MiniLED背光区域调光单元的光学特
提要
Mini-LED背光也许经由邃密化的分区实行局域动态调光，是今朝液晶背光技巧的研讨热门。为揭露Mini-LED背光不同的调光单位大势对背光模组的光学功用和系统架构产生的不同影响，本文创设了Mini-LED背光模组地域调光单位的3种不同的光学模子，即直下式调光单位、侧入式调光单位，以及本文提议的角入式调光单位。经由对不同构造的Mini-LED发光源光学模子实行光学建模和仿真追迹，对换光单位实行了出光平匀性和光线欺诈率的对照。后果解释，角入式调光单位在未增加光学膜片的情形下，出光平匀性为67.27%且光线欺诈率为86.67%；在增加光学膜片的情形下，出光平匀性为84.70%且光线欺诈率为92.10%。与保守侧入式调光单位和直下式调光单位比拟有不同水准的提拔。本文后果对Mini-LED背光单位安排具备重大的理论教导意义和运用价格。1引言
液晶显示器(Liquidcrystaldisplay,LCD)具备成本低、尺寸大、尺寸小等益处，是以普及用于汽车、产业配置、手机、电视、数字腕表等的显示畛域。但是，方今液晶显示器的进展仍面对一些题目，比如漏光引发的屏幕处境对照度低、图象品质低、发光源个数增添和劳动工夫长致使的高功耗和低光线欺诈率。处理上述题目的关键是从新安排和优化背光单位。为了抬高背光单位的处境对照度、缩小背光单位功耗以及抬高光线欺诈率，地域调光技巧运用而生。保守的地域调光技巧大多半采取直接照明的背光来实行高动态范畴的调光，即在背板上安置数目稠密的发光源，依据启动电路传送的图象灰度调动特定地域发光源的亮暗状况，不过这类直下式背光单位的构造安排时常由于基数硕大的发光源而致使周全背光单位的高功耗，且存在光晕叠加的题目致使地域调光成绩降落。与直下式背光模组比拟，侧入式背光单位的发光源位于导光板的侧面，不需求大批的发光源且周全背光单位相对较薄，但其难以实行地域动态调光，特为是二维地域动态调光。同时，导光板近光侧和远光侧的照度差别致使周全导光板出光不均，展现为地域调光单位越大，调光成绩越差。上述题目阻塞了特定方向地域中出光面的照度平匀散布，进而低落了图象品质和光线欺诈率。但是，哄骗导光板做为边沿照明背光源的上风也许大大低落背光模块的厚度和功耗，况且曾经有一些对于边沿照明方法的地域动态调光背光的研讨。Mini-LED由于其尺寸小、超薄化、低功耗等上风，运用于液晶背光也许实行愈加邃密化的个别地域调光，对于实行高动态对照度的液晶显示具备重大意义，是方今液晶显示的研讨热门。今朝研讨将Mini-LED阵列光源运用于液晶显示的背光模组实行地域调光技巧也许抬高显示面板的对照度(Contrastratio)到∶1。若将Mini-LED芯片集成在自愿鲜明示器中，显示器会显露出雷同有机发光二极管(Organiclight-emittingdiode,OLED)的完善暗态，况且屏幕峰值亮度是LCD和OLED显示器的几倍左右。更重大的是，Mini-LED构造简明、启齿较大、视场角宽阔、劳动温度范畴也许使显示配置在室内和室外中获得很好的运用。但是，直下式Mini-LED背光需求数目硕大的光源阵列，其功耗较大，况且由于光源阵列与散布板之间需求有必要的混光间隔，该间隔束缚了背光模组的进一步薄型化。今朝针对Mini-LED背光模组中地域调光单位的不同构造的光学特点未有报导。基于此，本文创设了Mini-LED背光调光单位的不同光学构造，并经由系统建模和光学仿真，对其光学功用和出光成绩实行了详细对照研讨，并提议了一种角入式Mini-LED背光调光单位，经由图案化导光板实行了地域调光的优化，兼容了保守直下式和侧入式的上风，实行了高功用Mini-LED背光调光。2Mini-LED调光单位光学构造
直下式和侧入式Mini-LED背光的个别地域调光单位示妄念如图1(a)和1(b)所示。侧入式Mini-LED调光单位中,Mini-LED发光源安插于准则导光板的侧面，经由非凡安排的网点密度散布将部份入射光能按需导出并流传到远光地域，进而到达平匀出光的请求。而直下式Mini-LED调光单位则将其发光源准则胪列安插于基底上，经由阵列化Mini-LED发光源调控周全调光单位的亮暗及灰度状况。但是，不管是直下式Mini-LED调光单位照样侧入式Mini-LED调光单位，都存在着必要的优瑕玷。侧入式Mini-LED调光单位厚度相对较薄，需求的发光源个数少，是以调光功耗相对较低，但由于Mini-LED发光源安插于背光单位的侧边，仅能实行该物理地域内的调光。直下式Mini-LED背光单位由于需求散布板实行匀光，调光厚度相对较大，而直下式阵列排布的光源实行地域调光相对较邃密，但由于Mini-LED发光源数目硕大致使整个功耗增添。图1Mini-LED背光个别地域调光单位模子示妄念。(a)侧入式调光单位；(b)直下式调光单位；(c)角入式调光单位。基于以上解析，本文还谋求了一种角入式Mini-LED背光的地域调光单位，如图1(c)所示。不同于以上的调光单位的光学构造，经由将准则导光板做去边角化管教，四角磨平抛光产生平面入光面，使其图案化导光板的直角形态边角地域变成平面形态边角地域，尔后将Mini-LED发光源安插于图案化导光板的平面形态边角地域的截面处，将光耦入到图案化导光板内，再经由图案化导光板底部的网点散布实行平匀照度散布和优秀的光线欺诈率。一方面，经由图案化导光板欺诈数目一些的发光源实行平匀出光；其它一方面，由于发光源侧入安插于平面形态边角地域，周全调光单位的厚度较薄。由于角入式Mini-LED发光源的法线方位指向图案化导光板的几许核心点，应聚集保守的网点散布安排实行正当的密度散布，再合营光学膜片的聚光和匀光，实行高效率、高平匀性的出光。3Mini-LED调光单位光学仿真对照
为了考证不同构造的调光单位在本质中的运用，本文欺诈光学仿真软件TracePro对不同构造的背光单位实行系统建模和仿真追迹，评估了背光单位的光学功用。在初始仿真模子中,导光板厚度为1mm，各个光学组件的空间间隔为0.1mm，不同构造的光学模子及其光学属性尽也许与本质运用坚持一致。调光单位的仿真模子的导光板参数如表1所示，导光板材料采取聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)，折射系数为1.。Mini-LED发光源的尺寸为μm×μm，发光光强散布合乎朗伯体散布(Lambertian)，发光核心波长为，.1，nm，对应于导光板的入射波长。在光学仿真软件TracePro中完结各个光学表面的属性配置，配置50万条光线实行仿真追迹，在不异表面属性配置和材料属性配置前提下，对照了未增加光学膜转瞬，侧入式Mini-LED调光单位、直下式Mini-LED调光单位、以及本文提议的角入式Mini-LED调光单位的光学功用。在Mini-LED出光侧配置一个全摄取的接管面，经由仿真追迹，不同构造的调光单位的接管面辐照度如图2所示。图2未增加光学膜转瞬，不同光学构造的调光地域光线仿真追迹后果。(a)，(b)侧入式调光单位；(c)，(d)直下式调光单位；(e)，(f)角入式调光单位。侧入式Mini-LED调光单位的接管面辐照度如图2(a)所示，调光单位的照度散布具备路子性，依据照度颜色条可知，近光侧的能量散布相对聚集，Mini-LED发光源处归一化照度值在0.8~1的颜色分段；跟着导光板上间隔Mini-LED发光源越远，能量散布相对停止，归一化照度值大概在0.3~0.7的颜色分段。对应的照度散布弧线如图2(b)所示。图3(a)为针对侧入式Mini-LED调光单位安排的导光板底部网点密度散布，检察其网点密度散布，其大抵显露出单向散布趋向，即近光侧网点密度散布较为零落，远光测网点密度散布聚集，这有益于侧入式调光单位在光传导流程的平匀光索取。图3不同光学构造的网点密度散布。(a)角入式调光单位；(b)侧入式调光单位。如图2(c)所示的是直下式Mini-LED调光单位的接管面辐照度散布，其紧要展现为4个照度由核心渐渐向外衰弱突变的光晕。很显然也许看出，在等同的光源数目下，直下式Mini-LED调光单位很难实行空间照度的平匀散布，照明地域很难笼罩周全调光地域。同时，Mini-LED发光源的出射光线流传到必要的空间间隔渐渐减小，直至为零，对应的水准方位和笔直方位的截面照度弧线如图2(d)所示，弧线图展现为“峰波”，“峰波”的最高点位于Mini-LED发光源的核心点处，跟着空间间隔的增大，照度渐渐减小直至为0。若将Mini-LED光源阵列与接管面之间的混光间隔增添，则有也许实行更好的平匀性。也许觉察，当混光间隔有必要水准增添时，4颗Mini-LED光源发出的光斑也许获得很好的交叠，实行了较好的平匀性，不过此时将带来较大的调光单位厚度，且依据照度与间隔平方反比定律，背光源的亮度低落致使没法知足本质运用请求。本文提议将Mini-LED光源安插于导光板的顶角，与直下式Mini-LED调光单位相对照，有用获得了平匀的辐照度散布，其出光面的照度散布情形如图2(e)所示。其照度色段散布较为平匀，颜色误差不大，仅在边沿地域存在必要的照度衰减，但与核心地域的色误差小，这象征着周全接管面的照度散布较为平匀，且对应的水准方位和笔直方位的核心截面处的照度改变也相对舒缓，如图2(f)所示。图3(b)为针对角入式Mini-LED调光单位所安排的导光板底部的网点密度散布图，其和侧入式Mini-LED调光单位的网点散布密度比拟具备很大的差别，格外是在顶角地域近光侧，网点散布相对零落，而在远光侧的核心地域，网点密度散布则相对对照聚集，整体散布与边角地域较为对称，其对称点为几许核心点，这也合乎照度与间隔平方反比定律。表2归纳了不同构造的Mini-LED背光调光单位的光学功用。对于角入式Mini-LED背光调光单位，仿真所得的整个归一化照度值在0.65以上，依据ANSI九点法盘算出的出光面照度平匀性为67.27%。在未增加光学膜片的情形下，光线欺诈率可达86.67%。侧入式Mini-LED背光调光单位的照度平匀功用够到达63.33%，光线欺诈率仅为20%左右。但是，直下式Mini-LED背光调光单位的光线欺诈率为35%左右，由于Mini-LED发光源排布数目较少，难以实行照度平匀化。相对照于保守构造的背光单位，角入式Mini-LED背光调光单位的照度平匀性和光线欺诈率都较高，这解释角入式调光单位具备必要的可行性。4Mini-LED调光单位后果商议
上一节解析是基于无任何光学膜片加持所创设的仿真追迹后果，在本质的调光单位运用中，为了进一步提拔调光单位的平匀性，时常会在Mini-LED背光模组中插手散布片、棱镜片等光学膜片，仿真模子中的光学膜片和其余光学组件的空间间隔仍为0.1mm。本节将进一步地对照不同构造的Mini-LED背光调光单位的正当性和适用性，增加光学膜片再从新对不同构造的背光调单位实行光线仿真追迹，以对照解析其后果。Mini-LED背光调光单位插入的光学膜片的属性特色参数如表3所示。在不同构造的Mini-LED背光调光单位正上方配置数目不等的光学膜转瞬，囊括散布片和正交安插的棱镜片，所获得接管面的照度散布情形如图4所示。侧入式Mini-LED背光调光单位的接管面辐照度如图4(a)所示，增加光学膜片后，辐照度散布相对平匀，照度色段散布对照正当，归一化照度值在0.7以上，个别地域照度值相对较大，检察其对应的照度弧线散布图4(b)可知，弧线相对腻滑，照度差值相对较小，解释了调光地域的出光平匀性相对较好，依据ANSI九点法测得照度平匀性为74.50%，光线欺诈率为20%左右。直下式Mini-LED背光调光单位的接管面辐照度依然展现为4个照度突变的光晕，如图4(c)所示。与图2(d)比拟，光晕半径缩小，照度散布相对聚集到Mini-LED发光源核心处，对应的水准方位和笔直方位的截面照度弧线图4(d)依然展现为“峰波”，但“峰波”弧线相对腻滑，照度散布则聚集到“波峰”内，这解释散布片和正交安插的棱镜片同时具备光匀化和缩束的成绩。图4增加光学膜转瞬，不同光学构造的调光地域光线仿真追迹后果。(a)，(b)侧入式调光单位；(c)，(d)直下式调光单位；(e)，(f)角入式调光单位。本文提议的角入式Mini-LED背光调光单位与以上调光单位比拟，辐照度散布依然较为平匀，接管面的出光情形如图4(e)所示，整体看来其出光平匀，照度散布色段散布较为平匀，周全出光面归一化照度值均在0.8以上，即不存在由于网点密度散布不均带来的照度反常地域。依据ANSI九点法盘算得出光面照度平匀性提拔至了84.70%。其它，在增加光学膜片的情形下，光线欺诈率高出了90%，最后到达了92.10%，也许知足本质背光的高效率运用需求。接管面水准和笔直方位核心截面的照度弧线如图4(f)所示，更直接地反响了地域调光单位模子近光侧和远光侧的照度散布，弧线越腻滑解释核心截面上照度差值越小，出光整个平匀性越好，仿真后果解释了角入式Mini-LED背光调光的可行性。由上述解析可知，插入的光学膜片使不同构造的Mini-LED背光调光单位的空间照度平匀性有了显然的抬高，对于周全背光单位的出光成绩具备弗成忽略的效用。但是，对于直下式Mini-LED背光单位而言，Mini-LED发光源的数目增添对于平匀的照度散布相当重大。这边格外摹拟了直下式Mini-LED背光模组中，增添Mini-LED发光源的数目的照度散布仿真追迹后果，如图5所示。当发光源数目增添到颗时，照度散布平匀性有了很大的抬高，依据ANSI九点法盘算得出光面照度平匀性在80%以上，对应的水准方位和笔直方位的核心截面的照度散布弧线相对腻滑，解释背光的照度平匀性曾经获得了较大的提拔。但是，此时，要到达一样的平匀性，直下式Mini-LED发光源的数目为颗，而角入式Mini-LED背光调光单位仅需求4颗，其数目张大了倍。也许预期，跟着背光单位面积的增大，所需的Mini-LED发光源将不计其数颗，周全背光单位的功耗将极大增添。而角入式Mini-LED背光调光单位在每个调光地域所需发光源数目仅为4颗，保证了光学功用的同时实行了整体厚度的薄型化。经由拼接组合成大面积的二维地域调光背光模组，可实行周全背光单位的高照度平匀性和光线欺诈率。5论断
本文经由对照Mini-LED背光模组地域调光单位的3种不同光学模子，即直下式、侧入式及本文提议的角入式调光单位，并对3种模子实行光学建模和仿真，解析对照了背光模组的光学特点。该角入式Mini-LED调光单位经由将Mini-LED发光源以必要角度安插于图案化导光板的边角地域，实行平匀的光线出射。与侧入式Mini-LED背光调光单位和直下式Mini-LED背光调光单位比拟，角入式Mini-LED背光调光单位不只也许缩小Mini-LED发光源的个数，低落背光功耗，况且照度平匀性和光线欺诈率均较好。该单位也许进一步做为子分区实行拼接产生大尺寸的背光模组，并经由掌握子分区的亮暗状况，实行优秀的地域调光成绩。本文对于Mini-LED背光调光单位的安排具备重大的理论教导意义和运用价格，提议的角入式Mini-LED背光调光单位构造希望拓荒低功耗、高光线欺诈率的地域调光背光新思绪。论文消息
郭举,申琼鑫,江宗钊,陈恩果，郭太良.Mini-LED背光地域调光单位的光学特点研讨[J].液晶与显示,,36(7):-.DOI：10./CJLCD.-
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