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研究生: 劉裕猷
Yu-you Liu
論文名稱: 背光模組之模擬分析與光學設計
Simulation Analysis and Optical Design on Backlight Modules
指導教授: 廖顯奎
Shien-Kuei Liaw
口試委員: 單秋成
Chow-Shing Shin
黃振發
Jen-Fa Huang
黃忠偉
Jong-Woei Whang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電子工程系
Department of Electronic and Computer Engineering
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 76
中文關鍵詞: 背光發光二極體導光板
外文關鍵詞: backlight, LED, lightguide
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随著LED的亮度與色彩飽和度逐年急遽成長,LED開始被運用在背光模組的背光源。本論文研究使用LED光源的背光模組之輝度管理及色彩配色,首先我們先瞭解背光模組的性質。接著利用lighttools模擬分析Lumileds透鏡的光學性質,再利用全反射原理設計邊射型的透鏡結構,將透鏡結構與LED晶片構成邊射型LED作為背光模組的背光源。配合光度學的原理計算背光模組所需的光源,為了提高色域,我們使用紅、綠、藍光LED作為光源,並利用色加法原理得知流明比數,而決定背光模組使用光源的數目。當光線進入導光板時,若導光板上下兩面是平行的拋光面,則光線會在導光板裡面反射,因此必須設計導光板表面,而我們利用數組稜鏡結構的特性,設計直下式背光模組的導光板,經過模擬分析,本文所設計的直下式導光結構的出光效率為67%、輝度均勻性為86%,最大色差為0.03,已達到VESA FPDM標準之上。


LED is a light source with highly effective and vivid color. Its luminance is increasing rapidly year by year, so it is considered to be integrated into a direct backlight. In the thesis, we study the luminance management and color blending of LCD backlights based on LED lighting. First, we study the characteristics of the backlight module and the technique of the light guide plate. Then we analyze the optical property of the Lumileds’ lenses by simulation using the lighttools software, and design a side emitting led by total internal reflection lenses. Second, we calculate the required total flux of the backlight module based on photometry theory. In order to get the broad color gamut, we use red, green and blue LEDs to create a white light that has required luminance based on principles of RGB light mixing and thus we get numbers of the light source. Finally, we need to design the surface of light guide plate, because most light rays emitted by LEDs inside the light guide plate will travel back and forth until their energy decay if the two surfaces of the light guide are optic grade smooth. Therefore we design prism structures on the surface of the light guide plate, and the light rays are guided into the desired direction. According to simulation result, the performance of luminance uniformity is 86%, color uniformity is 0.03 and coupled effectively is 67%, respectively. It achieves the standard of the VESA FPDM.

第一章 緒論 1.1 前言 1.2 研究背景與動機 1.3 論文架構 第二章 背光模組相關光學理論 2.1 折射與反射 2.1.1 Snell’s定律 2.1.2 反射 2.1.3 全反射 2.2 透射與吸收 2.2.1 透射 2.2.2 吸收 2.3 光學單位 2.4 Lambertian餘弦定律 2.5 雙向散射分佈函數(BSDF) 2.6 色度學 2.6.1 CIE色座標系統 2.6.2 色溫 2.6.3 加法混色 第三章 背光模組之技術分析 3.1 背光模組簡介 3.1.1 背光模組之零組件 3.1.2 側光式(Edge Lighting)背光模組 3.1.3 直下式背光模組 3.2 背光源技術分析 3.2.1 背光源發光原理 3.2.2 LED背光源技術 3.3 導光板技術分析 3.3.1 印刷式導光板 3.3.2 V-cut導光板 3.3.3 雙重稜鏡 3.3.4 大中尺寸背光板輝度均勻控制 3.4 本章小結 第四章 背光源之配光設計 4.1 模擬驗證 4.1.1 模擬軟體簡介 4.1.2 Lighttools模擬驗證流程 4.1.3 建立系統模組與初步模擬驗證 4.1.4 參數設計與二次模擬驗證 4.2 邊射型透鏡設計 4.2.1 透鏡設計流程 4.2.2 下透鏡水平出光設計 4.2.3 上透鏡之TIR反射面設計 4.2.4 上透鏡出光面設計 4.3 本章小結 第五章 直下式背光板之導光設計 5.1 顯示器之輝度均勻性與色差評估方法 5.2 背光源之參數設計 5.2.1 晶片色彩之選擇 5.2.2 RGB混光設計 5.3 導光結構之設計 5.3.1 背光板整體架構 5.3.2 LED區塊設計 5.4 模擬結果與討論 第六章 結論與未來展望 6.1 結論 6.2 未來展望 參考文獻

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