畢業(yè)設(shè)計(jì)----lcd背光源設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　LCD背光源設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　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(jì)一個(gè)高亮度、大視角并且穩(wěn)定、均勻出光的背光源非常重要。</

2、p><p>　　在產(chǎn)品開發(fā)初期，用實(shí)物搭建會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。目前的工程設(shè)計(jì)大多先采用模擬設(shè)計(jì)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(jì)照明系統(tǒng)、分析輻射度和亮度的軟件。它是一個(gè)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。</p><p>　　本論文主要介紹背光源組成結(jié)構(gòu)，并基于TracePro

3、軟件模擬設(shè)計(jì)直下式背光源，并分析該設(shè)計(jì)的合理性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LCD；背光源；CCFL；TracePro </p><p>　　Design of LCD Backlighting Unit</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With LCD display and

4、 our daily life are more and more close. As is known to all, LCD itself is not shine, it needs some back light can achieve display function.High fine LCD, must have high technology and the coordination.Backlighting There

5、fore, a large design, high brightness, uniform and stable Angle from light back light is very important.</p><p>　　Early in the product development, with real structures will cause unnecessary waste.At first

6、the engineering design are designed by simulation model.TracePro is a set of conventional optical analysis, can design, lighting system and brightness of radiation.It is a combination of real solid model, strong optical

7、analysis function, converting information ability and accessible using the simulation software interface, which can be real three-dimensional models and optical analysis combined tightly.</p><p>　　This artic

8、le mainly introduces structure, and the back light TracePro software simulation design based on straight down type illuminant, and analyzes the back the rationality of the design.</p><p>　　Key Words:LCD：Back

9、lighting Unit；CCFL；TracePro</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1<

10、;/p><p>　　1.3 本論文的背景及目的4</p><p>　　2 CCFL背光源研究5</p><p><b>　　2.1 引言5</b></p><p>　　2.2 BLU的元器件介紹5</p><p>　　2.3 小結(jié)12</p><p>　　3

11、 光源設(shè)計(jì)軟件TracePro簡(jiǎn)介13</p><p>　　3.1 TracePro簡(jiǎn)介13</p><p>　　3.2 TracePro操作流程14</p><p>　　4 基于TracePro軟件的LCD背光源模擬設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.1 背光模組整體尺寸的確定28</p><p>

12、　　4.2 CCFL及反射背板的模擬設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.3 擴(kuò)散板和擴(kuò)散片的應(yīng)用32</p><p>　　4.4 棱鏡片的設(shè)計(jì)與應(yīng)用34</p><p>　　4.5 設(shè)計(jì)小結(jié)35</p><p>　　5 總 結(jié)36</p><p><b>　　致 謝38</b&g

13、t;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)39</b></p><p><b>　　1 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　LCD（Liquid Crystal Display），中文是液態(tài)晶體顯示器，簡(jiǎn)稱為液晶顯示器。

14、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(shí)具備了液體的流動(dòng)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(huì)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(chǎng)的作用下，液晶分子的排列會(huì)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)。人們也因此引發(fā)了發(fā)明液晶顯示設(shè)備的念頭。</p><p>　　世界上第一臺(tái)液晶顯示設(shè)備出現(xiàn)在20世紀(jì)70年

15、代初，被稱之為扭曲向列液晶顯示器TN-LCD（Twisted Nematic-Liquid Crystal Display）。盡管是單色顯示，它仍被推廣到了電子表、計(jì)算器等領(lǐng)域。</p><p>　　近年來液晶顯示器發(fā)展迅速，與傳統(tǒng)的陰極射線管CRT（Cathode Ray Tube）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（Complementary

16、 Metal Oxide Semiconductor）集成電路匹配。由于優(yōu)點(diǎn)眾多，LCD從1998年開始進(jìn)入臺(tái)式機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域。逐步取代笨重的CRT顯示器，目前已成為主流的顯示設(shè)備。</p><p>　　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(gè)液晶顯示產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。近年來，隨著更多光源技術(shù)的出現(xiàn)，這一領(lǐng)域

17、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]。</p><p>　　背光源的發(fā)展可以追朔到二戰(zhàn)時(shí)期，當(dāng)時(shí)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(Light Emitting Diode-Backlighting Unit)。之后，隨著液晶顯示器等非自主發(fā)光器件的發(fā)

18、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（Cold Cathode Fluorescent Lamp- Backlighting Unit）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。</p><p>　　TV(Television)、筆記本電腦、手機(jī)、便攜式數(shù)字多功能光盤DVD(Digital Versatile Disc)播放器、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和個(gè)人數(shù)

19、碼助理PDA(Personal Digital Assistant)是推動(dòng)LCD背光源需求的主要?jiǎng)恿?，同時(shí)，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，LED和CCFL背光一直在相互競(jìng)爭(zhēng)。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。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[2]</p><p>　　LCD是目

20、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(chǎng)價(jià)值最大的一項(xiàng)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(gè)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(640x480)發(fā)展到現(xiàn)在的QUXGA(3200×2400)。到2010年，LC

21、D面板繁榮再現(xiàn)，產(chǎn)值增長18.7%，達(dá)764億美金，特別是LCD-TV持續(xù)發(fā)燒，年增長20%，挑戰(zhàn)1.5億臺(tái)。目前產(chǎn)業(yè)基地主要集中于日本、韓國和我國的臺(tái)灣地區(qū)。</p><p>　　1.2.1 國外研究現(xiàn)狀[3][4][5]</p><p>　　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

22、場(chǎng)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(gè)：一是開發(fā)節(jié)能型生產(chǎn)技術(shù)，減少裝置的制造工序，力爭(zhēng)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(shì)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

23、生公司都已生產(chǎn)出分辨率達(dá)到1366×768或者1280×720的LCD前投影機(jī)，索尼、Zenith和松下公司也都生產(chǎn)出50～60英寸的LCD背投電視。</p><p>　　但由于韓國的生產(chǎn)成本低廉，日本產(chǎn)品的國際競(jìng)爭(zhēng)力近年來相對(duì)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(chǎng)份額。</p>

24、;<p>　　韓國LCD生產(chǎn)企業(yè)以三星、LG和現(xiàn)代為代表的發(fā)展極其迅速，擁有自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)已成為韓國廠商核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的一個(gè)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(shí)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)138．6％，2000年產(chǎn)值已超過58億美元。在大尺寸LCD方面，LG、Phi

25、lips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(chǎng)調(diào)查機(jī)構(gòu)Display Search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(chǎng)上的合計(jì)占有率為33.4%，大幅領(lǐng)先占有率僅為17.4%的日本企業(yè)（索尼、夏普）。日本企業(yè)原地踏步的同時(shí)，韓國企業(yè)的占有率比第二季度增加了2.8個(gè)百分點(diǎn)。</p><p>　　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

26、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。</p><p>　　在背光源系統(tǒng)開發(fā)方面，美國的3M公司(Minnesota Mining and Manufacturing Corporation)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

27、光源中采用新技術(shù)，包括微復(fù)制棱鏡薄膜、多層反射型偏光片、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。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀[6]</p><p>　　在我國，臺(tái)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(tái)灣的LCD總產(chǎn)值已超過27

28、億美元，排名世界第三。2009年中小尺寸薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管液晶電視TFT-LCD（Thin Film Transistor- Liquid Crystal Display）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、中華映管及南亞等。主要海外市場(chǎng)為美國、歐洲和東南亞。臺(tái)灣的崛起，除利用了市場(chǎng)機(jī)遇外，政府的大力扶持、相對(duì)完備的電子產(chǎn)業(yè)體系

29、以及先進(jìn)的半導(dǎo)體制造能力等因素都不可忽視。</p><p>　　我國大陸的液晶顯示器產(chǎn)業(yè)在時(shí)間上基本與世界保持同步，時(shí)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(shì)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

30、我國的LCD顯示產(chǎn)業(yè)處于一個(gè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的關(guān)鍵時(shí)期，作為全球最大的消費(fèi)類電子市場(chǎng)，處于盡可能的接近客戶及降低成本的考慮，整個(gè)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(shì)不會(huì)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(shí)產(chǎn)權(quán)為基礎(chǔ)的核心競(jìng)爭(zhēng)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。</p><p>　　我國LCD背光組件的生產(chǎn)

31、廠家主要集中在廣東，很多塑膠廠想進(jìn)入這個(gè)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(jì)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)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(jì)、加工與裝配工藝，其開發(fā)的雙

32、面V槽導(dǎo)光板設(shè)計(jì)與加工技術(shù)已擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)[7]。</p><p>　　1.2.3 發(fā)展趨勢(shì)[8]</p><p><b>　　●高亮度</b></p><p>　　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(duì)視角要求并不十分嚴(yán)格。上述背光模組由于擴(kuò)

33、散膜的作用，出射指向性非常差，對(duì)大部分時(shí)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。</p><p><b>　　●一體化</b></p><p>　　對(duì)背光模組制造商而言，降低成本的方法不外乎將模組構(gòu)造簡(jiǎn)化，采用所謂一體化的設(shè)計(jì)，比如將擴(kuò)散膜、棱鏡膜等的功能整合到導(dǎo)光

34、板之中。</p><p>　　●尺寸多元化及輕便化</p><p>　　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(shì)必配合此發(fā)展趨勢(shì)，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。</p><p>　　圖1-1 1998-2007年的全

35、球背光模組應(yīng)用分布狀況圖</p><p>　　1.3 本論文的背景及目的</p><p>　　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)TFT－LCD（Thin Film Transistor Liquid Crystal Display薄膜液晶顯示屏）的后段模塊（LCM），本人畢業(yè)后主要從事背光模組的設(shè)計(jì)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(jì)期間，

36、本人又在寧波奇美電子有限公司參加了兩個(gè)月的實(shí)習(xí)，因而獲得了背光源生產(chǎn)的實(shí)際知識(shí)，對(duì)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)和本文的撰寫有極大的幫助。</p><p>　　本論文要完成的任務(wù)是：</p><p>　　（1）LCD背光源相關(guān)知識(shí)介紹；</p><p>　　（2）光源設(shè)計(jì)軟件TracePro簡(jiǎn)介；</p><p>　　（3）基于TracePro軟件的直下式背光

37、源模擬設(shè)計(jì)；</p><p><b>　　（4）全文總結(jié)。</b></p><p>　　2 CCFL背光源研究</p><p><b>　　2.1 引言</b></p><p>　　作為背光源模塊的光源，LED因?yàn)橛兄恍〤CFL無法達(dá)到的優(yōu)點(diǎn)，所以其市場(chǎng)潛在著無限商機(jī)。但考慮到成本問題，目前無

38、法降低到普通用戶能接受的水平。所以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(jì)都是基于CCFL的。</p><p>　　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。</p><p>　　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]。<

39、/p><p>　　圖2-1 直下式背光源結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　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：?jiǎn)螐埶剑?、上擴(kuò)散片。</p><p>　　圖2-2 雙燈管側(cè)光式背光源結(jié)構(gòu)圖</p>

40、<p>　　2.2 BLU的元器件介紹</p><p>　　2.2.1 CCFL</p><p>　　CCFL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2~20kPa之間。當(dāng)燈管于電極兩端加上足夠高的電壓后，將會(huì)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(shí)就會(huì)產(chǎn)生紫外線輻射(主要波長為253.7nm與185nm)，并被

41、釋放出來。熒光體因吸收這個(gè)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]。</p><p>　　圖2-3 是CCFL的結(jié)構(gòu)原理圖。</p><p>　　圖2-3 CCFL的結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　CCFL的制作流程如下。</p><p>　　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

42、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。</p><p>　　2.2.2 反射片（Reflector film）</p><p>　　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(duì)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(duì)應(yīng)燈

43、管入光處做消光設(shè)計(jì)，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。</p><p>　　圖2-4 反射片的工作原理圖</p><p>　　常用的反射片由PET(聚對(duì)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。</p><p>　　圖2-5 反射片的加工結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖中E60L

44、：發(fā)泡性PET+TiO2，為Toray專利，AL or White coating:高反射層, 于里面增加反射層以防止光源由底層射出、使反射效率提高。</p><p>　　2.2.3 導(dǎo)光板LGP（Light Guide Plate）</p><p>　　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

45、到導(dǎo)光點(diǎn)時(shí)，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。</p><p>　　圖2-6 導(dǎo)光板結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　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，

46、燈管放在楔形板底部端，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。</p><p>　　圖2-7 導(dǎo)光板截面圖</p><p>　　圖2-8 單燈管和雙燈管導(dǎo)光板的背面網(wǎng)點(diǎn)分布圖</p><p>　　導(dǎo)光板材質(zhì)的物理特性有如下幾個(gè)方面的要求。</p><p><b>　　●高折射率；</b><

47、;/p><p><b>　　●高全光透過率；</b></p><p><b>　　●高耐熱變形溫度；</b></p><p><b>　　●高表面硬度；</b></p><p><b>　　●低吸水率；</b></p><p><

48、b>　　●低熱膨脹率。</b></p><p>　　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。</p><p>　　圖2-9 印刷式制程圖</p><p>　　非印刷式工藝流程如圖2-10所示。</p><p>　　圖2-10 非印刷式制程圖</p><p>　　2

49、.2.4 擴(kuò)散板（Diffuser Plate）[11][12]</p><p>　　擴(kuò)散片的主要功能是將光線均勻化，避免產(chǎn)生Lamp Mura（mura本來是一個(gè)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。</p><p>　　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

50、線透過率，使光線通過它擴(kuò)散效果達(dá)到最佳狀態(tài)。</p><p>　　圖2-11 擴(kuò)散板原理圖</p><p>　　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(duì)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(duì)色度、黃化之影響較大。GLASS(玻璃)系----為目前最佳設(shè)計(jì)，但成本最高。</p>

51、<p>　　2.2.5 擴(kuò)散片（Diffuser Film）[11] [12]</p><p>　　擴(kuò)散片有以下幾個(gè)方面的作用。</p><p>　　●擴(kuò)散片將光源均勻化(將并列的燈源作均勻化呈現(xiàn))</p><p>　　●遮蔽效果(遮蔽導(dǎo)光板印刷網(wǎng)點(diǎn)或燈管黑影)；</p><p>　　●增加輝度(提高亮度)；</p>

52、<p>　　●光線整理(改變光源的行徑路線)；</p><p>　　●改善視角(往往取決于上擴(kuò)散片的功能)。</p><p>　　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。</p><p>　　圖2-12 擴(kuò)散片的擴(kuò)散原理圖</p><p>　　擴(kuò)散片用在增光片下方時(shí)為下擴(kuò)散片，下擴(kuò)的

53、主要功能是集光、遮蔽網(wǎng)點(diǎn)或線光源；</p><p>　　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。</p><p>　　擴(kuò)散片的物理特性主要有以下幾點(diǎn)。</p><p>　　●全光線透過率：光能量的傳達(dá)率；</p><p>　　●平行光透過率：出射光的分布中央偏在率；</p>

54、<p>　　●擴(kuò)散透過率：出射光的分布中央不偏在率；</p><p>　　●色變化：顏色的變化，色度坐標(biāo)X、Y的變化；</p><p>　　●霧度：(擴(kuò)散光量/全光線透過量)×100%。圖2-13是霧度概念示意圖。</p><p>　　圖2-13 霧度概念示意圖</p><p>　　擴(kuò)散片的制造工藝是以PET為基材，將P

55、ET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。</p><p>　　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。</p><p>　　光擴(kuò)散面：將光線打散，起到均勻化的作用。</p>

56、;<p>　　PET樹脂：作為基材。</p><p>　　密著防止層：防止靜電吸附。</p><p>　　圖2-14 擴(kuò)散片的結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2.6 增亮膜[13]</p><p>　　當(dāng)背光模塊所能提供的輝度不足時(shí)，則會(huì)在背光模塊中放置增亮膜，常見的增亮膜包含有棱鏡片BEF(Brightness Enhanc

57、ement Film)、偏光反射片DBEF（Dual Brightness Enhancement Film）等，現(xiàn)分述如下。</p><p>　　BEF的工作原理如圖2-15所示。</p><p>　　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。</p><

58、p>　　圖2-15 BEF的原理圖</p><p>　　DBEF的工作原理如圖2-16所示。</p><p>　　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(huì)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

59、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(shí)，對(duì)視角沒有影響，一般都放在擴(kuò)散片上面。</p><p>　　圖2-16 DBEF的工作原理圖</p><p>　　制造流程圖如圖2-17所示。</p><p>　　圖2-17 增亮膜制造流程圖</p><p>　　典型產(chǎn)品如表2-1所示

60、。</p><p>　　表2-1 光耀的產(chǎn)品表</p><p><b>　　2.3 小結(jié)</b></p><p>　　背光模塊是液晶顯示器中不可或缺的組件之一，而組成模塊的光學(xué)元器件的導(dǎo)光板、擴(kuò)散板及各種膜材料更是左右整體光源使用效率高低的重要因素，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(jì)，是所有相關(guān)人員努力的方向。</p

61、><p>　　3 光源設(shè)計(jì)軟件TracePro簡(jiǎn)介[14][15]</p><p>　　3.1 TracePro簡(jiǎn)介[16]</p><p>　　TracePro是美國Lambda Research Co．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)仿真軟件。與其它的光學(xué)設(shè)計(jì)軟件相比，Trace Pro既具有真實(shí)立體模型的建

62、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。</p><p>　　到目前為止，Lambda Research Co.已經(jīng)推出TTracePro的四種版本，如下所述。</p><p>　　●Rc：只能模擬反射式照明系統(tǒng)；</p><p>　　●Lc：可以分析較少量組件數(shù)與光源數(shù)的發(fā)光及照明

63、系統(tǒng)；</p><p>　　●Standard：標(biāo)準(zhǔn)配置，可分析大部分照明及光學(xué)系統(tǒng)；</p><p>　　●Expert：增加RepTile（鱗甲）功能，方便設(shè)計(jì)多且重復(fù)的物件(Object)，如菲涅耳透鏡（Fresnel Lens）。其中，RepTile是TracePro的一個(gè)特別算法，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)

64、，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(shí)，所計(jì)算的是“動(dòng)態(tài)(oN the fly)”表面；而正因?yàn)樗僭斓氖莿?dòng)態(tài)的表面，所以RepTile的幾何架構(gòu)并不會(huì)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(shí)間。使得TracePro得以數(shù)分鐘而非數(shù)天的時(shí)間來分析背光系統(tǒng)。</p><p>　　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)、

65、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。</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)照明系統(tǒng)，首要任務(wù)是建立一個(gè)實(shí)體模型，TracePro跟3D實(shí)體模型的兼容性非常的高，可以將Auto CAD、Mechanical Desktop、CADKEY等機(jī)械制圖軟件設(shè)計(jì)的模型直接導(dǎo)入，也可從非A

66、CIS內(nèi)核的光學(xué)設(shè)計(jì)程序（OSLO、ZEMAX、Code V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（Fresnel lens），反射體（reflector），燈管（tube）等。一些非規(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

67、令對(duì)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(dòng)、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。</p><p>　　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(gè)模型，而在物件和表面相交處并沒有引起額外的損

68、失。在每個(gè)交點(diǎn)，個(gè)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，使所設(shè)計(jì)的模型都能正確的分析出來。</p><p>　　Trace Pro同時(shí)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)。Displaying Rays（顯示光線）和Ray Sorting（選擇光線），讓你觀察數(shù)據(jù)是否是你期待的結(jié)果。Irradiance Maps（光照分析圖）、Ray Tables（入射光線表

69、格）和Polarization Maps（光偏正分析圖）提供每一個(gè)表面的模擬結(jié)果。Candela Plots（光強(qiáng)分布圖）顯示模型中光線數(shù)據(jù)的角度分配。Volume Flux Viewer（光通量）能夠觀察模型內(nèi)部的流量分布。Reports Menu（報(bào)告菜單）幫助你完成分析光線數(shù)據(jù)和模型的多種報(bào)告形式。Tools(工具)菜單包括附加的功能來幫助你完成光線追跡結(jié)果。</p><p>　　3.2 TracePro

70、操作流程</p><p>　　3.2.1 建立直下式背光源模型 [16][17]</p><p>　　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(jì)中，我先用TracePro模擬設(shè)計(jì)BLU的各個(gè)組成部分，再將各個(gè)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(jì)，最終搭建的方法是為了方便進(jìn)行后面的分析比較。</p>&

71、lt;p>　　打開TracePro，點(diǎn)擊桌面TracePro快捷方式或使用開始→程序→TracePro。</p><p><b>　　創(chuàng)建反射背板。</b></p><p>　　●從“插入”下拉菜單中，選擇“插入基本幾何體”命令。</p><p>　　●選擇“薄板”模型，輸入四點(diǎn)坐標(biāo)（-442.8,229.075,0）（-442.8,24

72、9.075,20）（-442.8，-249.075,20）（-442.8，-229.075,0）。</p><p>　　●點(diǎn)擊“插入”，創(chuàng)建薄板1。</p><p><b>　　圖3-1 創(chuàng)建薄板</b></p><p>　　●選擇薄板的表面0，點(diǎn)擊右鍵選擇“填充延伸”選項(xiàng)。</p><p>　　●輸入長度=885.6，

73、角度=0；選擇自定義拉伸方向（1,0,0）。所得結(jié)果如圖所示。</p><p><b>　　圖3-2 表面拉伸</b></p><p>　　●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(xiàng)，在表面選項(xiàng)卡中，選擇Perfect Mirror，點(diǎn)擊應(yīng)用。</p><p>　　圖3-3 設(shè)置表面屬性</p>

74、<p>　　●將薄板1重命名為反射背板，這樣反射背板就創(chuàng)建完成。</p><p><b>　　創(chuàng)建燈管組</b></p><p>　　●從“插入”下拉菜單中，選擇“插入基本幾何體”命令。</p><p>　　●選擇“圓柱/圓錐”模型，選擇圓柱選項(xiàng)，主半徑=2，長度=880，底部位置（-442.8,225,4），底部轉(zhuǎn)向（0,90,0）

75、，點(diǎn)擊“插入”，創(chuàng)建圓柱1。</p><p><b>　　圖3-4 插入圓柱</b></p><p>　　●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(xiàng)，在表面選項(xiàng)卡中，選擇Fluor Whie，點(diǎn)擊應(yīng)用。</p><p>　　●新增表面光源屬性到燈管。在應(yīng)用特性對(duì)話框中選擇“表面光源”選項(xiàng)卡。選擇光源形式為光通量，光通量=30

76、流明，總光線數(shù)=1000，場(chǎng)角分布為Lambertian發(fā)光場(chǎng)型。</p><p>　　●點(diǎn)擊“應(yīng)用”，表面光源創(chuàng)建完成。</p><p>　　圖3-5 創(chuàng)建表面光源</p><p>　　●將圓柱1重命名為CCFL，這樣單燈管就創(chuàng)建完成。</p><p>　　●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)擊右鍵，選

77、擇“移動(dòng)”選項(xiàng)，點(diǎn)擊“相對(duì)移動(dòng)”，輸入中心位置（0，-30,0），點(diǎn)擊復(fù)制。</p><p>　　●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。</p><p>　　圖3-6 運(yùn)用位移復(fù)制功能創(chuàng)建燈管組</p><p><b>　　創(chuàng)建擴(kuò)散板</b></p><p>　　●從“插入”下拉菜單中，選擇“插入基本幾何

78、體”命令</p><p>　　●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。</p><p><b>　　圖3-7 插入方塊</b></p><p>　　●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。</p>

79、<p>　　●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。</p><p>　　圖3-8 進(jìn)入表面材質(zhì)編輯對(duì)話框的路徑</p><p>　　●在表面材質(zhì)編輯器中，點(diǎn)擊新增特性，在彈出對(duì)話框中輸入表面特性名稱：Lambertian Diffuser ,散射模型選擇Abg函數(shù)，溫度=300，波長=0.5，點(diǎn)擊確定。</p><p>

80、　　圖3-9 編輯表面屬性</p><p>　　●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(gè)系數(shù)來決定。</p><p>　　●設(shè)置完成后，點(diǎn)擊保存即可，這樣新增的這個(gè)表面屬性就在TracePro的數(shù)據(jù)庫中。</p><p>　　圖3-10 編輯好的散射表面屬性</p>&

81、lt;p>　　●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)。</p><p>　　●將方塊1的材料屬性設(shè)置為Plastic→Acrylic，表面0的面屬性為Perfect Transmitter。</p><p>　　●將方塊1重命名為擴(kuò)散板，這樣擴(kuò)散板就創(chuàng)建完成。</p>

82、<p><b>　　創(chuàng)建擴(kuò)散片</b></p><p>　　●從“插入”下拉菜單中，選擇“插入基本幾何體”命令。</p><p>　　●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。</p><p>　　●將方塊1的表面0設(shè)置為Perfect Trans

83、mitter，表面1設(shè)置為Lambertian Diffuser。</p><p>　　●將方塊1重命名為下擴(kuò)，這樣下擴(kuò)散片就創(chuàng)建完成。</p><p>　　圖3-11 創(chuàng)建完成的下擴(kuò)散片</p><p>　　●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。</p><p><b>　　創(chuàng)建增光片[18]</b></

84、p><p>　　●創(chuàng)建增光片要用到TracePro的Expert版本中的Reptile(鱗甲)功能。</p><p>　　●選擇主菜單中的點(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。</p><p>　　圖3-12 進(jìn)入鱗甲材質(zhì)編輯器的路徑</p><p>　　●點(diǎn)擊新增特性，鱗甲特性名稱：BEF Ⅲ 90-50,變化方式為常數(shù)，幾何形狀為

85、Prism,磚格排法為Rectangle。點(diǎn)擊確定。</p><p>　　●Y(0)和Y（1）角度都為45°，X（0）和X（1）角度都為80°。</p><p>　　●設(shè)置完成后，點(diǎn)擊保存即可，這樣新增的這個(gè)鱗甲屬性就在TracePro的數(shù)據(jù)庫中。</p><p>　　圖3-13 鱗甲材質(zhì)編輯對(duì)話框</p><p>　　●

86、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。</p><p>　　●將方塊1的表面0和表面1的面屬性都設(shè)置為Perfect Transmitter。</p><p>　　●將方塊1的材料屬性設(shè)置為Plastic→Acrylic。</p><p&

87、gt;　　●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(xiàng)，在鱗甲選項(xiàng)卡中，選擇Vikuiti→BEF Ⅲ 90-50，表面屬性為Perfect Transmitter，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。</p><p>　　圖3

88、-14 運(yùn)用鱗甲材質(zhì)屬性</p><p>　　圖3-15 運(yùn)用鱗甲材質(zhì)的表面的效果圖</p><p>　　●將方塊1重命名為lens，這樣下增光片就創(chuàng)建完成。</p><p><b>　　創(chuàng)建觀察屏</b></p><p>　　●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=

89、498.15，Z=1，中心位置（0,0,25），點(diǎn)擊插入，創(chuàng)建方塊1。</p><p>　　●將方塊1的表面1的面屬性都設(shè)置為Perfect Absorber。</p><p>　　●將方塊1重命名為觀察屏，這樣觀察屏就創(chuàng)建完成。</p><p><b>　　BLU元件組合</b></p><p>　　●在TracePr

90、o中新建一個(gè)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(jì)”為名保存。</p><p>　　圖3-16 BLU模擬設(shè)計(jì)圖</p><p>　　●到此為止整個(gè)背光源模型已經(jīng)建立完成。</p><p>　　3.3.2 初始設(shè)定</p><p><b>　　光線追跡選項(xiàng)設(shè)置</b

91、></p><p>　　●在主菜單中選擇分析→光線追跡選項(xiàng)，進(jìn)入光線追跡選項(xiàng)對(duì)話框。</p><p>　　●點(diǎn)擊“選項(xiàng)”，在輻射單位的下拉菜單中選擇光度學(xué)，點(diǎn)擊應(yīng)用，也可以把這已選擇設(shè)為默認(rèn)值。</p><p>　　圖3-17 光線追跡選項(xiàng)對(duì)話框</p><p>　　●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0.5461

92、um,我們插入另外兩個(gè)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。</p><p>　　圖3-18 光線追跡選項(xiàng)對(duì)話框</p><p>　　●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。</p><p>　　圖3-19 光線追跡選項(xiàng)對(duì)話框</p><p>　　輻照度/光照度選項(xiàng)設(shè)置</p&

93、gt;<p>　　●在主菜單中選擇分析→輻照度/光照度選項(xiàng)，進(jìn)入輻照度/光照度選項(xiàng)對(duì)話框。</p><p>　　●在分析項(xiàng)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(jì)數(shù)為20，分辨率為128*128，對(duì)稱選無，圖像顏色為黑底彩色顯示[彩虹]，法線向量為（0,0,1），指上向量為（0,1,0），點(diǎn)擊應(yīng)用。</p><p>　　

94、圖3-20 輻照度/光照度分析選項(xiàng)對(duì)話框</p><p>　　Candela Plots選項(xiàng)設(shè)置</p><p>　　●在主菜單中選擇分析→Candela Plots選項(xiàng)，進(jìn)入Candela Plots選項(xiàng)對(duì)話框。</p><p>　　●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(duì)稱選無，點(diǎn)擊

95、應(yīng)用。</p><p>　　圖3-21 坎德拉分析圖對(duì)話框</p><p>　　●點(diǎn)擊Polar Iso-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(dòng)決定間，勾選數(shù)目，值為10，點(diǎn)擊應(yīng)用。</p><p>　　●點(diǎn)擊Candela 分布，勾選平滑度，值為25，水平方向角度數(shù)目為4，勾選照明燈具格式，照明燈具繪圖寬度為180，

96、，角度間距為90度，點(diǎn)擊應(yīng)用。</p><p>　　3.3.3 光線追跡</p><p>　　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（Analysis menu）底部選擇其中一種模式即可，可以是分析模式（Analysis Mode）或是模擬模式（Simulation Mode）。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

97、同時(shí)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(gè)出射表面，以便在追跡完后可以看到照度圖。由于我的計(jì)算機(jī)的虛擬內(nèi)存不足，無法完成在分析模式下的16000條光線的追跡，所以我采用模擬模式對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行光路追跡。</p><p>　　選擇方式。在主菜單下選擇分析→仿真模式。</p><p>　　圖3-22 選擇仿真模式路徑</p>

98、<p>　　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(xiàng)，在應(yīng)用特性對(duì)話框中，選擇光出射面選項(xiàng)卡，勾選光出射面，點(diǎn)擊應(yīng)用。</p><p>　　圖3-23 光出射面設(shè)置對(duì)話框</p><p>　　光線追跡。在主菜單中選擇分析→開始光線追跡或點(diǎn)擊。</p><p>　　圖3-24 光線追跡進(jìn)度對(duì)話框</p>&

99、lt;p><b>　　3.3.4 分析</b></p><p><b>　　光照?qǐng)D</b></p><p>　　當(dāng)要顯示光照?qǐng)D時(shí)，必須選取一個(gè)表面，使得光照?qǐng)D有圖表的數(shù)據(jù)。</p><p>　　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。</p><p>　　圖3-2

100、5 BLU光照?qǐng)D</p><p>　　光強(qiáng)圖（Candela Plots）</p><p>　　點(diǎn)擊主菜單分析→Candela Plote→Polar Iso-candela Plots(極坐標(biāo)式的燭光圖)或點(diǎn)擊，顯示極坐標(biāo)式的燭光圖。</p><p>　　圖3-26 BLU極坐標(biāo)式光強(qiáng)分布圖</p><p>　　4 基于TracePro軟

101、件的LCD背光源模擬設(shè)計(jì)[18][19]</p><p>　　4.1 背光模組整體尺寸的確定</p><p>　　本文模擬設(shè)計(jì)40寸的液晶電視的背光源。因?yàn)榇蟪叽顼@示屏對(duì)亮度的要求比較高，所以對(duì)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(duì)角線長度，即實(shí)際顯示區(qū)域?yàn)?85.6(H)mmx498.15(V)mm，1寸=2.54厘

102、米。</p><p>　　這里，模擬設(shè)計(jì)的背光源外形尺寸選定為885.6(H)mm x 498.15 (V)mm。圖4-1為直下式背光源（BLU）的結(jié)構(gòu)圖，表4-1為BLU元器件數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖4-1 直下式背光源(BLU)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　表4-1 BLU元器件數(shù)據(jù)表</p><p>　　4.2 CCFL及反射背板

103、的模擬設(shè)計(jì)</p><p>　　為了配合背光模組的長寬尺寸，我們?cè)O(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100 lm。模擬設(shè)計(jì)設(shè)置16根CCFL來滿足40寸TV的高亮度要求。圖 4-2是16跟并排的CCFL的3D圖。</p><p>　　圖4-2 CCFL燈光組3D圖</p><p>　　利用TracePro對(duì)燈管組進(jìn)行光路追跡，圖4-

104、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。</p><p>　　圖4-3 CCFL燈管組光路圖</p><p>　　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(gè)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

105、.67cd，且豎直方向發(fā)光區(qū)域較散。</p><p>　　圖4-4 燈管組水平方向發(fā)光強(qiáng)度分布圖</p><p>　　圖4-5 燈管組豎直方向發(fā)光強(qiáng)度分布圖</p><p>　　由于燈管組是向整個(gè)空間發(fā)光，導(dǎo)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(gè)反射背板。外框選用AL（鋁）、SECC（電解亞鉛鍍鋅鋼

106、板）等材質(zhì)，其內(nèi)側(cè)面反射面，在TracePro中面屬性設(shè)置為Perfect Mirror(鏡面反射，零吸收，零散射)，當(dāng)然這是理想化的設(shè)置，但對(duì)模擬設(shè)計(jì)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。</p><p>　　圖4-6 反射背板組合燈管組的3D圖</p><p>　　重新對(duì)這個(gè)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(duì)燈管組光線的有效收斂和集中。&l

107、t;/p><p>　　圖4-7 反射背板組合燈管組的光路圖</p><p>　　從TracePro給出的配光曲線圖（圖4-8和圖4-9）上可以看到，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。</p><p>　　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&

108、lt;/p><p>　　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</p><p>　　4.3 擴(kuò)散板和擴(kuò)散片的應(yīng)用</p><p>　　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(gè)作用是避免產(chǎn)生Lamp Mura，圖4-10是TracePro模擬下的Lamp Mura現(xiàn)象。</p><p>　　圖4-10

109、TracePro模擬下的Lamp Mura現(xiàn)象圖</p><p>　　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)置為散射屬性來模擬擴(kuò)散板的擴(kuò)散作用。</p><p>　　將未加擴(kuò)散板和加上擴(kuò)散板的背光源光照?qǐng)D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Lamp Mura現(xiàn)象。</p>&l

110、t;p>　　圖4-11 未加擴(kuò)散板時(shí)出光面的照度圖</p><p>　　圖4-12 加擴(kuò)散板后出光面的照度圖</p><p>　　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(duì)光線的作用。</p><p>　　圖4-13 擴(kuò)散片對(duì)光線的作用圖</p><p>　　經(jīng)過擴(kuò)散片進(jìn)一步改善后，

111、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,</p><p>　　圖4-14 加擴(kuò)散板和擴(kuò)散片后出光面的照度圖</p><p>　　4.4 棱鏡片的設(shè)計(jì)與應(yīng)用</p><p>　　在設(shè)計(jì)棱鏡片時(shí)，3M公司的BEF和DBEF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