หน้าจอ LCD ขนาดเล็กและขนาดกลาง - การออกแบบแสงของจอแสดงผลแบ็คไลท์

ไฟแบ็คไลท์ใช้ในจอแสดงผลคริสตัลเหลว (LCD) จอแบนขนาดเล็กน้ำหนักเบาและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ที่ต้องใช้ไฟแบ็คไลท์ รวมถึงอุปกรณ์พกพาที่มีขนาดเล็กเท่าฝ่ามือ และทีวีจอใหญ่ เป้าหมายของการออกแบบแบ็คไลท์ ได้แก่ การใช้พลังงานต่ำ บางเฉียบ ความสว่างสูง ความสว่างสม่ำเสมอ พื้นที่ขนาดใหญ่ และการควบคุมความกว้างต่างๆ และมุมมองที่แคบ เพื่อให้บรรลุเป้าหมายการออกแบบที่ท้าทายเหล่านี้ด้วยต้นทุนที่ควบคุมได้และการใช้งานที่รวดเร็ว จึงต้องใช้เครื่องมือออกแบบด้านการมองเห็นโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วยในการออกแบบ บทความนี้จะแนะนำคุณลักษณะของซอฟต์แวร์การออกแบบและวิเคราะห์แสง LightTools จากบริษัท ORA ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งสามารถนำมาใช้ในการพัฒนาแอปพลิเคชันการออกแบบแบ็คไลท์ที่ทันสมัยที่สุดในปัจจุบันได้
เครื่องมือออกแบบและวิเคราะห์แสงสำหรับแบ็คไลท์
ระบบแบ็คไลท์จำเป็นต้องมีการแปลงแสงจากแหล่งกำเนิดแสงตั้งแต่หนึ่งแหล่งขึ้นไปเพื่อสร้างการกระจายแสงที่ต้องการในพื้นที่หรือในมุมคงที่ ซอฟต์แวร์ออกแบบระบบไฟต้องสามารถสร้างแบบจำลองทางเรขาคณิต ตั้งค่าพารามิเตอร์ลักษณะทางแสงสำหรับแหล่งกำเนิดแสงและหน่วยการแปลงประเภทต่างๆ และต้องสามารถใช้วิธีการติดตามด้วยแสงเพื่อประเมินเส้นทางของแสงผ่านแบบจำลอง และคำนวณการกระจายแสงขั้นสุดท้าย การกระจายแสงใช้การจำลองแบบมอนติคาร์โลเพื่อคำนวณความสว่าง ความส่องสว่าง หรือความเข้มของการส่องสว่างสำหรับพื้นที่และ/หรือมุมเฉพาะ รังสีของแสงถูกปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดแสงในตำแหน่งและมุมแบบสุ่ม ลากผ่านระบบออพติคอล และรับบนพื้นผิวรับ ความส่องสว่างสามารถคำนวณได้จากตัวรับพื้นผิว และสามารถรับความเข้มได้จากตัวรับระยะไกล ด้วยการกำหนดมิเตอร์วัดความสว่างบนพื้นผิวตัวรับ จึงสามารถคำนวณการกระจายความสว่างเชิงพื้นที่และเชิงมุมได้ ในบางกรณี การวิเคราะห์สีของจอแสดงผลอาจเป็นสิ่งสำคัญ ระบุการกระจายพลังงานสเปกตรัมของแหล่งกำเนิดแสง (เช่น ไดโอดเปล่งแสง) พิกัดเอาต์พุต CIE และอุณหภูมิสีที่สัมพันธ์กัน (CCT) หาปริมาณสีของจอแสดงผล และสร้างกราฟิกการเรนเดอร์แสง RGB จริงบนจอแสดงผล การวิเคราะห์เหล่านี้สามารถทำได้ในซอฟต์แวร์ LightTools
คุณลักษณะของจอแสดงผลแบบย้อนแสงมีความต้องการพิเศษในซอฟต์แวร์วิเคราะห์แสง ดังที่จะอธิบายไว้ แสงที่ปล่อยออกมาจากแบ็คไลท์นั้นขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของการกระจายของจุดที่พิมพ์ หรือรูปแบบการกระจายของโครงสร้างจุลภาค สำหรับการสร้างแบบจำลองอาร์เรย์โครงสร้างจุลภาคเฉพาะ หากใช้แบบจำลอง CAD โดยตรง ขนาดของแบบจำลองอาจมีขนาดใหญ่มาก ซอฟต์แวร์ LightTools มีฟังก์ชันที่กำหนดโดยอาร์เรย์พื้นผิว 3 มิติ ซึ่งสามารถดำเนินการติดตามและเรนเดอร์รังสีได้อย่างแม่นยำ เนื่องจากไม่มีการใช้แบบจำลองทางเรขาคณิตที่สร้างขึ้นโดยตรง ขนาดของแบบจำลองจึงเล็กลงและการติดตามรังสีจึงเร็วขึ้น อีกแง่มุมหนึ่งของการวิเคราะห์แสงย้อน ได้แก่ การแยกและการกระเจิงของแสงบนพื้นผิวของแผ่นนำแสง เนื่องจากเอฟเฟกต์แสงถูกจำลองโดยใช้วิธีมอนติคาร์โล จึงเป็นไปได้ว่าต้องใช้การติดตามรังสีอย่างกว้างขวางเพื่อให้ได้การออกแบบที่มีความแม่นยำเพียงพอ วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดคือการติดตามรังสีพลังงานสูงสุด โดยการติดตามเส้นทางรังสีพลังงานสูงสุดโดยใช้ความน่าจะเป็นแบบแยก และใช้พื้นที่เป้าหมายหรือมุมการกระเจิงของพื้นผิวการกระเจิงเพื่อกำหนดทิศทางแสงที่กระเจิงไปยังทิศทาง "สำคัญ" (เช่น ไปทางผู้ดูจอแสดงผล)
เทคโนโลยี Hongjia เซินเจิ้นเชี่ยวชาญด้านการวิจัยและพัฒนาและการผลิตหน้าจอ LCD ที่มีความสว่างหลากหลาย ความสว่างของแสงไฟสม่ำเสมอ ความสว่างโดยรวมของโมดูลสามารถเข้าถึง 2,000 ลูเมน สามารถอ่านได้ชัดเจนกลางแสงแดด อุณหภูมิในการทำงานสามารถเข้าถึง -35 ถึง 85 องศา ป้องกันไฟฟ้าสถิตด้วยโครงเหล็ก คือ ประสิทธิภาพการตกเหนือกว่า
แสงไฟคืออะไร?
แสงพื้นหลังโดยทั่วไปประกอบด้วยแหล่งกำเนิดแสง เช่น หลอดฟลูออเรสเซนต์แคโทดเย็น (CCFL) หรือไดโอดเปล่งแสง (LED) และตัวนำแสงทรงสี่เหลี่ยม ส่วนประกอบอื่นๆ ที่มีจำหน่าย ได้แก่ แผ่นกระจายแสงซึ่งปรับปรุงความสม่ำเสมอของจอแสดงผล และฟิล์มเพิ่มความสว่าง (BEF) ซึ่งเพิ่มความสว่างของจอแสดงผล แหล่งกำเนิดแสงมักจะอยู่ที่ขอบด้านหนึ่งของแผ่นนำแสงเพื่อลดความหนาของจอแสดงผล การให้แสงที่ขอบโดยทั่วไปจะใช้การสะท้อนกลับทั้งหมด (TIR) ​​เพื่อกำหนดทิศทางแสงไปที่จอแสดงผล
ผู้ออกแบบแบ็คไลท์มีหลายวิธีในการสร้างแบบจำลองแหล่งกำเนิดแสงในซอฟต์แวร์ LightTools รูปร่างต่างๆ ของแหล่งกำเนิดแสงฟลูออเรสเซนต์ (เช่น ตรง รูปตัว L รูปตัว U หรือรูปตัว W ดังแสดงในรูปที่ 2) สามารถกำหนดได้อย่างรวดเร็วโดยใช้เครื่องมือสร้างหลอดฟลูออเรสเซนต์ ตัวสะท้อนแสงหลอดไฟสามารถกำหนดได้ด้วยรูปทรงเรขาคณิตพื้นฐานต่างๆ ในซอฟต์แวร์ LightTools เช่น ทรงกระบอก ช่องวงรี และรูปหลายเหลี่ยมที่อัดขึ้นรูป ตัวสะท้อนที่กำหนดในระบบ CAD ยังสามารถนำเข้าสู่ซอฟต์แวร์ LightTools ผ่านรูปแบบการแลกเปลี่ยนข้อมูลมาตรฐาน (IGES, STEP, SAT และ CATIA) หากใช้ LED นักออกแบบสามารถเลือกรุ่น LED ที่ต้องการจากรุ่นผลิตภัณฑ์ Agilent, Lumileds, Nichia, Osram ฯลฯ ที่เก็บไว้ล่วงหน้าในซอฟต์แวร์ LightTools เมื่อแสงเข้าสู่ด้านหนึ่งของ LGP ปัญหาคือการดึงแสงออกจาก LGP ในแนวตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจาย
ดังแสดงไว้ในรูปที่ 3 ด้านที่สว่างที่สุดของแผ่นนำแสงอยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดแสง และความสว่างในแผ่นนำแสงจะมืดลงเมื่อระยะห่างเพิ่มขึ้น เพื่อให้ได้แสงที่สม่ำเสมอ ประสิทธิภาพในการสกัดแสงจะต้องเพิ่มขึ้นตามระยะทาง งานหลักประการหนึ่งในการออกแบบแบ็คไลท์คือการออกแบบแผ่นนำแสงที่เปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพการแยกแสงตามความต้องการ มีสองเทคนิคการสกัดที่สามารถใช้ได้ เทคโนโลยีการแยกแสงด้วยการพิมพ์ดอทคือการพิมพ์โครงสร้างดอทเมทริกซ์ที่ด้านล่างของแผ่นนำแสงเพื่อกระจายแสงขึ้นด้านบนและปล่อยแสงออกจากพื้นผิวของแผ่นนำแสง เทคโนโลยีที่สองคือเทคโนโลยี Molded Light Extraction อาศัยการสะท้อนทั้งหมด (TIR) ​​ของโครงสร้างจุลภาคของพื้นผิวด้านล่างเพื่อให้แสงโผล่ออกมาจากพื้นผิวของ LGP
ซอฟต์แวร์ LightTools มีเครื่องมือออกแบบแบ็คไลท์เพื่อให้ทราบถึงการออกแบบแผ่นนำแสง เครื่องมือนี้ (รูปที่ 4) ช่วยเหลือผู้ใช้ในการสร้างส่วนประกอบต่างๆ ของแบ็คไลท์ ตัวเลือกอื่นๆ ได้แก่ การเพิ่มแหล่งกำเนิดแสง/ส่วนประกอบตัวสะท้อนแสงให้กับโมเดล การสร้างแบบจำลอง BEF และการสร้างตัวรับเพื่อวิเคราะห์ความสว่าง อินเทอร์เฟซของเครื่องมือแบ็คไลท์คือชุดของแท็บสำหรับตั้งค่าและแก้ไขกลไกการแยกแสงประเภทต่างๆ
สำหรับแบ็คไลท์ที่ใช้วิธีการแยกแสงจากการพิมพ์แบบจุด เครื่องมือแบ็คไลท์สามารถตั้งค่าการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นของขนาดและอัตราส่วนภาพของจุดที่พิมพ์ และการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้นของระยะห่างของจุดตามความยาวของแผ่นนำแสง โครงสร้างที่แปรผันเชิงเส้นนี้มักเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีในการแสดงความสม่ำเสมอ แต่ไม่เพียงพอสำหรับข้อกำหนดด้านความสม่ำเสมอขั้นสุดท้าย สามารถควบคุมความสม่ำเสมอเพิ่มเติมได้โดยใช้พารามิเตอร์การแยกรังสีที่ไม่แปรผันเชิงเส้น วิธีการที่มีพารามิเตอร์จำนวนน้อยที่สุดและการควบคุมที่ยืดหยุ่นมากคือการกำหนดตัวแปรพาราเมตริกของเส้นโค้งเบซิเยร์กำลังสอง เครื่องมือขอบเขต 2 มิติของซอฟต์แวร์ LightTools สามารถใช้ในการตั้งค่าโครงสร้างที่ไม่ใช่เชิงเส้นได้ รูปที่ 5 แสดงตัวอย่างการใช้การแยกแบบพิมพ์ โดยที่พารามิเตอร์ 3 ตัว (ความกว้างของจุดที่พิมพ์ ความสูง และระยะห่างแนวตั้ง) มีการเปลี่ยนแปลงเพื่อให้ได้พฤติกรรมการแยกที่แตกต่างกัน ความสม่ำเสมอของเอาท์พุตจะแสดงในรูปที่ 6 รูปทางด้านขวาแสดงว่าความสว่างเอาท์พุตเฉลี่ยคงที่