LED背光的设计与优化中文翻译版本

1、Copyright 2007 Optical Research Associates 背光设计技术面临的挑战与应用背光设计技术面临的挑战与应用背光设计技术面临的挑战与应用背光设计技术面临的挑战与应用背光设计技术面临的挑战与应用背光设计技术面临的挑战与应用背光设计技术面临的挑战与应用背光设计技术面临的挑战与应用 2009年年年年2月月月月 美国光学协会美国光学协会美国光学协会美国光学协会 莎益博设计系统商贸莎益博设计系统商贸莎益博设计系统商贸莎益博设计系统商贸（上海上海上海上海）有限公司翻译有限公司翻译有限公司翻译有限公司翻译 LED Backlight Design and Optimizat

2、ion, Slide 2 内容概要内容概要内容概要内容概要内容概要内容概要内容概要内容概要 背光模组的定义与构成 设计目标与设计方法 参数设置与优化 实际案例学习(仪器仪表) LED Backlight Design and Optimization, Slide 3 背光模组的定义背光模组的定义背光模组的定义背光模组的定义背光模组的定义背光模组的定义背光模组的定义背光模组的定义 一般构成 导光板 通常其材料为塑料 注射成型或印刷式的网点（导光 板下表面 ） 光源和反射罩 （典型光源 CCFL and LED） 其他常用的光学元件 扩散片 (可提高均匀性) 反射片 一些元件能否被使用取决于它的

3、尺寸 大小和成本以及其它要求 Schematic of a typical backlight design Light source Light guideDiffuser Reflector Appliqu Transparency LED Backlight Design and Optimization, Slide 4 主要设计目标主要设计目标主要设计目标主要设计目标主要设计目标主要设计目标主要设计目标主要设计目标 在垂直光的传播方向上提升光的利用效率 Light Source Preferred direction of light extraction Direction of

4、light propagation Light guide Light extraction from a light guide LED Backlight Design and Optimization, Slide 5 设计过程设计过程设计过程设计过程设计过程设计过程设计过程设计过程: : 均匀性均匀性均匀性均匀性均匀性均匀性均匀性均匀性 光能量的传播是随导光板的长度变化的 -出光的提取效率要随导光板的长度的增加而增加 改变光提取效率的方法： -改变网点密度，网点大小, 网点排布间距 Distance from the source Available power Extraction

5、efficiency Uniform output LED Backlight Design and Optimization, Slide 6 背光网点设计背光网点设计背光网点设计背光网点设计背光网点设计背光网点设计背光网点设计背光网点设计 网点模型：印刷式的或注射成型的网点 在背光设计中经常用到这两种网点来获得亮度均匀的背光 最佳的设计参数是优化后得到的网点密度分布 Pattern Generator + CAD Illumination Software Output OK Unacceptable LED Backlight Design and Optimization, Slide

6、 7 优化过程优化过程优化过程优化过程优化过程优化过程优化过程优化过程 通过不断反复调整网点参数进行优化,可以得到最终 最佳的亮度与均匀性。 -可以通过做样品或软件模拟来完成 光线追迹后输出模拟光线追迹后输出模拟光线追迹后输出模拟光线追迹后输出模拟 结果结果结果结果 对比输出结果与初始对比输出结果与初始对比输出结果与初始对比输出结果与初始 要求要求要求要求 网点参数网点参数网点参数网点参数 设置设置设置设置 计算新的网点计算新的网点计算新的网点计算新的网点 更新模型更新模型更新模型更新模型 完成完成完成完成 OK Not OK LED Backlight Design and Optimiza

7、tion, Slide 8 网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定 网点参数可以是大小或密度变化的二维或三维网点 为提供最好的均匀性可显示网点的密度变化 为避免产生莫尔条纹，每个区域网点的密度是不一样 的 应当避免显示的修正和使用增亮片 网点参数确定方法: 定义网点密度为二维网格值 定义网格值 网点的数量为变量 网点的大小为变量 网点的数量和大小都为变量 LED Backlight Design and Optimization, Slide 9 网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点

8、参数的确定网点参数的确定网点参数的确定: : 变化数量变化数量变化数量变化数量变化数量变化数量变化数量变化数量 假设给定网点大小与形状假设给定网点大小与形状假设给定网点大小与形状假设给定网点大小与形状 通过计算在一个区域内变化网点的数量，得到想要的网点密度 网点密度的变化应该是缓慢而平滑的 人眼对突变是很敏感的，对渐变却不敏感 变化网点数量的其他方法变化网点数量的其他方法变化网点数量的其他方法变化网点数量的其他方法 分子动力学方法 多联骨牌法 Mosaic Structure with Observable Rectilinear Substructure Smooth Variation w

9、ith Observable Rectilinear Substructure Smooth Variation with Sinusoidal Shifts LED Backlight Design and Optimization, Slide 10 网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定: : 变化大小变化大小变化大小变化大小变化大小变化大小变化大小变化大小 假设给定网点位置排布假设给定网点位置排布假设给定网点位置排布假设给定网点位置排布 经常用的排布一般为六角形经常用的排布一般为六角形经常用的排布一般为六角形经常

10、用的排布一般为六角形 通过计算在一个区域内变化网点的大小通过计算在一个区域内变化网点的大小通过计算在一个区域内变化网点的大小通过计算在一个区域内变化网点的大小，得到想要的网得到想要的网得到想要的网得到想要的网 点密度点密度点密度点密度 出光的效率和网点排布的密度是成比例的出光的效率和网点排布的密度是成比例的出光的效率和网点排布的密度是成比例的出光的效率和网点排布的密度是成比例的 Mosaic Structure using Hexagonal Pattern Smooth Variation using Hexagonal Pattern Smooth Variation using Rect

11、ilinear Pattern LED Backlight Design and Optimization, Slide 11 网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定网点参数的确定: : 随机变化随机变化随机变化随机变化随机变化随机变化随机变化随机变化 网点可以在位置的附近移动偏移网点可以在位置的附近移动偏移网点可以在位置的附近移动偏移网点可以在位置的附近移动偏移，进行随机的变化进行随机的变化进行随机的变化进行随机的变化, 但并不会重叠但并不会重叠但并不会重叠但并不会重叠 也可以对网点的大小进行 随机控制 Dither X,Y=1,0

12、Dither X,Y=0,1Dither X,Y=1,1 Dither X,Y=0,0Dither X,Y=.2,.2Dither X,Y=.5,.5 LED Backlight Design and Optimization, Slide 12 光线追迹与模拟评估光线追迹与模拟评估光线追迹与模拟评估光线追迹与模拟评估光线追迹与模拟评估光线追迹与模拟评估光线追迹与模拟评估光线追迹与模拟评估 此商业照明软件可以对背光进行设计模拟评估此商业照明软件可以对背光进行设计模拟评估此商业照明软件可以对背光进行设计模拟评估此商业照明软件可以对背光进行设计模拟评估 运用蒙特卡罗随机光线追迹的方法来进行光度计算

13、和模拟 模拟结果的精确度取决于光线追迹的数量和分辨率的高低 高分辨率 低精度 低分辨率 高精度 高分辨率 高精度 - 更多的光线- LED Backlight Design and Optimization, Slide 13 模拟评估模拟评估模拟评估模拟评估模拟评估模拟评估模拟评估模拟评估 可以使用优化函数进行模拟可以使用优化函数进行模拟可以使用优化函数进行模拟可以使用优化函数进行模拟，比较输出结果与要求比较输出结果与要求比较输出结果与要求比较输出结果与要求，进行评估进行评估进行评估进行评估 - 可使用优化函数限定统计噪声的最小值 当达到设计目标时 可以中止优化函数 可增加光线的数目 MF

14、= Wi2(Vi - Ti)2 Wi= Weight of ithMF item Vi= Current Value of ithMF item Ti= Target of ithMF item Luminance with 10,000 Rays Luminance with 1,000,000 Rays MF = Wi2(Vi + i - Ti)2 MF = Wi2(Vi - Ti)2 +Noise LED Backlight Design and Optimization, Slide 14 网点优化网点优化网点优化网点优化网点优化网点优化网点优化网点优化 在LightTools中有个特

15、别的网点优化工具, 叫做 BPO (Backlight Pattern Optimization), 它是专门开发的,对 手机和仪器仪表背光进行网点的优化设计 BPO 通过改变网点的间距和大小来达到设计的要求 网点优化可以是2维的平面网点也可以是3维的网点 我们可以定义个接收面来接收并计算背光板表面的亮度和 照度 LED Backlight Design and Optimization, Slide 15 BPO BPO 自动优化网点的过程自动优化网点的过程自动优化网点的过程自动优化网点的过程自动优化网点的过程自动优化网点的过程自动优化网点的过程自动优化网点的过程 BPO 提供有效的优化网点

16、的过程方法 LED Backlight Design and Optimization, Slide 16 案例案例案例案例案例案例案例案例 1: 1: 印刷式导光板的网点优化印刷式导光板的网点优化印刷式导光板的网点优化印刷式导光板的网点优化印刷式导光板的网点优化印刷式导光板的网点优化印刷式导光板的网点优化印刷式导光板的网点优化 在开始的时候使用均匀的印刷式网点进行优化 得到合理的网点参数 Small Source (e.g., LED) 2D Display LED Backlight Design and Optimization, Slide 17 案例案例案例案例案例案例案例案例 2:

17、 2: 注射成型网点的优化注射成型网点的优化注射成型网点的优化注射成型网点的优化注射成型网点的优化注射成型网点的优化注射成型网点的优化注射成型网点的优化 网点大小相同，对排布的位置 做优化处理来提高光的利用效 率 这个例子是使用注射成型的网 点进行优化 LED Start Final Texture DensityOutput LED Backlight Design and Optimization, Slide 18 案例案例案例案例案例案例案例案例 3: 3: 两个两个两个两个两个两个两个两个 LED, LED, 非对称排布非对称排布非对称排布非对称排布非对称排布非对称排布非对称排布非对

18、称排布 使用注射成型的网点排 布 两个 LED LED采用非对称排布 LEDs Start Final Texture DensityOutput LED Backlight Design and Optimization, Slide 19 案例案例案例案例案例案例案例案例 4: 4: 两个两个两个两个两个两个两个两个 LED, LED, 对称排布对称排布对称排布对称排布对称排布对称排布对称排布对称排布 使用注射成型的网点排 布 两个 LED LED采用对称排布 LEDs Start Final Texture DensityOutput LED Backlight Design and O

19、ptimization, Slide 20 实际案例实际案例实际案例实际案例：实际案例实际案例实际案例实际案例： 速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化 Setup Bitmap Appliqu Side View Top View LED Texture Acrylic Light Pipe Blue Filter on kph Appliqu LED Backlight Design and Optimization, Slide 21 BPO 工具可用来优化仪表盘的导

20、光网点，达到均匀 照明的目的 如下位图是作为优化的目标 uniform illuminance in the black regions 实际案例实际案例实际案例实际案例：实际案例实际案例实际案例实际案例： 速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化 LED Backlight Design and Optimization, Slide 22 实际案例实际案例实际案例实际案例：实际案例实际案例实际案例实际案例： 速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度

21、计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化 LED Backlight Design and Optimization, Slide 23 Illuminance Density Backlight Optimization Results 15 minutes 2.33Ghz processor 100,000 rays/iteration Iteration 1 Iteration 2 Iteration 3 Iteration 4 Iteration 5 Iteration 6 实际案例实际案例实际案例实际案例：实际案例实际案例实际案

22、例实际案例： 速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化 LED Backlight Design and Optimization, Slide 24 模拟结果 Illuminance Chart (1M rays) PhotoRealistic Rendering (100M rays) 亮点 边缘照明不足 实际案例实际案例实际案例实际案例：实际案例实际案例实际案例实际案例： 速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化速度计仪表盘照明优化 LED B