การออกแบบไฟแบ็คไลท์ LED ด้านข้าง
Dec 02, 2021
เมื่อสังคมมนุษย์เข้าสู่ยุคเศรษฐกิจแห่งความรู้ การเผยแพร่ข้อมูลและความรู้จะเกิดขึ้นแบบเรียลไทม์ และเทคโนโลยีการแสดงผลของอุปกรณ์ปลายทางเพื่อการแลกเปลี่ยนข้อมูลได้พัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็ว ในฐานะหนึ่งในเทคโนโลยีการแสดงผล จอแสดงผลคริสตัลเหลวได้พัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็ว เนื่องจากตัว LCD เองมีข้อเสียของการไม่เปล่งแสง แอปพลิเคชันส่วนใหญ่จึงต้องการแสงพื้นหลังที่รองรับ
แหล่งกำเนิดแสงพื้นหลังที่ใช้ ได้แก่ หลอดไส้ หลอดฟลูออเรสเซนต์แคโทดเย็น แผ่น EL และไฟ LED เทคโนโลยีแบ็คไลท์แต่ละตัวมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมในสภาพแวดล้อมการใช้งานเฉพาะ ในหมู่พวกเขาข้อดีของเทคโนโลยี LED เป็นที่ชื่นชอบของผู้คน
ข้อดี: อายุการใช้งานยาวนาน ประสิทธิภาพสูง บำรุงรักษาต่ำ และใช้พลังงานต่ำ ขนาดเล็กทำให้โมดูลไฟหลังจอ LCD บางลง ลดต้นทุนการเชื่อมต่อระหว่าง LCD และวงจรไดรฟ์ ไดรฟ์แรงดันต่ำ, ไดรฟ์ตรง 5-12VDC, การเปลี่ยนเวลาเร็ว, ให้ความสว่างของการปรับความกว้างพัลส์, สามารถควบคุมความสว่างของไฟ LED สีแดง เขียว และน้ำเงิน แยกฟิลเตอร์สามสีสีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินที่อยู่ด้านหลัง แผงแสดงผล LCD แบบสีเต็มรูปแบบ
1. บทนำ
ไฟแบ็คไลท์ LED พัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ตั้งแต่โหมดปล่อยแสงด้านล่างในช่วงต้นไปจนถึงโหมดนำแสงด้านข้าง เมื่อเทียบกับไฟแบ็คไลท์ LED แบบเปล่งแสงด้านล่าง ไฟแบ็คไลท์ LED แบบนำแสงด้านข้างมีข้อดีในด้านต้นทุนที่ต่ำกว่า การใช้พลังงานที่ต่ำกว่า และความหนาที่บางกว่า
โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการพัฒนาเทคโนโลยี LED วัสดุสี่ชั้น AIInGaP และวัสดุที่ใช้ GaN ได้เกิดขึ้น ซึ่งได้ตระหนักถึงความสว่างสูงและสีเต็มรูปแบบของ LED เป็นพิเศษ เพื่อให้แสงไฟ LED ด้านข้างสามารถบรรลุความสว่างตามที่ต้องการด้วยจำนวนเล็กน้อย ไฟ LED และสีและได้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจ การพัฒนาเทคโนโลยี LED ได้ส่งเสริมการพัฒนาอย่างรวดเร็วของไฟแบ็คไลท์ LED ด้านข้าง หลักการและจุดการออกแบบของไฟแบ็คไลท์ LED ด้านข้างที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้มีการแนะนำด้านล่าง
2. โครงสร้างไฟแบ็คไลท์ LED แบบนำแสงด้านข้าง
ประกอบด้วยโมดูล LED, แผ่นนำแสง, ฟิล์มกระเจิง, กระดาษสะท้อนแสง, เทปสะท้อนแสงขอบ ฯลฯ
ในโมดูลแบ็คไลท์ แผ่นนำแสงเป็นองค์ประกอบออปติคัลหลัก เป็นวัสดุพลาสติกโพลีเมทิลเมทาคริเลต (PMMA) โปร่งใส พื้นผิวด้านล่างเคลือบด้วยจุดสะท้อนแสงสีขาวหรือฉีดขึ้นรูปเป็นกระแทกเล็กๆ และขอบเคลือบด้วยสีขาว วัสดุสะท้อนแสงหรือหุ้มด้วยเทปโลหะสะท้อนแสงแบบพิเศษ
ฟิล์มกระเจิงเป็นวัสดุ PC กึ่งโปร่งใส ซึ่งสามารถลดความสว่างและปรับปรุงความสม่ำเสมอได้ กระดาษสะท้อนแสงเป็นกระดาษสีขาวเรียบที่สามารถสะท้อนแสงและลดการรั่วไหลของแสงได้
ประการที่สาม หลักการพื้นฐานของไฟแบ็คไลท์ LED ด้านข้าง
หลักการพื้นฐานของไฟแบ็คไลท์ LED แบบนำทางด้านข้างคือการใช้หลักการสะท้อนแสงทั้งหมดเพื่อส่งแสงอย่างมีประสิทธิภาพและแปลงแหล่งกำเนิดแสงเส้นเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่พื้นผิว หลักการสะท้อนแสงทั้งหมด: เมื่อแสงหักเหจากตัวกลางดัชนีการหักเหของแสงสูงไปยังตัวกลางดัชนีการหักเหของแสงต่ำ (เช่น พลาสติกสู่อากาศ) แสงหักเหจะถูกปล่อยออกมาในมุมเฉียงมากกว่าลำแสงของมนุษย์ เมื่อมุมแสงของร่างกายมนุษย์มากกว่ามุมหนึ่ง ปรากฏการณ์ที่แสงหักเหไปในอากาศของร่างกายมนุษย์ไม่ได้ แต่การสะท้อนแสงภายในทั้งหมดเรียกว่าการสะท้อนรวมหรือการสะท้อนภายใน เมื่อมุมหักเหเท่ากับ 90° มุมของแสงในร่างกายมนุษย์เรียกว่ามุมวิกฤต
ตามกฎการหักเหของแสงและสูตร n-1, Sinθ,=n2Sinθ2, มุมวิกฤต θc=Sin-1 (n2, sin90°/n2)=Sin-1 (n2/n1) สามารถหาได้ เนื่องจาก n2=1 (อากาศ), n1=1.491 (วัสดุ PMMA ของพลาสติกแผ่นนำแสง), θc=Sin -10.6707=41.8° นั่นคือ เมื่อแสงภายในแผ่นนำแสงมากกว่า 41.8° ทั้งหมด การสะท้อนจะเกิดขึ้น จากนั้นแสงจะถูกส่งจากด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่งตามทิศทางของแผ่นนำแสง สำหรับแผ่นนำแสงที่ทำจาก PMMA การส่องผ่านของแสงสูงถึง 92% หมอกควันมีขนาดเล็กมาก การดูดกลืนแสงมีขนาดเล็กมาก และแสงสามารถส่องผ่านแผ่นกระดานได้ในระยะทางไกลโดยมีการลดทอนเพียงเล็กน้อย
จุดประสงค์ของแผ่นนำแสงคือการหักเหแสงจากพื้นผิวเพื่อสร้างแหล่งกำเนิดแสงที่สว่างและสม่ำเสมอ ดังนั้น หลักการทางเทคนิคของแผ่นนำแสงคือการใช้หลักการสะท้อนรวมของแสงในการส่งแสง ในทางกลับกัน ใช้ในทิศทางตรงกันข้าม ซึ่งจะทำลายสภาพการสะท้อนรวมของแสงรบกวน องค์ประกอบทางแสงของการสะท้อนแสงภายในทั้งหมด และเปลี่ยนเส้นทางแสงของแสง แสงถูกนำออกจากพื้นผิวของแผ่นนำแสงเพื่อสร้างแหล่งกำเนิดแสงที่พื้นผิวเป็นแผ่นแบ็คไลท์
การออกแบบเฉพาะคือการพิมพ์จุดสีขาวที่พื้นผิวด้านล่างของแผ่นนำแสงหรือผ่านการฉีดขึ้นรูปกระแทกเล็กๆ เพื่อให้แสงสะท้อนกระจายที่จุดนั้น แสงส่วนหนึ่งจะฉายบนแผ่นนำแสงในมุมที่น้อยกว่า กว่ามุมวิกฤตและการหักเหของแสงและส่วนหนึ่งของแสงจะสะท้อนกลับทั้งหมด ไปยังแผ่นนำแสง รังสีเหล่านี้จะสะท้อนที่ขอบด้านบนของแผ่นนำแสงทั้งหมดแล้วจึงกลับไปที่จุดบนพื้นผิวด้านล่าง
ทำซ้ำขั้นตอนนี้จนกว่าแสงบางส่วนจะหักเหออกจากพื้นผิว แสงบางส่วนถูกดูดซับโดยแผ่นนำแสง และบางส่วนหายไปที่ส่วนต่อประสาน แสงที่หักเหจากพื้นผิวสามารถมองเห็นได้ด้วยตามนุษย์ ส่วนนี้ของแสงจะช่วยให้แผ่นนำแสงกลายเป็นแบ็คไลท์ได้ นั่นคือความสว่างของแหล่งกำเนิดแสงพื้นหลังที่วัดโดยเครื่องมือ
ประการที่สี่ ประเด็นสำคัญของการออกแบบแบ็คไลท์ LED ด้านข้าง
การออกแบบโครงสร้างและการเลือกวัสดุของไฟแบ็คไลท์ LED แบบนำด้านข้างส่งผลโดยตรงต่อความสว่างและความสม่ำเสมอของไฟแบ็คไลท์ เมื่อออกแบบ เราต้องไม่เพียงแค่พิจารณาถึงปัจจัยด้านต้นทุนเท่านั้น แต่ยังต้องพิจารณาความสว่างและความสม่ำเสมอของไฟแบ็คไลท์ด้วย เพื่อตอบสนองความต้องการของผู้ใช้ด้วย ต่อไปนี้คือข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับวิธีการออกแบบแบ็คไลท์
1. การออกแบบขนาดและการกระจายจุดสายตาเอียง
แผ่นนำแสงส่วนใหญ่ที่ใช้อยู่ในปัจจุบันผลิตโดยการฉีดขึ้นรูปแบบเปิด และขนาดและการกระจายของจุดสายตาเอียงได้รับการออกแบบโดยผู้ผลิตแม่พิมพ์เป็นหลัก และโครงสร้างแม่พิมพ์จะถูกกำหนดหลังจากการทดลองและการปรับเปลี่ยนหลายครั้ง การออกแบบและการคำนวณขนาดและการกระจายของจุดไฟสายตาเอียงนั้นค่อนข้างซับซ้อน และทฤษฎีที่ครบถ้วนสมบูรณ์ยังไม่เกิดขึ้น ตามสูตรโฟโตเมตริกดังนี้
E=dφ/ds=Icosθ/I² (1)
dφ=ไอซินθcosθπr²/I² (2)
I=D/(2cosθ) (3)
ในหมู่พวกเขา: E——ความสว่าง; φ——ฟลักซ์ส่องสว่าง; S—— พื้นที่รับ; I——ความเข้มของแสงที่ปล่อยออกมา; θ——มุมระหว่างทิศทางของแสงที่ปล่อยออกมากับค่าปกติของพื้นผิวรับ I—— พื้นผิวรับและระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดแสง LED; Io- ความเข้มปกติของ LED; r-รัศมีของพื้นที่รับ D-ความหนาของแผ่นนำแสง
ตามสูตร (1) - กฎกำลังสองผกผันของความส่องสว่างของระยะห่าง ยิ่งเข้าใกล้จุดสิ้นสุดของบุคคลมากเท่าใด ความส่องสว่างที่ได้รับจากจุดสายตาเอียงก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แสงที่ได้รับจากจุดสายตาเอียงไม่เพียงมีแสงส่องตรงเพียงจุดเดียว แต่ยังมีแสงสะท้อนหลายดวงด้วย ในทำนองเดียวกัน ยิ่งจุดสายตาเอียงอยู่ใกล้บุคคลที่เปล่งแสงมากเท่าใด จุดสายตาเอียงก็จะยิ่งรับแสงสะท้อนที่แรงขึ้น ดังนั้นความสว่างของจุดสายตาเอียงแต่ละจุดจึงแตกต่างกันด้วย
สำหรับการออกแบบที่เรียบง่าย การกระจายของจุดสายตาเอียงจะจัดเรียงตามทิศทางของแสงที่ผู้คนปล่อยออกมา และรัศมีของจุดสายตาเอียงจะเพิ่มขึ้นอย่างสม่ำเสมอตามทิศทางของแสงที่ผู้คนปล่อยออกมา ตามบทนำ รัศมี r ของจุดใหญ่ถูกกำหนดตามระยะห่างระหว่างจุด ยิ่งระยะห่างระหว่างจุดเล็กลง r จะยิ่งน้อยกว่า ยิ่งระยะห่างระหว่างจุดมากเท่าใด rmax ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น รัศมี r ของจุดเล็กคำนวณได้ดังนี้: ในสภาวะที่เหมาะสม แสงพื้นหลังต้องการความสว่างของพื้นผิวที่สม่ำเสมอ กล่าวคือ ฟลักซ์การส่องสว่างจุ่มเมื่อจุดกระเจิงแต่ละจุดสะท้อนไปยังด้านหน้าเท่ากัน นั่นคือ DCP=l /n ถ้า n คือทิศทางของแสงมนุษย์ จำนวนจุดสายตาเอียง จากนั้น n=W/C โดยที่ W คือความกว้างของแผ่นนำแสง C คือระยะห่างระหว่างจุดสายตาเอียงและรัศมีต่ำสุด Rmin คำนวณตามสูตร (2) และ (3)
2. การออกแบบพื้นผิวตกกระทบเว้าของแผ่นนำแสง
จำนวนประชากรของแผ่นนำแสงได้รับการออกแบบให้เป็นพื้นผิวเว้า ซึ่งช่วยให้รวมฟลักซ์แสงได้ดีขึ้น สำหรับไฟ LED ส่วนใหญ่ แสงที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวจะแตกต่างกัน แสงเว้าเข้าสู่แผ่นนำแสงด้วยดัชนีการหักเหของแสงต่ำสุด จากนั้นพื้นผิวโค้งที่ขอบของแผ่นนำแสงจะสะท้อนแสงเป็นลำแสงแคบ
ด้วยวิธีนี้ แสงจะสะท้อนกลับไปที่รางนำแสงทั้งหมดมากกว่า แทนที่จะหักเหกับส่วนต่อประสานระหว่างพลาสติกกับอากาศ จึงช่วยลดการสูญเสียแสง LED และปรับปรุงความสว่างของแบ็คไลท์
3. การออกแบบแผ่นนำแสงเรียว
จอแสดงผล LED ขนาดเล็ก (น้อยกว่า 50 มม. X 100 มม.) ควรใช้แผ่นนำแสงแบบเรียบ สำหรับจอ LED ขนาดใหญ่ จะใช้แผ่นนำแสงแบบเรียว ขอบเรียวเปลี่ยนมุมของแสงสะท้อนทั้งหมดของแผ่นไฟในแผ่นนำแสง และลดมุมของแสงสะท้อนที่พื้นผิวด้านล่าง ในอีกด้านหนึ่ง จะลดมุมตกกระทบของแสงสะท้อนบนพื้นผิวแผ่นนำแสง และทำให้แสงหักเหเข้าใกล้ทิศทางปกติมากขึ้น ; ในทางกลับกัน ทำให้ส่วนนี้ของแสงที่ไม่สามารถหักเหจากพื้นผิวของแผ่นนำแสงถูกหักเหที่พื้นผิวของแผ่นนำแสงเนื่องจากมุมแสงสะท้อนที่กว้างเกินไป จึงช่วยเพิ่มอัตราการใช้แสง ของ LED และความสว่างของแบ็คไลท์
4. เลือกโครงสร้างรูปทรง LED ที่เหมาะสม
โครงสร้างลักษณะที่ปรากฏของ LED จะกำหนดลักษณะการกระจายของพารามิเตอร์ทางแสงของ LED โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จะส่งผลต่อความเข้มของการส่องสว่างของ LED โดยทั่วไปแล้ว ความเข้มของการส่องสว่างของ LED ที่มีพื้นผิวเปล่งแสงนูนสูง มุมความเข้มครึ่งหนึ่งมีขนาดเล็ก และแสงมีความเข้มข้น พื้นผิวเปล่งแสงเรียบของ LED มีความเข้มของการส่องสว่างต่ำ มุมความเข้มครึ่งขนาดใหญ่ และแสงที่กระจัดกระจายมากขึ้น
สำหรับไฟแบ็คไลท์ LED ขนาดเล็ก ควรเลือก LED แบบจอแบน เพื่อให้แสงเข้าสู่แผ่นนำแสงอย่างเท่าเทียมกัน สำหรับไฟ LED ขนาดใหญ่ ควรเลือก LED นูนที่มีความเข้มการส่องสว่างสูง เพื่อให้แน่ใจว่ามีความสว่างของแบ็คไลท์ ในขณะเดียวกันควรพิจารณาขนาดของ LED ความหนาของ LED ควรน้อยกว่าความหนาของแผ่นนำแสง เพื่อให้แสงที่ LED ปล่อยออกมาสามารถเข้าไปในแผ่นนำแสงได้มากที่สุด
5. ขจัดเส้นสว่างในพื้นที่ตกกระทบ LED
เมื่อประกอบ LED และแผ่นนำแสงที่ด้านข้าง เส้นสว่างตามทิศทางของ LED จะปรากฏขึ้นหลังจากที่แสงเข้าสู่แผ่นนำแสง ซึ่งจะส่งผลต่อความสม่ำเสมอของความสว่างของแหล่งกำเนิดแสงพื้นหลัง มีสองวิธีในการกำจัดปรากฏการณ์นี้ วิธีหนึ่งคือใช้สีดำหรือปิดชั้นกระดาษแรเงาเพื่อดูดซับแสง
อีกวิธีหนึ่งคือวิธีการเปลี่ยนหน้าเปล่า กล่าวคือ ไม่มีการพิมพ์จุดสีขาวที่พื้นผิวด้านล่าง และไม่มีการฉีดกระแทกเล็กๆ โดยใช้หลักการสะท้อนแสงทั้งหมด แสงจะสะท้อนกลับไปที่แผ่นนำแสงในพื้นที่การเปลี่ยนผ่านที่ว่างเปล่า ต้องกำหนดโซนการเปลี่ยนแปลงที่ว่างเปล่านี้ผ่านการทดลอง
6. เลือกฟิล์มกระเจิงและกระดาษสะท้อนแสงที่เหมาะสม
ฟิล์มกระจายช่วยเพิ่มความสม่ำเสมอ แต่ลดความสว่าง กระดาษสะท้อนแสงสามารถปรับปรุงอัตราการใช้พลังงานแสง LED ลดการรั่วไหลของพลังงานแสง และปรับปรุงความสว่าง ดังนั้นการสะท้อนแสงและการส่งผ่านของฟิล์มออปติกทั้งสองจึงมีความต้องการสูง ควรเลือกการสะท้อนแสงและการส่งผ่านที่เหมาะสมเพื่อให้สมดุลความสว่างและความสม่ำเสมอและได้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจ
V. บทสรุป
ด้วยความต้องการที่หลากหลาย ผู้ใช้จึงมีข้อกำหนดมากมายสำหรับขนาด รูปร่าง สีที่ส่องสว่าง และความสม่ำเสมอของความสว่างของไฟแบ็คไลท์ LED แบบนำด้านข้าง ซึ่งนำเสนอความต้องการที่สูงขึ้นสำหรับการออกแบบวัสดุ ในการออกแบบจริง จำเป็นต้องรวมหลักการออปติคัล ทำการทดลองเพิ่มเติม และสั่งสมประสบการณ์เพื่อออกแบบไฟแบ็คไลท์ที่คุ้มค่าคุ้มราคา
