周忠伟，郭向茹，毛林山，方荣虎，喻召福（创维液晶器材（深圳）有限公司，深圳518108）
摘 要：针对当时直下式液晶显现器存在的光度不均匀（Mura）及厚度偏大的现象，本文从原理上剖析了该现象产生的原因，首要在于LED灯珠的出光视点较小。经过剖析二次光学透镜的出光原理并选用Lighttools光学模仿软件规划出具有较大出光视点的二次光学透镜。选用散布式光度计体系测验该透镜的实践出光视点为198.6°，比较一般透镜提高了41.8%，将其应用在32寸超薄液晶显现器中完成了杰出的显现作用。
要害词：芯片级封装；二次光学透镜；出光视点；亮度均匀性
现在，液晶显现器有两种干流的背光技能：一是侧光式（Edge Type）LED背光技能，二是阵列直下式（Direct Type）LED背光技能 [1] 。侧光式背光技能是经过导光板的网点损坏光线的全反射，并运用导光板及光学膜片使光线均匀化，但会下降光线运用率，添加整机的功耗及本钱。而传统阵列直下式LED背光技能尽管能够下降功耗及本钱，但其选用LED器材调配的二次光学透镜出光视点较小，为了防止呈现光度不均匀（Mura） [2] 现象，需求添加混光腔厚度，然后导致整机厚度偏大。因而，为了一起完成液晶显现模组的薄型化、低功耗、高亮度均匀性及高出光功率等特色，本文拟以阵列直下式LED背光技能为根底，选用芯片级封装大功率LED器材 [3] ，规划并模仿具有更大出光视点的新式二次光学透镜 [4] ，并将其应用在32寸超薄液晶显现器中，然后完成了杰出的显现作用。
1 新式二次光学透镜的规划与模仿
本文用点光源进行初始的核算规划，假定光的入射面为水平面，透镜的旁边面为垂直面，则新式二次光学透镜的规划原理如图1所示，即光线经过透镜的榜首曲面后产生折射，然后在第二曲面产生全反射，然后改动光线的传达方向，光线从透镜的旁边面出射后，经过反射片的反射再入射到分散板上，构成光斑。因而，比较较于传统的折射式透镜，其光线经过的光程增大，出光视点更大，在混光间隔比较小的背光模组中能够构成更大的均匀光斑，然后选用较少数量的LED器材完成均匀混光的意图。
新式二次光学透镜的规划要害在于光的第二曲面的树立，因而本文将在规划原理的根底上树立模型，求出第二曲面斜面切线与光线入射视点之间的联系，依据对应联系迭代核算出复合曲面上其他点的空间坐标点，在CAD软件里边输入核算得到的坐标值，运用曲线重构取得全反射复合曲面透镜的三维实体模型。在CAD软件中，运用迭代法，第二曲面的边界条件最中心点为（0， b ），然后别离取α的值为5°、10°、15°等以5°为等差公项的等差数列，就能够算出 β 和 Φ 的值，两线段散布为入射光线和全反射光线。依据上述边界条件核算出5°的斜率 δ 曲线，从中心点做一初始线段，初始线段与斜率曲线相交，这样就求出榜首个相交点，然后再叠加核算顺次核算出多个视点交点。终究将相交的点进行拟合得到整条曲面，再绕Z轴旋转得到开始的透镜外形，并在底部添加脚柱。透镜斜面能够添加拔模视点和圆角，一起能够添加磨砂等工艺来优化光效。
然后，将该二次光学透镜模型连同LED的实体模型输入到LIGHTTOOLS等光学模仿软件，依据器材的发光视点与近场散布，进行光学体系规划、软件模仿、试验验证，依据模仿成果逆向剖析光线的光路，实践调整旁边面或斜面的细小面型的斜率，终究开发出了新式二次光学透镜，如图2所示。
2 试验验证与剖析
2.1 新式二次光学透镜出光视点的验证
为验证模仿的准确性，对以上规划的新式二次光学透镜进行出产，调配尺度为38 mil×38 mil，单颗驱动电流在600 mA以上，功率为2W的大功率倒装LED芯片。选用型号为GMS-3000散布式光度计体系对透镜的出光视点进行测验，测验成果如图3所示。
本文规划的新式二次光学透镜运用了光学分散效应及反射效应，使发光视点提高到198.6°，相较于传统透镜（发光视点为140°），新式二次光学的发光视点提升了41.9%。
2.2 液晶显现器光学功能的验证
为了进一步验证新式二次光学透镜对光学功能的影响，本文选用新式二次光学透镜调配尺度为38 mil×38 mil的大功率倒装LED芯片作为背光源进行试验。
本文测验目标为32寸液晶显现器，结合整机的亮度要求、单颗LED器材的亮度以及光学膜片的亮度增益等要素，确认LED器材的运用数量为14颗，LED的间隔为86 mm，在横向上设定为7颗LED器材，纵向上设定为2根灯条，其间单根灯条的结构如图4所示。
为进一步满意当时液晶显现器 超薄、超轻的规划要求，本文将以上2根灯条组装在32寸金属背板上，并顺次放上反射片、分散板、分散片、中框、液晶面板等，将前铁框和整机的前框合二为一，将后背板作为整机的部分后壳；一起，在后盖外部添加一腔体，将电源板和电视主板固定其间，电源选用二合一的电源，将液晶面板的时序控制器电路集成到主板上，终究规划出了一款32寸轻浮化直下式LED背光液晶显现器。
经过以上大功率LED器材、新式二次光学透镜、模组整机一体化规划等技能，终究规划出了轻浮化的液晶显现器，其亮度均匀性达到了85%以上，满意了终端产品的规划要求。
3 定论
本文深入研讨了芯片级封装大功率LED器材的二次光学透镜的原理，规划了新式的具有较大出光视点的二次光学透镜，并运用Lighttools光学模仿软件对透镜进行了光学模仿。经过GMS-3000散布式光度计体系对该透镜进行测验，得到出光视点为198.6°，相较于传统透镜出光率提高了41.8%；选用该LED器材及二次光学透镜，经过模组整机一体化规划，规划了一款32寸大功率LED背光液晶显现器，有用减少了LED的运用颗数，并缩小了混光间隔，完成了液晶显现器的轻浮化规划的意图。
参考文献
[1] 秦宗. 大尺度高功能LED背光模组要害技能研讨[D]. 武汉：华中科技大学, 2013.
[2] 李强国. TFT-LCD显现屏Mura缺点主动光学检测算法研讨[D].成都：电子科技大学, 2013.
[3] 郭连绵. 大功率白光LED结构规划和封装技能研讨[D]. 南昌：江西科技师范大学, 2015.
[4] 杨杰杰, 谢志国, 余彬海,等. 液晶电视LED直下式背光体系的规划[J]. 光学与光电技能, 2014, 12(4):86-89.
附一、基金项目名称及同意编号
广东省战略性新兴产业集聚开展试点重点项目：新式封装大功率LED背光源要害技能研制及产业化；同意编号：粤发改高技能【2014】791号
深圳市技能攻关项目：功率型LED器材的散热和光学结构规划要害技能的研制；同意编号：JSGG20170824085242651
本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第11期第63页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
