Mały i średni ekran LCD - konstrukcja optyczna podświetlenia wyświetlacza

Podświetlenie stosuje się w małych, lekkich, płaskich wyświetlaczach ciekłokrystalicznych (LCD) i innych urządzeniach elektronicznych wymagających podświetlenia, w tym w urządzeniach przenośnych wielkości dłoni i telewizorach z dużym ekranem. Cele projektowania podświetlenia obejmują niskie zużycie energii, ultracienki, wysoką jasność, jednolitą jasność, duży obszar oraz kontrolę różnej szerokości i wąskich kątów widzenia. Aby osiągnąć te ambitne cele projektowe przy kontrolowanych kosztach i szybkim wdrożeniu, w projektowaniu należy zastosować wspomagane komputerowo narzędzia do projektowania optycznego. W tym artykule przedstawiono charakterystykę oprogramowania LightTools do projektowania i analizy elementów optycznych firmy ORA ze Stanów Zjednoczonych, które można wykorzystać do opracowania najbardziej zaawansowanych obecnie aplikacji do projektowania podświetlenia.
Narzędzia do projektowania i analizy optycznej podświetlenia
System podświetlenia wymaga pewnej konwersji światła z jednego lub większej liczby źródeł światła, aby wytworzyć wymagany rozkład światła na danym obszarze lub pod stałym kątem. Oprogramowanie do projektowania oświetlenia musi umożliwiać modelowanie geometryczne, ustawianie parametrów charakterystyki optycznej dla różnych typów źródeł światła i jednostek konwersji, a także musi być w stanie wykorzystywać metody śledzenia optycznego w celu oceny ścieżki światła przez model i obliczenia końcowego rozkładu światła. Rozkład światła wykorzystuje symulacje Monte Carlo do obliczenia natężenia oświetlenia, luminancji lub natężenia światła dla określonych obszarów i/lub kątów. Promienie świetlne są emitowane ze źródła światła w przypadkowych pozycjach i pod różnymi kątami, śledzone przez układ optyczny i odbierane na powierzchni odbiorczej. Natężenie oświetlenia można obliczyć z odbiorników powierzchniowych, a natężenie można uzyskać z odbiorników dalekiego pola. Definiując miernik luminancji na powierzchni odbiornika, można obliczyć przestrzenny i kątowy rozkład luminancji. W niektórych przypadkach ważna może być analiza chromatyczności wyświetlacza. Określ rozkład widmowy energii źródeł światła (takich jak diody elektroluminescencyjne), wyjściowe współrzędne CIE i skorelowaną temperaturę barwową (CCT), określ ilościowo chromatyczność wyświetlacza i wygeneruj na wyświetlaczu grafikę renderującą światło RGB. Wszystkie te analizy można wykonać w oprogramowaniu LightTools.
Charakterystyka podświetlanych wyświetlaczy stawia szczególne wymagania oprogramowaniu do analizy oświetlenia. Jak zostanie wyjaśnione, światło emitowane przez podświetlenie zależy od gęstości rozkładu drukowanych punktów, czyli od wzoru rozkładu mikrostruktur. W przypadku modelowania określonych układów mikrostruktur, jeśli bezpośrednio stosuje się model CAD, rozmiar modelu może być bardzo duży. Oprogramowanie LightTools udostępnia funkcje zdefiniowane przez tablice tekstur 3D, które umożliwiają dokładne śledzenie promieni i renderowanie. Ponieważ nie jest używany bezpośrednio skonstruowany model geometryczny, rozmiar modelu jest mniejszy, a śledzenie promieni jest szybsze. Inny aspekt analizy podświetlenia obejmuje rozszczepianie i rozpraszanie światła na powierzchni płytki światłowodowej. Ponieważ efekty świetlne są symulowane przy użyciu metod Monte Carlo, możliwe jest, że w celu uzyskania projektu z wystarczającą dokładnością konieczne będzie zastosowanie obszernego śledzenia promieni. Najbardziej efektywnym sposobem jest śledzenie promienia o najwyższej energii. Śledząc ścieżkę promienia o najwyższej energii, stosując podzielone prawdopodobieństwa i wykorzystując obszar docelowy lub kąt rozproszenia powierzchni rozpraszającej, aby skierować rozproszone światło w „ważne” kierunki (takie jak w kierunku widza wyświetlacza).
Shenzhen Hongjia Technology specjalizuje się w badaniach i rozwoju oraz produkcji ekranów LCD o różnej jasności. Jasność podświetlenia jest jednolita. Ogólna jasność modułu może osiągnąć 2000 lumenów. Jest wyraźnie czytelny w świetle słonecznym. Temperatura pracy może osiągnąć od -35 do 85 stopni. Antystatyczny z żelazną ramą Cóż, odporność na upadki jest lepsza.
Co to jest podświetlenie?
Typowe podświetlenie składa się ze źródła światła, takiego jak lampa fluorescencyjna z zimną katodą (CCFL) lub dioda elektroluminescencyjna (LED), oraz prostokątnego światłowodu. Inne dostępne komponenty obejmują płyty dyfuzyjne, które poprawiają równomierność wyświetlacza oraz folie zwiększające jasność (BEF), które zwiększają jasność wyświetlacza. Aby zmniejszyć grubość wyświetlacza, źródło światła jest zwykle umieszczone na jednej z bocznych krawędzi płyty światłowodowej. Oświetlenie krawędziowe zazwyczaj wykorzystuje całkowite odbicie (TIR), aby skierować światło na wyświetlacz.
Projektanci podświetlenia mają kilka sposobów modelowania źródeł światła w oprogramowaniu LightTools. Różne kształty fluorescencyjnych źródeł światła (takie jak proste, w kształcie litery L, w kształcie litery U lub w kształcie litery W, jak pokazano na rysunku 2) można szybko zdefiniować za pomocą narzędzia do tworzenia lamp fluorescencyjnych. Odbłyśnik lampy można zdefiniować za pomocą różnych prymitywów geometrycznych w oprogramowaniu LightTools, takich jak cylindry, eliptyczne szczeliny i wytłaczane wielokąty. Odbłyśniki zdefiniowane w systemach CAD można również importować do oprogramowania LightTools za pośrednictwem standardowych formatów wymiany danych (IGES, STEP, SAT i CATIA). Jeśli stosowane są diody LED, projektanci mogą wybrać żądane modele diod LED spośród wstępnie zapisanych modeli produktów firm Agilent, Lumileds, Nichia, Osram itp. w oprogramowaniu LightTools. Gdy światło dociera do jednej strony LGP, problemem staje się wydobycie światła z LGP prostopadle do kierunku propagacji.
Jak pokazano na FIG. 3, najjaśniejsza strona płytki światłowodowej znajduje się w pobliżu źródła światła, a jasność płytki światłowodowej staje się ciemniejsza wraz ze wzrostem odległości. Aby uzyskać równomierny strumień świetlny, skuteczność ekstrakcji światła musi rosnąć wraz z odległością. Jednym z głównych zadań przy projektowaniu podświetlenia jest zaprojektowanie płyty prowadzącej światło, która zmienia skuteczność ekstrakcji światła w zależności od potrzeb. Można zastosować dwie techniki ekstrakcji. Technologia ekstrakcji światła metodą druku punktowego polega na wydrukowaniu struktury punktowej na spodzie płytki światłowodowej w celu rozproszenia światła w górę i wyemitowania go z powierzchni płytki światłowodowej. Druga technologia, technologia Molded Light Extraction, opiera się na całkowitym odbiciu (TIR) ​​mikrostruktury dolnej powierzchni, co powoduje wyłanianie się światła z powierzchni LGP.
Oprogramowanie LightTools udostępnia narzędzia do projektowania podświetlenia umożliwiające realizację projektu płytki światłowodowej. To narzędzie (rysunek 4) pomaga użytkownikowi w tworzeniu różnych elementów podświetlenia. Inne opcje obejmują dodanie do modelu źródła światła/odbłyśnika, modelowanie BEF i zbudowanie odbiornika do analizy jasności. Interfejs narzędzia podświetlenia to zbiór zakładek umożliwiających konfigurowanie i modyfikowanie różnych typów mechanizmów ekstrakcji światła.
W przypadku podświetlenia metodą ekstrakcji światła metodą drukowania punktowego narzędzie podświetlenia może ustawić liniową zmianę rozmiaru i proporcji drukowanych punktów oraz liniową zmianę odstępu punktów wzdłuż długości płytki światłowodowej. Ta liniowo zmieniająca się struktura jest często dobrym punktem wyjścia do wykazania jednorodności, ale nie jest wystarczająca do spełnienia ostatecznych wymagań jednorodności. Dalszą kontrolę nad jednorodnością można uzyskać stosując nieliniowo zmieniające się parametry ekstrakcji promieni. Metodą o najmniejszej liczbie parametrów i bardzo elastycznej kontroli jest zdefiniowanie zmiennych parametrycznych kwadratowej krzywej Béziera. Narzędzie regionu 2D w oprogramowaniu LightTools można wykorzystać do skonfigurowania struktur nieliniowych. Rysunek 5 przedstawia przykład zastosowania ekstrakcji drukowanej, gdzie 3 parametry (szerokość, wysokość i odstępy w pionie drukowanego punktu) są zmieniane w celu uzyskania różnych zachowań ekstrakcji. Jednolitość wyjściową pokazano na rysunku 6. Rysunek po prawej stronie pokazuje, że średnia jasność wyjściowa jest stała.