用于液晶像源LED背光的雙自由曲面透鏡陣列設(shè)計.pdf

1、高亮度、低功耗、小體積和輕重量是液晶像源產(chǎn)品的主要發(fā)展趨勢。現(xiàn)有的液晶像源產(chǎn)品存在光效和亮度不高的問題，無法滿足平視顯示器的特殊使用要求。發(fā)光二極管(LED)已經(jīng)成為液晶像源中的主流背光源。使用LED作為液晶像源的背光光源時，必須對功率、亮度、體積等進(jìn)行深入的研究。
　　本文對這一問題進(jìn)行研究，采用了一種計算簡易的LED二次光學(xué)自由曲面透鏡的設(shè)計方法，應(yīng)用了能量守恒定律和Snell定理，建立方程組得到透鏡兩個自由曲面的面型數(shù)據(jù)。由

2、此得到單個圓形自由曲面透鏡，再經(jīng)過切割，拼接為滿足照明面積的自由曲面透鏡陣列。根據(jù)仿真結(jié)果確定了透鏡最優(yōu)切割方式。針對擴(kuò)展光源帶來的均勻性劣化問題，根據(jù)邊緣光線理論提出了可以改善均勻性的透鏡優(yōu)化設(shè)計方法。針對透鏡拼接帶來的均勻性問題，提出了基于仿真反饋優(yōu)化的設(shè)計方法，通過修改目標(biāo)面上的能量分布來改善目標(biāo)面的均勻性。通過多次優(yōu)化，獲得了亮度和均勻性滿足要求的自由曲面透鏡陣列。
　　根據(jù)設(shè)計結(jié)果加工了透鏡陣列并對背光進(jìn)行了實際測試。為

3、解決雜散光斑問題設(shè)計了反射型光闌并加工了實際樣品。測試結(jié)果表明:反射型光闌有效改善了斜視時的均勻性問題;和傳統(tǒng)背光結(jié)構(gòu)相比，采用兩層擴(kuò)散膜和透鏡陣列以及光闌后，最高點亮度值可達(dá)到429360nit，背光平均亮度提高了179.7％，非均勻性由18.32％降為12.46％，半亮度視角由32°降低到18°。滿足液晶像源背光的使用要求。
　　采用本論文提出的設(shè)計及優(yōu)化方法得到的雙自由曲面透鏡陣列用在LED背光模塊時，在滿足尺寸限制以及LE