1 合肥工业大学 仪器科学与光电工程学院，安徽 合肥 230009
2 芜湖长信科技有限公司，安徽 芜湖 241007
3 合肥工业大学 光电技术研究院，安徽 合肥 230009
反射式液晶显示具有功耗低、绿色环保的优点。但由于没有增亮膜等光学膜系对视角进行调控，常见的网点形貌下视角曲线存在跳变、不均匀等问题。为了改善反射式液晶显示的视角问题，本文建立了反射式液晶模组仿真模型进行探究。首先，分析了前光模组存在的视角问题。接着，以圆锥形和圆台形网点为例分析了网点形貌对视角的影响，并提出棱柱形网点以改善视角。仿真结果表明，棱柱形网点可以有效解决垂直于入射光方向±35°视角的曲线跳变及不均匀问题，且将视角中心亮度相比于圆锥形网点提升了52.3%。本研究对反射式液晶显示设备的视角设计具有重要参考意义。
前光模组 网点形貌 导光板 视角 front light module dot morphology light guide plate viewing angle
福州大学 物理与信息工程学院 闽都创新实验室, 福建 福州 350016
Mini-LED背光能够通过精细化的分区实现局域动态调光, 是当前液晶背光技术的研究热点。为揭示Mini-LED背光不同的调光单元形式对背光模组的光学性能和系统架构产生的不同影响, 本文建立了Mini-LED背光模组区域调光单元的3种不同的光学模型, 即直下式调光单元、侧入式调光单元, 以及本文提出的角入式调光单元。通过对不同结构的Mini-LED发光源光学模型进行光学建模和仿真追迹, 对调光单元进行了出光均匀性和光线利用率的对比。结果表明, 角入式调光单元在未添加光学膜片的情况下, 出光均匀性为67.27%且光线利用率为86.67%; 在添加光学膜片的情况下, 出光均匀性为84.70%且光线利用率为92.10%。与传统侧入式调光单元和直下式调光单元相比有不同程度的提升。本文结果对Mini-LED背光单元设计具有重要的理论指导意义和应用价值。
液晶背光 区域调光 导光板 Mini-LED发光源 角入式背光 liquid crystal display backlight local dimming light guide plate Mini-LED source corner-lit backlight
1 浙江理工大学机械与自动控制学院, 浙江 杭州 310018
2 浙江工商大学信息与电子工程学院, 浙江 杭州 310018
针对车载导航导光板图像纹理背景复杂渐变、亮度不均匀、缺陷细微且类型多等特点,并根据导光板光学特性、网点排列、缺陷成像效果等,结合轻量化与级联深度学习网络提出了一种缺陷快速检测方法。首先,根据导光板缺陷分布特点,通过改进卷积层连接与特征图下采样的方法,设计一轻量化二分类网络实现疑似缺陷区域的快速分割;其次,利用改进的ResNet网络构建多分类网络,并提出两阶段网络级联的方法,对分割的疑似缺陷区域提取多样化特征实现缺陷的精确分类;然后,采用固定窗口在完整导光板图像上滑动,将滑动窗口图像裁剪后批量输入级联网络进行缺陷的粗定位与分类;最后,利用工业现场采集的导光板图像自建数据集,并以此为基础进行了大量实验。实验结果表明:与其他导光板缺陷检测算法相比,本文算法在准确率与检测时间上得到显著提升,检测平均准确率达到98.4%,单张检测时间提升到1.95 s,准确率、实时性均达到工业检测要求。
激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1410009
1 江南大学 江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
2 苏州天禄光科技股份有限公司, 江苏 苏州 215500
导光板的网点结构会直接影响背光模组的均匀性和亮度, 不同的加工方法也会产生不同的网点结构。激光加工热压成型的导光板散射网点, 因结构极其复杂, 难以用光学设计软件直接进行仿真设计。提出基于仪器采集的网点表面信息, 采用多个软件联合建模的方法, 构建出一个可直接用于导光板仿真设计的网点模型。利用此网点模型优化设计背光模组, 加工成产品测试发光均匀度达到88.8%, 与仿真结果吻合。研究结果解决了企业以往只能依靠多次加工实验对导光板进行优化设计的问题, 极大地减少研发时间, 节省了生产成本。
应用光学 光学设计 背光模组 导光板 网点结构 applied optics optical design backlight module light guide plate dots structure
太原理工大学 机械与运载工程学院, 山西 太原 030024
从背光模组的基本结构出发,通过理论分析确定了影响导光板散射网点排布的公式, 证明了散射网点的排布规律对背光模组出光均匀度有影响。对一款背光模组商品建立了简化模型,通过光学软件TracePro模拟分析以及实验验证,证明了背光模组商品的出光均匀度还有提升的可能性。在此基础上,又重点分析了散射网点行间距的变化值,散射网点直径和散射网点初始行间距对导光板出光均匀度的影响。经过反复仿真模拟, 取得了一组参数值,可以使优化后的导光板出光均匀度比背光模组商品的出光均匀度好。研究的结论可作为导光板散射网点设计的参考,对背光模组的设计具有指导意义。
应用光学 背光模组 导光板 散射网点 出光均匀度 applied optics backlight module light guide plate scattering dot light uniformity
1 江南大学理学院江苏省轻工光电工程技术研究中心, 江苏 无锡 214122
2 苏州天禄光科技股份有限公司, 江苏 苏州 215500
3 江苏新广联科技股份有限公司, 江苏 无锡 214122
导光板(LGP)网点的散射能力直接影响了背光模组的光能利用率和网点密度,快速选出最佳网点结构对企业生产非常重要。提出了用LGP网点散射效率评价网点有效导光能力的方法,基于企业已量产的LGP网点密度档,分别从理论和实验分析了网点倾角对散射效率的影响,并将获得的最佳网点结构应用于实际加工。结果表明,该方法能给出网点散射效率与光能利用率、有效发光面积和网点密度的关系,并得到光能利用率最大时对应的倾角范围为25°~60°,在该范围内网点散射效率与倾角呈正相关。以散射效率较高的网点对LGP重新进行均匀优化设计,发现网点数量可减少60%,光能利用率仅降低2%,且LGP实际加工效果与仿真结果相吻合。
光学设计 网点散射效率 导光板 网点结构 激光与光电子学进展
2020, 57(7): 072201
福州大学 物理与信息工程学院, 福建 福州 350108
量子点材料因具有发光波长可调, 色度纯, 量子效率高等优异特性而受到广泛关注, 在光致发光高色彩显示方面有着巨大的应用潜力。本文综述了量子点背光技术的研究进展, 主要对比了QDs On-Chip、QDs On-Surface及QDs On-Edge 3种量子点背光主流技术的基本原理及结构, 并分析了它们在液晶显示领域的应用, 未来前景及面临的挑战; 然后介绍了几种新型的量子点背光技术, 并对两种量子点背光新技术进行重点说明: 一种是采用低温注塑成型工艺将量子点与高分子材料均匀混合为一体, 用于制备直下式背光的量子点体散射型结构扩散板; 另一种新技术是采用丝网印刷或喷墨打印工艺将量子点转印至导光板表面, 形成应用于侧入式背光的量子点网点微结构导光板。这两种背光都具有制备工艺简单、成本低、生产效率高等特点, 对高色域液晶显示的研究及发展意义深远。
量子点背光 丝网印刷 量子点网点导光板 注塑成型 量子点体散射扩散板 高色域 quantum dot backlight screen printing quantum dots microstructure light guide plate injection molding quantum dots scattering diffusion plate high color gamut
为了实现超薄化、高亮度、广视角和高对比度液晶显示, 设计一种包含导光和控光微结构的一体化导光板背光模型。通过这些设计方法将全部光学膜材功能集成于一体, 并且在侧入式背光模组中实现一维区域亮暗调制。首先, 设计合适角度的下表面微棱镜阵列作为导光结构, 并且在下表面镀上反射层, 反射层功能类似于普通背光模组中的反射片, 侧入式光源发出的光线进入导光板内经过微棱镜调制后, 从导光板上表面出射。接着对下表面微结构的数量和分布进行优化, 使画面亮度均匀。然后, 设计优化上表面微透镜阵列, 使发光角度收缩, 进一步提高中心亮度。最后, 将同样145 cm(5.7 in)的一体化背光模组与常规架构背光模组对比, 说明了这种背光模组具有超薄、高亮和区域调制等优势。仿真结果表明: 本文中一体化导光板背光模组厚度仅为0.5 mm, 且与常规背光模组相比, 其出光效率提高约23.3%, 水平发光角度扩大16.6%, 垂直发光角度扩大31.5%, 中心亮度提升约20.7%, 同时可以实现一维区域调制的高对比度显示, 满足显示产品的超薄化、极简化、均匀性、高亮度和高对比度等要求。
光线控制 光学设计 一体化导光板 背光模组 light control optical design integrated light guide plate backlight module
