《LightTools 在LED背光设计中的应用-北大深圳研究院》.doc

LightTools在LED背光设计中的应用 金鹏1，叶浩2 1.北京大学深圳研究生院 2.莎益博设计系统商贸（上海）有限公司 摘要：在背光的设计中，一个主要的目标和挑战是保证在垂直于光的传播方向上提升光的利用效率。在背光模组中，是通过导光板来实现这一过程的，设计的关键就在于找到一种合理的网点分布以获得均匀的亮度分布。利用光学软件模拟可以自动优化这一过程从而简化设计流程。 关键词：背光模组；导光板；LightTools；自动优化 中图分类号： 文献标识码： The application of LightTools in LED backlights design （Peng Jin; Shenzhen Graduate School, Peking University Hao Ye; Cybernet CAE Systems（Shanghai）Co., Ltd） Abstract：In the backlight design, a major goal and challenge is to ensure that light efficiency has been enhanced in the direction that is perpendicular to the propagation direction of light. In the backlight module, this process is achieved through the light guide plates. the key of the design is to find a reasonable distribution of nodes to obtain uniform brightness distribution. Optical software can automatically optimize and simplify this design process Keywords：backlight module; light guide plate; LightTools; automatic optimization 1 引言 近年来液晶显示器（LCD）获得迅速发展，并逐渐以主流产品出现在显示市场，相应的，作为LCD显示的核心技术之一的背光源技术也得到了很大的发展【1】。目前所采用的背光源有卤钨灯、电致发光（ELD）、冷阴极荧光灯（CCFL）、阴极发射灯（CLL）和LED灯等。 每一种背光源技术在特定的应用环境中都有各自的优缺点【2，3】，其中LED技术因其长寿命、高效率、响应速度快、低维护和低功耗等优势，使得LED已逐渐取代CCFL大量应用于中、小尺寸面板背光源，并正在向Monitor、NB、LCD TV等大尺寸面板背光领域迈进。此外，由于LED体积更小，允许LCD背光模块实现更薄；并且LED的色彩饱和度可以达到接近100%，远优于CCFL一般70%~85%的表现水准，因此，即使目前LED应用在大尺寸LCD TV的成本仍高于CCFL，而且还存在着一些诸如白光一致性问题、RGB LED色移等难题【4】需要解决，但是在高色彩饱和、高寿命以及符合环保规范的优势下，市场对未来LED取代CCFL成为大尺寸面板背光源的主流应用，仍持高度期待。 随着市场竞争的日趋激烈，设计出好的背光产品，对厂家来讲就至关重要。导光板作为侧光式背光模组的关键部件，其所占的成本比较高，因此对导光板的结构进行设计和优化具有重要意义。光学设计软件的逐步完善，使很多设计变为可能，从而有利于增进设计的效率，加快产品的上市时间，让产品拥有无比的竞争优势。本文利用光学设计软件LightTools，介绍了背光设计技术所面临的主要挑战和应用，期望能够对背光的设计起到参考作用。 2 LED背光模组构成 LED背光系统主要包括：LED光源、导光板、增光片、反射片、扩散板、棱镜片、框架等，其结构如下图 1 所示。 图1 侧光式背光模组结构示意图 背光系统作为LCD面板的主要组件，约占面板材料总成本的20%~35%【5】，并且随着背光面板尺寸的变大，背光模组占面板成本的比例也会随之明显增加。导光板是背光模组中的关键组件，导光板的作用是改变LED入射光的方向，通过内部微结构的设计，破坏原有的全反射，使光线在其中发生反射与折射，达到出射时的均匀亮度；反射片可以将从导光板下表面透出的光线反射回导光板中，提高光能的利用率；扩散膜的作用在于柔和光线分布，尽量减小亮暗区的差异，使光的分布更加均匀；棱镜片则是将散射的光束会聚，通常还贴有增光膜，以提高视角范围内的正面亮度，故又称增光片。 目前，LCD背光模组主要有侧光式结构和直下式结构。侧光式结构如