Design óptico de tela LCD de tamanho pequeno e médio com luz de fundo

A retroiluminação é usada em telas de cristal líquido (LCDs) pequenas e leves e em outros dispositivos eletrônicos que requerem retroiluminação, incluindo dispositivos portáteis tão pequenos quanto a palma da sua mão e TVs de tela grande. Os objetivos do design da luz de fundo incluem baixo consumo de energia, ultrafino, alto brilho, brilho uniforme, grande área e controle de diferentes larguras e ângulos de visão estreitos. Para atingir essas metas desafiadoras de projeto com custos controlados e implementação rápida, ferramentas de projeto óptico auxiliadas por computador devem ser usadas para o projeto. Este artigo apresenta as características do software de análise e design óptico LightTools da ORA Company nos Estados Unidos, que pode ser usado para desenvolver os aplicativos de design de luz de fundo mais avançados da atualidade.
Ferramentas de design óptico e análise para iluminação de fundo
Um sistema de retroiluminação requer alguma conversão de luz de uma ou mais fontes de luz para produzir a distribuição de luz necessária em uma área ou em um ângulo fixo. O software de projeto de iluminação deve ser capaz de modelar geometricamente, definir parâmetros de características ópticas para diferentes tipos de fontes de luz e unidades de conversão, e deve ser capaz de usar métodos de rastreamento óptico para avaliar o caminho da luz através do modelo e calcular a distribuição final da luz. A distribuição de luz usa simulações de Monte Carlo para calcular iluminância, luminância ou intensidade luminosa para áreas e/ou ângulos específicos. Os raios de luz são emitidos pela fonte de luz em posições e ângulos aleatórios, traçados através do sistema óptico e recebidos na superfície receptora. A iluminância pode ser calculada a partir de receptores de superfície e a intensidade pode ser obtida a partir de receptores de campo distante. Ao definir um medidor de luminância na superfície do receptor, a distribuição espacial e angular da luminância pode ser calculada. Em alguns casos, pode ser importante analisar a cromaticidade de um display. Especifique a distribuição de energia espectral de fontes de luz (como diodos emissores de luz), produza coordenadas CIE e temperatura de cor correlacionada (CCT), quantifique a cromaticidade da tela e gere gráficos de renderização de luz real RGB na tela. Todas essas análises podem ser feitas no software LightTools.
As características dos displays retroiluminados impõem exigências especiais ao software de análise de iluminação. Como será explicado, a luz emitida pela retroiluminação depende da densidade de distribuição dos pontos impressos, ou do padrão de distribuição das microestruturas. Para a modelagem de matrizes de microestruturas específicas, se o modelo CAD for usado diretamente, o tamanho do modelo pode ser muito grande. O software LightTools fornece funções definidas por matrizes de textura 3D, que podem realizar traçado de raio e renderização precisos. Como nenhum modelo geométrico construído diretamente é usado, o tamanho do modelo é menor e o traçado de raios é mais rápido. Outro aspecto da análise de luz de fundo inclui a divisão e dispersão da luz na superfície da placa guia de luz. Como os efeitos de iluminação são simulados usando métodos de Monte Carlo, é possível que um extenso traçado de raios seja usado para obter um projeto com precisão suficiente. A maneira mais eficiente é rastrear o raio de maior energia. Traçando o caminho do raio de maior energia usando probabilidades divididas e usando a área alvo ou o ângulo de dispersão da superfície de dispersão para direcionar a luz espalhada para direções "importantes" (como em direção ao visualizador da tela).
A Shenzhen Hongjia Technology é especializada em P&D e produção de telas LCD com vários brilhos. O brilho da luz de fundo é uniforme. O brilho geral do módulo pode chegar a 2.000 lúmens. É claramente legível à luz solar. A temperatura de trabalho pode atingir -35 a 85 graus. Antiestático com estrutura de ferro Bem, o desempenho contra quedas é superior.
O que é luz de fundo?
Uma luz de fundo típica consiste em uma fonte de luz, como uma lâmpada fluorescente de cátodo frio (CCFL) ou um diodo emissor de luz (LED), e uma guia de luz retangular. Outros componentes disponíveis incluem placas difusoras, que melhoram a uniformidade da tela, e filmes de aumento de brilho (BEF), que aumentam o brilho da tela. A fonte de luz geralmente está localizada em uma borda lateral da placa guia de luz para reduzir a espessura da tela. A iluminação de borda normalmente usa reflexão total (TIR) ​​para direcionar a luz na tela.
Os projetistas de luz de fundo têm várias maneiras de modelar fontes de luz no software LightTools. Diferentes formatos de fontes de luz fluorescente (como reta, em forma de L, em forma de U ou em forma de W, conforme mostrado na Figura 2) podem ser definidos rapidamente usando a ferramenta de criação de lâmpadas fluorescentes. O refletor da lâmpada pode ser definido com diversas primitivas geométricas no software LightTools, como cilindros, ranhuras elípticas e polígonos extrudados. Os refletores definidos em sistemas CAD também podem ser importados para o software LightTools através de formatos padrão de troca de dados (IGES, STEP, SAT e CATIA). Se forem usados ​​LEDs, os projetistas podem selecionar os modelos de LED desejados a partir dos modelos de produtos pré-armazenados da Agilent, Lumileds, Nichia, Osram, etc. no software LightTools. Uma vez que a luz entra em um lado do LGP, o problema passa a ser extrair a luz do LGP perpendicular à direção de propagação.
Como mostrado na FIG. 3, o lado mais brilhante da placa guia de luz está próximo da fonte de luz e o brilho na placa guia de luz torna-se mais escuro à medida que a distância aumenta. Para uma saída de luz uniforme, a eficiência da extração de luz deve aumentar com a distância. Uma das principais tarefas no projeto de retroiluminação é projetar uma placa guia de luz que varie a eficiência de extração de luz conforme desejado. Existem duas técnicas de extração que podem ser usadas. A tecnologia de extração de luz por impressão de pontos consiste em imprimir uma estrutura de matriz de pontos na parte inferior da placa guia de luz para espalhar a luz para cima e emiti-la da superfície da placa guia de luz. A segunda tecnologia, Tecnologia de Extração de Luz Moldada, depende da reflexão total (TIR) ​​da microestrutura da superfície inferior para fazer com que a luz emerja da superfície do LGP.
O software LightTools fornece ferramentas de design de luz de fundo para realizar o design da placa guia de luz. Esta ferramenta (Figura 4) auxilia o usuário na criação dos diversos componentes da retroiluminação. Outras opções incluem adicionar um componente de fonte de luz/refletor ao modelo, modelagem BEF e construir um receptor para analisar o brilho. A interface da ferramenta de luz de fundo é uma coleção de guias para configurar e modificar vários tipos de mecanismos de extração de luz.
Para a luz de fundo usando o método de extração de luz de impressão de pontos, a ferramenta de luz de fundo pode definir a mudança linear do tamanho e proporção dos pontos impressos e a mudança linear do espaçamento dos pontos ao longo do comprimento da placa guia de luz. Esta estrutura linearmente variável é muitas vezes um bom ponto de partida para exibir uniformidade, mas não é suficiente para os requisitos finais de uniformidade. Um controle adicional sobre a uniformidade pode ser alcançado usando parâmetros de extração de raios que variam não linearmente. Um método com menor número de parâmetros e controle muito flexível é definir variáveis ​​paramétricas da curva quadrática de Bézier. A ferramenta de região 2D do software LightTools pode ser usada para configurar estruturas não lineares. A Figura 5 mostra um exemplo de utilização da extração impressa, onde 3 parâmetros (largura do ponto impresso, altura e espaçamento vertical) são variados para obter diferentes comportamentos de extração. A uniformidade de saída é mostrada na Figura 6. A figura à direita mostra que o brilho médio de saída é uma constante.