تصميم الإضاءة الخلفية LED الموجه الجانبي

مع دخول المجتمع البشري إلى عصر اقتصاد المعرفة ، يتم نشر المعلومات والمعرفة في الوقت الفعلي ، وتطورت تقنية عرض المعدات الطرفية لتبادل المعلومات بشكل سريع. كواحدة من تقنيات العرض ، تطورت شاشات الكريستال السائل بسرعة. نظرًا لأن شاشة LCD نفسها لها عيب يتمثل في عدم انبعاث الضوء ، فإن معظم التطبيقات تتطلب إضاءة خلفية داعمة.

تشمل مصادر الإضاءة الخلفية المستخدمة المصابيح المتوهجة وأنابيب الفلورسنت الكاثود البارد وألواح EL ومصابيح LED. كل تقنية إضاءة خلفية لها خصائصها الممتازة في بيئة تطبيق معينة. من بينها ، يفضل الناس مزايا تقنية LED.

المزايا: عمر طويل ، كفاءة عالية ، صيانة منخفضة واستهلاك منخفض للطاقة ؛ حجم صغير ، مما يجعل وحدة الإضاءة الخلفية LCD أرق ، مما يقلل من تكلفة الاتصال بين شاشة LCD ودائرة القيادة ؛ محرك الجهد المنخفض ، محرك 5-12VDC المباشر ، تبديل الوقت السريع ، السماح بسطوع تعديل عرض النبض ، يمكنه التحكم بشكل فردي في سطوع مصابيح LED باللون الأحمر والأخضر والأزرق ، وإزالة المرشحات ثلاثية الألوان باللون الأحمر والأخضر والأزرق خلف لوحة عرض LCD كاملة الألوان.

1 المقدمة

لقد تطورت الإضاءة الخلفية LED بسرعة في السنوات الأخيرة ، من وضع الانبعاث السفلي المبكر إلى وضع دليل الضوء الجانبي. بالمقارنة مع المصابيح الخلفية LED ذات الباعث السفلي ، تتميز المصابيح الخلفية LED الموجهة بالضوء الجانبي بمزايا التكلفة المنخفضة ، واستهلاك الطاقة المنخفض ، والسمك الأقل سمكًا.

خاصة مع تطوير تقنية LED ، ظهرت مواد AIInGaP الرباعية والمواد القائمة على GaN ، والتي حققت سطوعًا فائقًا LED ولونًا كاملاً ، بحيث يمكن للإضاءة الخلفية LED الموجهة الجانبية تحقيق السطوع المضيء المطلوب مع عدد صغير من المصابيح. واللون وحقق نتائج مرضية. أدى تطوير تقنية LED إلى تعزيز التطور السريع للإضاءة الخلفية LED ذات التوجيه الجانبي. يتم تقديم النقاط الأساسية والتصميم للإضاءة الخلفية LED الموجهة الجانبية المطورة حديثًا أدناه.

2. هيكل الإضاءة الخلفية LED الموجه بالضوء الجانبي

إنها تتكون من وحدة LED ، لوحة توجيه الضوء ، غشاء نثر ، ورق عاكس ، شريط عاكس للحافة ، إلخ.

في وحدة الإضاءة الخلفية ، تعتبر لوحة توجيه الضوء العنصر البصري الرئيسي ، وهي عبارة عن مادة بلاستيكية شفافة من مادة البولي ميثاكريلات (PMMA) ، والسطح السفلي مغطى بنقاط عاكسة بيضاء أو مصبوب بالحقن في نتوءات صغيرة ، والحواف مطلية باللون الأبيض مادة عاكسة أو مغطاة بشريط معدني عاكس.

فيلم التشتت عبارة عن مادة شبه شفافة للكمبيوتر ، والتي يمكن أن تقلل من السطوع وتحسين التوحيد. الورق العاكس عبارة عن ورق أبيض أملس يمكنه عكس الضوء وتقليل تسرب الضوء.

ثالثًا ، المبدأ الأساسي للإضاءة الخلفية LED ذات التوجيه الجانبي

يتمثل المبدأ الأساسي للإضاءة الخلفية LED الموجهة الجانبية في استخدام مبدأ الانعكاس الكلي للضوء لنقل الضوء بشكل فعال وتحويل مصدر ضوء الخط إلى مصدر ضوء سطحي. مبدأ الانعكاس الكلي للضوء: عندما ينكسر الضوء من وسط معامل انكسار عالٍ إلى وسط معامل انكسار منخفض (مثل البلاستيك إلى الهواء) ، ينبعث الضوء المنكسر بزاوية مائلة أكثر من شعاع الضوء البشري. عندما تكون زاوية ضوء جسم الإنسان أكبر من زاوية معينة ، فإن الظاهرة القائلة بأن الضوء لا يمكن أن ينكسر في هواء جسم الإنسان ولكن ينعكس كل شيء داخليًا تسمى الانعكاس الكلي أو الانعكاس الداخلي. عندما تكون زاوية الانكسار 90 درجة ، فإن زاوية ضوء جسم الإنسان تسمى الزاوية الحرجة.

وفقًا لقانون انكسار الضوء والصيغة n-1 ، Sinθ ،=n2Sinθ2 ، يمكن اشتقاق الزاوية الحرجة θc=Sin-1 (n2، sin90 ° / n2)=Sin-1 (n2 / n1). بالنظر إلى أن n2=1 (هواء) ، n1=1.491 (مادة PMMA الخاصة بلوحة توجيه الضوء البلاستيكية) ، θc=Sin -10.6707=41.8 درجة ، أي عندما يكون الضوء داخل لوحة توجيه الضوء أكبر من 41.8 درجة ، إجمالي سيحدث الانعكاس ، ثم ينتقل الضوء من جانب إلى آخر على طول اتجاه لوحة توجيه الضوء. بالنسبة للوحة توجيه الضوء المصنوعة من PMMA ، فإن نفاذية الضوء تصل إلى 92٪ ، والضباب صغير جدًا ، وامتصاص الضوء صغير جدًا ، ويمكن للضوء أن ينتقل لمسافات طويلة على طول اللوحة بتوهين صغير جدًا.

الغرض من لوحة توجيه الضوء هو كسر الضوء من السطح لتشكيل مصدر ضوء سطحي ساطع وموحد. لذلك ، فإن المبدأ الفني للوحة دليل الضوء هو استخدام مبدأ الانعكاس الكلي للضوء لنقل الضوء ، من ناحية أخرى ، يتم استخدامه في الاتجاه المعاكس ، مما يدمر حالة الانعكاس الكلي للضوء ، ويتداخل مع عناصر بصرية من الانعكاس الداخلي الكلي للضوء ، وتغير المسار البصري للضوء. يتم إخراج الضوء من سطح لوحة توجيه الضوء لتشكيل مصدر ضوء سطحي كصفيحة إضاءة خلفية.

التصميم المحدد هو طباعة نقاط بيضاء على السطح السفلي للوحة توجيه الضوء أو من خلال مطبات صغيرة بقولبة الحقن ، بحيث ينعكس الضوء بشكل منتشر عند النقطة ، ويتم عرض جزء من الضوء على لوحة توجيه الضوء بزاوية أقل من الزاوية الحرجة وانكسارها ، وجزء من الضوء ينعكس تمامًا ويعود إلى لوحة توجيه الضوء ، تنعكس هذه الأشعة تمامًا على الحافة العلوية للوحة توجيه الضوء ، ثم تعود إلى النقطة الموجودة على السطح السفلي.

كرر هذه العملية حتى ينكسر بعض الضوء من السطح ، ويمتص البعض الآخر بواسطة لوحة توجيه الضوء ، ويفقد البعض الآخر في الواجهة. الضوء المنكسر من السطح مرئي للعين البشرية. يساعد هذا الجزء من الضوء لوحة توجيه الضوء على أن تصبح ضوءًا خلفيًا. بمعنى ، سطوع مصدر الإضاءة الخلفية الذي تم قياسه بواسطة الجهاز.

الرابعة ، النقاط الرئيسية لتصميم الإضاءة الخلفية LED الجانبية

يؤثر تصميم الهيكل واختيار المواد للإضاءة الخلفية LED ذات التوجيه الجانبي بشكل مباشر على سطوع الإضاءة الخلفية وتوحيدها. عند التصميم ، يجب ألا نأخذ في الاعتبار عامل التكلفة فحسب ، بل يجب أيضًا مراعاة سطوع الإضاءة الخلفية وتوحيدها لتلبية متطلبات المستخدم. فيما يلي مقدمة موجزة عن طريقة تصميم الإضاءة الخلفية.

1. تصميم حجم وتوزيع نقاط الاستجماتيزم

يتم تصنيع معظم لوحات توجيه الضوء المستخدمة حاليًا عن طريق قولبة الحقن بالقالب المفتوح ، وقد تم تصميم حجم وتوزيع نقاط الاستجماتيزم بشكل أساسي من قبل الشركة المصنعة للقالب ، ويتم تحديد هيكل القالب بعد العديد من التجارب والتعديلات. تصميم وحساب حجم وتوزيع بقع الضوء اللابؤرية معقدة نسبيًا ، ولم يتم تشكيل نظرية كاملة وناضجة بعد. حسب الصيغة الضوئية كالتالي:

E=dφ / ds=Icosθ / I² (1)

دφ=Isinθcosθπr² / I² (2)

أنا=D / (2cosθ) (3)

من بينها: E- الإضاءة. φ —— التدفق الضوئي ؛ S —— منطقة الاستقبال ؛ أنا —— شدة الضوء المنبعث ؛ θ —— الزاوية بين اتجاه الضوء المنبعث والطبيعي لسطح الاستقبال ؛ أنا —— سطح الاستقبال والمسافة بين مصادر ضوء LED ؛ آيو- الشدة العادية للضوء LED ؛ r- نصف قطر منطقة الاستقبال ؛ د- سماكة لوح توجيه الضوء.

وفقًا للصيغة (1) - قانون التربيع العكسي لإضاءة المسافة ، كلما اقتربنا من نهاية الشخص ، كانت الإضاءة التي تتلقاها نقطة اللابؤرية أقوى. لا يحتوي الضوء الذي تتلقاه نقطة الاستجماتيزم على ضوء مباشر واحد فحسب ، بل يحتوي أيضًا على عدة أشعة ضوئية منعكسة. وبالمثل ، كلما اقتربت نقطة الاستجماتيزم من الطرف المنبعث من الشخص ، زادت قوة تلقي الإضاءة المنعكسة بواسطة نقطة الاستجماتيزم ، وبالتالي فإن إضاءة كل نقطة من نقاط الاستجماتيزم مختلفة أيضًا.

لتصميم بسيط ، يتم ترتيب توزيع نقاط اللابؤرية على طول اتجاه الضوء المنبعث من الأشخاص ، ويزداد نصف قطر نقاط الاستجماتيزم بشكل موحد على طول اتجاه الضوء المنبعث من الأشخاص. وفقًا للمقدمة ، يتم تحديد نصف القطر r لنقطة كبيرة وفقًا للمسافة بين النقاط. كلما كانت المسافة بين النقطتين أصغر ، كلما كانت r أصغر. كلما زادت المسافة بين النقطتين ، زاد rmax. يتم حساب نصف القطر r للنقطة الصغيرة على النحو التالي: في الحالة المثالية ، تتطلب الإضاءة الخلفية سطوعًا موحدًا للسطح ، أي أن التدفق الضوئي ينخفض ​​عندما تنعكس كل نقطة تشتت إلى الأمام ، أي ، DCP=l / n ، إذا كان n هو اتجاه الضوء البشري عدد نقاط اللابؤرية ، ثم n=W / C ، حيث W هو عرض لوحة توجيه الضوء ، C هي المسافة بين نقاط اللابؤرية ، والحد الأدنى لنصف القطر Rmin يتم حسابه وفقًا للصيغتين (2) و (3).

2. تصميم السطح المقعر الحادث للوحة توجيه الضوء

تم تصميم مجموعة لوحة توجيه الضوء كسطح مقعر ، مما يسمح بدمج تدفق الضوء بشكل أفضل. بالنسبة لمعظم مصابيح LED ، يكون الضوء المنبعث من السطح متباعدًا. يدخل الضوء المقعر إلى لوحة توجيه الضوء بأقل مؤشر انكسار ، ثم يعكس السطح المنحني على حافة لوحة توجيه الضوء الضوء في شعاع ضيق.

وبهذه الطريقة ، ينعكس المزيد من الضوء تمامًا على دليل الضوء بدلاً من الانكسار إلى الواجهة بين البلاستيك والهواء. وبذلك يتم تقليل فقد ضوء LED وتحسين سطوع الإضاءة الخلفية.

3. تصميم لوحة توجيه ضوء مدبب

يجب أن تستخدم شاشات LED الصغيرة (أقل من 50 مم × 100 مم) لوحات توجيه الضوء المسطح. بالنسبة لشاشات العرض LED كبيرة الحجم ، يتم استخدام لوحة توجيه الضوء المستدقة. تعمل الحافة المستدقة على تغيير زاوية الضوء الانعكاسي الكلي للوحة الضوء في لوحة توجيه الضوء ، وتقلل من زاوية الضوء المنعكس على السطح السفلي. من ناحية ، يقلل من زاوية سقوط الضوء المنعكس على سطح لوحة توجيه الضوء ويجعل الضوء المنكسر أقرب إلى الاتجاه الطبيعي. ؛ من ناحية أخرى ، فإنه يجعل هذا الجزء من الضوء الذي لا يمكن انكساره من سطح لوحة توجيه الضوء ينكسر على سطح لوحة توجيه الضوء بسبب الزاوية الكبيرة للغاية للضوء المنعكس ، وبالتالي تحسين معدل استخدام الضوء من LED وسطوع الإضاءة الخلفية.

4. اختر هيكل شكل LED الصحيح

تحدد بنية مظهر LED خصائص توزيع المعلمات الضوئية لمصباح LED. على وجه التحديد ، إنه يؤثر على شدة إضاءة LED. بشكل عام ، شدة الإضاءة من LED مع السطح المحدب الباعث للضوء عالية ، وزاوية نصف الشدة صغيرة ، والضوء مركّز. يتميز السطح الباعث للضوء المسطح لـ LED بكثافة إضاءة منخفضة ، وزاوية نصف كثافة كبيرة ، وضوء أكثر تشتتًا.

بالنسبة للإضاءة الخلفية LED صغيرة الحجم ، يجب اختيار مصابيح LED ذات اللوحة المسطحة بحيث يدخل الضوء إلى لوحة توجيه الضوء بالتساوي ؛ بالنسبة لمصابيح LED كبيرة الحجم ، يجب اختيار مصابيح LED المحدبة بكثافة إضاءة عالية ، وذلك لضمان سطوع الإضاءة الخلفية. في الوقت نفسه ، ينبغي النظر في حجم LED. يجب أن يكون سمك LED أصغر من سمك لوحة توجيه الضوء ، بحيث يمكن للضوء المنبعث من LED أن يدخل إلى لوحة توجيه الضوء قدر الإمكان.

5. تخلص من الخطوط الساطعة في منطقة حادث LED

عندما يتم تجميع LED ولوحة توجيه الضوء على الجانب ، سيظهر خط ساطع على طول اتجاه LED بعد دخول الضوء إلى لوحة توجيه الضوء ، مما سيؤثر على توحيد سطوع مصدر الإضاءة الخلفية. هناك طريقتان للتخلص من هذه الظاهرة: الأولى هي استخدام الطلاء الأسود أو تغطية طبقة من ورق التظليل لامتصاص الضوء.

الطريقة الأخرى هي طريقة الانتقال الفارغة ، أي عدم طباعة أي نقاط بيضاء على السطح السفلي ، ولا يتم حقن أي نتوءات صغيرة. باستخدام مبدأ الانعكاس الكلي ، ينعكس الضوء مرة أخرى على لوحة توجيه الضوء في منطقة الانتقال الفارغة. يجب تحديد هذه المنطقة الانتقالية الفارغة من خلال التجارب.

6. اختر فيلم نثر الورق المناسب والورق العاكس

يعمل فيلم التشتت على تحسين التوحيد ، ولكنه يقلل من السطوع. يمكن للورق العاكس تحسين معدل استخدام طاقة ضوء LED ، وتقليل تسرب طاقة الضوء ، وتحسين السطوع. لذلك ، فإن انعكاس ونفاذية هذين الفيلمين البصريين لهما متطلبات عالية. يجب اختيار الانعكاس والنفاذية المناسبة لموازنة السطوع والتوحيد والحصول على نتائج مرضية.

خامسا - الخلاصة

مع تنوع المتطلبات ، يكون لدى المستخدمين العديد من المتطلبات المتعلقة بالحجم والشكل واللون المضيء وتوحيد السطوع للإضاءة الخلفية LED الموجهة الجانبية ، مما يضع متطلبات أعلى لتصميم المواد. في التصميم الفعلي ، من الضروري الجمع بين المبادئ البصرية ، وإجراء المزيد من التجارب ، وتجميع الخبرة من أجل تصميم إضاءة خلفية بأداء تكلفة ممتاز.