طراحی نور پس زمینه LED با هدایت جانبی

با ورود جامعه بشری به عصر اقتصاد دانش، انتشار اطلاعات و دانش در زمان واقعی محقق می شود و فناوری نمایش تجهیزات پایانه برای تبادل اطلاعات به سرعت توسعه یافته است. به عنوان یکی از فناوری های نمایشگر، نمایشگر کریستال مایع به سرعت توسعه یافته است. از آنجایی که خود LCD این مضرات را دارد که نور ساطع نمی کند، اکثر برنامه ها به نور پس زمینه پشتیبانی نیاز دارند.

منابع نور پس زمینه مورد استفاده عبارتند از لامپ های رشته ای، لوله های فلورسنت کاتد سرد، ورق های EL و چراغ های LED. هر فناوری نور پس زمینه ویژگی های عالی خود را در یک محیط کاربردی خاص دارد. در میان آنها، مزایای فناوری LED مورد علاقه مردم است.

مزایا: عمر طولانی، راندمان بالا، تعمیر و نگهداری کم و مصرف برق کم. اندازه کوچک، ماژول نور پس زمینه LCD را نازک تر می کند، هزینه اتصال بین LCD و مدار درایو را کاهش می دهد. درایو ولتاژ پایین، درایو مستقیم 5-12 VDC، سوئیچینگ زمان سریع، اجازه می دهد تا روشنایی مدولاسیون عرض پالس را به صورت جداگانه کنترل کند، می تواند به صورت جداگانه روشنایی چراغ های LED قرمز، سبز و آبی را کنترل کند، فیلترهای سه رنگ قرمز، سبز و آبی را در پشت صفحه نمایش LCD تمام رنگی

1. معرفی

نور پس زمینه LED در سال های اخیر به سرعت توسعه یافته است، از حالت انتشار اولیه پایین تا حالت راهنمای نور جانبی. در مقایسه با نور پس‌زمینه ال‌ای‌دی پایین‌تابنده، نور پس‌زمینه‌های LED با هدایت نور جانبی مزایایی مانند هزینه کمتر، مصرف انرژی کمتر و ضخامت نازک‌تر دارند.

به خصوص با توسعه فناوری LED، مواد چهارتایی AIinGaP و مواد مبتنی بر GaN پدیدار شدند که به روشنایی LED فوق العاده بالا و رنگ کامل پی بردند، به طوری که نور پس زمینه LED هدایت شده جانبی می تواند روشنایی درخشان مورد نیاز را با تعداد کمی از نور بدست آورد. ال ای دی ها و رنگ و نتایج رضایت بخشی به دست آورد. توسعه فناوری LED باعث توسعه سریع نور پس زمینه LED هدایت شونده جانبی شده است. اصول و نکات طراحی این نور پس زمینه LED با هدایت جانبی جدید در زیر معرفی شده است.

2. ساختار نور پس زمینه LED هدایت شونده جانبی

از ماژول LED، صفحه راهنمای نور، فیلم پراکنده، کاغذ بازتابنده، نوار بازتابی لبه و غیره تشکیل شده است.

در ماژول نور پس‌زمینه، صفحه راهنمای نور عنصر نوری کلیدی است، این یک ماده پلاستیکی شفاف پلی‌متیل متاکریلات (PMMA) است، سطح پایین با نقاط بازتابنده سفید پوشیده شده است یا به شکل برآمدگی‌های کوچک قالب‌گیری شده است و لبه‌ها با سفید پوشانده شده است. مواد انعکاسی یا پوشیده شده با نوار فلزی بازتابنده خاص.

فیلم پراکنده یک ماده PC نیمه شفاف است که می تواند روشنایی را کاهش دهد و یکنواختی را بهبود بخشد. کاغذ انعکاسی یک کاغذ سفید صاف است که می تواند نور را منعکس کند و نشت نور را کاهش دهد.

سوم، اصل اساسی نور پس زمینه LED هدایت شده جانبی

اصل اساسی نور پس زمینه LED هدایت جانبی استفاده از اصل بازتاب کامل نور برای انتقال موثر نور و تبدیل منبع نور خط به منبع نور سطحی است. اصل بازتاب نور کل: هنگامی که نور از یک محیط با ضریب شکست بالا به یک محیط با ضریب شکست پایین (مانند پلاستیک به هوا) منکس می شود، نور شکست با زاویه مایل تری نسبت به پرتو نور انسان ساطع می شود. هنگامی که زاویه نور بدن انسان از یک زاویه معین بیشتر باشد، به پدیده ای که نور نمی تواند به هوای بدن انسان منکسر شود، اما همه آن به داخل منعکس می شود، بازتاب کلی یا بازتاب داخلی می گویند. هنگامی که زاویه شکست برابر با 90 درجه باشد، زاویه تابش نور بدن انسان را زاویه بحرانی می نامند.

با توجه به قانون شکست نور و فرمول n-1، Sinθ،=n2Sinθ2، زاویه بحرانی θc=Sin-1 (n2, sin90°/n2)=Sin-1 (n2/n1) را می توان استخراج کرد. با توجه به اینکه n2=1 (هوا)، n1=1.491 (مواد PMMA پلاستیک صفحه راهنمای نور)، θc=Sin -10.6707=41.8°، یعنی زمانی که نور داخل صفحه راهنمای نور بیشتر از 41.8 درجه باشد، کل انعکاس رخ می دهد و سپس نور از یک طرف به طرف دیگر در امتداد جهت صفحه راهنمای نور منتقل می شود. برای صفحه راهنمای نور ساخته شده از PMMA، عبور نور تا 92٪، مه بسیار کوچک است، جذب نور بسیار کم است، و نور را می توان در فواصل طولانی در امتداد تخته با تضعیف بسیار کوچک منتقل کرد.

هدف از صفحه راهنمای نور، شکست نور از سطح برای تشکیل یک منبع نور سطحی روشن و یکنواخت است. بنابراین، اصل فنی صفحه راهنمای نور استفاده از اصل بازتاب کلی نور برای عبور نور است، از طرفی در جهت مخالف استفاده می شود که شرایط انعکاس کلی نور را از بین می برد و با نور تداخل می کند. عناصر نوری انعکاس کلی داخلی نور، و تغییر مسیر نوری نور. نور از سطح صفحه راهنمای نور به بیرون هدایت می شود تا یک منبع نور سطحی را به عنوان صفحه نور پس زمینه تشکیل دهد.

طراحی خاص برای چاپ نقاط سفید در سطح پایین صفحه راهنمای نور یا از طریق برآمدگی های کوچک قالب گیری تزریقی است، به طوری که نور به طور پراکنده در نقطه منعکس می شود، بخشی از نور با زاویه کمتر بر روی صفحه راهنمای نور تابانده می شود. نسبت به زاویه بحرانی و شکست، و بخشی از نور کاملاً منعکس شده و به صفحه راهنمای نور باز می گردد، این پرتوها کاملاً در لبه بالایی صفحه راهنمای نور منعکس می شوند و سپس به نقطه سطح پایین باز می گردند.

این فرآیند را تا زمانی تکرار کنید که مقداری نور از سطح شکسته شود، مقداری توسط صفحه راهنمای نور جذب شود و مقداری در یک رابط از بین برود. نور شکسته شده از سطح برای چشم انسان قابل مشاهده است. این بخش از نور به صفحه هدایت نور کمک می کند تا به نور پس زمینه تبدیل شود. یعنی روشنایی منبع نور پس زمینه که توسط دستگاه اندازه گیری می شود.

چهارم، نکات کلیدی طراحی نور پس زمینه LED هدایت شونده جانبی

طراحی ساختار و انتخاب مواد نور پس‌زمینه LED هدایت‌شونده جانبی مستقیماً بر روشنایی و یکنواختی نور پس‌زمینه تأثیر می‌گذارد. هنگام طراحی، ما نه تنها باید فاکتور هزینه را در نظر بگیریم، بلکه باید روشنایی و یکنواختی نور پس زمینه را نیز در نظر بگیریم تا نیازهای کاربر را برآورده کنیم. در اینجا به معرفی مختصری از روش طراحی نور پس زمینه می پردازیم.

1. طراحی اندازه و توزیع نقاط آستیگماتیسم

اکثر صفحات راهنمای نوری که در حال حاضر استفاده می شوند توسط قالب گیری تزریقی قالب باز ساخته می شوند و اندازه و توزیع نقاط آستیگماتیسم عمدتاً توسط سازنده قالب طراحی می شود و ساختار قالب پس از آزمایش ها و تنظیمات بسیار تعیین می شود. طراحی و محاسبه اندازه و توزیع لکه های نوری آستیگماتیک نسبتاً پیچیده است و هنوز یک نظریه کامل و بالغ شکل نگرفته است. با توجه به فرمول فتومتریک به شرح زیر است:

E=dφ/ds=Icosθ/I² (1)

dφ=Isinθcosθπr²/I² (2)

I=D/(2cosθ) (3)

از جمله: E—— روشنایی; φ—— شار نورانی. S——منطقه دریافت؛ I——شدت نور ساطع شده؛ θ—— زاویه بین جهت نور ساطع شده و نرمال سطح دریافت کننده. I——سطح دریافت و فاصله بین منابع نور LED. Io - شدت طبیعی LED. r-شعاع ناحیه دریافت کننده؛ د-ضخامت صفحه راهنمای نور.

طبق فرمول (1) - قانون مربع معکوس روشنایی فاصله، هر چه به انتهای فرد نزدیکتر باشد، روشنایی دریافت شده توسط نقطه آستیگماتیسم قوی تر است. نور دریافت شده توسط نقطه آستیگماتیسم نه تنها دارای یک نور مستقیم است، بلکه دارای چندین پرتو نور منعکس شده نیز می باشد. به همین ترتیب، هر چه نقطه آستیگماتیسم به انتهای فردی که ساطع می‌کند نزدیک‌تر باشد، روشنایی بازتاب‌شده توسط نقطه آستیگماتیسم قوی‌تر دریافت می‌شود، بنابراین روشنایی هر نقطه آستیگماتیسم نیز متفاوت است.

برای طراحی ساده، توزیع نقاط آستیگماتیسم در امتداد جهت نور ساطع شده توسط افراد مرتب می شود و شعاع نقاط آستیگماتیسم به طور یکنواخت در امتداد جهت نور ساطع شده توسط افراد افزایش می یابد. با توجه به مقدمه، شعاع r یک نقطه بزرگ با توجه به فاصله بین نقاط تعیین می شود. هر چه فاصله بین نقاط کمتر باشد، r کوچکتر است. هر چه فاصله بین نقاط بیشتر باشد، rmax بیشتر است. شعاع r نقطه کوچک به صورت زیر محاسبه می شود: در حالت ایده آل، نور پس زمینه نیاز به روشنایی سطح یکنواخت دارد، یعنی شیب شار نوری هنگامی که هر نقطه پراکندگی به سمت جلو منعکس می شود برابر است، یعنی DCP=l. /n، اگر n جهت نور انسان باشد، تعداد نقاط آستیگماتیسم، n=W/C، که در آن W عرض صفحه راهنمای نور است، C فاصله بین نقاط آستیگماتیسم و ​​حداقل شعاع Rmin است. طبق فرمول های (2) و (3) محاسبه می شود.

2. طراحی سطح برخورد مقعر صفحه راهنمای نور

جمعیت صفحه راهنمای نور به عنوان یک سطح مقعر طراحی شده است که اجازه می دهد شار نور بهتر ترکیب شود. برای اکثر چراغ های LED، نور ساطع شده از سطح واگرا است. نور مقعر با حداقل ضریب شکست وارد صفحه راهنمای نور می شود و سپس سطح منحنی در لبه صفحه راهنمای نور، نور را به یک پرتو باریک منعکس می کند.

به این ترتیب، نور بیشتری به جای اینکه به سطح مشترک بین پلاستیک و هوا منکس شود، کاملاً به سمت راهنمای نور منعکس می شود. بنابراین کاهش اتلاف نور LED و بهبود روشنایی نور پس زمینه.

3. طراحی صفحه راهنمای نور مخروطی

نمایشگرهای LED کوچک (کمتر از 50 میلی متر در 100 میلی متر) باید از صفحات راهنمای نور تخت استفاده کنند. برای نمایشگرهای LED با اندازه بزرگ، از صفحه راهنمای نور مخروطی استفاده می شود. لبه مخروطی زاویه نور بازتاب کل صفحه نور را در صفحه راهنمای نور تغییر می دهد و زاویه نور بازتاب شده را در سطح پایین کاهش می دهد. از یک طرف، زاویه تابش نور منعکس شده را بر روی سطح صفحه راهنمای نور کاهش می دهد و نور منکسر را به جهت عادی نزدیک می کند. ; از طرفی باعث می‌شود این قسمت از نور که از سطح صفحه راهنمای نور شکسته نمی‌شود، به دلیل زاویه بسیار زیاد نور منعکس شده، بر روی سطح صفحه راهنمای نور شکسته شود و در نتیجه میزان استفاده از نور بهبود یابد. از LED و روشنایی نور پس زمینه.

4. ساختار شکل LED مناسب را انتخاب کنید

ساختار ظاهری LED مشخصه های توزیع پارامترهای نوری LED را تعیین می کند. به طور خاص، بر شدت نور LED تأثیر می گذارد. به طور کلی، شدت نور LED با سطح ساطع نور محدب زیاد است، زاویه نیمه شدت کوچک است و نور متمرکز است. سطح ساطع نور صاف LED دارای شدت نور کم، زاویه نیمه شدت زیاد و نور پراکنده بیشتری است.

برای نور پس‌زمینه‌های LED با اندازه کوچک، LED‌های صفحه تخت باید طوری انتخاب شوند که نور به طور یکنواخت وارد صفحه راهنمای نور شود. برای LED های با اندازه بزرگ، LED های محدب باید با شدت نور بالا انتخاب شوند تا از روشنایی نور پس زمینه اطمینان حاصل شود. در عین حال، اندازه LED باید در نظر گرفته شود. ضخامت LED باید کمتر از ضخامت صفحه راهنمای نور باشد تا نور ساطع شده از LED تا حد امکان وارد صفحه راهنمای نور شود.

5. خطوط روشن در ناحیه حادثه LED را از بین ببرید

هنگامی که LED و صفحه راهنمای نور در کنار هم مونتاژ می شوند، پس از ورود نور به صفحه راهنمای نور، یک خط روشن در امتداد جهت LED ظاهر می شود که بر یکنواختی روشنایی منبع نور پس زمینه تأثیر می گذارد. دو راه برای از بین بردن این پدیده وجود دارد: یکی استفاده از رنگ مشکی یا پوشاندن یک لایه کاغذ سایه بان برای جذب نور.

دیگری روش انتقال خالی است، یعنی هیچ نقطه سفیدی روی سطح پایین چاپ نمی شود و هیچ برآمدگی کوچکی تزریق نمی شود. با استفاده از اصل بازتاب کلی، نور به صفحه راهنمای نور در ناحیه انتقال خالی بازتاب می‌شود. این منطقه انتقال خالی باید از طریق آزمایش تعیین شود.

6. فیلم پراکنده مناسب و کاغذ بازتابنده را انتخاب کنید

فیلم پراکنده یکنواختی را بهبود می بخشد، اما روشنایی را کاهش می دهد. کاغذ انعکاسی می تواند میزان استفاده از انرژی نور LED را بهبود بخشد، نشت انرژی نور را کاهش دهد و روشنایی را بهبود بخشد. بنابراین بازتاب و گذر این دو فیلم اپتیکال الزامات بالایی دارد. بازتاب و گذردهی مناسب باید انتخاب شود تا روشنایی و یکنواختی متعادل شود و نتایج رضایت‌بخشی به دست آید.

نتیجه گیری

با تنوع نیازمندی ها، کاربران نیازمندی های زیادی برای اندازه، شکل، رنگ درخشان و یکنواختی روشنایی نور پس زمینه LED هدایت شونده جانبی دارند، که الزامات بالاتری را برای طراحی متریال مطرح می کند. در طراحی واقعی، ترکیب اصول نوری، انجام آزمایش‌های بیشتر و جمع‌آوری تجربه برای طراحی نور پس‌زمینه با کارایی هزینه عالی ضروری است.