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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 背光模組微棱鏡結(jié)構(gòu)導(dǎo)光薄膜的研制
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 簡(jiǎn)介：
- 本課題研究的是基于光學(xué)微棱鏡結(jié)構(gòu)的超薄型導(dǎo)光膜的設(shè)計(jì)與制作方法。其原理是通過(guò)其背面分布的一些光學(xué)微棱鏡的散射作用把“點(diǎn)光源”變?yōu)椤懊婀庠础?，用于手機(jī)按鍵和LCD背景光模組上。在光的散射和全反射原理上，我們實(shí)驗(yàn)研究采用光學(xué)軟件，進(jìn)行大量的光學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)，找出最合適的棱鏡形狀和深度。我們采用了分子動(dòng)力學(xué)算法，用MATLAB編程，開(kāi)發(fā)出了設(shè)計(jì)軟件，得到最佳的導(dǎo)光膜上的光學(xué)微棱鏡的密度分布圖。
- 詳細(xì)介紹：
- 本課題研究的是基于光學(xué)微棱鏡結(jié)構(gòu)的超薄型導(dǎo)光膜的設(shè)計(jì)與制作方法?；诠鈱W(xué)微棱鏡結(jié)構(gòu)導(dǎo)光膜的原理是通過(guò)其背面分布的一些光學(xué)微棱鏡的散射作用把“點(diǎn)光源”變?yōu)椤懊婀庠础?，用于手機(jī)按鍵的背景光和超薄電子便攜設(shè)備的LCD背景光模組上。本課題研究的科學(xué)性在于導(dǎo)光膜技術(shù)基于光的散射原理和光全反射原理，我們實(shí)驗(yàn)研究采用light tools軟件，利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)法和控制變量法，進(jìn)行大量的光學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)，找出最合適的棱鏡形狀和棱鏡深度。我們對(duì)導(dǎo)光薄膜設(shè)計(jì)的先進(jìn)性在于采用了分子動(dòng)力學(xué)算法，用MATLAB編程，開(kāi)發(fā)出了設(shè)計(jì)軟件，得到設(shè)計(jì)需要的最佳的導(dǎo)光膜上的光學(xué)微棱鏡的密度分布圖，得出了光學(xué)微棱鏡的結(jié)構(gòu)和密度分布的設(shè)計(jì)方法。我們?cè)O(shè)計(jì)并制作出了基于光學(xué)微棱鏡結(jié)構(gòu)的超薄導(dǎo)光膜，它的實(shí)用性是比傳統(tǒng)開(kāi)模注塑技術(shù)制作的導(dǎo)光板相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：厚度薄,僅有0.125mm；更高的光亮度和均勻性，亮度>20cd/m2,均勻性>40%；更節(jié)能，節(jié)省LED，只需 只需2個(gè)LED做光源；更高的可靠性，壽命更長(zhǎng)；能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的發(fā)光圖形。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 撰寫(xiě)目的：隨著顯示行業(yè)的飛速發(fā)展，輕、薄、低能耗的背光模組成為該領(lǐng)域研發(fā)趨勢(shì)。傳統(tǒng)制作方法和存在度厚、發(fā)光亮度低且不均勻、難以實(shí)現(xiàn)雜圖形發(fā)亮、生產(chǎn)效率較低成本較高等問(wèn)題。我們這個(gè)項(xiàng)目的研究目的主要研究基于光學(xué)微棱鏡結(jié)構(gòu)的超薄型導(dǎo)光膜的設(shè)計(jì)與制作方法。 基本思路：我們主要進(jìn)行光學(xué)微棱鏡結(jié)構(gòu)的研究與設(shè)計(jì)、光學(xué)微棱鏡的密度分布研究、LED電源驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，得出導(dǎo)光膜的最佳設(shè)計(jì)方案，并制作出了導(dǎo)光膜實(shí)物。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 我們用光學(xué)仿真軟件light tools進(jìn)行大量的光學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)，既節(jié)省成本又能有很好效果，得出導(dǎo)光膜的光學(xué)微棱鏡結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案——光學(xué)微棱鏡為深30 um的球冠狀結(jié)構(gòu)。我們研究分子動(dòng)力學(xué)方法的邊界反射算法，用MATLAB編程，開(kāi)發(fā)出了初步的設(shè)計(jì)軟件，得出了最佳的光學(xué)微棱鏡的密度分布圖。我們用TI公司的TPS61161驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路控制LED，可連接單片機(jī)進(jìn)行控制。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 我們研制的超薄導(dǎo)光膜，其性能指標(biāo)為：1厚度0.175mm；2均勻度> 85％；3亮度> 40 cd/m2；4可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜圖形發(fā)光。其適用于小型、輕薄的面板，如筆記型電腦、手機(jī)等。目前，國(guó)內(nèi)外制造的光導(dǎo)膜厚度一般在1-3mm，光能利用率偏低，主要制造技術(shù)專利由少數(shù)國(guó)家壟斷。隨著手機(jī)、筆記本電腦的小型化，要求背光模組輕、薄、低成本，因此新型光導(dǎo)膜的設(shè)計(jì)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)制造技術(shù)的研究是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 導(dǎo)光膜的原理是通過(guò)其背面分布的一些光學(xué)微棱鏡的散射作用把“點(diǎn)光源”變?yōu)椤懊婀庠础薄鹘y(tǒng)制作方法和存在度厚、發(fā)光亮度低且不均勻、難以使復(fù)雜圖形發(fā)亮、生產(chǎn)效率較低成本較高等問(wèn)題。我們通過(guò)light tools進(jìn)行大量的光學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)，得出導(dǎo)光膜微棱鏡的最佳形狀為球冠狀、最佳深度為30um左右，此時(shí)導(dǎo)光膜出射光能量的亮度和均勻度最佳，光利用率高。利用分子動(dòng)力學(xué)方法設(shè)計(jì)導(dǎo)光膜網(wǎng)點(diǎn)密度分布情況，設(shè)計(jì)邊界反射算法用MATLAB編程，開(kāi)發(fā)出了導(dǎo)光膜網(wǎng)點(diǎn)密度分布的初步的設(shè)計(jì)軟件。我們選擇MSP430F2101單片機(jī)和TI公司的TPS61161驅(qū)動(dòng)芯片，設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，其輸出PWM信號(hào)控制LED驅(qū)動(dòng)芯片和驅(qū)動(dòng)電路，從而達(dá)到控制LED等亮度的目的。利用研究結(jié)果的最佳光學(xué)微棱鏡結(jié)構(gòu)和密度分布設(shè)計(jì)了含有一個(gè)花朵圖案的超薄型導(dǎo)光膜。
獲獎(jiǎng)情況
- 2010年12月獲得天津理工大學(xué)學(xué)生科技活動(dòng)一等獎(jiǎng)
鑒定結(jié)果
- 該項(xiàng)目是我專業(yè)學(xué)生進(jìn)行的課外活動(dòng)科技項(xiàng)目，曾獲天津理工大學(xué)學(xué)生科技活動(dòng)一等獎(jiǎng)，申報(bào)情況屬實(shí)。
參考文獻(xiàn)
- 1、黃啟智，LCD 顯示器的背光技術(shù)分析及應(yīng)用，漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008,10（1）:4-6.30. 2、Daniel den Engelsen, 童林夙，背光源的發(fā)展趨勢(shì)，光電子技術(shù)，2006,26（2）：73-79。 3、鄢澤林,徐平等，背光照明系統(tǒng)導(dǎo)光板，激光雜志，2006，27（3）：5-7。 4、駱健忠,陳哲等，側(cè)光平板式導(dǎo)光板散射網(wǎng)點(diǎn)設(shè)計(jì)及仿真分析，液晶與顯示，2006,21（3）：206-213。 5、黃娟,段谷青,曾陽(yáng)素，二元光學(xué)技術(shù)制作背光照明系統(tǒng)導(dǎo)光板，邵陽(yáng)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006,3（4）：38-41。 6、王瑗，黃耀清,楊文明,趙鐵松，基于發(fā)光二極管和導(dǎo)光板的彩色光源色度的測(cè)量，大學(xué)物理，2005,24（9）：50-56。 7、吳波，一種導(dǎo)光膜的制備方法，發(fā)明專利，CN101393297A。 8、吳波，一種導(dǎo)光組件和鍵盤(pán)，發(fā)明專利，CN101620289A
同類課題研究水平概述
- 隨著顯示行業(yè)的飛速發(fā)展，輕量型、超薄型、低能耗的背光模組成為該領(lǐng)域研究發(fā)展趨勢(shì)。背光模組主要由光源、反射板、導(dǎo)光板、擴(kuò)散膜、棱鏡膜及外框等部分組成。由于背光模組主要的光學(xué)設(shè)計(jì)以及亮度、均勻性等光學(xué)特性均控制在導(dǎo)光板技術(shù)中,因此,導(dǎo)光板的設(shè)計(jì)與制造非常重要。 目前，全球?qū)Ч饽さ难邪l(fā)供應(yīng)廠商主要分布在韓國(guó)、日本、美國(guó)和臺(tái)灣，。導(dǎo)光膜是背光模塊的重要部件，廣泛用于液晶顯示模組和手機(jī)鍵盤(pán)等部件上。當(dāng)然，在其他包括我國(guó)在內(nèi)的一些國(guó)家也在開(kāi)展這方面的研究，但是，并未形成產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。傳統(tǒng)的導(dǎo)光膜工藝成熟，但是在液晶顯示模組和手機(jī)薄型化趨勢(shì)越來(lái)越明朗的今天，開(kāi)發(fā)輕量、超薄型導(dǎo)光膜的研制仍是該領(lǐng)域中一個(gè)嶄新的課題。 導(dǎo)光板是背光模塊中重要的光學(xué)組件，導(dǎo)光板的結(jié)構(gòu)及性能的優(yōu)劣直接影響著背光源質(zhì)量的好壞，因此，如何設(shè)計(jì)制造高性能的導(dǎo)光板是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。 一種主要的背光照明是側(cè)光式背光模組，由光源（Light source）、導(dǎo)光板（Light guide plate）、擴(kuò)散膜（diffuser）、棱鏡片（prism sheet）、反射板（reflector）組成，光源放在背光模組側(cè)邊，光從側(cè)面進(jìn)入導(dǎo)光板后，將線光源或點(diǎn)光源轉(zhuǎn)化成分布均勻的面光源，再經(jīng)過(guò)擴(kuò)散膜的均光作用與棱鏡片的集光作用提高光源的亮度與均勻度，此模組適用于小型、輕薄的面板，如筆記型電腦、手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等。這種側(cè)光式背光模組厚度一般在1-5mm。 目前，各大廠商不僅加緊了對(duì)LCD的輕量化，薄型化的研究，而且在不斷努力改進(jìn)背光模塊，使其與液晶顯示器更加配套。國(guó)內(nèi)外制造的導(dǎo)光膜厚度一般在1-3mm，總體上，光能利用率偏低，主要制造技術(shù)專利由少數(shù)國(guó)家壟斷。隨著手機(jī)、筆記本電腦的小型化，要求背光模組輕量化、薄型化、低成本，因此，在新一輪背光模組的研發(fā)中，新型光導(dǎo)膜的設(shè)計(jì)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)制造技術(shù)的研發(fā)是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)。 目前，導(dǎo)光膜的制作方法有：印刷式和非印刷式，其中非印刷式分為蝕刻、LIGA制程及微切削加工。 存在的問(wèn)題： 1）厚度問(wèn)題：目前傳統(tǒng)方法制作的導(dǎo)光板的厚度至少在1 mm以上，不符合現(xiàn)在電子產(chǎn)品超薄的潮流。 2）導(dǎo)光性能問(wèn)題：傳統(tǒng)導(dǎo)光膜，導(dǎo)光性能差，光能利用率低，亮度低，發(fā)光不均勻。 3）生產(chǎn)效率較低，成本較高：由于現(xiàn)在采用的規(guī)模生產(chǎn)的方法是精密注塑或者絲網(wǎng)印刷，所以只能片材生產(chǎn)。
