层叠凹陷微透镜阵列光扩散片特性研究
光扩散片，也常称为扩散片，是背光模组和照明灯具中重要组件，主要功能是为显示器件或照明空间提供均匀的面光源。扩散片主要分为两类一类是掺杂粒子型，一类是表面结构型。表面结构型是在扩散片的基材上制备特定形貌特征的微米或纳米结构实现光扩散，由于表面结构的可控设计与制备，可很好地对入射光实现均匀柔化扩散，并可与低成本、批量化的纳米压印技术相兼容，被业界一致认为是未来的发展趋势。本文首先对扩散片的种类和应用进行简单介绍，接着提出了一种叠层凹陷微透镜阵列光扩散片结构，利用几何光学的蒙特卡洛光线追迹方法，借助业已成熟的商业光学软件TracePro对我们所提出的模型进行了理论分析。对影响光扩散片性能的凹陷微透镜阵列的关键参数(占空比和数值口径)进行详细分析探讨，并给出理论分析结论。本文的研究方法和结论可为微结构型光扩散片的设计和制备提供参考。关键词 背光模组 ，光扩散片，凹陷微透镜阵列，蒙特卡洛光线追迹
目录
1 绪论 1
1.1 背光模组 1
1.1.1 背光模组分类 1
1.1.2 背光模组光学元件分析 2
1.2 光扩散片及种类 4
1.3 微透镜阵列现状及用途 5
2 层叠凹陷微透镜光扩散片建模 5
2. 1 TracePro光学模拟软件简介 5
2. 2 蒙特卡洛光线追迹 6
2. 3 光扩散模型结构 7
2. 4 层叠凹陷微透镜光扩散片建模 8
3 层叠凹陷微透镜参数对光扩散的影响 13
3.1 占空比对光扩散的影响 13
3.2 数值孔径对光扩散的影响 15
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
液晶显示器(LCD)目前在电子元件产业链中的占据着排名靠前的位置，是数字电视、计算机、手机等一些数字元件的关键组成部件。然而，由于LCD本身发不了光，所以液晶显示器中的一个重要组成部分背光模组就成为了提供发光光源的必要模块。因为现在类似于手机数码相机这类中小尺寸电子产品的不断生产和发展，液晶显示器的市场也在不停地扩大，所以随之而来的就是对背光模组的需求 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
量的增加，而且人们也越来越追求高质量的液晶显示器。按照目前国内国际上的形势来看，各大公司正朝着更大的照明面积、更薄的整体形状、更亮的照明亮度、更低的价格成本、更小消耗功率、更简单制造程序等方向制造背光模组。在这个方向趋势下，相关厂商也都为了客户的需求而加大了研发投入，这样就使产品在技术水平、总体规模和市场开拓上有较大的进步，背光模组的设计技术尤其是导光板设计制造技术成为当前和未来的研究热点。
1.1 背光模组
背光模组是一个组合式的光学元件，是LCD的重要组成部分之一，它在LCD显示器中扮演了提供背光光源的角色。为液晶显示器提供一个亮度足够和分布均匀的光源就是背光模组的一个主要作用。正如前文所说因为LCD的自身是不会发光的，所以背光模组的性能如何基本上就决定了显示器的视觉性能的好坏与否。随着液晶显
示器技术的发展，背光模组正朝着体积更小、价格更低、重量更轻、功率消耗更低、发光亮度更高等方向发展。
背光模组主要由六大组件部分组合而成，其中包括光源、导光板、扩散膜、棱镜片、反射板和外框。背光模组最主要的技术和成本主要集中在扩散膜和导光板上。
1.1.1 背光模组分类
一般来说，背光模组根据本身尺寸大小的不同以及发光光源位置的不同可以划分为侧光式背光模组和直下式背光模组两大类。
（1）图11即为侧光式背光模组结构示意图：侧光式背光模组，顾名思义就是发光光源放在导光板的侧边。这种侧边入射光源的设计，有着重量轻、形状薄、耗电量低等优点，所以经常被用来作为手机、数码相机、笔记本电脑等需要长时间待机的电子数码产品的发光光源。
图11 侧光式背光模组结构示意图
（2）图12即为直下式背光模组结构示意图：这种背光模组的尺寸相比于侧光式结构来说比较大，而且这种背光模组没有导光板并且光源位于整体结构的正下方。光线从一个光源发射出来，经由反射板的反射后，再向上经过扩散膜分散后于从正面射出。因为它的内部安置空间比侧光式结构大得多，所以灯管的使用个数可以根据TFT面板的大小来决定，但正因为面积大灯管多，所以这样同时也造成了背光模组厚度比较大、重量大以及耗电量大等缺点。
图12 直下式背光模组结构示意图
1.1.2 背光模组光学元件分析
（1）发光源
从发光光源种类的不同来分类，目前背光模组要分为冷阴极荧光灯（CCFL)和发光二极管（LED)两种。CCFL作为线光源（图13），主要应用于体积较大背光模组；而LED则是点光源（图14），主要应用在体积较小的背光模组上。
图13 CCFL光源结构 图14 LED光源结构
因为LED具有高色彩饱和度、长寿环保等优点，所以现在已经成为了中小尺寸面板中的主要背光光源，而又因为LED发光效率的提高，并且随着散热困难等一些技术问题被相继解决，所以LED在一些尺寸比较大的背光源中被广泛的应用。而我们又可以从LED光源的技术发展和LED光源应用领域的拓展之间的联系可以了解到，LED不仅成为了中小尺寸液晶显示器的主流背光光源，而且又即将发展成大中型液晶显示器面板的主流光源。
（2）导光板
由于侧光式和直下式两种结构有差异，所以导光板是侧光式背光模组（图11）的主要组成部分，导光板实际上影响着背光模组的导光效率。它在背光模组中扮演着引导光线传播方向的角色，只有这样才能提高光的亮度并且控制光的亮度均匀。
（3）反射板
在侧光式背光模组中，反射板的位置位于导光板的底部，反射板的作用就是减少光源外泄，具体就是把从底面漏出的光经过反射后再反射回导光板中，这样就进一步的提高光的使用效率。与侧光式背光模组不同，直下式背光模组的反射板一般都是放在灯箱底部表面，又或者是粘在灯箱上面，这样它就会把经过扩散板反射之后的光在灯箱底部经历二次反射后再将光反射回扩散板加以利用。
目录
1 绪论 1
1.1 背光模组 1
1.1.1 背光模组分类 1
1.1.2 背光模组光学元件分析 2
1.2 光扩散片及种类 4
1.3 微透镜阵列现状及用途 5
2 层叠凹陷微透镜光扩散片建模 5
2. 1 TracePro光学模拟软件简介 5
2. 2 蒙特卡洛光线追迹 6
2. 3 光扩散模型结构 7
2. 4 层叠凹陷微透镜光扩散片建模 8
3 层叠凹陷微透镜参数对光扩散的影响 13
3.1 占空比对光扩散的影响 13
3.2 数值孔径对光扩散的影响 15
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 绪论
液晶显示器(LCD)目前在电子元件产业链中的占据着排名靠前的位置，是数字电视、计算机、手机等一些数字元件的关键组成部件。然而，由于LCD本身发不了光，所以液晶显示器中的一个重要组成部分背光模组就成为了提供发光光源的必要模块。因为现在类似于手机数码相机这类中小尺寸电子产品的不断生产和发展，液晶显示器的市场也在不停地扩大，所以随之而来的就是对背光模组的需求 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
量的增加，而且人们也越来越追求高质量的液晶显示器。按照目前国内国际上的形势来看，各大公司正朝着更大的照明面积、更薄的整体形状、更亮的照明亮度、更低的价格成本、更小消耗功率、更简单制造程序等方向制造背光模组。在这个方向趋势下，相关厂商也都为了客户的需求而加大了研发投入，这样就使产品在技术水平、总体规模和市场开拓上有较大的进步，背光模组的设计技术尤其是导光板设计制造技术成为当前和未来的研究热点。
1.1 背光模组
背光模组是一个组合式的光学元件，是LCD的重要组成部分之一，它在LCD显示器中扮演了提供背光光源的角色。为液晶显示器提供一个亮度足够和分布均匀的光源就是背光模组的一个主要作用。正如前文所说因为LCD的自身是不会发光的，所以背光模组的性能如何基本上就决定了显示器的视觉性能的好坏与否。随着液晶显
示器技术的发展，背光模组正朝着体积更小、价格更低、重量更轻、功率消耗更低、发光亮度更高等方向发展。
背光模组主要由六大组件部分组合而成，其中包括光源、导光板、扩散膜、棱镜片、反射板和外框。背光模组最主要的技术和成本主要集中在扩散膜和导光板上。
1.1.1 背光模组分类
一般来说，背光模组根据本身尺寸大小的不同以及发光光源位置的不同可以划分为侧光式背光模组和直下式背光模组两大类。
（1）图11即为侧光式背光模组结构示意图：侧光式背光模组，顾名思义就是发光光源放在导光板的侧边。这种侧边入射光源的设计，有着重量轻、形状薄、耗电量低等优点，所以经常被用来作为手机、数码相机、笔记本电脑等需要长时间待机的电子数码产品的发光光源。
图11 侧光式背光模组结构示意图
（2）图12即为直下式背光模组结构示意图：这种背光模组的尺寸相比于侧光式结构来说比较大，而且这种背光模组没有导光板并且光源位于整体结构的正下方。光线从一个光源发射出来，经由反射板的反射后，再向上经过扩散膜分散后于从正面射出。因为它的内部安置空间比侧光式结构大得多，所以灯管的使用个数可以根据TFT面板的大小来决定，但正因为面积大灯管多，所以这样同时也造成了背光模组厚度比较大、重量大以及耗电量大等缺点。
图12 直下式背光模组结构示意图
1.1.2 背光模组光学元件分析
（1）发光源
从发光光源种类的不同来分类，目前背光模组要分为冷阴极荧光灯（CCFL)和发光二极管（LED)两种。CCFL作为线光源（图13），主要应用于体积较大背光模组；而LED则是点光源（图14），主要应用在体积较小的背光模组上。
图13 CCFL光源结构 图14 LED光源结构
因为LED具有高色彩饱和度、长寿环保等优点，所以现在已经成为了中小尺寸面板中的主要背光光源，而又因为LED发光效率的提高，并且随着散热困难等一些技术问题被相继解决，所以LED在一些尺寸比较大的背光源中被广泛的应用。而我们又可以从LED光源的技术发展和LED光源应用领域的拓展之间的联系可以了解到，LED不仅成为了中小尺寸液晶显示器的主流背光光源，而且又即将发展成大中型液晶显示器面板的主流光源。
（2）导光板
由于侧光式和直下式两种结构有差异，所以导光板是侧光式背光模组（图11）的主要组成部分，导光板实际上影响着背光模组的导光效率。它在背光模组中扮演着引导光线传播方向的角色，只有这样才能提高光的亮度并且控制光的亮度均匀。
（3）反射板
在侧光式背光模组中，反射板的位置位于导光板的底部，反射板的作用就是减少光源外泄，具体就是把从底面漏出的光经过反射后再反射回导光板中，这样就进一步的提高光的使用效率。与侧光式背光模组不同，直下式背光模组的反射板一般都是放在灯箱底部表面，又或者是粘在灯箱上面，这样它就会把经过扩散板反射之后的光在灯箱底部经历二次反射后再将光反射回扩散板加以利用。
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