CN108279458A

CN108279458A - 一种导光板光学设计方法

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Publication number: CN108279458A
Application number: CN201710008010.3A
Authority: CN
Inventors: 李超; 吴栋梁
Original assignee: Suzhou Oupixi Photoelectric Co Ltd
Current assignee: Suzhou Oupixi Photoelectric Co Ltd
Priority date: 2017-01-05
Filing date: 2017-01-05
Publication date: 2018-07-13

Abstract

本发明公开了一种导光板光学设计方法，包括三维建模、网点设计、模拟分析、指标仿真、调试优化、结果输出、导光板加工；所述导光板光学设计方法是对导光板上的扩散网点的密度、扩散网点的尺寸、扩散网点微雕(V‑Cut)尺度进行设计，并且与模具设计加工技术配合，实现导光板出射光强的均匀性和高亮度；所述导光板光学设计方法的设计顺序依次为三维建模、网点设计、模拟分析、指标仿真、调试优化、结果输出、导光板加工；依据导光板设定的外观、尺寸和仿真指标模拟仿真设计；本发明采用仿真模拟的方法，来优化导光板的光学设计和开发流程、缩短导光板光学开发周期，从而降低设计开发费用；导光板各项性能指标优良，加工周期短、效率高。

Description

一种导光板光学设计方法

技术领域

本发明涉及一种导光板技术设备领域，特别涉及一种导光板光学设计方法。

背景技术

液晶显示器，简称LCD(Liquid Crystal Display)，处于电子信息产业链的高端，是数字电视、计算机、移动通信终端等数字化整机产品的关键部件。LCD本身不发光，要通过背光模组是为提供发光的必要组件。而背光模组中最重要的技术核心就是导光板，导光板(light guide plate)是个一种光学级的亚克力/PC板材，其具有极高反射率，并且是不吸光的高科技材料，通过光学级的亚克力/PC板材底面的网点，利用光学级亚克力板材吸取从LED灯发出来的光在光学级亚克力/PC板材表面的停留，当光线射到各个网点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏反射条件由导光板正面射出。通过各种疏密、大小不一的网点，可使导光板均匀发光。让每个液晶显示器的使用者能享受到均匀的视觉效果，能体验科技视觉享受。

国际上新型平板显示器主要包括LCD、PDP(等离子显示屏)和OLED(有机发光显示体)等，其中LCD技术最成熟、支持厂家最多、应用最广泛。LCD的巨大需求，带动了导光板材料行业快速发展，从国际国内的形势看，导光板正朝尺寸更大、厚度更薄、亮度更高、价格更低以及制造工艺更加简单的方向迅速发展，导光板设计及制造技术正在成为当前的研究热点。

现有技术中，导光板的设计开发方法复杂、导致设计开发周期长、设计开发费用高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种导光板光学设计方法，针对现有技术中的不足，采用仿真模拟的方法，来优化导光板的光学设计和开发流程、缩短导光板光学开发周期，从而降低设计开发费用。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种导光板光学设计方法，包括三维建模、网点设计、模拟分析、指标仿真、调试优化、结果输出、导光板加工，其特征在于：

所述导光板光学设计方法是对导光板上的扩散网点的密度、扩散网点的尺寸、扩散网点微雕(V-Cut)尺度进行设计，并且与模具设计加工技术配合，实现导光板出射光强的均匀性和高亮度；所述导光板光学设计方法的设计顺序依次为三维建模、网点设计、模拟分析、指标仿真、调试优化、结果输出、导光板加工；依据导光板设定的外观和尺寸要求，所述仿真指标包括辉度、色度、均一性和发光品味；通过对仿真指标的设计减少导光板能量损失，提高导光板能量利用率，从而增强导光板背光组件的亮度。

所述三维建模，依据导光板的基础要求，采用光学仿真设计软件(OPTIS works)，进行背光组件导光板的三维建模；所述导光板的基础要求为导光板的预定指标，包括外观、尺寸、亮度、辉度、色度、均一性和发光品味。

所述网点设计，依据导光板的基础要求，采用网点设计软件(G-TOOLS)对导光板上的扩散网点密度、深度、微雕进行初步设计。

所述模拟分板，将导光板的初步设计数据结果导入光学仿真设计软件(OPTISWORKS)，利用蒙特卡罗光线追迹功能，完成整个光路的模拟分析。

所述指标仿真，依据模拟分析，按照仿真指标的要求，逐项调试综合各个仿真指标，并得到对应于亮度和均匀性的多种导光板输出初步结构。

所述调试优化，将导光板初步结构进行调试和优化，通过光学仿真设计软件(OPTIS WORKS)对导光板的多种初步结构进行调试优化，由此获得提升导光板光能利用率、最优合理布局的导光板结构，并获得最佳微雕角度值与V槽深度值，并对各种初步结构数据进行处理，总结出相似导光板的实际应用规律。

所述结果输出，依据调试优化确定的导光板结构，将导光板结构转换为数据结果，并将数据结果储存与输出。

所述导光板加工，依据导光板的数据结果生成导光板实际结构指标参数，并依据导光板数据结果生成相关模具加工参数，将导光板的实际结构指标和模具参数转入导光板的实际制造中。

本发明的工作原理为：

亮度是背光组件性能中的一个重要参数，只有高亮度的背光源才能使画面色彩更加鲜艳，从而实现太阳光下阅读。针对背光源系统中导光板能量损失的环节，利用软件模拟，对不同微结构进行设计，提高光能利用率，

导光板光学设计及仿真的原理为：在导光板的底部设计网点，利用光线的折射及反射原理，当光线入射到扩散网点时，会将一条光线散成多条光线，所示这些散射的光线一部分会射出导光板，另一部分会继续反射，直至遇到下一个扩散网点，重复散射过程。由于靠近光源附近光强度较强，所以在靠近光源处导光板底面扩散网点的密度或扩散网点的尺寸较小，而远离光源处导光板底面扩散点的密度或尺寸较大，通过这种分布以及入光、出光的V-CUT技术来以及模具设计加工技术配合来实现导光板出射光强的均匀性。

主要的技术指标

通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：采用仿真模拟的方法，来优化导光板的光学设计和开发流程、缩短导光板光学开发周期，从而降低设计开发费用；导光板各项性能指标优良，加工周期短、效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的一种导光板光学设计方法流程图示意图；

图2为本发明实施例所公开的一种导光板光学设计方法导光板测量点放大示意图；

图3为本发明实施例所公开的一种导光板光学设计方法导光板网点密度分布示意图；

图4为本发明实施例所公开的一种导光板光学设计方法仿真一次网点补点和二次网点补点示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.测量点 2.扩散网点 3.一次补入网点

4.二次补入网点 5.导光板 6.LED光源

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1、图2、图3和图4，本发明提供了一种导光板光学设计方法，包括三维建模、网点设计、模拟分析、仿真指标、调试优化、结果输出、导光板加工。

所述导光板光学设计方法是对导光板5上的扩散网点的密度、扩散网点2的尺寸进行设计，并且与模具设计加工技术配合，实现导光板5出射光强的均匀性和高亮度；所述导光板光学设计方法的设计顺序依次为三维建模、网点设计、模拟分析、指标仿真、调试优化、结果输出、导光板加工；依据导光板5设定的外观和尺寸要求，所述仿真指标包括辉度、色度、均一性和发光品味；通过对仿真指标的设计减少导光板能量损失，提高导光板能量利用率，从而增强导光板背光组件的亮度。

所述三维建模，依据导光板的基础要求，采用光学仿真设计软件(OPTIS works)，进行背光组件导光板的三维建模；所述导光板5的基础要求为导光板的预定指标，包括外观、尺寸、亮度、辉度、色度、均一性和发光品味。

本发明的具体实施例是，所述导光板光学设计方法，在导光板5基础要求设计的初步设计后，在导光板下方设置有LED光源6，以光学品味仿真指标为具体实施例，在光学品味不能满足要求的情况下，如何在初步设计的导光板5网板上进行仿真模拟光学效果的调试优化；通过采用区域性扩散网点2密度增加的方法，来对网板进行优化的方式，从而降低导光板光学开发成本，缩短光学开发周期。

以光学测量仪器的单测点1面积数据，进行区域分割设定扩散网点2密度，该导光板5网点密度曲线为4.5-15，扩散网点2直径40μm、深度5μm；以能够有效的将光线充份的反射、散射至出光面为标准；将成型后的导光板使用光学仪器测量导光板辉度分部情况。导光板辉度要求出光辉度的均匀度MIN/MAX＜85％，

表1：导光板5Y轴和X轴的出光辉度数据表(单位：CD/m²)

Y4	13576	13986	14630	15000	14598	13997	13645
								Y3	13230	13456	13987	14742	13654	13395	13197
Y2	12354	12786	13089	13500	13067	12687	12345
								Y1	10500	10876	11633	12000	11534	10976	10097
	X1	X2	X3	X4	X5	X6	X7

无法满足一般均匀度小于85％规格，无需重新制作网板，从而节省时间，并节约加工网板高额费用，仅需要对导光板进行光学模拟与仿真即可解决，经济实惠高效；由测量数据可以看出，Y方向上的辉度值的偏差是影响出光均匀性的主要因素，Y1、Y2的辉度值较低，所以需要对Y方向上的较低区域的网点进行补充，插入一次补入网点3以提高区域内的辉度值。

Y轴方向上的实际辉度量测值N,Y轴方向上单位面积内的网点密度M基础网板设定Y1*X1单位面积为Amm2依次计算该(Y1*X2)····(Y3*X7)区域内的单点辉度C；再根据可满足均匀度85％情况，预设定单点的辉度值，从而计算出该区域内所要增加的网点数量，再计算出相应所需增加的密度，当密度计算出来后，就必须使用个软件将密度数据导入进程序内，在与原有的网点数据相互配合，插入一次补入网点3，补充的网点数据不能与原网点的数据重合或者相交，这是个很大的计算量，如果需要补点的区域过大，有可能会使计算时间过长，可能会长达48小时，这个不符合补点的经济利益，在这个时候就需要分批次补点，采用一次补入网点3和二次补入网点4。因为补点的计算量是阶梯状上升，补点2个的计算量有可能时补点1的计算量的4倍，而当补点1+1的话，计算量就为补点1的计算量的2倍，而得到的结果时基本一致的，故而，采用分批次补点是比较符合大规模补点时的经济效益的，不过分批次补点后的结果会有原先计算的结果有一定的误差，所以在小范围的补点情况下，还是使用1次补点精确度会高。

通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：采用仿真模拟的方法，来优化导光板的光学设计和开发流程、缩短导光板光学开发周期，从而降低设计开发费用；导光板各项性能指标优良，加工周期短、效率高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种导光板光学设计方法，其特征在于，包括三维建模、网点设计、模拟分析、指标仿真、调试优化、结果输出、导光板加工；所述导光板光学设计方法是对导光板上的扩散网点的密度、扩散网点的尺寸、扩散网点微雕(V-Cut)尺度进行设计，并且与模具设计加工技术配合，实现导光板出射光强的均匀性和高亮度；所述导光板光学设计方法的设计顺序依次为三维建模、网点设计、模拟分析、指标仿真、调试优化、结果输出、导光板加工；依据导光板设定的外观和尺寸要求，所述仿真指标包括辉度、色度、均一性和发光品味；通过对仿真指标的设计减少导光板能量损失，提高导光板能量利用率，从而增强导光板背光组件的亮度。

2.根据权利要求1所述的一种导光板光学设计方法，其特征在于，所述三维建模，依据导光板的基础要求，采用光学仿真设计软件(OPTIS works)，进行背光组件导光板的三维建模；所述导光板的基础要求为导光板的预定指标，包括外观、尺寸、亮度、辉度、色度、均一性和发光品味。

3.根据权利要求1所述的一种导光板光学设计方法，其特征在于，所述网点设计，依据导光板的基础要求，采用网点设计软件(G-TOOLS)对导光板上的扩散网点密度、深度、微雕进行初步设计。

4.根据权利要求1所述的一种导光板光学设计方法，其特征在于，所述模拟分板，将导光板的初步设计数据结果导入光学仿真设计软件(OPTIS WORKS)，利用蒙特卡罗光线追迹功能，完成整个光路的模拟分析。

5.根据权利要求1所述的一种导光板光学设计方法，其特征在于，所述指标仿真，依据模拟分析，按照仿真指标的要求，逐项调试综合各个仿真指标，并得到对应于亮度和均匀性的多种导光板输出初步结构。

6.根据权利要求1所述的一种导光板光学设计方法，其特征在于，所述调试优化，将导光板初步结构进行调试和优化，通过光学仿真设计软件(OPTIS WORKS)对导光板的多种初步结构进行调试优化，由此获得提升导光板光能利用率、最优合理布局的导光板结构，并获得最佳微雕角度值与V槽深度值，并对各种初步结构数据进行处理，总结出相似导光板的实际应用规律。

7.根据权利要求1所述的一种导光板光学设计方法，其特征在于，所述结果输出，依据调试优化确定的导光板结构，将导光板结构转换为数据结果，并将数据结果储存与输出。

8.根据权利要求1所述的一种导光板光学设计方法，其特征在于，所述导光板加工，依据导光板的数据结果生成导光板实际结构指标参数，并依据导光板数据结果生成相关模具加工参数，将导光板的实际结构指标和模具参数转入导光板的实际制造中。