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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA EI CBST SA
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摘要:针对头盔显示器(H MD)液晶像源的特殊要求,选择了一款小尺寸、高光效的发光二极管(LED)作为背光光源.基于此LED的光强分布曲线,利用非成像光学理论设计了双自由曲面透镜阵列,以期进一步提高背光光效.首先对单个LED设计了3款不同半径的双自由曲面透镜,形成了亮度均匀的圆形光斑.然后对单个透镜进行切割,形成矩形光斑,并用4个矩形透镜拼接成透镜阵列.选择了效果最优的透镜进行了加工和测试.结果表明:与传统的采用两层扩散膜的背光结构相比,采用透镜阵列和两层扩散膜后的背光的光能利用率提高了13.94%,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由37°降低到19°.用设计的透镜及其阵列对LED光源发出的光线进行准直,易形成高亮度的均匀矩形光斑,满足头盔显示器液晶像源背光的要求....
[专利] 发明专利 CN201711416351.0
合肥工业大学 2018-04-03
摘要:本发明提出了一种光学膜的制备方法及其产物。该光学膜具有一个或两个透镜形貌的表面,该透镜的最初形貌是基于光源辐射特性和斯奈尔公式得到的自由曲面,透镜厚度在5mm‑15mm之间。该自由曲面透镜通过薄型化处理后厚度控制在10‑100um之间。具有薄型化后透镜形貌的光学膜可以作为母模进行直接翻印,也可以通过电镀获得金属母模,以便大批量生产。本发明提出的光学膜可以直接使用在现有显示系统中,提供准直光源的同时,大大减少原有的系统结构的体积。本发明提出的光学膜的设计方法极大程度地降低了开发成本和周期,开发的光学膜具有良好的市场前景。
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:发光二极管(LED)已经成为头盔显示器液晶像源主流背光源.LED发散角较大,大量的光线无法得到有效利用而造成能量的浪费,故需要对LED进行二次光学设计以有效提高光效.背光包括由若干个LED组成的阵列.对单个LED设计了双曲面透镜,形成了8 mm直径的均匀圆形光斑.对单个透镜进行切割,以形成矩形光斑.但由于切割面的全反射,矩形面积内存在亮斑.对透镜进行了优化设计,获得了亮度均匀的矩形光斑.4个矩形透镜拼接成透镜阵列.为消除杂散光斑,对透镜再次进行了优化设计.根据设计结果加工了透镜阵列并对背光进行了实际测试.测试结果表明:和传统背光结构相比,采用两层扩散膜和透镜阵列后,背光亮度提高了96.4%,非均匀性由23.8%略提高到23.1%,半亮度视角由39°降低到23°.满足头盔显示器液晶像源背光的要求....
[硕士论文] 李其功
测试计量技术及仪器 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:液晶显示技术作为主流的平板显示技术之一,在平视显示器中成为了最常用的数字像源。随着液晶像源产品的应用环境越来越复杂,对其亮度、体积、重量都提出了越来越高的要求。作为液晶像源的关键组成部分,背光源对其显示质量和整机重量都有着关键性的影响。因此,对液晶像源的背光模组进行高亮薄型化研究具有重要意义。
  本文首先对LED背光进行了二次光学设计,基于斯内尔定律以及能量守恒定律建立方程组得到双自由曲面透镜,并根据边缘光线理论对其做了基于扩展光源的优化设计,经过仿真得到均匀的圆形光斑。然后基于自由曲面各点的入射光线的矢量信息设计了相应的扁平化算法,将初始透镜的前后曲面分别进行了扁平化,得到双层高亮光学薄膜,且在3×3薄型化结构阵列的仿真中验证了增亮均光的效果。但是考虑到双层膜存在位置对准的问题,又设计了单自由曲面透镜,同样对其做了扁平化设计,得到单层高亮光学薄膜。
  根据设计结果,利用无掩模光刻直写设备对设计好的两款高亮光学薄膜进行了制备。针对制备过程出现的问题,进行了光刻工艺的优化,并最终得到了两款符合要求的高亮光学薄膜。将其置于LED背光中进行实际测试。为了保证一定的视角宽度和较好的视觉效果,在背光中放置了两层扩散膜。
  测试结果表明:与传统LED背光相比,加入双层高亮光学薄膜后背光的平均亮度提升了21.13%,非均匀性降低至13.35%;加入单层高亮光学薄膜后背光的平均亮度提升了17.53%,非均匀性降低至16.08%。前者亮度和均匀性相对更好,后者由于没有膜之间的对准问题,使用的稳定性更高。因此证明了本文的两种设计都有效地实现了LED背光高亮薄型化的目的。
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