面光源项目光学方案

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1、LED侧发光平面光源项目光学方案蔡昌一、项目的应用背景自2003年6月启动“国家半导体照明工程”以来，短短几年，LED就已经在大江南北的许多景观照明工程中闪亮登场。随后，兴起led道路照明热。如今，天南地北的厂商们又瞄准了led室内照明乃至家用市场，速度之快，始料不及。LED侧发光面光源是一种新的室内照明灯具，具有轻薄、美观、无眩光等其他一些室内灯具难以匹敌的优势和特点。二、照明标准要求根据工业企业照明标准参考，室内办公照明的照度要求一般为200lux.三、LED侧发光平面光源的组成与光学原理3.1、LED侧发光平面光源的组成侧发光平面光源主要由led、导光板（亚克力）、反射材料（反射板反射

2、罩）、扩散板及外框等組成（如下两副图）。多个侧光式LED芯片排成一排,形成线光源,置于导光板的侧面,LED芯片所发出的光,通过导光板和扩散膜的反射、折射和散射,最终形成均匀的发光面,具有高亮度,均匀面发光的照明效果。由于底发光平面光源，不符合轻薄短小的趋势，因此，目前多以侧光式为主，导光板的作用在于引导光的散射方向，用来提高面板的亮度，并确保面板亮度的均匀性，导光板的良优对平面光源发光影响甚大，因此，导光板是侧发光平面光源的关键技术。导光板是利用注射成型的方法将丙烯压制成表面光滑的板块，然后用具有高反射且不吸光的材料，在导光板的底面用网版印刷的方式印上扩散点，光源位于导光板的侧边，所发出的光

3、利用利用反射、折射、全反射往薄的一端传导，当光线射到扩散点时，反射光会往各个角度扩散，然后破坏全反射条件由导光板正面射出，利用各种疏密、大小不一的扩散点，可使导光板均匀发光。反射板的用途在于将底面露出的光反射回导光板中，用来提高光的使用效率。扩散板的用途在于修正光行进的角度，使光线透过后产生漫射，让光强分布更均匀化。导光板按照工艺流程不同又可分为印刷式及非印刷式，印刷式是在压克力平板上用具高反射率且不吸光的材料，在导光板底面用网版印刷印上圆形或方形的扩散点。非印刷式则是利用精密模具使导光板在射出成型时，在丙烯材料中加入少量不同折射率的颗粒状材质，直接形成密布的微小凸点，其作用有如网点。目前国

4、内厂商大多仍采用印刷式的导光板作为导光组件，印刷式的导光板具有开发成本低及生产快速的优点，而非印刷式的模具开发技术难度较高，但在亮度上表现优异，亦可減少制程步骤，惟模具开发为技术瓶颈之所在，此技术难题只有日本少数大厂能够克服。本项目方案中我们采用印刷式的导光板来进行侧发光面光源的开发。3.2侧发光面光源的主要光学原理（导光板设计方法）3.2.1狭窄化方法楔形导光板为一般常见的导光板形状，其采用楔形的主要目的是希望借由导光板形状的改变来破坏光线全反射条件。这种方法我们也称之为狭窄化方法。详细的说明如下图3.3。由于远离光源端的光线强度较弱，所以一般的导光板在远端面的厚度较薄，导出的光线较多，而

5、近光源端的厚度较厚，导出的光线较少。此一边厚一边薄的形状为楔形。无绳电话、手机、掌上电脑等系统中的导光板大都为这种形状.图3.3光线行进路线随导光板结构改变图3.2.2毛面方法毛面是导光板设计中常用的方法，一般可以用金刚砂将导光板的下表面打磨使其变得凹凸不平后就制成了毛面。此方法的优点主要是制作简单，成本低廉。但由LED发出的光能，许多只在上表面上产生了一次全反射，在底面上没有再次形成全反射，在近光源处就产生散射而扩散掉了，下图给出了这种过程的示意图，图中在毛面下有反射片。毛面图3.4光线在下表面为毛面的导光板中的行进路线图因此它不能使大多数光能有效地传导到远离LED光源的面上。这种结构没有

6、解决照明光的不均匀问题。目前在廉价的仪表LCD显示屏的背光中还有应用。3.2.3扩散点方法(印刷式)在导光板底部加入大小不一的扩散点，并以不同密度分布在底面。扩散点的材料一般为具有高反射率的油墨材料，并以网点印刷的方式印制在底面，如图3.5所示。扩散点之所以能将光线导出乃是利用散射原理，将其入射光线散射后，而穿透出导光板表面，如示意图3.6所示。在3.6图中黑色为入射光线，当此光线射到扩散点时，会将一条光线散射为多条光线，如图中蓝色射线所表示。这些被散射的光线，当其入射角皆小于全放射临界角时，光线即透出导光板；而散射光线之入射角度仍大于全反射临界角的光线则继续反射，直到遇到下一个扩散点，重复

7、其散射过程。由于靠近光源附近的光强度较强，所以在靠近光源的下底面导光板的网点密度较低，且网点较小，而远离光源的底面导光板的网点密度较高，且网点较大。此种分布主要目的就是希望将光源强度较强部分的散射较少的光线；而光源强度较弱的部分散射较多的光线，以此来达到亮度均匀的要求。图3.5印有扩散点的导光板及扩散点图3.6光线在下表面有扩散点导光板中的行进路线图3.2.4微结构方法（1）.锯齿微结构法在导光板的上下表面加