CN110389445A - 一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法，先将导光板等分成若干网点设计区域，计算得到每个点光源对不同设计区域的光强和照度分布情况，然后推算得到每个设计区域的理论照度分布情况；通过引入优值函数MF对设计区域的理论照度与目标照度进行约束，建立导光板的网点分布规划模型；最后求解建立的网点分布规划模型得到相应设计网点的尺寸大小、数量及相邻网点间距，从而确定了导光板的网点分布情况。本发明可针对不同尺寸导光板推算得到相应散射网点分布情况，取代传统设计过于依赖人为经验，提高导光板网点设计及制作效率。

Description

一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法

技术领域

本发明涉及导光板技术领域，特别是一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法。

背景技术

导光板是利用多次反射来实现光源到目标光传输的一项关键技术，其应用非常广泛，如设备照明、仪器仪表盘、背光源和投影***等。导光板网点分布设计方法中经验试错法应用较为普遍，它一般是根据已有产品的网点分布特点生成初始散射网点设计方案，再根据初始设计方案制作成初版样品，然后对照样品测量的亮度并根据产品规格来调整网点，包括网点的大小、深度等几个方面参数，调整结束后再重新做样品，如此反复试错制版，直到样品出光均匀性达到目标规格为止，这种设计制作方法往往会消耗大量的人力物力。

因此，为了提高导光板网点设计效率，降低人为设计经验的依赖程度。研究者展开了许多工作。在专利CN108627905A中研究者设计了一组从光源入口处到导光板对称中心轴线方向直径依次递增的网点，通过分布光度计测试各网点得到最优值，产生了其所设计155个网点具体直径范围，使得形成的导光板具有最佳的均匀度和最佳的出光率。在专利CN108873154A中研究者对于开设于导光板上的凹坑网点，设计出由导光板的入光面近端向入光面远端依次由浅变深的网点分布，并将网点深度控制在0.03-0.15mm之间的，解决了导光板中网点较大、外观不美观的问题，增强了导光板打点后的通透感。但上述两种专利方案都存在着一定的局限性，对于前者其所设计的网点直径普遍较大，最大直径达到了1.6mm且设计网点对于不同尺寸的导光板都需要通过分布光度计测试得到，设计过程仍较为复杂；对于后者其所设计的网点深度是逐渐变化的，且存在网点直径分布不可控因素，这对于实施工艺要求过高，制造方法较为困难，不适合高效率生产。为此有必要提出一种新的设计方案继续改进这些问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法，可针对不同尺寸导光板推算得到相应散射网点分布情况，取代传统设计过于依赖人为经验，提高导光板网点设计及制作效率。

本发明采用以下方案实现：一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法，先将导光板等分成若干网点设计区域，计算得到每个点光源对不同设计区域的光强和照度分布情况，然后推算得到每个设计区域的理论照度分布情况；通过引入优值函数MF对设计区域的理论照度与目标照度进行约束，建立导光板的网点分布规划模型；最后求解建立的网点分布规划模型得到相应设计网点的尺寸大小、数量及相邻网点间距，从而确定了导光板的网点分布情况。

进一步地，所述将导光板等分成若干网点设计区域，计算得到每个点光源对不同设计区域的光强和照度分布情况，然后推算得到每个设计区域的理论照度分布情况，具体包括以下步骤：

步骤S11：将导光板OABC-O′A′B′C′模型建立在笛卡尔坐标系3中，其上任意一点P的坐标为P(x，y，z)，其中，l、w、h分别表示导光板的总长度、宽度和高度；将一个以上的LED光源放置于导光板一侧、双侧或多侧基础上的高度z方向的任意位置，且所述LED光源均是点光源，并记为s₁、s₂…s_k，k∈N^*，其高度满足h_LED＝a*h，a∈(0，1)；

步骤S12：令网点分布平面OABC为笛卡尔坐标系的xOy投影平面，所述网点分布平面OABC分别沿OA、OC方向划分成m、n等份，相应网点分布区域记为Q₁₁…Q_1n，Q₂₁…Q_2n，…，Q_m1…Q_mn，所述导光板出光平面O′A′B′C′认为是网点分布区域相对应的接收面；

步骤S13：将导光板网点分布平面OABC上的理论光强分布I(u，v)表示为：

I(u，v)＝Γ*s(θ，φ)；

式中，(u，v)是网点分布平面OABC上的两个自由度；s(θ，φ)是***中LED光源的配光特性，每个LED光源的配光特性是一致的；(θ，φ)是光源所在角空间的两个自由度；Γ是光学算子服从光迹方程，表示为：

Γ＝Γ(n(r))；

式中，n(r)表示介质折射率空间的分布，空间介质都是区域均匀的，因此将折射率的空间分布n(r)简化为所采用导光板材质的折射率n；

步骤S14：将所述网点分布区域Q₁₁…Q_1n，Q₂₁…Q_2n，…，Q_m1…Q_mn相对应的光强表示为I₁₁…I_1n，I₂₁…I_2n，…，I_m1…I_mn，所述网点分布区域相对应的照度满足点光源照度平方反比定律，表示为：

式中，E_mn表示网点分布区域Q_mn上的总照度；E_kmn表示点光源s_k在区域Q_mn的照度；θ是区域Q_mn平面与其法线方向形成的夹角；r_kmn表示点光源到区域Q_mn中心之间的距离，表示为：

进一步地，所述通过引入优值函数MF对设计区域的理论照度与目标照度进行约束，建立导光板的网点分布规划模型，具体包括以下步骤：

步骤S21：将接收面的目标照度与网点分布区域相对应照度之间的差异用优值函数MF进行评价，将该优值函数MF作为导光板网点分布的规划模型，并表示为：

式中，E′_mn是区域Q_mn对应接收面的目标照度值；ω_mn是区域Q_mn对应接收面占整个接收面的权重，并控制使接收面中心区域权重值大而接收面边缘权重值小；

步骤S22：导光板网点分布的规划模型需同时满足以下关系：

进一步地，所述每个布点区域Q_mn内的网点半径r_dot和数量N_mn均为常数，且两者还应满足以下关系：

式中，S_mn是布点区域Q_mn的面积；D_mn是布点区域Q_mn内网点密度，所述每个布点区域Q_mn内网点密度D_mn应是相同的，网点密度值D_mn控制在10％-30％之间。

进一步地，所述网点分布采用矩形交错排布，相邻网点的中心点之间的距离在导光板长度、宽度方向上分别记为Δx_dot、Δy_dot，由Δx_dot、Δy_dot、r_dot确定导光板的网点分布情况之后，还包括通过丝网印刷或喷墨打印的网点加工方法将设计网点转印至导光板上，实现导光板的制备。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明通过计算导光板各组分区域的理论照度分布，定义目标照度与理论照度之间的函数关系，建立导光板网点分布规划模型，能够针对不同尺寸导光板推算得到与之对应的网点分布情况，克服了传统设计过于依赖人为经验的缺点，提高导光板网点设计效率。本发明可以通过丝网印刷或喷墨打印的网点加工方法将设计网点转印至导光板上，实现导光板的制备，节约导光板的生产成本。

附图说明

图1为本发明实施例的导光板模型及其侧边LED光源空间位置示意图。

图2为本发明实施例的网点分布平面OABC区域划分示意图。

图3为本发明实施例的点光源s_k在网点分布区域Q_mn的照度计算示意图。

图4为本发明实施例的矩形交错排布的网点具体分布情况示意图。

图5为本发明实施例的网点分布应用于所述导光板模型中的软件仿真照度情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实施例提供了一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法，先将导光板等分成若干网点设计区域，计算得到每个点光源对不同设计区域的光强和照度分布情况，然后推算得到每个设计区域的理论照度分布情况；通过引入优值函数MF对设计区域的理论照度与目标照度进行约束，建立导光板的网点分布规划模型；最后求解建立的网点分布规划模型得到相应设计网点的尺寸大小、数量及相邻网点间距，从而确定了导光板的网点分布情况。

在本实施例中，所述将导光板等分成若干网点设计区域，计算得到每个点光源对不同设计区域的光强和照度分布情况，然后推算得到每个设计区域的理论照度分布情况，具体包括以下步骤：

步骤S11：如图1所示，将导光板OABC-O′A′B′C′模型建立在笛卡尔坐标系3中，其上任意一点P的坐标为P(x，y，z)，其中，l、w、h分别表示导光板的总长度、宽度和高度，所述导光板长、宽、高的具体尺寸可以为135×76×2mm；

LED光源可以放置在导光板的一侧、双侧或多侧，图1中，LED光源放置在导光板的一侧，所述LED光源放置于导光板高度z方向上，并记为s₁、s₂…s_k，k∈N^*，其高度满足h_LED＝a*h，a∈(0，1)；其中所述LED光源均认为是点光源且LED的数量根据实际导光板尺寸决定，在本实施例中，取23颗；

步骤S12：如图2所示，令网点分布平面OABC为笛卡尔坐标系的xOy投影平面，所述网点分布平面OABC分别沿OA、OC方向划分成m、n等份，所述m、n等份由导光板总长度、宽度决定(本实施例取m＝n＝5)，相应网点分布区域记为Q₁₁…Q_1n，Q₂₁…Q_2n，…，Q_m1…Q_mn，所述导光板出光平面O′A′B′C′认为是网点分布区域相对应的接收面；

步骤S13：将导光板网点分布平面OABC上的理论光强分布I(u，v)表示为：

I(u，v)＝Γ*s(θ，φ)；

式中，(u，v)是网点分布平面OABC上的两个自由度；s(θ，φ)是***中LED光源的配光特性，每个LED光源的配光特性是一致的；(θ，φ)是光源所在角空间的两个自由度；Γ是光学算子服从光迹方程，表示为：

Γ＝Γ(n(r))；

式中，n(r)表示介质折射率空间的分布，空间介质都是区域均匀的，因此将折射率的空间分布n(r)简化为所采用导光板材质的折射率n，本实施例取n＝1.49386；

步骤S14：将所述网点分布区域Q₁₁…Q_1n，Q₂₁…Q_2n，…，Q_m1…Q_mn相对应的光强表示为I₁₁…I_1n，I₂₁…I_2n，…，I_m1…I_mn，所述网点分布区域相对应的照度满足点光源照度平方反比定律，表示为：

式中，E_mn表示网点分布区域Q_mn上的总照度；E_kmn表示点光源s_k在区域Q_mn的照度；如图3所示，θ是区域Q_mn平面与其法线方向形成的夹角，且满足θ∈(0，π/2)，r_kmn表示点光源到区域Q_mn中心之间的距离，表示为：

在本实施例中，所述通过引入优值函数MF对设计区域的理论照度与目标照度进行约束，建立导光板的网点分布规划模型，具体包括以下步骤：

步骤S21：将接收面的目标照度与网点分布区域相对应照度之间的差异用优值函数MF进行评价，将该优值函数MF作为导光板网点分布的规划模型，并表示为：

式中，E′_mn是区域Q_mn对应接收面的目标照度值；ω_mn是区域Q_mn对应接收面占整个接收面的权重，并控制使接收面中心区域权重值大而接收面边缘权重值小；

特别的，在本实施例中，所述权重ω_mn还满足以下关系：

式中，p、q分别为区域Q_mn在两个相邻区域Q_(m-1)n、Q_m(n-1)方向上的系数，在本实施例中，所述系数p、q还满足p+q＝e^π/5；

步骤S22：导光板网点分布的规划模型需同时满足以下关系：

较佳的，在本实施例中，所述网点分布采用矩形交错排布，如图4所示，相邻网点之间距离沿OA、OC方向分别记为Δx_dot、Δy_dot。所述每个布点区域Q_mn内的网点半径r_dot和数量N_mn均为常数，且两者还满足以下关系：

式中，S_mn是布点区域Q_mn的面积；D_mn是布点区域Q_mn内网点密度，所述每个布点区域Q_mn内网点密度D_mn应是相同的，网点密度值D_mn根据实际导光板尺寸设定，可以控制在10％-30％之间，但不局限于此。如图4所示，所述网点的具体排布方式由Δx_dot、Δy_dot、r_dot确定，而Δx_dot、Δy_dot为S_mn的矩形几何关系不予赘述。本实施例中，Δx_dot＝1000mm，Δy_dot＝2000mm，r_dot＝320mm，但不局限于此。

在本实施例中，确定导光板的网点分布情况之后，还包括通过丝网印刷或喷墨打印的网点加工方法将设计网点转印至导光板上，实现导光板的制备。

较佳的，在本实施例中，所述网点均为半球形印刷油墨网点，所述每个设计网点深度h_dot保持一致且由实际印刷设备决定，可以为10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm，但不局限于此。

较佳的，在本实施例中，所述网点可以通过丝网印刷或喷墨打印的网点加工方法实现。

较佳的，在本实施例中，所述印刷油墨成分包括反应性齐聚物、活性单体、连结剂、反光粒子光引发剂、着色剂和添加剂。所述油墨由上述成分按一定质量百分比的一种或多种组合。所述印刷油墨可以采用反光粒子少的油墨和反光粒子多的油墨的一种或按一定质量配比的两者混合油墨，其中所述混合油墨的质量配比可以为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、2:3、2:4、2:5、3:4、3:5、4:5等，但远不局限于此。

在本实施例中，图5所示为所述网点分布利用光学模拟软件应用于所述导光板模型中的仿真照度情况示意图，所述仿真照度情况示意图直观地表明了所述导光板高出光均匀性的特点，且出光亮度均匀性优于93％。另外，所述导光板的水平及垂直方向上的照度分布也保持较高的一致性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法，其特征在于，先将导光板等分成若干网点设计区域，计算得到每个点光源对不同设计区域的光强和照度分布情况，然后推算得到每个设计区域的理论照度分布情况；通过引入优值函数MF对设计区域的理论照度与目标照度进行约束，建立导光板的网点分布规划模型；最后求解建立的网点分布规划模型得到相应设计网点的尺寸大小、数量及相邻网点间距，从而确定了导光板的网点分布情况。

2.根据权利要求1所述的一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法，其特征在于，所述将导光板等分成若干网点设计区域，计算得到每个点光源对不同设计区域的光强和照度分布情况，然后推算得到每个设计区域的理论照度分布情况，具体包括以下步骤：

步骤S11：将导光板OABC-O′A′B′C′模型建立在笛卡尔坐标系3中，其上任意一点P的坐标为P(x，y，z)，其中，l、w、h分别表示导光板的总长度、宽度和高度；将一个以上的LED光源放置于导光板一侧、双侧或多侧基础上的高度z方向的任意位置，且所述LED光源均是点光源，并记为S₁、S₂…S_k，k∈N^*，其高度满足h_LED＝a*h，a∈(0，1)；

步骤S12：令网点分布平面OABC为笛卡尔坐标系的xOy投影平面，所述网点分布平面OABC分别沿OA、OC方向划分成m、n等份，相应网点分布区域记为Q₁₁…Q_1n，Q₂₁…Q_2n，…，Q_m1…Q_mn，所述导光板出光平面O′A′B′C′认为是网点分布区域相对应的接收面；

步骤S13：将导光板网点分布平面OABC上的理论光强分布I(u，v)表示为：

I(u，v)＝Γ*s(θ，φ)；

式中，(u，v)是网点分布平面OABC上的两个自由度；s(θ，φ)是***中LED光源的配光特性，每个LED光源的配光特性是一致的；(θ，φ)是光源所在角空间的两个自由度；Γ是光学算子服从光迹方程，表示为：

Γ＝Γ(n(r))；

式中，n(r)表示介质折射率空间的分布，空间介质都是区域均匀的，因此将折射率的空间分布n(r)简化为所采用导光板材质的折射率n；

步骤S14：将所述网点分布区域Q₁₁…Q_1n，Q₂₁…Q_2n，…，Q_m1…Q_mn相对应的光强表示为I₁₁…I_1n，I₂₁…I_2n，…，I_m1…I_mn，所述网点分布区域相对应的照度满足点光源照度平方反比定律，表示为：

式中，E_mn表示网点分布区域Q_mn上的总照度；E_kmn表示点光源S_k在区域Q_mn的照度；θ是区域Q_mn平面与其法线方向形成的夹角；r_kmn表示点光源到区域Q_mn中心之间的距离，表示为：

3.根据权利要求1所述的一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法，其特征在于，所述通过引入优值函数MF对设计区域的理论照度与目标照度进行约束，建立导光板的网点分布规划模型，具体包括以下步骤：

步骤S21：将接收面的目标照度与网点分布区域相对应照度之间的差异用优值函数MF进行评价，将该优值函数MF作为导光板网点分布的规划模型，并表示为：

式中，E′_mn是区域Q_mn对应接收面的目标照度值；ω_mn是区域Q_mn对应接收面占整个接收面的权重，并控制使接收面中心区域权重值大而接收面边缘权重值小；

步骤S22：导光板网点分布的规划模型需同时满足以下关系：

式中，r_dot和N_mn分别为布点区域Q_mn内网点半径和网点数量，S_mn是布点区域Q_mn的面积；D_mn是布点区域Q_mn内网点密度，所述每个布点区域Q_mn内网点密度D_mn是相同的。

4.根据权利要求3所述的一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法，其特征在于，所述网点密度值D_mn控制在10％-30％之间。

5.根据权利要求1所述的一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法，其特征在于，确定导光板的网点分布情况之后，还包括通过丝网印刷或喷墨打印的网点加工方法将设计网点转印至导光板上，实现导光板的制备。