背光源设计
J I A N G S U U N I V E R S I T Y 本科毕业论文
小尺寸数码照片查看器背光源设计Small size digital photo viewer backlight design
学院名称：机械工程学院
专业班级：光信1101
学生姓名：谌姣姣
指导教师姓名：许孝芳
指导教师职称：副教授
2015年05月
任务书
随着人们生活质量的提高，很多人通过照片把生活中的美好瞬间保留下来。本提题拟设计一款小尺寸的数码照片查看器，要求使用LED光源，以满足节能、轻便、经济等特点。LightTools是一个全新的具有光学精度的交互式三维实体建模软件体系，提供最现代化的手段直接描述光学系统中的光源、透镜、反射镜、分束器、衍射光学元件、棱镜、扫描转鼓、机械结构以及光路。由于 LightTools把光学和机械元件集合在统一的体系下处理，并配有“放置”光源、发射光线的非顺序面光线追迹的强大功能，使它在系统初步设计、复杂系统设计规划、光机一体设计、杂光分析、照明系统设计分析、单位各部门间学术交流和数据交换、课题论证或产品推广等各环节中均可发挥重要的作用，成为人们理想的工具。本课题就是通过学习使用lightTools 软件，达到使学生初步掌握背光源的设计思想和步骤，及通过软件能够对所设计的背光源的照明效果进行分析的目的。
毕业设计任务: （1）小尺寸LED背光源设计理论的学习；（2）光源初始结构建模和模拟仿真；（3）光源的材料属性、光学属性的设定；（4）光源发光面分析,亮度的设置等；（5）光线追迹，对光源的准直效果进行分析。具体要求：① 完成毕业设计论文一份（1.6万汉字以上）；② 撰写有关理论与技术的调研报告一份（文献综述）（不少于2000汉字）；③ 针对具体几篇文献，完成读书报告一份，并分析、提出具体见解；
④ 完成英文翻译一份（译文4000汉字以上）。
小尺寸数码照片查看器背光源设计
摘要
能源的问题已经成为影响着人类发展的全球性问题，LED技术被认为是21世纪最具有发展前景的高科技之一。近年来，伴随着科学技术的快速发展，人们从节能、环保、高效等的需要出发，对先进背光源的需求与日俱增，由于LED具有体积小、重量轻、耗电量低、高亮度、低热量、环保、高效能、使用寿命长等等的优点。LED的研发和生产成为当今世界发张的阳光产业，它的产业规模持续扩大，应用领域迅速拓展。LED背光模组作为LED 的一个主要市场，其需求量也越来越大。随着LED背光模组朝着轻薄化的方向发展，侧入式LED背光技术成为背光发展的主流，而导光板的性能对于光源表面出光亮度、均匀度等的性能指标起着非常重要的作用。
本文基于国内外LED技术的发展方向和研究现状，以LED背光技术为核心，从导光板网点设计出发，全面系统地阐述了LED背光的基本原理以及对背光模组进行设计与仿真。使用了OSRAM 公司生产的白光LED，在导光板侧面排列成条状结构，使得发光均匀。背光模块的尺寸为7寸，也就是对角线为0.2333米的小尺寸的数码照片查看器背光源。本文的设计通过验证不同网点分布对导光板上表面出光均匀性的影响，并且通过对网点半径加以的调节，实现背光模块出光均匀性，并且通过Lighttools自带的优化程序BPO进行优化来达到最佳的出光效果。
在结构上本设计使用了多层膜板，最下面是反射膜，5颗LED均匀地排列在导光板一侧，这样使得被散射回来的光线可以被反射膜重新反射回导光板中继续传输。导光板上方就是两层互相垂直的棱镜膜，这两层膜有利于提高整个模块的亮度。
关键词：LED；导光板；侧入式；背光源
Small size digital photo viewer backlight design
Abstract
Energy issues have an impact on the global problem of human development, LED technology is considered one of the high-tech 21st century, the most promising. In recent years, with the rapid development of science and technology, people from saving, environmental protection, high efficiency and other needs, the growing demand for advanced backlight, the LED has a small size, light weight, low power consumption, high brightness, low-calorie , environmental protection, high efficiency, long life and so on advantages. LED development and production in the world today Send a sunshine industry, continues to expand its industrial scale applications rapidly expand. LED backlight LED as a major market, the demand is also growing. With LED backlight thin toward the direction of development, side-LED backlight technology to become mainstream backlight development, and the performance of the light guide plate surface of the light source brightness, uniformity and other performance indicators play a very important role.
Based on the direction and development of domestic and foreign research status LED technology to LED backlight technology as the core, from the light guide plates network design, a comprehensive and systematic exposition of the basic principles of LED backlight and the backlight module design and simulation. Use the OSRAM company's white LED, light guide plate side stripe structure arranged so that light evenly. Backlight module size is 7 inches, which is the diagonal of 0.2333333 meters of small-sized digital photo viewer backlight. This design through verification of different outlets located on the surface of the uniformity of the light guide plate, and by the radius of the network to be adjusted to achieve light uniformity backlight module, and be optimized by the optimizer comes Lighttools BPO to achieve the best The light effect.
In the structure of the present design uses a multi-layered film sheet, the bottom is a reflective film, uniformly arranged LED 5 on the side of the light guide plate such that light is scattered back to the reflective film may be re-reflected back to the light guide plate to continue
transmission. Above the light guide plate is prism film layers perpendicular to each other, the two films that will help improve the brightness of the entire module.
Key words: LED; The light guide plate; Side-in;Backlights;
目录
摘要 (3)
Abstract (4)
目录 (6)
第一章绪论 (9)
1.1课题研究的背景及意义 (9)
1.1.1 LED产业的发展 (9)
1.1.2液晶显示技术的发展 (10)
1.2背光源技术 (11)
1.2.1背光源的发展 (11)
1.2.2 LED背光源技术 (12)
1.2.2.1 直下式LED背光模组 (13)
1.2.2.2侧入式LED背光模组 (13)
1.2.3 LED背光源的优势及发展需求 (15)
1.3 经济可行性分析 (16)
1.4 本文研究的主要内容以及结构安排 (16)
第二章 LED背光模组的基本原理 (17)
2.1 LED背光模组工作原理 (18)
2.1.1导光板的基本原理 (18)
2.1.1.1 材料的折射率 (18)
2.1.1.2光线在导光板中传播的基本光学原理 (19)
2.1.1.3导光板中光传播原理 (20)
2.1.2背光模组中光学膜片的.工作原理 (21)
2.1.2.1增亮膜的工作原理 (21)
2.1.2.2扩散膜的工作原理 (22)
2.1.2.3反射膜的工作原理 (22)
2.2背光模组的光度学检测 (22)
2.2.1基本测量 (23)
2.2.2 LED的配光曲线 (23)
2.3本章小结 (24)
第三章 lighttools软件基础 (25)
3.1 Lighttools照明模块 (25)
3.2 照明系统基础 (25)
3.2.1 光源 (26)
3.2.2 接收器 (26)
3.2.3 面属性 (26)
3.3 蒙特卡洛光线追迹 (26)
3.3.1 分束的优化光线追迹 (27)
3.4 照明分析 (29)
3.5 照明系统设计实例 (29)
3.5.1 建立LightTools模型 (30)
3.5.2定义光源 (30)
3.5.3 指定接收器表面 (31)
3.5.4指定进行追迹的光线的数目 (31)
3.5.5 选择是否显示蒙特卡洛光线 (32)
3.5.6指定希望的图表输出类型 (32)
3.5.7开始分析 (32)
第四章 LED背光源建模仿真与优化设计 (33)
4.1 LED模型选取 (34)
4.2 LED背光源的模型结构 (34)
4.3 仿真分析与优化 (35)
4.3.1不同网点结构的仿真分析 (35)
4.3.1.1无网点结构 (35)
4.3.1.2均匀网点分布 (36)
4.3.1.3非均匀网点分布 (37)
4.3.2优化设计 (42)
第五章结论与展望 (45)
致谢 (45)
参考文献 (47)
第一章绪论
1.1课题研究的背景及意义
1.1.1 LED产业的发展
能源的问题已经成为影响着人类社会发展的问题。随着全球发展低碳经济取得共识，LED照明产业凭借它在节能领域的性能优势而得到快速发展的机遇。有数据显示，仅LED 路灯节能一项，每年就能为中国节约一座三峡大坝所发的电力。正是由于LED具有环保，节能，寿命长等等优点，被称为21世纪最具有发展前景的绿色照明光源。
我国的LED产业起步于20世纪70年代，在国家扶持政策和产业基地的建设引导下，取得了长足的进步。根据国家半导体照明工程研发及产业联盟（CSA）统计，2011年我国半导体照明产业规模已经达到1500多亿元，包括了下游应用产值1200多亿元、中游封装产值280多亿元、上游外延芯片产值60多亿元。“十一五”期间，我国半导体照明产业平均年增长率约35%，“十二五”期间平均年增长约30%，预计2015年产业总体规模将达到5000亿元。
鉴于半导体照明产业令人鼓舞的发展前景，近年日本“21世纪光计划”、美国“下一代照明计划”、欧盟“彩虹计划”、韩国“GaN半导体发光计划”等政府计划纷纷启动。中国在2003年6月也成立了国家半导体照明工程协调领导小组，启动了国家半导体照明工程，推动了我国半导体产业的发展。面对半导体照明市场的巨大诱惑，世界三大传统照明工业巨头飞利浦、通用电力、欧司朗也和半导体公司合作，成立了半导体照明企业。在诸多企业以政府部门的努力下，我国LED产业形成了珠江三角洲、长江三角洲、东南地区、北京与大连等北方地区四大区域，每一区域基本形成了比较完整的产业链。
中国半导体照明工程的目标是:抓住照明产业革命的历史机遇，瞄准成熟的低成本产业化技术，以近期解决市场应用和产品的性价比，中远期培育新兴的大功率白光通用照明产业为目标，从形成一个完成产业链的角度出发，体现政府引导、企业主体、市场化运作的原则，以应用促发展，解决产业化的关键技术和原创性核心技术，形成一批专利、培育一批企业、建设一批基地，形成有自主知识产权的标准体系，最终发展成为具有国际竞争力的中国半导体照明新兴产业。
投资方面，国家半导体照明工程在“十五”期间共投入引导经费1亿元人民币，“十五”
期间产业投资己超过10亿元，尤其是国家半导体照明工程启动一年来，产业新增投资己超过5亿元。
科研方面，瞄准产业化目标，以应用促发展，近期解决市场急需的产业化技术;中远期培育新型大功率白光LED通用照明产业，并在高端原创性技术方面有部分突破。
具体目标是:解决功率型芯片设计、功率型LED封装技术及荧光粉等封装材料制备等产业化关键技术，开发出市场急需的特殊照明应用产品，形成原创性核心技术和一批专利;建立具有自主知识产权的半导体照明评价标准体系，并建设半导体照明特色产业与应用示范基地，培育一批掌握核心技术的高技术企业。
1.1.2液晶显示技术的发展
液晶的发现可追溯到19世纪末。1888年奥地利的植物学家F.Reinitzer首先发现液晶。自那以后，很多研究人员致力于此种材料的应用，液晶的应用是在1961年出现了转折点。1968年，美国发明了液晶显示期间，随后LCD液晶显示器件就正式面世了。然而从第一台LCD显示屏的诞生以来，短短30年，液晶显示技术得到了飞速的发展：70年代初，日本开始生产TN-LCD，并且加以应用；80年代初，TN-LCD产品在计算器上得到了应用。在20世纪80年代，欧美国家提出了TFT-LCD和STN-LCD显示技术之后，从80年代末起，日本掌控了STN-LCD生产技术，使得LCD产业飞速发展。
1969年，日本NHK公司向国内进行报道液晶的发明，引起了日本科技界和工业界的极大重视。日本将当时的大规模集成电路与液晶结合，以“个人电子化”市场为导向，很快打开了液晶的应用局面。日本人从液晶手表，液晶计算器等低档产品起步，发展到小尺寸无源矩阵黑白电视、非晶硅有源矩阵彩色电视，直到多晶硅有源矩阵高分辨率彩色液晶显示器，不但促进了日本微电子工业的惊人发现，还一直领导着世界液晶工业的发展方向，掌握着液晶工业最前端的技术。在1993年，日本掌握了TFT-LCD的生产技术之后，液晶显示技术朝着两个方向开始发展:一个方向是朝着价格低、成本低的STN-LCD显示器技术方向发展；第二个方向是朝着高质量的薄膜式电晶体TFT-LCD方向发展。1997年，日本研发了一款以550*670mm为代表的大尺寸第三代TFT-LCD生产线，并且使得1998年大尺寸的LCD 显示屏价格比1997年降低了一半。1996年以后，韩国和中国台湾都投资巨额建设第三代的TFT-LCD生产线，准备在1999年以后与日本进行竞争。
中国内地是从80年代初九开始引进了TN-LCD生产线。是目前为止世界上最大的
TN-LCD生产国家。
自从液晶作为一种显示媒体开始使用以来，伴随着越来越成熟的液晶显示技术，液晶应用也开始广泛地应用，涉及到微型电视机、照相机、摄像机等等的多个领域，经历了一段的发展，液晶产品摒弃了原来的设备形象。现在，液晶以及在平板显示领域扮演者着重要的角色，而且是电脑和笔记本的必备部分。在20世纪80年代初TFT-LCD 就开始研制，但是它真正发展是在1995年之后。工艺成熟，成品率不断提高，对比度、视场角大为改善等，这些都使得TFT-LCD快速的成为一项巨大的产业，不仅仅垄断了笔记本电脑的显示器，而且还开放了电视机显示器，逐步占据了CRT显示市场。
LED背光源作为LED的一个主要市场和液晶显示器的主要组成部分，其技术主要掌握在LED的研发、生产比较集中的大公司手中。在中小尺寸背光模组方面，LED背光源主要应用于数码照片查看器、车载显示、手机屏幕显示等。中小尺寸显示产品要求产品具有高对比度、低功耗。强光背景下可视性、轻薄化等，以便适用于便携式电子产品的轻薄化、高清晰度。运行时间唱的要求，不仅如此，对宽视角、响应速度快的要求也越来越高，这就使得对中小尺寸的显示产品的设计、制造要求相对比较高了。虽然现在我国的中低档液晶显示产品比韩国、台湾等国外的市场占有率高，但是LED核心技术比较薄弱，在亮度、厚度、色域以及功耗等方面还达不到人们的要求。因为侧入式背光源能够在厚度以及功耗等方面具有优势，所以其成为主流，在2009年三星、索尼等都相继推出了以侧光LED为背光模组的液晶电视。我国在背光源发发展上属于起步阶段，LCD背光源几乎全部依赖于进口。因此，背光源的研究与开放具有重要的经济和社会意义。
1.2背光源技术
1.2.1背光源的发展
背光源的发展也追溯到二战时期。那时是使用的超小型钨丝灯作为飞机仪表的背光源，这是背光源发展的初始阶段。在经过了一段时期的发展，现在的背光源已经成为电子独立学科，并且逐渐形成研究的热点问题。
伴随着液晶显示技术的快速发展，液晶显示器尤其是彩色液晶显示器的应用领域在迅速的拓宽。收到液晶显示器市场的带动，背光源产业也呈现出一片繁荣的景象。
由于液晶本身不能发光，所以液晶显示器必须借助背光源才能进行显示的功能。背光源性能的好坏不仅能影响液晶显示器的显示质量，还会影响其成本。所以说，高质量、大
尺寸的液晶显示器必须配备以高性能的背光源技术，因此液晶显示技术产业在开拓新的应用领域的同时，背光技术也要相应的不断提高。
Fig 1-1 LCD panel cost chart
图1-1 液晶显示器面板成本结构图
1.2.2 LED背光源技术
LED就是发光二极管，发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的晶片，在p型半导体和n型半导体之间有一个过渡层，称为p-n结。在某些半导体材料的PN 结中，注入的少量载流子和多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换成光能，从而实现电致发光。LED背光源具寿命长（超过10年）、节能、色域广、对人体安全、体积小等优点。相对于传统的液晶显示器背光技术上的不足，比如能源利用率低，功耗高、寿命短等等一系列的问题，所以人们一直在寻找传统背光技术产品的替代品，而LED背光技术满足了人们的需求。
目前LED背光源技术种类可以分为RGB-LED和白光LED。前者借助了动态分区背光技术的能力和三色RGB-LED的出色光源，在色彩和对比度上相比传统背光源都有质的飞跃，所以通常应用于高端电视。而后者是比较常见的LED背光源类型，在笔记本和液晶显示器中应用比较广泛，白光LED背光通常采用从显示器边缘入射光线，和RGB-LED以及传统背光的背面直射是不同的。根据背光入射光的位置我们又可以将背光模块划分为直下
式和侧入式两类。
1.2.2.1 直下式LED背光模组
所谓直下式LED背光技术就是把LED做成密集的点阵，放置在屏幕的背后，直接照射屏幕。直下式LED背光模组的结构如图1-3所示，它主要由LED光源、反射膜、扩散膜、增亮膜等组成。直下式背光源主要强调画质表现优异，它在画面控制上的优势要出色于侧入式LED技术。以55英寸的LED电视为例，直下式产品是将3000多个LED灯均匀的分布在了画板的背后，使得背光可以均匀地传达至整个屏幕上，画面细节更加细腻逼真。而侧入式则是在面板的边框上安装400多个LED灯，使得光源从侧面照出。这样虽然可以大幅度地降低厚度，但是由于减少了将近7倍的LED数量，因此容易使得画面亮度以“X”形态减少（即四周比中央位置亮度高）。此外，采用了直下式LED电视还把LED背光划分为若干单元，在显示黑色的时候，直接关掉其对应的LED区域的光，就能表现出非常完美的黑色。因此，采用直下式LED技术可以准确地呈现出图像，并且展现出优秀的色彩和明暗对比效果。
图1-2 直下式LED背光模组结构
1.2.2.2侧入式LED背光模组
侧入式是将线或者点状光源设置在经过特殊设计的导光板的侧边做成的背光源，随着背光模组技术的不断进步，入光方式由四边入光逐渐发展到了单侧光，如图1-3所示：
图1-3侧光式LED背光源结构发展史
侧光式LED背光模组结构图如图1-3所示，主要由导光板、扩散膜、增亮膜、反射膜等组成。侧光式背光一般可以做的很薄，但是光源的光利用率较小且越薄利用率越低，最大约为50%。其核心技术就是导光板的设计和制作。随着LCD不断向着更亮、更轻薄的方向发展，侧入式背光源成为目前发展的主流。由于LED光源比起其他光源有很多的优点，所以侧入式LED背光具有很大的发展优势。其具有三个特点：
（1）发光面可以沿着其光学轴作360度发射。
（2）可以利用较薄镜片覆盖较大的面积。
（3）可以用简单的结构进行混色。
LED背光源具有电压低、亮度高、寿命长的优点。一般一只LED典型的工作电压为2.1 V ，电流为10 mA 。在背光源的实际电路中，是把两只LED串联起来使用的，使得其工作电压接近数字电路的工作电压5.0 V 。在显示面积较大的情况下，需要把多个LED 串联后再进行并联，这样需要很大的电流。为了降低电流，我们可以使用侧部发光的背光源。这种背光源在导光板的侧部安装了LED背光源，具有光线均匀、电流低、体积小等的优点。
图1-4 侧入式LED背光模组结构
1.2.3 LED背光源的优势及发展需求
LED作为液晶背光源与传统的背光源相比，它采用了LED背光的话，液晶面板的体积将进一步缩小；其次LED是由众多栅格状的LED组成，每个“格子”都拥有一个LED，这样LED背光就能实现真正的光源平面化；我们知道，平面化的光源不仅仅具有亮度均匀性，还不需要复杂的光路设计。
此外，在发光寿命方面，LED背光也有明显的优势。传统的CCFL背光由于色纯度等问题，在色阶方面表现不佳。采用CCFL背光只能实现NTSC色彩区域的百分之六七十，而应用LED背光之后，液晶面板可以轻松地现100%的NTSC色域表现。
另外。LED背光采用的是低压驱动，十分安全，驱动电路模块的设计也必将简单；稳定性好，平面状结构让LED具有稳固的内部结构，使得抗震性很出色；最后在绿色环保方面，LED更具有优势，它没有采用对环境有害的金属，更加环保；再者，LED背光源很节能，其功耗要比CCFL背光灯更低一些，因为LED内部驱动电压远低于CCFL，功耗和安全性均优越于CCFL。
虽然LED背光源具有以上巨大的优势，但是现阶段，它依然存在着一些问题。
首先是成本的问题，由于LED背光器件被垄断，所以LED背光的制造成本还是比较高的，应用LED背光的液晶产品售价在现阶段仍然比传统CCFL的产品高出很多。
其次是技术问题，现阶段LED背光技术在发光效率方面还难以令人满意。传统CCFL 冷阴极荧光灯虽然耗电量大、发光质量一般，但是其发光效率达到50~100lm/w, 主要原因是LED会随着芯片面积的增大而出现电流密度不均匀的现象，导致了整体发光效率较低的同时还会产生较高的热量。
但是从长远的发展来看，LED背光技术与传统CCFL背光模块的成本差距在缩小，即使目前不能完全替代CCFL，但是LED背光技术的前景依然很可观。
背光模组作为液晶模组的主要部件，其销售量和液晶显示面板的销量联系密切，全球液晶显示面板的需求正在增加，这使背光模组的需求也随之增加。表1-1为2009年至2013年全球TV背光市场LED的需求统计，从表中可以看出LED的价格在逐年下降，需求在逐年增长。LED液晶电视在2009年的渗透率为3%，而到2013年LED液晶电视的渗透率高达87.30%。
LED封装大厂亿光在上海的法说会中曾指出，LED背光和照明两大应用将是未来几年内LED产业最主要需求成长的动力，主要是LED价格不断下降以及改用侧入式结构降低
了其成本的原因。
全球TV背光市场LED需求统计
2009 2010 2011E 2012E 2013E LCD TV全球销量（百万台）145 192 209 220 244 LCD TV渗透率3% 19.8% 43.90% 68.5% 87.3%
侧入式背光% 69% 90% 92% 70% 65%
直入式背光% 31% 10% 8% 30% 35% LED Bar
1-bar 0% 22% 26% 75%
2-bar 3% 45% 63% 16%
4-bar 97% 33% 11% 9% LED使用量（百万）2827 9127 14561 16801 18500 年增长% 416% 223% 60% 15% 10% LED平均价格（美元）0.42 0.33 0.19 0.17 0.15 均价变化% -16% -23% -42% -11% -10%
LCD TV 1187 2966 2745 2811 2786
年增长% 333% 150% -7% 2% -1%
表1-1全球TV背光市场LED需求统计
1.3 经济可行性分析
如今国内市场，液晶背光模组的竞争越来越激烈，随着国际品牌近几年反扑争取大陆市场，使得市场占有率比重明显提升，加上中国企业仍然未能突破核心技术、自主知识产权技术的瓶颈，这一点从根本上决定了未来中国企业难免出现被动局面。LED背光技术是中国未来的一个难得的契机，而且我们和国外一些著名企业在同一起跑线上，LED背光技术以其独特优势已经成为最理想的背光源，如何更好的把LED显示器的低功率、高光效的优势体现出来，无疑单短边LED背光的研制会为其提供更强的说服力。
此外，LED背光源的关键部件LED芯片虽然已经快速扩充产能，不过产率难以在短时间内提升，LED芯片可能将面临那供不应求，目前市场缺口已经超过了2成，在LED 背光模块改成单短边后，不仅仅降低了成本，对于正在处于供应紧缺的LED芯片也可望获得舒缓。
因此，单短边LED背光模组的研究开发意义尤为重要。
本课题应用于小尺寸、高光效、低功率的产品。在保证产品基本性能的前提下，提高LED背光高光效、降低系统复杂度以及架构成本，同时降低产品的功耗，符合国家节能减排低碳经济的发展要求，保护环境，具有很高的经济价值和研究价值。
1.4 本文研究的主要内容以及结构安排
本文以小尺寸LED背光源的表面出光效果为中心，利用lighttools软件模拟仿真，根据侧入式导光板传输光的原理，分析不同的网点分布对表面出光的照度均匀性以及亮度的影响。通过lighttools中的网点优化工具BPO（Backlight Pattern Optimization）对背光进行网点的优化设计，达到背光源的亮度以及均匀度的要求。
本文的研究工作可以分为以下几个部分：一、介绍本文的研究背景以及意义，以及介绍了LED背光技术的发展和研究现状，通过结合研究现状提出了本文研究的主要内容。二、简要介绍了背光模组各个部分的原理和作用以及导光板传输原理。三、通过实例介绍了lighttools软件的建模。四、建立背光源模型并进行仿真优化设计，通过对不同的网点结构仿真结构分析对照度以及亮度的影响。五、得出结论。
第二章 LED 背光模组的基本原理
2.1 LED 背光模组工作原理
在本文中的第一章中介绍了直下式背光源和侧入式背光源的原理基本结构，这两种背光源在技术和光源的摆放位置上各有优势。但是侧入式LED 背光源满足了产品轻薄化、低成本的发展需求。侧入式LED 背光模组作为目前市场的主流，同时也是本文研究的重点，因此下文将主要分析侧入式背光模组。
2.1.1导光板的基本原理
导光板作为侧入式LED 背光模组的重要元件，它使得导光板表面亮度均匀的基本原理是：从侧边耦合进导光板的光，在进入导光板及在导光板中进行传播的过程中进行折射和反射，全反射作用使得一部分入射光能够在导光板内不断向前传播而不从表面射出，地面设置的微阵列结构具有破坏全反射的作用，保证一部分光偏离全反射条件从上表面射出，从而将入射的类似点光源或线光源转化成面光源，其作用类似于光波导的作用，所不同的是其中的光线并不是从另一端射出，而是在经过导光板地面特殊设计的微结构破坏全反射，从而最终使光线均匀的从导光板出射面射出[1]。所以导光板内的光线传播是与材料的性质息息相关的，当光从导光板表面出射时，其角度与导光板材料的全反射角度有关，下文将结束光在介质中传播的基本原理以及参数。
2.1.1.1 材料的折射率
在几何光学中我们知道，光从一种介质中传播到另一种介质中时，因为折射现象的存在，它的传播方向会发生变化。这是由于材料之间不同的属性所引起的，折射率可以很好的反映出材料的这种重要属性的参数。光在不同介质中传播时的传播特性是由材料的折射率决定的，假设一种介质的相对介电常数以及相对磁导率分别为γε和γμ。那么
γε=0/εε,γμ=0/μμ。则在这种介质中，电磁波的传播速度为：
γγμεν/c = （2.1）
又光线在真空中传播的速度为：
00/1με=c （2.2）
那么我们定义光线从真空中入射到介质是发生这事时的折射率为光线在介质中传播的速度与光线在真空中传播的速度的比值：
ν/c n ==γγμε （2.3）
假设1n 和2n 分别为介质1和介质2的绝对折射率，那么光线从介质1入射到介质2表面时的折射率为：
1212/n n n = = 21/νν （2.4）
折射率其实就是两种介质中光线传播速度的比值。
2.1.1.2光线在导光板中传播的基本光学原理
光具有波粒二象性，也就是说光具有“波动性”和“粒子性”。那么研究光的传播问题就是研究波动传播的问题。而在几何光学中研究光的传播时，我们是把光看作是传输能量的几何线而不是看作电磁波，这样的线称为光线。
背光模组所涉及的光线理论是主要是以几何光学为主，因此主要利用几何光学来研究，在几何光学的最基本定理包括折射和反射定律以及光的直线传播定律。在一般情况下如2-1所示，设介质1的折射率为n,介质2的折射率为,n ，当一束光线从介质1中传播并入射到介质2时，一部分光线会改变它的传播方向返回到原来的介质1中，角度和入射角度一样，即：,11θθ=，也就是发生了反射现象。而另外一部分光线则入射到介质
2中，传播方向也发生了改变，变化的角度与两种介质的折射率有关系，也就是发生了折射现象。光在折射时遵守斯奈尔定律，入射光线、折射光线和法线均在入射面上并且相交于入射点，这就称为折射定律，其表达式为：
2211sin sin θθn n = （2.5）
图2-1折射何反射光路图
一般情况下反射和折射是同时发生的，当光线由光密介质入射到光疏介质时，随着入射角不断的增大，根据公式（2.5）的折射定律，折射角不断地偏离法线方向，当入射角增大到一定的程度时，折射角等于90度，这样就发生了全反射，全反射图如图2-2所示
图2-2全反射光路图
这样我们得到临界角的公式为：
)(sin 121n n c -=θ （2.6）
对于背光模组来说全反射定律是很重要的，背光模组的导光板使用的是PC 或者
PMMA 材料，其折射率分别为1.59和1.49，从全反射定律中我们可以计算出全反射角约等于为39度和42度，故大部分的光线是在导光板中传播的。
若相依光线从导光板表面射出，那么我们就需要破坏光在导光板中传播的全发射现象，所以导光板网点就起到了这样的作用。
2.1.1.3导光板中光传播原理
导光板中的光传播其实就是利用上面介绍的几何光学原理，导光板的照明技术关键就
工程光学设计
摘要 摘要：设计三片库克照相物镜，给出三片镜子的结构参数按照设计要求合理设计。近轴光路追迹求出设计系统的焦距和后焦距。然后利用zemax光学设计软件仿真验证设计结果。 关键词：照相物镜；光学设计 设计要求： 设计要求：采用三片库克（cookie）结构，D/f=1/5，半像面尺寸：18mm 半视场角：20°设计波长：0.486um、0.587um、0.656um，口径D：10mm 计算：系统焦距f，，后焦距（BFL） 第一章绪论 我们设计光学系统采用光线模型方法，即利用几何光学和光学工程中涉及到的基本方法、基本公式设计三片库克照相物镜。利用光线模型设计光学系统是非常重要的方法。曾经有位美国学者在回答有关光线和波动理论应用问题时，睿智的说;“你用光线理论设计照相机镜头，尽管是近视理论，但你用一个星期可以完成；然而你若用衍射理论设计照相机镜头，虽然你用的理论很严格，也去你一辈子才能设计出一个镜头。”可见用几何光学和工程光学中的光线模型设计光学系统是多么的重要。而近轴光线的追迹公式又是利用光线理论设计光学系统的基础。 根据近轴光学公式的性质，它只能适用于近轴区域，但是实际使用的光学仪器，无论是成像物体的大小，或者由一物点发出的成像光束都要超出近轴区域。 这样看来，研究近轴光学似乎没有很大的实际意义。但是事实上近轴光学的应用并不仅限于近轴区域内，对于超出近轴区域的物体，仍然可以使用近轴光学公式来计算平面的位置和像的大小。也就是说把近轴光学公式扩大应用到任意空间。对于近轴区域以外的物体，应用近轴光学公式计算出来的像也是很有意义的： 第一，作为衡量实际光学系统成像质量的标准。根据共轴理想光学系统的成像性质：一个物点对应一个像点；垂直于光轴的共轭面上放大率相同。如果实际共轴球面系统的成像符合理想则该理想像的位置和大小必然和用近轴光学公式计算所得结果相同。因为它们代表了实际近轴光线的像面位置和放大率。如果光学系统成像不符合理想，当然就不会和近轴光学公式计算出的结果一致。二者间的差异显然就是该实际光学系统的成像性质和理想像间的误差。也就是说，可以用它作为衡量该实际光学系统成像质量的指标。因此，通常我们把用近轴光学公式计算出来的像，称为实际光学系统的理想像。 第二，用它近似地表示实际光学系统所成像的位置和大小。在设计光学系统或者分析光学系统的工作原理时，往往首先需要近似地确定像的位置的大小。能够满足实际使用要求的光学系统，它所成的像应该近似地符合理想。也就是说，它所成的像应该是比较清晰的，并且物像大体是相似的。所以，可以用近轴光学公式计算出来的理想像的位置和大小，近似地代表实际光学系统所成像的位置和大小。由此可见近轴光学系统具有重要的实际意义，它在今后的研究光学系统的成像原理时经常用到。
基于单片机的RGBLED背光源设计
摘要：为设计背光源提出了一种解决方案。根据三原色原理，利用单片机作为控制元件、结合NCP 5623三原色控制芯片，设计了一种RGB LED背光源。对于NCP 5623的控制所用的I2 C总线的实现上，采取利用单片机任意2个通用I/O管脚和NCP两5623的I2 C引脚连接，作为I2 C总线，通信协议实现上采用软件模拟的方式，且单片机作为控制单元，只需实现最小系统的功能。这种方式简化了设计，节约了I2 C总线主控制器器件，降低了成本。在软件设计上，在此给出了软件模拟I2 C协议方式下的NCP 5623每一个功能的实现程序模板，给出了NCP 5623应用的一种通用方法，组合使用可实现三原色及亮度可调的基本功能。对教学和实践都有深刻意义。 0 引言 液晶显示器（LCD）是光调制器件，自身并不发光，所以为了可以清楚地看到透射式液晶显示器的显示内容，需要给液晶屏匹配一个背光源。目前的背光模组一般使用冷阴极管（CCFL）为光源，包含了红、绿、蓝等各色光的频率。CCFL因辉度高、成本低廉、技术成熟等优点被广泛的运用在平板显示器上。随着发光二极管（LED）亮度的改善，LED背光模组显示出CCFL无法比拟的优点，如色彩还原性好、寿命长、不含汞、有利于环境保护，这些使其成为LCD背光模组中的研究热点。LED背光模组的设计主要包括光学结构设计，驱动电路设计以及程序设计，显示性能主要表现在亮度、色度、均匀性等方面。本文将从驱动电路和软件设计的角度进行阐述，讲述了设计所采用的元器件、硬件原理及其软件编程，详细地探讨了RGB LED背光源的设计方案。 1 硬件设计 本设计采用单片机作为LED的控制核心器件，选用NCP 5623实现LED背光源的静态显示。单片机主要实现的功能是通过I2C协议控制NCP 5623芯片，NCP 5623根据单片机发送的命令调节3种颜色的LED的亮度从而达到背光的效果。NCP 5623是安森美半导体日前推出的高能效3路输出LED驱动器，带有I2C接口，并且内置渐进调光功能，3路LED可独立控制，总LED电流9可达0mA，并且是一种无铅器件。 该器件特别适用于驱动手机和MP3播放器等便携产品中的3色RGB（红、绿、蓝）LED 装饰光和增强型LCD背光。硬件结构图如图1所示。
LED背光规范国际标准
LED背光规范国际标准 链接：https://www.sodocs.net/doc/992011900.html,/tech/11282.html LED背光规范国际标准 国际电工委员会IEC／TC110(平板显示技术委员会)年会在日本举行，来自中国、日本、韩国、美国、荷兰等国家的技术专家代表参会。会议决定由海信刘卫东博士牵头起草LED背光规范标准，并就包括相关标准的术语定义规范、测试方法和标准制订工作细节等方面内容做了研讨。该系列标准由中国企业负责制定，尚属首次，将有助于提高我国背光源组件产业的整体技术水平、标准化水平和产品质量水平，对于提高国产液晶显示产业的国际竞争力具有十分重要的意义。 据悉，LED背光国际标准的总规范和分规范在背光组件系列标准中起到提纲挈领的作用，对LED背光系列标准的制定以及技术、产品的发展起关键作用。背光组件是液晶显示器件重要组成部分，在手机、笔记本电脑、显示器方面都有应用。刘卫东博士指出，一流企业做标准，到目前，在LED背光源技术方面，海信已经申请50多项国内外重要专利，其中大部分为发明专利，部分关键技术已申请了欧洲和美国专利。 目前，我国已是全世界最大的液晶电视生产基地。据Displaybank预测，2010年，全球LED背光电视市场将超过2000 万台。由于海信多年来在技术、质量上的积累，不断创造领先优势，为产品创造了差异化，在席卷全球的金融风暴中脱颖而出，取得了逆势增长的业绩。记者了解到，2009年1～11月，海信集团主营业务收入同比增长24.5%，海外销售收入已经5个月实现同比超过30%的快速增长，在澳洲、非洲、欧洲、美洲等地区的销售收入稳步上升，主要产品在重点区域已跻身当地一线品牌。 原文地址：https://www.sodocs.net/doc/992011900.html,/tech/11282.html 页面 1 / 1
背光源设计思路参考
背光设计思路参考 以下是以RGB的LED背光源为例来设计的，我们仅考虑白光LED背光源，设计起来比这个要简单一些，下面的内容作参考。 光源发出的光经过光学腔（腔壁采用高效漫反射片）混合后，再经过各种必要的光学膜片后，得到屏前（FOS）要求亮度。光学膜片一般包括扩散板（diffuser）、集光片（BEF）、增亮片（DBEF）、TFT屏和减反层等，如图1所示。 图1直下式LED背光示意图 1光学设计 显示模组的基本光学性质为屏前的白光色度、最高亮度及均匀性等。在背光系统里面，增亮片、集光片、扩散板、底反射片及LED（R、G、B）均称为光学元件，具有各自的光学性质，这些性质是光学设计时的重要参数。LED光源发出的光经过各层膜片及TFT时都发生了一定的变化。知道了这些参数后，就可以根据需求亮度和产品基本尺寸，按式（1）估算（lambertian型LED）背光所需的总光通量。 ΦLED=L FOS/ηLCD*A*2π*(1-cosφ1/2)/∏Ti（1） 式（1）中ΦLED为光通量，L FOS为屏前亮度，ηLCD为TFT透过率，A为TFT有效显示面积，φ1/2为（BEF与diffuser之间）亮度峰值的50％时的偏轴视角；∏Ti为各背光膜片亮度增益乘积。以6.4英寸显示模组为例，要求亮度为1000nit时，所需光通量总计约750lm。 接下来，必须把计算的总光通量分别分配到R、G、B三基色LED中，设计分配方案时，需要考虑的参数为产品白光色度要求（需根据经验考虑光学组件的色度偏移），及三基色色坐标（CIE1931），并按式(2)进行估算。
(2） 式(2）中ΦR、ΦG、ΦB为所需三基色LED的光通量，xR、yR、xG、yG、xB、yB、xW、yw为三基色LED和要求白光的CIE1931色坐标（三基色LED色度选取时，应先参考与彩膜（CF）的透射光谱匹配，再经视觉函数校正），分别取主波长625nm、530nm、470nm，经估算后取ΦR145lm、ΦG500lm、ΦB105lm。 现在，可以根据LED的规格（光效）大致计算出单色LED的工作电流和个数。以6.4英寸（4×5）背光为例，选取额定功率均约为1W（大功率的LED要求芯片面积增加，这样会出现电流密度不均匀，会造成整体效率下降，产生较高热量）的三基色LED，经估算，决定采用RGGBB方案，共6组，总共采用30颗LED。 最后，背光模组光学设计要做的是，保证混光的均匀性。在这里，我们采取底部均匀分组分布的排列形式（2×3），根据经验，背光腔高度大于15mm，均匀性可达80％。如果想进一步改善均匀度和结构厚度，可参考如图2所示的“植入地板架”设计。 图2植入地板架背光模组示意图 2热设计 LED工作时会发出大量的热，如果不解决散热问题，会导致发光亮度减弱和使用寿命的衰减。特别注意的是，温度对亮度的影响是线性的，而对寿命的影响呈指数性。 如式(3)所示，可以根据光通量和发光效率估算出背光模组的功耗。
【优质文档】产品设计规范
1、目的： 为更好地管控本公司之产品在设计时有规可循，特对设计作出此《产品设计规范》。 2、适用范围： 本公司内与产品相关之图纸均适之。 3、定义说明： 3.1成品图:指的是整个项目的所有部材的合成图纸,是产品出货前的标准图 纸。它反应了客户的最终需求（包括结构、电气或技术要求） 。3.2部材图：由成品拆分出来的每个零部件的结构及技术性能要求图。它是 本公司采购物料的依据。 4、设计规范内容： 4.1 成品图的设计规范如下: 4.1.1 产品在功能、外观、结构尺寸方面都必须先满足客户的需求。对于客 户需求于各因素状况下不能达到的，设计人员应首先提出来，并对它 作出相应的修正后用红色或手指符号明示出来， 并注明是什么原因修 改，以供客人重点审核和确认。 4.1.2 重点尺寸:长.宽.高要用“*”明示出来,参考尺寸要用“()”明示出 来.做参考不用量测.如图面有修改需用△表示出来修得次数 ,并用红色标明. 4.1.3 产品挡墙设计： a.非胶一体化产品：档墙高度高于1.4mm 时,档墙厚度要求大于0.45mm 如小于此值要与客人商讨看看能否加宽到此数值以上.(如图一) b.胶铁一体化产品：当挡墙厚度小于0.2mm 时，需与客户商讨将胶框料 去掉以铁框做为产品的挡墙。 4.1.4 为防止产品漏光,V.A 区视区到挡墙的距离： a.正常背光产品：V.A 视区到挡墙的距离必须要＞ 1.35mm,小于此尺寸时 图一四面档墙宽度大于0.45， 则小于需要与客人沟通
要与客人商讨挖挡墙来补足宽度。（如图二） b.窄边框背光产品：因为窄边框无挡墙故V.A视区到边框距离必须＞ 1.1mm，小于此尺寸时要与客户商讨将V.A视区尺寸做小来补足宽度。 4.1.5 FPC的定位尺寸因为是贴装与FPC本身的尺寸误差的积累,比较难控制,所以通常公差定义为:+/-0.3mm。（如图三） 通常标准 图三 4.1.6 客户没有要求时,基板上金手指露铜部位正反两面必须错开0.3mm以上,而其上的导电孔也必须错开0.5mm以上。如果客人有要求的,则按客户的要求来做。当导电孔距离露铜边线少于0.1时要做圆环。 4.1.7 卡LCD的四个角如客人没有要求时,我们要做方形的避空位。 4.1.8 LED间距以中间暗区小于等于两侧边暗区为最佳，原则H小于等于L，E大于等于 3.0mm，F小于13mm。（如图四）
MATLAB应用下的光学设计
课程设计说明书题目：MATLAB应用下的光学设计所属课程：应用光学 姓名： 学号： 班级： 指导教师：
中文摘要：本论文是在现有光学理论分析的基础上，利用MATLAB编程语言进行常见的光学仿真实验，旨在以一种更加直观的形式对现有理论和现象进行对比分析与研究。具体内容如下： （1）利用MATLAB绘制一个球面； （2）根据应用光学近轴光路计算公式，编写一个从轴上点光源发出的11条特征光线(u=±1.0, ±0.85, ±0.707, ±0.5, ±0.3,0)的近轴成像光线追迹；（3）利用过渡公式，设计一个透镜（由两个单球面组成），并画出其光线追迹图； （4）在2-3的基础上，编写实际光线的追迹，分析轴上物点的球差； （5）利用MATLAB的GUI(图形用户界面），设计一个可实时改变光路参数的GUI界面； （6）画出理想焦点附近的星点图，理解球差的存在； （7）用uitable函数以列表的形式给出参数和结果说明。 关键词：MATLAB；光线追迹；球差；GUI界面；unitable函数 Abstract：This thesis is based on the analysis of the existing theory of optical, using MATLAB programming language to simulate several kinds of familiar optical experiments. The purpose of it is to make comparative study and analysis of existing theory and phenomenon by a more intuitive form. Specific content as follows: (1) Using MATLAB to draw a spherical surface; (2) According to paraxial optical path calculation formula, write a program to draw 11 special paraxial light ray tracing from epaxial point light(u=±1.0, ±0.85, ±0.707, ±0.5, ±0.3,0 ). (3) Depend on transition formula, design a optical lens(include two single spherical surface) and drawing light ray tracing; (4) Based on 2 and 3, write a program about actual light ray tracing, and analyzing epaxial point’s spherical aberration; (5) According to MATLAB, design a GUI (Graphical User Interface) can change the parameters of optical path; (6) Understand the exist of spherical aberration by drawing comet around ideal focus; (7) Give the results and parameters in a list by uitable function. Key words：MATLAB; light ray tracing;spherical aberration; GUI; unitable function
新材料产业标准化工作三年行动计划
新材料产业标准化工作三年行动计划 按照国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的总体部署，为贯彻落实新材料产业“十二五”发展规划，做好新材料产业标准化工作，建立完善新材料产业标准体系，促进新材料产业发展，特制订本行动计划。 一、充分认识新材料产业标准工作的重要性和紧迫性 当今世界，以新材料为代表的战略性新兴产业正在成为引领经济社会发展的重要力量。各国高度重视新材料开发应用。标准是新材料开发、产业化及推广应用的重要支撑，是规范新材料市场秩序，促进企业参与国际竞争，维护产业利益和经济安全的重要手段。建立完善新材料产业标准体系，对于加快培育发展新材料产业，促进材料工业转型升级，支撑战略性新兴产业发展，保障国民经济重大工程建设和国防科技工业具有重要意义。 我国钢铁、有色金属、石化、化工、建材、黄金、稀土等原材料工业规模巨大，是国民经济的基础产业。截至2012年，原材料工业现行有效标准11814项，占工业和通信业现行有效标准的20%。各行业日益重视新材料标准化工作，新材料标准制修订步伐加快，2010年以来发布了碳纤维、光学功能薄膜、功能陶瓷等100余项新材料标准，推动了原材料工业结构调整和转型升级。
但总体上看，我国材料标准体系仍以传统材料标准为主，新材料产业标准体系尚未健立，关键标准前期研究、技术攻关相对不足，标准制定所需的工艺参数、材料性能等基础数据缺乏。以我国技术和标准为基础的新材料国际标准未取得突破，被动跟踪国际标准和国外先进标准的情况比较突出，难以满足新材料国际经济技术交流合作需求。新材料产业“十二五”发展规划提出的400个重点产品涉及近千项标准，大多数需要新制定。为促进新材料产业发展，充分推动新材料技术创新与产品更新换代，迫切需要加快新材料产业标准体系建设工作。 二、指导思想、基本原则与目标 （一）指导思想 以邓小平理论、“三个代表”重要思想、科学发展观为指导，以新材料产业“十二五”发展规划为导向，以支撑新材料产业发展对标准的需求为核心，以重点项目和重点工程为依托，加快重点新材料标准研制步伐，加强新材料标准化工作基础能力建设，积极参与新材料国际标准化活动，全面提升新材料产业标准质量，推动新材料标准有效实施，形成覆盖面广、创新性强、重点突出、开放协调的新材料产业标准体系，为促进新材料产业健康发展，增强产业竞争力提供保障。 （二）基本原则
ZEMAX光学设计超级学习手册-第1章
第1章ZEMAX入门 ZEMAX是一款使用光线追迹的方法来模拟折射、反射、衍射、偏振的各种序列和非序列光学系统的光学设计和仿真软件。ZEMAX有3种版本：ZEMAX-SE（标准版）、ZEMAX-XE（扩展版）、ZEMAX-EE（工程版），其中ZEMAX-EE的功能最为全面。 ZEMAX的界面设计得比较简洁方便，稍加练习就能很快地进行交互设计使用。ZEMAX的大部分功能通过都能选择弹出或下拉式菜单来实现，键盘快捷键可以用来引导或略过菜单，直接运行。本章将要讲述ZEMAX中的有关约定的解释，界面功能的习惯用法，以及一些常用窗口操作的快捷键。一旦学会了在整个软件中通用的、简单的习惯用法，ZEMAX用起来就很容易了。 学习目标： （1）了解界面主窗口菜单的各项功能。 （2）熟练运用快捷工具栏。 （3）熟练掌握大量光学行业中约定的解释，如优化、公差分析等。 （4）熟练掌握各对话窗口的操作，如镜头数据、波长数据等。 1.1 ZEMAX的启动与退出 安装ZEMAX软件后，系统自动在桌面上产生了ZEMAX快捷图标。同时，“开始”菜单中也自动添加了ZEMAX命令。下面讲解ZEMAX的启动与退出。 1．ZEMAX安装成功后，需要启动ZEMAX，才能使用该软件进行设计工作。ZEMAX 的启动有4种方式。 （1）选择“开始”菜单命令启动。 选择“开始→ZEMAX”命令，启动ZEMAX，如图1-1所示。 （2）选择桌面快捷方式图标。 安装完成，系统会在桌面上自动创建ZEMAX的快捷方式图标，双击图标便可启动ZEMAX，如图1-2所示；右键单击快捷方式图标后单击“打开”也可以启动，如图1-3所示。 如果桌面上没有快捷方式图标，可以从“开始”菜单中找到相应的程序命令发送到桌面快捷方式，如图1-4所示。
2010年高考通用技术模拟题参赛试卷(12)
高中通用技术高考模拟试卷 第Ⅰ卷(共40分) 一、选择题 （共20小题，每小题2分，共40分。在每小题给出的四个选项中，只有一个是符合题目要求的） 1．随着能源与环境的压力增加，清洁可再生的新能源近年受到普遍重视。在各类绿色能源中，风能是前景潜力巨大的可再生能源之一。下列对于风力发电应用理解不正确．．．的是（ ） A ．风力发电具有使用清洁，取用不尽，发电成本一定比水电、火电低 For personal use only in study and research; not for commercial use B ．风力发电对风电机组的质量要求很高，要经受住各种极端恶劣天气和非常复杂的风力交变载荷 C ．风力发电可以减少化石燃料发电产生的大量的污染物和碳排放 D ．风力发电规模化发展给风力发电装备制造业提供了广阔的市场空间和前 2．如今越来越多的事故发生由于地面上的窨井盖没有盖好而使过路人不慎掉下，特别是那些上了年纪的人或者小孩。在晚上一不留神，就会跌入没有盖好的地下井。为了避免类似的情况一再发生，也为了更好的给路人提个醒，韩国的三名设计师因此而特别设计了一款窨井盖，一种会发光的盖子。它的内外两个圆环均采用了发光系统，当盖子被移开后，这两个圆环就会发出荧光，即使是在黑暗中，也可以很好的提醒路人注意安全。这种会发荧光的窨井盖主要考虑了（ ） A ．普通人群和特殊人群 B ．人的生理需求和心理需求 C ．信息的交互 D ．动态的人和静态的人 3．很多生产厂家把外拉式易拉罐变成内嵌式易拉罐，其原因，解释最合理的是（ ） A ．内嵌式卫生 B ．内嵌式操作方便 C ．内嵌式制作成本低 D ．内嵌式有利于整体回收，更环保 4．如图为一款USB 分线器(USB Hub)，USB Hub 可以把一个USB 接口扩展为4个独立高速USB2.0接口，最高可达480Mbps ，向下兼容USB1.1/1.0标准规格，且具备热插拔、即插即用等功能。有了它你不用再担心USB 接口太少而出现的尴尬。设计该分线器时不需．．要考虑．．．的因素是（ ） A ．插孔的技术规范 B ．是否需要工作指示灯 C ．用户使用何种品牌的笔记本电脑 D ．用户电脑所安装的操作系统 5．这是一款便携式LED 灯，内置环保硅能电池，超高亮LED 光源，三种充电方式：太阳能充电、手摇充电、供电网充 第1题图 第2题图 第3题图 第4题图
光学设计任务书
燕山大学 课程设计说明书题目：摄远物镜设计 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称：
电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：光学仪器基础课程设计
目录 第1章摘要 (3) 第2章 ZEMAX软件和设计方法 (4) 2.1 ZEMAX软件介绍 (4) 2.2 设计方法 (5) 第3章设计过程 (6) 3.1初始结构的选择 (6) 3.2 ZEMAX的设计 (8) 3.3 ZEMAX软件优化 (8) 第4章心得体会 (14) 参考文献 (15)
第一章摘要 本课程的任务是在学习工程光学基础、光学测试技术等技术基础课程的基础上，进行光学仪器的设计，目的是了解光学设计中主要的环节，掌握光学仪器设计、开发的基本方法，以便今后能从事光学仪器的设计、研发工作。本课程主要研究光学仪器设计中的基本部分，如：光源、目镜、物镜、分化板等，以及光学仪器设计中考虑的基本问题，如：物象位置关系、5系统放大倍数、系统分辨率、相差等。课程涉光学基础、光学测试技术、误差理论及数据处理、精密仪器设计等多方面。了解光学系统的光学特性、光学系统的设计过程。初级像差理论与像差的校正和平衡方法，像质评价与像差公差，光学系统结构参数的求解方法。望远物镜设计的特点、双胶合物镜结构参数的求解和光学特性。目镜设计的特点、常用目镜的型式和像差分析。 关键词：光学系统成像质量像差像距摄远物镜
第二章ZEMAX软件和设计方法 2.1 ZEMAX软件介绍 ZEMAX是美国Focus Software Inc.所发展出的光学设计软件，可做光学组件设计与照明系统的照度分析，也可建立反射，折射，绕射等光学模型，并结合优化，公差等分析功能，是套可以运算Seqential及Non-Seqential的软件。 ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。ZEMAX 不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是 ZEMAX 的 CAD 转文件程序都是双向的，如 IGES 、 STEP 、 SAT 等格式都可转入及转出。而且 ZEMAX 可仿真 Sequential 和 Non-Sequential 的成像系统和非成像系统，ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。 ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。 ZEMAX 能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。ZEMAX 的界面简单易用，只需稍加练习，就能够实现互动设计。ZEMAX 中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。手册中对使 ZEMAX 时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能进行了描述。 ZEMAX目前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。该软件拥有两大特点，就是可以实现序列和非序列分析。在全球范围内，这款软件已经被广大的应用在设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以及漫射光的设计应用方面。 ZEMAX 有三种不同的版本：ZEMAX-SE（标准版）；ZEMAX-XE（扩展版）；ZEMAX-EE（工程版）。
汽车音视频及多媒体集成系统第 1 部分：音视频系统
汽车音视频及多媒体集成系统第1部分：音视频系统 国家标准编写说明 1，国家标准的提出 随着音视频及多媒体系统一体化产品在汽车上的应用快速增长，支持了我国汽车产业的高速发展。生产企业和市场质检监督均迫切需有国家技术标准的出台，统一规范。 为此，中国电子音响工业协会和全国汽车标准化委员会提出制定国家标准“汽车音视频及多媒体集成系统音视频系统”，并由全国汽车标准化委员会归口管理。中国电子音响工业协会按立项要求，组织业内骨干企业组成该标准起草组，按国标规范，完成了该标准的文本制定。（送审初稿）填补了全国汽车系列国家标准的一个空白。 2，标准的起草过程 标准工作组在起草本标准时，吸取了中国电子音响工业协会组织制定的HZB/T 1001—2007《车载音视频系统行业自律通用规范》的基本内容，重新编制制订了本标准的初稿。经过多次反复讨论修改，并对各项指标进行了全面的测试验证。根据测试验证的结果，对本标准做了进一步修改，形成本标准的征求意见稿。在广泛征求各方面专家的意见后，再次进行了修改。最后按照GB/T 20000《标准化工作指南》和GB/T 20001《标准编写规则》的要求，做了全面的格式化、规范化修改，遂形成本标准的送审初稿。 3，关于本标准的主要采标情况 为适应汽车行业要求，本标准采用了QC/T 413—2002“汽车电气设备基本技术条件”的有关内容。DVD部分基本采用“DVD视盘机通用技术规范”的有关条文，以保持标准的延续性。 4，关于超级VCD 由于超级VCD今天已极少使用，从实际需要出发，本标准不再包含超级VCD的有关内容。 5，关于数字调谐AM/FM接收机性能参数和测试方法 尽管已有SJ/T 10447-93“汽车收、放扩音机分类与基本参数”、SJ/T 10448-93“汽车收、放扩音机测量方法”，但它们都是为模拟调谐收音机制订的，不适用于数字调谐AM/FM接收机。 6，关于额定电压和测试/试验电压 由于汽车通常可提供两种额定电压供电（12V，24V），本标准分别做出对应规定。相应
光学设计论文
第一章前言 随着光学设计的发展，光学仪器已经普遍应用在社会的各个领域。光学仪器的核心部分是光学系统。光学系统成像质量的好坏决定着光学仪器整体质量的好坏。然而，一个高质量的成像光学系统要靠良好的光学设计去完成。 光学设计的理论和方法也在发生着日新月异的变化。光学是研究光的行为和性质，以及光和物质相互作用的物理学科。光是一种电磁波，在物理学中，电磁波由电动力学中的麦克斯韦方程组描述；同时，光具有波粒二象性，需要用量子力学表达。光的本性也是光学研究的重要课题。微粒说把光看成是由微粒组成，认为这些微粒按力学规律沿直线飞行，因此光具有直线传播的性质。我们通常把光学分成几何光学、物理光学和量子光学。 所谓光学系统设计即设计出系统的性能参数、外形尺寸、和各光组的结构等，大体上分为两个阶段，第一阶段为“初步设计”或者“外形尺寸设计”，即根据仪器总体的设计要求，从仪器总体出发，拟定出光学系统的原理图，
并初步计算系统的外形尺寸，以及系统中各部分要求的光学特性。第二阶段称为“像差设计”，一般称为“光学设计”，即根据初步设计的结果，确定每个透镜的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成型质量成像质量的要求。 一个光学仪器工作性能的优劣，初步设计是关键，当然在初步设计合理的条件下，如果像差设计不当，同样也可能造成不良后果。一个好的设计应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。 光学设计是20世纪发展起来的一门学科，至今已经经历了一个漫长的过程。光学系统设计的具体过程：制定合理的技术参数，光学系统总体设计和布局，光组的设计（包括选型，初始结构的计算，像差校正、平衡与像质评价），长光路的拼接与统算，绘制光学系统图、部件图和零件图，编写设计说明书，进行技术答辩。 光学设计的设计步骤为选择系统的类型，分配元件的光焦度，校正初始像差，减小残余像差（高级像差）。重复以上步骤，最终会找到一个满意结果。
光学设计
大连民族学院 工程光学课程设计（论文）平行光管物镜设计 学院（系）：物理与材料工程学院 专业：光电子技术科学 学生姓名：任增鑫 学号：2010053216 指导教师：芦永军 完成日期：2013-11-18 大连民族学院
摘要 平行光管是通过它取得来自无限远的光束，此光束谓之平行光。是装校调整光学仪器的重要工具，也是光学量度仪器中的重要组成部分，配用不同的分划板，连同测微目镜头，或显微镜系统，则可以测定透镜组的焦距，鉴别率，及其他成像质量。将附配的调整式平面反光镜固定于被检运动直的工件上，用附配于光管的高斯自准目镜头，通过光管上的高斯目镜观察，可以进行运动工件的直线性检验。在实际成像过程中，物体成的像应该与设计的光学系统一致，达到设计要求的放大倍数。所以，可以通过近轴光学公式计算出理想成像的位置和大小，近似地代表实际光学系统中所要求成的像的位置和大小。近轴光学公式对于工程光学设计有着重要的意义和作用，根据近轴光学公式的性质，它只能适用于近轴区域，但是实际使用的光学仪器，无论是成像物体的大小，或者由一物点发出的成像光束都要超出近轴区域。平行光管物镜物镜采用双胶合结构。双胶合结构能够很好的校正几种初级像差，而且结构简单，所以大多用此结构进行设计。 关键词：平行光管物镜；微小角度；近轴光学公式；双胶合结构
目录 摘要...........................................................................................I 设计要求： (2) 第一章绪论 (2) 第二章Zmeax光学设计软件简介 (3) 第三章平行光管物镜参数的手工计算 (5) 第四章课程设计结果Zmeax验证 (7) 致谢 (9)
背光源部材选用参考标准
程序名称：背光源部材选用参考标准 文件编号：WI-48B4006 生效日期：2006/09/29 编写人： 日期： 审批人： 日期： 如此印章并非红色<受控文件>， 代表此文件不会受到控制及更 新，请使用受控制之文件
1.0目的 规范产品设计选材的标准。 2.0范围 适用于光技术事业部开发的的背光产品。 3.0定义 不适用 4.0资历及训练要求 执行该程序无特殊要求 5.0内容 常用的功能性材料按其功用大致划分如下: 1.胶框 2.导光板 3.PCB及FPC 4.膜片类 3.1胶框的特点、分类、材质及应用范围 3.1.1胶框的特点：其它功能性材料起支撑或封装作用的部材，同时也是与客户模块组装及定位客 户LCD的主要部材，并兼有封闭光线的作用。它是背光源的主要部材之一。广泛应用于白 光产品及非白光产品上。 3.1.2分类：胶框按其功用分为REF及Housing。 3.1.2.1REF (1)定义：组成上无反射片，主要靠胶框来反射光线的胶框称为REF。 3.1.2.2HOUSING ①-定义：组成上有反射片，只起侧面反射封装光线作用的胶框或根本不起反射光线作用 的胶框。 3.2导光板的特点，材质及应用范围 3.2.1导光板(L/G)的特点：主要具有传播及扩散光线的作用的部材，对其它功能性材料起支撑作 用，有些也是与客户模块组装及定位客户LCD的主要部材，是背光源的主要部材。 3.2.2材质及应用范围见下表：
3.3PCB的材质，特点及应用范围 6.3.1材质及特点：构成----玻纤，铜，硅胶等。 材料：FR-4，厚度系列：0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.6等 FR-4强度及韧性好, 薄厚均有, 广泛应用于有光源的普通底背光、普通侧背光上。 PCB类的特点：因材质较硬，所以可连接各种电子组件如：LED、CHIP、LAMP、电阻、导线、连接头等等，此外还可连接PIN等。 6.3.2与主体(胶框或导光板)的连接方式： 多以结构固定,很少用双面胶来粘接固定。用于导光板类时表面大多刷白漆，用于感知器类表面大多刷绿漆。 6.4FPC的材质，特点及应用范围 6.4.1材质组成: ①.Polyimide ( FEP、Polyester、Epoxy) Film ②.copper ③.adhesive 6.4.2特点：厚度薄，最薄可达0.078+/-0.03 (单面)。 因为材质较薄，所以FPC上焊接的电子组件也有限，,它不能焊接PIN，连接头及LAMP等。 6.4.3应用： 用于彩屏背光产品上,特别是对厚度要求严格的产品。 6.4.4与主体(框盖或导光板)的连接方式： 由于厚度较薄，所以可用双面胶固定在导光板或胶框上。 6.4.5使用FPC比使用PCB更能简化导光板或胶框的结构，且有效降低厚度，但较PCB单价高。 6.5膜片类的分类及常用材质,特点及应用范围 6.5.1分类： 膜片类的部材种类繁多，性能也各异，经常用到的膜片规格按其功用大致分为以下五大类： 1.反射片 2.扩散膜 3.增光膜 4.遮光片 5.双面粘胶带 6.5.2反射贴布的特点,常用材质及使用范围 6.5.2.1反射贴布的特点：具有反射光线的作用，本身不含背胶。从外观上看有白色及银色两 种。 6.5.2.2常用材质及使用范围见下表:
lighttools背光源设计实例
Introduction Backlights are used for compact, portable, electronic devices with flat panel Liquid Crystal Displays (LCDs) that require illumination from behind. Applications include devices as small as hand-held palm pilots and as large as big-screen TVs. Goals for backlight design include low power consumption, large area with small thickness, high brightness, uniform luminance, and controlled viewing angle, either wide or narrow. To achieve these challenging design goals with a cost effective and timely solution, it is necessary to use computer-aided optical design tools to expedite the design. This paper describes fea-tures in ORA’s LightTools? illumi-nation design and analysis software that enable the development of state-of-the-art backlight designs. Optical Design and Analysis Tools for Backlights Illumination or lighting systems take light from one or more sources and transform it in some way to produce a desired light distribution over an area or solid angle. Illumination design software must be able to model the geometric and optical properties of different types of light sources and transforming elements, and it must also be able to evaluate the paths of light using optical ray tracing through the model to calcu-late the final light distribution.The light distributions are calculated using Monte Carlo simulations to calculate illuminance, luminance, or luminous intensity over the desired areas and/or angles. Rays are started from random locations and direc- tions from the source(s), traced through the optical system, and col- lected on receivers. Illuminance can be calculated for rays collected on surface receivers and intensity for rays collected on far field receivers. By defining a luminance meter for surface receivers, the spatial or angular variation of luminance can be calculated from that surface. In some cases, it may be important to analyze the chromaticity of a dis- play. The spectral energy distribu- tion of the sources (such as LEDs) can be specified. The output of CIE coordinates, together with corre- lated color temperature (CCT), quantifies the colorimetric behavior of the display. An RGB photorealis- tic rendering of the display output can also be generated. All of these analyses are available in LightTools. Aspects of backlight displays make particular demands on illumination analysis software. As will be dis- cussed, the means by which light is extracted from a backlight relies on either dense patterns of paint dots or patterned microstructures. Model- ing microstructure arrays in particu- lar can result in extremely large model sizes if created explicitly as a CAD model. LightTools provides the capability to define arrays of 3D textures that ray trace and render accurately but are not explicitly con- structed as part of the geometric model, thereby resulting in much smaller model sizes and much faster ray tracing. A second aspect of backlight analy- sis involves ray splitting and scatter- ing from the surfaces of the light guide. Because Monte Carlo simu- lations are used to analyze the illu- mination performance, a potentially large number of rays must be traced to get sufficient accuracy for com- parison of designs. It is most effec- tive to trace rays that carry most of the flux. This can be achieved by using probabilistic ray splitting to trace the paths with the most flux, and allowing use of aim areas or solid angles for scattering surfaces to direct scattered light in “important” directions (i.e., toward the display observer). What is a Backlight? A typical backlight consists of a light source, such as a Cold Cathode Fluorescent (CCFL) or Light Emit- ting Diodes (LEDs), and a rectangu- lar light guide, which is also referred to as a light pipe. Other elements than can be used include a diffuser, which enhances display uniformity, and a brightness enhancement film (BEF), which enhances display brightness. The light source is usually located at one edge of the light guide to mini- mize the thickness of the display. Edge lighting typically uses total internal reflection (TIR) to propa- gate light along the length of the dis-Optical Design Tools for Backlight Displays