중소형 LCD 화면 - 백라이트 디스플레이의 광학 설계

   Backlighting is used in small, light, flat-panel liquid crystal displays (LCDs) and other electronic devices that require backlighting, including handheld devices as small as the palm of your hand, and large-screen TVs. The goals of backlight design include low power consumption, ultra-thin, high brightness, uniform brightness, large area, and control of different width and narrow viewing angles. To achieve these challenging design goals with controlled cost and rapid implementation, computer-aided optical design tools must be used for design. This article introduces the characteristics of LightTools optical design and analysis software from ORA Company in the United States, which can be used to develop the most advanced backlight design applications today.
백라이트용 광학 설계 및 분석 도구
백라이트 시스템은 한 영역에서 또는 고정된 각도에서 필요한 배광 분포를 생성하기 위해 하나 이상의 광원에서 나오는 빛의 일부 변환이 필요합니다. 조명 설계 소프트웨어는 기하학적으로 모델링할 수 있어야 하고, 다양한 유형의 광원 및 변환 장치에 대한 광학 특성 매개변수를 설정할 수 있어야 하며, 광학 추적 방법을 사용하여 모델을 통과하는 빛의 경로를 평가하고 최종 광 분포를 계산할 수 있어야 합니다. 조명 분포는 Monte Carlo 시뮬레이션을 사용하여 특정 영역 및/또는 각도에 대한 조도, 휘도 또는 광도를 계산합니다. 광선은 임의의 위치와 각도로 광원에서 방출되어 광학 시스템을 통해 추적되어 수신 표면에 수신됩니다. 조도는 표면 수신기에서 계산할 수 있고 강도는 원거리 수신기에서 얻을 수 있습니다. 수신기 표면에 휘도계를 정의하면 휘도의 공간적 및 각도 분포를 계산할 수 있습니다. 어떤 경우에는 디스플레이의 색도를 분석하는 것이 중요할 수 있습니다. 광원(예: 발광 다이오드)의 스펙트럼 에너지 분포를 지정하고, CIE 좌표 및 상관 색온도(CCT)를 출력하고, 디스플레이의 색도를 정량화하고, 디스플레이에 RGB 실제 조명 렌더링 그래픽을 생성합니다. 이러한 분석은 모두 LightTools 소프트웨어에서 수행할 수 있습니다.
백라이트 디스플레이의 특성으로 인해 조명 분석 소프트웨어에 대한 특별한 요구 사항이 발생합니다. 설명하겠지만, 백라이트에서 방출되는 빛은 인쇄된 도트의 분포 밀도 또는 미세 구조의 분포 패턴에 따라 달라집니다. 특정 미세구조 배열의 모델링을 위해 CAD 모델을 직접 사용하는 경우 모델 크기가 매우 커질 수 있습니다. LightTools 소프트웨어는 정확한 광선 추적 및 렌더링을 수행할 수 있는 3D 텍스처 배열로 정의된 기능을 제공합니다. 직접 구성된 기하학적 모델을 사용하지 않기 때문에 모델의 크기는 더 작고 광선 추적은 더 빠릅니다. 백라이트 분석의 또 다른 측면에는 도광판 표면의 빛의 분할 및 산란이 포함됩니다. 조명 효과는 Monte Carlo 방법을 사용하여 시뮬레이션되므로 충분한 정확도를 갖춘 설계를 얻으려면 광범위한 광선 추적을 사용해야 할 수도 있습니다. 가장 효율적인 방법은 가장 높은 에너지 광선을 추적하는 것입니다. 분할 확률을 사용하고 산란 표면의 대상 영역이나 산란 각도를 사용하여 가장 높은 에너지 광선 경로를 추적하여 산란된 빛을 "중요한" 방향(예: 디스플레이를 보는 사람 쪽으로)으로 향하게 합니다.
Shenzhen Hongjia Technology는 다양한 밝기를 갖춘 LCD 화면의 R&D 및 생산을 전문으로 합니다. 백라이트의 밝기는 균일합니다. 모듈의 전체 밝기는 2000루멘에 달할 수 있습니다. 햇빛 아래에서도 명확하게 읽을 수 있습니다. 작동 온도는 -35도에서 85도까지 도달할 수 있습니다. 철제프레임으로 정전기 방지 음, 낙하성능이 뛰어납니다.
백라이트란 무엇입니까?
일반적인 백라이트는 냉음극형광램프(CCFL)나 발광다이오드(LED) 등의 광원과 직사각형 도광판으로 구성된다. 그 밖에도 디스플레이의 균일성을 높여주는 확산판과 디스플레이의 밝기를 높여주는 휘도향상필름(BEF) 등도 사용 가능하다. 광원은 일반적으로 디스플레이의 두께를 줄이기 위해 도광판의 한쪽 가장자리에 위치합니다. 엣지 조명은 일반적으로 전반사(TIR)를 사용하여 디스플레이에 빛을 비춥니다.
백라이트 설계자는 LightTools 소프트웨어에서 광원을 모델링하는 여러 가지 방법을 가지고 있습니다. 형광등 생성 도구를 사용하여 다양한 모양의 형광 광원(그림 2에 표시된 직선, L자형, U자형 또는 W자형 등)을 빠르게 정의할 수 있습니다. 램프 반사경은 원통, 타원형 슬롯, 돌출된 다각형과 같은 LightTools 소프트웨어의 다양한 기하학적 기본 요소로 정의할 수 있습니다. CAD 시스템에 정의된 반사경은 표준 데이터 교환 형식(IGES, STEP, SAT 및 CATIA)을 통해 LightTools 소프트웨어로 가져올 수도 있습니다. LED를 사용하는 경우 설계자는 LightTools 소프트웨어에 사전 저장된 Agilent, Lumileds, Nichia, Osram 등의 제품 모델 중에서 원하는 LED 모델을 선택할 수 있습니다. 빛이 LGP의 한쪽 면으로 들어가면 문제는 전파 방향에 수직인 LGP에서 빛을 추출하는 것입니다.
도 1에 도시된 바와 같이. 도 3에 도시된 바와 같이, 도광판의 가장 밝은 면은 광원에 가까우며, 도광판의 밝기는 거리가 멀수록 어두워진다. 균일한 광 출력을 위해서는 거리에 따라 광 추출 효율이 높아져야 합니다. 백라이트 설계의 주요 업무 중 하나는 광 추출 효율을 원하는 대로 변화시키는 도광판을 설계하는 것입니다. 사용할 수 있는 추출 기술에는 두 가지가 있습니다. 도트 프린팅 광추출 기술은 도광판 하단에 도트 매트릭스 구조를 인쇄해 빛을 위쪽으로 산란시킨 뒤 도광판 표면에서 방출하는 기술이다. 두 번째 기술인 성형광추출기술(Molded Light Extraction Technology)은 바닥면 미세구조의 전반사(TIR)를 이용해 LGP 표면에서 빛이 나오도록 하는 기술이다.
LightTools 소프트웨어는 도광판 설계를 실현하기 위한 백라이트 설계 도구를 제공합니다. 이 도구(그림 4)는 사용자가 백라이트의 다양한 구성 요소를 만드는 데 도움을 줍니다. 다른 옵션으로는 모델에 광원/반사체 구성요소 추가, BEF 모델링, 밝기 분석을 위한 수신기 구축 등이 있습니다. 백라이트 도구의 인터페이스는 다양한 유형의 광 추출 메커니즘을 설정하고 수정하기 위한 탭 모음입니다.
도트 인쇄 광 추출 방법을 사용하는 백라이트의 경우 백라이트 도구는 인쇄된 도트의 크기 및 종횡비의 선형 변화와 도광판의 길이에 따른 도트 간격의 선형 변화를 설정할 수 있습니다. 선형적으로 변화하는 이러한 구조는 균일성을 표시하기 위한 좋은 출발점이 되는 경우가 많지만 최종 균일성 요구 사항에는 충분하지 않습니다. 비선형적으로 변하는 광선 추출 매개변수를 사용하여 균일성에 대한 추가 제어를 달성할 수 있습니다. 매개변수 수가 가장 적고 제어가 매우 유연한 방법은 2차 베지어 곡선의 매개변수 변수를 정의하는 것입니다. LightTools 소프트웨어의 2D 영역 도구를 사용하여 비선형 구조를 설정할 수 있습니다. 그림 5는 인쇄된 추출을 사용하는 예를 보여줍니다. 여기서 3가지 매개변수(인쇄된 도트 너비, 높이 및 수직 간격)를 변경하여 다양한 추출 동작을 얻습니다. 출력 균일성은 그림 6에 나와 있습니다. 오른쪽 그림은 평균 출력 밝기가 일정하다는 것을 보여줍니다.