การออกแบบออปติคอลของแผ่นกระจายแสงในโมดูลไฟหลังจอ LCD และไฟ LED Flat Light
ในด้านเทคโนโลยีการแสดงผลและการส่องสว่าง แผ่นกระจายแสงซึ่งเป็นองค์ประกอบทางแสงหลัก จะกำหนดความสม่ำเสมอของเอาต์พุตทางแสง ประสิทธิภาพการเรืองแสง และประสบการณ์ทางภาพโดยตรง แม้ว่าทั้งโมดูลไฟแบ็คไลท์ LCD และหลอดไฟ LED แบบแบนจะอยู่ในระบบแหล่งกำเนิดแสงระนาบ แต่สถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกันและเส้นทางเทคโนโลยีนั้นต้องการการออกแบบแผ่นกระจายแสงแบบออพติคอลที่แตกต่างกันมาก ในบทความนี้ ความแตกต่างที่สำคัญในการออกแบบเชิงแสงของแผ่นกระจายแสงได้รับการวิเคราะห์อย่างเป็นระบบจากสี่มิติ ได้แก่ การวางแนวการทำงาน การเลือกใช้วัสดุ การออกแบบโครงสร้าง และการเพิ่มประสิทธิภาพ แม้แต่ในแอปพลิเคชันเช่นฉากกั้นฉากกั้นโต๊ะในกรณีที่จำเป็นต้องมีแสงสว่างสม่ำเสมอเพื่อความเป็นส่วนตัวและการมองเห็นในสถานที่ทำงาน หลักการด้านการมองเห็นที่กล่าวถึงในที่นี้ยังคงมีความเกี่ยวข้องโดยพื้นฐาน
1.ตำแหน่งการทำงาน: ความแตกต่างพื้นฐานระหว่างจอแสดงผลและแสงสว่าง
โมดูลไฟแบ็คไลท์ LCD: ความท้าทายสองเท่าของความสม่ำเสมอและการแสดงสี
แผง LCD เองไม่ปล่อยแสงและอาศัยโมดูลแบ็คไลท์เพื่อให้แหล่งกำเนิดแสงที่เรียบสม่ำเสมอ ตัวกระจายแสงน้ำหนักเบาในระบบทำหน้าที่หลักสองประการ:
การกำจัดจุดไฟ: ชิป LED ที่จัดเรียงอย่างหนาแน่นมีแนวโน้มที่จะทำให้ความสว่างในพื้นที่สูงเกินไป ทำให้เกิดจุดไฟในระบบแบ็คไลท์โดยตรง-ถึง- แผ่นกระจายแสงจะต้องแปลงแหล่งกำเนิดแสงแบบจุดเป็นแหล่งกำเนิดแสงระนาบสม่ำเสมอผ่านโครงสร้างจุลภาคของพื้นผิวหรืออนุภาคที่กระเจิงภายใน
การปรับความสม่ำเสมอของสีให้เหมาะสม: การใช้ฟิล์มจุดควอนตัมหรือผงฟลูออเรสเซนต์จะขยายขอบเขตสีของแสงพื้นหลัง แต่ความแตกต่างในลักษณะการกระเจิงของแสงที่ความยาวคลื่นต่างกันอาจทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของสีได้ แผ่นกระจายแสงจะต้องปรับสมดุลเส้นทางการแพร่กระจายของแสงผ่านแถบความยาวคลื่นต่างๆ เพื่อให้แน่ใจว่าสีสม่ำเสมอ
ใช้ไฟแบ็คไลท์ LED ขนาดเล็ก ด้วยระยะพิทช์ของชิป LED ที่ลดลงเหลือน้อยกว่า 0.5 มม. ข้อกำหนดที่เข้มงวดจึงถูกกำหนดบนแผ่นกระจายแสง หมอกควันและการส่งผ่านแสง: หมอกจะต้องเกิน 90% เพื่อปกปิดชิป LED และการส่งผ่านแสงจะต้องอยู่เหนือ 85% เพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียแสง
แฟลต LED: ศิลปะแห่งความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและความสบาย
โคมไฟแผง LED- ได้รับการออกแบบมาเพื่อจำลองแสงธรรมชาติ และแผ่นกระจายแสงจะต้องจัดการกับความขัดแย้งหลักสามประการ:
แสงจ้าต่ำที่มีประสิทธิภาพสูง: ในโครงสร้างการเปล่งแสงที่ขอบ- แสงที่ปล่อยออกมาจากแผ่นนำจะต้องทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยแผ่นกระจายแสง แต่การกระจายที่มากเกินไปอาจลดประสิทธิภาพการเรืองแสงได้ ตัวอย่างเช่น หลอดไฟ LED แบบแบนพร้อมเลนส์คู่อิสระใช้พื้นผิวด้านในเพื่อรวมแสงและพื้นผิวด้านนอกเพื่อควบคุมมุมการแผ่รังสีเพื่อให้มีความสม่ำเสมอมากกว่า 85% ในขณะที่เพิ่มประสิทธิภาพการเรืองแสงเป็น 0.93
ปรับดัชนีการแสดงสีให้เหมาะสม: เนื่องจากอัตราส่วน Blu- สูง ทำให้หลอดไฟ LED แบบแบนแสดงสีได้ไม่ดี การออกแบบใหม่ผสมไฟ LED สีห้า- (โทนอุ่น เย็น ฟ้าเขียว เขียวและแดง) และใช้ฟังก์ชันการปรับสเปกโทรสโกปีของแผ่นกระจายแสงเพื่อทำให้ Ra สูงกว่า 92 ใกล้กับระดับแสงธรรมชาติ
การป้องกันอันตรายจากแสงสีน้ำเงิน: แผ่นกระจายแสงจะต้องทำงานร่วมกับตัวกรองแสงสีน้ำเงินเพื่อดูดซับแสงสีน้ำเงินความยาวคลื่นสั้นที่มีพลังงานสูง-ในช่วง 415–455 นาโนเมตร ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการบาดเจ็บที่จอประสาทตาในขณะที่ยังคงรักษาอุณหภูมิสีให้คงที่ (เช่น 4500 K ± 200 K) ข้อควรพิจารณาที่คล้ายกันนี้ใช้เมื่อออกแบบแบ็คไลท์ฉากกั้นฉากกั้นโต๊ะเพื่อใช้ในสำนักงานได้นานขึ้น
2. การเลือกใช้วัสดุ: การแลกเปลี่ยน-ระหว่างประสิทธิภาพและต้นทุน
โมดูลไฟแบ็คไลท์ LCD: เวทีสำหรับ-วัสดุระดับไฮเอนด์
การเลือกฐาน:
ไฟแบ็คไลท์โดยตรง-ส่วนใหญ่ใช้ PMMA (โพลีเมทาคริเลต) เนื่องจากมีความสามารถในการซึมผ่านแสงได้ดีกว่าถึง 92%%) ทนความร้อน Tg=105 องศา CC) มากกว่าพีซี (โพลีคาร์บอเนต 88%) แม้ว่าจะมีความต้านทานต่อแรงกระแทกก็ตาม
สำหรับไฟแบ็คไลท์-ขอบบางพิเศษ- จะมีการทดลองใช้ความแข็ง (โมดูลัส (โมดูลัส GPa) และความเสถียรทางความร้อน (สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน < 6 × 10-6 /K) ของแผ่นนำแสงแก้ว แม้ว่าจะมีต้นทุนการประมวลผลสูงก็ตาม
สูตรอนุภาคกระจัดกระจาย:
แผ่นกระจายแสงที่กระจายตัวโดยการผสมซิลิคอนไดออกไซด์, TiO2 หรืออนุภาคกระจายอินทรีย์ แผ่นกระจายแสงควอนตัมฝัง CdSe/ZnS core-shell quantum dot ในเมทริกซ์ PMMA ขยายขอบเขตสีจาก sRGB 90% เป็น DCI-P3 95% และปรับปรุงหมอกควัน
ไฟแฟลตไลท์ LED: ชัยชนะแห่งการใช้งานจริง
โซลูชันต้นทุนต่ำ-:
แผ่นกระจายกรดอะคริลิก (PMMA) กลายเป็นกระแสหลักเนื่องจากมีต้นทุนต่ำ (ถูกกว่าพีซีถึง 30%) แต่คุณสมบัติในการต่อต้าน-ความชราต้องได้รับการปรับปรุงผ่านกระบวนการเคลือบสองด้าน- เช่น การเติมตัวดูดซับรังสียูวี
การใช้วัสดุที่สร้างใหม่ช่วยลดต้นทุนได้มากขึ้น แต่ต้องมีการทดสอบการส่งผ่านแสงอย่างเข้มงวดมากกว่าหรือเท่ากับมากกว่าหรือเท่ากับ 88% และปริมาณสิ่งเจือปน<0.1%.
แนวโน้มในการบูรณาการฟังก์ชัน:
แผ่นกระจายแสงคอมโพสิตรวมฟังก์ชันการแพร่กระจายต่ำ การเพิ่มความสว่าง และการแพร่กระจายด้านบนไว้ในฟิล์มเดียวผ่านการอัดขึ้นรูป-ร่วมหลายชั้น- ตัวอย่างเช่น แผ่นกระจายแสง 2 / 1 มีลักษณะเป็นชั้นต่ำของหมอกควันสูง หมอกสูง (95%) สูง (95%) เพื่อให้แสงสม่ำเสมอ และชั้นหมอกต่ำ (85%) สำหรับการป้องกันแผ่นปริซึม ช่วยลดจำนวนชั้นฟิล์มบางจาก 5 ชั้นเป็น 3 ชั้น และลดต้นทุนการประกอบลงกว่า 15% ตัวเลือกวัสดุเหล่านี้สามารถนำไปปรับใช้กับส่วนประกอบทางแสงที่ใช้ได้ฉากกั้นฉากกั้นโต๊ะเพื่อปรับปรุงความสบายตา
3. การออกแบบโครงสร้าง: การควบคุมที่แม่นยำในระดับไมโคร-ระดับนาโน
โมดูลไฟหลังจอ LCD: การเพิ่มประสิทธิภาพพื้นผิวและภายในเป็นสองเท่า
โครงสร้างจุลภาคของพื้นผิว:
พื้นผิวของแผ่นกระจายแสงน้ำหนักเบาใช้สำหรับการแกะสลักด้วยเลเซอร์หรือการพิมพ์ลายนูนด้วยความร้อนเพื่อสร้างอาร์เรย์ไมโครปริซึม ตัวอย่างเช่น โครงสร้างร่องรูปตัว V- สามารถควบคุมมุมของการปล่อยแสงได้ในช่วง ±30 องศา ซึ่งช่วยลดการสูญเสียแสงที่เกิดจากการกระเจิงของมุมกว้าง-
โครงข่ายสุ่ม (เช่น สร้างขึ้นโดยใช้วิธีพลังงานศักย์โมเลกุล) กำจัดรูปแบบมัวเร่โดยสร้างการกระจายจุดแบบไม่-เป็นคาบ ซึ่งเพิ่มความสม่ำเสมอให้มากกว่า 89%
กลไกการกระเจิงภายใน:
ตามทฤษฎีไมสแคตเตอริง แผ่นกระจายจะกระจายอย่างสม่ำเสมอตลอดความยาวคลื่นโดยการผสมอนุภาคกระเจิงที่มีขนาดต่างกัน (เช่น 5 μm และ 10 μm SiO2 ที่อัตราส่วน 3: 1)
A co-design of the guide and diffuser plates: Under edge-lit backlights, the dot density on the guide plate decreases from >5,000 จุด/ตร.ซม. ใกล้ช่องแสงถึง<2000 points/ sq cm at the far end, while the diffuser plate employs a gradient atomization design (90% near the source and 85% at the far end) to compensate for the loss of brightness.
ไฟ LED จอแบน: ความก้าวหน้าในออปติกแบบอิสระและไบโอนิค
เลนส์รูปทรงอิสระ:
สำหรับโครงสร้างแสงที่ขอบ เลนส์คู่อิสระจะกระจายแสงใหม่ พื้นผิวด้านในได้รับการออกแบบให้เป็นพื้นผิวอสัณฐานโดยใช้กฎของสเนลล์ ซึ่งรวมแสงจากแผ่นนำไปยังแผ่นกระจายแสง ในขณะที่พื้นผิวด้านนอกใช้โครงสร้าง Fresnel ซึ่งจะหักเหแสงที่มุมขนาดใหญ่ในทิศทางปกติ ทำให้ความสว่างส่วนกลางเพิ่มขึ้นมากกว่า 20%
การออกแบบออปติคอลไบโอนิค:
พื้นผิวของโครงสร้างตาผีเสื้อ-ได้รับแรงบันดาลใจมาจากแผ่นกระจายแสง Nanoarray มีโครงสร้างความยาวคลื่นเป็นคาบ (รอบ < 400 นาโนเมตร) ส่งผลให้เกิดการกระจายดัชนีการหักเหของแสงแบบไล่ระดับ ซึ่งจะช่วยลดการสะท้อนแสงให้ต่ำกว่า 0.5% และเพิ่มการส่งผ่านแสงเป็น 98% (สูงกว่าแผ่นดิฟฟิวเซอร์แบบเดิม 6%) การออกแบบตัวกระจายอากาศขั้นสูงดังกล่าวกำลังถูกรวมเข้ากับระดับพรีเมียมมากขึ้นเรื่อยๆฉากกั้นฉากกั้นโต๊ะเพื่อลดอาการปวดตา
4. การเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน: จากห้องปฏิบัติการไปจนถึงการผลิตจำนวนมาก
โมดูลไฟหน้าจอ LCD: มาตรฐานที่เข้มงวดสำหรับการตรวจสอบความน่าเชื่อถือ
การทดสอบความสามารถในการปรับตัวต่อสิ่งแวดล้อม:
ในการหมุนเวียนที่อุณหภูมิสูงและต่ำ (-40 องศาถึง 85 องศา) แผ่นดิฟฟิวเซอร์จะต้องมีขนาดคงที่ (สัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน < 5 × 10-5 /K) เพื่อป้องกันการบิดงอของฟิล์มเนื่องจากการขยายตัวและการหดตัวเนื่องจากความร้อน
ในระหว่างการทดสอบความต้านทานต่อสภาพอากาศ (85 องศา /85% RH/1000 ชม.) การสลายตัวของการส่งผ่านแสงจะต้องน้อยกว่า 3% และการเปลี่ยนแปลงของหมอกควันน้อยกว่า 5% เพื่อให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์มีอายุการใช้งานมากกว่า 50,000 ชั่วโมง
การจำลองด้วยแสงและการออกแบบย้อนกลับ:
แบบจำลองเชิงแสงถูกสร้างขึ้นโดยใช้ซอฟต์แวร์ เช่น LightTools หรือ TracePro และการจำลองเส้นทางการแพร่กระจายของแสงโดยใช้วิธีมอนติคาร์โลเพื่อปรับพารามิเตอร์โครงสร้างของแผ่นกระจายแสงให้เหมาะสม (เช่น ความลึกของจุด มุมปริซึม) ตัวอย่างเช่น การสแกนแบบกำหนดพารามิเตอร์ เพิ่มความสม่ำเสมอของความสว่างของโมดูลแบ็คไลท์ Mini LED ขนาด 65 นิ้ว จาก 82% เป็น 88%
โคมไฟ LED แบบจอแบน-: ความก้าวหน้าทางนวัตกรรมในกระบวนการผลิตจำนวนมาก
เทคโนโลยีการขึ้นรูปด้วยความเร็วสูง-:
กระบวนการม้วนต่อม้วน (R2R) ใช้สำหรับเพลตกระจายการผลิตที่มีความทนทานต่อความหนาของแม่พิมพ์ที่แม่นยำ (±5 μm) และความเร็วในการผลิตสูงสุด 30 ม./นาที ซึ่งเร็วกว่าการฉีดขึ้นรูปแบบดั้งเดิมถึง 10 เท่า
การตรวจสอบออนไลน์และการควบคุม-วงปิด:
การส่งผ่านแสง ΔT < 0.5%%) หมอกควัน (น้อยกว่าหรือเท่ากับ H 1% 1%) พิกัดพิกัดสี (น้อยกว่าหรือเท่ากับ u'v'< 0.002) were monitored in real time by an integrated online inspection systems combining spectroscopy and area-array CCDs light transmittance. Feedback is used to regulate extruder temperature (±1°C) and screw speed (±1 rpm) to ensure stable mass production. These manufacturing innovations are also applicable to optical films used in ฉากกั้นฉากกั้นโต๊ะ.
คำตัดสิน: สุดยอดการดวลแสงและเงา
การออกแบบด้านการมองเห็นของโมดูลไฟแบ็คไลท์ LCD และแผง LED ถือเป็นศิลปะแห่งการสร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพการมองเห็นและประสบการณ์การมองเห็น แบบแรกแสวงหาความสม่ำเสมอและการเรนเดอร์สี (ขั้นสูงสุด) โดยต้องมีการควบคุมเส้นทางแสงระดับนาโน ในขณะที่แบบหลังมุ่งเน้นไปที่การรักษาสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและความสบาย ทำลายข้อจำกัดทางกายภาพด้วยการออกแบบไบโอนิคและรูปแบบอิสระ ด้วยการแทรกซึมของเทคโนโลยีใหม่ เช่น จุดควอนตัม แผ่นนำแสงแบบแก้ว และไมโคร การออกแบบแผ่นกระจายแสงกำลังพัฒนาจากการทำให้แสงสม่ำเสมอแบบพาสซีฟไปจนถึงการปรับสนามแสงแบบแอคทีฟ ซึ่งถือเป็นการเปิดศักราชใหม่ของจอแสดงผลและระบบไฟ ไม่ว่าจะเป็นสำหรับจอแสดงผลระดับไฮเอนด์-หรืออุปกรณ์สำนักงานที่ใช้งานได้จริงเช่นฉากกั้นฉากกั้นโต๊ะหลักการของการกระจายแสงยังคงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการได้รับความสบายและประสิทธิภาพของการมองเห็น
