LED背光模組導(dǎo)光結(jié)構(gòu)之設(shè)計(jì)

1、國立勤益科技大學(xué)精密機(jī)械與製造科技系碩士班LED背光模組導(dǎo)光結(jié)構(gòu)之設(shè)計(jì)Light-GuideStructureDesignforLEDBackLightModule指導(dǎo)教授：黃俊明副教授LED背光模組的基本原理，係將光源所發(fā)出的光線耦合進(jìn)入導(dǎo)光板中，其中部分的光線會直接射出導(dǎo)光板表面進(jìn)入光學(xué)膜片，而另一部份的光線經(jīng)由導(dǎo)光板下表面的微細(xì)凸?fàn)罹W(wǎng)點(diǎn)反射，再經(jīng)由擴(kuò)散片的均光作用與稜鏡片的集光作用，透過簡潔有效的光學(xué)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)化成高亮度且均勻輝度的面光源5如圖1所示。圖1LED背光模組主要光學(xué)元件結(jié)構(gòu)圖文獻(xiàn)回顧在許多相關(guān)文獻(xiàn)中提出，在導(dǎo)光板入光側(cè)使用Vcut溝槽或半圓柱狀透鏡(Lenticular)結(jié)構(gòu)，

2、利用光線通過該擴(kuò)散機(jī)構(gòu)後產(chǎn)生擴(kuò)散效果，來淡化LED所產(chǎn)生的光場不均的現(xiàn)象，能夠使得導(dǎo)光板達(dá)到均勻的輝度。Jee-HongMin在導(dǎo)光板入光處設(shè)計(jì)一種複合式擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是利用折射的原理，由平面形狀以及火焰形狀的造型所組合，當(dāng)光線通過該擴(kuò)散機(jī)構(gòu)後，能夠使得導(dǎo)光板達(dá)到均勻輝唐效果。研究方法本文在探討導(dǎo)光板入光側(cè)結(jié)構(gòu)及導(dǎo)光板底部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，並藉由光學(xué)模擬軟體SPEOS之輔助，達(dá)到LED背光模組的較佳設(shè)計(jì)。入光側(cè)上採用漸變式及非對稱式VCut微結(jié)構(gòu)，改變光線卩進(jìn)入導(dǎo)光板之路徑；導(dǎo)光板底部結(jié)構(gòu)方面，由幾何多邊形之網(wǎng)點(diǎn)微結(jié)構(gòu)，增加出光面的亮度均勻性。本文以兩吋LED背光模組為例，說明以三顆LED作為光源

3、進(jìn)行導(dǎo)光板光跡模擬，將所設(shè)計(jì)的導(dǎo)光板入光結(jié)構(gòu)以及下網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，利用軟體建立背光模組，模擬光線經(jīng)由微結(jié)構(gòu)折射後，光場所能分布之範(fàn)圍。VCut入光結(jié)構(gòu)由圖2所示，當(dāng)導(dǎo)光板使用Vcut結(jié)構(gòu)時，光場會往LED兩側(cè)擴(kuò)散，會產(chǎn)生LED兩側(cè)區(qū)域亮度較高，而中間區(qū)域亮度較低的現(xiàn)象。圖2Vcut結(jié)構(gòu)光線折射圖漸變式Vcut入光結(jié)構(gòu)當(dāng)V-cut結(jié)構(gòu)夾角較小時，光線通過結(jié)構(gòu)後會產(chǎn)生集中現(xiàn)象；當(dāng)Vcut結(jié)構(gòu)夾角較大時，光線會產(chǎn)生擴(kuò)散現(xiàn)象。改變傳統(tǒng)固定式Vcut結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以LED中心為起點(diǎn)，固定結(jié)構(gòu)商距，逐漸往兩側(cè)增加或減少Vcut結(jié)構(gòu)的夾角，如圖3所示。圖3漸變式Vcut入光結(jié)構(gòu)圖6交錯排列方式圖7多邊形網(wǎng)點(diǎn)示意圖非對

4、稱式Vcut入光結(jié)構(gòu)若以非對稱V-cut結(jié)構(gòu)取代原有的V-cut夾角，將&角分為兩個不同的角度，分別為內(nèi)側(cè)（偏LED中心方向）角度與外側(cè)（偏LED外側(cè)方向）角度，如圖4、圖5所示。圖6交錯排列方式圖7多邊形網(wǎng)點(diǎn)示意圖圖6交錯排列方式圖7多邊形網(wǎng)點(diǎn)示意圖多邊形網(wǎng)點(diǎn)設(shè)計(jì)網(wǎng)點(diǎn)為固定直徑40“m，X、Y間距採用均一性，排列方式為交錯型式，如圖6所示。以外接圓方式繪出多邊形的形狀，如圖7所示。圖6交錯排列方式圖7多邊形網(wǎng)點(diǎn)示意圖圖6交錯排列方式圖7多邊形網(wǎng)點(diǎn)示意圖SimulatedbySPEOS圖9感應(yīng)面九區(qū)分佈圖10感應(yīng)面七區(qū)分部示意圖IA門111111111!II!III11111111L-IV11

5、11111111:V:11111111VIVII-rT*11111111:VIII!11111111t1IX留白區(qū)導(dǎo)光板光跡模擬本文以兩吋LED背光模組為例，說明以三顆LED作為光源進(jìn)行導(dǎo)光板光跡模擬5利用SPEOS軟體建立模型，如圖8所示。模擬光線經(jīng)由微結(jié)構(gòu)折射後，光場所能分布之範(fàn)圍。感應(yīng)面分區(qū)方式光跡模擬後將導(dǎo)光板平均分配為九區(qū)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)，如圖9所示。在入光處部份，將導(dǎo)光板感應(yīng)面39mm位置，區(qū)分為七區(qū)作為入光處測量照度值並比較，如圖10所示，其中bdf為LED出光處。閤13漸捋式Vciit入來特徴尊井，桁導(dǎo)光板入光處模擬圖12V-cut入光特徴導(dǎo)光板之光場分布(W=0.06,H=0.0

6、2,0=112.6J圖14非對稱式Vciit入護(hù)特徴尊并，桁導(dǎo)光板網(wǎng)點(diǎn)結(jié)構(gòu)模擬表1各種網(wǎng)點(diǎn)形狀模擬(a)圓形網(wǎng)點(diǎn)(d)五角形網(wǎng)點(diǎn)(e)六角形網(wǎng)點(diǎn)八角形網(wǎng)點(diǎn)(c)正方形網(wǎng)點(diǎn)表2多邊形網(wǎng)點(diǎn)九區(qū)的照度值圓形三角形正方形五角型六角形八角形第一區(qū)123013101472125113651335第二區(qū)122313041480123613521319第三區(qū)122512971477124913731329第四區(qū)137413101607142515281501第五區(qū)139513231640142515341510第六區(qū)137713061598141615151509第七區(qū)16741303186317041773

7、1818第八區(qū)171413401918172718201867第九區(qū)165913021839168617581802平均143013101654145715571554表3多邊形網(wǎng)點(diǎn)七區(qū)的照度值圓形三角形正方形五角型六角形八角形第一區(qū)1144900.71258149514671517第二區(qū)229216502479199821092177第三區(qū)127810001494158216301710第四區(qū)227616512460196621002135第五區(qū)1290986.41472157016201679第六區(qū)226516492455198521022142第七區(qū)1153868.21250147014

8、221545平均1671.141243.611838.291723.711778.571843.57均勻度49.9152.5950.4273.5767.4369.6816結(jié)果與討論將模擬數(shù)據(jù)結(jié)果作統(tǒng)計(jì)，如圖15所示，其中三角型網(wǎng)點(diǎn)的照度較為均勻，導(dǎo)光板整體均勻度在96.79%而其它多邊形網(wǎng)點(diǎn)均勻度約在71%左右。區(qū)間T圓形*三角形T正方形T五角形六角形八角形1616結(jié)果與討論將出光處七個區(qū)間做比較，如圖16所示，其中以五角形六角形與八角形網(wǎng)點(diǎn)的導(dǎo)光板，在感應(yīng)面的照度值較為均勻，其均勻度分別為73.57%67.43%以及69.68%，而其他無傾斜角a290的多邊形網(wǎng)點(diǎn)均勻度約在50%1右。5：T一圓形-三角形T正方形T五角形T六角形Y八角形1616圖16多邊形網(wǎng)點(diǎn)感應(yīng)面七區(qū)數(shù)據(jù)比較結(jié)論k入光處改用漸變Vcut結(jié)構(gòu)時，將光線平均分布在入光處，但亮度卻因此降低。當(dāng)入光處為非對MV-cut時，在LED正上方或LED之間、光線分佈都相當(dāng)均為。2.多邊形網(wǎng)點(diǎn)中，整