中小尺寸之導光板設計與模擬
1鄒明智、1韓斌博士、2張力和
1Chou Ming-Chih, 1Han Pin, Ph.D., 2Chang Li-Ho
1國立中興大學精密工程研究所
2展大國際股份有限公司
摘要
由於目前中小尺寸之TFT-LCD顯示器在手機、PDA、數位像機等數位資訊、家電產業的大量需求，與快速變化，使得對其開發時程之縮短與品質性能之提升均有迫切之需求。然而傳統之製造技術多依賴經驗法則或試誤法，這對於開發的時間與成本均非常不利，然而有賴於電腦的快速進步、光學設計與模擬軟體的普及，本實驗室主要是以光學設計原理結合光學模擬軟體，以較科學而有效率之方法探討光源耦合或散射突點等問題。
關鍵字：背光模組（Back Light Module）、液晶顯示器（LCD）
一、前言
背光模組主要是用來提供液晶面板均勻、高亮度的光源，由於TFT-LCD 之非自發光性，因此須利用外加光源如：發光二極體、冷陰極射線管等，透過背光模組之設計，將原本點或線型光源利用簡潔有效光機構轉化成高亮度且均一輝度的面光源。
以中小尺寸的背光模組為例：發光源為擺在側邊之LED光源，經由導光板上散射突點之設計，將LED之點光源均勻的散射出導光板形成面光源，而透過軟體設計與模擬，能夠快速的掌握散射突點之各項參數變異，使得整體之煇度到達較佳之均齊性。
二、設計流程
如圖1所示，首先對於LED光源部份，為求得真實性，因此光源的模擬上必須與真實光源量測到之光強度和色度相似，結果如圖2所示。
接著針對導光板入光側之V型溝槽做設計，目的在調整光場分佈角度大小與增加光源之偶合效率；其三，也是本文之重點，對於導光板之網點佈點設計做優化，用以求得導光板出光之均勻性；最後，加入3M之增亮膜(BEF)，並探討其實際作用。
圖1：背光模組之設計流程
(a)
(b)
(c)
(d)
圖2：模擬用光源與實際光源比較,(a)實際
光源發光角度, (b)模擬所用光源發光 角度,(c)實際光源之色度座標, (d)模擬 所用光源之色度座標，由此可知在光源 部份我們可以做的相當擬真。
三、V 型入光側結構(V-Cut)
由於我們使用光源為LED ，其可視為一點光源，當LED 出光進入導光板時會因折射現象，故光源發光角度會變的較窄，因此我們必須在入光側加入V 型結構，可使得光源範圍變的較廣，如圖3所示，可明顯看出加入V-Cut 之後使得靠近入光側之光線分佈較為均勻，並由圖3-(d)入光角度模擬結果驗證之。
(a)
(b)
(c)
(d)
圖3：V-cut 的作用(a)V-cut 結構,(b)未使
用V-cut,(c)加入V-Cut,(d)實際入光 角度模擬分析,左-未使用V-cut ; 右-加入V-cut 之後。
LED 光源
入光側V-Cut 結構
四、導光板之散射網點佈點設計
這一部分可以說是整個背光模組的重心，目的是希望透過網點佈點方式的改變，對於導光板發光區之光源分佈得到良好的均勻性，由於各項參數變異眾多，當然更不可能以傳統之經驗法則或試誤法來做，這樣太過於耗費時間與成本，因此本實驗室透過光學模擬軟體SPEOS之輔助，以最快速、最科學之方法設計、模擬導光板之各項光學性質，進而求得最佳化的結構設計，操作流程如下圖4。
圖4：網點設計流程
1) 藉由AutoCAD軟體之輔助，可
簡單而快速的繪製產生大量
的2D網點結構，這些網點結
構可以是規則有序的排列、或
者我們可以在所需要的部分
輕易的作修改補強。
2) 利用特定的AutoLISP程式，將
AutoCAD上之網點轉換為
SPEOS可利用的3D網點資
料。
3) 以法國OPTIS公司所研發的
SPEOS光學模擬軟體進行光跡
之模擬。
4) 檢視模擬結果之光場分佈，包含
出光面角度與出光面輝度的均
勻性。
5) 重複數次，可以透過模擬結果與
AutoCAD圖面做比對，輕易的找
出需要修改補強的部分，加以修
改使得導光板能夠得到最佳之
光學特性。
(a)
(b)
圖(五)：導光板的結構, (a)3D View,
(b)導光板的基本構造
導光板的基本構造如圖5所示，針對網點這一部分的設計，首先我們可以試著建立幾組相同大小但不同間距之網點結構做比較，如圖6所示。再從其中我們可以發現圖6-(a)，因為網點太過於密集光線在進入導光板後即很快的散射出，導致導光板上、下方光線非常不均勻，而圖6-(b)雖然比較好，但仍然有改善的空間，而且靠近光源處部分光線太強，形成所謂的亮點。
(a)
(b)
圖6：不同的網點間距，對導光板
出光面均勻度之影響，(a)網點
間距較小,(b)網點間距較大。
然而靠近光源處原本光線就會比較強，當然我們是無法靠單一網點大小的設計就達成良好的效果。因此，我們在靠近光源處，對於網點稍做些處理，處理的方式包含有局部更改網點大小、減少網點數量等方式，結果如圖7所示，由圖7之結果可以明顯的對照圖6 ，輝度明顯的有提升許多，並且亮點部分也獲得改善。
圖7：逐步修改各項參數，逐漸克服
亮點問題。五、加入3M增亮膜(BEF)
在解決導光板出光面的均勻性後，最後再來考慮導光板出光面的角度問題。BEF主要的功能在藉由折射與內部全反射，將自導光板發出至四面八方之散亂光線集中至約±35。的正視角方向。如下圖8所示，圖8-(a)未加入BEF時光線之發散角度；圖8-(b)加入BEF後能有效的將光線角度集中，實際模擬結果如圖8-(c)、圖8-(d)所示。並且藉由檢視立體光型，我們更可以輕易看出BEF對於整個光型的影響，如圖9所示。
(a)
(b)
(c)
(d)
圖8：加入增亮膜(BEF)之後光型的比較，
(a)未加入BEF, (b)加入BEF後,
(c)加入BEF前之模擬結果,
(d)加入BEF後之模擬結果。
(a)
(b)
圖9：藉由立體的呈現，可以輕易的看出BEF
的使用對於整體光型的影響, (a)尚未加入 BEF, (B)加入BEF 後立體光型之呈現。
六、結論與未來展望
整體的導光板設計上，有許多的變因需要考量，尤其在散射網點的建構上，然而藉由電腦光學模擬軟體的輔助，可以提前快速有效的找出改善方式 ，並加以改進，如此將有助於縮短開發時程，避免不必要錯誤因而浪費太多研發成本。
導光板在未來的發展方面，主要是改善導光板內部設計結構，以提高光源的利用率，這些可以藉由導光板內部進行微處理，另外在光學薄膜的整合上，如少減少光學薄膜的使用，將有助於整體導光板的成本降低，或又如何將光學薄膜做的越薄，以提升光線的穿透率，並且兼顧均勻性，將是未來努力的重點。
七、參考文獻
1) 王昌偉，LCD 顯示器背光模組之設計與模擬，大葉大學電機工程研究所碩士論文，民國94年。
2) 陳鴻滄、方育斌，LCD 背光膜組之產業趨勢、技術發展與設計方法，國立成功大學工程科學系。
3) 3M 公司，3M 光學系統產品與原理介紹。
4) NICHIA CORPORATION,
SPECIFICATIONS FOR NICHIA CHIP TYPE WHITE LED
导光板 编辑词条分享 导光板是一种光学材料，主要用的材质是PMMA（亚克力或称有机玻璃）。设计原理源于笔记本电脑的液晶显示屏，是将线光源转变为面光源的高科技产品。光学级压克力为基材，运用LCD显示屏及笔记本电脑的背光模组技术，透过导光点的高光线传导率，经电脑对导光点计算，使导光板光线折射成面光源均光状态制造成型。 编辑摘要 导光板是一种光学材料，主要用的材质是PMMA（亚克力或称有机玻璃）。设计原理源于笔记本电脑的液晶显示屏，是将线光源转变为面光源的高科技产品。光学级压克力为基材，运用LCD显示屏及笔记本电脑的背光模组技术，透过导光点的高光线传导率，经电脑对导光点计算，使导光板光线折射成面光源均光状态制造成型。 经过特殊的科学的加工后的透明亚克力板，只要在边上装上发光体（视导光板面积大小可选择普通日光灯管、CCFL冷阴极灯管、发光二极管等光源，一般装在长度的两边，宽度比较小时可只装一边)，通电后亚克力板整个平面就会发出明亮均匀柔和的光，称为导光板。 制作导光板的材料 折射率：两种介质的折射率之比称为相对折射率，在工程光学中常把空气折射率当作1，而其他介质的折射率就是对空气的相对折射率； 光波导：光电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播； 入射角：光射到两种介质的界面时，入射光线与界面法线之间的夹角； 反射角：光射到界面发生反射时，反射光线与界面法线之间的夹角； 色散：无色透明物体折射率随光的波长减小而增大的现象称为色散； 紫外线：对紫外线光透过平整透明体因折射率改变而将紫外线光阻截的功能。 制作导光板的方法 1.专业CNC雕刻，如上所说雕刻许多凹下或凸出的球面用来反光及折射光线。这种制作方法的品质是最好的！但造价较高！ 2.模具制作。此种方法制作的导光板效果一般，但适合大批量生产！ 3.网版印刷，采用一种特殊的油墨在透明板（如PMMA材质）上印上各种花纹，类似于圆点。 经过以上科学的加工后的透明亚克力板，只要在边上装上发光体（视导光板面积大小可选择普通日光灯管、CCFL冷阴极灯管、发光二极管等光源，一般装在长度的两边，宽度比较小时可只装一边)，通电后压克力板整个平面就会发出明亮均匀柔和的光，称为导光板。 制作超薄灯箱均采用PMMA作为基本材料,但由于PMMA等级太多，一般能理解和控制。在市场上最常见的PMMA有两种：一种就是制作眼镜用的，另一种是广告装修用普通压克力板, 眼镜用的就是光学级PMMA树脂。它具抗紫外线的功能，而广告装修用的普通
导光问题解决办法 灯光效果要均匀漂亮, 要从以下几个方面着手: A. 光源的选择: B. 导光材料的选择: C. 光源的空间布置: D. 光的颜色及分配: E. 光的反射和折射处理: 1.导光材料的选择：一般有PC,PMMA,PS,半透明ABS等，导光效果最好的是PMMA和 PC，效率能达到92％以上， 2.导光结构：一般最简单的电源类指示灯结构，就是在导光柱底部加一LED灯形成。但是 对大面积的透光指示效果就比较难处理，常用的方式有以下几种： （1）在背部加多LED，比如常见的光圈效果，在背部做咬花或磨砂效果，表面也可做 0.3*0.3锯齿面防止透光，电火花规格为粗电火花纹建议用VDI27,材料最好选用半透 明的，注意导光柱与LED间的距离，不可太靠近，否则散光效果不好，LED灯要选用散射角度大点的， （2）在导光柱背面做咬花、磨砂、或雾面处理和凸点结构，然后从侧面照LED结构方式，注意点与上面一样， （3）在导光柱和光源之间加一块半透明的矽胶垫可得到较均匀的导光效果 （4）CD机导光板常用PMMA,厚度为3~5MM,背部有圆弧,光从侧面打入,表面贴散光纸,固定导光板的支架用白色,表面光滑,防止漏光, （5）距离LED较近。用反光就行，PCB上贴白纸，或用白油,导光柱设计与前面一样，（6）手机上的发光件：PC+色粉，做成半透明的即可， 发的光均匀，又不刺眼 3.导光结构实例说明： 市场上的导光材料都是PMMA，光学的东西理论性很强，导光原理一般都是利用全反射原理，一般要效果好的话，利用45度斜角效果是最好的，另外也有弧形，和角度较小的情况先上图说明一种导光柱，发光部分有一定的长度，要求发光部分发光比较均匀，见下图。除了表面光洁度比较重要之外，各个面之间的角度也比较重要，另外要选择发光亮度和角度合适的LED，当然模具结构也要考虑，因为PMMA必须留较大的脱模斜度，如果光学方面不允许留斜度的地方，只有走行位了。
Tracepro 入门与进阶
CYQ DESIGN STUDIO
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Tracepro 入门与进阶
CYQ DESIGN STUDIO
内 容 简 介
本书以美国 Lambda Research Corporation 的最新 3.24 版本为蓝本进行编写， 内容涵盖了 tracepro3.24 光学仿真设计的概念、tracepro 软件的配置和用户定制、光 学元件模型的创建、描光、分析等内容。 本书章节的安排次序采用由浅入深，前后呼应的教学原则，在内容安排上，为方 便读者更快、更深入地理解 tracepro 软件中的一些相关概念、命令和功能，并对运用 该软件进行光学仿真设计的过程有一个全局的了解，本书中介绍了单片 LCD 投影机 的仿真设计全过程，同时在本书的最后一章详细介绍了背光源等光学仿真设计过程， 增强了本书的可读性和实用性，摆脱单个概念、命令、功能的枯燥讲解和介绍。 本书可作为光学专业人员的自学教程和参考书籍， 也可作为大专院校光学、 光电专业 的学生学习 tracepro 的使用教材。
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Tracepro 入门与进阶
CYQ DESIGN STUDIO
前
言
Tracepro 是一套可以做照明光学系统分析、传统光学分析，辐射度以及光度分析 的软件， 它也是第一套由符合工业标准的 ACIS 立体模型绘图软件发展出来的光机软 件。 功能强大的 Tracepro 减轻了光学设计人员的劳动强度，节约了大量的人力资源， 缩短了设计周期，还可以开发出更多质量更高的光学产品。但目前 Tracepro 学习教 程甚少， 不少初学者苦于无参考学习资料而举步为艰。 本人根据从事光学设计的经验 与运用 Tracepro 的体会，汇集成书，目的是使 Tracepro 的初学人员能快速入门，快 速见效，使已入门者能进一步提高 Tracepro 的应用水平和操作能力，从而在工作中 发挥更大的效益，为中国的光学事业作出贡献！ 本书乃仓促而成，虽然几经校对，但错误之处在所难免，恳请广大读者朋友予以 指正，不甚感谢！ 电子邮箱： cyqdesign@https://www.doczj.com/doc/e216527194.html,
陈涌泉 2004 年 12 月 4 日
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导光柱设计指南 1、何为导光柱 导光柱就是将光以最小的损耗从一个光源传输到距离该光源一定距离的另一个点的装置。 光线是依靠全内反射在导光柱内部传输的。 导光柱通常是采用光学材料制成，如：丙烯酸树脂、聚碳酸酯、环氧树脂和玻璃。 导光柱可以用来将PCB 上LED 的光传输到产品面板上来显示相关的状态，也可以聚集和指引光线用做LCD 显示屏的背光，同时也可以用来照亮在透过式窗口上的图案。 (1) 选定合适的导光柱材料 原则上尽量选用透光率高的材料，从下表1 可以看出：透明ABS 、AS 、PC 的透光率相当，对遥控距离和角度的影响相差不大，实验A 的结果也验证了这一结论。在注塑特性上,AS 易粘模，脆性大，如选用此材料，要留意出模角度和顶出位置。目前我公司使用的导光柱大部分为性能较好的PMMA 材料。 22.1、光线的反射和折射 2.1.1、光的折射定律(菲涅耳定律) 光线入射到不同介质的界面上会发生反射和折射。必然会产生一束反射光线，光线也会在通过这个交界面时产生折射，如图所示。其中入射光；折射光和法线位于同一个平面上，并且与界面法线的夹角满足如下关系。光线射入这个交界面的角度叫做入射角θi ，光线离开交界面的角度叫折射角θf 。 斯涅尔定律：nisin θi= nfsin θf 其中： ni 和nf 分别是两个介质的折射率； θi 和θf 斯涅尔定律规定:nf 乘以折射角θf 的正弦值。 2.1.2、光的反射定律 光线的入射角θi 2.1.3、菲涅耳损耗 当光线通过交界面从一种介质进入另一种介质时，光线会因为在交界面上产生反射而产生损耗，如图所示。这种损耗称作菲涅耳损耗，可以用下面的公式进行计算： 菲涅耳损耗=100×[（ni-nf ）/（ni+nf ）] 2
导光板（Light Guide）简介和制作流程 2010-12-16 08:59 导光板的介绍和制作工艺 导光板（Light Guide）这个词是从英语翻译过来的，其产生是为了应用于LCD，为了要展现LCD的亮度就必需要有背光模块来显现，在背光模块的发展过程中重要关键的零部件导光板也随着下游产品的需要进而开始有些不同的改变。 导光板的功能和要求 导光板顾名思义其最主要的功能在于要将光线导向设计者所需要的方向，而所有的导光板的设计都是要配合下游产品LCD和背光模块的需要，最重要的是要达到辉度和均匀度。导光板的分类 一般而言导光板因形状、制作方式和功能上都有不同的分类法，而且目前尚无统一的分法，经过整理后： 1、按照形状分为：平板和楔形板（斜板） 平板：导光板从入光处来看为长方形。 楔形板：从入光处来看为一边为厚一边为薄成楔形（三角形）状。 2、按照网点制作方式：印刷式和非印刷式 印刷式：导光板完成外形加工后,以印刷方式将网点印在反射面，又分为IR 和UV两种。 非印刷式：将网点在导光板成形时直接成形在反射面。又分为化学蚀刻（Etching）、精密机械刻画法（V-cut）、光微影法（Stamper）、内部扩散。 3、按照入光方式：侧入光（灯管和LED）和直下式。 侧入光式：将发光体（灯管或LED）放置于导光板之侧部。 直下式：将发光体（灯管或LED）放置于导光板之下方。 4、按照成形制作方式：射出成形和裁切成型。 射出成形：应用射出成形机将光学级PMMA颗粒运用高温、高压射入模具内冷却成形. 裁切成形：将光学级PMMA原板经过裁切工序完成成品。 导光板制造过程 在了解加工过程前应先了解导光板所须之部材 1、所需要之部材和工具 a.射出成形：光学级PMMA颗粒、油墨 b.裁切：光学级PMMA平板、油墨 2、光学级PMMA颗粒、平板： 无论是用何种生产方式所制作出来的导光板其最重要也是最原始的材料为光学级PMMA（POLYMETHYL METHACRYLATE）（聚甲基丙烯酸甲也就是俗称的亚克力或有机玻璃，其分类又有PMMA颗粒和PMMA平板PMMA由石油中提炼单体（MMA）再将单体（MMA）经过化学加工后做出光学级PMMA颗粒（已可提供射出成形所始用），再将光学级PMMA颗粒用压铸法（Casting）或压出法（Injection）来制
网点设计 编制部门：研发部 适用区域：□全公司 ■其它：研发部 发布范围：研发部 培训岗位：研发部 执行负责人： 流程Owner： 文件批准人： 生效日期：年 月 日 填写说明： 1、“执行负责人”由起草人手签姓名，“流程Owner”由编制部门负责人手签姓名，“文件批准人”需要编制部门上 级领导手签姓名。 2、适用区域、发布范围、培训岗位、生效日期需要执行负责人进行勾选或者填写。
所属部门 研发部 流程Owner 页码 2 / 13 1、 目的 规范导光板网点设计作业流程。 2、 范围 适用于研发部导光板网点设计。 3、 职责 研发部结构工程师导光板设计参考文件， 4、 管理条例 4.1 流程图： 4.2 作业流程说明： 4.2.1 建模： 1) 直接利用LightTools 的3D 建模功能建模 光学元件建模 结构元件建模
所属部门 研发部 流程Owner 页码 3 / 13 2) 使用其他CAD 软件建模 （如AutoCAD ,Pro/E,CATIA,UG 等），再以IGS,STEP ,SAT 格式导入。 4.2.2 导光板texture 建立： 4.2.3 导光板及2D/3D Texture 表面特性设置.依次点开菜单。 2D Texture 建立： 3D Texture 建立： 1 2 3
所属部门 研发部 流程Owner 页码 4 / 13 4.2.4 Texture特性设置，依次点开菜单。1 2
所属部门 研发部 流程Owner 页码 5 / 13 4.2.5 反射片表面特性设置
Requirements Models: None Properties: None Editions: TracePro LC, Standard and Expert Introduction In this example you will build a source model for a Siemens LWT676 surface mount LED based on the manufacturer’s data sheet. The dimensions will be used to build a solid model and the source output will be defined to match the LED photometric curve. Copyright ? 2013 Lambda Research Corporation.
Create a Thin Sheet First analyze the package to determine the best method of constructing the geometry in TracePro. The symmetry of the package suggests starting from a Thin Sheet and extruding the top and bottom halves with a small draft angle. Construct Thin Sheet in the XY plane. 1. Start TracePro 2. Select View|Profiles|XY or click the View XY button on the toolbar, and switch to silhouette mode, View|Silhouette. 3. Select Insert|Primitive Solid and select the Thin Sheet tab. 4. Enter the four corners of the Thin Sheet in mm in the dialog box, as shown below, and click Insert. 5. Click the Zoom All button or select View|Zoom|All to see the new object.
导光板网点印刷 第一部分：导光板生产流程及注意问题 导光板由原材料到印刷成成品，大致经过七个流程，一外物料车间二印刷车间三烤箱车间四检板车间五洗板房六包装车间七油墨房 一外物料车间 1.上料工位：将仓库中的板材用拖车至外物料的无尘车间拆包装，首先观察材料的型号， 包装是否破损，表面保护膜是否有刮伤等问题（若有明显不良等现象应及时报告，作为来料不良处理），将板材推至推车上（搬运中叠放一定要平拿平放，以免造成板材刮伤，导光板堆放高度为100~200pcs）,再将推车推入到贴端反工作贴区域，将板材卸下，堆放高度可为1.5米左右（导光板堆放整齐，防止倒塌）。 2.贴端反工位：作业人员将板材对齐放一定幅度的倾斜，放在H型旋转平台，贴端反人员 用相应型号的端反去贴（坐着作业），每个端反注意不能超出上下左右面（防止网板在印刷中破裂），每个端反贴好后应按压一遍，防止脱落翘起现象发生。 3.外物料送料工位：将端反贴好的导光板通过风淋通道进入印刷车间，放在推车上，每车 叠放板材高度不可超过100pcs。每种型号的板材做好区分以及正反面，同时检查板材是否有异常现象。 二印刷车间 1. 接板材工位：将经过风淋通道的板材放置推车上，注意平拿平放，轻拿轻放，板材高度不超过100pcs，并如实做好板材型号及数量记录，最后将板材送到印刷处。 2. 撕保护膜工位：作业员左手按压原材料，右手先撕开一角，再完全撕开，放入垃圾袋中，并检查每片板材是否异常。 3. 开机工位：将经过导光板清洁机出来的导光板放置待印区域，并检查正反面及方向。刮油墨时油墨不可挂到网板中间的网格中，易造成批量性的印刷暗影，脱油现象，解决方法是将网板重新清洗一遍，加油墨时，不可过量，网板上的油墨容易干，易造成暗影。作业员要及时地对干得油墨进行处理，要按时地对机台的刮刀和墨刀进行检查是否有平整，是否有缺口与粗糙现象，发现及时地要求跟换处理，否则造成批量性的不良。每机台印刷一车要求对网板清洗一次，印刷大尺寸的（26以上）要求印20pcs清洗一次网板。机台发现异常无法处理时应及时地通知技术员进行处理，下班前要对机台做保养，清洗网板，取下刮刀和墨刀同时及时清洗。 4. 接板工位：使用单个手指将板材抛开一角，然后将手平着伸进有保护膜的一面，拖住板材底部取出产品，对着灯光进行目测检验OK后放进网车（拿取时不可碰到网点），若发现不良现象立即及时地分析原因. 三烤箱车间 1.拉车工位：将放满半成品的网车拉进烤箱内烘烤，注意区分机种的尺寸大小，以及油墨 型号再调整烘烤温度与时间（由技术员拟定），烤箱报警声响，烘烤OK，再将导光板成品拉出，拉车人员将成品拉到车间进行检验，每车检验后成品车由拉车人员拉至指定位置摆放整齐。（大烤箱：温控器之前温度在65℃，烘烤时间45分钟；小烤箱温控器之前温度在55℃，烘烤时间25分钟） 四检板车间 1.检板工位：检板人员使用双手从网车上拿取导光板，单手撕开保护膜在灯条点亮的光线 进行目测，检板人员若发现不良的导光板，要及时地打出来，对判定不了的现象，要求制定人员进行实装膜片进行确认是否OK,作业时发现保护膜有破损的现象就马上对着灯
Optoelectronics 光电子, 2019, 9(1), 20-27 Published Online March 2019 in Hans. https://www.doczj.com/doc/e216527194.html,/journal/oe https://https://www.doczj.com/doc/e216527194.html,/10.12677/oe.2019.91004 Study on the Influence of Laser Machining Screen Dot Shape of Light Guide Plate on Optical Properties Yongwu Wang1, Shufeng Sun1*, Jing Shao1, Qingyu Liu1, Jin Wang1, Huafeng Zhang1, Mingyu Wang1, Qiang Zhang1, Xiao Wang2, Shunqi Ke3, Honghua Shen3 1School of Mechanical & Automotive Engineering, Qingdao University of Technology, Qingdao Shandong 2Qingdao Guoqi Photoelectric Technology Co., Ltd., Qingdao Shandong 3Qingdao Hailei Laser Technology Co., Ltd., Qingdao Shandong Received: Feb. 14th, 2019; accepted: Feb. 28th, 2019; published: Mar. 7th, 2019 Abstract Lightguide plate is the core component of the light source of liquid crystal display (LCD), and its performance directly affects the imaging quality of LCD. At present, the research of scattering dot is mostly based on the hemispherical dot. In actual production, the shapes of scattered dot ma-chined by two-dimensional parallel mechanism laser are semi ellipsoid with different sizes in or-der to improve the processing efficiency. Therefore, the existing research results are not accurate enough. In this paper, optical properties of scattering dot with difference shapes were analyzed; the simulation model of light guide plate was established based on Trace Pro Software; and the in-fluences of different dot shapes on the uniformity and luminous flux were researched. The results indicate that when the dot shape is prism, cone, hemisphere and semi-ellipsoid, the optical flux of the guide plate is 1829.1 W/m2, 2799.6 W/m2, 3120.4 W/m2 and 3505.5 W/m2, respectively, which increases successively. According to the optimized dot distribution design, the uniformity is the largest when the scattered dots are semi-ellipsoid, which can reach 91% and can be well adapted to the existing production platform. The results of this study have certain guiding significance for the actual production, which is helpful to improve the yield and reduce the production cost of guide plate. Keywords Laser Machining, Screen Dot Shape, Light Guide Plate, Luminous Efficiency, Uniformity, 290.0290, 220.0220, 230.0230 激光加工导光板网点形状对光学特性的影响研究 王永武1，孙树峰1*，邵晶1，刘庆玉1，王津1，张华峰1，王铭禹1，张强1，王晓2， 柯顺琦3，沈宏华3 *通讯作者。
导光板网点设计 编制部门：研发部 适用区域：□全公司 ■其它：研发部 发布范围：研发部 培训岗位：研发部结构工程师 执行负责人： 流程Owner： 文件批准人： 生效日期：年 月 日 填写说明： 1、“执行负责人”由起草人手签姓名，“流程Owner”由编制部门负责人手签姓名，“文件批准人”需要编制部门上 级领导手签姓名。 2、适用区域、发布范围、培训岗位、生效日期需要执行负责人进行勾选或者填写。
所属部门 研发部 流程Owner 页码 2 / 13 1、 目的 规范导光板网点设计作业流程。 2、 范围 适用于研发部导光板网点设计。 3、 职责 研发部结构工程师导光板设计参考文件， 4、 管理条例 4.1 流程图： 4.2 作业流程说明： 4.2.1 建模： 1) 直接利用LightTools 的3D 建模功能建模 光学元件建模 结构元件建模
所属部门 研发部 流程Owner 页码 3 / 13 2) 使用其他CAD 软件建模 （如AutoCAD ,Pro/E,CATIA,UG 等），再以IGS,STEP ,SAT 格式导入。 4.2.2 导光板texture 建立： 4.2.3 导光板及2D/3D Texture 表面特性设置.依次点开菜单。 2D Texture 建立： 3D Texture 建立： 1 2 3
所属部门 研发部 流程Owner 页码 4 / 13 4.2.4 Texture特性设置，依次点开菜单。1 2
所属部门 研发部 流程Owner 页码 5 / 13 4.2.5 反射片表面特性设置
印刷型超薄导光膜（LGF）介绍 1.导光板原理、特性 1.1 一般来说，光在自由空间中，其强度与距离的平方成反比例地扩散，所以不能传播得很远。 波导管是指将光围在一定的空间里，使之不扩散，引导它只向特定的方向行进的，光通过的通路.就象电通过电线流通一样，光通过波导管传播。 1.2从折射率高的物质向折射率低的物质入射时，入射角超过一定角度则不会产生投射，而只 会发生100% 反射(折射角达到90度)，这叫做全反射(total internal reflection)，而该一定角度称做临界角. 1.3 折射率高的部分使之行进，如同电沿着电阻值小的地方流动一样，光也沿着折射率高的通 2.超薄导光板的设计要求及注意事项 2.1 超薄导光膜的材质: PC(较硬，适用于手感要求不严格产品) PU(较软，适用于手感要求严格的产品) 2.2 导光膜厚度: PC: 0.125MM PU: 0.2MM 2.3 LED的选用要求：侧发光，亮度 100 – 200mcd，通常选用两颗。若要达到较高亮度，可 以选用亮度为800-1000mcd的白色侧发光LED。
2.4 发光LED通常使用有三种放置位置： 2.5 LED灯的位置的选择： 备注：a. LED灯正前方位置的导光膜应与PCB粘紧，不能翘起。 b. LED灯正前方的发光区域最好距离LED灯 >3.5mm的距离。 示意图如下：
c. 由于导光板的边缘相对比较亮，导光板的面积要大于按键区域。 d. 背胶的要求：靠近LED正前方必须有背胶，背胶宽度0.6-1.5MM；由于背胶区域会较亮，背 胶一般不能在按键透光区域，特别是LED正前方的背胶不能靠近按键透光区，距离约 1.5MM。 e. 如何防止靠近LED的地方太亮？ LED灯头与按键透光区的距离约为3.5—4.5MM；LED正前方的背胶不能靠近按键透光区，距离约1.5MM。 3.导光膜品质要求 超薄导光板的测试项目： 1. 导光板亮度将导光板置于测试架上，再放上按键，检查按键透光的亮度 及均匀性测试及均匀性。与样板进行比较，变暗或透光不均匀。 2. 寿命测试将导光板放于薄膜开关与按键之间，下重300±50g,30次/ 分的速度反复按压，50万次。 3. 盐雾试验 试验后样品没有变形和破损等不良现象。 温度35℃，盐水浓度5%，时间24h，试验后自然风干。 4. 高温高温 试验后样品有变形、变色等不良现象。 在55±2℃、R.H93%±2%的条件下存放96H，取出后在常温 下恢复2H. 试验后样品有变形、变色等不良现象。 4.优点和缺点 4.1按键整体透光均匀一致。 4.2厚度很薄，只有0.125mm(PC)/0.2mm(PU)，适合用于超薄机型。 4.3价格较8粒正发光LED要低。
比较项目Bldots其它导光板网点设计软件界面设计界面清新、功能布置一目了然界面复杂、新手无从下手 操作使用突破导光板网点传统设计的暗区调整作 业及布点趋势猜测，能快速设计出单面 进光、两面进光、三面进光、四面进光 、圆形进光和多边形进光等导光板，通 过导入图形的方法，设计各种异形导光 板和任意复杂图案导光板，整个设计过 程简单、快捷，设计人员无需专业训 练，轻松上手，极大节省企业的专业人 力投入 功能交叉繁杂，无任何设计明示，即使经 过长期摸索，使用起来也仍然一知半解， 设计人员很难建立清晰的设计思路，必须 经过长期的经验累积和软件使用摸索，把 网点设计工作弄成了神秘莫测的高深技 术，非常适合喜欢折腾型天才使用，造就 了行业中网点设计月薪8万的奇葩神话 学习培训配有完整的高清有声视频教程，专业技 术人员在线技术指导和远程协助，不定 期的免费技术培训和强大的专业技术交 流平台 只提供简单的文字使用说明，打瞌睡了， 必须的 软件价格行业中同类正版软件价格全球最低价格超级昂贵，大大超过设备硬件投资软件升级终身免费升级后续还得不断付出昂贵软件升级费用 技术支持行业资深专业技术工程师提供持续的实 际生产制作和软件使用技术咨询和协助 简单的文字使用说明，是您最忠实也可能 是唯一的导师 关于盗版 导光板网点设计软件对比 盗版软件大多破解不完全、运行不稳定、功能残缺、说不定还被破解者插入什么盗号病毒，根本无任何售后服务，没有详细的学习资料，软件出了问题，连人都找不到了，钱是小事，最主要的是误事呀。另外盗版软件都是破解爱好者放在网上供大家免费使用的，您想想看，您为盗版Windows付过钱吗？您为盗版Word、Excel等办公软件付费过吗？为本来免费的盗版软件付费您不觉得自己更亏吗？如果您只是买回去个人学习或给自己小孩玩玩，弄个盗版用用也还是不错的，但为本来就是免费的盗版付费就太不值了，到网上去搜一下，到处都是，一分钱都不用花，假如您是商用，对电脑又不专业，那么，亲，购买正版将是您明智的选择！
原理概述 这一课我们来学习利用tracepro软件建立LED导光板。首先我们简单了解一下导光板的原理。 导光板（如图1-1所示）基本工作原理是在下表面设置有具有一定排布规律的微结构阵列，当光线从侧面进入导光板内后，通过微结构的散射作用，破坏导光板上表面的全反射现象，使光线改变原有几何光学路径，从上表面射出。为了使光线的均匀出射，必须对微结构进行优化设计。 图1-1 导光板结构示意图 选取不同折射率的材料制作导光板时，材料的折射率决定了光线在导光板内的全反射时的临界焦，也就是说可以对出射光线的角度进行选择。如图1-2。 图1-2 导光板内光线的传播 由此可知，大部分耦合进导光板的入射光都以全反射的形式向前传播，没 有光线从上表面折射出去。为了让光线从导光板的上表面射出，必须在导光板 的底面布置散射网点，破坏光的全反射。现在在进行网点设计时都采用非均匀 分布。目前比较成熟的网点分布理论有超均匀分布理论，斥力缓和法，动态分 子法，但这些方法都只停留在理论设计方面。具体采用何种方法设计网点，到 目前为止还没有确切可行的方法，大部分都是靠光学模拟软件进行模拟并根据 模拟效果，调整网点的间隔以及大小。一般的设计原则是靠近光源部分的网点 尺寸要小一些，且稀疏一些；而远离光源的地方网点尺寸大一些，且要密一 些。此外网点的形状对出光的均匀效果也会有一定的影响。而综上所述易得，网
点倾斜角越大反射效果越明显，网点越密反射效果越明显。由于模型中光源在两侧，因而应在设计时使导光板远离光源处的网点尺寸大间距小，靠近光源处的网点尺寸小间距大。考虑到实际加工及模型模拟方面的问题，网点的尺寸设计应处理成等半径变深度网点，间距设计应处理成渐变形式。相关研究表明网点间距变化采用多项式多次方程变化可达到设计要求。在实际网点设计中，多项式方式是一种较为合理的微结构布局方式，它具有较多的可调参数．改变这些参数能够精确控制导光板表面的微结构设计，无论是表面微结构的整体疏密分布还是疏密的渐变程度都能够得到精确的调整，按照多项式方式捧列导光板表面微结构可以使导光板的各项性能达到最佳值。确定导光板网点结构按照多项式方式进行排布后需要对多项式的各个参数进行设置，多项式的形式如式(1-2-1)所示： 2 3 4 x + = + + f+ (ex a dx ) cx bx 式1-1其中a、b、c、d、e为可变参数，通过调整其数值即可改变导光扳表面微结构分布的疏密以及渐变程度等设计情况。由现有理论可知在多项式的五个参数中，参数a和参数c为影响导光板性能的主要参数，在导光板的设计中起着决定性的作用。参数b、参数d和参数P用于导光板微结构的细节调整，其中参数b 主要受到导光板的几何尺寸等外界客观因素影响。在实际设计时，可令b=d=e=0，进一步简化方程，在达到性能要求的情况下使设计更加简洁高效。 建立步骤 Tracepro中任何光学模型的建立步骤都分为以下几步：建立模型-设定材质-应用材质-光线追击-分析改善。1、2、3三步可同时完成。 1.建立模型 模型如下图所示，主要包括三部分：LED灯条，导光板，观察板。 首先打开tracepro，新建文件并保存在指定的目录下，注意在建立模型时养成随时保存的习惯，防止出错时丢失文件。 选择插入-几何物件-方块（insert-primitive solid-block）建立一个导光板主体300*10*300，修改名称，然后点击插入。
导光板 导光板是利用光学级的压克力/PC板材，然后用具有极高反射率且不吸光的高科技材料，在光学级的压克力板材底面用UV网版印刷技术印上导光点。利用光学级压克力板材吸取从灯发出来的光在光学级压克力板材表面的停留，当光线射到各个导光点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由导光板正面射出。通过各种疏密、大小不一的导光点，可使导光板均匀发光。反射片的用途在于将底面露出的光反射回导光板中，用来提高光的使用效率。 导光板设计原理源于笔记本电脑的液晶显示屏，是将线光源转变为面光源的高科技产品。光学级压克力(PMMA)/PC为基材，运用LCD显示屏及笔记本电脑的背光模组技术，透过导光点的高光线传导率，经电脑对导光点计算，使导光板光线折射成面光源均光状态制造成型。产品采用光谱分析原理与数码UV印刷技术相结合并在恒温、恒湿、无尘的环境条件下制作而成。具有超薄、超亮、导光均匀、节能、环保、无暗区、耐用、不易黄化、安装维修简单快捷等鲜明特点。 一般而言导光板因形状、制作方式和功能上都有不同的分类法，而且目前尚无统一的分法，经过整理后A、按照形状分为：平板和楔形板(斜板) 平板：导光板从入光处来看为长方形。楔形板：从入光处来看为一边为厚一边为薄成楔形(三角形)状。B、按照网点制作方式：印刷式和非印刷式印刷式：导光板完成外形加工后,以印刷方式将网点印在反射面，又分为IR（自然烘干和UV光固化）两种。非印刷式：将网点在导光板成形时直接成形在反射面。又分为化学蚀刻(Etching)、精密机械刻画法(V-cut)、光微影法(Stamper)、内部扩散。C、按照入光方式：侧入光(灯管和LED)和直下式。侧入光式：将发光体(灯管或LED)放置于导光板之侧部。直下式：将发光体(灯管或LED)放置于导光板之下方。D、按照成形制作方式：射出成形和裁切成型。射出成形：应用射出成形机将光学级PMMA颗粒运用高温、高压射入模具内冷却成形.裁切成形：将光学级PMMA原板经过裁切工序完成成品。 1可以任意裁切成所需要的尺寸，也可以拼接使用，工艺简单，制作方便2光转换率高（较传统板高30%以上），光线均匀，寿命长室内可正常使用8年以上，安全环保，耐用可靠户内外皆可适用3同等面积发光亮度情况下，发光效率高，功耗低4可以制作成异型，如圆形，椭圆，圆弧，三角形等5同等亮度情况下，可以使用较薄的产品，节约成本6可以使用任何光源，点线光源做面光源转换，光源包括LED CCFL（冷阴极灯管），荧光灯管等。
Light Guide Techniques导光技术Using LED Lamps使用LED光源Application Brief I-003 导光柱是什么？ 导光柱就是将光以最小的损耗从一个光源传输到距离该光源一定距离的另一个点的装置。 光线是依靠全反射在导光柱部传输的。 导光柱通常是采用光学材料制成，如：丙烯酸树脂、聚碳酸酯、环氧树脂和玻璃。 导光柱可以用来将PCB上LED的光传输到产品面板上来显示相关的状态，也可以聚集和指引光线用做LCD显示屏的背光，同时也可以用来照亮在透过式窗口上的图案。 这篇文章论述了简单的导光柱的设计方法以适应这样或那样的应用。 基本原理 Snell定律：当光线入射到两种不同的介质的交界面时，例如塑料和空气，光线会在通过这个交界面时产生折射，如图1所示。光线射入这个交界面的角度叫做入射角φi，光线离开交界面的角度叫折射角φf Snell定律：ni*sinφi = nf*sinφf 图1 Snell定律规定: 第一种介质的折射率ni乘以入射角φi的 正弦值，等于第二种介质的折射率nf乘以 折射角φf的正弦值。 镜面反射定律：镜面反射定律是这样定 义的，光线的入射角与反射角相等，如 图2所示，镜面反射光线是没有损耗的。 Fresnel Loss 菲涅耳损耗: 当光线通过 交界面从一种介质进入另一种介质时，光 线会因为在交界面上产生反射而产生损 耗，如图2所示。这种损耗称作菲涅耳损耗， 可以用下面的公式进行计算： 对于光线从塑料射入空气和从玻璃射入空 气这两种情况下菲涅耳损耗都是4% 当光线从折射率低的介质进入折射率高的 介质时，折射角φf会小于入射角φi，相反， 折射角φf会大于入射角φi，如图3所示光线 穿过一个表面平行的塑料（玻璃）板。
准直TIR透镜的TracePro模拟过程 说明：本例只讲解我用TP的模拟过程，不是TP的使用手册之类，讲解有误或不清楚的地方请见谅。本例不讲解透镜的设计方法，请不要追问如何设计透镜。 最后提一个要求：不喜勿喷。 作者：虫洞里的猫 准直TIR透镜，是指在原点的点光源经过透镜后光线能平行出射的透镜，但由于LED的发光面都是面光源，因此LED经过此透镜后不可能是平行光出射，但其出光角度会是最小值。 本实例以已设计好的准直TIR透镜为例，逐步演示TracePro的模拟过程。 1.插入3D文件 TracePro可以打开多种3D格式的文件，最方便的是直接插入零件，但此过程只能使用.SAT格式的文件，如下图的过程。
如果你的3D文件是其它格式，如STEP等，则可以用TracePro直接打开，具体过程为：文件-打开，在打开的对话框的下拉菜单中选择合适的格式。 2.设置光源 2.1 设置档案光源 2.1.1 方法一 设置光源可以有很多方式，但最直接也最准确的是使用光源文件，在TracePro中也称为档案光源，TracePro可用的档案光源主要有.DAT或.RAY格式的。此文件可以从LED厂家的官网上下载，本实例使用的LED为CREE公司的XLamp XP-E。如下图，XP-E Cool White Optical Source Model - TracePro (zip) (42 MB)是适合TracePro使用的光源文件，其网站地址为：https://www.doczj.com/doc/e216527194.html,/LED-Components-and-Modules/Products/XLamp/Discrete-Directional/XLa mp-XPE。
2020 tracepro实验报告范文Contract Template
tracepro实验报告范文 前言语料：温馨提醒，报告一般是指适用于下级向上级机关汇报工作，反映情况， 答复上级机关的询问。按性质的不同，报告可划分为：综合报告和专题报告；按行 文的直接目的不同，可将报告划分为：呈报性报告和呈转性报告。体会指的是接触 一件事、一篇文章、或者其他什么东西之后，对你接触的事物产生的一些内心的想 法和自己的理解 本文内容如下：【下载该文档后使用Word打开】 一.实验概况 实验时间： 实验地点：合肥工业大学仪器学院平房实验室 指导老师：郎贤礼 实验要求：1.熟练TracePro软件基本功能及实际操作方法； 2.掌握光学器件设计的原理及一般步骤； 3.会对设计好的光学器件进行数据图像分析； 4.能够自己设计简单的光学器件。 二.实验内容 （一）软件介绍TracePro是一套普遍用于照明系统、光学分析、辐射度分析及光度分析的光线模拟软体。它是第一套以ACISsolidmodelingkernel为基本的光学软体。第一套结合真实固体模型、强大光学分析功能、资料转换能力强及易上手的使用介面的模拟软件。
TracePro可利用在显示器产业上，它能模仿所有类型的显示系统，从背光系统，到前光、光管、光纤、显示面板和LCD投影系统。应用领域包括：照明、导光管、背光模组、薄膜光学、光机设计、投影系统、杂散光、雷射邦浦常建立的模型：照明系统、灯具及固定照明、汽车照明系统（前头灯、尾灯、内部及仪表照明）、望远镜、照相机系统、红外线成像系统、遥感系统、光谱仪、导光管、积光球、投影系统、背光板。TracePro作为下一代偏离光线分析软件，需要对光线进行有效和准确地分析。为了达到这些目标，TracePro具备以下这些功能：处理复杂几何的能力，以定义和跟踪数百万条光线；图形显示、可视化操作以及提供3D实体模型的数据库；导入和导出主流CAD软件和镜头设计软件的数据格式。通过软件设计和仿真功能，可以:得到灯具的出光角度：只需有灯具的3D模块便可通过软件仿真功能预判灯具出光角度，以此判断灯具是否达到设计目标。得到灯具出光光斑图和照度图：可以模拟灯具打在不同距离得到的光斑、照度图分布情况,以此判断灯具出光性能。灯具修改建议功能：如果通过软件判断初步设计灯具性能不符合要求，TracePro光线可视图可以看到形成配光图每段曲线是由罩那段曲线形成，以提供修改建议。准配光图和IES文件：可导出标准配光图和IES文件，用于照明工程设计。实际效益通过软件的仿真功能，可以一次次在软件中完成灯具结构不同状态下时的出光性能，而不需每次灯具修改都需开模或做手板后测试才知道，这就大大缩短了产品开发周期、节省开模成本费用、提高产品设计准确性。
背光板扩散网点设计技术 除了monitor的液晶显示器背光照明单元使用直下式灯管配置之外，几乎所有液晶显示器背光照明单元都是采取端缘入光(edge ight)设计。图1(a)是典型的光照明单元结构，其中又以导光板(LG: Light guide)扮演决定性的角色，如图1(b)所示从冷阴极灯管(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)射出的光线反复在导光板上方与下方全反射与散乱，当上方全反射条件受到破坏时，光线就从导光板内部射出。为了引发散乱或是扩散反射，因此利用网版印刷设备在导光板下方涂布由二氧化钛(TiO2)、硫化钡与UV胶所构成的白色网点(dot pattern)，网点的密度与大小一般而言靠近灯管的网点密度越疏，直径越小，随着距离的增加网点密度逐渐变密，网点的大小越来越大，藉此设计使光线能均匀分布在导光板表面。 背光照明单元是笔记本电脑中最耗电的device，因此提高背光照明单元的光线利用效率成为重要的课题。虽然端缘入光方式具有极佳的光线收敛特性，不过基本上背光照明单元属于透明组件，也就是说白色微小构造体(以下统称为网点pattern或是光线散乱体)与液晶cell 产生的干涉pattern，随着液晶显示器大型化越来越明显，几乎已到达无法忽视的程度。虽然微小构造体可透过优化设计获得适宜的形状，不过整体而言如何有效排列微小构造体却是设计者最困扰的问题，因此接着要介绍有关不规则网点pattern的理论设计技术(以下通称为网点生成法)。 图1 典型的端缘入光背光板结构 网点生成法的现况 避免液晶cell的data line、gate line两个规则性pattern与导光板的网点产生干涉，理论上最有效的方法是使网点pattern作不规则排列，不过实际上不规则排列如果造成网点相互重迭时，该部位就会变成辉点或是暗点，此外网点pattern的充填率分布若是有非均匀性时，就会发生目视上的辉度不均现象，换句话说理想的网点pattern必需具备下列三项条件: ①网点pattern呈极不规则排列时，亦不会造成液晶cell与液晶cell之间不会产生moiré