一种用于液晶显示导光板的网点分布设计方法技术

本发明专利技术涉及一种用于液晶显示导光板的网点分布设计方法，首先计算导光板下表面任意坐标位置处的照度分布取值；接着利用能量守恒原理，基于对任意一个LED光源能量的微分，再与导光板的光出射面的均匀照度分布建立映射关系；利用从LED光源能量的输出到出射均匀面光源的能量传导过程，逆向求解实现该能量传导过程的导光板网点分布；最后将导光网点半径与光源计算点的底面照度建立函数关系，自定义网点分布的位置坐标，通过网点半径大小改变出射表面的底面照度。本发明专利技术通过理论计算获得导光板散射网点分布，减少网点设计的改版次数，削减开发时间和成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于液晶显示导光板的网点分布设计方法
本专利技术涉及液晶背光模组领域，特别是一种用于液晶显示导光板的网点分布设计方法。
技术介绍
背光模组是整个液晶显示系统的核心，决定了其均匀性、色彩饱和度、色域范围、系统的体积和成本。实际系统中，导光板的规格随着液晶显示机型、用途的变化各异，例如，用于小尺寸的手机、中尺寸的电脑显示器和大尺寸的电视机中的LED数量和规格各不相同，这就需要有针对性的进行导光板散射网点阵列的设计。网点分布理论要求网点图案呈不规则排列并且可以满足任意连续性的填充率分布。目前，较为典型的网点分布理论有超均匀分布理论、动态均匀理论、斥力缓和法、动态分子法。这些方法都需要先将整个导光板依据亮度分布划分成多个小区域，依据网点密度与亮度值的对应关系，在每个小区域中生成初步的网点分布模型。然后，利用各自的理论方法对区域内网点进行调整，以消除网点的簇拥现象。相对于规则的网点分布理论，不规则网点分布理论可以设计出具有极高不规则性的网点分布，但是此类方法的计算量大、难度大，而且由于光学设计的复杂性及生产加工的限制性，在实际网点设计过程中往往需要多种方法的混合使用，因此不规则网点分布的网点生成速度慢、效率低、不易操作。本专利研究的液晶显示背光源中，光源主要采用朗伯辐射体的LED灯条，导光板趋向薄型化、窄边框，散射网点成型于导光板底面。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种用于液晶显示导光板的网点分布设计方法，取代传统网点设计过程中多方法混合使用、人为经验依赖程度高等问题，通过理论计算获得导光板散射网点分布，减少网点设计的改版次数，削减开发时间和成本。本专利技术采用以下方案实现：一种用于液晶显示导光板的网点分布设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：计算导光板下表面任意坐标位置处的照度分布取值；步骤S2：利用能量守恒原理，基于对任意一个LED光源能量的微分，再与导光板的光出射面的均匀照度分布建立映射关系；利用从LED光源能量的输出到出射均匀面光源的能量传导过程，逆向求解实现该能量传导过程的导光板网点分布；步骤S3：将导光网点半径与光源计算点的底面照度建立函数关系，自定义网点分布的位置坐标，通过网点半径大小改变出射表面的底面照度。其中，该LED光源可以是多个LED组合而成的间断光源，以及CCFL等条状光源，但不限于此。进一步地，所述步骤S1具体包括以下步骤：步骤S11：收集并确定阵列LED光源的数据信息，根据LED光源的数据信息以及LED光源的特征构建阵列LED光源；所述阵列LED光源的数据信息包括LED光源的规格和个数、每个光源之间的中心间隔、阵列两端与导光板边缘的距离、导光板的尺寸规格；所述LED光源的特征包括LED光源的空间配光与位置关系；步骤S12：对LED光源的出光在空间坐标系下进行能量划分，求解微分光源在导光板底面的能量分布，将结果积分得到单颗LED光源在导光板底面的传导能量分布。进一步地，步骤S12具体为：根据实际光源尺寸与导光板入光侧比例进行计算，依次利用自点光源到线状光源再到面光源的计算过程，即，将面光源在平行于入光面的方向上且平行于出光面方向上分作无数段发光线状光源，再在垂直于出光面方向上将线状光源分作无数段发光元，然后分别对两个方向上的微分光源进行积分，求出计算点处产生的总照度。进一步地，步骤S12中，求解微分光源在导光板底面的能量分布具体为：背光模组中包括n个LED光源，在笛卡尔坐标系下，设第i个点光源坐标为(0，yi，zi)，任意目标点(x，y，0)的底面照度为阵列中多个LED光源对导光板底面的照度叠加结果；阵列LED点光源的个数和位置由设计者自行定义，IN为发光面在法线方向的发光强度，阵列点光源与任意一点P的水平面照度关系式定义如下：定义长度为L的线状光源中每个发光元的纵向配光特性为Iθα＝Iθ0cosα，即f(α)＝cosα，横向配光特性为Iθ0＝I00cosθ，其中I00表示的是垂直面和水平面交线方向上的光强，α表示出射光线与垂直于线状光源长轴的平面所呈的夹角。定义C90平面为通过线状光源光轴且经过线状光源长轴方向所在平面，即水平面；定义平面C0为通过线状光源光轴且垂直于线状光源长轴方向所在平面，即垂直面。θ表示同时通过线状光源长轴和出射光线的平面与水平面C90所呈角度，Iθ0表示的是在通过线状光源长轴方向且与通过长轴的水平面成θ角的平面与垂直面C0的交线方向上的光强，Iθα表示在通过线状光源长轴和出射光线平面与水平面C90呈θ角、出射光线与垂直于线状光源长轴的平面成α角的方向上的光强；r为导光板底面计算点P到线状光源的最短距离，线状光源的两端的坐标为(0,yi1,z)和(0,yi2,z)；将角度信息转化为笛卡尔直角坐标系下，阵列线状光源在P点处产生的照度E’h定义如下：式中，yij表示第i个光源两端的y坐标值，j的最大取值为2，表示光源的两端；将实际LED光源微元化，在y和z方向上进行二次积分，阵列扩展光源在P点处产生的照度E”h定义如下：式中，θ全表示光线在介质材料中传播时的全反射角。较佳的，所述线状光源的光强分布用两个平面上的光强分布曲线表示。一个平面通过线状光源的纵轴(长轴)，此平面上的光强分布曲线称为纵向(水平面或C90面)光强分布曲线；另一个平面与线状光源长轴垂直，这个平面上的光强分布曲线称为横向(垂直面或C0)光强分布曲线。进一步地，步骤S2具体包括以下步骤：步骤S21：基于能量守恒原理，假定光学系统不存在额外吸收、散射等能量消耗，根据已得到的阵列LED光源数据信息，构建阵列LED光源对导光板底面能量分布；步骤S22：定义导光板出射面的照度分布情况及其数学表示形式，完善导光板内能量传导情况的理论表达；步骤S23：建立阵列LED光源对导光板底面的照度分布与预定义的导光板出射面的照度分布之间的映射关系，通过数值求解得到导光板网点阵列分布和直径；步骤S24：根据导光板网点阵列分布和直径，构建具有散射网点的导光板结构模型，利用光学仿真软件建立导光板模型，完成背光膜片的选材及属性设置，生成散射网点阵列，验证背光模组的光学性能。进一步地，步骤S3具体为：将导光板底面划分为n部分，定义导光板出射面为均匀面光源，每部分散射出导光板的光线能量均为同一定值；设导光板底面垂直于xoy平面上的照度分布与散射网点半径大小成反比关系，通过递推得到导光板底面的照度分布与网点半径的关系为：式中，Ck表示的是第k部分中导光板底面的照度分布，rk对应于第k部分中散射网点半径分布，C1表示光线进入导光板的初始照度Eh分布，由阵列LED光源唯一确定。较佳的，步骤S24中，利用光学仿真软件建立导光板，仿真和建立模型可以采用TracePro、Lighttools等光学仿真软件，但不限于此。特别的，本专利技术所提出的方法可用于液晶显示背光源导光板，还可以用于普通照明光源用导光板、灯箱导光板等应用场景。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：本专利技术为了达到效率、均匀性、颜色特性等多重要求，提出一种基于LED数量、规格的导光板散射网点分布设计的理论方法，取代传统网点设计过程中多方法混合使用、人为经验依赖程度高等问题，通过理论计算获得导光板散射网点分布，减少网点设计的改版次数，削减开发时间和成本。附图说本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于液晶显示导光板的网点分布设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：计算导光板下表面任意坐标位置处的照度分布取值；步骤S2：利用能量守恒原理，基于对任意一个LED光源能量的微分，再与导光板的光出射面的均匀照度分布建立映射关系；利用从LED光源能量的输出到出射均匀面光源的能量传导过程，逆向求解实现该能量传导过程的导光板网点分布；步骤S3：将导光网点半径与光源计算点的底面照度建立函数关系，自定义网点分布的位置坐标，通过网点半径大小改变出射表面的底面照度。

【技术特征摘要】
1.一种用于液晶显示导光板的网点分布设计方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：计算导光板下表面任意坐标位置处的照度分布取值；步骤S2：利用能量守恒原理，基于对任意一个LED光源能量的微分，再与导光板的光出射面的均匀照度分布建立映射关系；利用从LED光源能量的输出到出射均匀面光源的能量传导过程，逆向求解实现该能量传导过程的导光板网点分布；步骤S3：将导光网点半径与光源计算点的底面照度建立函数关系，自定义网点分布的位置坐标，通过网点半径大小改变出射表面的底面照度。2.根据权利要求1所述的一种用于液晶显示导光板的网点分布设计方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括以下步骤：步骤S11：收集并确定阵列LED光源的数据信息，根据LED光源的数据信息以及LED光源的特征构建阵列LED光源；所述阵列LED光源的数据信息包括LED光源的规格和个数、每个光源之间的中心间隔、阵列两端与导光板边缘的距离、导光板的尺寸规格；所述LED光源的特征包括LED光源的空间配光与位置关系；步骤S12：对LED光源的出光在空间坐标系下进行能量划分，求解微分光源在导光板底面的能量分布，将结果积分得到单颗LED光源在导光板底面的传导能量分布。3.根据权利要求2所述的一种用于液晶显示导光板的网点分布设计方法，其特征在于：步骤S12具体为：根据实际光源尺寸与导光板入光侧比例进行计算，依次利用自点光源到线状光源再到面光源的计算过程，即，将面光源在平行于入光面的方向上且平行于出光面方向上分作无数段发光线状光源，再在垂直于出光面方向上将线状光源分作无数段发光元，然后分别对两个方向上的微分光源进行积分，求出计算点处产生的总照度。4.根据权利要求2所述的一种用于液晶显示导光板的网点分布设计方法，其特征在于：步骤S12中，求解微分光源在导光板底面的能量分布具体为：背光模组中包括n个LED光源，在笛卡尔坐标系下，设第i个点光源坐标为(0，yi，zi)，任意目标点(x，y，0)的底面照度为阵列中多个LED光源对导光板底面的照度叠加结果；阵列LED点光源的个数和位置由设计者自行定义，IN为发光面在法线方向的发光强度，阵列点光源与任意一点P的水平面照度关系式定义如下：定义长度为L的线状光源中每个发光元的纵向配光特性为Iθα＝Iθ0cosα，即f(α)＝cosα，横向配光特性为Iθ0＝I00cosθ，其中I00表示的是垂直面和水平面交线方向上的光强，α表示出射光...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈恩果，黄佳敏，缪煌辉，黄炳乐，赵焱，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35