用于视角偏转的光学膜表面微结构设计

针对传统的液晶显示器应用于一些驾驶舱时存在的特殊观看视角问题,设计了一种新型的光学膜,以使液晶显示器的最大亮度可根据观看者的位置实现特定角度的偏转。首先,基于现有背光的配光曲线,提出光学膜表面微结构为直角三角形;考虑由于直角边的全反射,半光强视角范围较窄且存在截止角,对微结构进行了棱高和角度的优化设计,使半光强处视角范围得到提高。为消除截止角并进一步增大半亮度视角范围,对微结构再次进行优化设计,提出了双峰折线形非对称的光学膜表面微结构。仿真结果表明:水平视角不变时,偏转膜垂直方向最大亮度在20°处,透过率为87.3%,半亮度视角为(-12.5°,45°)。根据设计结果加工了实际样品并进行了实验测试,测试结果表明:与传统的背光视角相比,偏转膜垂直方向最大亮度由原来的0°偏转到18.9°,半亮度视角由(-24.1°,23.5°)变为(-9.2°,45.3°),透过率为82.0%,满足了特定视角的观看要求。     

基于发光二极管配光曲线设计自由曲面透镜

针对头盔显示器(HMD)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。     

模块化等亮度LED路灯设计

针对当前LED路灯照明采用照度均匀的设计方法无法满足道路照明实际需求的情况,通过推导自由母线的偏微分方程,在研究路灯配光特性的基础上,应用SolidWorks软件建立LED路灯的光学模型,将光学模型导入TracePro软件进行仿真,应用DIALux软件模拟实际道路场景和路面的光照情况,完成一款符合国家标准的LED道路照明灯具配光设计。设计灯具的路面亮度总均匀度和路面纵向均匀度分别为0.82和0.77,都高于国家照明标准,既满足亮度均匀性的要求,也满足照度均匀性的要求。并研发了一款全新的模块化灯具结构,实用方便,市场前景广阔。     

LED背光源缺陷检测方法的研究

直下式LED背光源广泛应用于大尺寸液晶显示屏,发光晶片和光学透镜装配于PCB板上形成单个背光源,晶片和透镜间可能存在装配缺陷,即水平、高度、角度偏移,要求偏移量不得超过0.02mm、0.1mm、0.2°,否则会对显示屏显示质量造成不利影响。针对背光源的装配缺陷,提出了基于图像灰度曲线对背光源缺陷进行检测的方法。分析了透镜对晶片光线的作用,在光学软件Tracepro中建立了背光源工作模型并进行了仿真,得到了光线在显示屏上形成光斑的照度分布和照度曲线,获得了偏移类型与照度曲线的关系,设计了相应的图像采集平台,基于VC6.0设计了灰度曲线求取算法,进行了试验。试验结果表明,该检测方法可有效检测LED背光源的水平、高度、角度缺陷,检测精度分别为0.01mm、0.04mm、0.1°。     

一种利用自由曲面透镜的LED路灯配光设计与研究

随着半导体照明技术的发展,LED路灯应用日益广泛。其二次配光设计对LED路灯照明具有重要的作用。LED路灯应用中,为了使其照度和照度均匀度满足一定的要求,设计采用了自由曲面透镜的二次配光。根据折射定律、目标照明面光分布和照度均匀建立自由曲面的方程,数值法求得面型数据并导入建模软件拟合成透镜实体,对利用自由曲面透镜配光的LED及LED路灯进行了光线追迹仿真及分析。结果表明基于自由曲面透镜的LED路灯具有较好的照度、亮度和均匀度。     

均匀亮度低温升LED光源系统设计

针对现有LED照明技术可靠性不高、亮度均匀性差和散热难等问题,在分析LED发光特性及其驱动电路原理的基础上,从电力电子学、物理学和金属材料学知识入手,设计了一款均匀亮度低温升LED光源系统,主要由隔离式恒压源电路、LED恒流驱动及调光电路、光学设计及系统散热设计4部分组成。经过实验测试,系统实际功率达50W,光效达70lm/W,相比目前的LED照明技术,光效提高了16.7%;而采用灯具散热后LED温升从未使用灯具散热的50℃降为15℃,有效地降低了系统温升,极大地增强了散热效果。     

远场均匀照明的LED排列设计

为了实现远场的照度均匀性,在已设计的LED平面排列组合的基础上,提出了LED白光照明单元的球面排列设计方法。相比平面的排列,把LED照明单元组合排列在半球形表面,在被照接收面上产生更宽角度的照度分布。并对几种不同排列的LED照明单元进行分析,建立了光学模型和设计方程式,模拟出远场的照度分布情况。结果表明在极限角度内LED球形排列具有均匀广泛的远场照度分布。     

用于机载液晶显示的四基色发光二极管背光源

针对机载液晶显示的特殊要求,设计了一种四基色发光二极管(LED)背光源。采用了能单独控制亮度的红、绿、蓝、琥珀等4种颜色的LED,以克服现有滤光片方法带来的夜模式下显示色域大幅下降的问题。在昼模式下工作时,4种颜色的LED同时发光,混合成白光;在夜模式下工作时,关闭红色LED以减少红外辐射,而绿、蓝、琥珀等3种颜色LED工作。计算了夜模式下3种颜色的混合配比。将蓝色LED的混光比例作为固定值代入昼模式下计算得到红、绿、琥珀的配比。仿真设计了采用红、绿、蓝三合一LED和单独琥珀色LED的背光源,分析了它们的性能,并开发了实际样品。测试结果表明:昼模式下,背光模块的发光强度为23 515cd/m2(屏前亮度为1 175cd/m2),非均匀性为8.07%,色域为NTSC(National Television Standard Committee)的116.5%;夜模式下,背光模块的发光强度为15.36cd/m2(屏前亮度为0.77cd/m2),非均匀性为15.49%,色域为NTSC的83.5%,满足机载液晶显示的要求。     

侧入式LED背光模组结构优化设计

侧入式LED背光源模组的技术研究主要集中在模组的结构设计和模组中的导光板设计,利用侧入式背光模组这种结构将LED光源转化为均匀的面光源。本论文主要从背光源的生产工艺上进行背光模组的结构设计和导光板设计,介绍了一种以LED为光源的侧入式背光模组结构和导光板结构设计。结合软件模拟分析验证,在导光板的显示区域中亮度均匀性达到80％以上,满足了背光源模组工程设计上的要求。     

提高车载平视显示器观看亮度的微结构膜设计

车载平视显示器可以将驾驶员需要低头查看的信息以虚像的形式直接显示在驾驶员的视线方向上,有效地减少因视线偏离驾驶方向导致的交通事故。当前的平视显示器产品在其眼盒(Eyebox)区域以外仍然存在部分虚像,导致Eyebox区域亮度降低、系统光效不高等问题。本文以像源图像单列像素点的散射角度作为设计单元,设计了一种光学微结构薄膜来调控投影光线的方向,将投影光线更多地聚集于Eyebox区域内。对该微结构膜进行了建模仿真、实际加工和实验测试,测试结果表明Eyebox区域上的平均亮度提高了31.7%左右。该方法可有效提高平视显示器的观看亮度和系统光效,一定程度上减少了Eyebox区域外的杂散光线,减少了驾驶室内的光污染。     

基于椭流线法的LED射灯菲涅耳反射器设计

基于非成像光学中的边光原理和椭流线理论提出一种菲涅耳反射器设计方法。通过对光源的通量均分、椭流线虚实焦点的配对,以及光学仿真优化三个步骤实现对LED射灯二次均匀配光。该方法可避免引入色散,降低光学设计难度,并实现在目标面上光照度分布均匀的投射效果。模拟考察了距光源3m远,直径为1.2m的圆形平面上的实际效果,其中包括目标面上的照度分布和均匀性、安全性、机械加工公差等相关方面,仿真结果表明,设计是安全、可靠和可行的。     

光源布置对汽车背景光系统亮度一致性的影响研究

汽车仪表中的光源布置决定着光源光照度分布从而最终影响汽车背景光的亮度一致性.本文讨论了汽车背景光发展现状及新型光源:发光二极管(LED)作为背景光源的应用情况,分析了目前LED在汽车背景光应用中存在亮度不一致的情况,着重研究了光源布置对汽车背景光亮度一致性的影响,提出了一种通过优化光源布置中相邻LED间距提高汽车背景光亮度一致性的方法.该方法在保证视觉亮度一致性的情况下充分利用了LED的光效,优化了LED的使用数量.实际汽车背景光部件设计中的成功应用证明了该方法的有效性.     

用于侧出式发光二极管背光的全局动态调光算法

结合背光源发展趋势,提出了适用于侧出式LED背光的全局动态调光算法。首先,根据显示图片平均灰度值、最大灰度值和平均值的差值确定背光调光亮度。接着,基于S曲线对液晶像素亮度值进行补偿。亮度大于S曲线拐点的像素的调整因子大于1,小于拐点的像素的调整因子小于1,以此有效提高静态对比度,并且不会引入溢出失真。对算法进行了仿真分析并开发了原理样机进行实际验证。结果表明:采用动态调光算法的液晶显示器的功耗严重依赖于显示内容;显示40幅不同类型的图片时,平均整机节能为9.39%;静态对比度提高了124.7%。采用本文提出的全局动态调光算法的侧出式背光具有成本低、体积轻薄、节能、对比度高的优点。     

一种新型组合式LED汽车尾灯

现有的LED汽车尾灯没有充分利用LED的优点,致使尾灯配光设计困难,成本据高不下。现有效利用LED光源体积小、亮度高等优点,运用TracePro等仿真软件成功设计出一款新型组合式LED汽车尾灯。该尾灯完全依靠反射腔配光,结构设计简单、灵活。实际测试和实验表明,该尾灯满足汽车尾灯在造型、光学等方面的要求,是一种节能、高效的新一代汽车尾灯。     

提高LED车灯光能利用率的实验性研究

为了提高LED车灯光源的利用率以及提升非成像光学系统的光线分布的均匀性,从LED的发光方向和反射镜的设计两个方面着手,利用TracePro光学软件建立了模型,并对其进行模拟仿真。仿真结果表明:采用LED向上发光与光学组合反光镜结合的方式能够较大程度地提高光源的利用率。     

一种基于人眼特性的非线性汽车内饰LED灯光调节策略

目前汽车内饰照明设计中,存在LED灯渐亮和渐灭变化不均匀的现象。根据人眼对客观亮度变化的响应特性,基于孟塞尔颜色体系中明视度和亮度的非线性关系,建立了汽车内饰LED照明的亮度级数和驱动占空比的关系。通过实车测试验证,对调光曲线进行了修正,达到人眼对汽车内饰背景光亮度变化均匀感觉的效果。     

具有均匀光照场的LED封装透镜设计

据LED器件的结构特征定义LED光学模型,求得均匀光照场的LED封装透镜的截面曲线方程,运用龙格—库塔法(Runge-Kutta method)求解方程并在MatLab中使用多项式拟合获得相关数据,分析数据并根据LED制造的工艺条件修正数据,在Tracepro光学软件中建模仿真得到希望的LED光源模型及封装透镜数据,获得目标的均匀光照场。     

基于扩展光源的视角偏转膜表面微结构设计

为了使应用于驾驶舱内的液晶显示器满足观看者的特殊视角要求,设计了一种能够将液晶显示器的最大亮度由正视方向根据观看者的位置偏转到特定方向的光学膜.本文基于扩展光源进行设计,根据扩展光源上不同位置的光线到达微结构的能量不同,提出了分段加权叠加的方法设计出微结构面型.仿真结果表明:水平视角不变,垂直视角偏转-15o,光线透过...     

高速公路隧道LED照明智能控制示范应用

为了实现按需照明,节约电能,并延长LED灯寿命,设计了一种高速公路隧道LED照明智能控制系统,由传感器、计算机、照明灯具及传输通道等组成,可依据洞外亮度、车流量和车速等信息对LED照明灯的亮度进行调节。系统有自动、时序、手动3种工作模式,以适应不同的要求,在西商高速公路黄沙岭隧道和岭底隧道完成了示范应用。试验结果表明,和高压钠灯相比,采用LED照明灯及其智能节能控制,照度均匀性好,照明电费节约45%以上。     

用于植物照明的LED阵列设计

基于温室植物光学作用和光形态调节原理,设计了两种用于植物照明的发光二极管(LED)阵列.通过推导阵列的辐射照度叠加公式并根据叠加公式对阵列进行仿真优化.两种阵列均采用红蓝LED相结合的方式排列,其中阵列1红光和蓝光LED的数量比是1∶1,阵列2红光和蓝光LED的数量比是4∶1.通过光学模拟软件Tracepro对照射平面...