为了降低直下式背光的厚度并提升亮度, 设计了一种光学增亮膜。基于Snell定律设计了对单个LED发出光线起均匀照度作用的二维微结构曲线。该微结构曲线是把LED看做理想点光源设计并计算的, 但考虑到实际的LED是一个正方形发光面, 因此对该微结构曲线进行了优化, 提升了它对实际尺寸LED的均匀照度作用。根据LED的排布规律提出了一种正六边形蜂窝拼接排布方案, 并进行了仿真分析。仿真结果表明: 使用光学增亮膜的背光中心亮度提升了172.4%。根据微结构设计结果采用无掩膜直写光刻工艺制作了实际样品并进行了效果测试, 测试结果表明: 中心亮度提升了136.2%, 厚度降低了13 mm。采用本文设计的光学增亮膜可以有效地提高背光亮度同时降低背光厚度, 满足汽车抬头显示器的直下式背光亮度高、体积小的要求。

研制了一款可在接收面上实现平面光谱分布均匀的直下式LED黄疸灯。首先, 按照LED数量从少到多的顺序, 在同一基板上依次对4种单色LED进行排布, 使其分别在同一出光面上形成大小相近且照度均匀的光斑, 进而使出光面乃至接收面上实现平面光谱分布均匀。其次, 对直下式LED黄疸灯仿真验证, 结果表明其确实可在接收面上实现平面光谱分布均匀。最后, 在出光面上分别放置扩散板和棱镜膜, 对两款直下式LED黄疸灯样品进行实验测试。测试结果表明：相较而言, 在出光面上放置增光膜的直下式LED黄疸灯样品可以使接收面具有较多的光能量。但无论出光面上放置的是棱镜膜还是扩散板, 在600 mm×300 mm的接收面上, 直下式LED黄疸灯都能实现99.9%以上的平面光谱分布均匀度值以及74%以上的照度均匀度值, 符合国家婴幼儿光疗设备安全标准。

为减少混光距离进而获得超薄直下式LED背光模组，提出一种具有逆棱微结构的扩散板。对这种逆棱微结构进行了光学理论分析，证明了该结构在降低混光距离方面具有可行性。对逆棱微结构扩散板的光学效果进行了实验验证，并用于813 cm(32 in)LED背光模组。实验结果表明: 该结构扩散板可有效增大灯影光圈，相对无结构扩散板，光圈直径增大约10%[在达到相同混光效果时，具有该结构扩散板的混光高度降低[采用该逆棱微结构的扩散板的背光模组混光高度由13 mm降低至118 mm。采用具有逆棱微结构的扩散板有助于实现LED背光模组的超薄设计。