LED平面光源光学设计

1、知天地:淺談發光二極體大型顯示器技術 (下 - 模組化發光二極體平面光源之設計日期2008-06-16 2008-12-16 訊息源計畫辦公室附件表知天地:淺談發光二極體大型顯示器技術 (下 - 模組化發光二極體平面光源之設計國高雄應用科技大學電機工程研究所國高雄應用科技大學電機工程研究所 孝 淺談發光二極體大型顯示器技近由於高發光二極體(LED 的技術逐漸成熟,使得LED 應用的範圍加擴大,一般照明與戶外大型顯示器等產品的術也因此有重大的改善。由於LED 應用於顯示器光源上,具高色彩飽和、啟動快速、無汞及壽命長等優點,加上LED 發逐提升,LED 逐漸由室內顯示走向戶外顯示方面的應用,大型L

2、ED 顯示器廣告看板因其可快速變換資訊傳遞即時訊息,以及鮮豔的色彩變化能有效吸引群眾目光,比起以往平面廣告看板能及時展現廣告產品特色及快速傳達各項資訊。大型LED 無尺寸大小,是由單一元件的LED 加以拼裝而成,戶外LED 看板的觀看距較遠,所以對於顯示器解析的要求較低,、穩定及耐候性的要求比較高。本文的研究著重在模組化的LED 平面光源的研發,希望能低成本,且方組成各種尺的平面光源。由於液晶面板本身並發光,因此液晶顯示器(l LCD , LCD 在工作時必須以背光模組(Backlight Module作為光源。傳統的組中,一般以陰極螢光燈(Cold Cathode Fluorescent L

3、amp, C CF L作為光源,但是近LED (l LED ;發光二極體的已頗具挑戰陰極螢光燈的趨勢。LED 是一種由半導體材所製成之光發光元件,元件具有個電極端子(NP 端,在端加電壓,通入極小的電即可發光。用二極體內電子與電相互結合而釋出光能,此發光現象非藉加熱發光,屬於發光久也會像傳統燈泡般地發燙。LED 能表現較廣的色域和擁有很好的穩定性以及很長的壽命,即使是每日24小時運轉,也能維持一定的穩定,如能將LED 模化,因為結構簡單,但可快速建置,也會受顯示幕的尺寸大小及形所限制,本文以一吋光源模組為,明如何結合導以提升LED 模組的均勻,使其具備潛以組成大型LED 平面光源。本文所敘述之

4、LED 模組包含擴散板、導光板及透鏡等元件,當光線穿過同介質時,並是全部能均可折射與穿透,而是同入射角而有同能之反射與折射,依Snell 、s 定解釋。分介面法線與入射線、反射線和折射線所成的夾角為i 、r 和為入射角、反射角和折射角。種介質的絕對折射以n i 和n t 表示,其中入射角等於反射角為反射定;入射角和折射角的滿足折射定:N i ×Sin i = N t ×Sin tN i 、N t :材折射i =入射角、r =反射角、 t =折射角用白光LED 透過一個一吋大小的反射罩將光線投射於一吋方的範圍上(圖一,由模擬結果得知面板有均勻佳的情形在LED 上方設計一個翅形

5、鏡片(圖二,使得以擴張光線的出射面積。此LED 封裝模組包含反光罩、翅形封裝鏡片與擴散板元件 (圖三與圖四,經過電腦模擬與實際的測尋找出最佳的組合及結構,提升此光源模組的均勻與輝。 藉由LED 平面光源模組之封裝結構設計,低平面光源的厚與提升光源模組的均勻。經由模擬的照圖(圖五、圖、圖八及實驗結果(表一可知,目前此LED 平面光源模組之均勻可達78%。圖一: 反光罩光學模型圖二:翅型lens光學模型圖三: LED 模組光學模型圖四: 反光罩/翅型lens LED 模組表一: 實驗據(輝直單位:cd/m 2測點點1點2點3點4點5均勻LED + 反光罩2000212019102010323060

6、%考文獻:1.“Illumination with Solid State Lighting Technology ", Daniel A. Steigerwald, Jerome C. Bhat, Dave Co組合 LED + lens16601740 1690 1620170016201650207078%圖五:組合一之照分布圖圖: 組合二之照分布圖圖七: 組合三之照分布圖圖八: 組合四之照分布圖Robert M. Fletcher, Mari Ochiai Holcomb, Michael J. Ludowise, Paul S. Martin, and Serge L. Rudaz.2.“Advances in LCD Backlight Film and Plate Technology,Mahari Tjahjadi", Grant Hay, Dennis J. CoyleEugene G. Olczak, Information Display