出光均匀性高的导光板网点分布设计方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910677615.0 (22)申请日 2019.07.25 (71)申请人 福州大学 地址 350108 福建省福州市闽侯县上街镇 福州大学城学院路2号福州大学新区 (72)发明人 叶芸郭骞郭太良江宗钊 徐胜陈恩果 (74)专利代理机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 代理人 钱莉蔡学俊 (51)Int.Cl. G02B 27/00(2006.01) (54)发明名称 一种出光均匀性高的导光板网点分布设计 方法 (57)摘要 本发明涉及一种出光均匀性高的导光板。

2、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。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 110389445 A 2019.10.29 。

3、CN 110389445 A 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。

4、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、 S2Sk， kN*， 其高度满足hLEDa*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。

5、分成m、 n等份， 相应网点分布区域记为Q11Q1n， Q21Q2n， ， Qm1 Qmn， 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)*s( ， )； 式中， (u， v)是网点分布平面OABC上的两个自由度； s( ， )是系统中LED光源的配光特 性， 每个LED光源的配光特性是一致的； ( ， )是光源所在角空间的两个自由度； 是光学 算子服从光迹方程， 表示为： (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。

6、 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Q11Q1n， Q21Q2n， ， Qm1Qmn相对应的光强表示为I11 I1n， I21I2n， ， Im1Imn， 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， Emn表示网点分布区域Qmn上的总照度； Ekmn表示点光源Sk在区域Qmn的照度； 是区域 Qmn平面与其法线方向形成的夹角； rkmn表示点光源到区域Qmn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。

7、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 权利要求书 1/2 页 2 CN 110389445 A 2 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， Emn是区域Qmn对应接收面的目标照度值； mn是区域Qmn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， rdot和Nmn分别为布点区域Qmn内网点半径和网点数量， Smn是布点区域Qmn的面积。

8、； Dmn 是布点区域Qmn内网点密度， 所述每个布点区域Qmn内网点密度Dmn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Dmn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。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110389445 A 3 一种出光均匀性高的导光板网点分布设计方法 技术领域 0001 本发明涉及导光板技术领域， 特别是一种出光均匀性高的。

9、导光板网点分布设计方 法。 背景技术 0002 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、 背光源和投影系统等。 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。 0003 因此， 为了提高导光板网点设计效率， 降。

10、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。

11、， 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 0004 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。 0005 本发明采用以下方案实现： 一种出。

12、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。 0006 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 说明书 1/6 页 4 CN 11。

13、0389445 A 4 包括以下步骤： 0007 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、 s2sk， kN*， 其高度满足hLEDa*h， a(0， 1)； 0008 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。

14、区域记为Q11Q1n， Q21Q2n， ， Qm1Qmn， 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； 0009 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： 0010 I(u， v)*s( ， )； 0011 式中， (u， v)是网点分布平面OABC上的两个自由度； s( ， )是系统中LED光源的配 光特性， 每个LED光源的配光特性是一致的； ( ， )是光源所在角空间的两个自由度； 是 光学算子服从光迹方程， 表示为： 0012 (n(r)； 0013 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， 。

15、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； 0014 步骤S14： 将所述网点分布区域Q11Q1n， Q21Q2n， ， Qm1Qmn相对应的光强表示为 I11I1n， I21I2n， ， Im1Imn， 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： 0015 0016 式中， Emn表示网点分布区域Qmn上的总照度； Ekmn表示点光源sk在区域Qmn的照度； 是区域Qmn平面与其法线方向形成的夹角； rkmn表示点光源到区域Qmn 中心之间的距离， 表示为： 0017 0018 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。

16、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： 0019 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： 0020 0021 式中， Emn是区域Qmn对应接收面的目标照度值； mn是区域Qmn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； 0022 步骤S22： 导光板网点分布的规划模型需同时满足以下关系： 说明书 2/6 页 5 CN 110389445 A 5 0023 0024 0025 进一步地， 所述每个布点区域Qmn。

17、内的网点半径rdot和数量Nmn均为常数， 且两者还 应满足以下关系： 0026 0027 式中， Smn是布点区域Qmn的面积； Dmn是布点区域Qmn内网点密度， 所述每个布点区域 Qmn内网点密度Dmn应是相同的， 网点密度值Dmn控制在10-30之间。 0028 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xdot、 ydot， 由xdot、 ydot、 rdot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。 0029 与现有技术相比， 本发明有以下。

18、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 0030 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。 0031 图2为本发明实施例的网点分布平面OABC区域划分示意图。 0032 图3为本发明实施例的点光源sk在网点分布区域Qmn的照度计算。

19、示意图。 0033 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。 0034 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 0035 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。 0036 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。 0037 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。

20、 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。 说明书 3/6 页 6 CN 110389445 A 6 0038 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、。

21、 数量及相邻网点间距， 从而确定了导光板的网点分布情 况。 0039 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： 0040 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135762mm； 0041 LED光源可以放置在导光板的一侧、 双侧或多侧， 图1中， LED光。

22、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、 s2sk， kN*， 其高度满足hLED 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； 0042 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mn5)， 相应网点分布区域记为Q11Q1n， Q21Q2n， ， Qm1Qmn， 所述导光 板出光平面O A B C 认为是网。

23、点分布区域相对应的接收面； 0043 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： 0044 I(u， v)*s( ， )； 0045 式中， (u， v)是网点分布平面OABC上的两个自由度； s( ， )是系统中LED光源的配 光特性， 每个LED光源的配光特性是一致的； ( ， )是光源所在角空间的两个自由度； 是 光学算子服从光迹方程， 表示为： 0046 (n(r)； 0047 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n1.49386； 00。

24、48 步骤S14： 将所述网点分布区域Q11Q1n， Q21Q2n， ， Qm1Qmn相对应的光强表示为 I11I1n， I21I2n， ， Im1Imn， 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： 0049 0050 式中， Emn表示网点分布区域Qmn上的总照度； Ekmn表示点光源sk在区域Qmn的照度； 如 图3所示， 是区域Qmn平面与其法线方向形成的夹角， 且满足 (0， /2)， rkmn表示点光源 到区域Qmn中心之间的距离， 表示为： 说明书 4/6 页 7 CN 110389445 A 7 0051 0052 在本实施例中， 所述通过引入优值函数。

25、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： 0053 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： 0054 0055 式中， Emn是区域Qmn对应接收面的目标照度值； mn是区域Qmn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； 0056 特别的， 在本实施例中， 所述权重mn还满足以下关系： 0057 0058 式中， p、 q分别为区域Qmn在两个相邻区域Q(m-1)n、 Qm(n-。

26、1)方向上的系数， 在本实施例 中， 所述系数p、 q还满足p+qe /5； 0059 步骤S22： 导光板网点分布的规划模型需同时满足以下关系： 0060 0061 0062 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xdot、 ydot。 所述每个布点区域Qmn内的网点半径rdot和数量 Nmn均为常数， 且两者还满足以下关系： 0063 0064 式中， Smn是布点区域Qmn的面积； Dmn是布点区域Qmn内网点密度， 所述每个布点区域 Qmn内网点密度Dmn应是相同的， 网点密度值Dmn根据实际导光板尺寸设定，。

27、 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xdot、 ydot、 rdot确定， 而xdot、 ydot为Smn的矩形几何关系不予赘述。 本实施例中， xdot1000mm， ydot 2000mm， rdot320mm， 但不局限于此。 0065 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。 0066 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hdot保持一致且由实际印刷设备决定， 可以为10mm、 15mm、 20。

28、mm、 25mm、 30mm、 35mm、 40mm， 但 不局限于此。 说明书 5/6 页 8 CN 110389445 A 8 0067 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。 0068 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、。

29、 2:4、 2:5、 3:4、 3:5、 4:5等， 但远不局限于此。 0069 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。 0070 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、 系统、 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。

30、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。 0071 本申请是参照根据本申请实施例的方法、 设备(系统)、 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。

31、框中指定的功能的装置。 0072 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。 0073 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。 0074 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。 说明书 6/6 页 9 CN 110389445 A 9 图1 图2 图3 说明书附图 1/3 页 10 CN 110389445 A 10 图4 说明书附图 2/3 页 11 CN 110389445 A 11 图5 说明书附图 3/3 页 12 CN 110389445 A 12 。