Het ontwerp van zijgeleide LED-achtergrondverlichting

Naarmate de menselijke samenleving het tijdperk van de kenniseconomie betreedt, wordt de verspreiding van informatie en kennis in realtime gerealiseerd en heeft de weergavetechnologie van eindapparatuur voor informatie-uitwisseling zich snel ontwikkeld. Als een van de weergavetechnologieën heeft liquid crystal display zich snel ontwikkeld. Omdat het LCD-scherm zelf het nadeel heeft dat het geen licht uitstraalt, hebben de meeste toepassingen een ondersteunende achtergrondverlichting nodig.

De gebruikte achtergrondverlichtingsbronnen zijn gloeilampen, koude kathode TL-buizen, EL-platen en LED-verlichting. Elke backlight-technologie heeft zijn uitstekende eigenschappen in een specifieke toepassingsomgeving. Onder hen zijn de voordelen van LED-technologie favoriet bij mensen.

Voordelen: lange levensduur, hoog rendement, weinig onderhoud en laag stroomverbruik; klein formaat, waardoor de LCD-achtergrondverlichtingsmodule dunner wordt, waardoor de verbindingskosten tussen het LCD-scherm en het aandrijfcircuit worden verlaagd; laagspanningsaandrijving, 5-12VDC directe aandrijving, schakelen Snelle tijd, laat pulsbreedtemodulatie helderheid toe, kan individueel de helderheid van rode, groene en blauwe LED-verlichting regelen, verwijder de rode, groene en blauwe driekleurenfilters achter de LCD-scherm in kleur.

1. Inleiding

De LED-achtergrondverlichting heeft zich de afgelopen jaren snel ontwikkeld, van de vroege modus voor bodememissie tot de modus voor zijlichtgeleiding. Vergeleken met LED-achtergrondverlichting die aan de onderkant uitstraalt, hebben zijlichtgeleide LED-achtergrondverlichting de voordelen van lagere kosten, een lager stroomverbruik en een dunnere dikte.

Vooral met de ontwikkeling van LED-technologie zijn AIInGaP quaternaire materialen en op GaN gebaseerde materialen ontstaan, die LED ultrahoge helderheid en volledige kleur hebben gerealiseerd, zodat de zijgeleide LED-achtergrondverlichting de vereiste lichtsterkte kan bereiken met een klein aantal LED's. En kleur, en bevredigende resultaten behaald. De ontwikkeling van LED-technologie heeft de snelle ontwikkeling van zijgeleide LED-achtergrondverlichting bevorderd. Het principe en de ontwerppunten van deze nieuw ontwikkelde zijgeleide LED-achtergrondverlichting worden hieronder geïntroduceerd.

2. Lichtgeleide LED-achtergrondverlichting aan de zijkant

Het is samengesteld uit een LED-module, lichtgeleiderplaat, verstrooiingsfilm, reflecterend papier, reflecterende randtape, enz.

In de achtergrondverlichtingsmodule is de lichtgeleidingsplaat het belangrijkste optische element, het is een transparant plastic polymethylmethacrylaat (PMMA) materiaal, het bodemoppervlak is gecoat met witte reflecterende stippen of spuitgegoten tot kleine oneffenheden, en de randen zijn gecoat met wit Reflecterend materiaal of bedekt met spiegelende reflecterende metalen tape.

De verstrooiingsfilm is een semi-transparant pc-materiaal, dat de helderheid kan verminderen en de uniformiteit kan verbeteren. Reflecterend papier is een glad wit papier dat licht kan reflecteren en lichtlekkage kan verminderen.

Ten derde, het basisprincipe van zijgeleide LED-achtergrondverlichting:

Het basisprincipe van de zijgeleide LED-achtergrondverlichting is om het principe van totale lichtreflectie te gebruiken om licht effectief door te laten en de lijnlichtbron om te zetten in een oppervlaktelichtbron. Principe van totale lichtreflectie: wanneer licht wordt gebroken van een medium met hoge brekingsindex naar een medium met lage brekingsindex (zoals plastic naar lucht), wordt het gebroken licht uitgestraald onder een meer schuine hoek dan de menselijke lichtstraal. Wanneer de lichthoek van het menselijk lichaam groter is dan een bepaalde hoek, wordt het fenomeen dat het licht niet in de lucht van het menselijk lichaam kan worden gebroken, maar alles naar binnen wordt gereflecteerd, totale reflectie of interne reflectie genoemd. Wanneer de brekingshoek gelijk is aan 90°, wordt de hoek van het licht van het menselijk lichaam de kritische hoek genoemd.

Volgens de wet van de lichtbreking en de formule n-1, Sinθ,=n2Sinθ2, kan de kritische hoek θc=Sin-1 (n2, sin90°/n2)=Sin-1 (n2/n1) worden afgeleid. Aangezien n2=1 (lucht), n1=1,491 (PMMA-materiaal van de kunststof lichtgeleidingsplaat), θc=Sin -10,6707=41,8°, d.w.z. wanneer het licht in de lichtgeleidingsplaat groter is dan 41,8°, totaal reflectie zal optreden, en dan zal het licht van de ene naar de andere kant worden overgebracht in de richting van de lichtgeleiderplaat. Voor de lichtgeleidingsplaat van PMMA is de lichttransmissie zo hoog als 92%, de waas is erg klein, de lichtabsorptie is erg klein en het licht kan over lange afstanden langs het bord worden verzonden met een zeer kleine demping.

Het doel van de lichtgeleidingsplaat is om het licht van het oppervlak te breken om een ​​heldere en uniforme oppervlaktelichtbron te vormen. Daarom is het technische principe van de lichtgeleiderplaat om het principe van totale reflectie van licht te gebruiken om licht door te laten, aan de andere kant wordt het in de tegenovergestelde richting gebruikt, wat de toestand van totale reflectie van licht vernietigt, interfereert met de optische elementen van totale interne reflectie van licht, en verandert het optische pad van licht. Het licht wordt vanaf het oppervlak van de lichtgeleidingsplaat naar buiten geleid om een ​​oppervlaktelichtbron als achtergrondverlichtingsplaat te vormen.

Het specifieke ontwerp is om witte stippen op het bodemoppervlak van de lichtgeleiderplaat of door spuitgieten van kleine bultjes te printen, zodat het licht diffuus wordt gereflecteerd op de punt, een deel van het licht wordt onder een hoek minder op de lichtgeleiderplaat geprojecteerd dan de kritische hoek en gebroken, en een deel van het licht wordt volledig gereflecteerd en teruggestuurd. Naar de lichtgeleidingsplaat worden deze stralen volledig gereflecteerd op de bovenrand van de lichtgeleidingsplaat en keren dan terug naar het punt op het bodemoppervlak.

Herhaal dit proces totdat een deel van het licht van het oppervlak wordt gebroken, een deel wordt geabsorbeerd door de lichtgeleiderplaat en een deel verloren gaat bij een grensvlak. Het licht dat van het oppervlak wordt gebroken, is zichtbaar voor het menselijk oog. Dit deel van het licht helpt de lichtgeleiderplaat om een ​​achtergrondverlichting te worden. Dat wil zeggen, de helderheid van de achtergrondverlichtingsbron gemeten door het instrument.

Ten vierde, de belangrijkste punten van het ontwerp van zijgeleide LED-achtergrondverlichting:

Het structuurontwerp en de materiaalkeuze van de zijgeleide LED-achtergrondverlichting hebben rechtstreeks invloed op de helderheid en uniformiteit van de achtergrondverlichting. Bij het ontwerpen moeten we niet alleen rekening houden met de kostenfactor, maar ook met de helderheid en uniformiteit van de achtergrondverlichting om aan de gebruikersvereisten te voldoen. Hier is een korte inleiding tot de ontwerpmethode van de achtergrondverlichting.

1. Ontwerp van de grootte en verdeling van astigmatismepunten

De meeste lichtgeleidingsplaten die momenteel worden gebruikt, worden gemaakt door spuitgieten met open mal, en de grootte en verdeling van de astigmatismepunten worden voornamelijk ontworpen door de malfabrikant en de malstructuur wordt bepaald na veel experimenten en aanpassingen. Het ontwerp en de berekening van de grootte en verdeling van astigmatische lichtvlekken is relatief ingewikkeld en een volledige en volwassen theorie is nog niet gevormd. Volgens de fotometrische formule als volgt:

E=dφ/ds=Icosθ/I² (1)

dφ=Isinθcosθπr²/I² (2)

I=D/(2cosθ) (3)

Onder hen: E-verlichting; ——lichtstroom; S—ontvangstgebied; I——intensiteit van uitgestraald licht; —hoek tussen de richting van het uitgestraalde licht en de normaal van het ontvangende oppervlak; I——ontvangend oppervlak en de afstand tussen de LED-lichtbronnen; Io-de normale intensiteit van de LED; r-de straal van het ontvangstgebied; D-de dikte van de lichtgeleiderplaat.

Volgens de formule (1) - de omgekeerde kwadratenwet van de verlichtingssterkte op afstand, hoe dichter bij het einde van de persoon, hoe sterker de verlichtingssterkte die wordt ontvangen door het astigmatismepunt. Het licht dat door het astigmatismepunt wordt ontvangen, heeft niet alleen één direct licht, maar ook meerdere gereflecteerde lichtstralen. Evenzo geldt dat hoe dichter het astigmatismepunt zich bij het uiteinde van de emitterende persoon bevindt, hoe sterker de gereflecteerde verlichtingssterkte wordt ontvangen door het astigmatismepunt, dus de verlichtingssterkte van elk astigmatismepunt is ook anders.

Voor een eenvoudig ontwerp is de verdeling van astigmatismepunten gerangschikt in de richting van het door mensen uitgestraalde licht, en de straal van de astigmatismepunten neemt gelijkmatig toe in de richting van het door mensen uitgestraalde licht. Volgens de inleiding wordt de straal r van een groot punt bepaald aan de hand van de afstand tussen punten. Hoe kleiner de afstand tussen punten, hoe kleiner r is. Hoe groter de afstand tussen de punten, hoe groter de rmax. De straal r van het kleine punt wordt als volgt berekend: In een ideale toestand vereist de achtergrondverlichting een uniforme oppervlaktehelderheid, dat wil zeggen, de lichtstroomdip wanneer elk verstrooiingspunt naar voren wordt gereflecteerd, is gelijk, dat wil zeggen, DCP=l /n, als n de richting van het menselijk licht is. Het aantal astigmatismepunten, dan n=W/C, waarbij W de breedte van de lichtgeleidingsplaat is, C de afstand tussen de astigmatismepunten en de minimale straal Rmin wordt berekend volgens formule (2) en (3).

2. Ontwerp van concaaf invallend oppervlak van lichtgeleiderplaat

De populatie van de lichtgeleidingsplaat is ontworpen als een concaaf oppervlak, waardoor de lichtstroom beter kan worden gecombineerd. Voor de meeste LED-lampen is het licht dat door het oppervlak wordt uitgestraald, divergerend. Het concave licht komt de lichtgeleidingsplaat binnen met de minimale brekingsindex en vervolgens reflecteert het gebogen oppervlak aan de rand van de lichtgeleidingsplaat het licht in een smalle straal.

Op deze manier wordt meer licht volledig teruggekaatst naar de lichtgeleider in plaats van te worden gebroken naar het grensvlak tussen plastic en lucht. Hierdoor wordt het verlies van LED-licht verminderd en de helderheid van de achtergrondverlichting verbeterd.

3. Ontwerp van taps toelopende lichtgeleiderplaat

Kleine LED-displays (minder dan 50 mm x 100 mm) moeten platte lichtgeleidingsplaten gebruiken. Voor grote LED-displays wordt een taps toelopende lichtgeleiderplaat gebruikt. De taps toelopende rand verandert de hoek van het totale reflectielicht van de lichtplaat in de lichtgeleidingsplaat en vermindert de hoek van het gereflecteerde licht op het bodemoppervlak. Enerzijds vermindert het de invalshoek van het gereflecteerde licht op het oppervlak van de lichtgeleiderplaat en maakt het gebroken licht dichter bij de normale richting. ; Aan de andere kant zorgt het ervoor dat dit deel van het licht dat niet kan worden gebroken vanaf het oppervlak van de lichtgeleiderplaat, wordt gebroken op het oppervlak van de lichtgeleiderplaat vanwege de te grote hoek van gereflecteerd licht, waardoor de lichtbenuttingsgraad wordt verbeterd van de LED en de helderheid van de achtergrondverlichting.

4. Kies de juiste LED-vormstructuur

De uiterlijkstructuur van de LED bepaalt de distributiekenmerken van de optische parameters van de LED. Het heeft met name invloed op de lichtsterkte van de LED. Over het algemeen is de lichtsterkte van de LED met een convex lichtgevend oppervlak hoog, de halve intensiteitshoek klein en het licht is geconcentreerd. Het platte lichtuitstralende oppervlak van de LED heeft een lage lichtintensiteit, een grote halve intensiteitshoek en meer verstrooid licht.

Voor kleine LED-achtergrondverlichting moeten flatpanel-LED's zo worden gekozen dat het licht gelijkmatig in de lichtgeleidingsplaat valt; voor grote LED's moeten convexe LED's worden geselecteerd met een hoge lichtintensiteit, om de helderheid van de achtergrondverlichting te waarborgen. Tegelijkertijd moet rekening worden gehouden met de grootte van de LED. De dikte van de LED dient kleiner te zijn dan de dikte van de lichtgeleiderplaat, zodat het door de LED uitgestraalde licht zoveel mogelijk in de lichtgeleiderplaat kan komen.

5. Elimineer de heldere lijnen in het LED-invalsgebied

Wanneer de LED en de lichtgeleiderplaat aan de zijkant zijn gemonteerd, verschijnt er een heldere lijn in de richting van de LED nadat het licht de lichtgeleiderplaat binnenkomt, wat de uniformiteit van de helderheid van de achtergrondverlichtingsbron zal beïnvloeden. Er zijn twee manieren om dit fenomeen te elimineren: de ene is om zwarte verf te gebruiken of een laag schaduwpapier te bedekken om licht te absorberen.

De andere is de blanco overgangsmethode, dat wil zeggen dat er geen witte stippen op het bodemoppervlak worden afgedrukt en dat er geen kleine oneffenheden worden geïnjecteerd. Met behulp van het principe van totale reflectie wordt het licht teruggekaatst naar de lichtgeleiderplaat in het lege overgangsgebied. Deze blanco overgangszone moet door middel van experimenten worden bepaald.

6. Kies de juiste strooifolie en reflecterend papier

De verstrooiingsfilm verbetert de uniformiteit, maar vermindert de helderheid. Reflecterend papier kan de benuttingsgraad van LED-lichtenergie verbeteren, het weglekken van lichtenergie verminderen en de helderheid verbeteren. Daarom stellen de reflectie en transmissie van deze twee optische films hoge eisen. De juiste reflectie en transmissie moeten worden geselecteerd om helderheid en uniformiteit in evenwicht te brengen en bevredigende resultaten te verkrijgen.

V. Conclusie

Met de diversificatie van de eisen stellen gebruikers veel eisen aan de grootte, vorm, lichtkleur en uniformiteit van de helderheid van de zijgeleide LED-achtergrondverlichting, die hogere eisen stelt aan het materiaalontwerp. Bij het daadwerkelijke ontwerp is het noodzakelijk om optische principes te combineren, meer experimenten te doen en ervaring op te doen om een ​​achtergrondverlichting te ontwerpen met uitstekende kostenprestaties.