LCD背光源設(shè)計電子版本

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。LCD背光源設(shè)計LCD背光源設(shè)計摘要LCD和我們的日常生活的聯(lián)系越來越緊密。眾所周知，液晶自身是不能發(fā)光的，它需要借助背光源才能達(dá)到顯示的功能。高精細(xì)LCD，必須有高性能的背光技術(shù)與之配合。因此設(shè)計一個高亮度、大視角并且穩(wěn)定、均勻出光的背光源非常重要。在產(chǎn)品開發(fā)初期，用實(shí)物搭建會造成不必要的浪費(fèi)。目前的工程設(shè)計大多先采用模擬設(shè)計的方式建立模型。TracePro是一套能進(jìn)行常規(guī)光學(xué)分析、設(shè)計照明系統(tǒng)、分析輻射度和亮度的軟件。它是一個結(jié)合真實(shí)固體模型、強(qiáng)大光學(xué)分析功能、信息轉(zhuǎn)換能力強(qiáng)及易上手的使用界面的仿真

2、軟件，它可以將真實(shí)立體模型及光學(xué)分析緊緊結(jié)合起來。本論文主要介紹背光源組成結(jié)構(gòu)，并基于TracePro軟件模擬設(shè)計直下式背光源，并分析該設(shè)計的合理性。關(guān)鍵詞：LCD；背光源；CCFL；TraceProDesignofLCDBacklightingUnitAbstractWithLCDdisplayandourdailylifearemoreandmoreclose.Asisknowntoall,LCDitselfisnotshine,itneedssomebacklightcanachievedisplayfunction.HighfineLCD,musthavehightechnologya

3、ndthecoordination.BacklightingTherefore,alargedesign,highbrightness,uniformandstableAnglefromlightbacklightisveryimportant.Earlyintheproductdevelopment,withrealstructureswillcauseunnecessarywaste.Atfirsttheengineeringdesignaredesignedbysimulationmodel.TraceProisasetofconventionalopticalanalysis,cand

4、esign,lightingsystemandbrightnessofradiation.Itisacombinationofrealsolidmodel,strongopticalanalysisfunction,convertinginformationabilityandaccessibleusingthesimulationsoftwareinterface,whichcanberealthree-dimensionalmodelsandopticalanalysiscombinedtightly.Thisarticlemainlyintroducesstructure,andtheb

5、acklightTraceProsoftwaresimulationdesignbasedonstraightdowntypeilluminant,andanalyzesthebacktherationalityofthedesign.KeyWords:LCD：BacklightingUnit；CCFL；TracePro目錄TOCo1-2hzuHYPERLINKl_Toc2632593501緒論P(yáng)AGEREF_Toc263259350h1HYPERLINKl_Toc2632593511.1引言PAGEREF_Toc263259351h1HYPERLINKl_Toc2632593521.2國內(nèi)外

6、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢PAGEREF_Toc263259352h1HYPERLINKl_Toc2632593531.3本論文的背景及目的PAGEREF_Toc263259353h4HYPERLINKl_Toc2632593542CCFL背光源研究PAGEREF_Toc263259354h5HYPERLINKl_Toc2632593552.1引言PAGEREF_Toc263259355h5HYPERLINKl_Toc2632593562.2BLU的元器件介紹PAGEREF_Toc263259356h5HYPERLINKl_Toc2632593572.3小結(jié)PAGEREF_Toc263259357h1

7、2HYPERLINKl_Toc2632593583光源設(shè)計軟件TracePro簡介PAGEREF_Toc263259358h13HYPERLINKl_Toc2632593593.1TracePro簡介PAGEREF_Toc263259359h13HYPERLINKl_Toc2632593603.2TracePro操作流程PAGEREF_Toc263259360h14HYPERLINKl_Toc2632593614基于TracePro軟件的LCD背光源模擬設(shè)計PAGEREF_Toc263259361h28HYPERLINKl_Toc2632593624.1背光模組整體尺寸的確定PAGEREF_T

8、oc263259362h28HYPERLINKl_Toc2632593634.2CCFL及反射背板的模擬設(shè)計PAGEREF_Toc263259363h28HYPERLINKl_Toc2632593644.3擴(kuò)散板和擴(kuò)散片的應(yīng)用PAGEREF_Toc263259364h32HYPERLINKl_Toc2632593654.4棱鏡片的設(shè)計與應(yīng)用PAGEREF_Toc263259365h34HYPERLINKl_Toc2632593664.5設(shè)計小結(jié)PAGEREF_Toc263259366h35HYPERLINKl_Toc2632593675總結(jié)PAGEREF_Toc263259367h36HYPE

9、RLINKl_Toc263259368致謝PAGEREF_Toc263259368h38HYPERLINKl_Toc263259369參考文獻(xiàn)PAGEREF_Toc263259369h391緒論1.1引言LCD（LiquidCrystalDisplay），中文是液態(tài)晶體顯示器，簡稱為液晶顯示器。早在19世紀(jì)末，奧地利植物學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了液晶，即液態(tài)的晶體，也就是說一種物質(zhì)同時具備了液體的流動性和類似晶體的某種排列特性1。到20世紀(jì)60年代，人們發(fā)現(xiàn)給液晶充電會改變它的分子排列，繼而造成光線的扭曲或折射。這種在電場的作用下，液晶分子的排列會產(chǎn)生變化，從而影響到它的光學(xué)性質(zhì)，這種現(xiàn)象叫做液晶的電光效應(yīng)

10、。人們也因此引發(fā)了發(fā)明液晶顯示設(shè)備的念頭。世界上第一臺液晶顯示設(shè)備出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初，被稱之為扭曲向列液晶顯示器TN-LCD（TwistedNematic-LiquidCrystalDisplay）。盡管是單色顯示，它仍被推廣到了電子表、計算器等領(lǐng)域。近年來液晶顯示器發(fā)展迅速，與傳統(tǒng)的陰極射線管CRT（CathodeRayTube）顯示器相比，LCD不但體積小，厚度薄，重量輕、耗能少、工作電壓低并能直接與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）集成電路匹配。由于優(yōu)點(diǎn)眾多，LCD從1998年開始進(jìn)入臺式機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。逐步取代笨重

11、的CRT顯示器，目前已成為主流的顯示設(shè)備。眾所周知，由于液晶分子不能自己發(fā)光，所以，液晶顯示器需要靠外界光源輔助發(fā)光。背光源作為液晶顯示器最重要的內(nèi)部組件之一，其技術(shù)的進(jìn)步一直是支撐整個液晶顯示產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的重要動力。近年來，隨著更多光源技術(shù)的出現(xiàn)，這一領(lǐng)域呈現(xiàn)出眾多的新特點(diǎn)新規(guī)律，眾廠商也先后推出多種采用新型背光源技術(shù)的液晶產(chǎn)品2。背光源的發(fā)展可以追朔到二戰(zhàn)時期，當(dāng)時用超小型鎢絲燈作為飛機(jī)儀表的背光源，這是背光源發(fā)展的初始階段。進(jìn)入60年代，出現(xiàn)了粉末電致發(fā)光的背光源，80年代研制出半導(dǎo)體發(fā)光二極管背光源LED-BLU(LightEmittingDiode-BacklightingUnit)

12、。之后，隨著液晶顯示器等非自主發(fā)光器件的發(fā)展，需要大尺寸、長壽命的背光源模組提供光，冷陰極熒光燈背光源CCFL-BLU（ColdCathodeFluorescentLamp-BacklightingUnit）應(yīng)運(yùn)而生。目前在LCD背光源中廣泛運(yùn)用的光源為CCFL和LED。TV(Television)、筆記本電腦、手機(jī)、便攜式數(shù)字多功能光盤DVD(DigitalVersatileDisc)播放器、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和個人數(shù)碼助理PDA(PersonalDigitalAssistant)是推動LCD背光源需求的主要動力，同時，這類產(chǎn)品在汽車導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用正在增長。在大、中尺寸的LCD顯示屏應(yīng)用中，

13、LED和CCFL背光一直在相互競爭。目前看來，大尺寸LCD廠商多采用CCFL背光，小尺寸顯示屏則主要使用LED背光。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢2LCD是目前平板顯示領(lǐng)域中成熟度最高、發(fā)展最快、應(yīng)用面最廣、市場價值最大的一項技術(shù)，涉及半導(dǎo)體、光學(xué)、微電子、化學(xué)材料、精密機(jī)械等眾多高科技領(lǐng)域。其制造產(chǎn)業(yè)，歷經(jīng)20年的快速發(fā)展，目前已成為一個規(guī)模龐大的新興高科技產(chǎn)業(yè)。目前可達(dá)到300-400cd/m2的亮度和17ms的響應(yīng)速度；尺寸跨度從0.5寸的手表用液晶芯片至到65寸的液晶電視；分辨率從早期的VGA(640 x480)發(fā)展到現(xiàn)在的QUXGA(32002400)。到2010年，LCD面板繁榮再

14、現(xiàn)，產(chǎn)值增長18.7%，達(dá)764億美金，特別是HYPERLINK/TECHTERM/ART/LCD+TV.HTMLCD-TV持續(xù)發(fā)燒，年增長20%，挑戰(zhàn)1.5億臺。目前產(chǎn)業(yè)基地主要集中于日本、韓國和我國的臺灣地區(qū)。1.2.1國外研究現(xiàn)狀345日本是世界上LCD產(chǎn)業(yè)最發(fā)達(dá)的國家，也是全球最大的液晶顯示器模塊生產(chǎn)基地之一。全球十大LCD廠家日本占其七，其中SHARP公司占據(jù)了全球LCD市場相當(dāng)可觀的份額。2000年，日本TFT-LCD的產(chǎn)值已超過110億美元，大多數(shù)著名的制造商在鄰近的國家和地區(qū)都設(shè)有海外工廠。日立等六大日本電子廠家聯(lián)合出資設(shè)立了“液晶高端技術(shù)開發(fā)中心”，其工作目標(biāo)有兩個：一是開發(fā)

15、節(jié)能型生產(chǎn)技術(shù)，減少裝置的制造工序，力爭將制造過程中的電力消耗減少50；二是開發(fā)超薄和耗電少的液晶顯示裝置。在制造液晶顯示裝置方面，日本占有一定優(yōu)勢目前日本在LCD的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模方面總體上居世界領(lǐng)先地位，索尼、三洋和愛普生公司都已生產(chǎn)出分辨率達(dá)到1366768或者1280720的LCD前投影機(jī)，索尼、Zenith和松下公司也都生產(chǎn)出5060英寸的LCD背投電視。但由于韓國的生產(chǎn)成本低廉，日本產(chǎn)品的國際競爭力近年來相對地削弱了，迫使他們不得不調(diào)整產(chǎn)業(yè)政策，轉(zhuǎn)向中小面板領(lǐng)域發(fā)展。日本廠家設(shè)立新的研發(fā)機(jī)構(gòu)，目的就在于組成聯(lián)合陣線，以新的技術(shù)和產(chǎn)品奪回失去的國際市場份額。韓國LCD生產(chǎn)企業(yè)以三星、

16、LG和現(xiàn)代為代表的發(fā)展極其迅速，擁有自主的知識產(chǎn)權(quán)已成為韓國廠商核心競爭優(yōu)勢的一個重要組成部分。其發(fā)展戰(zhàn)略是建立國際上最高水平的液晶顯示器產(chǎn)業(yè)，不惜巨資引進(jìn)先迸的設(shè)備和技術(shù)，力圖在短時期內(nèi)建立先進(jìn)的產(chǎn)業(yè)基地。為打破日本的壟斷，他們從1997年開始相繼投入20多億美元，興建TFT-LCD工廠，并且年增長率高達(dá)1386，2000年產(chǎn)值已超過58億美元。在大尺寸LCD方面，LG、Philips和三星僅2000年就投入20億美元建第五代生產(chǎn)線。據(jù)市場調(diào)查機(jī)構(gòu)DisplaySearch表示，三星電子和LG電子2009年第三季度在全球液晶電視市場上的合計占有率為33.4%，大幅領(lǐng)先占有率僅為17.4%的日

17、本企業(yè)（索尼、夏普）。日本企業(yè)原地踏步的同時，韓國企業(yè)的占有率比第二季度增加了2.8個百分點(diǎn)。美國曾經(jīng)是LCD技術(shù)的發(fā)源地，但是目前其LCD產(chǎn)業(yè)談不上規(guī)模，無法與日韓相比。其他歐洲國家LCD的產(chǎn)業(yè)規(guī)模也不大。這并不是歐美國家缺乏資金和技術(shù)，而是他們認(rèn)為自己做LCD模塊不如買日韓的成品劃算。在背光源系統(tǒng)開發(fā)方面，美國的3M公司(MinnesotaMiningandManufacturingCorporation)發(fā)展卓著，它是世界著名的產(chǎn)品多元化跨國企業(yè)。其利用創(chuàng)新的顯示增強(qiáng)薄膜技術(shù)開發(fā)的光學(xué)增亮膜系列產(chǎn)品，滿足了手持產(chǎn)品彩色顯示屏的增光需求。在顯示屏的背光源中采用新技術(shù)，包括微復(fù)制棱鏡薄膜、多

18、層反射型偏光片、精密涂布和各種薪型材料，顯著增強(qiáng)了背光照明的亮度，提高了顯示均勻性。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀6在我國，臺灣省的LCD產(chǎn)業(yè)發(fā)展最快，它也是全球液晶顯示器的重要生產(chǎn)基地。當(dāng)?shù)氐囊壕э@示器公司和它們的海外生產(chǎn)線現(xiàn)已幾乎占全球液晶顯示器模塊營業(yè)額的30。2000年臺灣的LCD總產(chǎn)值已超過27億美元，排名世界第三。2009年中小尺寸薄膜場效應(yīng)晶體管液晶電視TFT-LCD（ThinFilmTransistor-LiquidCrystalDisplay）出貨量季增長率達(dá)40.5%，創(chuàng)2007年第3季以來新高，總出貨量更創(chuàng)史上新高6。其主要液晶顯示器廠商有元太、聯(lián)友、瀚宇、達(dá)基、奇美、廣輝、統(tǒng)寶

19、、中華映管及南亞等。主要海外市場為美國、歐洲和東南亞。臺灣的崛起，除利用了市場機(jī)遇外，政府的大力扶持、相對完備的電子產(chǎn)業(yè)體系以及先進(jìn)的半導(dǎo)體制造能力等因素都不可忽視。我國大陸的液晶顯示器產(chǎn)業(yè)在時間上基本與世界保持同步，時滯不是很明顯。通過政府的產(chǎn)業(yè)政策引進(jìn)生產(chǎn)線和投資，我國的液晶顯示業(yè)已經(jīng)形成，但發(fā)展根基不夠牢靠，其中的深圳天馬、無錫夏普、廣電電子、上海海晶、鞍山三特、汕頭超聲、吉林紫晶、京東方等是我國處于領(lǐng)先優(yōu)勢的液晶企業(yè)。2004年以來，我國的LCD出口保持持續(xù)快速地增長。目前為世界最大的LCD生產(chǎn)國?，F(xiàn)階段我國的LCD顯示產(chǎn)業(yè)處于一個機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的關(guān)鍵時期，作為全球最大的消費(fèi)類電子市場

20、，處于盡可能的接近客戶及降低成本的考慮，整個面板制造產(chǎn)業(yè)尤其是低端的PC類面板向大陸轉(zhuǎn)移的趨勢不會改變。如何以國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整為契機(jī)，在未來發(fā)展空間已完全打開的局面下，打造以自主知識產(chǎn)權(quán)為基礎(chǔ)的核心競爭力，摸索出一條適合自身的產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大的可行之路，是目前我國大陸廠商需要理性思考的問題。我國LCD背光組件的生產(chǎn)廠家主要集中在廣東，很多塑膠廠想進(jìn)入這個行業(yè)，但成功的并不多。最大原因在于他們不具備高精細(xì)加工技術(shù)與設(shè)備和開發(fā)設(shè)計人才。就拿導(dǎo)光板而言，目前該產(chǎn)品基本由日本和韓國所壟斷，國內(nèi)的日資背光源企業(yè)導(dǎo)光板均100來自日本國內(nèi)，國內(nèi)基本還沒有廠家生產(chǎn)導(dǎo)光板和日本背光源企業(yè)直接配合。福建上潤光電技術(shù)

21、有限公司有著深厚的鐘表、儀表產(chǎn)品的精密加工基礎(chǔ)，其具有高精密細(xì)加工設(shè)備及技術(shù)人才基礎(chǔ)。上潤著力開發(fā)彩屏液晶用背光模組的設(shè)計、加工與裝配工藝，其開發(fā)的雙面V槽導(dǎo)光板設(shè)計與加工技術(shù)已擁有自主知識產(chǎn)權(quán)7。1.2.3發(fā)展趨勢8高亮度一般液晶顯示器的背光模組大都是采端面照光的方式，由導(dǎo)光板、擴(kuò)散膜、反射膜及冷陰極管等所構(gòu)成的。筆記本用顯示器特性上要求輕薄、低耗電，但對視角要求并不十分嚴(yán)格。上述背光模組由于擴(kuò)散膜的作用，出射指向性非常差，對大部分時候只需從正面看的小型液晶而言，光的使用效率并不高。因此，如果在擴(kuò)散膜上加上具有聚光作用的棱鏡膜，則可增加出射光的方向性，達(dá)到提高幣面亮度的目的。一體化對背光模組

22、制造商而言，降低成本的方法不外乎將模組構(gòu)造簡化，采用所謂一體化的設(shè)計，比如將擴(kuò)散膜、棱鏡膜等的功能整合到導(dǎo)光板之中。尺寸多元化及輕便化隨著國際IT行業(yè)迅速發(fā)展，使得相關(guān)LCD行業(yè)不斷推陳出新，LCD產(chǎn)品尺寸朝多元化和輕便化方高發(fā)展，背光源作為LCD產(chǎn)品的核心組件之一勢必配合此發(fā)展趨勢，致力于產(chǎn)品的多元化和輕便化。1998-2007年的全球背光模組應(yīng)用分布，如圖1-1所示。圖1-11998-2007年的全球背光模組應(yīng)用分布狀況圖1.3本論文的背景及目的本文作者已簽約寧波奇美電子有限公司，該公司是專業(yè)生產(chǎn)TFTLCD（ThinFilmTransistorLiquidCrystalDisplay薄膜

23、液晶顯示屏）的后段模塊（LCM），本人畢業(yè)后主要從事背光模組的設(shè)計工作。本選題緊密結(jié)合今后的工作，所以是非常有實(shí)際意義的。在畢業(yè)設(shè)計期間，本人又在寧波奇美電子有限公司參加了兩個月的實(shí)習(xí)，因而獲得了背光源生產(chǎn)的實(shí)際知識，對完成畢業(yè)設(shè)計和本文的撰寫有極大的幫助。本論文要完成的任務(wù)是：（1）LCD背光源相關(guān)知識介紹；（2）光源設(shè)計軟件TracePro簡介；（3）基于TracePro軟件的直下式背光源模擬設(shè)計；（4）全文總結(jié)。2CCFL背光源研究2.1引言作為背光源模塊的光源，LED因為有著一些CCFL無法達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)，所以其市場潛在著無限商機(jī)。但考慮到成本問題，目前無法降低到普通用戶能接受的水平。所以

24、CCFL在中低檔產(chǎn)品中還在廣泛地運(yùn)用。以下的介紹和設(shè)計都是基于CCFL的。目前在LCD面板中常用的BLU，按光源設(shè)置位置來分，可分為側(cè)光式和直下式。直下式BLU一般用在大型TV上，從下到上的結(jié)構(gòu)依次是金屬背板、反射片、CCFL燈管組、擴(kuò)散板、下擴(kuò)散片、上擴(kuò)散片、增亮膜。上擴(kuò)散片與增量膜的位子不固定6。圖2-1直下式背光源結(jié)構(gòu)圖側(cè)光式一般用在Notebook、Moniter、小型TV上。從下到上的結(jié)構(gòu)依次是：金屬背框、反光片、CCFL燈管、導(dǎo)光板、下擴(kuò)散片、增光片（Notebook：水平方向及垂直方向各一張，Monitor和TV：單張水平）、上擴(kuò)散片。圖2-2雙燈管側(cè)光式背光源結(jié)構(gòu)圖2.2BLU

25、的元器件介紹2.2.1CCFLCCFL燈管內(nèi)部含有稀有氣體Ar或Ar+Ne,還有少量的Hg蒸氣，燈內(nèi)壓強(qiáng)通常在220kPa之間。當(dāng)燈管于電極兩端加上足夠高的電壓后，將會產(chǎn)生氣體放電，導(dǎo)致形成電離和激發(fā)的分子。被激起的分子，當(dāng)它回到基態(tài)時就會產(chǎn)生紫外線輻射(主要波長為253.7nm與185nm)，并被釋放出來。熒光體因吸收這個波長的紫外線，將紫外線的能量變換為可視光線而造成發(fā)光9。圖2-3是CCFL的結(jié)構(gòu)原理圖。圖2-3CCFL的結(jié)構(gòu)原理圖CCFL的制作流程如下。玻璃管裁切玻管洗凈、干燥玻璃內(nèi)部廢氣清除玻管端面燒鈍熒光體涂布燒成涂布玻管選別熒光體剝除電極固定電極封止置放活性金屬塊排氣封合活性金屬

26、析出封止切斷活性金屬擴(kuò)散點(diǎn)燈選別特性檢查點(diǎn)燈檢查入庫出貨。2.2.2反射片（Reflectorfilm）反射板功能是將未被散射的光源反射再進(jìn)入光傳導(dǎo)區(qū)內(nèi)，其本身對光源亦稍微有散射的效應(yīng)；在側(cè)光式大型的背光模塊，為降低燈管入光處的輝線效應(yīng)，常在反射板對應(yīng)燈管入光處做消光設(shè)計，得到較佳的外觀效果及均一性。圖2-4是反射片的工作原理圖。圖2-4反射片的工作原理圖常用的反射片由PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)和TiO2(二氧化鈦)組成7，一般的加工結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。圖2-5反射片的加工結(jié)構(gòu)圖圖中E60L：發(fā)泡性PET+TiO2，為Toray專利，ALorWhitecoating:高反射層,于里面增加反

27、射層以防止光源由底層射出、使反射效率提高。2.2.3導(dǎo)光板LGP（LightGuidePlate）導(dǎo)光板在背光內(nèi)將點(diǎn)光源或線光源轉(zhuǎn)換成面光源，它運(yùn)用了折射、透射與全反射的原理。利用全反射原理將靠近LGP一端的光線傳送到另一端。當(dāng)光線射到導(dǎo)光點(diǎn)時，光線被打散，不滿足全反射條件的光線折射出LGP。部分從LGP反面射出的光線通過反射片的作用反射回導(dǎo)光板。圖2-6是導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)原理圖。圖2-6導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)原理圖常見的導(dǎo)光板外形上分為平板狀和楔形狀，分別如圖2-7所示。平板狀導(dǎo)光板用在雙燈管背光源中，兩根燈管放在導(dǎo)光板兩端，所以其背面網(wǎng)點(diǎn)是中間大兩端小。楔形狀導(dǎo)光板用在單燈管背光源中，燈管放在楔形板底部端，

28、靠近燈管的網(wǎng)點(diǎn)小，遠(yuǎn)離燈光的網(wǎng)點(diǎn)大，導(dǎo)光板網(wǎng)點(diǎn)分布圖如圖2-8所示。圖2-7導(dǎo)光板截面圖圖2-8單燈管和雙燈管導(dǎo)光板的背面網(wǎng)點(diǎn)分布圖導(dǎo)光板材質(zhì)的物理特性有如下幾個方面的要求。高折射率；高全光透過率；高耐熱變形溫度；高表面硬度；低吸水率；低熱膨脹率。導(dǎo)光板有印刷式和非印刷式兩種形成方式10。印刷式的工藝流程如圖2-9所示。圖2-9印刷式制程圖非印刷式工藝流程如圖2-10所示。圖2-10非印刷式制程圖2.2.4擴(kuò)散板（DiffuserPlate）1112擴(kuò)散片的主要功能是將光線均勻化，避免產(chǎn)生LampMura（mura本來是一個日本字，是指顯示器亮度不均勻,造成各種痕跡的現(xiàn)象）。支撐BLU的膜材料

29、。擴(kuò)散板大多使用在直下式BLU上，主要應(yīng)用于光源均勻擴(kuò)散的產(chǎn)品中,具有耐熱性、尺寸安定性、機(jī)械的強(qiáng)度、耐燃性等良好性能，并有高光線透過率，使光線通過它擴(kuò)散效果達(dá)到最佳狀態(tài)。圖2-11擴(kuò)散板原理圖制造擴(kuò)散板的材料常用的有PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，又稱壓克力)系對色度、黃化之影響較小，但容易吸濕且薄板強(qiáng)度較差。PC(聚碳酸酯)系薄板強(qiáng)度及尺寸較穩(wěn)定，但對色度、黃化之影響較大。GLASS(玻璃)系為目前最佳設(shè)計，但成本最高。2.2.5擴(kuò)散片（DiffuserFilm）1112擴(kuò)散片有以下幾個方面的作用。擴(kuò)散片將光源均勻化(將并列的燈源作均勻化呈現(xiàn))遮蔽效果(遮蔽導(dǎo)光板印刷網(wǎng)點(diǎn)或燈管黑影)；增加輝度

30、(提高亮度)；光線整理(改變光源的行徑路線)；改善視角(往往取決于上擴(kuò)散片的功能)。擴(kuò)散片將穿透過去的光源產(chǎn)生穿透折射及散射，以達(dá)到光均勻化處理的目的，如圖2-12所示。圖2-12擴(kuò)散片的擴(kuò)散原理圖擴(kuò)散片用在增光片下方時為下擴(kuò)散片，下擴(kuò)的主要功能是集光、遮蔽網(wǎng)點(diǎn)或線光源；用在增光片上方是為上擴(kuò)散片，上擴(kuò)的主要功能是高光穿透能力、保護(hù)增光片、改善視角、增加光源柔和性。擴(kuò)散片的物理特性主要有以下幾點(diǎn)。全光線透過率：光能量的傳達(dá)率；平行光透過率：出射光的分布中央偏在率；擴(kuò)散透過率：出射光的分布中央不偏在率；色變化：顏色的變化，色度坐標(biāo)X、Y的變化；霧度：(擴(kuò)散光量/全光線透過量)100%。圖2-13

31、是霧度概念示意圖。圖2-13霧度概念示意圖擴(kuò)散片的制造工藝是以PET為基材，將PET材料注塑成型成薄片狀，再在表面涂布高品質(zhì)的樹脂材料，使其具有良好的擴(kuò)散和透射功能。主要廠商有Tsujiden、Keiwa、Kimoto、SKC、宣茂、惠和等幾大公司。圖2-14是擴(kuò)散片的結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看出擴(kuò)散片由光擴(kuò)散面、PET樹脂、密著防止層三部分組成。這三部分的作用分述如下。光擴(kuò)散面：將光線打散，起到均勻化的作用。PET樹脂：作為基材。密著防止層：防止靜電吸附。圖2-14擴(kuò)散片的結(jié)構(gòu)圖2.2.6增亮膜13當(dāng)背光模塊所能提供的輝度不足時，則會在背光模塊中放置增亮膜，常見的增亮膜包含有棱鏡片BEF(Brig

32、htnessEnhancementFilm)、偏光反射片DBEF（DualBrightnessEnhancementFilm）等，現(xiàn)分述如下。BEF的工作原理如圖2-15所示。利用棱鏡，將來自擴(kuò)散片的光集中產(chǎn)生聚光效果，以提高面板正面的光線輝度。一般都放在上下擴(kuò)散片之間。棱鏡膜由基層和棱鏡層組成，兩層的材料分別是PET和PMMA。圖2-15BEF的原理圖DBEF的工作原理如圖2-16所示。DBEF是偏光反射片，將光線偏極化后，回收光線再利用，作為增加亮度之用。P光可以直接透過DBEF，但絕大部分S光會被DBEF反射回背光源，經(jīng)過背光源各層材料后，S光被消偏振，成為全偏振光（P光S光）后重新出射

33、背光源，被循環(huán)加以利用。所以，DBEF是利用原先被傳統(tǒng)吸收型偏光片吸收的50光線來增加亮度的，而且是全視角、全方位的增加。與棱鏡膜的增亮方式相比，DBEF在增亮的同時，對視角沒有影響，一般都放在擴(kuò)散片上面。圖2-16DBEF的工作原理圖制造流程圖如圖2-17所示。圖2-17增亮膜制造流程圖典型產(chǎn)品如表2-1所示。表2-1光耀的產(chǎn)品表產(chǎn)品名稱產(chǎn)品型號產(chǎn)品說明上合一棱鏡片KL26series采用雙涂設(shè)計，整合上擴(kuò)散片與棱鏡片功能霧化棱鏡片KL58series棱鏡波谷微結(jié)構(gòu)設(shè)計，提供產(chǎn)品帶有擴(kuò)散，遮瑕之效果NormalBEFKL66series具有高低差棱鏡設(shè)計，可避免Wet-out現(xiàn)象HighGa

34、inBEFKL77series高折射率UV膠配方，進(jìn)而提高輝度增益效果零度裁切棱鏡片KL88series不同棱鏡高度，閑距設(shè)計，可改善棱鏡結(jié)構(gòu)與面板之干涉Moire現(xiàn)象2.3小結(jié)背光模塊是液晶顯示器中可或缺的組件之一，而組成模塊的光學(xué)元器件的導(dǎo)光板、擴(kuò)散板及各種膜材料是左右整體光源使用效高低的重要因素，所以如何獲得導(dǎo)光板、擴(kuò)散板及各種膜材料的最佳化結(jié)構(gòu)設(shè)計，是所有相關(guān)人員努的方向。3光源設(shè)計軟件TracePro簡介14153.1TracePro簡介16TracePro是美國LambdaResearchCo所開發(fā)的一套光學(xué)仿真軟件，是一套普遍用于照明系統(tǒng)、光學(xué)分析、輻射度分析及光度分析的光學(xué)仿真

35、軟件。與其它的光學(xué)設(shè)計軟件相比，TracePro既具有真實(shí)立體模型的建模方法，又兼具強(qiáng)大的光學(xué)分析功能。尤為可貴的是，它是第一套以符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的ACIS(立體模型繪圖軟件)技術(shù)為核心的光學(xué)軟件。到目前為止，LambdaResearchCo.已經(jīng)推出TTracePro的四種版本，如下所述。Rc：只能模擬反射式照明系統(tǒng)；Lc：可以分析較少量組件數(shù)與光源數(shù)的發(fā)光及照明系統(tǒng)；Standard：標(biāo)準(zhǔn)配置，可分析大部分照明及光學(xué)系統(tǒng)；Expert：增加RepTile（鱗甲）功能，方便設(shè)計多且重復(fù)的物件(Object)，如菲涅耳透鏡（FresnelLens）。其中，RepTile是TracePro的一個特別

36、算法，能定義數(shù)千甚至數(shù)百萬表面的特性。此算法能很快的定義表面任一區(qū)域，從點(diǎn)、到棱鏡、到Fresnel等結(jié)構(gòu)，來漫射、反射或折射進(jìn)入的光線。Reptile的獨(dú)特性能在于當(dāng)光線切入表面時，所計算的是“動態(tài)(oNthefly)”表面；而正因為所刨造的是動態(tài)的表面，所以RepTile的幾何架構(gòu)并不會存成CAD表面的形式。這樣可以節(jié)省大量檔案空間以及處理光線與數(shù)百萬表面相切的時間。使得TracePro得以數(shù)分鐘而非數(shù)天的時間來分析背光系統(tǒng)。TracePro具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域能模擬所有的類型的顯示系統(tǒng)、照明系統(tǒng)，從背光到前光、光管、光纖以及LCD投影系統(tǒng)，目前廣泛應(yīng)用于汽車照明系統(tǒng)（前頭等、尾燈、內(nèi)部及儀

37、表照明）、望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)、紅外線成像系統(tǒng)、導(dǎo)光管、投影顯示系統(tǒng)、背光源系統(tǒng)等。設(shè)計一個照明系統(tǒng)，首要任務(wù)是建立一個實(shí)體模型，TracePro跟3D實(shí)體模型的兼容性非常的高，可以將AutoCAD、MechanicalDesktop、CADKEY等機(jī)械制圖軟件設(shè)計的模型直接導(dǎo)入，也可從非ACIS內(nèi)核的光學(xué)設(shè)計程序（OSLO、ZEMAX、CodeV等）導(dǎo)入光學(xué)鏡頭。除此之外，你也可以自己創(chuàng)建一立體模型，TracePro自帶的建模功能，可以建立塊，柱，錐，球面和薄板，也允許你建立在光機(jī)一體機(jī)中常見的光學(xué)元件，如菲涅耳透鏡（Fresnellens），反射體（reflector），燈管（tube）等。一些

38、非規(guī)則的復(fù)雜模型，可通過布爾運(yùn)算建立，布爾運(yùn)算包含：相交，相減，聯(lián)合。通過Sweep（填充延伸）和Revolve（旋轉(zhuǎn)）命令對可以模型進(jìn)行修改。不僅如此，TracePro還具有強(qiáng)大的物件(Object)編輯功能，移動、選裝、縮放、剪切、復(fù)制、粘貼、插入等操作都非常方便直觀，操作風(fēng)格與Windows基本相同。作為光學(xué)仿真軟件，實(shí)際物體與仿真結(jié)果中的光線的分布與光強(qiáng)一致或基本相同，才有實(shí)際意義。TracePro用“普適光線追跡”技術(shù)來追跡光線，這種技術(shù)允許你引入光線到一個模型，而在物件和表面相交處并沒有引起額外的損失。在每個交點(diǎn)，個體光線遵從吸收、反射、折射、衍射和散射定律。符合實(shí)際的光路走向，使

39、所設(shè)計的模型都能正確的分析出來。TracePro同時還具有強(qiáng)大的光學(xué)分析功能。分析菜單提供多種方法來顯示光線追跡數(shù)據(jù)。DisplayingRays（顯示光線）和RaySorting（選擇光線），讓你觀察數(shù)據(jù)是否是你期待的結(jié)果。IrradianceMaps（光照分析圖）、RayTables（入射光線表格）和PolarizationMaps（光偏正分析圖）提供每一個表面的模擬結(jié)果。CandelaPlots（光強(qiáng)分布圖）顯示模型中光線數(shù)據(jù)的角度分配。VolumeFluxViewer（光通量）能夠觀察模型內(nèi)部的流量分布。ReportsMenu（報告菜單）幫助你完成分析光線數(shù)據(jù)和模型的多種報告形式。To

40、ols(工具)菜單包括附加的功能來幫助你完成光線追跡結(jié)果。3.2TracePro操作流程3.2.1建立直下式背光源模型1617直下式背光源如前文介紹，由反射片、燈光組、擴(kuò)散板、擴(kuò)散片、增光片等組成，在本設(shè)計中，我先用TracePro模擬設(shè)計BLU的各個組成部分，再將各個部分搭建在一起。當(dāng)然你也可以在同一文檔中搭建BLU的元件，我采用分散設(shè)計，最終搭建的方法是為了方便進(jìn)行后面的分析比較。打開TracePro，點(diǎn)擊桌面TracePro快捷方式或使用開始程序TracePro。創(chuàng)建反射背板。從“插入”下拉菜單中，選擇“插入基本幾何體”命令。選擇“薄板”模型，輸入四點(diǎn)坐標(biāo)（-442.8,229.075,

41、0）（-442.8,249.075,20）（-442.8，-249.075,20）（-442.8，-229.075,0）。點(diǎn)擊“插入”，創(chuàng)建薄板1。圖3-1創(chuàng)建薄板選擇薄板的表面0，點(diǎn)擊右鍵選擇“填充延伸”選項。輸入長度=885.6，角度=0；選擇自定義拉伸方向（1,0,0）。所得結(jié)果如圖所示。圖3-2表面拉伸定義反射面板表面屬性。選擇薄板面0、1、3、4、5，點(diǎn)擊右鍵選擇“屬性”項，在表面選項卡中，選擇PerfectMirror，點(diǎn)擊應(yīng)用。圖3-3設(shè)置表面屬性將薄板1重命名為反射背板，這樣反射背板就創(chuàng)建完成。創(chuàng)建燈管組從“插入”下拉菜單中，選擇“插入基本幾何體”命令。選擇“圓柱/圓錐”模型，

42、選擇圓柱選項，主半徑=2，長度=880，底部位置（-442.8,225,4），底部轉(zhuǎn)向（0,90,0），點(diǎn)擊“插入”，創(chuàng)建圓柱1。圖3-4插入圓柱新增燈管表面屬性。選擇圓柱1的表面0，點(diǎn)擊右鍵選擇“屬性”項，在表面選項卡中，選擇FluorWhie，點(diǎn)擊應(yīng)用。新增表面光源屬性到燈管。在應(yīng)用特性對話框中選擇“表面光源”選項卡。選擇光源形式為光通量，光通量=30流明，總光線數(shù)=1000，場角分布為Lambertian發(fā)光場型。點(diǎn)擊“應(yīng)用”，表面光源創(chuàng)建完成。圖3-5創(chuàng)建表面光源將圓柱1重命名為CCFL，這樣單燈管就創(chuàng)建完成。40寸TV的背光源用到16根CCFL，接下來創(chuàng)建燈管組。選擇CCFL，點(diǎn)擊右

43、鍵，選擇“移動”選項，點(diǎn)擊“相對移動”，輸入中心位置（0，-30,0），點(diǎn)擊復(fù)制。重復(fù)復(fù)制15次，16根燈管就創(chuàng)建完成，結(jié)果如圖所示。圖3-6運(yùn)用位移復(fù)制功能創(chuàng)建燈管組創(chuàng)建擴(kuò)散板從“插入”下拉菜單中，選擇“插入基本幾何體”命令選擇“方塊”模型，輸入X=885.6，Y=498.15，Z=2，中心位置（0,0,21.1），點(diǎn)擊插入，創(chuàng)建方塊1。圖3-7插入方塊設(shè)置方塊1的材料、表面屬性。實(shí)際生產(chǎn)中擴(kuò)散板所用的是散射材料，現(xiàn)在我們要模擬這一散射材料的屬性。新增散射的表面屬性。點(diǎn)擊定義編輯材質(zhì)表面材質(zhì)，進(jìn)入表面材質(zhì)編輯器。圖3-8進(jìn)入表面材質(zhì)編輯對話框的路徑在表面材質(zhì)編輯器中，點(diǎn)擊新增特性，在彈出對話

44、框中輸入表面特性名稱：LambertianDiffuser,散射模型選擇Abg函數(shù)，溫度=300，波長=0.5，點(diǎn)擊確定。圖3-9編輯表面屬性將吸收率改為0，在求解下拉菜單中選擇BTDF（雙向穿透式散射函數(shù)），BTDF是一種表面穿透式散射函數(shù)，其值受A、B、g三個系數(shù)來決定。設(shè)置完成后，點(diǎn)擊保存即可，這樣新增的這個表面屬性就在TracePro的數(shù)據(jù)庫中。圖3-10編輯好的散射表面屬性應(yīng)用新增的散射表面屬性，創(chuàng)建漫射體。選擇方塊1的表面1（方塊1的內(nèi)面），應(yīng)用新增的散射表面屬性。方法跟前面的設(shè)置表面屬性的相同，這里不再重復(fù)。將方塊1的材料屬性設(shè)置為PlasticAcrylic，表面0的面屬性為P

45、erfectTransmitter。將方塊1重命名為擴(kuò)散板，這樣擴(kuò)散板就創(chuàng)建完成。創(chuàng)建擴(kuò)散片從“插入”下拉菜單中，選擇“插入基本幾何體”命令。選擇“方塊”模型，輸入X=885.6，Y=498.15，Z=0.23，中心位置（0,0,22.315），點(diǎn)擊插入，創(chuàng)建方塊1。將方塊1的表面0設(shè)置為PerfectTransmitter，表面1設(shè)置為LambertianDiffuser。將方塊1重命名為下擴(kuò)，這樣下擴(kuò)散片就創(chuàng)建完成。圖3-11創(chuàng)建完成的下擴(kuò)散片上擴(kuò)散片的創(chuàng)建方法與下擴(kuò)散片的創(chuàng)建方法類似。創(chuàng)建增光片18創(chuàng)建增光片要用到TracePro的Expert版本中的Reptile(鱗甲)功能。選擇主菜

46、單中的點(diǎn)擊定義編輯材質(zhì)鱗甲材質(zhì)，進(jìn)入鱗甲材質(zhì)編輯器。圖3-12進(jìn)入鱗甲材質(zhì)編輯器的路徑點(diǎn)擊新增特性，鱗甲特性名稱：BEF90-50,變化方式為常數(shù)，幾何形狀為Prism,磚格排法為Rectangle。點(diǎn)擊確定。Y(0)和Y（1）角度都為45，X（0）和X（1）角度都為80。設(shè)置完成后，點(diǎn)擊保存即可，這樣新增的這個鱗甲屬性就在TracePro的數(shù)據(jù)庫中。圖3-13鱗甲材質(zhì)編輯對話框從“插入”下拉菜單中，選擇“插入基本幾何體”命令。選擇“方塊”模型，輸入X=885.6，Y=498.15，Z=0.4，中心位置（0,0,22.73），點(diǎn)擊插入，創(chuàng)建方塊1。將方塊1的表面0和表面1的面屬性都設(shè)置為Per

47、fectTransmitter。將方塊1的材料屬性設(shè)置為PlasticAcrylic。在表面0上運(yùn)用鱗甲功能。選擇方塊1的表面0，點(diǎn)擊右鍵選擇“屬性”項，在鱗甲選項卡中，選擇VikuitiBEF90-50，表面屬性為PerfectTransmitter，邊界范圍為885*498，邊界中心（0.，0,22.93），鱗甲原點(diǎn)（0.，0,22.93），鱗甲指上向量（0,1,0），邊界指上向量（0,1,0），點(diǎn)擊應(yīng)用，這樣鱗甲屬性已經(jīng)運(yùn)用到方塊1的表面0上。圖3-14運(yùn)用鱗甲材質(zhì)屬性圖3-15運(yùn)用鱗甲材質(zhì)的表面的效果圖將方塊1重命名為lens，這樣下增光片就創(chuàng)建完成。創(chuàng)建觀察屏從“插入”下拉菜單中，選

48、擇“插入基本幾何體”命令。選擇“方塊”模型，輸入X=885.6，Y=498.15，Z=1，中心位置（0,0,25），點(diǎn)擊插入，創(chuàng)建方塊1。將方塊1的表面1的面屬性都設(shè)置為PerfectAbsorber。將方塊1重命名為觀察屏，這樣觀察屏就創(chuàng)建完成。BLU元件組合在TracePro中新建一個文檔，將反射背板、燈管組、擴(kuò)散板、擴(kuò)散片、增光片依次復(fù)制到新建的文檔中，將該文檔以“BLU模擬設(shè)計”為名保存。圖3-16BLU模擬設(shè)計圖到此為止整個背光源模型已經(jīng)建立完成。3.3.2初始設(shè)定光線追跡選項設(shè)置在主菜單中選擇分析光線追跡選項，進(jìn)入光線追跡選項對話框。點(diǎn)擊“選項”，在輻射單位的下拉菜單中選擇光度學(xué)，

49、點(diǎn)擊應(yīng)用，也可以把這已選擇設(shè)為默認(rèn)值。圖3-17光線追跡選項對話框點(diǎn)擊“波長”，在種類下拉菜單中選擇不連續(xù)波長，默認(rèn)波長為0.5461um,我們插入另外兩個波長，0.7um和0.4358um，根據(jù)RGB三色原理模擬白光，點(diǎn)擊應(yīng)用。圖3-18光線追跡選項對話框點(diǎn)擊“門檻數(shù)值”，在光通量門檻數(shù)中，設(shè)置0.005，點(diǎn)擊應(yīng)用。圖3-19光線追跡選項對話框輻照度/光照度選項設(shè)置在主菜單中選擇分析輻照度/光照度選項，進(jìn)入輻照度/光照度選項對話框。在分析項目的下拉菜單中選擇輻照度，在描繪光線的下拉菜單中選擇吸收，勾選平滑化、梯度顯示和剖面曲線，圖示計數(shù)為20，分辨率為128*128，對稱選無，圖像顏色為黑底

50、彩色顯示彩虹，法線向量為（0,0,1），指上向量為（0,1,0），點(diǎn)擊應(yīng)用。圖3-20輻照度/光照度分析選項對話框CandelaPlots選項設(shè)置在主菜單中選擇分析CandelaPlots選項，進(jìn)入CandelaPlots選項對話框。點(diǎn)擊“方位與光線”，法線向量為（0,0,1），指上向量為（0,1,0），光線選擇：使用所選平面或初射平面的入射光線，對稱選無，點(diǎn)擊應(yīng)用。圖3-21坎德拉分析圖對話框點(diǎn)擊PolarIso-candela(極坐標(biāo)式的燭光圖)，勾選平滑度，值為25，角度間距為90度，勾選自動決定間，勾選數(shù)目，值為10，點(diǎn)擊應(yīng)用。點(diǎn)擊Candela分布，勾選平滑度，值為25，水平方向角度

51、數(shù)目為4，勾選照明燈具格式，照明燈具繪圖寬度為180，角度間距為90度，點(diǎn)擊應(yīng)用。3.3.3光線追跡TracePro允許您選擇不同的模式來保存追跡中的光線。在分析菜單（Analysismenu）底部選擇其中一種模式即可，可以是分析模式（AnalysisMode）或是模擬模式（SimulationMode）。這可以讓您調(diào)和信息的利用量和內(nèi)存的占用量之間的平衡。分析模式產(chǎn)生更多的光線數(shù)據(jù)，但同時也占用更多內(nèi)存容量；而模擬模式產(chǎn)生更少的數(shù)據(jù)但占用更少的內(nèi)存，如果選擇模擬模式，在追跡前必須指定一個出射表面，以便在追跡完后可以看到照度圖。由于我的計算機(jī)的虛擬內(nèi)存不足，無法完成在分析模式下的16000條光

52、線的追跡，所以我采用模擬模式對本設(shè)計進(jìn)行光路追跡。選擇方式。在主菜單下選擇分析仿真模式。圖3-22選擇仿真模式路徑將觀察面的表面1設(shè)置為光出射面。選擇觀察面的表面1，點(diǎn)擊右鍵選擇“屬性”項，在應(yīng)用特性對話框中，選擇光出射面選項卡，勾選光出射面，點(diǎn)擊應(yīng)用。圖3-23光出射面設(shè)置對話框光線追跡。在主菜單中選擇分析開始光線追跡或點(diǎn)擊。圖3-24光線追跡進(jìn)度對話框3.3.4分析光照圖當(dāng)要顯示光照圖時，必須選取一個表面，使得光照圖有圖表的數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊主菜單分析輻照度/光照度分析圖或點(diǎn)擊，顯示光出射面的光照度圖。圖3-25BLU光照圖光強(qiáng)圖（CandelaPlots）點(diǎn)擊主菜單分析CandelaPloteP

53、olarIso-candelaPlots(極坐標(biāo)式的燭光圖)或點(diǎn)擊，顯示極坐標(biāo)式的燭光圖。圖3-26BLU極坐標(biāo)式光強(qiáng)分布圖4基于TracePro軟件的LCD背光源模擬設(shè)計18194.1背光模組整體尺寸的確定本文模擬設(shè)計40寸的液晶電視的背光源。因為大尺寸顯示屏對亮度的要求比較高，所以對于大尺寸顯示器用背光源目前大多數(shù)產(chǎn)品還是沿用了CCFL-直下式背光源技術(shù)。40寸是指電視屏幕實(shí)際顯示區(qū)域的對角線長度，即實(shí)際顯示區(qū)域為885.6(H)mmx498.15(V)mm，1寸=2.54厘米。這里，模擬設(shè)計的背光源外形尺寸選定為885.6(H)mmx498.15(V)mm。圖4-1為直下式背光源（BLU

54、）的結(jié)構(gòu)圖，表4-1為BLU元器件數(shù)據(jù)。圖4-1直下式背光源(BLU)結(jié)構(gòu)圖表4-1BLU元器件數(shù)據(jù)表NOPartHeightorAngle1HousingBark1mm2ReflectorFilm0.2mm3DiffuserPlate2mm4DiffuserFilm(down)0.23mm5BEF0.4mm6DiffuserFilm(up)0.14mmB20mmC4mmD34.075mmE454.2CCFL及反射背板的模擬設(shè)計為了配合背光模組的長寬尺寸，我們設(shè)定CCFL的內(nèi)徑為2mm，有效發(fā)光長度為880mm，燈管表面光通量為100lm。模擬設(shè)計設(shè)置16根CCFL來滿足40寸TV的高亮度要求

55、。圖4-2是16跟并排的CCFL的3D圖。圖4-2CCFL燈光組3D圖利用TracePro對燈管組進(jìn)行光路追跡，圖4-3是燈管組的光路圖。本次模擬每根燈管的追跡光線為10000條，圖中顯示的是1%的光線。圖4-3CCFL燈管組光路圖為了更好地了解燈管的發(fā)光特性利用TracePro軟件給出了燈管在水平和豎直兩個方向上的配光曲線，如圖4-4和圖4-5所示。從曲線中不難看出，燈管組水平方向的最高發(fā)光強(qiáng)度為176.57cd,豎直方向的最高發(fā)光強(qiáng)度為平均發(fā)光強(qiáng)度199.67cd，且豎直方向發(fā)光區(qū)域較散。圖4-4燈管組水平方向發(fā)光強(qiáng)度分布圖圖4-5燈管組豎直方向發(fā)光強(qiáng)度分布圖由于燈管組是向整個空間發(fā)光，導(dǎo)

56、致由燈管組發(fā)出的很大一部分光線根本無法直接進(jìn)入到擴(kuò)散板中。要提高燈管組光線的利用率必須要為燈管組設(shè)置一個反射背板。外框選用AL（鋁）、SECC（電解亞鉛鍍鋅鋼板）等材質(zhì)，其內(nèi)側(cè)面反射面，在TracePro中面屬性設(shè)置為PerfectMirror(鏡面反射，零吸收，零散射)，當(dāng)然這是理想化的設(shè)置，但對模擬設(shè)計的結(jié)果分析影響不大。圖4-6為反射背板加燈管組的3D圖。圖4-6反射背板組合燈管組的3D圖重新對這個組合進(jìn)行光路分析，從圖4-7，我們可以很直觀地觀察到反射背板對燈管組光線的有效收斂和集中。圖4-7反射背板組合燈管組的光路圖從TracePro給出的配光曲線圖（圖4-8和圖4-9）上可以看到，

57、反射背板的的應(yīng)用使燈管組水平方向最大的發(fā)光強(qiáng)度提高到295.54cd，豎直方向最大的發(fā)光強(qiáng)度提高到416.76cd。出光區(qū)域也得到了有效的收斂和集中。圖4-8反射背板組合燈管組水平方向發(fā)光強(qiáng)度分布圖圖4-9反射背板組合燈管組水平方向發(fā)光強(qiáng)度分布圖4.3擴(kuò)散板和擴(kuò)散片的應(yīng)用擴(kuò)散板材質(zhì)是具有一定厚度和強(qiáng)度的散射材料，在第二章中介紹過擴(kuò)散板其中一個作用是避免產(chǎn)生LampMura，圖4-10是TracePro模擬下的LampMura現(xiàn)象。圖4-10TracePro模擬下的LampMura現(xiàn)象圖此次模擬以理想化亞克力材質(zhì)擴(kuò)散板為原型，其折射率為1.49，吸收率為0，透射率為了。將擴(kuò)散板的內(nèi)表面設(shè)置為散射

58、屬性來模擬擴(kuò)散板的擴(kuò)散作用。將未加擴(kuò)散板和加上擴(kuò)散板的背光源光照圖進(jìn)行比較，可以明顯地看出加上擴(kuò)散板后，光線的均勻性更好，從而可以有效減輕LampMura現(xiàn)象。圖4-11未加擴(kuò)散板時出光面的照度圖圖4-12加擴(kuò)散板后出光面的照度圖擴(kuò)散片除了使光線更加均勻化外，還可以提高亮度，上擴(kuò)散片還有保護(hù)增光片的作用。圖4-13是擴(kuò)散片對光線的作用。圖4-13擴(kuò)散片對光線的作用圖經(jīng)過擴(kuò)散片進(jìn)一步改善后，背光源出光面更加均勻。水平發(fā)光強(qiáng)度最大值提高到502.47cd,豎直發(fā)光強(qiáng)度最大值提高到516.95cd,圖4-14加擴(kuò)散板和擴(kuò)散片后出光面的照度圖4.4棱鏡片的設(shè)計與應(yīng)用在設(shè)計棱鏡片時，3M公司的BEF和D

59、BEF系列是當(dāng)之無愧的首選產(chǎn)品。所不同的是應(yīng)用BEF在一定范圍內(nèi)能使光線更加集中但光線利用率不會有提高，而應(yīng)用DBEF不僅能集光還能在一定程度上提高光線利用率。在本設(shè)計中，上下兩片棱鏡片均采用了3M公司的BEF90/50棱鏡片為原型建模并成90度交叉放置即CrossedBEFlI90/50這種設(shè)計對亮度的增益情況和視角效果見圖4-15和圖4-16。圖4-15水平方向上棱鏡片選用與發(fā)光強(qiáng)度關(guān)系曲線圖圖4-16豎直方向上棱鏡片選用與發(fā)光強(qiáng)度關(guān)系曲線圖4.5設(shè)計小結(jié)完成以上步驟直下式背光源模擬設(shè)計基本完成，據(jù)軟件輸出結(jié)果分析對照設(shè)計初的性能預(yù)期，對此次的模擬設(shè)計作出如下小結(jié)：（1）滿足了低成本的設(shè)計

60、要求，減少設(shè)計初期不必要的實(shí)物浪費(fèi)。（2）水平和豎直方向的視角均可達(dá)到45度，達(dá)到設(shè)計初的預(yù)期要求。但對TV而言對水平視角的要求會更高一些，一般要達(dá)到60度。（3）從出光面的光照度圖可以評估所模擬背光源的發(fā)光均勻性較好，達(dá)到設(shè)計初的預(yù)期要求。（4）根據(jù)發(fā)光強(qiáng)度圖可以看到經(jīng)過下擴(kuò)散片和棱鏡片的作用，背光源的發(fā)光強(qiáng)度明顯增大?？偟膩碚f，此次設(shè)計還是成功的，但因為大多數(shù)選取了理想化的數(shù)據(jù)，模擬的結(jié)果只能為定性分析背光源提供依據(jù)。5總結(jié)在液晶顯示這個行業(yè)中，掌握了液晶面板的量產(chǎn)技術(shù)，就意味著將掌握顯示行業(yè)的話語權(quán)。背光模塊作為液晶面板的重要組成零件，提高它的量產(chǎn)技術(shù)就意味著推動了液晶面板的發(fā)展。但遺憾