微结构光学元件的设计与数值模拟

论文摘要

微结构光学元件（导光板、扩散板）是液晶显示器（LCD）背光模组里的核心组件,其主要作用是引导光的散射方向,用来提高亮度和控制亮度的均匀性。导光板或扩散板上的微结构的形状和排布形式是决定射出光源的辉度、分布均匀性及出光效率等光学性能的主要因素。为了实现光源在通过导光板（扩散板）转向到所需的工作面时衰减最小化,行之有效途径之一是通过对其底面上微结构外型设计及其排布方式最优化来实现。本文借助光学模拟软件Lighttools,基于蒙特卡洛光线追迹原理,重点研究了导光板和扩散板上微结构外型及其排布方式。为了提高背光模组的透光率及光线均匀性,本文通过Lighttools软件模拟的方法分析导光板（扩散板）底面上的半球型、V-cut微结构各个参数对背光系统的导光性能的影响程度,并对模拟结果进行对比分析,得出较佳的导光板（扩散板）结构。本文详细介绍了自己设计的均匀度及扩散性能测试实验台的原理,并详细介绍了扩散板的导光性能测试方法。对已加工出的四种扩散板进行透光率、均匀度及扩散性能测试,发现三角锥微结构对光线的散射效果最好,而V型槽微结构对光线的均匀性最好。并借助Lighttools光学软件进行相应模拟,然后将实验结果与模拟结果进行对比验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 背光系统中各个组成零件及其作用
• 1.2.1 发光源
• 1.2.2 导光板
• 1.2.3 反射片
• 1.2.4 扩散板
• 1.2.5 增亮膜
• 1.3 背光光学系统的发展历史及现状
• 1.3.1 背光系统的国外发展现状
• 1.3.2 背光系统的国内研究现状
• 1.3.3 背光光学系统的主要发展趋势
• 1.4 本课题的主要研究内容及创新点
• 第二章 导光板设计的光学基础
• 2.1 基本光学原理
• 2.1.1 折射率
• 2.1.2 反射与折射定律
• 2.1.3 临界角与全反射
• 2.1.4 Fresnel equation
• 2.1.5 Lambertian余弦定律
• 2.1.6 散射现象
• 2.2 幅度光学与光度学
• 2.2.1 光通量
• 2.2.2 照度
• 2.2.3 发光强度
• 2.2.4 辉度
• 2.3 背光光学系统的光学检测
• 2.3.1 辉度检测
• 2.3.2 均匀度检测
• 2.3.3 透光率
• 2.3.4 雾度
• 2.4 本章小结
• 第三章 新型导光板的微结构设计与研究
• 3.1 引言
• 3.2 微结构导光板的光学建模
• 3.2.1 导光板上无网点结构
• 3.2.2 半球型微结构的模拟与分析
• 3.2.3 V-cut微结构的模拟与分析
• 3.3 微结构尺寸及排布对系统导光性能的影响
• 3.3.1 半球型微结构尺寸大小对导光板导光性能的影响
• 3.3.2 V型槽的尺寸及排布对系统导光性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 直下式LED背光源扩散板的微结构设计及优化
• 4.1 引言
• 4.2 微结构扩散板的光学建模
• 4.2.1 扩散板网点结构的光学模拟分析
• 4.2.2 V型槽微结构的设计
• 4.3 优化设计
• 4.3.1 半球型微结构中心距的优化设计及分析
• 4.3.2 V型槽微结构间距的优化设计
• 4.3.3 光源发光角的优化设计及分析
• 4.3.4 光源与扩散板间距的优化设计及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验验证与讨论
• 5.1 引言
• 5.2 扩散板光学性能测试方法及原理
• 5.2.1 均匀度测试实验台的设计及原理
• 5.2.2 扩散板散射性能的测试试验台设计
• 5.3 实验验证及Lighttools软件模拟
• 5.3.1 扩散板均匀性及透光率实验验证
• 5.3.2 扩散板的光扩散性能的测试方法
• 5.3.3 Lighttools软件模拟分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论及未来展望
• 6.1 结论
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书