Yandan yönlendirmeli LED arka aydınlatma tasarımı
Dec 02, 2021
İnsan toplumu bilgi ekonomisi çağına girerken, bilgi ve bilginin yayılması gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilir ve bilgi alışverişi için terminal ekipmanının görüntüleme teknolojisi hızla gelişmiştir. Ekran teknolojilerinden biri olan likit kristal ekran hızla gelişmiştir. LCD'nin kendisi ışık yaymama dezavantajına sahip olduğundan, çoğu uygulama destekleyici bir arka ışık gerektirir.
Kullanılan arka ışık kaynakları arasında akkor ampuller, soğuk katot floresan tüpler, EL levhalar ve LED ışıklar bulunur. Her arka ışık teknolojisi, belirli bir uygulama ortamında mükemmel özelliklere sahiptir. Bunlar arasında LED teknolojisinin avantajları insanlar tarafından tercih edilmektedir.
Avantajları: uzun ömür, yüksek verimlilik, düşük bakım ve düşük güç tüketimi; küçük boyut, LCD arka ışık modülünü daha ince yapar, LCD ile sürücü devresi arasındaki bağlantı maliyetini düşürür; düşük voltajlı sürücü, 5-12VDC doğrudan sürücü, geçiş Hızlı zaman, darbe genişlik modülasyonu parlaklığına izin verir, kırmızı, yeşil ve mavi LED ışıkların parlaklığını ayrı ayrı darbe kontrolü yapabilir, arkasındaki kırmızı, yeşil ve mavi üç renkli filtreleri kaldırabilir tam renkli LCD ekran paneli.
1. Giriş
LED arka aydınlatma, son yıllarda erken alt emisyon modundan yan ışık kılavuzu moduna kadar hızla gelişti. Alttan yayan LED arka ışıklarla karşılaştırıldığında, yandan ışık kılavuzlu LED arka ışıklar, daha düşük maliyet, daha düşük güç tüketimi ve daha ince kalınlık avantajlarına sahiptir.
Özellikle LED teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, LED'in ultra yüksek parlaklığını ve tam rengini gerçekleştiren AIInGaP kuaterner malzemeleri ve GaN tabanlı malzemeler ortaya çıktı, böylece yan yönlendirmeli LED arka aydınlatma, az sayıda ışıkla gerekli aydınlık parlaklığı elde edebilir. LED'ler. Ve renk ve tatmin edici sonuçlar elde edildi. LED teknolojisinin gelişimi, yandan kılavuzlu LED arka ışıkların hızlı gelişimini destekledi. Bu yeni geliştirilen yandan yönlendirmeli LED arka ışığın ilke ve tasarım noktaları aşağıda tanıtılmaktadır.
2. Yan ışık yönlendirmeli LED arka ışık yapısı
LED modülü, ışık kılavuzu plakası, saçılma filmi, yansıtıcı kağıt, kenar yansıtıcı bant vb.
Arka ışık modülünde, ışık kılavuz plakası ana optik elemandır, şeffaf bir plastik polimetil metakrilat (PMMA) malzemesidir, alt yüzey beyaz yansıtıcı noktalarla kaplanmıştır veya küçük çıkıntılar halinde enjeksiyonla kalıplanmıştır ve kenarlar beyaz ile kaplanmıştır. Yansıtıcı malzeme veya aynalı yansıtıcı metal bant ile kaplanmıştır.
Saçılma filmi, parlaklığı azaltabilen ve homojenliği artırabilen yarı saydam bir PC malzemesidir. Yansıtıcı kağıt, ışığı yansıtabilen ve ışık sızıntısını azaltabilen pürüzsüz beyaz bir kağıttır.
Üçüncüsü, yan kılavuzlu LED arka ışığın temel prensibi
Yandan yönlendirmeli LED arka ışığın temel ilkesi, ışığı etkili bir şekilde iletmek ve hat ışık kaynağını bir yüzey ışık kaynağına dönüştürmek için ışığın toplam yansıması ilkesini kullanmaktır. Toplam ışık yansıması prensibi: Işık, yüksek kırılma indeksli bir ortamdan düşük kırılma indeksli bir ortama (plastikten havaya) kırıldığında, kırılan ışık, insan ışık huzmesine göre daha eğik bir açıyla yayılır. İnsan vücudunun ışık açısı belirli bir açıdan büyük olduğunda, Işığın insan vücudunun havasına kırılamaması, ancak tamamının içe doğru yansıtılması olgusuna toplam yansıma veya iç yansıma denir. Kırılma açısı 90° olduğunda insan vücudunun ışık açısına kritik açı denir.
Işığın kırılması yasasına ve n-1, Sinθ,=n2Sinθ2 formülüne göre, kritik açı θc=Sin-1 (n2, sin90°/n2)=Sin-1 (n2/n1) türetilebilir. n2=1 (hava), n1=1.491 (ışık kılavuz plakası plastiğinin PMMA malzemesi), θc=Sin -10.6707=41.8° olduğu göz önüne alındığında, yani ışık kılavuz plakasının içindeki ışık 41.8°'den büyük olduğunda, toplam yansıma meydana gelecek ve daha sonra ışık, ışık kılavuz plakasının yönü boyunca bir taraftan diğerine iletilecektir. PMMA'dan yapılmış ışık kılavuz plakası için, ışık geçirgenliği %92 kadar yüksektir, pus çok küçüktür, ışık absorpsiyonu çok küçüktür ve ışık çok küçük bir zayıflama ile tahta boyunca uzun mesafelere iletilebilir.
Işık kılavuz plakasının amacı, parlak ve düzgün bir yüzey ışık kaynağı oluşturmak için yüzeyden gelen ışığı kırmaktır. Bu nedenle, ışık kılavuz plakasının teknik prensibi, ışığı iletmek için ışığın toplam yansıması ilkesini kullanmaktır, diğer yandan, ters yönde kullanılır, bu da ışığın toplam yansıma durumunu bozar, müdahale eder. ışığın toplam iç yansımasının optik elemanları ve ışığın optik yolunu değiştirir. Işık, arka ışık plakası olarak bir yüzey ışık kaynağı oluşturmak için ışık kılavuz plakasının yüzeyinden dışarı yönlendirilir.
Özel tasarım, ışık kılavuz plakasının alt yüzeyine veya enjeksiyon kalıplama küçük tümsekler yoluyla beyaz noktalar basmaktır, böylece ışık noktada dağınık bir şekilde yansıtılır, ışığın bir kısmı ışık kılavuzu plakasına daha az bir açıyla yansıtılır. kritik açıdan daha fazla ve kırılır ve ışığın bir kısmı tamamen yansır ve ışık kılavuz plakasına geri döner, bu ışınlar ışık kılavuz plakasının üst kenarına tamamen yansır ve daha sonra alt yüzeydeki noktaya geri döner.
Yüzeyden bir miktar ışık kırılana, bir kısmı ışık kılavuz plakası tarafından emilene ve bir kısmı arayüzde kaybolana kadar bu işlemi tekrarlayın. Yüzeyden kırılan ışık insan gözüyle görülebilir. Işığın bu kısmı, ışık kılavuz plakasının bir arka ışık olmasına yardımcı olur. Yani, cihaz tarafından ölçülen arka ışık kaynağının parlaklığı.
Dördüncüsü, yandan kılavuzlu LED arka aydınlatma tasarımının kilit noktaları
Yandan yönlendirmeli LED arka ışığın yapı tasarımı ve malzeme seçimi, arka ışığın parlaklığını ve homojenliğini doğrudan etkiler. Tasarım yaparken, yalnızca maliyet faktörünü değil, aynı zamanda kullanıcı gereksinimlerini karşılamak için arka ışığın parlaklığını ve homojenliğini de dikkate almalıyız. İşte arka ışığın tasarım yöntemine kısa bir giriş.
1. Astigmat noktalarının boyut ve dağılımının tasarımı
Halihazırda kullanılan ışık kılavuz plakalarının çoğu açık kalıp enjeksiyonlu kalıplama ile yapılır ve astigmat noktalarının boyutu ve dağılımı esas olarak kalıp üreticisi tarafından tasarlanır ve birçok deney ve ayardan sonra kalıp yapısı belirlenir. Astigmatik ışık noktalarının boyut ve dağılımının tasarımı ve hesaplanması nispeten karmaşıktır ve tam ve olgun bir teori henüz oluşturulmamıştır. Fotometrik formüle göre aşağıdaki gibidir:
E=dφ/ds=Icosθ/I² (1)
dφ=Isinθcosθπr²/I² (2)
I=D/(2cosθ) (3)
Bunların arasında: E——aydınlık; φ——ışık akısı; S——alıcı alan; I—— yayılan ışığın yoğunluğu; θ—— yayılan ışığın yönü ile alıcı yüzeyin normali arasındaki açı; I—— alıcı yüzey ve LED ışık kaynakları arasındaki mesafe; Io-LED'in normal yoğunluğu; r-alıcı alanın yarıçapı; D-ışık kılavuzu plakasının kalınlığı.
Formül (1) - mesafe aydınlatmasının ters kare yasasına göre, kişinin sonuna ne kadar yakınsa, astigmatizma noktasının aldığı aydınlık o kadar güçlü olur. Astigmatizma noktası tarafından alınan ışık, yalnızca bir doğrudan ışık değil, aynı zamanda birden fazla yansıyan ışık ışınlarına da sahiptir. Benzer şekilde, astigmat noktası yayan uca ne kadar yakınsa, yansıyan aydınlanma astigmat noktası tarafından o kadar güçlü alınır, dolayısıyla her astigmat noktasının aydınlığı da farklıdır.
Basit bir tasarım için, astigmat noktalarının dağılımı, insanlar tarafından yayılan ışığın yönü boyunca düzenlenir ve astigmat noktalarının yarıçapı, insanlar tarafından yayılan ışığın yönü boyunca eşit olarak artar. Girişe göre, büyük bir noktanın yarıçapı r, noktalar arasındaki mesafeye göre belirlenir. Noktalar arasındaki mesafe ne kadar küçükse, r o kadar küçüktür. Noktalar arasındaki mesafe ne kadar büyük olursa, rmax o kadar büyük olur. Küçük noktanın yarıçapı r şu şekilde hesaplanır: İdeal bir durumda, arka ışık düzgün bir yüzey parlaklığı gerektirir, yani her saçılma noktası öne yansıtıldığında ışık akısı düşüşü eşittir, yani DCP=l /n, eğer n insan ışığının yönü ise Astigmat noktalarının sayısı, o zaman n=W/C, burada W ışık kılavuzu plakasının genişliğidir, C astigmatizma noktaları arasındaki mesafe ve minimum yarıçap Rmin formül (2) ve (3)'e göre hesaplanır.
2. Işık kılavuz plakasının içbükey gelen yüzeyinin tasarımı
Işık kılavuz plakasının popülasyonu, ışık akısının daha iyi birleştirilmesini sağlayan içbükey bir yüzey olarak tasarlanmıştır. Çoğu LED ışık için yüzeyden yayılan ışık farklıdır. İçbükey ışık, minimum kırılma indisi ile ışık kılavuz plakasına girer ve ardından ışık kılavuz plakasının kenarındaki kavisli yüzey, ışığı dar bir ışına yansıtır.
Bu şekilde, plastik ve hava arasındaki arayüze kırılmak yerine, daha fazla ışık tamamen ışık kılavuzuna geri yansıtılır. Böylece LED ışık kaybını azaltır ve arka ışığın parlaklığını artırır.
3. Konik ışık kılavuzu plakasının tasarımı
Küçük LED ekranlar (50 mm X 100 mm'den küçük) düz ışık kılavuz plakaları kullanmalıdır. Büyük boyutlu LED ekranlar için konik bir ışık kılavuz plakası kullanılır. Konik kenar, ışık kılavuzu plakasındaki ışık plakasının toplam yansıma ışığının açısını değiştirir ve alt yüzeyde yansıyan ışığın açısını azaltır. Bir yandan yansıyan ışığın ışık kılavuz plakası yüzeyine gelme açısını azaltır ve kırılan ışığı normal yöne yaklaştırır. ; Öte yandan, ışık kılavuz plakasının yüzeyinden kırılamayan ışığın bu kısmının, yansıyan ışığın aşırı geniş açısı nedeniyle ışık kılavuz plakasının yüzeyinde kırılmasını sağlar, böylece ışık kullanım oranını iyileştirir. LED ve arka ışığın parlaklığı.
4. Doğru LED şekli yapısını seçin
LED'in görünüm yapısı, LED'in optik parametrelerinin dağıtım özelliklerini belirler. Özellikle, LED'in ışık yoğunluğunu etkiler. Genel olarak konuşursak, dışbükey ışık yayan yüzeye sahip LED'in ışık yoğunluğu yüksektir, yarı yoğunluk açısı küçüktür ve ışık konsantredir. LED'in düz ışık yayan yüzeyi, düşük ışık yoğunluğuna, büyük yarı yoğunluk açısına ve daha fazla dağınık ışığa sahiptir.
Küçük boyutlu LED arka ışıklar için, düz panel LED'ler, ışığın ışık kılavuz plakasına eşit şekilde girmesi için seçilmelidir; büyük boyutlu LED'ler için, arka ışığın parlaklığını sağlamak için yüksek ışık yoğunluğuna sahip dışbükey LED'ler seçilmelidir. Aynı zamanda LED'in boyutu da dikkate alınmalıdır. LED'in yaydığı ışığın mümkün olduğunca ışık kılavuz plakasına girebilmesi için LED'in kalınlığı, ışık kılavuz plakasının kalınlığından daha küçük olmalıdır.
5. LED olay alanındaki parlak çizgileri ortadan kaldırın
LED ve ışık kılavuz plakası yan tarafa monte edildiğinde, ışık ışık kılavuz plakasına girdikten sonra LED yönü boyunca parlak bir çizgi belirecek ve bu da arka ışık kaynağının parlaklık homojenliğini etkileyecektir. Bu fenomeni ortadan kaldırmanın iki yolu vardır: biri siyah boya kullanmak veya ışığı emmek için bir gölgeleme kağıdı tabakasını kaplamaktır.
Diğeri boş geçiş yöntemidir yani alt yüzeye beyaz noktalar basılmaz ve küçük yumrular enjekte edilmez. Toplam yansıma ilkesini kullanarak ışık, boş geçiş alanındaki ışık kılavuz plakasına geri yansıtılır. Bu boş geçiş bölgesi deneylerle belirlenmelidir.
6. Doğru saçılma filmi ve yansıtıcı kağıdı seçin
Saçılma filmi homojenliği artırır, ancak parlaklığı azaltır. Yansıtıcı kağıt, LED ışık enerjisinin kullanım oranını artırabilir, ışık enerjisi sızıntısını azaltabilir ve parlaklığı iyileştirebilir. Bu nedenle, bu iki optik filmin yansıtma ve geçirgenliği yüksek gereksinimlere sahiptir. Parlaklık ve homojenliği dengelemek ve tatmin edici sonuçlar elde etmek için uygun yansıtma ve geçirgenlik seçilmelidir.
V. Sonuç
Gereksinimlerin çeşitlendirilmesiyle birlikte, kullanıcılar, malzeme tasarımı için daha yüksek gereksinimleri ortaya koyan yandan kılavuzlu LED arka ışığın boyutu, şekli, parlak rengi ve parlaklık bütünlüğü için birçok gereksinime sahiptir. Gerçek tasarımda, mükemmel maliyet performansına sahip bir arka ışık tasarlamak için optik prensipleri birleştirmek, daha fazla deney yapmak ve deneyim kazanmak gerekir.
