Pantalla LCD de tamaño pequeño y mediano: diseño óptico de pantalla retroiluminada

La retroiluminación se utiliza en pantallas de cristal líquido (LCD) pequeñas y livianas y en otros dispositivos electrónicos que requieren retroiluminación, incluidos dispositivos portátiles tan pequeños como la palma de la mano y televisores de pantalla grande. Los objetivos del diseño de retroiluminación incluyen bajo consumo de energía, ultradelgado, alto brillo, brillo uniforme, área grande y control de diferentes anchos y ángulos de visión estrechos. Para lograr estos desafiantes objetivos de diseño con costos controlados y una implementación rápida, se deben utilizar herramientas de diseño óptico asistido por computadora para el diseño. Este artículo presenta las características del software de análisis y diseño óptico LightTools de ORA Company en los Estados Unidos, que se puede utilizar para desarrollar las aplicaciones de diseño de retroiluminación más avanzadas en la actualidad.
Herramientas de análisis y diseño óptico para retroiluminación
Un sistema de retroiluminación requiere cierta conversión de luz de una o más fuentes de luz para producir la distribución de luz requerida en un área o en un ángulo fijo. El software de diseño de iluminación debe poder modelar geométricamente, establecer parámetros ópticos característicos para diferentes tipos de fuentes de luz y unidades de conversión, y debe poder utilizar métodos de rastreo óptico para evaluar la trayectoria de la luz a través del modelo y calcular la distribución final de la luz. La distribución de la luz utiliza simulaciones de Monte Carlo para calcular la iluminancia, la luminancia o la intensidad luminosa para áreas y/o ángulos específicos. Los rayos de luz se emiten desde la fuente de luz en posiciones y ángulos aleatorios, se rastrean a través del sistema óptico y se reciben en la superficie receptora. La iluminancia se puede calcular a partir de receptores de superficie y la intensidad se puede obtener a partir de receptores de campo lejano. Definiendo un medidor de luminancia en la superficie del receptor, se puede calcular la distribución espacial y angular de la luminancia. En algunos casos, puede ser importante analizar la cromaticidad de una pantalla. Especifique la distribución de energía espectral de las fuentes de luz (como diodos emisores de luz), las coordenadas CIE de salida y la temperatura de color correlacionada (CCT), cuantifique la cromaticidad de la pantalla y genere gráficos RGB de representación de luz real en la pantalla. Todos estos análisis se pueden realizar en el software LightTools.
Las características de las pantallas retroiluminadas imponen exigencias especiales al software de análisis de iluminación. Como se explicará, la luz emitida por la retroiluminación depende de la densidad de distribución de los puntos impresos o del patrón de distribución de las microestructuras. Para el modelado de conjuntos de microestructuras específicas, si se utiliza el modelo CAD directamente, el tamaño del modelo puede ser muy grande. El software LightTools proporciona funciones definidas por matrices de texturas 3D, que pueden realizar un trazado de rayos y una representación precisos. Dado que no se utiliza ningún modelo geométrico construido directamente, el tamaño del modelo es menor y el trazado de rayos es más rápido. Otro aspecto del análisis de la luz de fondo incluye la división y dispersión de la luz sobre la superficie de la placa guía de luz. Dado que los efectos de iluminación se simulan utilizando métodos de Monte Carlo, es posible que se deba utilizar un trazado de rayos extenso para obtener un diseño con suficiente precisión. La forma más eficaz es rastrear el rayo de mayor energía. Trazando la trayectoria del rayo de mayor energía usando probabilidades divididas y usando el área objetivo o el ángulo de dispersión de la superficie de dispersión para dirigir la luz dispersada a direcciones "importantes" (como hacia el espectador de la pantalla).
Shenzhen Hongjia Technology se especializa en I+D y producción de pantallas LCD con distintos brillos. El brillo de la luz de fondo es uniforme. El brillo total del módulo puede alcanzar los 2000 lúmenes. Es claramente legible a la luz del sol. La temperatura de trabajo puede alcanzar los -35 a 85 grados. Antiestático con marco de hierro Bueno, el rendimiento ante caídas es superior.
¿Qué es la luz de fondo?
Una luz de fondo típica consta de una fuente de luz, como una lámpara fluorescente de cátodo frío (CCFL) o un diodo emisor de luz (LED), y una guía de luz rectangular. Otros componentes disponibles incluyen placas difusoras, que mejoran la uniformidad de la pantalla, y películas que mejoran el brillo (BEF), que aumentan el brillo de la pantalla. La fuente de luz suele estar situada en un borde lateral de la placa guía de luz para reducir el grosor de la pantalla. La iluminación de borde suele utilizar la reflexión total (TIR) ​​para dirigir la luz en la pantalla.
Los diseñadores de retroiluminación tienen varias formas de modelar fuentes de luz en el software LightTools. Se pueden definir rápidamente diferentes formas de fuentes de luz fluorescente (como rectas, en forma de L, en forma de U o en forma de W, como se muestra en la Figura 2) utilizando la herramienta de creación de lámparas fluorescentes. El reflector de la lámpara se puede definir con varias primitivas geométricas en el software LightTools, como cilindros, ranuras elípticas y polígonos extruidos. Los reflectores definidos en sistemas CAD también se pueden importar al software LightTools mediante formatos de intercambio de datos estándar (IGES, STEP, SAT y CATIA). Si se utilizan LED, los diseñadores pueden seleccionar los modelos de LED deseados entre los modelos de productos prealmacenados de Agilent, Lumileds, Nichia, Osram, etc. en el software LightTools. Una vez que la luz ingresa por un lado del LGP, el problema es extraer la luz del LGP perpendicular a la dirección de propagación.
Como se muestra en la FIG. 3, el lado más brillante de la placa guía de luz está cerca de la fuente de luz, y el brillo en la placa guía de luz se vuelve más oscuro a medida que aumenta la distancia. Para lograr una salida de luz uniforme, la eficiencia de extracción de luz debe aumentar con la distancia. Una de las tareas principales en el diseño de retroiluminación es diseñar una placa guía de luz que varíe la eficiencia de extracción de luz según se desee. Hay dos técnicas de extracción que se pueden utilizar. La tecnología de extracción de luz por impresión de puntos consiste en imprimir una estructura de matriz de puntos en la parte inferior de la placa guía de luz para dispersar la luz hacia arriba y emitirla desde la superficie de la placa guía de luz. La segunda tecnología, la tecnología de extracción de luz moldeada, se basa en la reflexión total (TIR) ​​de la microestructura de la superficie inferior para hacer que la luz emerja de la superficie del LGP.
El software LightTools proporciona herramientas de diseño de retroiluminación para realizar el diseño de la placa guía de luz. Esta herramienta (Figura 4) ayuda al usuario a crear los distintos componentes de la luz de fondo. Otras opciones incluyen agregar un componente de fuente de luz/reflector al modelo, modelado BEF y construir un receptor para analizar el brillo. La interfaz de la herramienta de retroiluminación es una colección de pestañas para configurar y modificar varios tipos de mecanismos de extracción de luz.
Para la luz de fondo que utiliza el método de extracción de luz de impresión de puntos, la herramienta de luz de fondo puede establecer el cambio lineal del tamaño y la relación de aspecto de los puntos impresos, y el cambio lineal del espacio entre puntos a lo largo de la placa guía de luz. Esta estructura que varía linealmente es a menudo un buen punto de partida para mostrar uniformidad, pero no es suficiente para los requisitos de uniformidad finales. Se puede lograr un mayor control sobre la uniformidad utilizando parámetros de extracción de rayos que varían no linealmente. Un método con el menor número de parámetros y un control muy flexible es definir variables paramétricas de la curva cuadrática de Bézier. La herramienta de región 2D del software LightTools se puede utilizar para configurar estructuras no lineales. La Figura 5 muestra un ejemplo del uso de la extracción impresa, donde se varían 3 parámetros (ancho, alto y espaciado vertical del punto impreso) para obtener diferentes comportamientos de extracción. La uniformidad de salida se muestra en la Figura 6. La figura de la derecha muestra que el brillo de salida promedio es una constante.