CN113609726B - 漏光强度的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种曲面显示器漏光强度的计算方法，通过提取曲面显示器的几何设计参数，并根据曲面显示器的几何参数建立有限元模型。向有限元模型施加弯曲变形，通过对模型在弯曲变形下产生的应力来对光线的相位差进行计算求解，并根据得到的应力以及转换关系，最终得到曲面显示器的复振幅矩阵以及显示器的漏光强度。本申请实施例中计算得到的漏光强度更加准确，且能较好的对曲面显示器的设计提供参考。
Description
技术领域
本申请涉及显示面板显示技术领域，特别是涉及一种漏光强度的计算方法。
背景技术
随着显示技术的不断提升，人们对显示面板及显示装置的性能以及面板的显示质量均提出了更高的要求。
与平面显示器产品相比，曲面屏幕显示器由于具有更大的显示视角以及显示效果，而不断受到人们的青睐。在曲面显示面板中，显示屏幕具有一定的弯曲曲率，从而导致了玻璃以及膜层承受了一个成形的应力。而且弯曲曲率越大，即弯曲半径越小，则膜层对应的应力也越大。当膜层或玻璃承受应力过大时，会出现光弹性效应，进而导致了屏幕在暗态时出现漏光的问题，并影响曲面显示面板的显示效果。为了防止曲面显示器在装配完成后出现严重的漏光问题，需要在设计之初对曲面屏幕的设计参数进行评定，并计算出曲面屏幕对应的漏光强度值，以根据该漏光强度值对曲面屏幕进行补偿。但是，现有技术中，不能准确的计算并得到曲面显示器件的漏光强度值，从而不能较好的对曲面显示器进行补偿并提供设计依据。
综上所述，在设计制造显示设备时，不能准确的对显示设备在暗态时的漏光强度值进行计算，不能较好的对曲面显示器进行补偿，从而提高了曲面显示器的制备成本。
发明内容
本申请实施例提供一种漏光强度的计算方法，以准确的计算出显示设备在暗态时漏光强度，并根据该漏光强度，在设计时对曲面显示器的结构进行补偿，进而提高面板的性能。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供的技术方法如下：
本申请实施例的第一方面，提供了一种漏光强度的计算方法，包括如下步骤：
提供一显示面板，并获取所述显示面板的各项参数值；
确定一全局XY坐标系，并根据测定的所述参数值在所述全局XY坐标系上建立一有限元模型；
将所述有限元模型划分成至少两层子膜层，向所述有限元模型施加一弯曲变形，并提取所述有限元模型在所述弯曲变形时，所述有限元模型一侧对应的所述子膜层表面产生的应力分量值；
根据所述子膜层表面的所述应力分量值计算出所述子膜层对应的主应力值和所述主应力的方向角；
根据所述子膜层的主应力值获得所述入射光在该层上产生的相位差，并根据所述相位差得到所述入射光对应的透射光的复振幅矩阵；
重复上述步骤，并分别测定所述入射光在透过每层时对应的所述透射光的所述复振幅矩阵，并根据所述复振幅矩阵得到所述曲面显示器的漏光强度。
根据本申请一实施例，在计算所述应力分量值时，首先计算所述入射光在所述子膜层的上表面上对应的正应力分量和剪切应力分量：σ(top)x、σ(top)x、τ(top)xy，以及下表面上对应的正应力分量和剪切应力分量：σ(bot)x、σ(bot)y、τ(bot)xy；其中，top表示所述膜层的上表面，bot表示所述膜层的下表面。
根据本申请一实施例，在计算所述应力分量值时，将所述子膜层在厚度的方向上划分为m层，并根据线性插值法得到第i层对应的应力分量值；其中， m、i均为整数，m≥2。
根据本申请一实施例，所述第i层对应的应力分量值为：
其中1≤i≤m。
根据本申请一实施例，在计算所述主应力的大小和所述主应力的方向角时，根据如下公式：
其中，(i)1、(i)2分别表示对应膜层在全局xy坐标平面内的最大主应力和最小主应力，θi为所述主应力的方向角。
根据本申请一实施例，在得到所述相位差时，根据如下关系进行计算：
其中，C为所述子膜层的相对应力光学系数，λ为光波的波长，hi为所述膜层的厚度。
根据本申请一实施例，当所述入射光在第i层膜层时，计算所述入射光在全局坐标系下对应的所述复振幅矩阵，所述复振幅矩阵表示为：
其中，A为光波振幅，φ为相位，in代表入射光线。
根据本申请一实施例，还包括如下步骤：
S100：将所述复振幅矩阵旋转θi的角度，得到对应的局部x’y’坐标系，并得到在所述局部x’y’坐标系下，所述入射光对应的复振幅矩阵：
其中，x’、y’分别为对应的所述局部x’y’坐标系的坐标值，out代表透射光线；
S101：转换完成后，将所述局部x’y’坐标系下得到的所述复振幅矩阵再旋转-θi的角度，并得到全局XY坐标系下，所述入射光对应的所述透射光的复振幅矩阵：
其中，
根据本申请一实施例，所述步骤S101中，还包括如下步骤：
当所述透射光线经过m层膜层时，将每层所述透射光对应的所述复振幅矩阵相乘；
其中，
根据本申请一实施例，所述漏光强度等于所述复振幅矩阵在y轴上的分量对应的矩阵的模的平方。
综上所述，本申请实施例的有益效果为：
本申请实施例提供一种漏光强度的计算方法，通过建立有限元模型，向有限元模型施加弯曲变形，通过对模型在弯曲变形下产生的应力来对光线的相位差进行计算求解，并根据得到的应力以及转换关系，最终得到曲面显示器的复振幅矩阵以及显示器的漏光强度。本申请实施例中的计算以及确定方法更加快捷并且得到的漏光强度值更加准确，能较好的对曲面显示器后续的设计提供参考。
附图说明
下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果更显而易见。
图1为本申请实施例中提供的曲面显示器的暗态漏光示意图；
图2为本申请实施例提供的对漏光强度的计算步骤流程示意图；
图3为本申请实施例的漏光强度计算对应的算法流程图；
图4A为本申请实施例提供的有限元模型示意图；
图4B为本申请实施例中提供的各膜层受力示意图；
图5为本申请实施例中建立的有限元模型的应力分布示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
随着显示面板制备技术的不断发展，曲面显示器被人们越来越重视，曲面显示器在进行画面显示时能具有较大的显示视角，体验感受较佳。但是，现有技术中制备形成的曲面显示器往往存在着一定的暗态漏光问题。进而影响曲面显示器的性能。本申请实施例提供一种曲面显示器的漏光强度的计算方法，以准确的对曲面显示器在使用时的漏光强度进行计算，进而在根据得到的漏光强度对曲面显示器进行补偿，提高曲面显示器的各项性能。
如图1所示，图1为本申请实施例中提供的曲面显示器的暗态漏光示意图。在对显示设备的漏光强度计算时，本申请实施例以曲面显示器为例进行说明。详见图1，提供一入射光104，并使该入射光104入射到曲面显示器件内。入射光 104在曲面显示器内会依次透过显示器的各层膜层，同时，入射光104在透过各膜层时会在膜层的作用下产生偏振。而对于曲面显示器产品而言，其面板中的玻璃存在一定的弯曲，而当透射光在经过该曲面时会出现一定的漏光问题。本申请实施例中的入射光104可为显示器内部背光膜层所发出的光线。
在曲面显示器内包括多层膜层，优选的，如水平偏振片102、玻璃层101以及垂直偏振片100。上述各膜层的具体设置位置关系不做具体限定。当入射光104 在没有经过任何膜层时，其光的振动方向为任一方向，如入射光振动方向103。入射光振动方向103会在各个方向上进行振动。
具体的，本申请实施例中以各膜层的中心为坐标原点O，如垂直偏振片100 的屏幕中心点为原点。同时，以水平方向为X坐标轴，垂直方向为Y坐标轴，且将曲面显示器从背光一侧指向外侧的方向定义为Z坐标轴的正方向。空间坐标系定义完成后，背光产生的入射光104沿z轴正方向进行传播，会依次经过曲面显示器的水平偏振片102、玻璃层101和垂直偏振片100。
而作为使用者，可从第一观察方向01或第二观察方向02对曲面显示器进行观察。其中，观看方向沿着z轴负向。由于光是一种波，并且具有一定的能量，因此会在传播的垂直方向振动。同时，由于背光模组产生的入射光104为白光，因此其在XY平面内的任意方向均有振动分量。本申请实施例中，玻璃层101不影响光的振动方向，即当入射光104经过玻璃层101时，不会在玻璃层101的内部产生相应相位差。显然入射光经过水平偏振片和垂直偏振片的组合后，不会有光通过，进而造成屏幕的暗态。
在正常情况下，玻璃层101的内部会存在一定的应力，在应力的作用下，玻璃层101会出现一定的弯曲，从而使得入射光104在经过玻璃层101时，出现光弹性效应。即玻璃层101在其表面出现不同方向的应力分量。该应力分量的方向与玻璃层101的表面对应的主应力的方向不同，本申请实施例中，水平偏振光与主应力方向上的应力之间分解得到的应力分量σ1、σ2，透过玻璃层101后的透射光则会产生在垂直方向Y振动的光分量，透过垂直偏振片100光轴后从而导致漏光。
因此，根据上述导致漏光的原理，本申请实施例中，如图2、图3所示，图2 为本申请实施例提供的对漏光强度的计算步骤流程示意图，图3为本申请实施例的漏光强度计算对应的算法流程图。
具体的，在对漏光强度进行计算时，包括如下步骤：
S100：提供一显示面板，并获取所述显示面板的各项参数值；
S101：确定一全局XY坐标系，并根据测定的所述参数值在所述全局XY坐标系上建立一有限元模型；
S102：将所述有限元模型划分成至少两层子膜层，向所述有限元模型施加一弯曲变形，并提取所述有限元模型在所述弯曲变形时，所述有限元模型一侧对应的所述子膜层表面产生的应力分量值；
S103：根据所述子膜层表面的所述应力分量值计算出所述子膜层对应的主应力值和所述主应力的方向角；
S104：根据所述子膜层的主应力值获得所述入射光在该层上产生的相位差，并根据所述相位差得到所述入射光对应的透射光的复振幅矩阵；
S105：重复上述步骤，并分别测定所述入射光在透过每层时对应的所述透射光的所述复振幅矩阵，并根据所述复振幅矩阵得到所述曲面显示器的漏光强度。
在对曲面显示器的漏光强度进行计算时，由于曲面形状不便于计算。因此，本申请中首先对提供的显示面板进行测定。具体的，测定并得到曲面显示面板的长、宽、厚度以及弯曲曲率等结构参数。本申请实施例中，以玻璃层101的厚度为h为例进行说明。并根据上述参数，在仿真分析软件中建立一表示曲面显示器各膜层应力的有限元模型，由于曲面显示器内部的液晶层的厚度较薄，因此，液晶层的厚度可忽略不计，因此，在建立模型时，主要以显示面板的阵列基板层对应的玻璃层以及彩膜基板层对应的玻璃层为主要的模型对象进行建立，以模拟真实的显示面板的结构。本申请实施例中建立的有限元模型可在不同的分析软件中进行建立，通过建立模型，以将实际中的产品反映到该有限元模型上，并通过分析该有限元模型上的各种受力状况，以得到本申请实施例中所需要的漏光强度值。
在建立上述有限元模型建时，首先选定一坐标原点，并以该原点坐标为全局XY坐标系的坐标原点，建立该有限元模型。
具体的，在计算产生的应力分量值时，对该有限元网格进行划分。本申请实施例中，玻璃层101的网格类型采用连续壳单元结构的网格，且使玻璃层101 上每个网格节点的分布完全一致，如图4A所示的有限元模型40，有限元模型40 对应于显示面板内的玻璃层。从而使得该有限元模型40能较好的模拟曲面显示器的结构。
由于曲面显示器的各膜层上存在一定的应力，因此需要对模型施加一定的作用力，使模型内部也出现相应的应力值，具体的，该作用力可通过向有限元模型上施加一弯曲变形来实现。其中，在向模型施加的作用力时与实际产品中各膜层上所形成的作用力是相同，因此通过对模型进行解析，模型能真实的反应到实际产品在弯曲时的应力及应变状态，进而可得到本申请中所需要的漏光强度值。
具体的，在对有限元模型40计算时，首先在有限元模型40的上下表面上施加一标准大气压，通过大气压力使有限元模型40发现弯曲变形。具体的，使有限元模型40压向弯曲的刚性中框，并使各膜层完全贴合。并将该压强撤去。由于本申请实施例中设定的接触为不分离接触属性，因此，有限元模型不会发生回弹，进而得到曲面显示器在实际应用时的状态。
进一步的，如图4B所示，图4B为本申请实施例中提供的各膜层受力示意图。在显示面板内，模组内的入射光发出的光线会经过多层膜层，如多层玻璃膜层的作用，并最终射出显示面板，本申请实施例中的玻璃层以第一玻璃层401和第二玻璃层402为例进行说明。当曲面显示面板到外力作用后，有限元模型的一侧的膜层，该膜层为有限元模型的最外侧的膜层，如其各玻璃层的上表面或下表面均会出现形变，如第一玻璃层401的上表面4001(即top面)，第一玻璃层401 的上表面4001在弯曲力的作用下，在X轴和Y轴对应位置处出现第一应力分量σ1和第二应力分量σ2等多个应力分量的方向403。同时在第一玻璃层401的下表面4002(即bot面)也会在弯曲力的作用下产生第一应力分量和第二应力分量，并且第一应力分量和第二应力分量的大小以及方向与该玻璃层所受到的力的大小及方向有关，图4B中的各玻璃层上的应力大小及方向仅为示例。
通过该有限元模型，以及各玻璃层所受到的应力的作用情况，可以真实的反映出各膜层的弯曲以及受力情况。而入射光在经过弯曲的各膜层，会与膜层表面的主应力方向之间存在一定的角度，进而出现漏光等情况。如在玻璃层101 的上表面上的正应力分量和剪切应力分量：σ(top)x、σ(top)x、τ(top)xy，以及下表面对应的正应力分量和剪切应力分量：σ(bot)x、σ(bot)y、τ(bot)xy；其中，top表示所述膜层的上表面，bot表示所述膜层的下表面，如式1所示。
同时，由于玻璃层101较厚，因此，可将该玻璃层101在其厚度方向上划分为m层。
这样，将整体的玻璃层101分割成多个薄玻璃层，被分割的每个薄玻璃层即为每一子膜层，每一子膜层相互堆叠最终形成整个玻璃层101。即所分割的多个薄玻璃层相互堆叠进行可形成本申请实施例中的玻璃层101。对应的，每个薄玻璃层均会在应力的作用下出现一定程度的弯曲，由于各膜层出现一定的弯曲，因此对应于每个膜层，在膜层上均会出现相应的应力分量，本申请实施例中，以三个应力分量值为例进行说明。当入射光线穿过时，可视为依次透过每一层，并最终透光玻璃层101，在每一薄玻璃层上，入射光均会与膜层的主应力方向形成一定的角度。即当m足够大时，则光线透过每一层时，每一小层的应力变化将不明显，本发明实施例中，为了得到较精确的各项数据，m可在 500～1000之间选取。从而根据线性插值法得到第i层对应的3个应力分量值，如式2所示：
得到上述各个薄玻璃层的表面对应的应力分量值后，再通过上述3个应力分量值计算出玻璃层101上的主应力的大小以及主应力的方向，如式3所示：
其中，在式3中，σ(i)1、σ(i)2分别表示该层在XY平面内的第一主应力和第二主应力，即在该平面内的最大主应力和最小主应力。
得到上述最大主应力和最小主应力后，以σ(i)1、σ(i)2的方向为坐标轴方向，建立一局部坐标系x’y’。
进一步的，当入射光线透过第i层时，该入射光在全局XY坐标系下对应的复振幅矩阵为，如式4中所示：
其中，A为光波振幅，φ为相位，in代表入射光线。
得到上述复振幅矩阵后，将式(4)中的复振幅矩阵分解到该层玻璃层主应力方向所在的局部坐标系x’y’上。其中，两个坐标夹角为θi，则有:
其中，Ti为坐标系旋转矩阵，且Ti为：
由于入射光在该玻璃层上出现光弹性效应。因此，在该玻璃层由该入射光形成的透射光会于玻璃层的主应力方向之间形成一定的相位差，则透射光对应的复振幅矩阵为，如式(7)所示：
同时，根据主应力之差以及应力光弹性理论，可知偏振光穿过该层玻璃时产生的相位差为，如式(8)所示：
其中，C为对应的每一玻璃层中的相对应力光学系数，λ为光波的波长， hi为所述膜层的厚度。
进一步的，将式上述局部坐标系x’y’下对应的透射光复振幅矩阵再次转换到全局XY坐标系下(即将局部坐标系再旋转-θi的角度)，并代入式(4)、式(8) 后可得式(9)：
其中，Gi为琼斯矩阵：
进一步的，如果经过m层玻璃，并考虑每层玻璃的上下偏光片的影响，则将各层的琼斯矩阵相乘可得***的琼斯矩阵，并得到最终的透射光，如式(10) 所示：
进一步的，由于垂直偏振片的性质，可知，透射光在Y轴的分量即为所求的漏光，而该分量对应的复振幅模的平方即为曲面显示器的漏光强度值。
即曲面显示器的漏光强度值为
从而，本申请实施例中，通过建立有限元模型并结合光线在每个玻璃层上的应力关系，精确的得到曲面显示器的漏光强度值Iout。
由于本申请实施例中在进行计算时，将每层玻璃层再细分为多层薄玻璃子层，因此，每一薄玻璃层计算完成后，如第i层玻璃层计算完成后，重复上述步骤再对第i+1薄玻璃层进行计算，直到将划分的m层薄玻璃层计算完成，并最终得到本申请实施例中的透射光对应的复振幅矩阵以及曲面显示器的漏光强度值。
如图5所示，图5为本申请实施例中建立的有限元模型的应力分布示意图，可知，在屏幕四周的应力较大，而在屏幕中间区域内，由于弯曲程度较小所承受的应力也较小。对应的，结合本申请实施例中得到的漏光强度Iout的值，从而可通过对有限元模型的具体结构尺寸进行调整，并根据本申请实施例中计算得到的漏光强度值对曲面显示器进行补偿，计算过程简单并且准确，同时可根据计算结果，降低曲面显示器的漏光问题，在提高显示效果的同时，降低了曲面显示器的生产成本。
在对显示设备的漏光强度进行计算时，不仅仅限定于上述曲面显示器产品，还可应用于其他显示产品中，如其他异性显示器产品，通过本申请实施例中的漏光强度的计算方法进行计算，能有效的对显示设备的漏光强度值进行补偿，进而提高设备的显示效果。
以上对本申请实施例所提供的一种漏光强度的计算方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种漏光强度的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一显示面板，并获取所述显示面板的各项参数值；
确定一全局XY坐标系，并根据测定的所述参数值在所述全局XY坐标系上建立一有限元模型；
将所述有限元模型划分成至少两层子膜层，向所述有限元模型施加一弯曲变形，并提取所述有限元模型在所述弯曲变形时，所述有限元模型一侧对应的所述子膜层表面产生的应力分量值；
根据所述子膜层表面的所述应力分量值计算出所述子膜层对应的主应力值和所述主应力的方向角；
根据所述子膜层的主应力值获得入射光在该层上产生的相位差，并根据所述相位差得到所述入射光对应的透射光的复振幅矩阵；
重复上述步骤，并分别测定所述入射光在透过每层时对应的所述透射光的所述复振幅矩阵，并根据所述复振幅矩阵得到曲面显示器的漏光强度。
2.根据权利要求1所述的漏光强度的计算方法，其特征在于，在计算所述应力分量值时，首先计算所述入射光在所述子膜层的上表面上对应的正应力分量和剪切应力分量：σ(top)x、σ(top)x、τ(top)xy，以及下表面上对应的正应力分量和剪切应力分量：σ(bot)x、σ(bot)y、τ(bot)xy；其中，top表示所述膜层的上表面，bot表示所述膜层的下表面。
3.根据权利要求2所述的漏光强度的计算方法，其特征在于，在计算所述应力分量值时，将所述子膜层在厚度的方向上划分为m层，并根据线性插值法得到第i层对应的应力分量值；其中，m、i均为整数，m≥2。
4.根据权利要求3所述的漏光强度的计算方法，其特征在于，所述第i层对应的应力分量值为：
其中1≤i≤m。
5.根据权利要求1所述的漏光强度的计算方法，其特征在于，在计算所述主应力的大小和所述主应力的方向角时，根据如下公式：
其中，(i)1、(i)2分别表示对应膜层在全局xy坐标平面内的最大主应力和最小主应力，θi为所述主应力的方向角。
6.根据权利要求1所述的漏光强度的计算方法，其特征在于，在得到所述相位差时，根据如下关系进行计算：
其中，C为所述子膜层的相对应力光学系数，λ为光波的波长，hi为所述膜层的厚度。
7.根据权利要求6所述的漏光强度的计算方法，其特征在于，当所述入射光在第i层膜层时，计算所述入射光在全局坐标系下对应的所述复振幅矩阵，所述复振幅矩阵表示为：
其中，A为光波振幅，φ为相位，in代表入射光线。
8.根据权利要求7所述的漏光强度的计算方法，其特征在于，还包括如下步骤：
S100：将所述复振幅矩阵旋转θi的角度，得到对应的局部x’y’坐标系，并得到在所述局部x’y’坐标系下，所述入射光对应的复振幅矩阵：
其中，x’、y’分别为对应的所述局部x’y’坐标系的坐标值，out代表透射光线；
S101：转换完成后，将所述局部x’y’坐标系下得到的所述复振幅矩阵再旋转-θi的角度，并得到全局XY坐标系下，所述入射光对应的所述透射光的复振幅矩阵：
其中，
9.根据权利要求8所述的漏光强度的计算方法，其特征在于，所述步骤S101中，还包括如下步骤：
当所述透射光线经过m层子膜层时，将每层所述透射光对应的所述复振幅矩阵相乘。
10.根据权利要求1所述的漏光强度的计算方法，其特征在于，所述漏光强度等于所述透射光对应的所述复振幅矩阵在y轴上的分量对应的矩阵的模的平方。
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