完成。 圖 35 創(chuàng)建表面光源 ●將圓柱 1 重命名為 CCFL，這樣單燈管就創(chuàng)建完成。 ● 40 寸 TV的背光源用到 16 根 CCFL，接下來創(chuàng)建燈管組。選擇 CCFL，點(diǎn)擊右鍵，華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)