Overzicht van toepassingstechnologie voor LED-achtergrondverlichting
Nov 10, 2021
LED's die worden gebruikt voor LCD-achtergrondverlichting zijn onderverdeeld in randverlichting, die voornamelijk wordt gebruikt voor middelgrote en kleine apparatuur, en directe verlichting, die wordt gebruikt voor apparatuur met een groot oppervlak, zoals lcd-tv.
1. Randverlichting
De basisstructuur van Edge-verlichting wordt weergegeven in figuur 1.
Figuur 1
Het door de LED uitgestraalde licht wordt naar boven uitgestraald door de optische werking van de lichtgeleidingsplaat (Light Guide Plate) om een oppervlaktelichtbron te vormen, en vervolgens door de diffusorplaat (Diffuser Plate) en de helderheidsverhogende film (BEF) om een lichtvlek met uniforme helderheid en kleurverdeling op het LCD-paneel.
De diffuser kan de uniformiteit van de lichtverdeling vergroten. De helderheidsverbeteringsfilm kan het licht in een bepaalde hoek aan de voorkant concentreren en de helderheid aan de voorkant verhogen. Overmatig gebruik van de diffuser en de helderheidsverhogende film zal echter het lichtverlies vergroten en de algehele lichtefficiëntie verminderen. De film is gemonopoliseerd door patenten en de kosten zijn relatief hoog. Daarom is het vergroten van de uniformiteit van de directe lichtopbrengst van de lichtgeleidingsplaat door middel van een optisch ontwerp de focus van het ontwerp met de zijwaartse achtergrondverlichting.
Het optische ontwerp van de voorkant is hoofdzakelijk onderverdeeld in: (1) het ontwerp van het LED-licht gekoppeld aan de lichtgeleiderplaat (2) het optische structuurontwerp van de lichtgeleiderplaat
1.1 Lichtkoppeling tussen LED en lichtgeleidingsplaat
(1) Directe koppeling
Het schematische diagram van de structuur wordt getoond in figuur 2. In het algemeen kan directe koppeling de efficiëntie verbeteren van het LED-licht dat de lichtgeleidingsplaat binnenkomt. De structuur is eenvoudig. Tegelijkertijd is het RGB-driekleurenlicht niet volledig gemengd voordat het de lichtgeleiderplaat binnengaat, wat kan leiden tot de uniforme kleur van het uiteindelijke licht. De prestaties zijn niet goed, vooral voor de structuur waar het lichtpad in de lichtgeleiderplaat kort is.
Figuur 2
(2) Indirecte koppeling
Het structuurdiagram wordt getoond in figuur 3. Er zijn twee voordelen van indirecte koppeling: (1) Verstrooi en vernevel het licht voordat het de lichtgeleidingsplaat binnengaat om de uniformiteit te verbeteren (2) Volledige kleurmenging
afbeelding 3
LED's die worden gebruikt voor LCD-achtergrondverlichting zijn onderverdeeld in randverlichting, die voornamelijk wordt gebruikt voor middelgrote en kleine apparatuur, en directe verlichting, die wordt gebruikt voor apparatuur met een groot oppervlak, zoals lcd-tv.
1. Randverlichting
De basisstructuur van Edge-verlichting wordt weergegeven in figuur 1.
Figuur 1
Het door de LED uitgestraalde licht wordt naar boven uitgestraald door de optische werking van de lichtgeleidingsplaat (Light Guide Plate) om een oppervlaktelichtbron te vormen, en vervolgens door de diffusorplaat (Diffuser Plate) en de helderheidsverhogende film (BEF) om een lichtvlek met uniforme helderheid en kleurverdeling op het LCD-paneel.
De diffuser kan de uniformiteit van de lichtverdeling vergroten. De helderheidsverbeteringsfilm kan het licht in een bepaalde hoek aan de voorkant concentreren en de helderheid aan de voorkant verhogen. Overmatig gebruik van de diffuser en de helderheidsverhogende film zal echter het lichtverlies vergroten en de algehele lichtefficiëntie verminderen. De film is gemonopoliseerd door patenten en de kosten zijn relatief hoog. Daarom is het vergroten van de uniformiteit van de directe lichtopbrengst van de lichtgeleidingsplaat door middel van een optisch ontwerp de focus van het ontwerp met de zijwaartse achtergrondverlichting.
Het optische ontwerp van de voorkant is hoofdzakelijk onderverdeeld in: (1) het ontwerp van het LED-licht gekoppeld aan de lichtgeleiderplaat (2) het optische structuurontwerp van de lichtgeleiderplaat
1.1 Lichtkoppeling tussen LED en lichtgeleidingsplaat
(1) Directe koppeling
Het schematische diagram van de structuur wordt getoond in figuur 2. In het algemeen kan directe koppeling de efficiëntie verbeteren van het LED-licht dat de lichtgeleidingsplaat binnenkomt. De structuur is eenvoudig. Tegelijkertijd is het RGB-driekleurenlicht niet volledig gemengd voordat het de lichtgeleiderplaat binnengaat, wat kan leiden tot de uniforme kleur van het uiteindelijke licht. De prestaties zijn niet goed, vooral voor de structuur waar het lichtpad in de lichtgeleiderplaat kort is.
Figuur 2
(2) Indirecte koppeling
Het structuurdiagram wordt getoond in figuur 3. Er zijn twee voordelen van indirecte koppeling: (1) Verstrooi en vernevel het licht voordat het de lichtgeleidingsplaat binnengaat om de uniformiteit te verbeteren (2) Volledige kleurmenging
afbeelding 3
Een specifieke indirecte koppelingsstructuur van Lumileds wordt getoond in figuur 4:
Figuur 4
In de figuur is ③ een golfgeleider met gemengde kleuren, is ②④ een koppellens en is de structuur een conisch oppervlak om het lichtverlies tijdens de twee koppelingsprocessen te verminderen. De fysieke kaart wordt getoond in figuur 5.
Figuur 5
(3) Koppelingsstructuur met behulp van een oppervlaktespiegel met vrije vorm;
Om de uniformiteit van LED-licht volledig te verbeteren voordat het de lichtgeleidingsplaat binnengaat, gebruiken sommige ontwerpen oppervlaktespiegels met vrije vorm, zoals weergegeven in figuur 6.
Afbeelding 6
Het rood op de foto is de led-lichtbron. De conventionele side-down lichtbron is opgesteld als een LED-array. Nadat de oppervlaktereflector met vrije vorm is aangebracht, kan de LED-lichtbron slechts aan beide zijden of zelfs aan één zijde van de LED Uniform Light guide worden geplaatst. Figuur 7 toont een specifieke vorm van LED-uniforme lichtgeleider
Figuur 7
Het ontwerp van de vrije vorm van de oppervlaktekoppeling kan de uniformiteit van het licht dat de lichtgeleidingsplaat binnenkomt verbeteren en tegelijkertijd het volume van het systeem verminderen.
1.2 Ontwerp van de structuur van de lichtgeleiderplaat
1.2.1 De bodemstructuur van de lichtgeleidingsplaat
De lichtgeleidingsplaat reflecteert het invallende licht van opzij naar voren om licht door de bodemstructuur heen te stralen. Van de CCFL-lichtbron tot de LED-lichtbron, de lichtgeleidingsplaat heeft verschillende optische structuren, bijvoorbeeld:
(1) Puntafdrukstructuur. De op de onderkant van de lichtgeleiderplaat gedrukte verstrooiende stippen veranderen de richting van het invallende licht aan de zijkant. De puntverdeling is gebaseerd op een bepaalde verdelingstheorie. Over het algemeen geldt: hoe verder weg van de lichtbron, hoe dichter de puntverdeling.
(2) Micro-prismastructuur:
(3) V-groefstructuur. Zoals getoond in figuur 8, bij toepassing van grenslichtcondities, komt elke V-vormige groef één-op-één overeen met het gebied van het doeloppervlak.
Figuur 8
(4) Polymeermaterialen met gradiëntbrekingsindex. Door het gebruik van gegradeerde brekingsindexmaterialen om licht in de lichtgeleider te reflecteren, kan een eenmalige vorming van de lichtgeleiderplaat worden bereikt.
1.2.2 Vormontwerp van lichtgeleidingsplaat
Naast de bodemstructuur kan de vorm van de lichtgeleidingsplaat ook een verscheidenheid aan structuren hebben, zoals een wigstructuur zoals getoond in FIG. 9 en zelfs een asferische oppervlaktestructuur zoals getoond in FIG. 10.
Afbeelding 9
Afbeelding 10
Het ontwerp van de achtergrondverlichting met de zijkant naar beneden moet de bovenstaande verschillende structuren volledig gebruiken om de lichtefficiëntie, uniformiteit van de verlichting en kleuruniformiteit te verbeteren.
2 Directe verlichting
Vergeleken met het side-down type heeft het directe type een eenvoudige structuur en heeft het geen lichtgeleidingsplaat. Het kan een goede uniformiteit van de verlichtingssterkte verkrijgen op een groot formaat achtergrondverlichting. Tegelijkertijd, omdat de lichtmengafstand kort is, is de kleuruniformiteit niet gemakkelijk te regelen; en de dikte van het directe type is gemiddeld. Het is groter dan het type met de zijkant naar beneden, de algehele lichtefficiëntie is niet zo goed als het type met de zijkant naar beneden en het totale aantal verbruikte LED's is iets meer. In de kleine en middelgrote apparatuur is het voordeel van het directe type niet duidelijk.
De basisstructuur van de directe achtergrondverlichting wordt getoond in Afbeelding 11
Afbeelding 11
(1) Als de led wordt beschouwd als een puntlichtbron, kan uit figuur 12 worden afgeleid dat de toestand van de uniforme verlichtingssterkte van het doeloppervlak de lichtsterkte van de led is
Afbeelding 12
Zoek dus een LED met de bovengenoemde lichtverdeling. Een relatief eenvoudig idee is om LED's te gebruiken met een vleermuislichtverdeling vergelijkbaar met de bovengenoemde lichtverdeling, en vervolgens de parameters van h en de reflecterende spouwmuur aan te passen om de verlichtingssterkte en kleurverdeling van het doeloppervlak te simuleren. Op dit moment hebben mensen in China het bovenstaande werk gedaan en de theoretische uniformiteit heeft nog geen 85% bereikt.
(2) Lumileds' tegenlicht producten
Dit is de meest voorkomende LED-module met direct verlichte achtergrondverlichting op de markt. Zoals weergegeven in figuur 13, worden twee RGB LED-arrays onderaan de holte geplaatst en worden optische films zoals een diffusor en BEF bovenaan geplaatst.
Afbeelding 13
Elke LED-array neemt de GBRG-opstelling aan, zoals weergegeven in afbeelding 14, er zijn in totaal 24 unitarrays in twee kolommen.
Afbeelding 14
Enkele LED gebruikt Lumileds' nieuw ontworpen zijlichtuitstralende structuur voor LED-achtergrondverlichting van het directe type, met een groter aandeel licht dat in horizontale richting wordt uitgestraald dan de batwing-lichtverdeling. Het schematische diagram van een enkele LED en de ruimtelijke verdeling van de lichtintensiteit zijn respectievelijk weergegeven in figuur 15 en figuur 16.
Afbeelding 15
Afbeelding 16
Voor deze structuur heeft de National Taiwan University een omgekeerde simulatie gedaan. Wanneer de diffusor en de helderheidsverbeteringsfilm niet worden toegevoegd, hebben de verlichtingssterkte en kleuruniformiteit goede prestaties, maar er is nog steeds een fenomeen van lampschaduw.
(3) Geoptimaliseerde Lumileds-achtergrondverlichtingsstructuur
National Taiwan University heeft optimalisaties doorgevoerd op basis van Lumileds-achtergrondverlichtingsproducten, zoals het veranderen van twee rijen LED's in drie rijen en het creëren van een V-groefstructuur aan de onderkant van de reflecterende holte om lampschaduwen te verminderen. Het basisidee is ongeveer hetzelfde als dat van de producten van Lumileds.
(4) Micro-lensstructuur
Plaats een microlens-array voor de LED-lichtbron om de lichtverdeling te wijzigen. Zoals getoond in figuur 17, is de stippellijn de lichtverdelingscurve voordat de microlens-array is geplaatst, en de ononderbroken lijn is nadat de microlens-array is geplaatst. Vergeleken met het veranderen van de lichtverdeling van een enkele LED, verzwakt de algehele plaatsing van de microlens-array de lichtregeling en is het mogelijk om de dikte van de achtergrondverlichting te vergroten. GLT heeft een patent aangevraagd voor de micro-lens array-technologie.
Afbeelding 17
(5) Gebruik ASP-achtergrondverlichting
Onze eigen ASP LED-lichtbron kan worden gebruikt en de verlichtingsuniformiteit en algehele lichtefficiëntie zullen naar verwachting een zeer goed niveau bereiken. De belangrijkste punten zijn kleuruniformiteit en algehele dikte.
Het huidige plan is om de bestaande direct verlichte LED-achtergrondverlichting omgekeerd te simuleren en hun problemen te vinden, en vervolgens ASP-lichtbronnen te gebruiken om een achtergrondverlichtingsstructuur te ontwerpen. Als de kleuruniformiteit niet aan de eisen kan voldoen, overweeg dan om een hybride te introduceren voor direct verlichte LED-achtergrondverlichting. Optische golfgeleider.
