La conception du rétroéclairage LED à guidage latéral

Alors que la société humaine entre dans l'ère de l'économie du savoir, la diffusion des informations et des connaissances se fait en temps réel et la technologie d'affichage des équipements terminaux pour l'échange d'informations s'est développée rapidement. En tant que l'une des technologies d'affichage, l'affichage à cristaux liquides s'est développé rapidement. Parce que l'écran LCD lui-même a l'inconvénient de ne pas émettre de lumière, la plupart des applications nécessitent un rétroéclairage de support.

Les sources de rétroéclairage utilisées comprennent des ampoules à incandescence, des tubes fluorescents à cathode froide, des feuilles EL et des lampes à LED. Chaque technologie de rétroéclairage a ses excellentes caractéristiques dans un environnement d'application spécifique. Parmi eux, les avantages de la technologie LED sont privilégiés par les gens.

Avantages : longue durée de vie, haute efficacité, faible entretien et faible consommation d'énergie ; petite taille, rendant le module de rétroéclairage LCD plus fin, réduisant le coût de connexion entre l'écran LCD et le circuit de commande ; entraînement basse tension, entraînement direct 5-12VDC, temps de commutation rapide, permet une luminosité de modulation de largeur d'impulsion, peut contrôler individuellement par impulsion la luminosité des lumières LED rouges, vertes et bleues, supprimer les filtres tricolores rouges, verts et bleus derrière le panneau d'affichage LCD couleur.

1. Introduction

Le rétroéclairage LED s'est développé rapidement ces dernières années, du premier mode d'émission par le bas au mode de guidage latéral de la lumière. Par rapport aux rétroéclairages LED à émission par le bas, les rétroéclairages LED à guidage latéral présentent les avantages d'un coût inférieur, d'une consommation d'énergie plus faible et d'une épaisseur plus fine.

En particulier avec le développement de la technologie LED, des matériaux quaternaires AIInGaP et des matériaux à base de GaN ont émergé, qui ont réalisé une luminosité LED ultra-élevée et polychrome, de sorte que le rétroéclairage LED à guidage latéral puisse atteindre la luminosité lumineuse requise avec un petit nombre de LED. Et la couleur, et obtenu des résultats satisfaisants. Le développement de la technologie LED a favorisé le développement rapide des rétroéclairages LED à guidage latéral. Le principe et les points de conception de ce rétroéclairage LED à guidage latéral nouvellement développé sont présentés ci-dessous.

2. Structure de rétroéclairage LED guidée par la lumière latérale

Il est composé d'un module LED, d'une plaque de guidage de lumière, d'un film de diffusion, d'un papier réfléchissant, d'un ruban réfléchissant sur les bords, etc.

Dans le module de rétroéclairage, la plaque de guidage de la lumière est l'élément optique clé, il s'agit d'un matériau en plastique transparent polyméthacrylate de méthyle (PMMA), la surface inférieure est recouverte de points réfléchissants blancs ou moulée par injection en petites bosses, et les bords sont recouverts de blanc Matériau réfléchissant ou recouvert d'un ruban métallique réfléchissant spéculaire.

Le film de diffusion est un matériau PC semi-transparent, qui peut réduire la luminosité et améliorer l'uniformité. Le papier réfléchissant est un papier blanc et lisse qui peut refléter la lumière et réduire les fuites de lumière.

Troisièmement, le principe de base du rétroéclairage LED à guidage latéral

Le principe de base du rétroéclairage LED à guidage latéral consiste à utiliser le principe de réflexion totale de la lumière pour transmettre efficacement la lumière et convertir la source lumineuse linéaire en une source lumineuse de surface. Principe de la réflexion totale de la lumière : lorsque la lumière est réfractée d'un milieu à indice de réfraction élevé vers un milieu à faible indice de réfraction (comme le plastique vers l'air), la lumière réfractée est émise à un angle plus oblique que le faisceau lumineux humain. Lorsque l'angle de la lumière du corps humain est supérieur à un certain angle, le phénomène selon lequel la lumière ne peut pas être réfractée dans l'air du corps humain mais que tout est réfléchi vers l'intérieur est appelé réflexion totale ou réflexion interne. Lorsque l'angle de réfraction est égal à 90°, l'angle de la lumière du corps humain est appelé angle critique.

D'après la loi de réfraction de la lumière et la formule n-1, Sinθ,=n2Sinθ2, l'angle critique θc=Sin-1 (n2, sin90°/n2)=Sin-1 (n2/n1) peut être dérivé. Etant donné que n2=1 (air), n1=1,491 (matériau PMMA de la plaque de guidage de lumière en plastique), θc=Sin -10,6707=41,8°, c'est-à-dire lorsque la lumière à l'intérieur de la plaque de guidage de lumière est supérieure à 41,8°, total la réflexion se produira, puis la lumière sera transmise d'un côté à l'autre le long de la direction de la plaque de guidage de lumière. Pour la plaque de guidage de lumière en PMMA, la transmission de la lumière atteint 92 %, la brume est très faible, l'absorption de la lumière est très faible et la lumière peut être transmise sur de longues distances le long de la carte avec une très faible atténuation.

Le but de la plaque de guidage de lumière est de réfracter la lumière de la surface pour former une source de lumière de surface brillante et uniforme. Par conséquent, le principe technique de la plaque guide de lumière est d'utiliser le principe de réflexion totale de la lumière pour transmettre la lumière, d'autre part, elle est utilisée dans le sens opposé, ce qui détruit la condition de réflexion totale de la lumière, interfère avec le éléments optiques de réflexion interne totale de la lumière, et modifie le chemin optique de la lumière. La lumière est conduite hors de la surface de la plaque de guidage de lumière pour former une source de lumière de surface en tant que plaque de rétroéclairage.

La conception spécifique consiste à imprimer des points blancs sur la surface inférieure de la plaque de guidage de lumière ou à travers le moulage par injection de petites bosses, de sorte que la lumière soit réfléchie de manière diffuse au point, une partie de la lumière est projetée sur la plaque de guidage de lumière à un angle inférieur que l'angle critique et réfracté, et une partie de la lumière est totalement réfléchie et renvoyée vers la plaque de guidage de lumière, ces rayons sont totalement réfléchis sur le bord supérieur de la plaque de guidage de lumière, puis retournent au point sur la surface inférieure.

Répétez ce processus jusqu'à ce qu'une partie de la lumière soit réfractée de la surface, une partie soit absorbée par la plaque de guidage de lumière et une partie soit perdue au niveau d'une interface. La lumière réfractée de la surface est visible à l'œil humain. Cette partie de la lumière aide la plaque de guidage de lumière à devenir un rétro-éclairage. C'est-à-dire la luminosité de la source de rétroéclairage mesurée par l'instrument.

Quatrièmement, les points clés de la conception du rétroéclairage LED à guidage latéral

La conception de la structure et la sélection des matériaux du rétroéclairage LED à guidage latéral affectent directement la luminosité et l'uniformité du rétroéclairage. Lors de la conception, nous devons non seulement prendre en compte le facteur coût, mais également prendre en compte la luminosité et l'uniformité du rétroéclairage pour répondre aux besoins des utilisateurs. Voici une brève introduction à la méthode de conception du rétro-éclairage.

1. Conception de la taille et de la distribution des points d'astigmatisme

La plupart des plaques de guidage de lumière actuellement utilisées sont fabriquées par moulage par injection à moule ouvert, et la taille et la distribution des points d'astigmatisme sont principalement conçues par le fabricant du moule, et la structure du moule est déterminée après de nombreuses expériences et ajustements. La conception et le calcul de la taille et de la distribution des taches lumineuses astigmates sont relativement compliqués, et une théorie complète et mature n'a pas encore été formée. D'après la formule photométrique suivante :

E=dφ/ds=Icosθ/I² (1)

dφ=Isinθcosθπr²/I² (2)

I=D/(2cosθ) (3)

Parmi eux : E——éclairement ; ——flux lumineux; S——zone de réception; I——intensité de la lumière émise; ——angle entre la direction de la lumière émise et la normale de la surface réceptrice ; I——surface de réception et La distance entre les sources lumineuses LED ; Io-l'intensité normale de la LED ; r-le rayon de la zone de réception ; D-l'épaisseur de la plaque guide de lumière.

Selon la formule (1) - la loi carrée inverse de l'éclairement à distance, plus on se rapproche de la fin de la personne, plus l'éclairement reçu par le point d'astigmatisme est fort. La lumière reçue par le point d'astigmatisme a non seulement une lumière directe, mais également plusieurs rayons lumineux réfléchis. De même, plus le point d'astigmatisme est proche de l'extrémité émettrice de la personne, plus l'éclairement réfléchi est reçu par le point d'astigmatisme, de sorte que l'éclairement de chaque point d'astigmatisme est également différent.

Pour une conception simple, la distribution des points d'astigmatisme est agencée le long de la direction de la lumière émise par les personnes, et le rayon des points d'astigmatisme augmente uniformément le long de la direction de la lumière émise par les personnes. Selon l'introduction, le rayon r d'un grand point est déterminé en fonction de la distance entre les points. Plus la distance entre les points est petite, plus r est petit. Plus la distance entre les points est grande, plus le rmax est grand. Le rayon r du petit point est calculé comme suit : Dans un état idéal, le rétroéclairage nécessite une luminosité de surface uniforme, c'est-à-dire que le creux de flux lumineux lorsque chaque point de diffusion est réfléchi vers l'avant est égal, c'est-à-dire DCP=l /n, si n est la direction de la lumière humaine Le nombre de points d'astigmatisme, alors n=W/C, où W est la largeur de la plaque guide de lumière, C est la distance entre les points d'astigmatisme et le rayon minimum Rmin est calculé selon les formules (2) et (3).

2. Conception de la surface incidente concave de la plaque guide de lumière

La population de la plaque de guidage de lumière est conçue comme une surface concave, ce qui permet de mieux combiner le flux lumineux. Pour la plupart des lampes LED, la lumière émise par la surface est divergente. La lumière concave pénètre dans la plaque de guidage de lumière avec l'indice de réfraction minimum, puis la surface incurvée au bord de la plaque de guidage de lumière réfléchit la lumière en un faisceau étroit.

De cette manière, davantage de lumière est totalement réfléchie vers le guide de lumière au lieu d'être réfractée vers l'interface entre le plastique et l'air. Réduisant ainsi la perte de lumière LED et améliorant la luminosité du rétroéclairage.

3. Conception de la plaque de guidage de lumière conique

Les petits écrans LED (moins de 50 mm X 100 mm) doivent utiliser des plaques de guidage de lumière plates. Pour les écrans LED de grande taille, une plaque guide de lumière conique est utilisée. Le bord effilé modifie l'angle de la lumière de réflexion totale de la plaque lumineuse dans la plaque de guidage de lumière et réduit l'angle de la lumière réfléchie sur la surface inférieure. D'une part, il réduit l'angle d'incidence de la lumière réfléchie sur la surface de la plaque de guidage de lumière et rapproche la lumière réfractée de la direction normale. ; D'autre part, il fait que cette partie de la lumière qui ne peut pas être réfractée de la surface de la plaque de guidage de lumière soit réfractée sur la surface de la plaque de guidage de lumière en raison de l'angle excessivement grand de la lumière réfléchie, améliorant ainsi le taux d'utilisation de la lumière. de la LED et la luminosité du rétroéclairage.

4. Choisissez la bonne structure de forme LED

La structure d'apparence de la LED détermine les caractéristiques de distribution des paramètres optiques de la LED. Plus précisément, il affecte l'intensité lumineuse de la LED. De manière générale, l'intensité lumineuse de la LED avec une surface électroluminescente convexe est élevée, l'angle de demi-intensité est petit et la lumière est concentrée. La surface émettrice de lumière plate de la LED a une faible intensité lumineuse, un grand angle de demi-intensité et une lumière plus diffusée.

Pour les rétroéclairages LED de petite taille, les LED à écran plat doivent être sélectionnées de manière à ce que la lumière pénètre uniformément dans la plaque de guidage de la lumière ; pour les LED de grande taille, les LED convexes doivent être sélectionnées avec une intensité lumineuse élevée, afin d'assurer la luminosité du rétroéclairage. Dans le même temps, la taille de la LED doit être prise en compte. L'épaisseur de la LED doit être inférieure à l'épaisseur de la plaque de guidage de lumière, de sorte que la lumière émise par la LED puisse entrer autant que possible dans la plaque de guidage de lumière.

5. Éliminez les lignes lumineuses dans la zone d'incident LED

Lorsque la LED et la plaque de guidage de lumière sont assemblées sur le côté, une ligne lumineuse le long de la direction de la LED apparaîtra après que la lumière pénètre dans la plaque de guidage de lumière, ce qui affectera l'uniformité de la luminosité de la source de rétroéclairage. Il existe deux manières d'éliminer ce phénomène : l'une consiste à utiliser de la peinture noire ou à recouvrir une couche de papier d'ombrage pour absorber la lumière.

L'autre est la méthode de transition vierge, c'est-à-dire qu'aucun point blanc n'est imprimé sur la surface inférieure et qu'aucune petite bosse n'est injectée. En utilisant le principe de la réflexion totale, la lumière est réfléchie vers la plaque de guidage de lumière dans la zone de transition vierge. Cette zone de transition à blanc doit être déterminée par des expériences.

6. Choisissez le bon film diffusant et le bon papier réfléchissant

Le film diffusant améliore l'uniformité, mais réduit la luminosité. Le papier réfléchissant peut améliorer le taux d'utilisation de l'énergie lumineuse LED, réduire les fuites d'énergie lumineuse et améliorer la luminosité. Par conséquent, la réflectance et la transmittance de ces deux films optiques ont des exigences élevées. La réflectance et la transmittance appropriées doivent être sélectionnées pour équilibrer la luminosité et l'uniformité et obtenir des résultats satisfaisants.

V. Conclusion

Avec la diversification des exigences, les utilisateurs ont de nombreuses exigences concernant la taille, la forme, la couleur lumineuse et l'uniformité de la luminosité du rétroéclairage LED à guidage latéral, ce qui impose des exigences plus élevées en matière de conception de matériaux. Dans la conception réelle, il est nécessaire de combiner les principes optiques, de faire plus d'expériences et d'accumuler de l'expérience afin de concevoir un rétro-éclairage avec d'excellentes performances de coût.