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侧入式LED导光板散射网点设计
随着手机、电脑的大量使用,人们有越来越多的机会接触显示屏,对显示效果的要求也就越来越高。
传统的显示器已经无法达到人们的要求,画质更清晰、色彩更饱满的液晶显示器就在各种产品中脱颖而出,赢得人们的青睐。
由于液晶本身具有不发光的特性,液晶显示器中的背光模组对于显示屏表面出光效果的影响就非常大。
侧光式背光模组的光源位于侧面,减小了整个模组的厚度,满足了人们对于轻薄产品的追求,但是要使侧面光源从正面均匀出射,导光板的设计就非常重要。
本论文通过对光在导光板中传输的规律的分析,阐明了导光板底部存在的网点结构的设计方案对于整个导光板光学性能的重要性。
原有的网点设计理论将网点看作分子,着重于分析网点之间的力的作用,整个过程较为繁琐。
本论文则从照度的均匀性出发,由照度的定义公式推导出网点坐标的表达式,简化了网点设计方法,并且在光学仿真软件Light Tools中对得到的网点坐标分布进行模拟,得到了这种分布下的导光板各点的光照度,用Matlab软件画出光照示意图,利用最终的数据对光照均匀性和光能利用率进行了分析。
针对仿真得到的设计算法的光照仿真图的不足,改变底面散射网点的面积来改善光学效果。
本论文主要采用改变网点水平方向或竖直方向的间距、改变区域分布的方法来使光照度小的区域的散射网点面积更大,另外改变网点深度、改变棱镜膜片的相关参数也可以达到优化的目的。
最终利用不同的分布相结合的调整办法得到的网点分布状态下的导光板导光效果最好,光照均匀度为93.02%,满足商用导光板要求。
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。
LED单边侧入式导光板的网点设计智佳军;梁铭泉;陈俄振;车玉彩;庄其仁【摘要】单边侧入式导光板可降低其设计成本和制作成本,为了获得均匀的表面照度,本文介绍了LED为光源的单边侧入式导光板散射网点设计方法.建立了相应模型,得到这种导光板散射网点的一种排布公式和计算方法,并用TracePro软件进行模拟仿真,验证了网点设计方法的正确性.模拟和实验结果表明通过这种网点设计方法可获得均匀度优于90％的表面照度分布.【期刊名称】《照明工程学报》【年(卷),期】2012(023)003【总页数】4页(P60-63)【关键词】LED;单边侧入式;导光板;散射网点;网点设计【作者】智佳军;梁铭泉;陈俄振;车玉彩;庄其仁【作者单位】华侨大学信息科学与工程学院,福建厦门361021;华侨大学信息科学与工程学院,福建厦门361021;华侨大学信息科学与工程学院,福建厦门361021;华侨大学信息科学与工程学院,福建厦门361021;华侨大学信息科学与工程学院,福建厦门361021【正文语种】中文1 引言LED导光板式面光源广泛应用于平板显示、日用照明、广告装饰等诸多领域，在侧入式导光模组技术中，导光板是光源的传播媒介，其网点排布、形状及材料组成决定了导光板的表面照度、均匀性及出光效率。
导光板的设计与制造是实现背光模组和大面积照明的关键技术之一。
常用的侧光式背光模组就是利用导光板将由光源从导光板侧面输入的光转化为从正面均匀输出的面光。
导光板按形状不同可分为平板和楔形板，按底面散射网点图案制作方法不同可分为印刷式和非印刷式。
实验表明，散射网点的形状对光散射影响不大，而网点的排布规律则很大程度上影响着输出光的均匀度和亮度。
背光照明系统的光源主要是冷阴极荧光灯(CCFL)和发光二极管(LED)等［1］。
LED与传统光源相比，它具有高能效、体积小、寿命长、使用灵活、无汞污染、调光性能好、无频闪、热辐射低等诸多优势。
单边侧入式导光板可降低其设计成本和制作成本，为了获得均匀的表面照度［2］，本文介绍了一种以LED灯作光源的侧光平板式导光板网点排布规律的设计方法，并利用TracePro等软件进行仿真分析，得到照度分布均匀度达到商业要求的结果。
内容概要•背光模组的定义与构成•设计目标与设计方法•参数设置与优化•实际案例学习(仪器仪表)背光模组的定义•一般构成–导光板•通常其材料为塑料•注射成型或印刷式的网点（导光板下表面）–光源和反射罩•（典型光源CCFL and LED ）–其他常用的光学元件扩散片(可提高均匀性)反射片•一些元件能否被使用取决于它的尺寸大小和成本以及其它要求Schematic of a typical backlight designLight source Light guideDiffuserReflectorAppliquéTransparency主要设计目标•在垂直光的传播方向上提升光的利用效率Light SourcePreferred direction of light extractionDirection of light propagationLight guideLight extraction from a light guide设计过程: 均匀性•光能量的传播是随导光板的长度变化的-出光的提取效率要随导光板的长度的增加而增加•改变光提取效率的方法：-改变网点密度，网点大小, 网点排布间距Distance from the sourceAvailable powerExtraction efficiencyUniform output背光网点设计•网点模型：印刷式的或注射成型的网点在背光设计中经常用到这两种网点来获得亮度均匀的背光•最佳的设计参数是优化后得到的网点密度分布Pattern Generator+CADIllumination SoftwareOutputOKUnacceptable优化过程通过不断反复调整网点参数进行优化,可以得到最终最佳的亮度与均匀性。
-可以通过做样品或软件模拟来完成光线追迹后输出模拟结果对比输出结果与初始要求网点参数设置计算新的网点更新模型完成OKNot OK网点参数的确定–为避免产生莫尔条纹，每个区域网点的密度是不一样的网点参数确定方法:–定义网点密度为二维网格值–定义网格值•网点的大小为变量•网点的数量和大小都为变量假设给定网点大小与形状通过计算在一个区域内变化网点的数量，得到想要的网点密度–网点密度的变化应该是缓慢而平滑的–人眼对突变是很敏感的，对渐变却不敏感变化网点数量的其他方法–分子动力学方法–多联骨牌法Mosaic Structure withObservableRectilinear Substructure Smooth Variation withObservableRectilinear SubstructureSmooth Variation withSinusoidal Shifts假设给定网点位置排布–经常用的排布一般为六角形通过计算在一个区域内变化网点的大小通过计算在一个区域内变化网点的大小，，得到想要的网点密度–出光的效率和网点排布的密度是成比例的Mosaic Structure using Hexagonal Pattern Smooth Variation using Hexagonal Pattern Smooth Variation using Rectilinear Pattern网点可以在位置的附近移动偏移网点可以在位置的附近移动偏移，，进行随机的变化, 但并不会重叠–也可以对网点的大小进行随机控制Dither X,Y=1,0Dither X,Y=0,1Dither X,Y=1,1Dither X,Y=0,0Dither X,Y=.2,.2Dither X,Y=.5,.5光线追迹与模拟评估此商业照明软件可以对背光进行设计模拟评估–运用蒙特卡罗随机光线追迹的方法来进行光度计算和模拟–模拟结果的精确度取决于光线追迹的数量和分辨率的高低高分辨率低精度低分辨率高精度高分辨率高精度--更多的光线--模拟评估可以使用优化函数进行模拟可以使用优化函数进行模拟，，比较输出结果与要求比较输出结果与要求，，进行评估-可使用优化函数限定统计噪声的最小值•当达到设计目标时可以中止优化函数•可增加光线的数目MF = ∑W i 2(V i -T i )2W i = Weight of i th MF item V i = Current Value of i th MF item T i = Target of i thMF itemLuminancewith 10,000 RaysLuminancewith1,000,000 RaysMF = ∑W i 2(V i + ∈i -T i )2MF = ∑W i 2(V i -T i )2 +Noise网点优化•BPO 通过改变网点的间距和大小来达到设计的要求•网点优化可以是2维的平面网点也可以是3维的网点•我们可以定义个接收面来接收并计算背光板表面的亮度和照度BPO 自动优化网点的过程•BPO 提供有效的优化网点的过程方法案例1: 印刷式导光板的网点优化在开始的时候使用均匀的印刷式网点进行优化得到合理的网点参数Small Source(e.g., LED)2D Display案例2: 注射成型网点的优化–网点大小相同，对排布的位置做优化处理来提高光的利用效率–这个例子是使用注射成型的网点进行优化LEDStartFinalTexture Density Output案例3: 两个LED, 非对称排布•使用注射成型的网点排布•两个LED–LED 采用非对称排布LEDsStartFinalTexture Density Output案例4: 两个LED, 对称排布•使用注射成型的网点排布•两个LED–LED 采用对称排布LEDsStartFinalTexture Density OutputSetupBitmap AppliquéSide ViewTop ViewLEDTextureAcrylic Light PipeBlue Filteron kph Appliqué•如下位图是作为优化的目标illuminance inthe blackregionsOptimization Results15 minutes2.33Ghz processor100,000 rays/iteration Iteration 1Iteration 2Iteration 3Iteration 4Iteration 5Iteration 6•模拟结果Illuminance Chart (1M rays) PhotoRealistic Rendering (100M rays)亮点边缘照明不足•需要新的目标区域设定全覆盖整个面积原有仪表盘结构新的仪表盘结构•最后的结果Photorealistic Rendering (100M rays)结论•网点的优化和模型设置及参数类型选择有紧密联系•介绍了用LightTools 进行设计和分析的一个汽车仪表盘背光的例子。
激光导光板的网点设计，是导光板的一次成功的技术运用，比以往的丝印、雕刻更加的灵活、效果好。
不同规格的网点布置更是把导光效果发挥得淋漓尽致，从而实现了led产品的最大成效。
激光网点式导光板是激光打点，所形成的凹点，其原理是立体光栅，立体漫反射，再打点的过程中是实行，无接触、热能加工，并且适合任何形状（包括曲线形和扇形）的导光板，其效果比丝印高百分之以上,对亚克力板是无破坏的任何地方，在超过6mm的时候必须要使用抛光，以便能更好吸收光源。
特性
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
规格
厚度：3mm、4mm、6mm
尺寸：300*300、600*600、300*900、300*1200。
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 / 131、 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 /132) 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。
2DTexture 建立： 3DTexture 建立：123所属部门 研发部 流程Owner 页码 4 / 134.2.4 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 / 134.2.5 反射片表面特性设置所属部门 研发部 流程Owner 页码 6 / 134.2.6 扩散板光学特性设置所属部门 研发部流程Owner页码7 / 134.2.7 光源建立，光源建立是决定模拟准确度的关键，大多数背光模组使用两种光源：CCFL 、LED在Lighttools 中可以利用三种方式来建构光源：1) 整体光源模型在lighttools 中建立，最准确，但必须知道光源的结构，大厂商如PHILIPS ，OSRAM ，CREE 一般可以提供。
运用LightTools设计背光显示2003年6月第一节背光设计简介本节介绍了如何运用LightTools来定义基本的背光。
本文供LightTools的初学用户使用，所以运用了很多相关的简单的例子并且包括产品的基本特性。
LightTools的高级用户可以跳过前半部分，直接到41页“高级背光设计”。
本节主要内容如下：·先决条件·什么是背光·普通光线输出技术·运用LightTools的计算机辅助设计·设置模拟·分析照明数据·更多照明数据导出先决条件要完成第一节中的练习，你首先得正确安装：·LightTools3.3版（或更高版本）。
·LightTools的系统（.lts）和库（.ent）文件确定可用，从光学研究协会网址上下载。
下载这些文件，首先在你的浏览器中输入：/LTFiles。
在“Designing Backlight Displays in LightTools”的栏目下点击BacklightFiles.zip。
把文件保存到硬盘然后把压缩文件解压到一个目录下（比如：C:\LTUser）。
什么是背光背光是指用于电子元件中的有一个要求背后出光的平面，其中可以包括小到PDA大到电视屏的电子设备。
典型的背光包括光源，导光板或者是所谓的light pipe。
光源一般置于导光板的一侧，以减小导光板的厚度。
侧光一般使用总的内反射来沿着演示器的长度方向来传播光，下边图表中所示就是典型的背光设计。
主要的要求就是均衡的光通过LCD的表面，而且光通量足够高，以便和日光环境有很好的对比度（这样你就可以在一台小型电脑或者掌上电子元件上边看见显示，比如，在室光条件下）。
如图2，设计的challenge就是使输出光方向于光传播方向，LCD平面刚刚好在导光板上方。
普通光输出技术从导光板以垂直于光传播方向输出光有好几种技术手段。
最普通的就是Printed light extraction和molded light extraction。
解决方案：大尺寸超薄侧光式LED背光源设计引言液晶屏自身并不发光，为了可以清楚地看到LED显示屏的内容，需要一定的白光背光源。
背光源是存在于液晶显示器内部的一个光学组件，由光源和必要的光学辅助组件构成。
传统的背光源采用的是冷阴极荧光灯（CCFL），色彩还原性差，含有对人体有害的汞蒸气。
LED背光源色彩还原性好、寿命长、不含汞、有利于环境保护。
就驱动电路而言，传统的CCFL背光驱动线路十分复杂，要求上千伏特的驱动电压，利用专门的逆变器才能驱动起来。
而LED可以低电压工作，响应速度快，控制较为方便。
近年来LED被逐渐引入到现有的液晶显示技术中，背光源非常有可能成为下一个被LED垄断的产业。
LED背光源如果通过增加对比度、区域控制等手段，性能要远远优于CCFL背光源。
目前，LED背光源已经在中小尺寸面板中普及，如手机、数码相框等，随着LED技术的发展和LED芯片的不断成熟，LED液晶电视将可能逐步取代传统的CCFL液晶电视。
背光源根据光源的位置不同分为直下式背光源和侧光式背光源。
直下式背光源，直接把LED光源放在出光面下面，光源发出的光经过一段空间距离和扩散板的扩散和混合后，成为面光源发射出来，直下式背光源需要一定的混光距离。
而侧光式背光结构对超薄化的模块设计则更具优越性，随着“超薄风”的刮起，大尺寸超薄侧光式LED背光源成为各大电视厂商及上游企业的研究热点。
1 结构设计本文所设计的LED背光源是侧光式超薄结构，整个结构包括：LED灯条、驱动板、膜材、导光板、散热块、上框架、背板。
背光源采用白光LED，整个结构设计以Active Area的中心点为所有部件的设计中心，以液晶电视所用液晶屏的尺寸为前提，设计其它尺寸。
综合考虑电路设计及光学设计的要求，对结构进行设计。
结构设计先从UⅣOUT布局图着手，表达整体机构以及各部件相互之间的装配关系，然后着手零件图结构设计。
上框架采用分段式设计，在长度方向上分段，避免长度过长。
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 / 131、 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 /132) 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。
2DTexture 建立： 3DTexture 建立：123所属部门 研发部 流程Owner 页码 4 / 134.2.4 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 / 134.2.5 反射片表面特性设置所属部门 研发部 流程Owner 页码 6 / 134.2.6 扩散板光学特性设置所属部门 研发部流程Owner页码7 / 134.2.7 光源建立，光源建立是决定模拟准确度的关键，大多数背光模组使用两种光源：CCFL 、LED在Lighttools 中可以利用三种方式来建构光源：1) 整体光源模型在lighttools 中建立，最准确，但必须知道光源的结构，大厂商如PHILIPS ，OSRAM ，CREE 一般可以提供。
侧入式导光板网点半径分布函数及网点设计周士康;周君玮;杜金;陈春根【摘要】本文导出了单边、对边和四边进光的矩形导光板网点半径分布的实用函数表达式.其中单边进光导光板的半径分布函数是基于导光板的基本原理直接导出,对边和四边进光导光板的半径分布函数则是用改型的高斯函数由导光板的边条件求得的函数解.半径分布函数以物理意义明确的导光板参数如导光板的边长,边缘和中心网点半径为自变量,可以直接用于不同边长的矩形导光板的网点设计.为了进一步改善导光板的表面亮度的均匀性,本文还提出一种非常简单的新方法来优化网点位置的分布,称之为"局域随机化方法".对三种进光情况的仿真和以对边进光为例的实际灯具的测量结果发光均匀度很好,证明本文的方法是一个成功的导光板设计方法.%The dot radius distribution functions of light guide plate with edge lighting are derived in this paper for unilateral, bilateral and quadrilateral edge lighting.The function with unilateral lighting is derived based directly on the basic principle of light guide plate, while the functions with bilateral and quadrilateral edge lighting are the solutions of the modified Gaussian distribution function under the boundary value conditions of the plate.The functions, with the variables having definite physical meaning such as length of the light guide plate and the radius of the bordered and central dots, can be directly used for the design of rectangle light guide plate with different size.In order to further optimize the luminance uniformity of the light guide plate, a kind of very simple optimizing method called "local area randomization method" are proposed.The simulation results for three types of edge lighting and the measure results of actual manufacturelamps for bilateral edge lighting as an example have very good luminance uniformity.It is shown that the above method is a successful design method for light guide plate.【期刊名称】《照明工程学报》【年(卷),期】2017(028)004【总页数】9页(P110-118)【关键词】导光板;侧入式;散射网点;网点设计;LED;照明【作者】周士康;周君玮;杜金;陈春根【作者单位】上海三思科技发展有限公司上海 201100;上海三思科技发展有限公司上海 201100;上海三思科技发展有限公司上海 201100;上海三思科技发展有限公司上海 201100【正文语种】中文【中图分类】O43;TN312引言侧入式导光板相对于直下式导光板最大的优点是厚度薄、重量轻、成本低。
