サイドガイド付きLEDバックライトの設計
Dec 02, 2021
人間社会が知識経済の時代に突入するにつれ、情報や知識の普及がリアルタイムで実現され、情報交換用端末機器の表示技術が急速に発展してきました。 ディスプレイ技術の一つとして、液晶ディスプレイは急速に発展してきました。 LCD自体には発光しないという欠点があるため、ほとんどのアプリケーションではバックライトをサポートする必要があります。
使用されるバックライト光源には、白熱電球、冷陰極蛍光管、ELシート、LEDライトが含まれます。 各バックライトテクノロジーは、特定のアプリケーション環境で優れた特性を備えています。 その中でも、LED技術の利点は人々に支持されています。
利点：長寿命、高効率、低メンテナンス、低消費電力。 サイズが小さいため、LCDバックライトモジュールが薄くなり、LCDと駆動回路間の接続コストが削減されます。 低電圧ドライブ、5〜12VDCダイレクトドライブ、スイッチング高速時間、パルス幅変調の明るさを可能にし、赤、緑、青のLEDライトの明るさを個別にパルス制御し、背後にある赤、緑、青の3色フィルターを削除できます。フルカラーLCDディスプレイパネル。
1.はじめに
LEDバックライトは、初期のボトムエミッションモードからサイドライトガイドモードまで、近年急速に発展しています。 底面発光LEDバックライトと比較して、サイドライトガイドLEDバックライトには、低コスト、低消費電力、および薄肉という利点があります。
特にLED技術の発展に伴い、AIInGaP四次材料やGaNベースの材料が登場し、LEDの超高輝度とフルカラーを実現し、サイドガイドLEDバックライトが少数の数で必要な発光輝度を達成できるようになりました。 LED。 そして色、そして満足のいく結果を達成しました。 LED技術の開発により、サイドガイドLEDバックライトの急速な開発が促進されました。 この新開発のサイドガイドLEDバックライトの原理と設計ポイントを以下に紹介します。
2.サイドライトガイド付きLEDバックライト構造
LEDモジュール、ライトガイドプレート、散乱フィルム、反射紙、エッジ反射テープなどで構成されています。
バックライトモジュールでは、ライトガイドプレートが重要な光学要素であり、透明なプラスチックポリメチルメタクリレート（PMMA）材料であり、底面は白い反射ドットでコーティングされているか、小さなバンプに射出成形されており、エッジは白でコーティングされています反射材または鏡面反射金属テープで覆われています。
散乱フィルムは半透明のPC素材であり、明るさを落とし、均一性を向上させることができます。 反射紙は、光を反射して漏れを減らすことができる滑らかな白い紙です。
第三に、サイドガイドLEDバックライトの基本原理
サイドガイドLEDバックライトの基本原理は、光の全反射の原理を使用して、光を効果的に透過し、線光源を表面光源に変換することです。 全光反射の原理：光が高屈折率媒体から低屈折率媒体（プラスチックから空気など）に屈折すると、屈折した光は人間の光線よりも斜めの角度で放出されます。 人体の光の角度が一定の角度よりも大きい場合、光が人体の空気に反射できず、すべてが内側に反射する現象は、全反射または内部反射と呼ばれます。 屈折角が90°に等しいとき、人体の光の角度は臨界角と呼ばれます。
光の屈折の法則と式n-1、Sinθ、=n2Sinθ2に従って、臨界角θc= Sin-1（n2、sin90°/ n2）= Sin-1（n2 / n1）を導き出すことができます。 n2=1（空気）、n1=1.491（ライトガイドプレートプラスチックのPMMA材料）、θc= Sin -10.6707=41.8°とすると、つまり、ライトガイドプレート内の光が41.8°より大きい場合、合計反射が発生し、光はガイドプレートの方向に沿って一方の側からもう一方の側に透過します。 PMMA製のライトガイドプレートは、光透過率が92％と高く、ヘイズが非常に小さく、光吸収が非常に小さく、ボードに沿って非常に小さな減衰で長距離を光を透過させることができます。
ライトガイドプレートの目的は、表面からの光を屈折させて、明るく均一な表面光源を形成することです。 したがって、ライトガイドプレートの技術原理は、光の全反射の原理を使用して光を透過することですが、反対方向に使用すると、光の全反射の状態が破壊され、光の全反射の光学要素、および光の光路を変更します。 光は、ライトガイドプレートの表面から引き出されて、バックライトプレートとしての表面光源を形成する。
具体的な設計は、ライトガイドプレートの底面に白い点を印刷するか、小さなバンプを射出成形することで、光がそのポイントで拡散反射され、光の一部がライトガイドプレートに少ない角度で投影されるようにすることです。臨界角よりも大きく屈折し、光の一部が全反射して光ガイド板に戻ると、これらの光線は光ガイド板の上端で全反射し、底面の点に戻ります。
一部の光が表面から屈折し、一部が光ガイドプレートに吸収され、一部が界面で失われるまで、このプロセスを繰り返します。 表面から屈折した光は人間の目に見えます。 ライトのこの部分は、ライトガイドプレートがバックライトになるのに役立ちます。 つまり、機器によって測定されたバックライト光源の明るさです。
第四に、サイドガイド付きLEDバックライトの設計の要点
サイドガイドLEDバックライトの構造設計と材料の選択は、バックライトの明るさと均一性に直接影響します。 設計時には、コスト要因だけでなく、ユーザーの要求を満たすためにバックライトの明るさと均一性も考慮する必要があります。 バックライトの設計方法を簡単に紹介します。
1.非点収差点のサイズと分布の設計
現在使用されているライトガイドプレートのほとんどはオープンモールド射出成形で作られ、非点収差点のサイズと分布は主に金型メーカーによって設計され、金型構造は多くの実験と調整を経て決定されます。 非点収差光スポットのサイズと分布の設計と計算は比較的複雑であり、完全で成熟した理論はまだ形成されていません。 次のような測光式によると：
E =dφ/ ds =Icosθ/I²（1）
dφ=Isinθcosθπr²/I²（2）
I=D /（2cosθ）（3）
それらの中で：E——照度; φ——光束; S——受信エリア。 I——放出された光の強度。 θ——放出された光の方向と受信面の法線との間の角度。 I——受信面とLED光源間の距離。 Io-LEDの通常の強度。 r-受信エリアの半径。 D-ライトガイドプレートの厚さ。
式（1）によると、距離照度の逆二乗の法則は、人の端に近いほど、乱視点が受ける照度が強くなります。 非点収差点が受ける光は、直接光が1つだけでなく、反射光線も複数あります。 同様に、非点収差点が発光端に近いほど、非点収差点が受ける反射照度が強くなるため、各非点収差点の照度も異なります。
シンプルなデザインの場合、非点収差点の分布は人が発する光の方向に沿って配置され、非点収差点の半径は人が発する光の方向に沿って均一に増加します。 はじめに、大きな点の半径rは、点間の距離に応じて決定されます。 ポイント間の距離が小さいほど、rは小さくなります。 ポイント間の距離が大きいほど、rmaxは大きくなります。 小さな点の半径rは、次のように計算されます。理想的な状態では、バックライトには均一な表面輝度が必要です。つまり、各散乱点が前面に反射されるときの光束の低下は等しく、DCP=1です。 / n、nが人間の光の方向である場合非点収差点の数、n=W / C、ここでWは光ガイドプレートの幅、Cは非点収差点間の距離、および最小半径Rmin式（2）および（3）に従って計算されます。
2.ライトガイドプレートの凹面入射面の設計
ライトガイドプレートのポピュレーションは凹面として設計されているため、光束をより適切に組み合わせることができます。 ほとんどのLEDライトでは、表面から放出される光は発散しています。 凹状の光は最小の屈折率で光ガイドプレートに入り、次に光ガイドプレートの端の曲面が光を狭いビームに反射します。
このようにして、プラスチックと空気の間の界面に屈折するのではなく、より多くの光が完全に反射してライトガイドに戻ります。 これにより、LEDの光損失を減らし、バックライトの明るさを向上させます。
3.テーパーライトガイドプレートの設計
小型LEDディスプレイ（50 mm X 100 mm未満）は、フラットライトガイドプレートを使用する必要があります。 大型LEDディスプレイには、テーパーライトガイドプレートを使用しています。 テーパーエッジは、ライトガイドプレート内のライトプレートの全反射光の角度を変更し、底面での反射光の角度を低減します。 一方では、光ガイドプレート表面への反射光の入射角を減らし、屈折光を法線方向に近づけます。 ; 一方、光ガイド板の表面から屈折できない光のこの部分は、反射光の角度が大きすぎるために光ガイド板の表面で屈折するようになり、それによって光利用率が向上する。 LEDとバックライトの明るさの。
4.適切なLED形状構造を選択します
LEDの外観構造は、LEDの光学パラメータの分布特性を決定します。 具体的には、LEDの光度に影響を与えます。 一般的に、凸面の発光面を持つLEDの光度は高く、半輝度角は小さく、光は集中しています。 LEDの平らな発光面は、光度が低く、半輝度角が大きく、散乱光が多くなります。
小型のLEDバックライトの場合、光がライトガイドプレートに均等に入るようにフラットパネルLEDを選択する必要があります。 大型LEDの場合、バックライトの明るさを確保するために、光度の高い凸型LEDを選択する必要があります。 同時に、LEDのサイズも考慮する必要があります。 LEDが発する光ができるだけ光ガイド板に入ることができるように、LEDの厚さは光ガイドプレートの厚さよりも薄くする必要があります。
5.LED入射領域の輝線をなくします
LEDとライトガイドプレートを側面に組み付けると、ライトガイドプレートに入った後、LEDの方向に沿って明るい線が現れ、バックライト光源の輝度均一性に影響を与えます。 この現象を解消するには、2つの方法があります。1つは、黒いペンキを使用するか、遮光紙の層を覆って光を吸収することです。
もう1つは、ブランクトランジション方式です。つまり、底面に白い点が印刷されず、小さなバンプが注入されません。 全反射の原理を使用して、光はブランク遷移領域のライトガイドプレートに反射して戻ります。 この空白の遷移ゾーンは、実験によって決定する必要があります。
6.適切な散乱フィルムと反射紙を選択します
散乱フィルムは均一性を向上させますが、明るさを低下させます。 反射紙は、LED光エネルギーの利用率を向上させ、光エネルギーの漏れを減らし、明るさを向上させることができます。 したがって、これら2つの光学フィルムの反射率と透過率には高い要件があります。 明るさと均一性のバランスを取り、満足のいく結果を得るには、適切な反射率と透過率を選択する必要があります。
V.結論
要件の多様化に伴い、ユーザーはサイドガイドLEDバックライトのサイズ、形状、発光色、および輝度の均一性について多くの要件を抱えており、材料設計に対するより高い要件を提唱しています。 実際の設計では、優れたコスト性能を備えたバックライトを設計するために、光学原理を組み合わせ、より多くの実験を行い、経験を蓄積する必要があります。
